CN106640054B - 一种随钻测井数据传输装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种随钻测井数据传输装置和方法，其中，该方法包括：短节，沿其纵长延伸方向具有相背对的第一端和第二端，第二端沿流体通道中钻井液流动方向位于第一端下游；采集机构，设置在短节的侧壁上；包括第一无线通信单元；螺杆钻具，与短节的第一端相连接；中转机构，与采集机构线性连接；还包括第二无线通信单元，第二无线通信单元能和第一无线通信单元进行信号传输；随钻测量系统，和中转机构信号连接。在本发明实施例中，既能采用有线通信也能采用无线通信方式进行数据的传输，可以解决现有技术中仅采用有线通信或者仅采用无线通信方式进行数据传输时，数据通信误码率高或故障率高的问题，达到了提高随钻测井数据传输可靠性的目的。

Description

一种随钻测井数据传输装置和方法

技术领域

本发明涉及石油开发技术领域，特别涉及一种随钻测井数据传输装置和方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

随钻测井系统(Logging While Drilling，简称为LWD)可以实时监测地层信息，对定向井和水平井开发过程中的井眼轨迹控制、油层钻遇率和采收率的提高，发挥着重要作用。LWD系统中井下参数测量短节可以测量地层伽马、电阻率等地质参数和井斜、方位等工程参数，并利用泥浆脉冲发生器或电磁波发生器将得到的数据上传至地面。在实际应用中，LWD下端一般连接长度接近10米的带弯角的井下动力钻具(通常是螺杆马达)，然而，由于LWD系统中井下参数测量短节安装于井下动力钻具的上方，距离钻头较远，因而该测量短节测量的参数不能及时反映钻头周围地层的情况。

近钻头随钻测井系统就是将LWD系统中的井下参数测量短节下移至距离钻头尽可能近的位置来进行参数采集，所采集到的参数可以更及时地反映钻头周围地层的情况，再利用随钻测量系统(Measure While Drilling，简称为MWD)中的泥浆脉冲发生器或电磁波脉冲发生器将得到的数据上传至地面。

目前，一般可以采用基于螺杆马达的近钻头随钻测井系统。具体来说指的是：近钻头的井下参数测量短节在完成井底参数采集后，将采集到的数据跨越螺杆马达，传送至MWD系统，再利用MWD系统将数据实时传送至地面。近钻头测井数据过螺杆马达的实时传输可以采用无线通信方式或有线通信方式。当采用无线通信方式时，由于无线传输信号受地层特性、工况环境的影响较大，有时可能会导致通信彻底失效。当采用有线通信方式时，数据不受地层特性的影响，然而，在实际应用时由于受振动、压力、机械部件运动特性等因素的影响，有时会出现机械结构被破坏或密封失效等情况，导致有线通路被切断。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明实施例提供了一种随钻测井数据传输装置和方法，以解决现有技术中在地面获取的井下采集参数可靠性较低的技术问题。

本发明实施例提供了一种随钻测井数据传输装置，可以包括：纵长延伸的第一短节，所述第一短节沿其纵长延伸方向设置有第一流体通道，所述第一流体通道供钻井液流通；所述第一短节沿其纵长延伸方向具有相背对的第一端和第二端，其中，所述第二端沿所述第一流体通道中钻井液的流动方向位于所述第一端的下游，所述第二端能与钻头相连接，所述钻头能在所述钻井液的驱动下转动；采集机构，所述采集机构设置在所述第一短节的侧壁上；所述采集机构包括信号连接的传感器和第一无线通信单元，其中，所述传感器能采集所述第一短节在井下所处位置处的地层参数，所述第一无线通信单元能接收所述传感器发来的所述地层参数；螺杆钻具，所述螺杆钻具与所述第一短节的第一端相连接，所述螺杆钻具能在所述钻井液的液压作用下转动；中转机构，所述中转机构与所述采集机构线性连接；所述中转机构还包括第二无线通信单元，所述第二无线通信单元能和所述第一无线通信单元进行信号传输；随钻测量系统，所述随钻测量系统和所述中转机构信号连接。

在一个实施例中，所述第一短节的侧壁设置有第一密封腔室，所述采集机构设置在所述第一密封腔室内。

在一个实施例中，所述第一短节的侧壁设置有第一凹槽，所述第一短节对应所述第一凹槽的外壁连接有遮挡所述第一凹槽的第一密封件，所述第一密封件与所述第一凹槽的壁之间形成所述第一密封腔室。

