水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆井信號處理領域，具體涉及一種用于水平井隨鉆探層測距雷達的單頻調制脈沖信號源，主要適用于隨鉆過程中油層、煤層、及其它儲層的層厚探測。
【背景技術】
[0002]隨著石油及天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展和勘探開發(fā)難度的不斷增大，石油和天然氣工業(yè)已逐漸轉向油氣層薄、物性差、非均質性強的非常規(guī)油氣藏，定向井、水平井等特殊工藝井的應用也逐年增多。在這些特殊工藝井的施工過程中，需要及時掌握鉆頭所鉆穿的巖層特性，快速準確找到儲集層，再通過隨鉆測量技術，隨鉆探測儲集層邊界，指導施工人員控制鉆頭始終穿行在儲集層中，以便最大限度地提高儲集層的鉆遇率，以及油氣的采收率。
[0003]為保證鉆頭始終在儲集層中鉆進，就需隨鉆測量儲集層的上下邊界面，保證鉆頭處于儲集層中的最佳位置。但是，在實際鉆進中，由于現(xiàn)有檢測工具的局限性，經常出現(xiàn)鉆頭鉆穿儲集層，或者不能保持在儲集層中的最佳位置，影響了儲集層的鉆遇率和油氣等資源的采收率。
[0004]水平井隨鉆探層測距雷達則能很好地解決上述問題。本發(fā)明是水平井探層測距雷達的核心技術之一，探層測距雷達單頻調制脈沖信號源可以發(fā)射出脈寬在納秒級的單頻調制脈沖電磁波信號，電磁波信號在儲集層中傳輸，并在儲集層與蓋層的分界面處產生反射回波，接收機接收到該回波，通過對回波進行采樣、信號處理，根據(jù)信號的時域和頻域信息，從而定量地測算出鉆具所在儲集層的上下邊界面。
[0005]地層探測可以歸類為一種測距問題，測距的兩個核心指標是探測深度和分辨率。水平井隨鉆探層測距雷達屬于探地雷達的一種，目前，國內外探地雷達的電磁波信號源為高壓窄脈沖信號源，發(fā)射的電磁波信號，在時域上表現(xiàn)為窄脈寬，通常為幾納秒，甚至為幾百皮秒，可以使探測分辨率達到厘米級，甚至毫米級。然而，高壓窄脈沖信號在頻域上表現(xiàn)為超寬帶信號，為了能將此信號能最大限度的發(fā)射出去，則要求發(fā)射天線為超寬帶天線。然而，由于水平井隨鉆探層測距雷達應用環(huán)境為油氣井，油氣井眼徑向尺寸小，地面探地雷達常用的超寬帶蝶形天線由于尺寸較大，無法適用；測井用的孔中雷達常用的超寬帶天線由于定向性較差，同樣無法適用。
[0006]考慮到尺寸和定向性問題，水平井隨鉆探層測距雷達采用了寬度尺寸較小、定向性較好的窄帶平板縫隙天線。
[0007]當使用窄帶平板縫隙天線作為收發(fā)天線時，若仍使用探地雷達常用的高壓窄脈沖信號源，會有兩方面缺陷:一是發(fā)射出的超寬帶窄脈沖信號的大部分能量將無法經由天線輻射到地層內，造成能量損失；二是發(fā)射出的超寬帶窄脈沖信號將產生“振鈴”現(xiàn)象，造成嚴重失真。

【發(fā)明內容】

[0008]為了解決上述問題，保證信號源發(fā)射的電磁波信號能量能高效、高保真地發(fā)射到地層中，并滿足探測過程中探測深度和分辨率的要求，本發(fā)明提出了一種用于水平井隨鉆探層測距雷達的單頻調制脈沖信號源。
[0009]本發(fā)明提出的一種用于水平井隨鉆探層測距雷達的單頻調制脈沖信號源，主要適用于隨鉆過程中油層、煤層、及其它儲層的層厚探測。在水平井的隨鉆過程中，單頻調制脈沖信號源可以發(fā)射出脈寬在納秒級的單頻調制脈沖信號，此技術是水平井隨鉆探層測距雷達的核心技術之一。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源，所述水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源包括連續(xù)波信號源、脈沖信號源，其中，所述連續(xù)波信號源用于產生連續(xù)波信號，作為待調制信號，其中，所述脈沖信號源用于產生脈沖信號，作為用于對所述待調制信號進行調制的載波信號。
[0011]本發(fā)明的有益效果主要在于:單頻調制脈沖信號源是水平井隨鉆探層測距雷達的核心部件，發(fā)出的信號為時域脈沖寬度在納秒級的窄帶電磁波信號，既可以保證探層測距雷達具有較高的探測分辨率，又可以保證發(fā)射信號經窄帶平板縫隙天線能高效、高保真地發(fā)射到地層中，從而有效地提高探層測距雷達的探測深度。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種用于水平井隨鉆探層測距雷達的單頻調制脈沖信號源原理圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例提供的單頻調制脈沖信號源發(fā)射信號時域特性圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實施例提供的單頻調制脈沖信號源發(fā)射信號幅頻特性圖。
【具體實施方式】
[0016]下面，結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述。
[0017]本領域的技術人員能夠理解，盡管以下的說明涉及到有關本發(fā)明的實施例的很多技術細節(jié)，但這僅為用來說明本發(fā)明的原理的示例、而不意味著任何限制。本發(fā)明能夠適用于不同于以下例舉的技術細節(jié)之外的場合，只要它們不背離本發(fā)明的原理和精神即可。
[0018]另外，為了避免使本說明書的描述限于冗繁，在本說明書中的描述中，可能對可在現(xiàn)有技術資料中獲得的部分技術細節(jié)進行了省略、簡化、變通等處理，這對于本領域的技術人員來說是可以理解的，并且這不會影響本說明書的公開充分性。
