CN101845950A - 连续油管作业井底无线数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续油管作业井底无线数据传输系统，涉及石油天然气工业连续油管作业井底无线数据传输设备技术领域。包括采集井下数据的井下施工监测仪，对井下数据进行编码并转换为声波信号处理的声波信息编码装置，发射声波信号的声波发射装置，接收声波信号的声波接收装置，对声波信号进行放大处理的自动程控放大器和对声波信息进行加码处理的声波信息解码装置，采用本系统，解决了现有连续油管作业井底无线数据传输系统中的声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，即实现了能直接在固体材料中产生声波振动信号。

Description

连续油管作业井底无线数据传输系统

技术领域

本发明涉及石油天然气工业连续油管作业井底无线数据传输设备技术领域。

背景技术

连续油管作业中井底施工数据的采集和实时数据无线传送技术是提高连续油管施工技术、提高施工效率的重要手段。连续油管作业井底无线数据传输技术是集油气井井下测试技术、高温高压环境下施工监测控制技术和无线数据传输技术于一体的新技术，它利用井底监测仪器采集、存储井下数据，利用井下数据编码器将数据转换为声波信号，利用声波发射装置进行无线数据的发射，利用井口声波接收装置监测声波信号，利用放大器放大声波信号，然后再利用解码器解码还原为原始施工数据、最后传输到地面施工监测系统。由此达到井底施工数据的采集和实时数据无线传送的目的。

由于用于井底施工数据的实时无线数据传输中的声波发射装置产生的声波必须利用固体(即连续油管)中传播，所以井底无线数据传输系统不能使用常规的空气介质条件下的声波发射装置，必须直接在固体材料中产生声波振动信号，而现有技术中还没有具有这种功能的连续油管作业井底无线数据传输系统。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种应用于石油天然气工业中的连续油管作业井底无线数据传输系统，采用本系统，解决了现有连续油管作业井底无线数据传输系统中的声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，即实现了能直接在固体材料中产生声波振动信号。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种连续油管作业井底无线数据传输系统，包括采集井下数据的井下施工监测仪，对井下数据进行编码并转换为声波信号处理的声波信息编码装置，发射声波信号的声波发射装置，接收声波信号的声波接收装置，对声波信号进行放大处理的自动程控放大器和对声波信息进行加码处理的声波信息解码装置，其特征在于：所述的声波发射装置包括下接头、下外筒、上外筒、引线、下谐振管、压电堆和上谐振管；所述的下接头、下外筒、上外筒由下至上依次连接为一体，其中，下接头与声波信息编码装置连接，下外筒和上外筒形成中空的筒体，所述的下谐振管和上谐振管安装于筒体内，所述的压电堆设置在下谐振管和上谐振管之间，上谐振管与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线穿过所述下接头，并沿所述下谐振管中心孔与所述压电堆电连接，压电堆包括被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管和下谐振管的端头分别抵在压电堆的顶端和底端，压电堆还包括压电陶瓷材质的环状套筒，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒内，上谐振管和下谐振管的端头分别套入至所述环状套筒内，压电陶瓷环片是由压电陶瓷经加工定型，并经高压极化形成的。

所述上谐振管的上端沿轴向内凹形成声波引导杯，声波引导杯包括连通为一体的空心圆柱和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管中心孔，空心圆柱与连续油管螺纹连接。

所述的井下施工监测仪包括外壳，设置在外壳中的仪器仓，在外壳中开有与仪器仓相对隔离并用于高温高压流体通过的至少一个介质通道；仪器仓内设置有检测仪器内部流体压力的内部压力传感器，检测连续油管外部压力的外部压力传感器，测量套管或油管接箍信号，根据油管或套管的实际接箍位置确定连续油管井下工具的位置的上下两个磁定位传感器，采集井底流体温度变化的温度传感器和为各个传感器提供电能的耐高温电池组。

