CN103266886A

CN103266886A - 一种气体钻井随钻数据中继通讯方法

Info

Publication number: CN103266886A
Application number: CN2013101795783A
Authority: CN
Inventors: 武恒志; 戚斌; 林永茂; 欧彪; 蒋祖军; 陈一健; 朱化蜀; 李皋; 肖国益; 王希勇; 刘伟; 唐洪卫; 房舟; 李群生; 郑义
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Southwest Oil and Gas Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Southwest Oil and Gas Co
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明公开了一种气体钻井随钻数据中继通讯方法，包括下列步骤：1）.预备多节中继通讯器；2）.将各节中继通讯器沿钻具轴向方向分布安装，具体安装是，相间中继通讯器的安装位置在彼此的有效通讯范围之内，各节中继通讯器的信号传递是以逐级传递和越级传递实现。本发明通过对各节中继通讯器的安装位置选择，使各节中继通讯器的信号传递在保留逐级链式传递方式的同时，增加了越级相间传递方式，从而使信号传递路径中的任一中继通讯器故障失效后，整条信号传递路径依旧能够畅通无阻，确保整个数据传输系统正常运行，保障油气开采作业顺利进行，可靠性高，实用性强。

Description

一种气体钻井随钻数据中继通讯方法

技术领域

本发明涉及油气井开采作业中的随钻数据信息传递技术，具体是一种气体钻井随钻数据中继通讯方法。

背景技术

在油气井开采作业中，为了及时了解井底状况，保障钻井作业顺利、安全进行，需要依靠传感器对井底各参数（井眼几何参数、定向参数、井下工况参数、地层测试、评价参数等）进行测量测试，测量得到的大量数据需要传输到地面进行处理。目前，随钻测量数据传输技术主要有电磁波法，该电磁波法传输的微波信号由于地层井壁的原因，存在非常严重的衰减，限制了其在深井中的应用。为了解决电磁波法的微波信号衰减问题，本领域的技术人员研发了各种随钻数据无线传输技术，例如中国专利文献公开的“气体钻井随钻地下数据无线传输方法”（公开号：CN101392642，公开日：2009年3月25日），它包括：在钻头上方安装传感器、模数转换器、无线网桥和发射天线；将传感器采集的信号经模数转换器转换为数字信号，然后送入无线网桥；无线网桥通过发射天线将上述数字信号以微波方式耦合到钻具内；经上述耦合的微波信号沿钻具被传输到地面，由地面无线网桥接收；由地面无线网桥将信号传输给计算机，由计算机对信号进行处理。它虽能通过模数转换器把获得的信号增强后传至地面，但其信号的传递是以逐级链式（即第一个传递给第二个，第二个传递给第三个……）实现的，该传递方式要求钻具上的各级模数转换器（即中继通讯器）必须长期稳定服役，若其中一级模数转换器出现故障失效，则整条信号传递路径断路，整个数据传输系统瘫痪，从而给正常的油气开采作业造成严重影响（必须起钻更换，不仅降低钻进效率、增高钻进成本，而且容易酿成井下事故）；我们知道，油气开采过程中的钻井作业是在非常恶劣的工况环境下实现的，在这种工况环境下要保证随钻数据传输系统的各电子元器件稳定服役，这是几乎不可能做到的，因而，前述现有技术及类似于前述现有技术的逐级链式信号传递方式极其不可靠，实用性差。

此外，现有技术中随钻数据传输系统的每个中继通讯器均采用单个中继通讯模块，其不仅存在上述的信号传递路径断路问题，而且当钻具在钻进过程中扭曲变形时，前级中继通讯器和后级中继通讯器的信号天线会产生错位，从而使前、后级的信号天线失去平行（前、后级的信号天线在平行时，二者之间的信号最强），影响前级中继通讯器和后级中继通讯器的通讯效果。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种没有上述缺陷的气体钻井随钻数据中继通讯方法。

本发明采用的技术方案是：一种气体钻井随钻数据中继通讯方法，包括下列步骤：

1）. 预备多节中继通讯器；

2）. 将各节中继通讯器沿钻具轴向方向分布安装，具体安装是，相间中继通讯器的安装位置在彼此的有效通讯范围之内，各节中继通讯器的信号传递是以逐级传递和越级传递实现。