在一个实施例中，所述随钻测井数据传输装置还可以包括：纵长延伸的第二短节，所述第二短节沿其纵长延伸方向设置有第二流体通道，所述第二流体通道能供钻井液流通；所述第二短节沿其纵长延伸方向具有相背对的第四端，其中，所述第四端沿所述第二流体通道中钻井液的流动方向位于所述第三端的下游；所述第二短节设置在所述螺杆钻具背对所述第一端的端部上；所述中转机构设置在所述第二短节的侧壁上。

在一个实施例中，所述第二短节的侧壁设置有第二密封腔室，所述中转机构设置在所述第二密封腔室内。

在一个实施例中，所述中转机构的侧壁设置有第二凹槽，所述第二短节对应所述第二凹槽的外壁连接有遮挡所述第二凹槽的第二密封件，所述第二密封件与所述第二凹槽的壁之间形成所述第二密封腔室。

在一个实施例中，所述第一短节的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第一通孔，所述第二短节的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第二通孔，所述螺杆钻具的侧壁上沿所述钻井液流动方向设置有第三通孔；当所述第一短节、螺杆钻具和所述第二短节依次连接时，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔相连通形成第一通道；所述采集机构通过导线与所述中转机构线性连接，所述导线收容在所述第一通道中。

在一个实施例中，所述第一短节或所述螺杆钻具的侧壁上设置有第四通孔，所述第四通孔与所述通道相连通；所述第四通孔中能设置第一封堵件。

在一个实施例中，所述螺杆钻具或所述第二短节的侧壁上设置有第五通孔，所述第五通孔与所述通道相连通；所述第四通孔中能设置第二封堵件。

在一个实施例中，所述第一短节在所述第一端的连接部设置有第一导电片，所述第一导电片和所述第一通孔中的导线相连；所述螺杆钻具与所述第一端的连接部设置有第二导电片，所述第二导电片和所述第三通孔中的导线相连；当所述第一短节和所述螺杆钻具连接时，所述第一通孔中的导线通过所述第一导电片和所述第二导电片与所述第三通孔中的导线线性连接。

在一个实施例中，所述螺杆钻具与所述第四端的连接部设置有第三导电片，所述第三导电片和所述第三通孔中的导线相连；所述第二短节在所述第四端的连接部设置有第四导电片，所述第四导电片和所述第二通孔中的导线相连；当所述螺杆钻具和所述第二短节连接时，所述第三通孔中的导线通过所述第三导电片和所述第四导电片与所述第二通孔中的导线线性连接。

在一个实施例中，所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过电性天线和/或磁性天线进行信号传输。

在一个实施例中，所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过缠绕在环形磁芯上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输，其中，所述环形磁芯固定在所述短节上。

在一个实施例中，所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过缠绕在所述短节上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输。

在一个实施例中，所述随钻测量系统设置在无磁钻铤内，所述无磁钻铤与所述第二短节相接，所述无磁钻铤设置在所述第二流体通道中。

在一个实施例中，所述随钻测井数据传输装置还可以包括：纵长延伸的圆柱形结构，所述圆柱形结构设置在所述第二流体通道中，所述圆柱形结构内嵌于所述第二短节。

在一个实施例中，所述圆柱形结构沿所述无磁钻铤的方向设置有第六通孔，所述圆柱形结构沿与所述第六通孔垂直的方向设置有第七通孔；当所述第二短节和所述无磁钻铤连接时，所述第六通孔和第七通孔相连通形成第二通道；所述中转机构通过导线和所述随钻测井系统线性连接，所述导线收容在所述第二通道中。

在一个实施例中，所述第六通孔中能设置第三封堵件。

在一个实施例中，所述圆柱形结构沿其纵长延伸方向设置有一个或一个以上通孔，所述一个或一个以上通孔供钻井液流通。

本发明实施例还提供了一种随钻测井数据传输方法，可以包括：通过采集机构中的传感器获取第一短节在井下所处位置处的地层参数；获取通过线性连接和/或信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数。

在一个实施例中，获取通过线性连接和/或信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数，可以包括：获取通过线性连接方式发送至随钻测量系统的地层参数，作为第一地层参数；获取通过信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数，作为第二地层参数；检验所述第一地层参数是否满足预设的要求；检验所述第二地层参数是否满足预设的要求；若所述第一地层参数和所述第二地层参数均满足预设的要求，则任意选取其中一个作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。

在一个实施例中，任意选取其中一个作为所述发送至随钻测量系统的地层参数，可以包括：若所述第一地层参数或者所述第二地层参数中只有一项满足所述预设的要求，则将满足所述预设的要求的数据作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。