所述的声波信息编码装置包括：与井下施工监测仪连接，并接收井下施工监测仪监测的井下数据的信息收发通讯模块；与信息收发通讯模块连接，并接收信息收发通讯模块发出的井下数据，并对该井下数据进行数据变换、重组处理后输出脉冲编码信号串的中央控制处理模块；与中央控制处理模块连接，并对脉冲编码信号串进行整形、放大处理后输出脉冲编码驱动信号串的整形放大模块；与整形放大模块连接，并对脉冲编码驱动信号进行大功率、高压处理后输出大功率、高压脉冲信号的超声发生器驱动模块，所述大功率、高压脉冲信号由超声发生器驱动模块输入至声波发射装置；和为中央控制处理模块、整形放大模块、超声发生器驱动模块提供电力的供电模块。

所述的声波接收装置包括下接头、上接头、声波导引筒、压电堆、引线、密封件和外保护筒；下接头、外保护筒和上接头依次连接为一体，其中，下接头与连续油管连接，声波导引筒安装于所述外保护筒的筒体内，压电堆安装在声波导引筒内，密封件为圆柱形，密封件紧密贯穿所述上接头，引线的一端连接在压电堆上，另一端沿所述密封件的中心伸出后连接声波信息解码装置，所述的压电堆包括至少一个纵波检测压电堆和横波检测压电堆，所述的纵波检测压电堆沿声波导引筒筒体径向平铺设置，所述的横波检测压电堆为环状套筒，横波检测压电堆被套在所述声波导引筒内，且横波检测压电堆位于纵波检测压电堆的上方，所述压电堆的材质为压电陶瓷，纵波检测压电堆为经加工定型，并经高压极化形成的压电陶瓷环片，横波检测压电堆为压电陶瓷材质的环状套筒。

所述的自动程控放大器包括：用于由声波传感器引入声波信号，并对该声波信号进行放大处理的放大器；用于采集经放大器放大后的声波信号，并对该声波信号进行模数转换的A/D转换器；用于对声波信号的大小进行增加或减小放大比例的放大比例控制器；用于控制放大器预先设定放大比例，并程控自动调整该放大比例，用于控制A/D转换器采集放大信号，检测放大器输出的主信号的峰值并与所要求的主信号峰值进行比较后，通过控制放大比例控制器增加或减小放大比例的中央程控处理模块；以及用于为放大器、A/D转换器、放大比例控制器和中央程控处理模块提供电能的电源输入模块。

所述的声波信息解码装置包括：与声波发射装置连接，并对由声波发射装置输入的声波信号进行整形、放大处理的整形放大模块；与整形放大模块连接，并对声波信号进行识别处理的声波信号识别模块；与声波信号识别模块连接，并对声波信号进行解码处理后输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块；与中央控制处理模块连接，并将解码后的信息传输到地面施工监测仪的信息收发通讯模块；和为中央控制处理模块、整形放大模块、声波信号识别模块提供电力的供电模块，所述的解码处理后输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块具体是指对声波信号经数据变换和重组处理，并通过中央控制处理芯片输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块。

与现有技术相比，本发明所达到的技术效果如下

一、由于本发明采用“下接头与声波编码器连接，下谐振管和上谐振管安装于筒体内，压电堆设置在下谐振管和上谐振管之间，上谐振管与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线穿过下接头，并沿下谐振管中心孔与压电堆电连接”这样的技术方案，与现有技术相比，压电堆产生的声波针对由上谐振管直接传入至连续油管，解决了现有声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，即实现了能直接在固体材料中产生声波振动信号。

二、由于本发明采用的压电堆为“被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管和下谐振管的端头分别抵在压电堆的顶端和底端”这样的技术方案，当向引线中加入高压脉冲电信号后压电陶瓷环片会产生柱向伸缩振动，从而将声波振动通过上谐振管直接传入至连续油管，进一步解决了现有声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，更好地实现了能直接在固体材料中产生性能更加可靠的声波振动信号；同时，在此基础上，本发明的压电堆还包括“电陶瓷材质的环状套筒，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒内”，这样，所产生的声波更加纯正、电声转换效率更高，多次杂波更少，更加能够满足井下施工监测数据传输的要求。

三、本发明采用的“上谐振管的上端沿轴向内凹形成声波引导杯，声波引导杯包括连通为一体的空心圆柱和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管中心孔，空心圆柱与连续油管螺纹连接”这样的技术方案，能进一步将由压电堆产生的声波信号放大，从而进一步骤地提高了电声转换的效率；同时，由于采用声波引导杯，可使声波传播的方向性得到有效保证。