进一步的，所述多节中继通讯器中的每一节中继通讯器包含有两个相互独立的ZIGBEE模块，每个ZIGBEE模块连接有各自的信号天线；所述各节中继通讯器的信号传递是以逐级交叉和越级交叉的网络式传递实现。

进一步的，所述每一节中继通讯器的两个ZIGBEE模块所携带信号天线在钻具的环空中对称布置。

本发明的有益效果是：

1. 通过对各节中继通讯器的安装位置选择，使各节中继通讯器的信号传递在保留逐级链式传递方式（即第一节传递给第二节，第二节传递给第三节……）的同时，增加了越级相间传递方式（即第一节传递给第三节，第二节传递给第四节……），从而使信号传递路径中的任一中继通讯器故障失效后（只要不是相邻两节中继通讯器同时故障失效），整条信号传递路径依旧能够畅通无阻，确保整个数据传输系统正常运行，保障油气开采作业顺利进行，可靠性高，实用性强；

2. 基于前述各节中继通讯器的安装位置选择，每一节中继通讯器采用两个相互独立的ZIGBEE模块，从而各节中继通讯器的信号传递实现逐级交叉和越级交叉的网络式传递，进一步保证整条信号传递路径畅通无阻（除非是相邻两节中继通讯器的四个ZIGBEE模块同时故障失效）；

3. 每一节中继通讯器的两个ZIGBEE模块所携带信号天线在钻具的环空中对称布置，能确保钻具在钻进过程中扭曲变形时，前节中继通讯器和后节中继通讯器的信号天线不会产生错位，既是前节中继通讯器和后节中继通讯器的信号天线产生错位，也不影响前节中继通讯器和后节中继通讯器之间的通讯效果，前节中继通讯器和后节中继通讯器之间的通讯效果强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种原理框图。

图2是本发明的中继通讯器在钻具中的一种安装结构示意图。

图3是图2中的中继通讯器的结构示意图。

图4是图3的端面结构示意图。

图中代号含义：A—第一节中继通讯器；A1、A2、B1、B2、C1、C2—ZIGBEE模块；B—第二节中继通讯器；C—第三节中继通讯器；1—内扣钻杆接头；2—外扣钻杆接头；3—中继通讯壳体；4—信号加强壳体；5—扶正圈；6—信号天线；7—橡胶垫；8—第一固定螺钉；9—第二固定螺钉；10—供电电池；11—第一密封圈；12—第二密封圈。

具体实施方式

本发明包括下列步骤：

1）. 预备三节中继通讯器。每节中继通讯器的结构如图3和图4所示（以第一节中继通讯器A为例）：具体包括筒状结构的中继器壳体3，在中继器壳体3上嵌装有两个相互独立的ZIGBEE模块（A1、A2），每个ZIGBEE模块连接有各自的信号天线6，两个ZIGBEE模块（A1、A2）所携带的信号天线6在中继器壳体3的环空中对称布置；中继器壳体3的一端通过第二固定螺钉9连接有扶正圈5，该扶正圈5的内壁面通过第一密封圈11与中继器壳体3进行密封，扶正圈8的外壁面上设有第二密封圈12；中继器壳体3的另一端为外扩的斜锥面结构，在该端通过第一固定螺钉8连接有筒状结构的信号加强壳体4，该信号加强壳体4由金属材质制成，信号加强壳体4分别通过导线与两个ZIGBEE模块（A1、A2）连接；为了确保前述的ZIGBEE模块（A1、A2）正常运行，在中继器壳体3上嵌装有供电电池10，前述的ZIGBEE模块（A1、A2）和供电电池10上分别具有模拟开关。

