CN106223937A - 一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明主要属于近钻头无线短传装置技术领域，具体涉及一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置。所述接收装置包括电气隔离钻铤和内电气隔离短筒，所述电气隔离钻铤和内电气隔离短筒的中间均串接有绝缘短节以实现电气隔离；所述电气隔离钻铤和内电气隔离短筒之间通过灯笼扶正器实现电连接；所述接收装置还包括用于实现井下无线信号短传接收的无线短传接收单元。本发明所述接收装置的电气隔离钻铤与内电气隔离短筒均具有电气隔离功能；电气隔离钻铤与内电气隔离短筒中的绝缘短节均不可拆卸，能够满足井下高扭矩及高压密封性要求；同时灯笼扶正器的电连接结构不影响下座键式MWD系统的可打捞特性。

Description

一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置
技术领域
本发明主要属于近钻头无线短传装置技术领域，具体涉及一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置。
背景技术
近年来利用水平井来提高油气藏已被各油田广泛应用，近钻头地质导向钻井系统具有实时判断地层属性、前探待钻地层、实施准确导向等特点，它有助于提高探井的发现率、开发井的钻遇率和油气田的采收率。
近钻头井斜角测量仪器，通常将近钻头井斜角传感器封装到造斜工具（井下泥浆马达）的前端，通过有线或无线传输方式（超声波、电磁波等）传输到位于造斜工具（井下泥浆马达）上部的常规无线随钻测量仪器(LWD/MWD)中，与常规无线随钻测量仪器测取的数据一起，通过水力脉冲或电磁波等无线传输方式，传输到地面。
近钻头井斜参数及伽马测量的实时获得有助于现场钻井工程师实施掌握钻井中钻头行进轨迹及地质参数，从而提高石油钻采率。而如何将近钻头测量参数传输到地面成为制约该技术发展的关键。
目前，国内研究对近钻头测量参数的传输多通过螺杆埋电缆线、声波无线传输、线圈式电磁波无线传输等方式进行传输。
螺杆埋电缆线属于有线传输结构：采用有线传输方式，将测量短节内的传感器测量的近钻头的地层信息通过“电缆”传输至MWD系统，建立近钻头测量短节与接收短节之间的有缆信道。但是这些“电缆”要“埋”在测量短节至MWD系统之间每个机械零件上，建立有线信道，即需要在测量短节、接收短节、螺杆等井下钻具中预埋电缆线，需要专用的螺杆以适用信号的传输，同时需要解决螺纹对接位置的高圧密封及可靠电连接问题，可适用性较低。
相对于有线传输方式，利用无线传输方法，将近钻头参数向上传输的方式无需对井下钻具的结构作较大改动，因此总体成本较低，通用性较好，可用于井下小数据量传输；但是现有的无线传输技术中，还存在这以下缺点：
线圈式电磁波无线传输：电磁波传输采用电磁波发射、接收装置即在钻铤发射、接收端分别缠绕线圈，然后覆盖绝缘材料保护，构成无线传输装置。该种传输方式对地层电阻率要求较高，同时无法满足过螺杆传输距离（约10米）的要求。此外，由于信号依靠钻铤外壁线圈接收，在信号通过MWD向地面传输时，需要解决水眼中MWD与钻铤外壁接收线圈的数据通信问题；即设计特殊结构进行数据连接，导致MWD系统不可打捞。
