CN107130958A - 一种智能钻具钻井有线数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能钻具钻井有线数据传输系统，由线缆旋转接头、信号线缆线、控制主机、报警器、智能钻具、钻井及地质参数检测仪、线缆检测器、串口通讯模块组成，解决了困扰钻井行业多年的井下数据采集传输难的问题，克服了无线随钻设备仪器昂贵、传输数率低、需要配备昂贵的高温电池、连续工作时间短、对钻井泥浆要求高、设备检修周期短、施工工艺复杂、施工队伍庞大等弊端，在对智能钻具的耐磨性、耐腐蚀性处理后，智能钻具可重复使用，有线带来优越的信号传输性能，可配备更多的测试仪器，实时地采集更多的钻井及地质参数，提高钻井井眼轨迹控制的准确性及优越性，提升钻井勘探效果，提高石油生产效益。

Description

一种智能钻具钻井有线数据传输系统

技术领域：

本发明涉及勘探仪器设备领域，具体是一种智能钻具钻井有线数据传输系统。

背景技术：

在地质钻探、石油钻井施工过程中，需要实时了解钻具自身的工况，如井斜、方位等钻井参数数据，还需要通过仪器测量所钻地层的岩性、含油、含水等地质参数数据，通过对检测的综合数据进行分析，控制钻出最优钻井井眼轨迹，节约勘探成本，提高油井采收率。目前，国内外有各种形式的无线随钻测量系统，主要有钻井参数MWD无线传输技术和电磁波无线传输技术量大类，在此基础上进行LWD无线导向钻井，其中：LWD、MWD是通过钻井泥浆脉冲将井下参数采集传输到地面的，数据传输速率低，LWD无线导向钻井技术是通过钻井泥浆脉冲在传输钻井参数的同时将地质参数实时采集传输，根据当前钻头所在的地质情况，确定下一步钻井井眼轨迹方向；电磁波无线传输技术是通过在井下安装无线信号发生装置，将井下的仪器采集参数传输到地面，其传输速率相对高些，但受到井深和泥浆及地质情况限制；由于钻井井深、泥浆压力高、流速快、泥浆性能复杂，MWD泥浆脉冲无线传输仪器复杂，价格昂贵，磨损严重，电池寿命有限，对钻井泥浆及施工参数要求极高，技术在实际应用过程中受到很多限制，需要有专业的技术队伍进行施工及维护管理，钻井成本太高，水平井和大斜度井有应用，难以普及推广，而电磁波无线传输技术受到井深、泥浆性能及地质环境等影响，也难以大规模推广应用。

发明内容：

本发明旨在于提供一种智能钻具钻井有线数据传输系统，以提高数据传输速率，提高地质导向钻井水平，设备损耗低维护管理方便，降低生产成本。

本发明的技术方案如下：

此种智能钻具钻井有线数据传输系统，由钻井及地质参数检测仪、串口通讯模块、线缆检测器、智能钻具、线缆旋转接头、信号线缆、控制主机、报警器组成，其结构组装关系如下：其结构组装关系如下：在井下螺杆钻具上方设置由无磁管柱封装的钻井及地质参数检测仪，其由多种仪器组成，每种仪器有特定的硬件地址码，无磁管柱中还包括线缆检测器和串口通讯模块，无磁管柱的母接箍设有母接箍耦合线圈，在其上接有智能钻具，若干个智能钻具串从井下延伸到地面，在地面井口处，钻机水龙头I的水龙头盘根IV上设置一个线缆旋转接头，线缆旋转接头通过信号线缆连接到控制主机。