在本发明实施例中，提供了一种随钻测井数据传输装置，包括：短节、采集机构、螺杆钻具、中转机构和随钻测量系统，其中，所述采集机构可以与所述中转机构线性连接，所述采集机构中的第一无线通信单元可以与所述中转机构中的第二无线通信单元信号连接。这样既能采用有线通信的方式也能采用无线通信的方式进行随钻测井数据的传输，可以解决现有技术中当采用有线通信方式或者无线通信方式进行数据传输时，数据通信误码率高或者通信功能故障率高的技术问题，达到了提高随钻测井数据传输可靠性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种随钻测井数据传输装置的结构示意图；

图2是本申请提供的导线过螺纹的一种结构示意图；

图3是本申请提供的导线过螺纹的另一种结构示意图；

图4是本申请提供的无线通信的一种结构示意图；

图5是本申请提供的无线通信的另一种结构示意图；

图6是本申请提供的圆柱形结构的剖面示意图；

图7是本申请提供的一种随钻测井数据传输方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明实施例中提供了一种随钻测井数据传输装置。随钻测井数据传输装置通常为管状结构通过螺纹连接，随钻测井数据传输装置的内部为流体通道，外部与井壁之间形成环空。钻井液能通过流体通道从地面注入井下，从而可以为钻头提供动力，并将岩屑通过环空从井下带出至地面。如图1所示，该随钻测井数据传输装置可以包括：第一短节2、采集机构、螺杆钻具5、中转机构和随钻测量系统10。下面对该装置的上述5个组成部分分别进行相应的描述。

在本实施例中，第一短节2沿其纵长延伸方向设置有第一流体通道，所述第一流体通道能供钻井液流通。所述第一短节2沿其纵长延伸方向具有相背对的第一端和第二端，其中，所述第二端沿所述第一流体通道中钻井液的流动方向位于所述第一端的下游。

在确定随钻测井数据传输装置中第一短节2的第一端和第二端后，可以对随钻测井数据传输装置中的除短节之外的结构进行进一步描述。所述第一短节2的第二端能与钻头1相连接，所述钻头1能在所述钻井液的驱动下转动。采集机构，所述采集机构设置在所述第一短节2的侧壁上；所述采集机构包括信号连接的传感器3和第一无线通信单元4，其中，所述传感器3能采集所述第一短节2在井下所处位置处的地层参数，所述第一无线通信单元4能接收所述传感器3发来的所述地层参数。

所述第一短节2的第一端通过螺纹连接有螺杆钻具5，所述螺杆钻具能在所述钻井液的液压作用下转动。在本申请中，所述螺杆钻具5可以采用挠轴带动传动轴的方式带动所述钻头1的转动，当然也可以采用其他方式，本申请对此不作限定。

中转机构，所述中转机构与所述采集机构线性连接；所述中转机构还可以包括第二无线通信单元7，所述第二无线通信单元7能和所述第一无线通信单元进行信号传输；

随钻测量系统10，所述随钻测量系统10和所述中转机构信号连接。其中所述随钻测量系统10(简称为MWD系统10)设置在无磁钻铤内，所述无磁钻铤与所述第二短节6相接。

当通过由上述5个组成部分组成的随钻测井数据传输装置进行数据传输时，可以通过所述采集机构中的传感器3和所述中转机构来实现随钻测井数据的有线传输，也可以通过所述采集机构中的第一无线通信单元4和所述中转机构中的第二无线通信单元7来实现随钻测井数据的无线传输，从而可以解决现有技术中只可以采用有线或者只可以采用无线方式进行测井数据传输时，采集到的井下参数准确性较低的问题。

在本申请的一个实施例中，所述随钻测井数据传输装置还包括：和所述第一短节结构类似的纵长延伸的第二短节6，所述第二短节6沿其纵长延伸方向设置有第二流体通道，所述第二流体通道能供钻井液流通；所述第二短节6沿其纵长延伸方向具有相背对的第四端，其中，所述第四端沿所述第二流体通道中钻井液的流动方向位于所述第三端的下游；所述第二短节6设置在所述螺杆钻具5背对所述第一端的端部上；所述中转机构和所述采集机构的结构类似，也是设置在所述第二短节6的侧壁上。

所述采集机构设置在所述第一短节2的侧壁上，在所述第一短节2的第一流体通道中有钻井液流通，可以通过以下方式在所述第一短节2中放置所述采集机构中的大量电子元器件，从而可以保护所述采集机构中的电子元器件不被所述钻井液侵蚀造成短路和断路现象。

在所述第一短节2的侧壁设置有第一密封腔室，所述采集机构设置在所述第一密封腔室内。所述第一短节2的侧壁设置有第一凹槽，所述第一短节2对应所述第一凹槽的外壁连接有遮挡所述第一凹槽的第一密封件，所述第一密封件与所述第一凹槽的壁之间形成所述第一密封腔室。

