CN108331577A - 石油钻井中透过无磁钻铤和mwd无线通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统及方法，适用于钻井行业井下参数的获取。本发明在钻铤与MWD仪器之间采用无线通信方式，在钻铤中设置一发射天线，在MWD仪器内设置一接收天线，通过在发射天线与接收天线之间近距离产生的交变电磁场实现信号的无线传输。本发明利用电磁感应原理，将在发射天线上产生的交变电磁场变化，作用到接收天线上，被接收天线上产生的交变电磁场接收，在信号的收发过程中不利用电磁波传输，因此不受仪器的影响，无线连接，安装拆除也方便。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，具体涉及一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统及方法。
背景技术
在石油钻井行业，井下数据的传输一般是通过泥浆脉冲器传输至地面的，随着科学技术的发展，近钻头、电阻率、工程参数、中子密度等产品几乎成为井下仪器的标配，而这些仪器最大的特点都是采用的钻铤方式，而钻铤上测得的各项数据大都是采用的有线连接方式发送给MWD，此方式安装复杂、周期长，会耽误井队宝贵的施工时间。
发明内容
为解决上述现有技术之不足，本发明提供一种透过无磁钻铤和MWD无线通信系统及方法，钻铤与MWD之间采用非接触的收发天线以无线方式进行通信，信号传输精确，不丢失，对仪器材料要求不苛刻，大大简化了仪器连接方式，节约井队施工时间80％以上。
本发明采取的技术方案如下：
本发明提供一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统，其特征在于：系统包括发射天线、发射电路、接收天线和接收电路；
所述发射电路与发射天线相连，将发射天线的信号驱动发射出去；
所述接收电路与接收天线相连，将接收天线的信号进行解码采用；
所述发射天线置于钻铤中，所述接收天线置于MWD仪器中，所述发射天线与接收天线相对，所述接收天线位于发射天线的电磁场范围内，所述发射天线在所述发射电路的作用下产生交变电磁场。
进一步地，所述发射电路中包括一调制电路，所述调制电路采用双沿触发方式，包括上升边沿触发电路和下降边沿触发电路，分别在TTL电平的上升边沿和下降边沿产生两个极性不同的方波信号，通过驱动电路驱动发射天线发送出去。
进一步地，所述接收电路中包括有解调电路，所述解调电路中含有鉴沿电路和RS触发电路；所述鉴沿电路判断接收天线所接收的信号是上升边沿触发信号，还是下降边沿触发信号，然后通过RS触发电路输出。
本发明还提供一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信方法，其特征在于：是设置一个发射天线和一接收天线，所述发射天线放置于钻铤内，所述接收天线放置于MWD仪器内，所述接收天线处于发射天线产生的电磁场范围内，利用在所述发射天线上产生的交变电磁场，作用到所述接收天线上，使所述接收天线上产生对应的交变电磁场，实现通信信号的无线传输。
进一步地，所述发射天线上产生的交变电流是由一发射电路驱动产生，所述发射电路中包含有一双沿触发电路，包括上升边沿触发电路和下降边沿触发电路。
进一步地，所述接收天线上产生的交变电流，由一接收电路处理，所述发射电路中包含有鉴沿电路和RS触发电路，鉴沿电路中两个鉴沿比较器判断发射电路中的信号是上升边沿触发信号还是下降边沿触发信号，分别输出。
与现有技术相比，本发明显著的有益效果体现在：本发明是利用电磁感应原理，将在发射天线上产生的交变电流带来的磁场变化，作用到接收天线上，再利用电磁反向变化，将在接收天线上产生的交变磁场转化为交变电流，输出电信号，被仪器识别。在信号的收发过程中不利用电磁波传输，因此不受金属密闭空间的影响，也没有多余的载波，所以功耗很低；收发天线不接触，属于无线连接，安装拆除方便，电磁信号传输效果好。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统布局图；
图2为收、发天线的信号收、发原理图；
图3为发射电路的调制、驱动电路图；
图4为发射电路的输入信号、双沿触发信号及经过驱动电路合成的信号波形图；
图5为接收电路的解调电路图；
图6为接收电路的输入信号、鉴沿触发信号及经过与RS触发器合成的信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统，该系统包括发射天线1、接收天线2和对应的发射电路3、接收电路4，发射电路3用于驱动发射天线1将信号发射出去，接收电路4用于将接收天线2接收到的信号进行解码采用。发射天线1与发射电路3相连，置于钻铤5中；接收天线2与接收电路4相连，置于MWD仪器6中(MWD即无线随钻测量仪)；MWD仪器6置于钻铤5的中心。安装时，发射天线1与接收天线2呈内外对置姿势，本发明的目的在于采用磁场传输技术，在发射天线1中产生交变的磁场，该交变的磁场对接收天线2产生感应，在接收天线2中对应的产生交变的电流，利用电磁转换原理，以电磁感应方式将信号接收，所以发射天线1与接收天线2对置，使接收天线2位于发射天线1的电磁感应圈内。
