井下无线感应传输装置 HFSS 仿真设计

为了改进特殊有缆钻具制造工艺复杂的现状,提出了一种基于HFSS软件的井下无线感应信号传输装置仿真模型。通过建立感应式和谐振式仿真模型,计算仿真信号传输特性,验证设计模型的关键参数如匝数、螺距、包裹材料等对传输特性的影响。通过分析仿真模型的结果校正设计方案,得出传输衰减小、可实际应用的仿真模型,进而指导实物模型设计,提高研发效率,降低研发成本。测试结果表明,无线感应耦合信号传输模型具有可行性,与实物具有良好的一致性,衰减误差可在-5 dB以内,为实物制作提供了重要依据。     

新型井下磁偶极子蛇形天线仿真设计

针对石油钻井井下天线工作在井筒钻井液及地层组成的特殊环境中,无线传输信号损耗大、难以可靠传输的问题,通过仿真建模,设计一种新型磁耦极子天线,具备高增益、抗干扰和小型化特点,实现井下无线数据的可靠传输。首先采用HFSS三维仿真软件构建仿真模型,详细将天线的长度、距离钻柱本体位置及天线的蛇形弯折数等关键参数进行计算,得出有效传输的参数组合和频点规律。据此规律,设计了天线实物,仿真结果与实物测试结果相比对,具有高度一致性,回波损耗可达到-7.5 dB以下,仿真设计的参数可以满足实际应用需求。该天线设计可应用于石油钻井井下无线传输,可提高信号发射强度,减小天线尺寸,降低系统功耗,实现无线信号可靠传输。     

非线性最小二乘法在随钻测量中的应用

曲线拟合所采用的方法直接影响实际物理量数据测量的精度,将非线性最小二乘法应用到随钻电阻率数据拟合中,用来提高实际电阻率测量精度。介绍了最小二乘法曲线拟合原理及计算方法,并用Excel和Matlab2种方法对实例进行了分析。结果表明,在电阻率测量数据拟合过程中,采用非线性最小二乘法可以有效减小拟合误差,误差平方和平均可以减小为原数值的左右,同时可以提高测量精度,在实际工作中有重要的参考价值。     

基于PIC16F688的随钻仪器锂电池监控系统的设计

为了充分利用石油钻井井下随钻仪器中锂电池的有限电量,延长随钻仪器单次连续工作时间,采用以PIC16F688单片机作为控制核心,对主、从两组锂电池进行实时监控的原理进行软硬件设计。系统包括电流采样、电压采样、总线接口和EEPROM数据存储4个模块,具有主从电池的自动切换、电量统计、存储、传输等功能。通过石油井下现场应用,该系统将随钻仪器中锂电池电量的使用效率提高至90%,安全可靠,具有很好的工程应用价值。     

基于激光测距仪和开源硬件的井深测量系统设计

使用绞车传感器测量大钩高度存在高度标定方法复杂、测量结果易受干扰的缺点;激光测距仪的应用可以简化标定过程、提高测量精度。作为开源硬件的UP创客板和Arduino板有丰富的共享资源,有助于缩短研发时间。使用开源硬件在满足井场防爆要求的条件下集成了激光测距仪和钩载传感器,在Windows操作系统下完成了控制程序及人机界面,实现了井深测量的设计目标。     

一种数字检波算法在随钻电阻率测量中的应用

针对井下随钻电阻率测量工作环境恶劣,微弱信号常常难以精确测量和保证稳定的问题,设计一种不同于常规模拟检波的数字检波算法。该算法可克服模拟检波电路的固有电路误差、温度变化等对检测数据的影响,能够精确进行小信号的滤波与检测。为检验其可行性,使用Matlab对算法进行了仿真验证,仿真结果显示,可有效克服不同种类噪声、不同信号相位变化的影响。经过实际应用显示,该算法可明显提高检波精度,保证数据稳定性。     

一种USB接口功率任意波发生器设计

为了缩短井下短距离无线传输发射机的研发时间,没有采用常规的使用商用任意波发生器的技术路线。专门设计了一种功率任意波发生器,上位机通过USB接口下载波形数据文件,信号发生器可以输出高达6W的信号。为了实现该设计,使用专用USB-SPI桥接芯片完成上位机与高集成度模拟前端芯片的USB接口通讯。由于上位机的非实时操作系统不能产生稳定、高速的指令发送,使用同步FIFO来存储并回放SPI总线上的信号,解决了SPI通讯速率的匹配问题,增强了输出更新频率的稳定性。该功率任意波发生器可以输出6W、10位精度,500 kSa/s采样频率的任意波形,具有512 k采样深度,满足井下SDR发射机设计需求。其模拟前端电路与井下发射机完全相同,实现了一次性硬件开发验证,缩短了研发时间。     

井下NFC天线的研究及仿真分析

为实现井下复杂环境中的近场通信,首先用三维有限元电磁仿真软件对铁氧体天线结构进行建模仿真,结果表明：线圈半径、导线半径、天线间距对天线正向传输系数的影响较大,铁氧体相对磁导率的影响较小。其次,为探究井下环境对天线传输性能的影响,用阻抗匹配工具对天线进行阻抗匹配,并建立带钻井液介质的金属钻具模型,结果表明：井下金属环境导致正向传输系数衰减3.3 dB;钻井液电导率从0 S/m增加到2 S/m后,正向传输系数衰减8.2 dB。将天线仿真模型与相同参数的实物模型进行对比,结果表明基本模型正向传输系数误差小于0.3 dB,扩展模型正向传输系数误差小于5.5 dB,仿真结果与实物测试结果具有一致性,可指导井下NFC天线设计。     

基于HFSS仿真的感应耦合传输装置设计

钻井油基钻井液环境下电信号传输困难是当前研究热点之一.针对此难题,设计高频感应耦合传输装置予以解决,其核心传输部件为感应耦合传输线圈.通过建立高频结构仿真(HFSS)仿真模型及实验室实物模型测试,设计出一种感应磁耦合传输线圈结构,解决井下复杂钻具感应耦合传输问题.仿真模型通过建立多线圈传输模型,研究不同圈数在不同介质条...