同样地，可以通过以下类似的方式在所述第二短节6中放置所述中转机构中的大量电子元器件。从而可以保护所述中转机构中的电子元器件不被所述钻井液侵蚀造成短路和断路现象。

在所述第二短节6的侧壁设置有第二密封腔室，所述中转机构设置在所述第二密封腔室内。所述中转机构的侧壁设置有第二凹槽，所述第二短节6对应所述第二凹槽的外壁连接有遮挡所述第二凹槽的第二密封件，所述第二密封件与所述第二凹槽的壁之间形成所述第二密封腔室。

进一步地，所述第一短节2的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第一通孔，所述第二短节6的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第二通孔，所述螺杆钻具5的侧壁上沿所述钻井液流动方向设置有第三通孔；当所述第一短节2、螺杆钻具5和所述第二短节6依次连接时，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔相连通形成第一通道；所述采集机构通过导线与所述中转机构线性连接，所述导线收容在所述第一通道中。通过上述方式，可以避免所述第一短节2、所述第二短节6和所述螺杆钻具5中的电子元器件之间进行线性传输时，其中的导线被钻井液所侵蚀，而造成所述采集机构中的电子元器件发生短路和断路现象。其中，所述第一短节2、螺杆钻具5和所述第二短节6之间可以通过螺纹进行连接。

下面按照各部件的连接顺序，分别叙述随钻测井数据传输装置中导线在第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10的侧壁的有线连接方式，导线通过第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10之间的连接螺纹的有线连接方式。

导线在第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10的侧壁的连接方式有很多种，可以采用在侧壁上开槽、钻孔等方式来实现导线的连接。具体的，可以分为下面几种情况：

1)将导线设置在随钻测井数据传输装置侧壁内部钻取的轴向孔8或者径向孔内。在侧壁中具有互相导通的多个轴向孔8或者径向孔，可以根据实际需求，将导线直接设置在轴向孔8或者径向孔中，同时，上述所有的轴向孔8或者径向孔均设置为可以对钻井液密封；

2)将导线设置在随钻测井数据传输装置侧壁外表面或者内表面的凹槽的密封管道8内。侧壁的外表面或者内表面设置有轴向或者径向的凹槽，在所述凹槽中设置有密封管道8，可以根据实际需求，将导线设置在所述密封管道内，从而使得凹槽中的密封管道8可以对钻井液密封。

对于第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10而言，除了上述方式以外，还可以采用其他方式来实现导线的连通，本申请对此不作限定。进一步地，在本申请的其他实施例中，在同一个装置中的导线可以存在多种连接方式，可以在一个装置中同时使用在侧壁上开槽以及钻孔等方式，本申请对此不作限定。

导线通过第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10之间的连接螺纹的连接方式也可以有多种。第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10之间的有线通信可以经过井下工具的多道螺纹连接，此时螺纹处也需要保证线缆处于密封的空间，否则在井下作业过程中，会发生高压钻井液侵入导致过螺纹的通信线缆受到破坏。其中，导线通过第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6的螺纹时，可以采用以下两种方式：

1)所述第一短节2或所述螺杆钻具5的侧壁上设置有第四通孔，所述第四通孔与所述通道相连通；所述第四通孔中能设置第一封堵件。所述螺杆钻具5或所述第二短节6的侧壁上设置有第五通孔，所述第五通孔与所述通道相连通；所述第四通孔中能设置第二封堵件。具体的，如图2所示为导线过第一短节2与螺杆钻具5之间的螺纹的一种结构示意图，在螺纹的退刀槽处设置有密封腔，在外螺纹侧壁至密封腔处设置有工艺孔，利用工艺孔在密封腔中实现导线的连接。在螺纹的退刀槽处设置有密封腔，在螺纹的齿根处螺旋形缠绕设置有导线，其中，螺纹可以是外螺纹也可以是内螺纹。在螺纹旋紧前，可以在通过螺纹连接的两个螺纹管道中预留导线，同时，两个螺纹管道中的导线处于断开的状态；螺纹旋紧后，利用图2中的工艺孔对预留的两个螺纹管道中的导线处理，使其连通，并向其中填充绝缘材料后，封闭工艺孔，从而可以达到导线过螺纹连接的目的，保证导线不被钻井液侵蚀。同样的，导线过螺杆钻具5和第二短节6之间螺纹的方式也类似。

