[发明专利]井下无线低频电磁波双向通信系统

摘要

本发明公开了一种井下无线低频电磁波双向通信系统，包括：井下子系统，采集井下数据信息，并对低频电磁波进行调制，形成携带井下数据信息的第一调制电磁波，并向地面发射，以及接收地面子系统（8）发射的第二调制电磁波，进行解调获得控制指令信息，输出相应的控制信号驱动井下工具执行机构进行操作；地面子系统（8），操作控制指令信息对低频电磁波进行调制，形成携带操作控制指令信息的第二调制电磁波，并向井下发射，以及接收第一调制电磁波，进行解调获得井下数据信息，将数据信息进行处理和显示；传播介质，作为电磁波的传输介质。本发明采用低频电磁波实现地面子系统（8）与井下子系统之间的双向无线通信，具有通信稳定、可靠的特点。

主权项

1.井下无线低频电磁波双向通信系统，用于地面与井下工具之间的双向无线通信，其特征在于：所述井下无线低频电磁波双向通信系统包括井下子系统、地面子系统（8）和传播介质；所述井下子系统，用于采集井下数据信息，并利用所述井下数据信息对低频电磁波进行调制，形成携带井下数据信息的第一调制电磁波，并向地面发射第一调制电磁波；以及接收地面子系统（8）发出的携带指令控制信号的第二调制电磁波，并对第二调制电磁波进行解调，获得地面控制指令信息，根据地面控制指令信息输出相应的控制信号，控制信号经功率放大后驱动井下执行机构动作进行相应的操作；所述地面子系统（8），用于发出地面控制指令信息，利用所述地面控制指令信息对低频电磁波进行调制，形成携带地面指令信息的第二调制电磁波，并向井下发射第二调制电磁波；以及接收井下子系统发出的携带井下数据信息的第一调制电磁波，并对第一调制电磁波进行解调，获得的井下数据信息，将井下数据信息进行处理和显示；所述传播介质，用于作为井下子系统和地面子系统（8）通信时的电磁波传输介质；所述传播介质包括套管和地层，所述套管包括上部套管天线（1）、下部套管天线（3）、设置在上部套管天线（1）和下部套管天线（3）之间的绝缘短节（2）；地面向井下传输信息的方法包括：地面子系统（ 8） 生成地面控制指令信息，并将所述地面控制指令信息作为第一基带信号；地面子系统（8）发射第一载波信号，所述第一载波信号经所述第一基带信号调制形成第一调制波；地面子系统（8）将所述第一调制波进行功率放大，当所述第一调制波的幅值达到第一阈值时，驱动地面子系统（8）中的天线发射装置激发出第一电磁波信号；在地面将一定大小的电流或电压的一极施加在上部套管天线（1）上，另一极接地，电流或电压的两极之间的水平距离为200‑300米；井下子系统检测上部套管天线（1）和下部套管天线（3）之间的电位差，获得与第一电磁波相同的第一微电位信号；对所述第一微电位信号进行放大、模数转换以及解调处理得到地面控制指令信息；井下向地面传输井下数据信息的方法包括：井下子系统采集井下数据信息，并将所述井下数据信息转换为数字信号，然后将转换为数字信号的井下数据信息作为第二基带信号；井下子系统发射第二载波信号，所述第二载波信号经所述第二基带信号调制形成第二调制波；井下子系统将所述第二调制波进行功率放大，当所述第二调制波的幅值达到第二阈值时，驱动井下子系统中的天线激发出第二电磁波信号；井下子系统将一定大小的电流或电压的一极施加在上部套管天线（1），另一极施加在下部套管天线（3），天线为偶极子，从而发射调制电磁波；在地面选择相隔一定距离的两个点，检测这两个点的电位差，获得与第二电磁信号的频率相同的第二微电位信号；对所述第二微电位信号进行放大，模/数转换以及解调处理得到井下数据信息。