CN102748012B - 一种井下无线通讯收发数据短节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下无线通讯收发数据短节，克服压力传感器直读系统的信号传输存在着互换性差等缺陷，该短节中：天线保护壳第二端套在传感器托筒第一端外表面，传感器托筒第一端外表面设有环形凹槽，与天线保护壳的内壁密封；天线保护壳第二端与传感器托筒绝缘密封；天线保护壳的内壁与传感器托筒外壁之间的密封空间中安装有天线和数据采集及控制电路；传感器托筒的外表面上设置有压力传感器，导压管及导压座设置在传感器托筒上；数据采集及控制电路与天线及压力传感器相连，通过天线接收无线信号发送给压力传感器，接收压力传感器发送的温度和压力信息并发送给天线进行无线信号的发射。本发明可以和各种常规测试球阀配合作业，通用互换性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油勘探过程中所用的井下试油设备，尤其涉及一种井下无线通讯收发数据短节。
背景技术
传统的钻杆测试技术，压力传感器随井下工具下到目标地层，只有当测试结束起出工具后，方可知道地层压力情况。在井下试油开关井过程中，不可避免地依赖于经验，存在着一定的盲目性。
在试油过程中，如果能够实时监控井下压力状况来指导开关井操作，对测试工作来说非常重要。目前出现的压力传感器直读系统采用信号直接耦合或直接利用电缆进行信号传输，这些方式存在互换性差、施工困难、通讯距离短等一系列问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服目前压力传感器直读系统的信号传输存在着互换性差、通讯距离短等缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种井下无线通讯收发数据短节，包括天线保护壳(1)、天线(2)、数据采集及控制电路(3)、传感器托筒(5)、导压管及导压座(6)以及压力传感器(8)，其中：
天线保护壳(1)第二端套在传感器托筒(5)第一端的外表面；传感器托筒(5)第一端的外表面设置有环形凹槽，与天线保护壳(1)的内壁密封；天线保护壳(1)的第二端与传感器托筒(5)绝缘密封；
天线保护壳(1)的内壁与传感器托筒(5)的外壁之间的密封空间中，沿平行于天线保护壳(1)的轴线方向安装有天线(2)和数据采集及控制电路(3)；
传感器托筒(5)的外表面上设置有压力传感器(8)，将地层的压力传递给压力传感器(8)的导压管及导压座(6)平行于传感器托筒(5)的轴线设置在传感器托筒(5)上；
数据采集及控制电路(3)与天线(2)及压力传感器(8)相连，通过天线(2)接收无线信号并对无线信号进行解码，把解码获得的指令信息发送给压力传感器(8)，接收压力传感器(8)发送的温度和压力信息并对温度和压力信息进行编码后发送给天线(2)进行无线信号的发射。
优选地，数据采集及控制电路(3)、向数据采集及控制电路(3)供电的电池以及压力传感器(8)采用三同轴连接器进行连接。
优选地，天线保护壳(1)的第二端与传感器托筒(5)通过绝缘密封组合(4)进行绝缘密封，该绝缘密封组合(4)包括辅助密封圈(41)、实心密封挡圈(42)、主密封圈(43)以及密封挡圈(44)，其中：
实心密封挡圈(42)设置在天线保护壳(1)第二端的内壁与传感器托筒(5)第一端的外壁之间，在实心密封挡圈(42)上设置有主密封圈(43)；天线保护壳(1)套在传感器托筒(5)的部分上具有环形凸台，密封挡圈(44)安装在该环形凸台上；天线保护壳(1)第二端的端面与传感器托筒(5)的台阶面之间设置该辅助密封圈(41)。
优选地，辅助密封圈(41)、实心密封挡圈(42)、主密封圈(43)以及密封挡圈(44)采用高温绝缘材料制成。