2)所述第一短节2在所述第一端的连接部设置有第一导电片，所述第一导电片和所述第一通孔中的导线相连；所述螺杆钻具5与所述第一端的连接部设置有第二导电片，所述第二导电片和所述第三通孔中的导线相连；当所述第一短节和所述螺杆钻具5连接时，所述第一通孔中的导线通过所述第一导电片和所述第二导电片与所述第三通孔中的导线线性连接。所述螺杆钻具5与所述第四端的连接部设置有第三导电片，所述第三导电片和所述第三通孔中的导线相连；所述第二短节6在所述第四端的连接部设置有第四导电片，所述第四导电片和所述第二通孔中的导线相连；当所述螺杆钻具5和所述第二短节6连接时，所述第三通孔中的导线通过所述第三导电片和所述第四导电片与所述第二通孔中的导线线性连接。具体的，如图3所示为导线过第一短节2与螺杆钻具5之间的螺纹的另一种结构示意图，在退刀槽处设置有导电片，在螺纹的齿根处螺旋形缠绕设置有导线，导电片和导线相互连接。螺纹可以是外螺纹也可以是内螺纹。从图中可以看出：管道侧壁上有两个电路单元：第一电路单元和第二电路单元，这两个电路单元分别为两个不同螺纹管道中的电路单元，可以利用外导电片和内导电片分别连接这两个不同螺纹管道中的电路，其中，外导电片可以是矩形、圆环等任意形状。内导电片由导电片本体和弹簧导电片片组成，弹簧导电片片一端固定在导电片本体上，另一端伸出本体之外。当螺纹上紧后，内导电片中的弹簧导电片和外导电片相互接触，从而可以实现不同螺纹管道中电路的导通。进一步的，在设置有导电片的退刀槽的相应位置还填充有绝缘材料，以保证电路的安全，以及避免受到外界钻井液的破坏。同样的，导线过螺杆钻具5和第二短节6之间螺纹的方式也类似。当然地，除了上述两种有线连接方式，还有其他的连接方式，本申请对此不作限定。

在本申请中，除了可以采用有线通路的连接方式，也可以采用无线通路的连接方式来实现随钻测井数据的传输。具体的，采集机构中的第一无线通信单元4和中转机构中的第二无线通信单元7可以采用通过电性天线和/或磁性天线进行无线信号传输。

1)电天线方式：如图4所示为采用电天线方式实现无线通信的结构示意图。所述第一无线通信单元4和所述第二无线通信单元7通过缠绕在环形磁芯上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输，其中，所述环形磁芯固定在所述短节上。即，当为所述第一短节2中的第一无线通信单元4时，可以将所述环形磁芯固定在位于所述第一无线通信单元4处的所述第一短节2上；当为所述第二短节6中的第二无线通信单元7时，可以将所述环形磁芯固定在位于所述第二无线通信单元7处的所述第二短节6上。可知：当使用电天线方式时，可以将导线缠绕在环形磁芯上并接入电路中形成一个完整的回路，激励和/或接收电磁波信号，从而实现信号传输。

2)磁天线方式：图5所示为采用磁天线的方式实现无线通信的结构示意图。所述第一无线通信单元4和所述第二无线通信单元7通过缠绕在所述短节上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输。即，当为所述第一短节2中的第一无线通信单元4时，可以将线圈缠绕在位于所述第一无线通信单元4处的所述第一短节2上；当为所述第二短节6中的第二无线通信单元7时，可以将线圈缠绕在位于所述第二无线通信单元7处的所述第二短节6上。可知：当使用磁天线方式时，可以将导线缠绕在短节上形成螺线管结构，将该螺线管结构接入电路形成一个完整的回路，激励和/或接收电磁波信号，从而实现信号传输。

针对上述两种无线连接方式，在本申请中，同一个装置中只可以存在一种连接方式。即：第一无线通信单元4和第二无线通信单元7可以同时采用电天线方式实现信号传播，也可以同时采用磁天线方式实现信号传播。将第一无线通信单元4设计为调制电路，第二无线通信单元7设计为解调电路，此时无线通信为单工通信方式。也可以使第一无线通信单元4与第二无线通信单元7同时具备调制、解调功能，此时无线通信为双工通信方式。当然地，也可以采用其他的无线通信方式，本申请对此不作限定。

井下仪器的无线通信对速率要求不高，因而，一般可以采用易于实现的、可靠性高的调制方法，如：频移键控FSK调制等。若进行无线双工通信，则第一无线通信单元4和第二无线通信单元7的线圈都可以配置调制电路和解调电路；若进行无线单工通信即可满足实际工况需要，则可以将第一无线通信单元4作为调制电路，第二无线通信单元7作为解调电路。在实际应用中可以根据不同的地层情况选择相应的天线，例如：电天线的载波信号频率相对较低，通常不超过50kHz，可以利用地层作为电流回路，适用于地层电阻率相对不高的情况；磁天线的载波信号频率相对较高，通常在100kHz以上，磁天线的信号适用于地层电阻率较高的情况。

