CN102943668B - 井下随钻声波信号发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种井下随钻声波信号发射装置，该装置整体为中空筒体结构，其包括上部结构、吸引体和下接头，上部结构包括上接头和与上接头连接的声波信号发生器接头，声波信号发生器接头通过吸引体与下接头连接；声波信号发生器接头的上部套装在上接头的下部，且声波信号发生器接头与上接头之间形成环形空间，环形空间内安装有换能器、黄铜套筒和调整环片，换能器的上端与黄铜套筒连接，下端与调整环片连接；声波信号发生器接头的下部设置有电路模块，电路模块与换能器电连接，用于驱动换能器工作。本发明声波发射效率高，且能够有效削弱井底震动和发射装置本身所带来的噪声干扰。

Description

井下随钻声波信号发射装置
技术领域
本发明涉及石油与天然气工业钻杆钻探作业中的无线随钻测量技术领域，具体地说，涉及一种无线随钻测量数据传输中的声波信号发射装置。
背景技术
随着油田钻井规模的不断扩大以及科学技术的不断进步，特别是井下通信技术的飞速发展，迫切需要当前先进的科学技术在油田生产领域发挥其重要作用。针对油田目前进行井下数据监测的各类油井，需要对井下状态进行随时监测，这样随钻测量装置便应运而生。井下随钻声波传输方式是在井底钻具(钻柱)中安装测量传感器，将传感器输出的信息转换为一定频率的声波调制信号，然后输入声波换能器并激励钻具使管壁中产生沿管轴方向传播的声波，最后由地面接收设备接收此声波信号，对此信号解调后便得到所需信息。其中，随钻声波发射装置是实现井下无线数据传输的关键装置之一。
井下随钻环境的特殊性，要求在进行井下随钻声波信号发射装置时，不仅要考虑其结构尺寸、结构形式、强度和密封等方面，还应考虑井底振动和噪声、声波信号发射装置的发射效率，以及发射装置本身所带来的反射和干扰问题等。而现有技术和装置没有对以上各因素给予充分的考虑和设计。
发明内容
本发明的目的在于针对现有无线随钻测量过程中使用的声波发射装置存在的上述问题，提供了一种井下随钻声波信号发射装置，该装置声波发射效率高，且能够有效削弱井底震动和发射装置本身所带来的噪声干扰。
本发明的技术方案为：一种井下随钻声波信号发射装置，该装置整体为中空筒体结构，其包括上部结构、吸引体和下接头，上部结构包括上接头和与上接头连接的声波信号发生器接头，声波信号发生器接头通过吸引体与下接头连接；声波信号发生器接头的上部套装在上接头的下部，且声波信号发生器接头与上接头之间形成环形空间，环形空间内安装有换能器、黄铜套筒和调整环片，换能器的上端与黄铜套筒连接，下端与调整环片连接；声波信号发生器接头的下部设置有电路模块，电路模块与换能器电连接，用于驱动换能器工作。
优选的是，上接头的上部壁厚大于其下部壁厚，上接头的上部、中部和下部均设置有内丝扣，上接头的上部通过其上部的内丝扣与上部钻具连接，中部和下部通过其中部和下部的内丝扣与设置在声波信号发生器接头上部和中部的外丝扣联接。
优选的是，吸引体包括基体和安装在基体上的隔音体，基体上部设置有外丝扣，下部设置有内丝扣，基体通过其上部的外丝扣与设置在声波信号发生器接头下部的内丝扣联接，基体通过其下部的内丝扣与设置在下接头上部的外丝扣联接。
优选的是，基体的外侧壁上设置有环形槽，隔音体安装在环形槽内。
优选的是，声波信号发生器接头的外壁上设置有两个轴向的细孔，细孔内布设有电线，用于连接换能器和电路模块。
优选的是，换能器包括相互叠加组成的多片压电陶瓷圆环片和薄电极圆环片，压电陶瓷圆环片沿钻柱轴向叠加，薄电极圆环片之间通过导线连接，形成正、负两根引线，并通过细孔内的电线与电路模块连接。
优选的是，声波信号发生器接头下部的外壁上设置有放置电路模块的沟槽，沟槽的外部设置有密封电路模块的盖板。
优选的是，电路模块和沟槽均包括至多四个，相邻沟槽之间设置有通孔，通孔内布设有电线，相邻两个电路模块之间通过电线进行电气连接。