优选地，密封挡圈(44)的截面为槽型结构，紧扣在传感器托筒(5)的环形凸台上。
优选地，传感器托筒(5)与压力传感器(8)之间的电连接，通过与传感器托筒(5)相连的托筒过线接头(50)和与压力传感器(8)相连的传感器接头(80)来实现；
托筒过线接头(50)包括顺序连接的三芯同轴母接头(51)、穿线连接体(52)以及过线管(53)；过线管(53)安装在传感器托筒(5)上，连接压力传感器(8)；
传感器接头(80)包括三芯同轴公接头(81)、接头固定体(82)、调节弹簧(83)、调节套(84)以及三芯同轴母接头(85)；三芯同轴公接头(81)和三芯同轴母接头(85)分别设置在接头固定体(82)的两端，接头固定体(82)的外表面上套有调节弹簧(83)，调节弹簧(83)的外表面套有调节套(84)；调节套(84)上安装有三芯同轴母接头(85)，三芯同轴母接头(85)与压力传感器(8)上安装的三芯同轴公接头进行连接。
优选地，过线管(53)与穿线连接体(52)不同心。
与现有技术相比，本发明的实施例在现场施工时非常方便，安全性大大提高。本发明的实施例可以和各种常规测试球阀配合作业，通用互换性强。本发明的实施例，维修保养也非常方便。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例的井下无线通讯收发数据短节的构造示意图。
图2为图1所示实施例中绝缘密封组合的构造示意图。
图3为图1所示实施例中托筒过线接头的构造示意图。
图4为图1所示实施例中传感器接头的构造示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，本发明实施例的井下无线通讯收发数据短节主要包括天线保护壳1、天线2、数据采集及控制电路3、绝缘密封组合4、传感器托筒5、导压管及导压座6以及压力传感器8等。
天线保护壳1第二端套在传感器托筒5第一端的外表面，传感器托筒5第一端的外表面设置有环形凹槽，与天线保护壳1的内壁通过环形密封圈密封。天线保护壳1套在传感器托筒5外表面的第二端，与传感器托筒5通过绝缘密封组合4进行绝缘密封。天线保护壳1的内壁与传感器托筒5的外壁之间的密封空间中，沿平行于天线保护壳1(或者传感器托筒5)的轴线方向，安装有天线2及数据采集及控制电路3。传感器托筒5的外表面上设置有压力传感器8以及向数据采集及控制电路3供电的电池等。将地层的压力传递给压力传感器8的导压管及导压座6，平行于传感器托筒5的轴线设置在传感器托筒5上。
天线2用于接收或者发射无线信号，与外部的中继接收器进行无线通信。数据采集及控制电路3与天线2及压力传感器8相连，通过天线2接收中继收发器发送的无线信号并对无线信号进行解码，把解码获得的指令信息发送给压力传感器8，接收压力传感器8发送的温度和压力信息并对温度和压力信息进行编码，然后将编码数据发送给天线2进行无线信号的发射。本发明的实施例中，压力传感器8能够同时采集地层的温度和压力信息。
本发明的实施例中，数据采集及控制电路3、电池以及压力传感器8采用三同轴连接器进行连接。三同轴连接器不需要定位键，能够自动对中，在更换压力传感器8时，非常方便快捷。
本发明的实施例中，绝缘密封组合4安装在天线保护壳1与传感器托筒5之间，主要起到密封、绝缘作用。天线保护壳1与传感器托筒5通过绝缘密封组合4的绝缘密封所形成的密封空间，能够安装天线2，同时天线2能够接收穿过绝缘密封组合4的无线信号，并且天线2所发射的无线信号能够透过绝缘密封组合4传播出去。
压力传感器8通过导压管及导压座6采集地层的温度和压力信息并存储，根据数据采集及控制电路3发送的指令信息的要求改变采样频率和工作模式等。
本发明的实施例中，传感器托筒5外表面上安装的压力传感器8有三支，操作人员根据需要可以查看任意一支压力传感器所采集的数据，如此在任意一支压力传感器8发生漂移或损坏时，还能够采用其他的压力传感器8进行直读。
