CN105370263B - 一种地下状况无线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线监测技术领域，涉及一种地下状况无线监测装置，主体结构包括监测单元和数据处理终端两个功能部分，监测单元与数据处理终端通过无线通信连通，监测单元由外螺纹、下保护套筒、中间短节、第一通孔、第二通孔、上保护套筒、扶正器、内螺纹、传感器模块、电路模块、电池模块、封盖、下仪器筒、上仪器筒、沟槽和发射换能器及附属电路模块配合构成，应用于石油与天然气钻探和生产中的井下状况监测、煤矿钻探和生产中的井下状况监测、建筑工程桩基础施工中的桩孔监测以及其他使用钻杆或管柱长距离作业中的地下状况监测；其结构简单，原理科学合理，操作性强，使用环境友好，通用性强，易于推广使用。

Description

一种地下状况无线监测装置

技术领域：

本发明属于无线监测技术领域，涉及一种地下状况无线监测装置，应用于石油与天然气钻探和生产中的井下状况监测、煤矿钻探和生产中的井下状况监测、建筑工程桩基础施工中的桩孔监测以及其他使用钻杆或管柱长距离作业中的地下状况监测。

背景技术：

石油与天然气钻探和生产中、煤矿钻探和生产中、建筑工程桩基础施工中以及其他使用钻杆或管柱地下长距离作业中为了保证地下井、孔和桩位置的精确度需要实时掌握井、孔和桩的各项参数，石油钻探中井眼的方位、倾角、井下钻柱的受力和运动状况；采油过程中井下的压力和温度状况；煤矿钻探和生产中瓦斯排放孔和排水孔的走向；建筑工程桩基础施工中桩孔的直径、倾斜角和高程；其他使用钻杆或管柱长距离井下作业中钻杆或管柱的钻探工况。在现有技术中，井下监测主要有有线方式和无线方式两类：有线方式是在地面或施工人员所处地点与井下管柱之间建立光缆或电缆连接以获取井下工况参数；无线方式包括泥浆脉冲、电磁波和声波三种，基于这三种方法制造的仪器和设备均能够实现井下状况的监测，但是普遍存在以下问题和不足：一是井下只有一套测量和信号发射设备，只能得到仪器和设备安装位置处的信息参数，这种单点测量无法获取沿整个井、孔和桩的总体状况，不能保证生产的精确度；二是井下不具备多台仪器和设备安装位置的识别机构与机制，不能同时安装多台仪器和设备，同样无法获得无法获取沿整个井、孔和桩的总体状况；三是现有的仪器和设备只能单纯执行事先下井前制定的测量和信号发射任务，无法实时接收施工人员的指令，并根据指令完成指定的任务，不具备交互能力；不需要光缆和线缆的无线方式更适合工作环境恶劣的地下作业。因此，研发一种全面监测地下生产工况并根据实时指令完成指令任务的无线监测装置，具有良好的社会和经济价值，应用前景广阔。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种全面监测地下生产工况并根据实时指令完成指令任务的无线监测装置，能够发送被测参数和自身位置信息，实时与地面交互。

为了实现上述目的，本发明涉及的井下无线监测装置的主体结构包括监测单元和数据处理终端两个功能部分，监测单元与数据处理终端通过无线通信连通；监测单元由外螺纹、下保护套筒、中间短节、第一通孔、第二通孔、上保护套筒、扶正器、内螺纹、传感器模块、电路模块、电池模块、封盖、下仪器筒、上仪器筒、沟槽和发射换能器及附属电路模块配合构成；上保护套筒与双变幅杆式结构的中间短节固定连接，上保护套筒的端部设置有内螺纹；中间短节的上部设置有上仪器筒，上仪器筒的内部由上到下依次设置有电池模块、电路模块和传感器模块，中间短节的中间部位轴向均匀设置三个第一通孔，相邻两个第一通孔之间的夹角为120°,中间短节的侧壁开设沟槽，中间短节的下部设置有下仪器筒，下仪器筒的内部设置有发射换能器及附属电路模块，沟槽与上仪器筒和下仪器筒之间开设贯通上仪器筒和下仪器筒的第二通孔，上保护套筒的内壁与上仪器筒的外壁之间和下保护套筒的内壁与下仪器筒的外壁之间均设置有扶正器，上仪器筒、下仪器筒和沟槽的顶部均与封盖旋拧式连接；中间短节与下保护套筒固定连接，下保护套筒的端部设置有外螺纹。