四、由于发明采用在“外壳中开有与仪器仓相对隔离并用于高温高压流体通过的至少一个介质通道”这样的技术方案，仪器仓内的各个仪器与介质通道相对隔离，实现了可允许高温高压流体从仪器内部通过，因而施工监测仪所采集和存储的井下压力、温度、套管接箍位置等数据更加准确，同时保证监测仪在井底高温、高压环境中稳定可靠运行。

五、由于声波在传输过程中会引入大量的杂波和多次谐波。这些波在传输中又分不同的先后顺序到达。因此声波信息编码方式必须使传输后的声波能够可靠的区分主波和杂波。并能区分不同时间到达的波的性质。为此本发明采用“对脉冲编码信号串进行整形、放大处理后输出脉冲编码驱动信号串”，更进一步采用“将每个井下数据字符都切分为前半字符和后半字符，半字符的ASCII从0～15，这样处理后输出脉冲编码信号串的中央控制处理模块，所传输的脉冲编码信号串具体是以脉冲时差作为字符传输识别依据，在满足数据传输速度的前提下加大时差宽度的脉冲编码信号串”这样的技术方案，所传输的每一个字符都切分为前半字符和后半字符，半字符的ASCII从0～15，因此在数据传输中只需识别0-15共16个字符，这样可减少传输的信息量，提高传输的可靠性。采用脉冲时差作为字符传输的识别依据，在满足数据传输速度的前提下尽量加大时差宽度，解决了现有声波信息编码装置对主波和杂波识别性较低、不能区分不同时间到达的波的性质的技术问题。而由于所采用的供电模块为耐高温的电池组，能保证本发明在井下高温、高压下，器件的长期可靠运转。

六、由于本发明采用“下接头、外保护筒和上接头依次连接为一体，其中，下接头与连续油管连接，声波导引筒安装于所述外保护筒的筒体内，压电堆安装在声波导引筒内，密封件为圆柱形，密封件紧密贯穿所述上接头，引线的一端连接在压电堆上，另一端沿所述密封件的中心伸出后连接声波解码器”这样的技术方案，由连续油管传入的声波信号经下接头和声波导引筒传输至压电堆，压电堆在声波的推动下从引线中送出电信号，解决了现有声波接收装置无法直接在固体材料中检测声波振动信号的技术难题，并且声波导引筒将声波信号最大限度的导引到压电堆中以便通过压电功能陶瓷为声电作用产生电信号，有利于增强声电转换率，取得了声波频率响应范围宽的效果，从而满足需要的声频带宽和高的灵敏度。

七、由于本发明采用“压电堆包括至少一个纵波检测压电堆和横波检测压电堆”这样的技术方案，就能实现同时获得横波和纵波电信号，进一步提高声电转换效率，进一步取得了声波频率响应范围宽的效果，完全能够满足井下施工监测数据传输的要求。

八、由于本发明采用“用于控制放大器预先设定放大比例，并程控自动调整该放大比例，用于控制A/D转换器采集放大信号，检测放大器输出的主信号的峰值并与所要求的主信号峰值进行比较后，通过控制放大比例控制器增加或减小放大比例的中央程控处理模块”这样的技术方案，一方面，能使信号放大比例会根据主信号的大小自动调节，保证放大后的主信号的大小能满足解码装置需求；另一方面，在没有主信号期间不会自动调整放大比例，从而让传输间歇期间的干扰信号不会因为信号较弱而被过分放大。

九、由于声波在传输过程中会引入大量的杂波和多次谐波。这些波在传输中又分不同的先后顺序到达。因此声波信息解码必须使传输后的声波能够可靠的区分主波和杂波。并能区分不同时间到达的波的性质。为此本发明采用“对声波信号经数据变换和重组处理，并通过中央控制处理芯片输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块”这样的技术方案，以及采用“剔除高次谐波，然后根据模/数转换的信号大小区分主波和绕行波，根据波峰间距解码出所传输的每一个半字符(前半字符和后半字符)，半字符的ASCII从0～15，因此在数据传输中只需识别0-15共16个字符的中央控制处理模块”这样的技术方案，声波传输的频率为3.7KHz左右，剔除高次谐波。然后根据模/数转换的信号大小区分主波和绕行波，解决了现有声波信息编码装置对主波和杂波识别性较低、不能区分不同时间到达的波的性质的技术问题。然后根据波峰间距解码出所传输的每一个半字符(前半字符和后半字符)，半字符的ASCII从0～15，因此在数据传输中只需识别0-15共16个字符，这样可减少传输的信息量，提高传输的可靠性。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明的结构示意图