在钻井施工时，先将钻头及螺杆钻具下井，然后装有钻井及地质参数检测仪、线缆检测器、串口通讯模块的无磁管柱，将线缆检测器安装好电池启动，将无磁管柱接上下井，再将智能钻具接上紧扣下入井下，智能钻具的母接箍耦合线圈露出在钻台上，线缆检测器通过信号线缆连接第一根智能钻具母接箍耦合线圈，将其作为天线发射无线信号，当将第二根智能钻杆公接头插入母接箍后，用大钳紧扣下入井内，上一根智能钻杆的公接头耦合线圈与下部的智能钻杆的母接箍耦合线圈贴紧，线缆检测器发出的无线电信号通过耦合线圈之间的耦合，无线电信号传递到上一根智能钻杆的母接箍耦合线圈发出，在钻台旁的报警器接收到无线信号，判断每根线缆发出信号的强弱状态，如果钻具在下井后，报警器接收到的信号减弱或无信号，说明下井的智能钻具的线缆出现故障，就发出声光警报，提示施工人员及时起初处理，这样逐一将若干根智能钻具连接下井后，井下钻井及地质参数检测仪采集仪器开始工作通过钻井及地质参数检测仪采集钻井工况参数和周围地质参数，将这些不同地址码仪器输出的参数通过用串口通讯模块有线方式传输，通过根根相连的智能钻具将信号耦合传送到地面，由线缆旋转接头及信号线缆将信号传送给控制主机，进行实时的钻井参数采集及地质导向控制。

本发明结构新颖，解决了困扰钻井行业多年的井下数据采集传输难的问题，克服了无线随钻设备仪器昂贵、传输数率低、连续工作时间短、对钻井泥浆要求高、设备检修周期短、施工工艺复杂、施工队伍庞大等弊端，在对智能钻具的耐磨性、耐腐蚀性处理后，智能钻具可重复使用，有线智能钻具带来优越的动力及传输性能，可配备多种的测试仪器，实时地采集更多的钻井及地质参数，提高钻井井眼轨迹控制的准确性及优越性，提升钻井勘探效果，提高油井采收率。

附图说明：

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明的智能钻具结构示意图。

图3为本发明的线缆旋转接头示意图。

图4为本发明的智能钻具结构立体示意图。

具体实施方式：以下结合附图对本发明的实施作进一步说明。

如图1所示，本发明一种钻具有线随钻参数检测及导向钻井系统，由线缆旋转接头1、信号线缆线2、控制主机3、报警器4、智能钻具5、钻井及地质参数检测仪6、线缆检测器7、串口通讯模块8组成。

其中：控制主机3为计算机配备通讯接口及控制分析软件，或为单片机设置电路控制板。

报警器4为单片机无线信号接收装置，可接收井下发出的无线信号，判断信号强弱，可进行声光报警，其接收信号频率波段与线缆检测器7发射的频率波段对应。

钻井及地质参数检测仪8为多种参数检测仪器，包括：

检测钻井参数：井斜、方位、压力、温度、摩阻力、泥浆性能、气体检测仪、岩石硬度等。

检测地质参数：电阻率、含油、含水、荧光、微量元素分析、色谱仪、放射性、同位素、微生物等。

线缆检测器7为无线信号发射装置，通过耦合的智能钻具5上发射无线信号，配备有高温电池。

串口通讯模块8配备到每个仪器上，使用时将仪器的地址码及数据在动力和信号线缆2发送及接收，并有信号放大功能。

图1中水龙头I为钻机部件，线缆旋转接头1设置在其上。

如图2所示，智能钻具5由信号线缆2、信号线缆管9、母接箍金属环10、母接箍耦合线圈11、公接头耦合线圈12、公接头金属环13组成，其结构组装关系如下，智能钻具5为一个金属管柱两端分别设有公接头III和母接箍II，在公接头III靠近端口处车一圈浅槽，在槽内设有一个公接头金属环13，公接头金属环13的端面设有一圈沟槽，沟槽内镶嵌有公接头耦合线圈12；在母接箍II内侧靠近内管台肩处设有一圈浅槽，在槽内设有母接箍金属环10，母接箍金属环10端面设有一圈沟槽，沟槽内镶嵌有母接箍耦合线圈11，母接箍耦合线圈11与公接头耦合线圈12之间设有信号线缆管9，信号线缆2穿过信号线缆管9分别与两端的母接箍耦合线圈11和公接头耦合线圈12连接。