声波无线传输：声波无线传输方式采用在钻铤发射和接收短节分别安装发射和接收换能器，通过发射和接收换能器的声学特性进行信号传输。但是其中换能器的设计使近钻头发射短节机械结构较为复杂，同时增加了近钻头发射短节的长度。此外，声波传输同样无法满足过螺杆传输距离（约10米）的要求。声波接收装置由于采用外壁安装接收换能器进行信号接收，同样需要解决外壁结构换能器与水眼中MWD的通信问题，导致MWD系统不可打捞。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种适用于井下近钻头无线短传接收的机械装置，所述接收装置的电气隔离钻铤与内电气隔离短筒均具有电气隔离功能；电气隔离钻铤与内电气隔离短筒中的绝缘短节均不可拆卸，能够满足井下高扭矩及高压密封性要求；同时探管式结构接收单元结构及灯笼扶正器的电连接结构不影响下座键式MWD系统的可打捞特性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置，所述接收装置包括电气隔离钻铤和内电气隔离短筒，所述电气隔离钻铤和内电气隔离短筒的中间均串接有绝缘短节以实现电气隔离，所述绝缘短节将所述接收装置分隔形成电气隔离的接收正极和接收负极；靠近MWD系统的一端为接收正极，靠近螺杆的一端为接收负极。
所述接收装置还包括用于实现井下无线信号短传接收的无线短传接收单元；
所述接收装置通过所述接收装置的接收正极、接收负极以及无线短传接收单元，实现信号的井下无线短传接收。
进一步地，所述电气隔离钻铤包括MWD连接钻铤、钻铤绝缘短节、螺杆连接钻铤；其中，MWD连接外铤与安装有MWD的钻铤连接，所述螺杆连接外铤与螺杆连接；MWD连接钻铤及螺杆连接钻铤由无磁钢材料制成，钻铤绝缘短节由绝缘材料制成，钻铤绝缘短节的两端均通过不可拆卸螺纹分别与MWD连接钻铤和螺杆连接钻铤连接，以实现电气隔离。
进一步地，所述内电气隔离短筒包括上接头、内筒绝缘短节和下接头；其中，所述上接头和所述下接头采用金属材料制成，所述内筒绝缘短节由绝缘材料制成，所述内筒绝缘短节的两端均通过不可拆卸螺纹分别与所述上接头和所述下接头连接。
进一步地，所述无线短传接收单元包括依次连接的MWD转接筒、第二抗压外筒、转接筒、第一接线螺钉、第一电连接线、接收电路短节、电连接器、第二连接线、第二接线螺钉、金属灯笼扶正器；
其中，所述接收电路短节一端通过贯穿第二橡胶减震器的第一连接线和第一接线螺钉与转接筒连接, 转接筒与第二抗压外筒连接；所述接收电路短节另一端通过贯穿内电气隔离短筒内部的电连接器、第二连接线和第二接线螺钉与金属灯笼扶正器连接；
进一步地，上悬挂式MWD系统的上悬挂装置或下座键式MWD系统的下座键装置与MWD通过MWD外筒与所述接收装置的MWD转接筒以及MWD连接钻铤连接；金属灯笼扶正器通过张开的金属翼与螺杆连接钻铤实现电相连。其中，上悬挂式MWD系统的上悬挂装置或下座键式MWD系统的下座键装置能够替换为串接金属灯笼扶正器结构。
所述第二抗压外筒通过MWD转接筒与MWD外筒实现电连接，进而第二抗压外筒通过设置有MWD外筒的上悬挂式MWD系统的上悬挂装置或下座键式MWD系统的下座键装置与MWD连接钻铤电连接，在MWD外筒与MWD连接钻铤之间设置金属结构件，以保证MWD系统安装于钻铤内部，在实现结构安装的同时，以实现MWD外筒与MWD连接钻铤之间的电连接。
第一抗压外筒与金属灯笼扶正器通过内电气隔离短筒实现电气隔离；
MWD连接外铤及螺杆连接外铤通过外铤绝缘短节实现电气隔离。
进一步地，所述内电气隔离短筒外部的一端通过螺纹及密封圈与所述第一抗压外筒连接，所述内电气隔离短筒外部的另一端通过螺纹及密封圈与金属灯笼扶正器连接；
进一步地，MWD转接筒与MWD外筒实现电连接，MWD转接筒内部的另一端通过第一橡胶减震器与电池短节连接；转接筒内部的一端通过导向孔及减振垫片与所述电池短节实现软连接，转接筒内部的另一端通过第二橡胶减震器与接收电路短节连接；电池短节的电源线穿过减振垫片、转接筒、第二橡胶减振器为接收电路短节及整个接收装置提供电源。
