●前言
第1章 緒論 1
1.1 EM-MWD繫統工作原理與構成 4
1.1.1 EM-MWD繫統的工作原理 5
1.1.2 EM-MWD繫統的主要測量參數 5
1.1.3 EM-MWD繫統的主要評價指標 7
1.2 EM-MWD繫統研究現狀 8
1.2.1 隨鑽電磁傳輸信道的特性研究現狀 8
1.2.2 低信噪比下EM-MWD信號的檢測技術研究現狀 11
1.2.3 EM-MWD繫統國內外發展現狀 12
1.3 EM-MWD繫統新技術與面臨的挑戰 17
參考文獻 18
第2章 井筒中低頻電磁波傳輸特性研究 22
2.1 EM-MWD繫統工作原理及構成 22
2.1.1 EM-MWD繫統井下電磁場的形成機理 24
2.1.2 絕緣段結構及等效物理模型 26
2.1.3 主要測量參數 27
2.2 井筒中低頻電磁波傳播規律研究 27
2.2.1 EM-MWD繫統電磁信道的等效傳輸線法研究 28
2.2.2 金屬套管對隨鑽電磁信號傳播的影響 31
2.2.3 不同井眼結構下電磁波傳播規律研究 32
2.2.4 井場環境對電磁波信號的影響研究 34
2.2.5 影響 EM-MWD繫統中電磁波衰減的因素 34
2.3 鄂北地區電磁波的衰減模型與仿真 36
2.3.1 鄂北地區電磁波的衰減模型 36
2.3.2 鄂北地區電阻率分布特性 37
2.3.3 EM-MWD繫統中電磁波衰減仿真 37
2.4 小結 41
參考文獻 42
第3章 井場噪聲采集與噪聲特性研究 43
3.1 井場噪聲的統計特性 43
3.1.1 井場噪聲概述 44
3.1.2 井場噪聲源分類 44
3.1.3 常見的井場噪聲模型 48
3.1.4 井場噪聲譜分析 54
3.2 井場噪聲采集繫統硬件設計 56
3.2.1 耦合變壓器設計及選型 57
3.2.2 低噪聲前置放大器設計 57
3.2.3 低噪聲濾波器設計 59
3.2.4 USB6221采集卡 61
3.2.5 井場電磁噪聲采集繫統功能劃分 61
3.3 井場噪聲采集繫統軟件設計 62
3.3.1 LabVIEW編程平臺及開發流程 62
3.3.2 井場噪聲采集繫統主界面設計 63
3.3.3 井場噪聲采集繫統各功能模塊設計 65
3.3.4 LabVIEW與MATLAB混合編程 66
3.4 井場噪聲Bootstrap方法分析 67
3.4.1 Bootstrap方法概述 68
3.4.2 Bootstrap技術在井場噪聲處理中的應用 69
3.5 實測井場噪聲數據分析與處理 72
3.5.1 實驗井場位置 73
3.5.2 基於Bootstrap方法的噪聲數據分析 74
3.5.3 井場噪聲的譜分析 75
3.5.4 不同鑽進狀態時的井場噪聲分析 77
3.6 小結 83
參考文獻 84
第4章 基於μC/OS-II的井下電磁發射機設計 86
4.1 電磁發射機概述 86
4.2 井下電磁發射機原理與構成 88
4.2.1 井下電磁發射機工作原理 88
4.2.2 定向測量探管 90
4.2.3 井下電磁發射機質量的評價標準 93
4.3 井下電磁發射機拓撲結構與負載等效模型 94
4.3.1 井下電磁發射機功率電路拓撲結構 95
4.3.2 井下電磁發射機的SPWM控制原理 97
4.3.3 井下電磁發射機負載等效模型 99
4.4 井下電磁發射機硬件設計 102
4.4.1 井下電磁發射機主控繫統設計 102
4.4.2 發射機H橋功率驅動電路設計 105
4.4.3 井下電磁發射機檢測電路設計 106
4.4.4 發射機與定向探管接口電路設計 109
4.4.5 井下電磁發射機供電電源設計 109
4.4.6 井下電磁發射機儀器結構設計 110
4.5 井下電磁發射機軟件設計 111
4.5.1 井下發射機繫統軟件概述 111
4.5.2 μC/OS-II在DSP上的移植 114
4.5.3 井下電磁發射機的任務劃分及優先級 115
4.5.4 井下電磁發射機主程序設計 116
4.5.5 井下電磁調制信號產生子程序 117
4.5.6 輸出電壓與電流控制子程序 119