图2为声波发射装置的结构示意图

图3为井下施工监测仪的结构示意图

图4为声波信息编码装置的结构示意图

图5为声波接收装置的结构示意图

图6为自动程控放大器的结构示意图

图7为声波信息解码装置的结构示意图

具体实施方式

实施例1

参照说明书附图1、2，图中标记：1、下接头，2、下外筒，3、引线，4、下谐振管，5、压电堆，6、上外筒，7、上谐振管，8、压电陶瓷环片，9、环状套筒，10、声波引导杯，11、空心圆柱，12、空心圆台，13、O形密封圈，20、井下施工监测仪，21、声波信息编码装置，22、声波发射装置，23、声波接收装置，24、自动程控放大器，25、声波信息解码装置。

其具体公开了一种连续油管作业井底无线数据传输系统，包括采集井下数据的井下施工监测仪20，对井下数据进行编码并转换为声波信号处理的声波信息编码装置21，发射声波信号的声波发射装置22，接收声波信号的声波接收装置23，对声波信号进行放大处理的自动程控放大器24和对声波信息进行加码处理的声波信息解码装置25，声波发射装置，包括下接头1、下外筒2、上外筒6、引线3、下谐振管4、压电堆5和上谐振管7；所述的下接头1、下外筒2、上外筒6由下至上依次连接为一体，其中，下接头1与声波编码器连接，下外筒2和上外筒6形成中空的筒体，所述的下谐振管4和上谐振管7安装于筒体内，所述的压电堆5设置在下谐振管4和上谐振管7之间，上谐振管7与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线3穿过所述下接头1，并沿所述下谐振管4中心孔与所述压电堆5电连接。所述的压电堆5包括被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片8，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管7和下谐振管4的端头分别抵在压电堆5的顶端和底端。压电堆5还包括压电陶瓷材质的环状套筒9，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒9内，上谐振管7和下谐振管4的端头分别套入至所述环状套筒9内。所述上谐振管7的上端沿轴向内凹形成声波引导杯10，声波引导杯10包括连通为一体的空心圆柱11和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管7中心孔，空心圆柱11与连续油管螺纹连接。空心圆锥也可为空心圆台12，空心圆台12直径较小的那一面朝向并连通上谐振管7中心孔。所述的下接头1与声波编码器螺纹连接；下接头1和下外筒2螺纹连接，下外筒2和上外筒6螺纹连接，下谐振管4和上谐振管7均与上外筒6螺纹连接。在各部件的螺纹连接处设有至少一个O形密封圈13。所述的上谐振管7伸出上外筒6，所述的下谐振管4和上谐振管7均为圆柱形。下谐振管4和上谐振管7的形状和长度决定了声波发射装器的谐振频率。

技术原理：由于用于井底施工数据的实时无线数据传输中的声波发射装置产生的声波必须在固体(连续油管)中传播，所以声波发射装置不能使用常规的空气介质条件下的声波发射装置。必须直接在固体材料中产生声波振动信号。为此设计了以压电功能陶瓷为电声材料的声波发射装置。并通过声波引导杯10将产生的声波导引到连续油管本体钢材中。压电功能陶瓷经过加工定型形成压电陶瓷环片8、并经高压极化。多块压电陶瓷环片8叠好，加预应力后形成压电堆5。当向发射装置引线3中加入高压脉冲电信号后压电陶瓷环片8产生柱向伸缩振动。利用声波导引杯将声波振动传入到连续油管中。

当给引线3供给大功率、高压脉冲信号，压电堆5随脉冲信号在柱向上做伸缩振动。振动波经过上谐振管7上的声波导引杯将声波引入环形管中。上下谐振管4的形状和长度决定了声波发射装器的谐振频率。上下接头1负责与连续油管和声波编码器间的连接。各密封圈保证声波发射装置在高温、高压的液体介质中密封。