2）. 以钻头为起点，将各节中继通讯器沿钻具轴向方向分布安装，每节中继通讯器在钻具上具体的安装结构如图2所示，包括内扣钻杆接头1和外扣钻杆接头2，内扣钻杆接头1连接外扣钻杆接头2的端部为外斜锥面结构，在内扣钻杆接头1的斜锥面上加工有连接螺纹，外扣钻杆接头2用作连接内扣钻杆接头1的端部亦为斜锥面结构，外扣钻杆接头2的斜锥面为内斜锥面，在其上加工有连接螺纹，外扣钻杆接头2的斜锥面端部与内扣钻杆接头1的斜锥面端部通过螺纹形成阴阳配合连接，中继器壳体3套装在外扣钻杆接头2内，扶正圈5的外径与外扣钻杆接头2的内径相匹配，扶正圈5与外扣钻杆接头2之间通过第二密封圈2密封，中继器壳体3通过端部斜锥面结构卡挂在外扣钻杆接头2的端部，且与内扣钻杆接头1的端部实现抵接，中继器壳体3上连接的信号加强壳体4延伸进内扣钻杆接头1内，中继器壳体3与内扣钻杆接头11的抵接端之间设有橡胶垫7；各节中继通讯器具体在钻具上的安装位置如图1所示，第一节中继通讯器A靠近钻头，第二节中继通讯器B处在第一节中继通讯器A的上方，第二节中继通讯器B应当处在第一节中继通讯器A的有效通讯范围之内，第三节中继通讯器C处在第二节中继通讯器B的上方，第三节中继通讯器C除了应当处在第二节中继通讯器B的有效通讯范围之内外，还得处在第一节中继通讯器A的有效通讯范围之内，即相间的中继通讯器（第一节中继通讯器A和第三节中继通讯器C）的安装位置应当在彼此的有效通讯范围之内，这样不仅能使第一节中继通讯器A、第二节中继通讯器B和第三节中继通讯器C的信号传递实现逐级链式传递，而且还能使第一节中继通讯器A和第三节中继通讯器C的信号传递实现越级相间传递，在第二节中继通讯器B故障失效的情况下，不影响整个数据产生系统的正常运行。

由于上述中继通讯器中的每一节中继通讯器包含有两个相互独立的ZIGBEE模块，即第一节中继通讯器A具有两个相互独立的ZIGBEE模块（A1、A2）、第二节中继通讯器B具有两个相互独立的ZIGBEE模块（B1、B2）、第三节中继通讯器C具有两个相互独立的ZIGBEE模块（C1、C2），那么第一节中继通讯器A、第二节中继通讯器B和第三节中继通讯器C的信号传递能够实现逐级和越级的交叉网络式传递，即第一节中继通讯器A第一个ZIGBEE模块A1的信号逐级传递给第二节中继通讯器B的两个ZIGBEE模块（B1、B2），同时越级传递给第三节中继通讯器C的两个ZIGBEE模块（C1、C2），这样的话，当第一节中继通讯器A的第二个ZIGBEE模块A2故障失效时，不影响整个数据传输系统的运行（同理，第二节中继通讯器B中的任一个ZIGBEE模块故障失效，或第三节中继通讯器C中的任一个ZIGBEE模块故障失效，都不会影响整个数据传输系统的运行）。

上述内容仅以三节中继通讯器对本发明内容作了进一步说明，但是在实际工程应该过程中，安装在钻具上的中继通讯器数量可能会更多，例如五个、六个等，无论是五个、六个，还是更多数量，均要求相间的中继通讯器安装位置在彼此的有效通讯范围之内，即第三个在第一个的有效通讯范围之内（第三个在第一个的有效通讯范围之内，那么第二个自然也在第一个的有效通讯范围之内），第四个在第二个的有效通讯范围之内，第五个在第三个的有效通讯范围之内，以此类推。

本发明除了适用于上述结构的中继通讯器外，还适合其他现有已公开的中继通讯器。

Claims

1.一种气体钻井随钻数据中继通讯方法，包括下列步骤：

1）. 预备多节中继通讯器；

2.根据权利要求1所述气体钻井随钻数据中继通讯方法，其特征在于：所述多节中继通讯器中的每一节中继通讯器包含有两个相互独立的ZIGBEE模块，每个ZIGBEE模块连接有各自的信号天线；所述各节中继通讯器的信号传递是以逐级交叉和越级交叉的网络式传递实现。

3.根据权利要求2所述气体钻井随钻数据中继通讯方法，其特征在于：所述每一节中继通讯器的两个ZIGBEE模块所携带信号天线在钻具的环空中对称布置。