本发明涉及的数据处理终端为设置有无线通信模块的计算机处理系统，能够接收来自井口的监测单元的数据，并对数据进行分析、判断、处理和保存，且能够通过向井口的监测单元发送数据和指令来命令井下的监测单元完成指定的工作任务；中间短节采用双变幅杆式结构，将上仪器筒和下仪器筒分开设置，避免信号的接收和发射互相干扰；第一通孔为钻探液提供流动通道，保证钻探液体在钻杆中不受阻碍的流动；扶正器用于扶正上仪器筒和下仪器筒，使其居中且不受弯曲力；电路模块内置的计算机系统用于接收和处理监测单元的信号；发射换能器及附属电路模块用于发射监测单元的信号。

本发明涉及的地下状况无线监测装置使用时，将数据处理终端安装在便于操作人员操作的地上位置，在钻杆位于地面以上的井口位置处安装一个监测单元，在钻杆位于地面以下的井下位置按照监测要求安装设定数目的监测单元，安装时内螺纹与上部钻杆连接，外螺纹与下部钻杆连接，监测单元通过外螺纹和内螺纹能够安装在钻杆位于地面以下的任意位置上并与钻杆连接成为一体，井下的监测单元设置在钻杆的内部空间，与钻探液接触的同时与钻杆本体连接，既能通过钻杆本体传输信号，又能通过钻探液传输信号，还为钻探液提供了流动通道，用于连接上仪器筒和下仪器筒的导线敷设在第二通孔的内部，封盖将上仪器筒和下仪器筒和沟槽与外部隔绝，井口的监测单元的沟槽内放置无线通信设备，井下的监测单元的沟槽内放置与井口的监测单元通信连接的传感器和电路，井下的监测单元通过各自的传感器模块接收其他井下的监测单元发来的包括钻杆的受力、运动状态、压力、温度、倾角和方位参数信号，这些参数信号经过电路模块处理后确定需要发射的包括钻杆的受力、运动状态、压力、温度、倾角和方位以及自身位置的参数，再通过发射换能器及附属电路模块发射到井口的监测单元，井口的监测单元通过放置在其沟槽内的无线通信设备与数据处理终端建立通信，操作人员根据数据处理终端判断、分析和显示的信息实时掌握井下情况并发出指令，指令通过井口的监测单元发送给井下的监测单元，指令中包含希望执行该指令的监测单元的位置信息，该监测单元接收到指令后根据指令内容完成相应任务，井口和井下的监测单元能够接收和发射信号，并根据信号内容作出相应的响应，通过井下的和井口的监测单元与数据处理终端三者的配合，实现井下工况的分布式无线监测与参数和指令的互传；井下的监测单元工作时，能够根据事先设定的程序工作，也能够等待地面的指令要求来完成工作。

本发明与现有技术相比，通过设置多个监测单元实现多点分布式全面监测井下工况，每个监测单元都能接收和发射包含被测参数和自身位置的信息，并根据接收到的指令信息完成指定的工作任务，具有人机交互功能，双变幅杆式结构的中间短节将上仪器筒和下仪器筒分开设置，避免信号的接收和发射互相干扰，井下的监测单元的信号发射与接收部分设置在钻杆的内部空间，与钻探液接触的同时与钻杆本体连接，既能通过钻杆本体传输信号，又能通过钻探液传输信号，还为钻探液提供了流动通道；其结构简单，原理科学合理，操作性强，使用环境友好，通用性强，易于推广使用。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的监测单元的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例涉及的无线监测装置的主体结构包括监测单元1和数据处理终端2两个功能部分，监测单元1与数据处理终端2通过无线通信连通；监测单元1由外螺纹3、下保护套筒4、中间短节5、第一通孔6、第二通孔7、上保护套筒8、扶正器9、内螺纹10、传感器模块11、电路模块12、电池模块13、封盖14、下仪器筒15、上仪器筒16、沟槽17和发射换能器及附属电路模块18配合构成；上保护套筒8与双变幅杆式结构的中间短节5固定连接，上保护套筒8的端部设置有内螺纹10；中间短节5的上部设置有上仪器筒16，上仪器筒16的内部由上到下依次设置有电池模块13、电路模块12和传感器模块11，中间短节5的中间部位轴向均匀设置三个第一通孔6，相邻两个第一通孔6之间的夹角为120°,中间短节5的侧壁开设沟槽17，中间短节5的下部设置有下仪器筒15，下仪器筒15的内部设置有发射换能器及附属电路模块18，沟槽17与上仪器筒16和下仪器筒15之间开设贯通上仪器筒16和下仪器筒15的第二通孔7，上保护套筒8的内壁与上仪器筒16的外壁之间和下保护套筒4的内壁与下仪器筒15的外壁之间均设置有扶正器9，上仪器筒16、下仪器筒15和沟槽17的顶部均与封盖14旋拧式连接；中间短节5与下保护套筒4固定连接，下保护套筒4的端部设置有外螺纹3。