优选的是，声波信号发生器接头的上部壁厚小于其下部壁厚。
优选的是，下接头的下部设置有外丝扣，下接头通过其下部的外丝扣与下部钻具连接。
本发明的有益效果为：
1、本发明组装后为一个短节，工作时，通过其上接头和下接头接在钻柱中，可与不同形式的钻具连接，且可以接在钻柱的任意位置。
2、本发明设置有吸音体，能够有效地削弱来自下部钻具的井底振动和噪声干扰，提高了声波信号传输的质量；且吸引体为独立结构形式，可以根据不同的井底钻具组合和振动与噪声的特点，更换不同尺寸的吸引体，能够适应不同的钻井工况。
3、本发明采用换能器和电路模块分别放置于不同的空间内，中间只通过两根引线和电线连接，两者的安装、调试和更换互不影响，便于使用和维护，同时提高了工作效率。
4、本发明采用黄铜套筒实现换能器和金属壳体的声波阻抗匹配，减少了声波传输损失，提高了声波信号的发射效率。
5、本发明采用调节环片，便于调节换能器的轴向位置，便于调节换能器和黄铜套筒上的预紧力，同时，对换能器发射声波时的反射干扰有削弱作用。此外，当需要更换换能器轴向尺寸时，只需改变调节环片的数目即可，无需改变其他任何结构的尺寸和形式，使本发明能够使用不同参数的换能器，并适用于不同钻具组合和钻井工况。
6、本发明整体为中空筒体结构，便于加工和组装，能够有效地降低生产成本，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明上部结构的结构示意图。
图2为本发明图1的A-A向剖面结构示意图。
图3为本发明吸引体及下接头的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种井下随钻声波信号发射装置，该装置整体为中空筒体结构，其包括上部结构、吸引体1和下接头2，上部结构包括上接头3和与上接头3连接的声波信号发生器接头4，声波信号发生器接头4通过吸引体1与下接头2连接；声波信号发生器接头4的上部套装在上接头3的下部，且声波信号发生器接头4与上接头3之间形成环形空间，环形空间内安装有换能器5、黄铜套筒6和调整环片7，换能器5的上端与黄铜套筒6连接，下端与调整环片7连接；声波信号发生器接头4的下部设置有电路模块8，电路模块8与换能器5电连接，用于驱动换能器5工作。
上接头3的上部壁厚大于其下部壁厚，上接头3的上部、中部和下部均设置有内丝扣，上接头的上部通过其上部的内丝扣9与上部钻具连接，中部和下部通过其中部和下部的内丝扣与设置在声波信号发生器接头上部和中部的外丝扣联接。
吸引体1包括基体10和安装在基体10上的隔音体11，基体10上部设置有外丝扣12，下部设置有内丝扣，基体10通过其上部的外丝扣12与设置在声波信号发生器接头4下部的内丝扣13联接，基体10通过其下部的内丝扣与设置在下接头2上部的外丝扣联接。基体10的外侧壁上设置有环形槽，隔音体11安装在环形槽内。
声波信号发生器接头4的外壁上设置有两个轴向的细孔，细孔内布设有电线14，用于连接换能器5和电路模块8。
换能器5包括相互叠加组成的多片压电陶瓷圆环片和薄电极圆环片，压电陶瓷圆环片沿钻柱轴向叠加，薄电极圆环片之间通过导线连接，形成正、负两根引线，并通过细孔内的电线14与电路模块8连接。
声波信号发生器接头4下部的外壁上设置有放置电路模块8的沟槽，沟槽的外部设置有密封电路模块8的盖板15。
电路模块8和沟槽均包括至多四个，相邻沟槽之间设置有通孔，通孔内布设有电线16，相邻两个电路模块8之间通过电线16进行电气连接。
声波信号发生器接头4的上部壁厚小于其下部壁厚。
下接头2的下部设置有外丝扣17，下接头2通过其下部的外丝扣17与下部钻具连接。
本发明组装后为一个短节，使用时，作为一个短节通过上接头和下接头接在钻柱中，可以接在钻柱的任意位置，能够将测量到的井下参数或其他待发送数据，转换成声波信号，通过钻柱的本体并沿钻柱轴向，向地面发射信息。