本发明的实施例在工作过程中，外部通过中继接收短节向下发射指令时，微弱电流通过管串向天线传输。微弱电流通过安装在传感器托筒上的天线时，在天线两端感应出微弱的电信号。数据采集及控制电路采用微弱信号提取技术，并通过通信纠错算法等技术提取出天线两端所感应出的微弱信号，通过解码获得中继接收短节所下发的指令信息。压力传感器采集的温度和压力信息存储在本地，当需要向上发射时，通过数据采集及控制电路对所存储或者采集的数据进行编码，然后通过天线发射给中继接收短节。
在井下工作过程中，天线及电路板必须能够承受较高的压力与温度，因此安装在密封的空间中较为可靠。天线又需要与外部进行无线通信，因此该密封空间不能够完全屏蔽电磁波信号。
如图2所示，本发明实施例中的绝缘密封组合主要包括辅助密封圈41、实心密封挡圈42、主密封圈43以及密封挡圈44。
天线保护壳1第二端的内壁与传感器托筒5第一端的外壁之间设置有实心密封挡圈42，在实心密封挡圈42上设置有主密封圈43。天线保护壳1套在传感器托筒5的部分上还具有环形凸台，密封挡圈44安装在该环形凸台上。天线保护壳1第二端的端面与传感器托筒5在此处的台阶面之间设置有辅助密封圈41。
本发明的实施例中，辅助密封圈41、实心密封挡圈42、主密封圈43以及密封挡圈44采用高温绝缘材料制成，因此天线保护壳1与传感器托筒5在此处的连接具有绝缘效果。
密封挡圈44的截面是槽型结构，紧扣在传感器托筒5的环形凸台上，主要起到承受压力的作用。当主密封圈43受压发生变形，挤压到密封挡圈44，密封挡圈44扣在传感器托筒5的环形凸台上承受主要的压力。主密封圈43起到主要的密封作用，辅助密封圈41起到辅助密封作用，密封挡圈44紧扣在金属凸台上，使互相配合的天线保护壳1与传感器托筒5的金属面可以互相绝缘，密封空间里的天线可以通过这个绝缘间隙发射无线信号。
本发明实施例中的绝缘密封组合，既能够满足天线的耐压要求，又能够满足天线与外部进行无线通信的要求。
传感器托筒5与压力传感器8之间的电连接，通过与传感器托筒5相连的托筒过线接头50和与压力传感器8相连的传感器接头80来实现。
如图3所示，托筒过线接头50主要包括三芯同轴母接头51、穿线连接体52以及过线管53。三芯同轴母接头51与穿线连接体52相连，穿线连接体52与过线管53相连。过线管53安装在传感器托筒5上，连接压力传感器8等。过线管53与穿线连接体52不同心，安装到托筒上时可以进行定位，防止旋转。
如图4所示，传感器接头80主要包括三芯同轴公接头81、接头固定体82、调节弹簧83、调节套84以及三芯同轴母接头85。三芯同轴公接头81和三芯同轴母接头85分别设置在接头固定体82的两端，接头固定体82的外表面上套有调节弹簧83，调节弹簧83的外表面套有调节套84。调节套84上安装有三芯同轴母接头85，与压力传感器8上安装的三芯同轴公接头进行连接。在装配过程中，弹簧83用于调节三芯同轴母接头85与压力传感器上安装的三芯同轴公接头连接时的松紧度，保证三芯同轴接头连接可靠但又不至于压坏三芯同轴接头。压力传感器的信号线通过三芯同轴公接头与三芯同轴母接头85连接，三芯同轴母接头85通过接头固定体82中间孔的过线与三芯同轴公接头81连接。接头固定体82带着压力传感器，插入传感器托筒5的对应过线孔中，与安装在对应过线孔中托筒过线接头50上的三芯同轴母接头51相连接。
本发明的实施例中，压力传感器8插入传感器托筒5时，传感器接头80上的三芯同轴公接头81与托筒过线管的母接头51对接，由于是同轴接头，在圆周方向不需要定位，360度方向均可以对接成功，因此更换压力传感器8非常方便。
利用本发明的实施例，通过钻杆和地层进行数据通讯，不需要专用的电缆进行连接，因此本发明的实施例可以和各种测试阀、封隔器进行配接，增加了测试管串、直读系统连接的灵活性。本发明的实施例同时也能够减少在施工过程中沉砂对直读系统性能的影响，并且在深水平台上性能不受影响。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (7)