实施例2

作为本发明一较佳实施方式，在实施例1的基础上，参照说明书附图3，图中标记：1、外壳，2、仪器仓，3、介质通道，4、电路板骨架及电路板，5、温度传感器，6、耐高温电池组，7、内部压力传感器，8、上磁定位传感器，9、下磁定位传感器，10、上接头，11、下接头，12、外部压力传感器。

井下施工监测仪，包括外壳1，设置在外壳1中的仪器仓2，在外壳1中开有与仪器仓2相对隔离并用于高温高压流体通过的至少一个介质通道3；仪器仓2内设置有检测仪器内部流体压力的内部压力传感器7，检测连续油管外部压力的外部压力传感器12，测量套管或油管接箍信号，根据油管或套管的实际接箍位置确定连续油管井下工具的位置的上下两个磁定位传感器，采集井底流体温度变化的温度传感器5和为各个传感器提供电能的耐高温电池组6。采集介质通道3内各个流体数据的传感器上设置有密封件。所述仪器仓2中还设置有将各个传感器采集获得的数据放大处理、及标定传感器的耐高温放大芯片，和控制数据的采集和存储的耐高温单片机。施工监测仪上设置有用于采集结束后与上位机连接进行仪器配置、数据提取和仪器标定的USB接口，和向第三方系统实时传输采集的施工数据的RS232C接口。

施工监测仪是在一根长的圆柱体上沿轴向钻了四个通孔，其中一个通孔用来安装测量仪器，另三个通道用来过流体。施工监测仪中有两个压力传感器，分别测量连续油管内外流体的压力。一个温度传感器5采集井底流体温度变化，两个磁定位感应器通过井内已知的套管接箍深度数据及连续油管深度仪可测得连续油管下端的下入深度，校正连续油管深度仪的误差。利用耐高温放大芯片放大传感器输出的信号和标定传感器，利用高温电池组为井下施工监测仪提供电能。测量出的数据在传送到耐高温存储芯片的同时，还向RS232C接口传送数据。在地面读取存储器中的数据时，可根据磁定位数据判别连续油管是在下的工况还是在起的工况中。

实施例3

作为本发明一较佳实施方式，在上述实施例的基础上，参照说明书附图4，图中标记：1、供电模块，2、中央控制处理模块，3、整形放大模块，4、超声发生器驱动模块，5、信息收发通讯模块。

声波信息编码装置包括：与井下施工监测仪连接，并接收井下施工监测仪监测的井下数据的信息收发通讯模块5；与信息收发通讯模块5连接，并接收信息收发通讯模块5发出的井下数据，并对该井下数据进行数据变换、重组处理后输出脉冲编码信号串的中央控制处理模块2；与中央控制处理模块2连接，并对脉冲编码信号串进行整形、放大处理后输出脉冲编码驱动信号串的整形放大模块3；与整形放大模块3连接，并对脉冲编码驱动信号进行大功率、高压处理后输出大功率、高压脉冲信号的超声发生器驱动模块4，所述大功率、高压脉冲信号由超声发生器驱动模块4输入至声波发射装置；和为中央控制处理模块2、整形放大模块3、超声发生器驱动模块4提供电力的供电模块1。所述对井下数据进行数据变换、重组处理后输出脉冲编码信号串的中央控制处理模块具体是采用将每个井下数据字符都切分为前半字符和后半字符，半字符的ASCII从0～15，这样处理后输出脉冲编码信号串的中央控制处理模块，所传输的脉冲编码信号串具体是以脉冲时差作为字符传输识别依据，在满足数据传输速度的前提下加大时差宽度的脉冲编码信号串。所述的超声发生器驱动模块4包括为后继的声波发生器提供足够的驱动能量，且分别对脉冲编码驱动信号进行大功率、高压处理的大功率驱动器件和高压升压变压器。使声波发射装置输出包含施工信息的声波信号。所述的供电模块1由耐高温电池组、对电池组提供的电压进行电压变换的电压变换器和对电源起过载保护作用的保护开关组成。工作原理如下：由于声波在传输过程中会引入大量的杂波和多次谐波。这些波在传输中又分不同的先后顺序到达。因此声波信息编码方式必须使传输后的声波能够可靠的区分主波和杂波。并能区分不同时间到达的波的性质。为此设计了一种时差编码器件，将所传输的每一个字符都切分为前半字符和后半字符，半字符的ASCII从0～15，因此在数据传输中只需识别0-15共16个字符，这样可减少传输的信息量，提高传输的可靠性。为提高主波和杂波的可识别性，采用脉冲时差作为字符传输的识别依据，在满足数据传输速度的前提下尽量加大时差宽度。由于该编码器件使用环境在井下高温、高压下，所有编码器件都耐高温的器件并采用特殊的散热措施，保证器件的长期可靠运转。