本实施例涉及的数据处理终端2是设置有无线通信模块的计算机处理系统，能够接收来自井口的监测单元1的数据，并对数据进行分析、判断、处理和保存，并且能够通过向井口的监测单元1发送数据和指令来命令井下的监测单元1完成指定的工作任务；中间短节5采用双变幅杆式结构，将上仪器筒16和下仪器筒15分开设置，避免信号的接收和发射互相干扰；第一通孔6为钻探液提供流动通道，保证钻探液体在钻杆中不受阻碍的流动；扶正器9用于扶正上仪器筒16和下仪器筒15，使其居中且不受弯曲力；电路模块12内置的计算机系统用于接收和处理监测单元1的信号；发射换能器及附属电路模块18用于发射监测单元1的信号。

本实施例涉及的无线监测装置使用时，将数据处理终端2安装在便于操作人员操作的地上位置，在钻杆位于地面以上的井口位置处安装一个监测单元1，在钻杆位于地面以下的井下位置按照监测要求安装设定数目的监测单元1，安装时内螺纹10与上部钻杆连接，外螺纹3与下部钻杆连接，监测单元1通过外螺纹3和内螺纹10能够安装在钻杆位于地面以下的任意位置上并与钻杆连接成为一体，井下的监测单元1设置在钻杆的内部空间，与钻探液接触的同时与钻杆本体连接，既能通过钻杆本体传输信号，又能通过钻探液传输信号，还为钻探液提供了流动通道，用于连接上仪器筒16和下仪器筒15的导线敷设在第二通孔7的内部，封盖14将上仪器筒16和下仪器筒15和沟槽17与外部隔绝，井口的监测单元1的沟槽17内放置无线通信设备，井下的监测单元1的沟槽17内放置与井口的监测单元1通信连接的传感器和电路，井下的监测单元1通过各自的传感器模块11接收其他井下的监测单元1发来的信号：钻杆的受力、运动状态、压力、温度、倾角和方位参数，这些参数经过电路模块12处理后确定需要发射的信号：钻杆的受力、运动状态、压力、温度、倾角和方位以及自身位置参数，再通过发射换能器及附属电路模块18发射到井口的监测单元1，井口的监测单元1通过放置在其沟槽17内的无线通信设备与数据处理终端2建立通信，操作人员根据数据处理终端2判断、分析和显示的信息实时掌握井下情况并发出指令，指令通过井口的监测单元1发送给井下的监测单元1，指令中包含希望执行该指令的监测单元1的位置信息，该监测单元1接收到指令后根据指令内容完成相应任务，井口和井下的监测单元1能够接收和发射信号，并根据信号内容作出相应的响应，通过井下的和井口的监测单元1与数据处理终端2三者的配合，实现井下工况的分布式无线监测与参数和指令的互传；井下的监测单元1工作时，既可以根据事先设定的程序工作，也可以等待地面的指令要求来完成工作。

Claims (3)