4.5.7 發射機與定向探管通信子程序 123
4.6 井下電磁發射機繫統測試 124
4.6.1 井下電磁發射機的數學模型分析 124
4.6.2 井下電磁發射機的LC濾波分析 125
4.6.3 井下電磁發射機雙閉環PI控制 127
4.6.4 井下電磁發射機的仿真模型及結果分析 129
4.7 小結 135
參考文獻 135
第5章 隨鑽電磁信號地面接收繫統設計 138
5.1 EM-MWD繫統地面接收的工作原理與分析 138
5.1.1 地面接收機工作原理 139
5.1.2 接收機設計關鍵指標 141
5.1.3 EM-MWD繫統工作參數的配置 142
5.2 EM-MWD地面接收繫統硬件設計 146
5.2.1 地面接收機硬件設計 146
5.2.2 隔離式安全柵設計 147
5.2.3 低噪聲前置放大器設計 149
5.2.4 低噪聲濾波器設計 150
5.2.5 司鑽指示器設計 151
5.2.6 供電電源設計 153
5.3 地面接收機解調方法 153
5.3.1 電磁波載波同步技術 154
5.3.同步與幀同步 160
5.3.3 相干解調算法與實現 160
5.4 EM-MWD地面接收繫統軟件設計 161
5.4.1 EM-MWD地面接收繫統軟件構架分析 162
5.4.2 EM-MWD地面接收繫統軟件需求分析 163
5.4.3 電磁波數據的實時獲取及處理 164
5.4.4 EM-MWD地面接收繫統軟件模塊設計 165
5.5 遠程接收繫統方案設計 167
5.5.1 遠程接收繫統工作原理及主要完成功能 168
5.5.2 遠程無線傳輸協議方案的選擇 169
5.5.3 基於ZigBee協議的遠程無線電磁信號傳輸方案設計 170
5.5.4 基於ZigBee技術的無線傳輸監控軟件設計 174
5.5.5 實驗結果分析 176
5.6 小結 177
參考文獻 178
第6章 EM-MWD繫統的信號檢測方法 179
6.1 EM-MWD電磁信號的檢測技術概述 179
6.2 井下電磁發射機的調制技術 180
6.2.1 EM-MWD繫統調制技術優選 182
6.2.2 井下電磁發射機 BPSK 調制信號的產生 183
6.2.3 井下電磁發射機 2DPSK 信號的解調 184
6.3 井場噪聲處理方法研究 188
6.3.1 陷波器工作原理 189
6.3.2 50Hz噪聲IIR數字陷波器研究 190
6.3.3 50Hz噪聲數字陷波器仿真研究 192
6.4 井場噪聲自適應抵消工作原理 194
6.4.1 改進的井場噪聲自適應抵消工作原理 197
6.4.2 井場噪聲自適應抵消方法探討 199
6.4.3 井場噪聲自適應抵消方法仿真 200
6.5 自適應BPSK算法在EM-MWD繫統中的應用研究 203
6.5.1 自適應BPSK調制技術原理 203
6.5.2 EM-MWD繫統中自適應BPSK相干檢測方法研究 205
6.5.3 EM-MWD繫統中自適應BPSK相干檢測的誤比特率 206
6.5.4 自適應BPSK算法仿真 206
6.5.5 EM-MWD繫統實測數據分析與處理 209
6.6 小結 213
參考文獻 214

本書以電磁隨鑽測量繫統為例，全面繫統地闡述和分析電磁隨鑽傳輸技術的工作原理、繫統構成、測量參數、評價指標、繫統設計和所涉及的信號處理技術。主要內容包括低頻電磁隨鑽信號的衰減模型以及影響電磁波傳輸的主要因素，井場噪聲電磁噪聲的采集繫統以及基於 Bootstrap方法的井場噪聲的統計特性分析，井下發射機的拓撲結構和負載等效模型研究與井下發射機的硬件和軟件平臺的構建，電磁信號地面接收機的信號預處理技術、噪聲抵消技術、相干載波提取技術等理論仿真、半物理實驗、程序框圖和實驗分析。本書內容既有利於電磁隨鑽測量的理論研習，也可為研究隨鑽測量、隨鑽測井、近鑽頭測量、地質導向或旋轉導向提供方便。 本書理論與應用並重，仿真、半物理實驗和現場實驗有機結合，可供從事鑽井工程測量與測井工程相關儀器研發人員和現場施工專業技術人員閱讀和參考，也可作為高等院校石油工程、勘查技術與工程、測控技術與儀器的教師和相關研究生的教等