在本申请中，可以同时采用上述有线和无线传输共存的方式进行随钻测井数据的传输，可以解决现有技术中只可以采用有线或者只可以采用无线方式进行测井数据传输时，数据通信误码率高或通信功能故障率高的问题。

进一步地，当导线通过第二短节6和MWD系统10之间的螺纹时，可以采用以下方式实现第二短节6和MWD系统10之间的导线连接。其中，MWD系统10设置在无磁钻铤内，所述无磁钻铤与所述第二短节相接，所述无磁钻铤设置在所述第二流体通道中。具体的导线连接方式如下：

在所述第二流体通道中设置有纵长延伸的圆柱形结构9，所述圆柱形结构9内嵌于所述第二短节6中。所述圆柱形结构9沿所述无磁钻铤的方向设置有第六通孔，所述圆柱形结构9沿与所述第六通孔垂直的方向设置有第七通孔；当所述第二短节6和所述无磁钻铤连接时，所述第六通孔和第七通孔相连通形成第二通道；所述中转机构通过导线和所述随钻测井系统线性连接，所述导线收容在所述第二通道中，其中，所述第六通孔中能设置第三封堵件。从图1中可知：可以将第二短节6中的有线和/或无线连接的导线从第二密封腔11处后，可以通过T形三通结构的所述圆柱形结构9和所述MWD系统10形成一个密闭通路，导线容置于所述密闭通路中。从而，可以实现通过导线将中转机构和位于流体通道中的MWD系统10相连接。如图6所示为所述圆柱形结构9的剖面示意图。所述圆柱形结构9沿其纵长延伸方向设置有一个或一个以上通孔，所述一个或一个以上通孔供钻井液流通。从图6中可知：在本申请的一个实施例中，存在有6个通孔供钻井液的流通。在图6中的垂直空心结构即为所述圆柱形结构9的三通结构的一个通孔，所述中转机构中的导线可以通过该通孔和MWD系统10相连接。

在本发明实施例中，还提出了一种随钻测井数据传输方法，其核心思路是采用有线数据通路和无线数据通路并存的方式进行数据传输。可以根据需求设置一种数据通路作为主通路，另一种数据通路作为辅通路，当主通路不能正常工作时，可以自动选择辅通路进行数据传输；也可设置为两种数据通路同时工作，互相独立并行完成数据传输任务。具体地，如图7所示，可以包括以下步骤：

步骤701：通过采集机构中的传感器获取第一短节在井下所处位置处的地层参数；

步骤702：获取通过线性连接和/或信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数。

可以获取通过线性连接方式发送至随钻测量系统的地层参数，作为第一地层参数；可以获取通过信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数，作为第二地层参数；检验所述第一地层参数是否满足预设的要求；检验所述第二地层参数是否满足预设的要求；若所述第一地层参数和所述第二地层参数均满足预设的要求，则任意选取其中一个作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。若所述第一地层参数或者所述第二地层参数中只有一项满足所述预设的要求，则可以将满足所述预设的要求的数据作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。最后，将发送至MWD系统11的地层参数传输至地面的外部处理器。

下面通过一个具体的应用场景来说明本申请中随钻测井数据的传输过程。通过采集机构中的传感器3获取所述第一短节2在井下所处位置处的地层参数之后，可以根据所述地层参数生成所述地层参数的第三验证码；可以根据通过线性连接方式发送至随钻测量系统的第一地层参数生成所述第一地层参数的第一验证码；可以根据通过信号传输方式发送至随钻测量系统的第二地层参数生成所述第二地层参数的第二验证码。对比所述第一验证码和所述第三验证码、所述第二验证码和所述第三验证码，如果第一验证码和所述第三验证码一致、所述第二验证码和所述第三验证码一致，则可以选取所述第一地层参数、所述第二地层参数中的任意一个作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。对比所述第一验证码和所述第三验证码、所述第二验证码和所述第三验证码，如果第一验证码和所述第三验证码一致，所述第二验证码和所述第三验证码不一致，则可以将所述第一验证码对应的第一地层参数作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。反之，如果第一验证码和所述第三验证码不一致，所述第二验证码和所述第三验证码一致，则可以将所述第一验证码对应的第一地层参数作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。当然，也可以通过其他的预设的要求来传输所述随钻测井数据，本申请对此不作限定。