实施例4

作为本发明另一较佳实施方式，在上述实施例的基础上，参照说明书附图5，图中标记：1、声波导引筒，2、横波检测压电堆，3、纵波检测压电堆，4、引线，5、外保护筒，6、上接头、7、下接头，8、密封件，9、O形密封圈。

声波接收装置，包括下接头7、上接头6、声波导引筒1、压电堆、引线4、密封件8和外保护筒5；下接头7、外保护筒5和上接头6依次连接为一体，其中，下接头7与连续油管连接，声波导引筒1安装于所述外保护筒5的筒体内，压电堆安装在声波导引筒1内，密封件8为圆柱形，密封件8紧密贯穿所述上接头6，引线4的一端连接在压电堆上，另一端沿所述密封件8的中心伸出后连接声波解码器。压电堆包括至少一个纵波检测压电堆3和横波检测压电堆2，所述的纵波检测压电堆3沿声波导引筒1筒体径向平铺设置，所述的横波检测压电堆2为环状套筒，横波检测压电堆2被套在所述声波导引筒1内，且横波检测压电堆2位于纵波检测压电堆3的上方。所述压电堆的材质为压电陶瓷，纵波检测压电堆3为经加工定型，并经高压极化形成的压电陶瓷环片，横波检测压电堆2为压电陶瓷材质的环状套筒。所述多个纵波检测压电堆3是被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片。所述的下接头7与外保护筒5螺纹连接，外保护筒5与上接头6螺纹连接，在螺纹连接处设置有O形密封圈9。所述声波导引筒1和外保护筒5经O形密封圈9密封连接。工作原理为：

由于用于井底施工数据的实时无线数据传输中的声波发射装置产生的声波在固体(连续油管)中传播，所以声波接收装置不能使用常规的空气介质条件下的声波接收装置。必须直接在固体材料中检测声波振动信号。为此设计了以压电功能陶瓷为声电材料的声波接收装置。并通过声波导引筒1将声波信号最大限度的导引到压电功能陶瓷组中以便通过压电功能陶瓷为声电作用产生电信号。当有声波信号通过连续油管本体钢材传入到接收装置时，声波经过声波导引筒1集中和加强后分别送入横波检测压电堆2和纵波检测压电堆3中，压电堆在声波的推动下从引线4中送出横波和纵波电信号。该电信号经后续的放大、鉴幅、检波、解码后还原为原始的井底施工数据。

声波接收装置安装于连续油管设备上，连续油管内部有高压(＜100MPa)流体通过，并且为野外露天工作环境，必须经受日晒、雨淋、高温(＜70℃)℃、低温(＞-20℃)。

实施例5

作为本发明又一较佳实施方式，在上述实施例的基础上，参照说明书附图6，图中标记：1、中央程控处理模块，2、放大器，3、A/D转换器，4、放大比例控制器，5、电源输入模块，6、声波接收装置，7、声波解码器。

自动程控放大器，其包括：用于由声波接收装置6引入声波信号，并对该声波信号进行放大处理的放大器2；用于采集经放大器2放大后的声波信号，并对该声波信号进行模数转换的A/D转换器3；用于对声波信号的大小进行增加或减小放大比例的放大比例控制器4；用于控制放大器2预先设定放大比例，并程控自动调整该放大比例，用于控制A/D转换器3采集放大信号，检测放大器2输出的主信号的峰值并与所要求的主信号峰值进行比较后，通过控制放大比例控制器4增加或减小放大比例的中央程控处理模块1；以及用于为放大器2、A/D转换器3、放大比例控制器4和中央程控处理模块1提供电能的电源输入模块5。所述的放大器2为两组级联放大器2，其放大倍数可达到108倍。经放大器2放大处理后的声波信号输送到与放大器2连接的声波解码器7。

