Matlab-моделирование передачи данных в забойной телеметрической системе с радиоканалом Matlab Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 550.8.08:621.398:621.396.24

А.Б. Мирманов, A.B. Mirmanov О.В. Стукач, O. V. Stukach

А.С. Гопоненко, A.S. Goponenko, e-mail: [email protected] Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, г. Астана, Казахстан Kazakh Аgrotechnical University. S. Seifullin, Astana, Kazakhstan

матьав-моделирование передачи данных в забойной телеметрической системе с радиоканалом

matlab-modeling of the data transfer in the mwd telemetery system with radio channel

Изучается проблема передачи информации в забойной телеметрической системе по новому каналу связи. Рассмотрены преимущества системы с радиоканалом. Проведены экспериментальные исследования канала связи на отрезке бурильной трубы. Предложена модель системы в среде Matlab Simulink.

The problem of transfer of telemetry information in the measurement while drilling system through a new communication channel is investigated. Advantages of system with the radio channel are considered. The experimental researches of the communication channel on a piece of drilling pipe are carried out. The Matlab Simulink model of system is offered for simulations.

Ключевые слова: забойная телеметрическая система, канал связи, имитационная модель, высокочастотный радиоимпульс

Keywords: measurement while drilling, communication channel, simulation, high frequency modulated pulse

Телеметрические системы контроля параметров бурения скважин непосредственно в процессе бурения, или системы measurement while drilling (MWD) необходимы для повышения эффективности геолого-геофизических работ и освоения новых месторождений. Современные условия бурения характеризуются большими отклонениями стволов от вертикали и горизонтальными участками большой протяженности. Поэтому решение проблемы совершенствования и удешевления телеметрической аппаратуры является актуальной задачей. Характеристики любой телеметрической системы определяются, в основном, параметрами выбранного канала связи. Использование электромагнитного и гидроимпульсного каналов имеет ряд серьёзных недостатков, поэтому в нашем проекте разрабатывается приёмопередающая аппаратура для радиоканала [1]. В настоящее время радиоканал используется только на наземной части системы [2]. Нами предложена система, использующая бурильную

36

Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014

трубу в качестве волновода. Общая схема передачи телеметрической информации изображена на рис. 1.

Рис. 1. Общая структура системы

Все проблемы проектирования систем с радиоканалом следуют из большого затухания и искажения формы сигнала в канале связи. Канал никогда не бывает пустым, он заполнен грунтом и промывочным раствором с большой диэлектрической проницаемостью. Поэтому при выборе мощности передатчика, чувствительности приёмника, полосы рабочих частот и вида модуляции важно провести комплексные исследования прохождения сигнала по каналу связи.

В результате экспериментальных исследований получены данные об изменении затухания и формы сигнала. Методика измерений заключалась в следующем. Между передающим модулем [3] и приёмной детекторной головкой по центру закреплялись отрезки стальной бурильной трубы диаметром 100 мм и длиной 1080 и 1920 мм. Для моделирования реальной ситуации скважинного бурения и передачи телеметрии в процессе бурения трубы заполнялись водой. Передатчик излучал радиоимпульс, огибающая которого в результате детектирования измерялась цифровым осциллографом (рис. 2).

Для моделирования модулированных сигналов (время-импульсная модуляция) в системе использовался модуль Simulink программного комплекса Matlab. Модель приведена на рис. 3, а результаты на рис. 4. Модель адекватна экспериментальным результатам, но она нуждается в совершенствовании, так как канал связи нельзя считать линейным звеном.

Рис. 2. Запускающий импульс передатчика (1) и огибающая продетектированного сигнала (2)

при прохождении его через бурильную трубу

37

Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014

Constants

Рис. 3. Модель телеметрической системы с радиоканалом

Рис. 4. Излучаемый радиоимпульс (1), его огибающая (2), сигнал с фоновым шумом в канале (3)

и результат обработки после фильтрации (4)

Для рассмотренного канала связи существует трудность выделения сигнала из шума при большом расстоянии между передатчиком и приёмником. Поэтому время-импульсная модуляция может использоваться только при относительно низкой скорости передачи данных.

Работа выполняется по гранту РФФИ, код проекта 13-02-98002.

Библиографический список

1. Кочумеев, В. А. Изучение проблемных ситуаций [Электронный ресурс] / В. А. Кочумеев, А. Б. Мирманов, О. В. Стукач // Вестник науки Сибири. - 2012. - Т. 4, № 3. - С. 99-102. - (Инженерные науки). - Режим доступа: http://sjs.tpu.ru/journal/article/viewPDFInterstitial/361/321>.

2. Коровин, В. М. Структура телекоммуникационной системы передачи данных при проведении геолого-технических и геофизических исследований в ОАО «Башнефтегеофизи-ка» / В. М. Коровин, Н. А. Тарасов, И. К. Мешков, А. Н. Петров // Каротажник. - 2012. - № 7-8. - С. 116-126.

3. Пушкарев, В. П. Режимные характеристики импульсного генератора на диодах Ганна типа 3А762 / В. П. Пушкарев, А. А. Титов, В. И. Юрченко // Доклады ТУСУРа. - 2010. - № 2 (22), Ч. 2. -С.138-141.

38