CN103835705A

CN103835705A - 井下测量信息传输系统

Info

Publication number: CN103835705A
Application number: CN201210473034.3A
Authority: CN
Inventors: 李林; 盛利民; 弓志谦; 王磊; 石荣
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Drilling Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Engineering Technology R&D Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明公开了一种井下测量信息传输系统，属于石油、矿山或地质勘探等随钻测量或非随钻测量钻井仪器领域。该井下测量信息传输系统包括钻柱、井下传感器、地面检测装置及电极式发射天线；钻柱包括与地面检测装置电气连接的钻杆、与钻杆连接的钻铤及与钻铤连接的钻头，井下传感器安装于钻头；电极式发射天线包括敷设在钻铤上的绝缘层及敷设在绝缘层上的金属电极，钻铤的内部引出有连接钻铤的第一电极线及连接金属电极的第二电极线；通过钻铤及金属电极发射电磁信号，且这些电磁信号辐射出电磁波，地面检测装置通过检测的电磁波，即可获取井下传感器采集的数据，通用性增强了，可广泛应用于以各种介质为钻井液的钻井中的井下测量信息传输。

Description

井下测量信息传输系统

技术领域

本发明涉及石油、矿山或地质勘探等随钻测量或非随钻测量钻井仪器领域，特别涉及一种井下测量信息传输系统。

背景技术

在石油，矿山，地质勘探等钻井工程中，为了能使钻井轨迹更准确的按照工程设计的要求钻进以及更及时准确的掌握地层信息，就需要把定向传感器和采集地质信息的传感器安装在靠近钻头的位置。这些传感器随着钻机的钻进在井下进行测量，并同时将传感器采集到的数据实时传输到地面，以便工程技术人员及时了解井筒的轨迹和地层信息的变化。

目前，井下测量信息的传输一般有两种方法：一种是“有线传输”，一种是“泥浆脉冲传输”。“有线传输”是用一根铠装单芯的电缆下端连接测量仪器，再将测量仪器及电缆通过钻柱的通道放入井下钻挺中，由测量仪器将获得的数据通过电缆传输到地面。然而，如果在旋转钻井中使用，电缆在钻柱的通道内会被绞断；如果在井斜角大于45度的井中使用，测量仪器靠自身重量很难下放到井底。

“泥浆脉冲传输”是利用安装在钻铤中的脉冲发生器，在钻柱通道内的泥浆中产生压力波，以这种压力波为载体将数据传输到地面。然而，这种方法只能用在普通泥浆为介质的钻井施工中，而当在欠平衡钻井中因为钻井液（介质）是可压缩的气体或泡沫泥浆，会导致压力脉冲会严重变形，而使地面信号接收设备不能正确地提取信号，因此这种方法无法使用。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种可广泛用于以各种介质为钻井液的钻井中的井下测量信息传输系统。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种井下测量信息传输系统，其包括钻柱、井下传感器及地面检测装置；钻柱包括与地面检测装置电气连接的钻杆、与钻杆连接的钻铤及与钻铤连接的钻头，井下传感器安装于钻头；井下测量信息传输系统还包括安装在钻铤上的电极式发射天线；电极式发射天线包括敷设在钻铤上的绝缘层及敷设在绝缘层上的金属电极，钻铤的内部引出有连接钻铤的第一电极线及连接金属电极的第二电极线。

进一步的，电极式发射天线到钻杆的顶面的距离大于电极式发射天线到钻头的距离。

进一步的，绝缘层敷设在钻铤的外圆周面上。

进一步的，金属电极呈圆筒状，且敷设在绝缘层的外圆周面。

进一步的，钻铤包括连接钻杆的上段钻铤及连接钻头的下段钻铤，上段钻铤和钻杆为电极式发射天线的第一电极；下段钻铤和钻头为电极式发射天线的第二电极，第一电极和第二电极分别通过钻杆和钻头与地层构成传导回路。

进一步的，绝缘层敷设在上段钻铤和下段钻铤交界处的外圆周面上。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：井下测量信息传输系统通过电极式发射天线的钻铤及金属电极发射电磁信号，且这些电磁信号通过钻柱及地层时辐射出电磁波，地面检测装置通过检测电磁波，即可获取井下传感器采集的数据，以便使工程技术人员及时了解钻井的实际轨迹和地层信息的变化，避免了“有线传输”的电缆易绞断及电缆干涉而无法将测量仪器下方到井底的技术问题；并且，本发明是通过地面检测装置感测电磁波来取得井下信息，也克服了“泥浆脉冲传输”因为可压缩的气体或泡沫的钻井液会导致压力脉冲会严重变形，而使地面信号接收设备不能正确地提取信号的问题，通用性增强了，可广泛应用于以各种介质为钻井液的钻井中的井下测量信息传输。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的井下测量信息传输系统的结构示意图，该井下测量信息传输系统包括电极式发射天线；

