张林通

(中国石油集团测井有限公司吉林分公司 吉林 松原 138000)

0 引 言

测井深度控制有电缆记号校深、自然伽马校深、磁性定位校深等方式[1-3]。在裸眼井测井中，电缆磁记号深度一般作为标准深度[4-5]。但是，电缆磁记号和磁性定位信号的记录与传输都有各自的不足和短板。如目前使用的电缆磁记号器均为电线连接方式进行信号传输，即井口放置，贴近电缆，电缆运行时，上面的磁记号在激磁器上发生扰动，采集系统记录此时产生的记号。但是采集系统与井口激磁器之间的电线容易因外力造成破损[6-7]，或因接触不良及橡胶老化变脆而出现信号中断，电线短路或断路的现象也时有发生，每次测井施工都需重新连接，给施工带来不必要的麻烦[8-10]。同时，反映套管接箍记录的磁性定位信号，在实际记录中，也存在大小不一，甚至有记录不全的情况，如果能无线记录磁性定位信号，就可以对有线测量套管接箍磁性定位信号进行补充和对比，节约测井时间，提高测井时效。针对上述问题，拟设计一种组合式双磁记号无线传输装置。

1 双磁记号无线传输装置设计

1.1 技术难点

针对电缆磁记号和磁性定位信号的传输问题而设计组合式双磁记号无线传输装置，需要解决以下技术问题：

1)模拟电压的无线传输：磁记号线圈输出的模拟电压信号幅值为±200 mV左右，电缆双磁记号无线传输装置要直接配接到现有地面采集系统(PL2000、SMP300)，总体要求是实现模拟电压信号的无线传输。

2)无线传输的距离：井口到地面采集系统距离30 m左右，要求有障碍传输信号要达到50 m以上；井下到井口磁性定位信号的无线传输需要1 000 m以上。

3)无线传输的抗干扰能力：信号的无线传输失真力求达到最小，要能够清楚地分清记号的主峰、主记号。此外，由于地面采集系统在发电机和绞车运行时存在一定程度的震动，要求信号的无线传输要具有较强的抗干扰能力。

4)无线发射装置电源：井口发射装置的信号输入是磁记号信号的直接输入，不能外接电源，这就需要发射装置自身配有电源；且自身使用功率要很低，以保证电源的使用时间。

1.2 设计思路

图1为双磁记号无线传输装置的结构示意图。双磁记号无线传输装置主要由两部分构成，一部分是电缆磁记号的测量与传输部分，由发射和接收模块组成，接收模块嵌入到绞车采集系统中；第二部分是套管接箍的磁性定位信号测量与传输，也由发射和接收模块组成，发射模块置于井下磁性定位仪器中，用于远距离测量传输磁性定位信号。由于电缆磁记号和磁性定位信号二者产生的原理相同，都是由磁性变化所引起，所以两部分的发射和接收模块相似，只是调幅和调频具有差异。基于此，将电缆磁记号测量与传输部分的发射模块与磁性定位信号测量与传输部分的接收模块在井口进行组合，构成井口组合模块，用于接收井下套管接箍的磁性定位信号，并发射磁性定位信号和电缆磁记号到绞车。在实际应用中，由于各种因素可能导致突发情况，所以在井口组合模块中加入复位电路、置数电路，可以快速复位，输入校正数据，防止缺失磁记号。

图1 双磁记号无线传输装置结构示意图

综上，双磁记号无线传输装置包括嵌入井下仪器的发射模块、井口组合模块、嵌入绞车采集系统的接收模块3部分。首先，嵌入井下仪器的发射模块将测量的磁性定位信号无线传输至井口组合模块，井口组合模块在接收磁性定位信号的同时测量电缆磁记号，并将两种记号信息发射到嵌入绞车采集系统的接收模块，实现两种记号的测量与无线传输。

1.3 技术指标

双磁记号无线传输装置各部分技术指标见表1。

表1 双磁记号无线传输装置的技术指标

2 双磁记号无线传输的实现

2.1 调制方式

一般干扰信号总是叠加在信号上改变其幅值，调频波虽然受到干扰后幅度上也会有变化，但在接收端可以用限幅器将信号幅度上的变化削去，因此调频波的抗干扰性极好，所以双磁记号无线传输装置应用的是调频方式，各模块是调频制式的单向无线传输设备，用于无线模拟量的传输，模块工作在230 MHz频段，收发设备由2块电路板构成，单频率点工作。

2.2 发射模块

发射模块的主要功能是将采集的双磁记号(电缆磁记号和磁性定位信号)以射频的方式输出到接收模块，由以下5部分组成，完成信号的放大处理、调频、功率驱动后射频输出，如图2所示。