所述MWD转接筒内部的一端通过电连接器与MWD实现数据通信，接收电路短节将接收装置接收的数据传输到MWD系统，数据经MWD系统传输到地面。
进一步地，所述MWD转接筒的外部通过螺纹和密封圈与第二抗压外筒连接，所述第二抗压外筒通过螺纹和密封圈与转接筒外部的一端连接，所述转接筒外部的另一端通过螺纹和密封圈与所述第一抗压外筒连接。
进一步地，所述接收装置采用便于与MWD通信的探管式结构。
本发明的有益技术效果：
（1）本发明提出了一种适用于近钻头无线短传的接收装置，所述接收专职采用钻铤、内筒双绝缘短节的接收方式，即所述接收装置的电气隔离钻铤与内电气隔离短筒中间均连接绝缘短节，基于上述设计，所述接收装置的电气隔离钻铤与内电气隔离短筒均具有电气隔离功能。
（2）电气隔离钻铤与内电气隔离短筒中的绝缘短节均不可拆卸，能够满足井下高扭矩及高压密封性要求；
（3）本发明所述接收装置的一端通过上悬挂式MWD系统的上悬挂装置或下座键式MWD系统的下座键装置与MWD连接钻铤电连接，所述接收装置的另一端通过金属灯笼扶正器张开的金属翼与螺杆连接钻铤实现电连接，降低了对钻铤内部水眼直径精度要求，同时实现可靠电连接；同时灯笼扶正器的电连接结构不影响下座键式MWD系统的可打捞特性。
附图说明
图1为本发明所述一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置的结构示意图；
图2 为本发明所述一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置中无线短传接收单元结构示意图；
附图标记：1.MWD转接筒、2-1.第一橡胶减震器、2-2.第二橡胶减震器3.电池短节、4-1.第一抗压外筒、4-2.第二抗压外筒、5.转接筒、6.接收电路短节、7.电气隔离钻铤、8.金属灯笼扶正器、9-1.第一接线螺钉、9-2.第二接线螺钉10.内电气隔离短筒、11.MWD连接钻铤、12.钻铤绝缘短节、13.螺杆连接钻铤、14.第一电连接线、15.连接器、16.第二电连接线、17.上接头、18.内筒绝缘短节、19.下接头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置，如图1所示，所述接收装置包括电气隔离钻铤7和内电气隔离短筒10，所述电气隔离钻铤7和内电气隔离短筒10的中间均串接有绝缘短节以实现电气隔离；所述绝缘短节将所述接收装置分隔形成电气隔离的接收正极和接收负极；靠近MWD系统的一端为接收正极，靠近螺杆的一端为接收负极。所述电气隔离钻铤7和内电气隔离短筒10之间电连接。
所述接收装置还包括用于实现井下无线信号短传接收的无线短传接收单元；
所述接收装置通过所述接收装置的接收正极、接收负极以及无线短传接收单元，实现信号的井下无线短传接收；具体为利用本发明近钻头无线短传的接收装置与近钻头无线短传的发射装置配合使用以实现井下近钻头测量参数的无线短传；其中所述近钻头无线短传的发射装置用于发出电磁信号，由于钻井液及地层导电，发出的电磁信号一部分经过螺杆连接钻铤13返回近钻头无线短传发射装置的数据发射单元，一部分经过MWD连接钻铤11传入无线短传接收单元，然后经螺杆连接钻铤13返回近钻头无线短传发射装置的数据发射单元，由无线短传接收单元接收的数据经MWD系统传到地面。所述近钻头无线短传的发射装置可以是本领域常规的电磁信号发射装置。
如图2所示，所述电气隔离钻铤7包括MWD连接钻铤11、钻铤绝缘短节12、螺杆连接钻铤13，其中，MWD连接钻铤11通过API螺纹与安装有MWD的钻铤连接，所述螺杆连接钻铤13通过API螺纹与螺杆连接；MWD连接钻铤11及螺杆连接钻铤13由无磁钢材料制成，钻铤绝缘短节12由绝缘材料制成，钻铤绝缘短节12的两端均通过不可拆卸螺纹分别与MWD连接钻铤11和螺杆连接钻铤13连接，以实现电气隔离，因此,钻铤绝缘短节12满足井下工作高扭矩及高压密封性要求。