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0020]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種用于水平井隨鉆探層測距雷達的單頻調制脈沖信號源原理圖。如圖1所示，單頻調制脈沖信號源主要由連續(xù)波信號源、時域控制開關、脈沖信號源、功率放大器四部分構成:
[0021]連續(xù)波信號源:輸出功率在OdBm(lmW)左右，頻率與窄帶平板縫隙天線中心頻率相等(約為500MHz)的單頻正弦連續(xù)波信號；
[0022]脈沖信號源:當轉角傳感器檢測到天線所在平面水平朝上或朝下時，即角度為0°或180°時，上位機ARM控制脈沖信號源輸出電壓幅度在2V左右，脈寬為ns級的脈沖觸發(fā)信號，例如，其為超寬帶窄脈沖信號，峰值幅度約為2V，時域寬度約為5納秒；
[0023]時域控制開關:利用脈沖信號觸發(fā)控制開關的關斷，從而對連續(xù)波信號進行調制;
[0024]功率放大器:對單頻調制脈沖信號進行功率放大(50dB以上)，保證進入發(fā)射天線的信號有足夠大的發(fā)射功率。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例提供的單頻調制脈沖信號源發(fā)射信號的時域特性圖。如圖2所示，發(fā)射信號為3?5個頻率約為500MHz正弦波形成的包絡信號，形成的包絡整體時間寬度約為6?10ns，若電磁波在儲集層中的傳播速度為V = lX108m/s，若不考慮其它因素的影響，則此探層測距雷達系統(tǒng)的最高分辨率可以達到0.10m。
[0026]圖3為本發(fā)明實施例提供的單頻調制脈沖信號源發(fā)射信號幅頻特性圖。如圖3所示，本發(fā)明提出的信號源發(fā)射的單頻調制脈沖信號有較大部分的能量集中在中心頻率附近，為窄帶信號，此時若發(fā)射天線的工作頻帶的中心頻率與信號的中心頻率相同，則發(fā)射天線的效率達最高，在其它條件不變的情況下，可有效提高水平井隨鉆探層測距雷達探測深度。因此，在保證探測分辨率的前提下，本發(fā)明實施例提供的單頻調制脈沖信號源比目前探地雷達采用的信號源性能更為優(yōu)越，更適用于水平井隨鉆探層測距雷達。
[0027]綜上所述，本發(fā)明的有益成果是:不同于傳統(tǒng)的探地雷達的信號源，針對水平井隨鉆探層測距雷達選用的窄帶平板縫隙天線，本發(fā)明提供了一種用于水平井隨鉆探層測距雷達的單頻調制脈沖信號源，發(fā)出的信號為時域脈沖寬度在納秒級的窄帶電磁波信號，既可以保證探層測距雷達具有較高的探測分辨率，又可以保證發(fā)射信號經窄帶平板縫隙天線能高效、高保真地發(fā)射到地層中，從而有效地提高探層測距雷達的探測深度。
[0028]最后，本領域的技術人員能夠理解，對本發(fā)明的上述實施例能夠做出各種修改、變型、以及替換，其均落入如所附權利要求限定的本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源，所述水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源包括連續(xù)波信號源、脈沖信號源， 其中，所述連續(xù)波信號源用于產生連續(xù)波信號，作為待調制信號， 其中，所述脈沖信號源用于產生脈沖信號，作為用于對所述待調制信號進行調制的載波信號。2.根據(jù)權利要求1所述的水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源，其中，窄帶平板縫隙天線連接有轉角傳感器， 其中，當轉角傳感器檢測到窄帶平板縫隙天線所在平面為水平時，所述脈沖信號源被控制產生超寬帶窄脈沖信號，其峰值幅度約為2V，時域寬度約為5納秒。3.根據(jù)權利要求1所述的水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源，其經由窄帶平板縫隙天線發(fā)射信號，其中，所述連續(xù)波信號源用于產生與窄帶平板縫隙天線中心頻率相等的單頻正弦連續(xù)波信號。4.根據(jù)權利要求3所述的水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源，其中，所述連續(xù)波信號源用于產生功率為lmW、頻率為500MHz、具有3至5個周期時長的單頻正弦連續(xù)波信號。5.根據(jù)權利要求1所述的水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源，還包括時域控制開關、功率放大器， 其中，所述時域控制開關用于根據(jù)所述脈沖信號觸發(fā)自身的關斷，從而對連續(xù)波信號進行調制； 所述功率放大器用于對調制后的信號進行功率放大。
【專利摘要】本申請公開了一種水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源，所述水平井隨鉆探層測距雷達單頻調制脈沖信號源包括連續(xù)波信號源、脈沖信號源，其中，所述連續(xù)波信號源用于產生連續(xù)波信號，作為待調制信號，其中，所述脈沖信號源用于產生脈沖信號，作為用于對所述待調制信號進行調制的載波信號。本發(fā)明既可以保證探層測距雷達具有較高的探測分辨率，又可以保證發(fā)射信號經窄帶平板縫隙天線能高效、高保真地發(fā)射到地層中，從而有效地提高探層測距雷達的探測深度。
【IPC分類】G01S7/282
【公開號】CN105353357
【申請?zhí)枴緾N201510829026
【發(fā)明人】滕鑫淼, 盛利民, 竇修榮, 艾維平, 禹德洲, 王磊, 石榮, 呂海川
【申請人】中國石油集團鉆井工程技術研究院
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月25日