1.一种井下无线通讯收发数据短节，包括天线保护壳(1)、天线(2)、数据采集及控制电路(3)、传感器托筒(5)、导压管及导压座(6)以及压力传感器(8)，其中：
天线保护壳(1)第二端套在传感器托筒(5)第一端的外表面；传感器托筒(5)第一端的外表面设置有环形凹槽，与天线保护壳(1)的内壁密封；天线保护壳(1)的第二端与传感器托筒(5)绝缘密封；
天线保护壳(1)的内壁与传感器托筒(5)的外壁之间的密封空间中，沿平行于天线保护壳(1)的轴线方向安装有天线(2)和数据采集及控制电路(3)；
传感器托筒(5)的外表面上设置有压力传感器(8)，将地层的压力传递给压力传感器(8)的导压管及导压座(6)设置在传感器托筒(5)上，并平行于传感器托筒(5)的轴线；
数据采集及控制电路(3)与天线(2)及压力传感器(8)相连，数据采集及控制电路(3)通过天线(2)接收无线信号并对无线信号进行解码，把解码获得的指令信息发送给压力传感器(8)，数据采集及控制电路(3)接收压力传感器(8)发送的温度和压力信息并对温度和压力信息进行编码后发送给天线(2)进行无线信号的发射。
2.根据权利要求1所述的井下无线通讯收发数据短节，其中：
数据采集及控制电路(3)、向数据采集及控制电路(3)供电的电池以及压力传感器(8)采用三同轴连接器进行连接。
3.根据权利要求1所述的井下无线通讯收发数据短节，其中：
天线保护壳(1)的第二端与传感器托筒(5)通过绝缘密封组合(4)进行绝缘密封，该绝缘密封组合(4)包括辅助密封圈(41)、实心密封挡圈(42)、主密封圈(43)以及密封挡圈(44)，其中：
实心密封挡圈(42)设置在天线保护壳(1)第二端的内壁与传感器托筒(5)第一端的外壁之间，在实心密封挡圈(42)上设置有主密封圈(43)；天线保护壳(1)套在传感器托筒(5)的部分上具有环形凸台，密封挡圈(44)安装在该环形凸台上；天线保护壳(1)第二端的端面与传感器托筒(5)的台阶面之间设置该辅助密封圈(41)。
4.根据权利要求3所述的井下无线通讯收发数据短节，其中：
辅助密封圈(41)、实心密封挡圈(42)、主密封圈(43)以及密封挡圈(44)采用高温绝缘材料制成。
5.根据权利要求3所述的井下无线通讯收发数据短节，其中：
密封挡圈(44)的截面为槽型结构，紧扣在传感器托筒(5)的环形凸台上。
6.根据权利要求1所述的井下无线通讯收发数据短节，其中：
传感器托筒(5)与压力传感器(8)之间的电连接，通过与传感器托筒(5)相连的托筒过线接头(50)和与压力传感器(8)相连的传感器接头(80)来实现；
托筒过线接头(50)包括顺序连接的托筒过线接头(50)的三芯同轴母接头(51)、穿线连接体(52)以及过线管(53)；过线管(53)安装在传感器托筒(5)上，连接压力传感器(8)；
传感器接头(80)包括三芯同轴公接头(81)、接头固定体(82)、调节弹簧(83)、调节套(84)以及传感器接头(80)的三芯同轴母接头(85)；三芯同轴公接头(81)和传感器接头(80)的三芯同轴母接头(85)分别设置在接头固定体(82)的两端，接头固定体(82)的外表面上套有调节弹簧(83)，调节弹簧(83)的外表面套有调节套(84)；调节套(84)上安装有传感器接头(80)的三芯同轴母接头(85)，传感器接头(80)的三芯同轴母接头(85)与压力传感器(8)上安装的三芯同轴公接头进行连接。
7.根据权利要求6所述的井下无线通讯收发数据短节，其中：
过线管(53)与穿线连接体(52)不同心。
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