在进行随钻测井数据传输时，可以根据需求可以设置有线数据通路为主，无线数据通路为辅的数据传输方式实现近钻头数据的传输。具体工作流程为：采集机构中的传感器3采集到第一短节在井下所处位置处的地层参数之后通过有线通路进行数据传输。若在钻井过程中，中转机构接收到地层参数，则不再使用无线通路；若中转机构中的软件判断未收到数据或收到错误数据，则中转机构可以通过无线传输单元返回命令信息至采集机构中的无线通信单元4，无线通信单元4立即开启无线通路，并通过无线通信技术传输近钻头在转动过程中的地层参数至中转机构，从而实现主辅数据通路的自诊断及自动切换。

同理，可以根据需求可以设置无线数据通路为主，有线数据通路为辅的数据传输方式实现随钻测井数据传输，具体工作流程为：采集机构中的传感器3采集到钻头在转动过程中的地层参数之后通过无线通路进行传输。若在钻井过程中，中转机构接收到地层参数，则不再使用有线通路；若中转机构中的软件判断未收到数据或收到错误数据，则中转机构通过有线通信单元11返回命令信息至采集机构中的有线通信单元3，有线通信单元立即开启有线通路，通过有线通信技术传输近钻头在转动过程中的地层参数至中转机构，从而实现主辅数据通路的自诊断及自动切换。

进一步地，采集机构中的传感器3采集到钻头在转动过程中的地层参数之后，采用无线数据通路和有线数据通路并行的方式进行传输，中转机构接收到有线数据通路和无线数据通路中的两组数据，检测所得到的两种数据是否符合预设的要求，若都满足预设的要求，则选择其中任意一组融入MWD系统中，从而可以完成随钻测井数据传输。在这种情况下，若一个数据通路出现问题，不会影响另一数据通路正常工作。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：提供了一种随钻测井数据传输装置，包括：短节、采集机构、螺杆钻具、中转机构和随钻测量系统，其中，所述采集机构可以与所述中转机构线性连接，所述采集机构中的第一无线通信单元可以与所述中转机构中的第二无线通信单元信号连接。这样既能采用有线通信的方式也能采用无线通信的方式进行随钻测井数据的传输，可以解决现有技术中当采用有线通信方式或者无线通信方式进行数据传输时，在地面获取到井下采集参数可靠性较低的技术问题，达到了提高随钻测井数据传输可靠性的目的。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (22)

1.一种随钻测井数据传输装置，其特征在于，包括：

纵长延伸的第一短节，所述第一短节沿其纵长延伸方向设置有第一流体通道，所述第一流体通道供钻井液流通；所述第一短节沿其纵长延伸方向具有相背对的第一端和第二端，其中，所述第二端沿所述第一流体通道中钻井液的流动方向位于所述第一端的下游，所述第二端能与钻头相连接，所述钻头能在所述钻井液的驱动下转动；

采集机构，所述采集机构设置在所述第一短节的侧壁上；所述采集机构包括信号连接的传感器和第一无线通信单元，其中，所述传感器能采集所述第一短节在井下所处位置处的地层参数，所述第一无线通信单元能接收所述传感器发来的所述地层参数；

螺杆钻具，所述螺杆钻具与所述第一短节的第一端相连接，所述螺杆钻具能在所述钻井液的液压作用下转动；

中转机构，所述中转机构与所述采集机构线性连接，导线收容在第一通道中，所述导线通过第一短节、螺杆钻具、第二短节和随钻测量系统之间的连接螺纹进行有线连接，随钻测井数据传输装置侧壁外表面或者内表面设置有轴向或者径向的凹槽，在所述凹槽中设置有密封管道，将导线设置在所述密封管道内，从而使得凹槽中的密封管道可对钻井液密封；