图2中母接箍II和公接头III为标准钻具的两端接头。

如图3所示，线缆旋转接头3由设置在钻井水龙头盘根IV上的盘根座耦合线圈14、线缆接头15、盘根线缆管16、冲管耦合线圈17、盘根座耦合线圈14组成，其结构组装关系如下，在通用的水龙头盘根IV的下密封压套处盘根耦合线圈18，该线圈由信号线缆2与下部的智能钻具5的母接箍耦合线圈11连接，在水龙头盘根冲管V底部设有一圈沟槽，槽内镶嵌有冲管耦合线圈17，水龙头盘根冲管V侧部设有盘根线缆管16，信号线缆2穿过盘根线缆管16分别与冲管耦合线圈17和线缆接头15连接，水龙头盘根IV下部盘根及盘根座耦合线圈14可绕盘根冲管耦合线圈17转动。

使用时，钻机转盘旋转带动智能钻具5旋转，智能钻具5上连接的水龙头盘根IV及盘根座耦合线圈14绕盘根冲管耦合线圈17，通过线圈的信号耦合，井下的信号就会通过信号线缆2传送到控制主机3中，实现井下仪器设备的采集信号传输，进而实现钻井参数的控制及地质导向钻井。

图3中水龙头盘根IV为钻机部件，其设置在水龙头I上。

Claims (3)

1.一种智能钻具钻井有线数据传输系统，如图1所示，由线缆旋转接头(1)、信号线缆(2)、控制主机(3)、报警器(4)、智能钻具(5)、钻井及地质参数检测仪(6)、线缆检测器(7)、串口通讯模块(8)组成，其结构组装关系如下：在井下螺杆钻具上方设置由无磁管柱封装的钻井及地质参数检测仪(6)，其由多种仪器组成，每种仪器有特定的硬件地址码，无磁管柱中还包括线缆检测器(7)和串口通讯模块(8)，无磁管柱的母接箍设有母接箍耦合线圈(11)，在其上接有智能钻具(5)，若干个智能钻具(5)串从井下延伸到地面，在地面井口处，钻机水龙头I的水龙头盘根IV上设置一个线缆旋转接头(1)，线缆旋转接头(1)通过信号线缆(2)连接到控制主机(3)。

2.根据权利要求1所示的一种智能钻具钻井有线数据传输系统，如图2所示，智能钻具(5)由信号线缆(2)、信号线缆管(9)、母接箍金属环(10)、母接箍耦合线圈(11)、公接头耦合线圈(12)、公接头金属环(13)组成，其结构组装关系如下，智能钻具(5)为一个金属管柱两端分别设有公接头III和母接箍II，在公接头III靠近端口处车一圈浅槽，在槽内设有一个公接头金属环(13)，公接头金属环(13)的端面设有一圈沟槽，沟槽内镶嵌有公接头耦合线圈(12)；在母接箍II内侧靠近内管台肩处设有一圈浅槽，在槽内设有母接箍金属环(10)，母接箍金属环(10)端面设有一圈沟槽，沟槽内镶嵌有母接箍耦合线圈(11)，母接箍耦合线圈(11)与公接头耦合线圈(12)之间设有信号线缆管(9)，信号线缆(2)穿过信号线缆管(9)分别与两端的母接箍耦合线圈(11)和公接头耦合线圈(12)连接。

3.根据权利要求1所示的一种智能钻具钻井有线数据传输系统，如图3所示，线缆旋转接头(3)由设置在钻井水龙头盘根IV上的盘根座耦合线圈(14)、线缆接头(15)、盘根线缆管(16)、冲管耦合线圈(17)、盘根座耦合线圈(14)组成，其结构组装关系如下，在通用的水龙头盘根IV的下密封压套处盘根耦合线圈(18)，该线圈由信号线缆(2)与下部的智能钻具(5)的母接箍耦合线圈(11)连接，在水龙头盘根冲管V底部设有一圈沟槽，槽内镶嵌有冲管耦合线圈(17)，水龙头盘根冲管V侧部设有盘根线缆管(16)，信号线缆(2)穿过盘根线缆管(16)分别与冲管耦合线圈(17)和线缆接头(15)连接，水龙头盘根IV下部盘根及盘根座耦合线圈(14)可绕盘根冲管耦合线圈(17)转动。