所述内电气隔离短筒10包括上接头17、内筒绝缘短节18和下接头19；其中，所述上接头17和所述下接头19采用金属材料制成，所述内筒绝缘短节18由绝缘材料制成，所述内筒绝缘短节18的两端均通过不可拆卸螺纹分别与所述上接头17和所述下接头19连接,内筒绝缘短节18同样满足井下高压密封性及强度要求。
所述无线短传接收单元包括依次连接的MWD转接筒1、第二抗压外筒4-2、转接筒5、第一接线螺钉9-1、第一电连接线14、接收电路短节6、电连接器15、第二连接线16、第二接线螺钉9-2、金属灯笼扶正器8；
其中，所述接收电路短节6一端通过贯穿第二橡胶减震器2-2的第一连接线14和第一接线螺钉9-1与转接筒5连接, 转接筒5通过第二抗压外筒4-2与MWD转接筒1连接；所述接收电路短节6的另一端通过贯穿内电气隔离短筒10内部的电连接器15、第二连接线16和第二接线螺钉9-2与金属灯笼扶正器8连接。
上悬挂式MWD系统的上悬挂装置或下座键式MWD系统的下座键装置与MWD通过MWD外筒与所述接收装置的MWD转接筒1以及MWD连接钻铤11连接；金属灯笼扶正器8通过张开的金属翼与螺杆连接钻铤13实现电相连。
所述第二抗压外筒4-2通过MWD转接筒1与MWD外筒实现电连接，进而第二抗压外筒4-2通过设置有MWD外筒的上悬挂式MWD系统的上悬挂装置或下座键式MWD系统的下座键装置与MWD连接钻铤11电连接，在MWD外筒与MWD连接钻铤11之间设置金属结构件，以保证MWD系统安装于钻铤内部，在实现结构安装的同时，以实现MWD外筒与MWD连接钻铤11之间的电连接。
所述内电气隔离短筒10外部的一端通过螺纹及密封圈与所述第一抗压外筒4-1连接，所述内电气隔离短筒10外部的另一端通过螺纹及密封圈与金属灯笼扶正器8连接；
第一抗压外筒4与金属灯笼扶正器8通过内电气隔离短筒10实现电气隔离；MWD连接钻铤11及螺杆连接钻铤13通过钻铤绝缘短节12实现电气隔离。由近钻头地质导向测量发射系统发出的电磁信号经过地层、MWD连接钻铤11、MWD外筒、第二抗压外筒4-2、转接筒（5）、第一接线螺钉9-1、第一电连接线14、接收电路短节6、电连接器15、第二连接线16、第二接线螺钉9-2、金属灯笼扶正器8、螺杆连接钻铤13及近钻头地质导向测量发射系统形成回路，实现信号的井下无线短传接收。
MWD转接筒1与MWD外筒实现电连接，MWD转接筒1内部的另一端通过第一橡胶减震器2-1与电池短节3连接；转接筒5内部的一端通过导向孔及减振垫片与所述电池短节3实现软连接，转接筒5内部的另一端通过第二橡胶减震器2-2与接收电路短节6连接；电池短节3的电源线穿过减振垫片、转接筒5、第二橡胶减振器为接收电路短节6及整个接收装置提供电源。所述MWD转接筒1内部的一端通过电连接器与MWD系统实现数据通信，接收电路短节6将接收装置接收的数据传输到MWD系统，本发明所述接收装置接收到的数据经MWD系统传输到地面。
所述MWD转接筒1的外部通过螺纹和密封圈与第二抗压外筒4-2连接，所述第二抗压外筒4-2通过螺纹和密封圈与转接筒5外部的一端连接，所述转接筒5外部的另一端通过螺纹和密封圈与所述第一抗压外筒4连接。
所述接收装置采用便于与MWD通信的探管式结构，内部探管不存在与钻铤需要拆卸的连接结构，便于与MWD进行数据通信，同时满足可打捞要求，可打捞即在不起钻的情况下整个接收装置可以随MWD系统一起被拽出地面，本接收装置与钻铤无拆卸的连接的结构，因此不必起钻拆卸。

Claims (9)