技术原理：放大器2开始之初，设定一个初始放大比例。通过A/D转换器3采集放大后的信号大小，检测主信号高峰值，与要求的主信号峰值比较，若放大比例过小，增加放大比例，若放大比例过大减少放大比例。放大器2的放大比例由中央程控处理模块1内的软件确定，并采用程控方式自动调整，由此保证了放大器2输出的主信号大小保持在给定的变化范围之内，同时也保证了在主信号间歇期间不会把干扰信号过分放大。

实施例6

作为本发明最佳实施方式，在上述实施例的基础上，参照说明书附图7，图中标记：1、供电模块，2、中央控制处理模块，3、声波信号识别模块，4、整形放大模块，5、信息收发通讯模块。

声波信息解码装置，其包括：与声波发射装置连接，并对由声波发射装置输入的声波信号进行整形、放大处理的整形放大模块4；与整形放大模块4连接，并对声波信号进行识别处理的声波信号识别模块3；与声波信号识别模块3连接，并对声波信号进行解码处理后输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块2；与中央控制处理模块2连接，并将解码后的信息传输到地面施工监测仪的信息收发通讯模块5；和为中央控制处理模块2、整形放大模块4、声波信号识别模块3提供电力的供电模块1，所述的解码处理后输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块2具体是指对声波信号经数据变换和重组处理，并通过中央控制处理芯片输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块2。所述的对声波信号进行数据变换、重组处理后输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块2具体是剔除高次谐波，然后根据模/数转换的信号大小区分主波和绕行波，根据波峰间距解码出所传输的每一个半字符(前半字符和后半字符)，半字符的ASCII从0～15，因此在数据传输中只需识别0-15共16个字符的中央控制处理模块。所述的供电模块1由耐高温电池组、对电池组提供的电压进行电压变换的电压变换器和对电源起过载保护作用的保护开关组成。

供电模块1负责为中央控制处理模块2整形放大芯片、声波传感器和声波信号识别模块3提供电力。该供电模块1有电压变换、电源保护等部分组成。中央控制处理模块2控制整个解码装置工作，解码后的信息通过收发通讯模块传输到地面施工监测系统。传感器获得声波信号，经程控放大，特征提取、数据变换、重组后通过中央控制处理模块2输出脉冲解码信号串。

技术原理：由于声波在传输过程中会引入大量的杂波和多次谐波。这些波在传输中又分不同的先后顺序到达。因此声波信息解码必须使传输后的声波能够可靠的区分主波和杂波。并能区分不同时间到达的波的性质。为此设计了一种时差解码器件，在设计时，声波传输的频率为3.7KHz左右，首先剔除高次谐波。然后根据模/数转换的信号大小区分主波和绕行波。然后根据波峰间距解码出所传输的每一个半字符(前半字符和后半字符)，半字符的ASCII从0～15，因此在数据传输中只需识别0-15共16个字符，这样可减少传输的信息量，提高传输的可靠性。

Claims (7)

1.一种连续油管作业井底无线数据传输系统，包括采集井下数据的井下施工监测仪，对井下数据进行编码并转换为声波信号处理的声波信息编码装置，发射声波信号的声波发射装置，接收声波信号的声波接收装置，对声波信号进行放大处理的自动程控放大器和对声波信息进行加码处理的声波信息解码装置，其特征在于：所述的声波发射装置包括下接头、下外筒、上外筒、引线、下谐振管、压电堆和上谐振管；所述的下接头、下外筒、上外筒由下至上依次连接为一体，其中，下接头与声波信息编码装置连接，下外筒和上外筒形成中空的筒体，所述的下谐振管和上谐振管安装于筒体内，所述的压电堆设置在下谐振管和上谐振管之间，上谐振管与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线穿过所述下接头，并沿所述下谐振管中心孔与所述压电堆电连接，压电堆包括被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管和下谐振管的端头分别抵在压电堆的顶端和底端，压电堆还包括压电陶瓷材质的环状套筒，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒内，上谐振管和下谐振管的端头分别套入至所述环状套筒内，压电陶瓷环片是由压电陶瓷经加工定型，并经高压极化形成的。