图2是图1中电极式发射天线的结构放大示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参照图1，本发明实施例提供了一种井下测量信息传输系统，其用于随钻测量或非随钻测量钻井中。井下测量信息传输系统包括作为信息传输通道的钻柱1、安装在钻柱1上的电极式发射天线3、固定在钻柱1的第一端的井下传感器（图未示）及连接钻柱1的第二端的地面检测装置5。井下传感器随着钻机的钻进在井下进行测量，并同时将这些测量数据采集，并将井下传感器采集的数据调制成电压信号施加到电极式发射天线3，再通过钻柱1将数据实时传输到地面检测装置5，以便使工程技术人员及时了解钻井的实际轨迹和地层信息的变化。

钻柱1包括钻杆10、连接于钻杆10底端的钻铤11及连接于钻铤11底端的钻头（图未示）。优选地，在本实施方式中，钻铤11包括连接钻杆10的上段钻铤13及连接钻头的下段钻铤15。井下传感器电气连接于钻头；地面检测装置5电气连接于钻杆10。

请结合参照图2，电极式发射天线3包括敷设在钻铤11的外圆周面上的绝缘层31及敷设在绝缘层31的外圆周面的圆筒状的金属电极33。绝缘层31敷设在上段钻铤13和下段钻铤15的交界处。钻铤11的上段钻铤13和其连接的钻杆10为该电极式发射天线3的第一电极；钻铤11的下段钻铤15和其连接的钻头为该电极式发射天线3的第二电极。钻铤11的内部还引出有连接钻铤11的第一电极线35及连接金属电极33的第二电极线37。这样，钻铤11及金属电极33形成了该电极式发射天线3的两个发射电极，以此来发射电磁信号而在钻铤11内部形成电磁发射电路，第一电极线35及第二电极线37均与电磁发射电路电气连接。优选地，在本实施方式中，电极式发射天线3到钻柱1的钻杆10朝向地面检测装置5的顶面的距离大于电极式发射天线3到钻头的距离。

请再次结合参照图1，当进行随钻测量或非随钻测量钻井时，井下传感器采集的数据调制成电压信号后施加到电极式发射天线3的第一电极和第二电极，第一电极及第二电极分别通过钻杆10和钻头与地层4构成传导回路，施加到电极式发射天线3的第一电极和第二电极的信号电压在传导回路中产生信号电流，信号电流沿钻柱1向上传播；且此时，同时沿钻柱1向上传播的信号电流以通过电极式发射天线3的钻铤11及金属电极33发射电磁信号，这些电磁信号通过钻柱1及地层4时辐射出电磁波，地面检测装置5通过检测电磁波，即可获取井下传感器采集的数据，以便使工程技术人员及时了解钻井的实际轨迹和地层信息的变化。

由上述可知，本发明的井下测量信息传输系统通过电极式发射天线3的钻铤11及金属电极33发射电磁信号，且这些电磁信号通过钻柱1及地层4时辐射出电磁波，地面检测装置5通过检测辐射出的电磁波，即可获取井下传感器采集的数据，以便使工程技术人员及时了解钻井的实际轨迹和地层信息的变化，避免了“有线传输”的电缆易绞断及电缆干涉而无法将测量仪器下方到井底的技术问题；并且，本发明是通过地面检测装置5感测电磁波来取得井下信息，也克服了“泥浆脉冲传输”因为可压缩的气体或泡沫的钻井液会导致压力脉冲会严重变形，而使地面信号接收设备不能正确地提取信号的问题，通用性增强了，可广泛应用于以各种介质为钻井液的钻井中的井下测量信息传输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种井下测量信息传输系统，其包括钻柱（1）、井下传感器及地面检测装置（5）；

所述钻柱（1）包括与所述地面检测装置（5）电气连接的钻杆（10）、与所述钻杆（10）连接的钻铤（11）及与所述钻铤（11）连接的钻头，所述井下传感器安装于所述钻头；

其特征在于，所述井下测量信息传输系统还包括安装在所述钻铤上的电极式发射天线（3）；所述电极式发射天线（3）包括敷设在所述钻铤（11）上的绝缘层（31）及敷设在所述绝缘层（31）上的金属电极（33），所述钻铤（11）的内部引出有连所述接钻铤（11）的第一电极线（35）及连接所述金属电极（33）的第二电极线（37）。

2.根据权利要求1所述的井下测量信息传输系统，其特征在于，所述电极式发射天线（3）到所述钻杆（10）的顶面的距离大于所述电极式发射天线（3）到所述钻头的距离。

3.根据权利要求1所述的井下测量信息传输系统，其特征在于，所述绝缘层（31）敷设在所述钻铤（11）的外圆周面上。

4.根据权利要求1所述的井下测量信息传输系统，其特征在于，所述金属电极（33）呈圆筒状，且敷设在所述绝缘层的外圆周面。

5.根据权利要求1所述的井下测量信息传输系统，其特征在于，所述钻铤（11）包括连接所述钻杆（10）的上段钻铤（13）及连接所述钻头的下段钻铤（15），所述上段钻铤（13）和所述钻杆（10）为所述电极式发射天线（3）的第一电极；所述下段钻铤（15）和所述钻头为所述电极式发射天线（3）的第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别通过所述钻杆（10）和所述钻头与地层构成传导回路。

6.根据权利要求5所述的井下测量信息传输系统，其特征在于，所述绝缘层（31）敷设在所述上段钻铤（13）和所述下段钻铤（15）交界处的外圆周面上。