图2 发射模块原理框图

信号输入：输入采集的双磁记号(电缆磁记号和磁性定位信号)；

信号处理模块：由模拟信号放大处理电路组成，对信号进行归一化处理；

调频处理模块：由高频振荡调制电路组成，对信号频率进行处理；

功率放大模块：由高频信号放大电路组成，对信号功率进行放大；

射频输出：由滤波电路及天线匹配电路组成，以设定频率输出信号。

发射模块采用高精度晶体谐振器控制方式，以保证一定的频率稳定度。为缩小体积，除选择合适的电路模式外，均选用表贴式元器件。具体设计采用无线仿真设计技术，使元器件的参数更准确。电路采取了高性能的双调谐回路，并选用了先进的频率选择器件，保证稳定性和杂散辐射最小化。在处理要传输的模拟量的电路上采用自动电平控制电路以保证很宽的动态范围，并考虑信号的频率范围，尽量能够传输频率更低的模拟信号。

根据实际需要，设定发射模块密封在80 mm×50 mm的塑料盒内，电路板、电池等均在盒内，完全密封；采用9 V干电池供电或者恒压电源，有自动电源开关，电池工作时间可达100 h。

2.3 接收模块

接收模块的主要功能是接收发射模块的射频信号，由以下5部分组成，对信号进行解调、处理，如图3所示。

图3 接收模块原理框图

射频接收：对发射模块的射频信号进行接收；

信号解调模块：由模拟信号高频放大器、本地振荡器、变频器等组成，对信号频率解调；

信号处理模块：根据设定目标，对信号频率进行处理；

输出调节模块：由输出控制电路、输出模拟量处理放大电路组成，对信号功率进行放大；

信号输出：由滤波电路及天线匹配电路组成，以设定频率输出信号。

接收模块的主要性能要求是灵敏度和选择性。考虑到现场使用环境中电磁干扰的严重性，把接收模块抗干扰能力的设计作为重点之一。为此接收机采用了变频方式，整机增益高而稳定，易于提高灵敏度；在保证选择性设计中，两极中频都使用带宽合适选择性好的滤波器。由于传送的是模拟信号，接收模块设计必须有静噪电路，即在没有收到高频载波时，接收机没有输出产生。

接收模块密封在80 mm×50 mm的塑料盒内，电路板、电池等均在盒内，完全密封。采用9 V干电池供电或者恒压电源，有自动电源开关，电池工作时间可达100 h。接收装置设有调节电位器，可调节输出幅度。

2.4 复位电路与置数电路

为了应对实际应用中各种因素导致的突发情况，在井口组合模块中加入复位电路和置数电路，采用先复位再置数的原则达到人为干预的目的，二者的电路结构如图4和图5所示。

图4 复位电路结构示意图

图5 置数电路结构示意图

复位电路主要由电阻、电容、开关及运算放大器、驱动电路、LED显示等组成。在输入计数电路和表显电路时，对电路的变化信号进行实时检测，发现异常错误，可立即提示并复位，即单个脉冲和连续脉冲同时或者连续输出，达到人为判定并给予修正的目的。

置数电路主要由电阻、电容、开关及单稳态触发、脉冲激发、逻辑判断等电子元件组成，其功能是根据脉冲显示，进行人为参数输入，在功能上可单次或多次激发信号，同时可以连续激发脉冲能量，提升记号强度。

3 应用实例

在标准井中，在井下磁性定位仪器中安装电缆供电的发射模块，在井口放置电池供电的组合模块，绞车采集系统放置接收模块。图6为采用电线连接传输的磁记号与采用双磁记号无线传输装置的实际测井应用对比。从图中可以看出，应用无线装置所记录的磁记号，无论在基线、主记号、辅助记号、干扰等方面与有线传输记录的信号基本一致，达到使用的要求。

图6 有线和无线传输电缆磁记号的对比

图7为应用双磁记号无线传输装置在实际测井中传输的磁性定位信号。从图中可以看出，应用无线传输装置所记录的接箍信号比较清晰，主峰显示较为明显，虽有一定干扰，但可以做为有线接箍信号的补充和对比。

图7 无线传输的磁性定位信号

4 结束语

在实际测井应用中，测井曲线深度是质量保证的基础。双磁记号无线传输装置可以为测井提供较好的技术支持。该装置在直井的稳定性及抗干扰能力有一定优势，可以简化测井施工工艺，减少人为影响因素，达到操作方便、节约成本的目的。后期经过技术改进，希望能够应用于大斜度井或者水平井中。