2.根据权利要求1所述的连续油管作业井底无线数据传输系统，其特征在于：所述上谐振管的上端沿轴向内凹形成声波引导杯，声波引导杯包括连通为一体的空心圆柱和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管中心孔，空心圆柱与连续油管螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的连续油管作业井底无线数据传输系统，其特征在于：所述的井下施工监测仪包括外壳，设置在外壳中的仪器仓，在外壳中开有与仪器仓相对隔离并用于高温高压流体通过的至少一个介质通道；仪器仓内设置有检测仪器内部流体压力的内部压力传感器，检测连续油管外部压力的外部压力传感器，测量套管或油管接箍信号，根据油管或套管的实际接箍位置确定连续油管井下工具的位置的上下两个磁定位传感器，采集井底流体温度变化的温度传感器和为各个传感器提供电能的耐高温电池组。

4.根据权利要求3所述的连续油管作业井底无线数据传输系统，其特征在于：所述的声波信息编码装置包括：与井下施工监测仪连接，并接收井下施工监测仪监测的井下数据的信息收发通讯模块；与信息收发通讯模块连接，并接收信息收发通讯模块发出的井下数据，并对该井下数据进行数据变换、重组处理后输出脉冲编码信号串的中央控制处理模块；与中央控制处理模块连接，并对脉冲编码信号串进行整形、放大处理后输出脉冲编码驱动信号串的整形放大模块；与整形放大模块连接，并对脉冲编码驱动信号进行大功率、高压处理后输出大功率、高压脉冲信号的超声发生器驱动模块，所述大功率、高压脉冲信号由超声发生器驱动模块输入至声波发射装置；和为中央控制处理模块、整形放大模块、超声发生器驱动模块提供电力的供电模块。

5.根据权利要求4所述的连续油管作业井底无线数据传输系统，其特征在于：所述的声波接收装置包括下接头、上接头、声波导引筒、压电堆、引线、密封件和外保护筒；下接头、外保护筒和上接头依次连接为一体，其中，下接头与连续油管连接，声波导引筒安装于所述外保护筒的筒体内，压电堆安装在声波导引筒内，密封件为圆柱形，密封件紧密贯穿所述上接头，引线的一端连接在压电堆上，另一端沿所述密封件的中心伸出后连接声波信息解码装置，所述的压电堆包括至少一个纵波检测压电堆和横波检测压电堆，所述的纵波检测压电堆沿声波导引筒筒体径向平铺设置，所述的横波检测压电堆为环状套筒，横波检测压电堆被套在所述声波导引筒内，且横波检测压电堆位于纵波检测压电堆的上方，所述压电堆的材质为压电陶瓷，纵波检测压电堆为经加工定型，并经高压极化形成的压电陶瓷环片，横波检测压电堆为压电陶瓷材质的环状套筒。

6.根据权利要求5所述的连续油管作业井底无线数据传输系统，其特征在于：所述的自动程控放大器包括：用于由声波传感器引入声波信号，并对该声波信号进行放大处理的放大器；用于采集经放大器放大后的声波信号，并对该声波信号进行模数转换的A/D转换器；用于对声波信号的大小进行增加或减小放大比例的放大比例控制器；用于控制放大器预先设定放大比例，并程控自动调整该放大比例，用于控制A/D转换器采集放大信号，检测放大器输出的主信号的峰值并与所要求的主信号峰值进行比较后，通过控制放大比例控制器增加或减小放大比例的中央程控处理模块；以及用于为放大器、A/D转换器、放大比例控制器和中央程控处理模块提供电能的电源输入模块。

7.根据权利要求6所述的连续油管作业井底无线数据传输系统，其特征在于：所述的声波信息解码装置包括：与声波发射装置连接，并对由声波发射装置输入的声波信号进行整形、放大处理的整形放大模块；与整形放大模块连接，并对声波信号进行识别处理的声波信号识别模块；与声波信号识别模块连接，并对声波信号进行解码处理后输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块；与中央控制处理模块连接，并将解码后的信息传输到地面施工监测仪的信息收发通讯模块；和为中央控制处理模块、整形放大模块、声波信号识别模块提供电力的供电模块，所述的解码处理后输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块具体是指对声波信号经数据变换和重组处理，并通过中央控制处理芯片输出脉冲解码信号串的中央控制处理模块。

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