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1、学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内 容n/J, I,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为 获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：避学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定， 即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有 以任何方法发表、复
2、制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油 大学。论文作者签名： 日期：冰S边 导师签名：日期：丝主=.互：迎 注：如 本论文涉密，请在使用授权的说明中指出（含解密年限等）。中文摘要论文题目：随钻测量数据的并下无线电磁传输系统设计研究专业：测试计量技术汉1】硕士生：杜睿致签名）港签导 师：周静（签名）虱前一摘要自2 0世纪9 0 年代初开始，随着随钻测量技术的发展，世界钻井技术进入了信息化、自动化、智 能化的快速发展新时期。人们希望更加准确并实时了解井下工作状况，然而如何将 井下近钻头数据发送到地面是一个难题
3、。针对这一问题，本文对国内外关于无线传 输技术的现状和发展进行了充分调研，开展了无线电磁传输系统的设计和相关模拟 实验研究。本文以西安石油大学井下测控研究所旋转导向钻井系统的无线短节为传 输样机，提出利用电磁感应原理实现井下近钻头采集数据发送的井下无线电磁传输 系统。该系统包括信号发射部分、无线信道部分、信号接收部分、MWD通讯部分、 中控电路以及电源部分。 本文根据电磁学基础原理，研究了无线电磁技术的传输原 理，分析了无线电磁传输系统的磁路和电路，了解了材料磁化规律，讨论了磁场强 度和磁化电流的计算方法。根据磁环实际尺寸及钻具在井下的实际工作状况，选定 了绕线材料，设计计算了无线电磁传输关键
4、部件的传输参数，给出了发射线圈和接 收线圈的具体匝数。 根据得到的关键部件特征参数，对无线电磁系统进行了AN S YS分析，观察了线圈的磁力线分布，得出接收端信号强度与接收位置和接收方向 有关的结论。进行了无线电磁传输关键部件的传输实验，得出在不同条件下的接收 端信号电压.频率特性曲线。获得了无线电磁传输系统的传输频带。进行了无线传 输系统整体测试实验，成功实现了无线电磁系统的数据传输。关键词：随钻测量无 线电磁传输收发线圈解调论文类型： 应用研究（本文得到国家8 6 3 ”计划专项资 金的资助） 1 1 英文摘要 Subject: Design and Rcscar ch on Down h
5、o 1 e Wireless Electromagnet ic Transmi ss ionSystem of Measurement While Drilling （MW D） DataSpeciality:M easurement Techno 1 ogy and Ins t rumentNa me: Du Ruipanlnstructor:ZhouJ ing （ ABSIJ 屯 AClThc early 1 990s has witnessed a new era of worldwide drilling tcchniq u e s winl rap i ddeve 1 opment
6、in informati zation, automation and intel lectual iza tion in pace with deve 1 op i ngmeasuremen twhi le dri 1 1 ing techniques. Nowadays people tend to know in real time and in amorc accurate way about the unde rgrou nd work progress, but chai lenges 6m6rgewhen itcomcs to sending the unde rgroun d
7、nearbit drilling data to the surfac c.This thesis tries todcsign on wir 616s s electromagnetic transmission system and carry out correlating s imulatedexp crimcnts upon fully preliminary rcscar ch on present condition of home and abr oadwireless transmission techniques a nd dynamic deve1opment. This
8、 thesis set s the rotary stirring wireless pup join ts of drilling system in Unde rgroundMe asurement and Control 1 ing Research Ins titution ofPetroleum Universityas its prototype, and puts forward thatelectromagnetic induct ion principles can be utilized to realize thesending of near bit drilling
9、data to the surface by th e unde rgroundwirelesselectromagnet1ctransmi ss ion system, m system involves signal transmission, wireless channel, s ignal rcccpt ion, MWD communication, con trol circuit and power supply. Tllis th csis has researched the wireless elect romagnetic technique theory based o
10、n t hcbasicprincipleof electromagnetism,analyzed magneticcircuits and clcctri c circuits of thewireless electromagne tic transmission system, got a general id e a of material magnet izat iondi seipl i n e s and di scussed calculation methods on magnetic field intensity and magnet izingcurrents. Coin
11、ing materials are s er e d e n d i v a c w o d e p a n e n c c e a t P o m a o n a n a n n eIcctcd, the parameter in key parts of wi lesselectromagnet ic transmission is signed and concluded and specific wi ing numbers forsending coin and r e c e ing coin are calculated according to tual magnetic ri
12、ng size andreal istic rk conditions with drilling tools un rground. Based on the characteristic ramctcr of the key parts, wireless mag tic system i sanalyzed by ANSYS, and co 1 u s ion that signal strength of the r e iving end is related toreceiving loc ion and receiving direction is made u n observ
13、at ion on the distribution of gnctic line of force. Thus transmissi band of wireless electromagnetic tr smission isultimately gained. Data tr smittcd through wireless electromag tism is successful ly 1 I I 英文摘要 achieve d after adjusting the test experimentsof wireless electromagnetic Iransmiss ion.
14、Keywords: MWD, Wi r 616ss Elect romagn ctic Transmission, Receiving and Scndin g Coils, Demodu 1 at i onThes i s: Appf icat io n Study (The paper is supported by Spcci a 1 funds ofthc national “ 863 plan) IV 目录 目录第一章绪 论 .11 . 1 弓I 、.H.1 1 . 2研究背景及意义究现状国外研究现状3. 2国内研究现状1. 4主要研究内容1 1.3国内外研2 1.3.1 .21 .
15、35 1.5论文开展步骤章小结5 1 . 6本5第二章无线电磁传输理论研究2 . 1无线传输系统模型 6 2. 1. 1系统传输原理 .6 2. 1. 2物质磁化与媒质特性 .7 2.1.3系统等效回路 .92.2无线传输系统磁路及电路9 2.2.1系统磁环磁场 .9 2. 2. 2系统磁芯电路 102.3系统磁环材料 1 1 2.3.1磁环材料磁化 12 2.3.2磁芯材料选择 132. 4本章小结 16第三章关键部件参数研究及AN S Y S分析 183.1绕线材料选择 .183 . 2发射线圈参数研究 .1 93.2.1基础参数1 9 3.2.2计算公式推导 193.2. 3线圈参数计算 2 1 3.3接收线圈参数研究 . 2 13.3.1计算公式推导2 1 3.3.2线圈参数计算 22 3 .4铁氧体磁芯的线圈参数研究 . 2 3 3. 4. 1发射线圈参数计算2 33.4.2接收线圈参数计算 2 4V目录3 . 5环形线圈ANSYS有限元分析 26 3. 5. 1电磁场基本理论 26 3.5.2 AN SY S电磁场分析对象 一 273.5.3环形线圈AN SYS电磁场分析 2 7 3.6本章小结 一3 0第四章无线电磁传输调理电路研究 314 . 1信号发射调理电路 .32 4.1.1硬件电路研究信号发