1.一种适用于井下近钻头无线短传的接收装置，其特征在于，所述接收装置包括电气隔离钻铤（7）和内电气隔离短筒（10），所述电气隔离钻铤（7）和内电气隔离短筒（10）的中间均串接有绝缘短节以实现电气隔离，所述绝缘短节将所述接收装置分隔形成电气隔离的接收正极和接收负极；
所述接收装置还包括用于实现井下无线信号短传接收的无线短传接收单元；
所述接收装置通过接收正极、接收负极以及无线短传接收单元，实现信号的井下无线短传接收。
2.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述电气隔离钻铤（7）包括MWD连接钻铤（11）、钻铤绝缘短节（12）、螺杆连接钻铤（13）；MWD连接钻铤（11）及螺杆连接钻铤（13）由无磁钢材料制成，钻铤绝缘短节（12）由绝缘材料制成，钻铤绝缘短节（12）的两端均通过不可拆卸螺纹分别与MWD连接钻铤（11）和螺杆连接钻铤（13）连接，以实现电气隔离。
3.根据权利要求2所述的接收装置，其特征在于，所述内电气隔离短筒（10）包括上接头（17）、内筒绝缘短节（18）和下接头（19）；其中，所述上接头（17）和所述下接头（19）采用金属材料制成，所述内筒绝缘短节（18）由绝缘材料制成，所述内筒绝缘短节（18）的两端均通过不可拆卸螺纹分别与所述上接头（17）和所述下接头（19）连接。
4.根据权利要求3所述的接收装置，其特征在于，所述无线短传接收单元包括依次连接的MWD转接筒（1）、第二抗压外筒（4-2）、转接筒（5）、第一接线螺钉（9-1）、第一电连接线（14）、接收电路短节（6）、电连接器（15）、第二连接线（16）、第二接线螺钉（9-2）、金属灯笼扶正器（8）；
其中，所述接收电路短节（6）一端通过贯穿第二橡胶减震器（2-2）的第一连接线（14）和第一接线螺钉（9-1）与转接筒（5）连接, 转接筒（5）通过第二抗压外筒（4-2）与MWD转接筒（1）连接；所述接收电路短节（6）的另一端通过贯穿内电气隔离短筒（10）内部的电连接器（15）、第二连接线（16）和第二接线螺钉（9-2）与金属灯笼扶正器（8）连接。
5.根据权利要求4所述的接收装置，其特征在于，上悬挂式MWD系统的上悬挂装置或下座键式MWD系统的下座键装置与MWD通过MWD外筒与所述接收装置的MWD转接筒（1）以及MWD连接钻铤（11）连接；金属灯笼扶正器（8）通过张开的金属翼与螺杆连接钻铤（13）实现电相连。
6.根据权利要求4所述的接收装置，其特征在于，所述内电气隔离短筒（10）外部的一端通过螺纹及密封圈与所述第一抗压外筒（4-1）连接，所述内电气隔离短筒（10）外部的另一端通过螺纹及密封圈与金属灯笼扶正器（8）连接。
7.根据权利要求4所述的接收装置，其特征在于，MWD转接筒（1）与MWD外筒实现电连接，MWD转接筒（1）内部的另一端通过第一橡胶减震器（2-1）与电池短节（3）连接；转接筒（5）内部的一端通过导向孔及减振垫片与所述电池短节（3）实现软连接，转接筒（5）内部的另一端通过第二橡胶减震器（2-2）与接收电路短节（6）连接；电池短节（3）的电源线穿过减振垫片、转接筒（5）、第二橡胶减振器为接收电路短节（6）及整个接收装置提供电源。
8.根据权利要求7所述的接收装置，其特征在于，所述MWD转接筒（1）的外部通过螺纹和密封圈与第二抗压外筒（4-2）连接，所述第二抗压外筒（4-2）通过螺纹和密封圈与转接筒（5）外部的一端连接，所述转接筒（5）外部的另一端通过螺纹和密封圈与所述第一抗压外筒（4）连接。
9.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述接收装置采用便于与MWD通信的探管式结构。
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