1.一种地下状况无线监测装置，其特征在于主体结构包括监测单元和数据处理终端两个功能部分，监测单元与数据处理终端通过无线通信连通；监测单元由外螺纹、下保护套筒、中间短节、第一通孔、第二通孔、上保护套筒、扶正器、内螺纹、传感器模块、电路模块、电池模块、封盖、下仪器筒、上仪器筒、沟槽和发射换能器及附属电路模块配合构成；上保护套筒与双变幅杆式结构的中间短节固定连接，上保护套筒的端部设置有内螺纹；中间短节的上部设置有上仪器筒，上仪器筒的内部由上到下依次设置有电池模块、电路模块和传感器模块，中间短节的中间部位轴向均匀设置三个第一通孔，相邻两个第一通孔之间的夹角为120°,中间短节的侧壁开设沟槽，中间短节的下部设置有下仪器筒，下仪器筒的内部设置有发射换能器及附属电路模块，沟槽与上仪器筒之间开设有第二通孔，沟槽与下仪器筒之间开设有第二通孔，沟槽与上仪器筒通过第二通孔连通，沟槽与下仪器筒通过第二通孔连通,上保护套筒的内壁与上仪器筒的外壁之间和下保护套筒的内壁与下仪器筒的外壁之间均设置有扶正器，上仪器筒、下仪器筒和沟槽的顶部均与封盖旋拧式连接；中间短节与下保护套筒固定连接，下保护套筒的端部设置有外螺纹。

2.根据权利要求1所述的地下状况无线监测装置，其特征在于所述数据处理终端为设置有无线通信模块的计算机处理系统，能够接收来自井口的监测单元的数据，并对数据进行分析、判断、处理和保存，且能够通过向井口的监测单元发送数据和指令来命令井下的监测单元完成指定的工作任务；中间短节采用双变幅杆式结构，将上仪器筒和下仪器筒分开设置，避免信号的接收和发射互相干扰；第一通孔为钻探液提供流动通道，保证钻探液体在钻杆中不受阻碍的流动；扶正器用于扶正上仪器筒和下仪器筒，使其居中且不受弯曲力；电路模块内置的计算机系统用于接收和处理监测单元的信号；发射换能器及附属电路模块用于发射监测单元的信号。

3.根据权利要求1所述的地下状况无线监测装置，其特征在于使用时，将数据处理终端安装在便于操作人员操作的地上位置，在钻杆位于地面以上的井口位置处安装一个监测单元，在钻杆位于地面以下的井下位置按照监测要求安装设定数目的监测单元，安装时内螺纹与上部钻杆连接，外螺纹与下部钻杆连接，监测单元通过外螺纹和内螺纹能够安装在钻杆位于地面以下的任意位置上并与钻杆连接成为一体，井下的监测单元设置在钻杆的内部空间，与钻探液接触的同时与钻杆本体连接，既能通过钻杆本体传输信号，又能通过钻探液传输信号，还为钻探液提供了流动通道，用于连接上仪器筒和下仪器筒的导线敷设在第二通孔的内部，封盖将上仪器筒和下仪器筒和沟槽与外部隔绝，井口的监测单元的沟槽内放置无线通信设备，井下的监测单元的沟槽内放置与井口的监测单元通信连接的传感器和电路，井下的监测单元通过各自的传感器模块接收其他井下的监测单元发来的包括钻杆的受力、运动状态、压力、温度、倾角和方位参数信号，这些参数信号经过电路模块处理后确定需要发射的包括钻杆的受力、运动状态、压力、温度、倾角和方位以及自身位置的参数，再通过发射换能器及附属电路模块发射到井口的监测单元，井口的监测单元通过放置在其沟槽内的无线通信设备与数据处理终端建立通信，操作人员根据数据处理终端判断、分析和显示的信息实时掌握井下情况并发出指令，指令通过井口的监测单元发送给井下的监测单元，指令中包含希望执行该指令的监测单元的位置信息，该监测单元接收到指令后根据指令内容完成相应任务，井口和井下的监测单元能够接收和发射信号，并根据信号内容作出相应的响应，通过井下的和井口的监测单元与数据处理终端三者的配合，实现井下工况的分布式无线监测与参数和指令的互传；井下的监测单元工作时，根据事先设定的程序工作，等待地面的指令要求来完成工作。