所述中转机构还包括第二无线通信单元，所述第二无线通信单元能和所述第一无线通信单元进行信号传输；

随钻测量系统，所述随钻测量系统和所述中转机构信号连接；

其中，在导线通过第一短节、螺杆钻具、第二短节和随钻测量系统之间的连接螺纹时，在螺纹的退刀槽处设置有密封腔，在螺纹的齿根处螺旋形缠绕设置有导线，在外螺纹侧壁至密封腔处设置有工艺孔，利用工艺孔在密封腔中实现导线的连接，在螺纹旋紧前，在通过螺纹连接的两个螺纹管道中预留导线，同时，两个螺纹管道中的导线处于断开的状态，在螺纹旋紧后，通过所述工艺孔对预留的两个螺纹管道中的导线处理，使其连通，并向其中填充绝缘材料后，封闭工艺孔，从而可以达到导线过螺纹连接的目的。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一短节的侧壁设置有第一密封腔室，所述采集机构设置在所述第一密封腔室内。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一短节的侧壁设置有第一凹槽，所述第一短节对应所述第一凹槽的外壁连接有遮挡所述第一凹槽的第一密封件，所述第一密封件与所述第一凹槽的壁之间形成所述第一密封腔室。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：纵长延伸的第二短节，所述第二短节沿其纵长延伸方向设置有第二流体通道，所述第二流体通道能供钻井液流通；所述第二短节沿其纵长延伸方向具有相背对的第四端和第三端，其中，所述第四端沿所述第二流体通道中钻井液的流动方向位于所述第三端的下游；所述第二短节设置在所述螺杆钻具背对所述第一端的端部上；所述中转机构设置在所述第二短节的侧壁上。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二短节的侧壁设置有第二密封腔室，所述中转机构设置在所述第二密封腔室内。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述中转机构的侧壁设置有第二凹槽，所述第二短节对应所述第二凹槽的外壁连接有遮挡所述第二凹槽的第二密封件，所述第二密封件与所述第二凹槽的壁之间形成所述第二密封腔室。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一短节的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第一通孔，所述第二短节的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第二通孔，所述螺杆钻具的侧壁上沿所述钻井液流动方向设置有第三通孔；当所述第一短节、螺杆钻具和所述第二短节依次连接时，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔相连通形成第一通道；所述采集机构通过导线与所述中转机构线性连接，所述导线收容在所述第一通道中。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一短节或所述螺杆钻具的侧壁上设置有第四通孔，所述第四通孔与所述通道相连通；所述第四通孔中能设置第一封堵件。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述螺杆钻具或所述第二短节的侧壁上设置有第五通孔，所述第五通孔与所述通道相连通；所述第四通孔中能设置第二封堵件。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一短节在所述第一端的连接部设置有第一导电片，所述第一导电片和所述第一通孔中的导线相连；所述螺杆钻具与所述第一端的连接部设置有第二导电片，所述第二导电片和所述第三通孔中的导线相连；当所述第一短节和所述螺杆钻具连接时，所述第一通孔中的导线通过所述第一导电片和所述第二导电片与所述第三通孔中的导线线性连接。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述螺杆钻具与所述第四端的连接部设置有第三导电片，所述第三导电片和所述第三通孔中的导线相连；所述第二短节在所述第四端的连接部设置有第四导电片，所述第四导电片和所述第二通孔中的导线相连；当所述螺杆钻具和所述第二短节连接时，所述第三通孔中的导线通过所述第三导电片和所述第四导电片与所述第二通孔中的导线线性连接。

12.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过电性天线和/或磁性天线进行信号传输。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过缠绕在环形磁芯上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输，其中，所述环形磁芯固定在所述短节上。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过缠绕在所述短节上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输。

15.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述随钻测量系统设置在无磁钻铤内，所述无磁钻铤与所述第二短节相接，所述无磁钻铤设置在所述第二流体通道中。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括：纵长延伸的圆柱形结构，所述圆柱形结构设置在所述第二流体通道中，所述圆柱形结构内嵌于所述第二短节。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述圆柱形结构沿所述无磁钻铤的方向设置有第六通孔，所述圆柱形结构沿与所述第六通孔垂直的方向设置有第七通孔；当所述第二短节和所述无磁钻铤连接时，所述第六通孔和第七通孔相连通形成第二通道；所述中转机构通过导线和所述随钻测量系统线性连接，所述导线收容在所述第二通道中。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第六通孔中能设置第三封堵件。

19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述圆柱形结构沿其纵长延伸方向设置有一个或一个以上通孔，所述一个或一个以上通孔供钻井液流通。

20.一种利用权利要求1至19中任意一项所述的随钻测井数据传输装置进行随钻测井数据传输的方法，其特征在于，包括：

通过采集机构中的传感器获取第一短节在井下所处位置处的地层参数；

获取通过线性连接和/或信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，获取通过线性连接和/或信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数，包括：

获取通过线性连接方式发送至随钻测量系统的地层参数，作为第一地层参数；

获取通过信号传输方式发送至随钻测量系统的地层参数，作为第二地层参数；

检验所述第一地层参数是否满足预设的要求；

检验所述第二地层参数是否满足预设的要求；

若所述第一地层参数和所述第二地层参数均满足预设的要求，则任意选取其中一个作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，任意选取其中一个作为所述发送至随钻测量系统的地层参数，包括：

若所述第一地层参数或者所述第二地层参数中只有一项满足所述预设的要求，则将满足所述预设的要求的数据作为所述发送至随钻测量系统的地层参数。