其工作原理为：首先，由电路模块将要发送的数据，经过数据编码和信号调制，生成带有数据信息并具备足够功率的电信号；然后，通过上部结构中的电线驱动换能器产生声波信号(该声波信号为弹性波)；该声波信号经过与换能器紧密接触的黄铜套筒进行阻抗变换后，进入上接头，经过上接头进入与其紧密连接的上部钻柱中，并进一步传输至地面。同时通过设置处于整个装置下部的吸引体吸收和削弱来自下部钻具的振动和噪声，同时减少声波信号发射时产生的反射和干扰。

Claims (8)

1.一种井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：该装置整体为中空筒体结构，其包括上部结构、吸引体(1)和下接头(2)，上部结构包括上接头(3)和与上接头(3)连接的声波信号发生器接头(4)，声波信号发生器接头(4)通过吸引体(1)与下接头(2)连接；声波信号发生器接头(4)的上部套装在上接头(3)的下部，且声波信号发生器接头(4)与上接头(3)之间形成环形空间，环形空间内安装有换能器(5)、黄铜套筒(6)和调整环片(7)，换能器(5)的上端与黄铜套筒(6)连接，下端与调整环片(7)连接；声波信号发生器接头(4)的下部设置有电路模块(8)，电路模块(8)与换能器(5)电连接，用于驱动换能器(5)工作；上接头(3)的上部壁厚大于其下部壁厚，上接头(3)的上部、中部和下部均设置有内丝扣，上接头(3)的上部通过其上部的内丝扣(9)与上部钻具连接，中部和下部通过其中部和下部的内丝扣与设置在声波信号发生器接头(4)上部和中部的外丝扣联接；吸引体(1)包括基体(10)和安装在基体(10)上的隔音体(11)，基体(10)上部设置有外丝扣(12)，下部设置有内丝扣，基体(10)通过其上部的外丝扣(12)与设置在声波信号发生器接头(4)下部的内丝扣(13)联接，基体(10)通过其下部的内丝扣与设置在下接头(2)上部的外丝扣联接。
2.根据权利要求1所述的井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：基体(10)的外侧壁上设置有环形槽，隔音体(11)安装在环形槽内。
3.根据权利要求1所述的井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：声波信号发生器接头(4)的外壁上设置有两个轴向的细孔，细孔内布设有电线(14)，用于连接换能器(5)和电路模块(8)。
4.根据权利要求3所述的井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：换能器(5)包括相互叠加组成的多片压电陶瓷圆环片和薄电极圆环片，压电陶瓷圆环片沿钻柱轴向叠加，薄电极圆环片之间通过导线连接，形成正、负两根引线，并通过细孔内的电线(14)与电路模块(8)连接。
5.根据权利要求1所述的井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：声波信号发生器接头(4)下部的外壁上设置有放置电路模块(8)的沟槽，沟槽的外部设置有密封电路模块(8)的盖板(15)。
6.根据权利要求5所述的井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：电路模块(8)和沟槽均包括至多四个，相邻沟槽之间设置有通孔，通孔内布设有电线(16)，相邻两个电路模块之间通过电线(16)进行电气连接。
7.根据权利要求1所述的井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：声波信号发生器接头(4)的上部壁厚小于其下部壁厚。
8.根据权利要求1所述的井下随钻声波信号发射装置，其特征在于：下接头(2)的下部设置有外丝扣(17)，下接头(2)通过其下部的外丝扣(17)与下部钻具连接。
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