一种可行的产生交变电磁场的方式，可以如图2、图3所示，发射电路3包括电平转换电路31、调制电路32、驱动电路33。电平转换电路31将标准的RS232/RS485/CAN等通信接口通过电平转换电路转换为TTL电平。调制电路32采用双沿触发方式，包含有上升边沿触发电路和下降边沿触发电路，主要由上升边沿触发器321和下降边沿触发器322构成，即在TTL电平的上升边沿和下降边沿产生两个极性不同的方波信号，通过驱动电路33驱动发射天线1将信号发送出去。如图4所示，双沿触发时，经过TTL电平调整的TXD方波信号，经上升边沿触发器321和下降边沿触发器322，分别获得上升边沿触发波形信号和下降边沿触发波形信号，然后两者共同经过驱动电路33合成为ANT信号后通过发射天线1发送出去。
如图2、图5所示，接收天线2接收的ANT信号被接收电路4接收处理，接收电路4包括解调电路41和电平转换电路42。解调电路41是调制电路32的对应电路，顾名思义就是将发射天线的调制信号进行解调，为其所用。解调电路41除包括有基础的二极管保护电路、滤波电路外，还具有鉴沿电路，主要由两个鉴沿比较器411、412构成，还具有RS触发电路，主要由一个与非门413和一个RS触发器414构成；如图6所示，ANT信号被两个鉴沿比较器411、412鉴别，判断是上升边沿触发波形信号，还是下降边沿触发波形信号，分别输出；然后其中的一个鉴沿比较器411与与非门413连接，构成RS触发器的S极输入，另一鉴沿比较器412的输出直接作为RS触发器的R极输入，RS触发器输出RXD信号。接收电路4经过鉴沿和RS触发后的信号变为RXD信号，还原为发射电路的TXD信号。RXD信号经过电平转换电路42转换后，将TTL电平转换为标准的RS232/RS485/CAN等通信接口。
以上双沿触发电路、鉴沿电路、RS触发电路、二极管保护电路、滤波电路等的电路原理都属于已知技术，在此不做赘述。
众所周知，发射及接收天线安装在密闭的金属空间内，产生的电磁波信号是100％被屏蔽的，所以不能用电磁波原理传输信号。本发明巧妙地采用交变磁场传输技术，即在发射天线上产生交变磁场信号，接收天线接收到的是交变磁场信号，交变磁场信号不会被无磁金属屏蔽，不受仪器材质的影响。
所以，本发明提供一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信方法，该方法是设置两个毫无接触的发射天线1和接收天线2，发射天线1放置于钻铤内，接收天线2放置于MWD仪器内，两个天线对置，使接收天线处于发射天线产生的电磁场范围内，利用在发射天线上的交变电流产生的交变磁场作用到接收天线馈线上，再在接收天线上转换为交变电流，实现信号的传输。
进一步地，发射天线1的交变电流由一发射电路3驱动产生，在接收天线2上产生的交变电流由一接收电路4负责处理。发射电路3可以由一双沿触发电路触发产生交变电流，接收电路4对应的由两个鉴沿比较器对双沿触发信号进行鉴别然后由RS触发器输出，还原为发射电路的信号，使得发射信号和接收信号取得一致。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统，其特征在于：系统包括发射天线、发射电路、接收天线和接收电路；
所述发射电路与发射天线相连，将发射天线的信号驱动发射出去；
所述接收电路与接收天线相连，将接收天线的信号进行解码采用；
所述发射天线置于钻铤中，所述接收天线置于MWD仪器中，所述发射天线与接收天线相对，所述接收天线位于发射天线的电磁场范围内，所述发射天线在所述发射电路的作用下产生交变电磁场。
2.根据权利要求1所述的石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统，其特征在于：所述发射电路中包括一调制电路，所述调制电路采用双沿触发方式，包括上升边沿触发电路和下降边沿触发电路，分别在TTL电平的上升边沿和下降边沿产生两个极性不同的方波信号，通过驱动电路驱动发射天线发送出去。
3.根据权利要求1所述的石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信系统，其特征在于：所述接收电路中包括有解调电路，所述解调电路中含有鉴沿电路和RS触发电路；所述鉴沿电路判断接收天线所接收的信号是上升边沿触发信号，还是下降边沿触发信号，然后通过RS触发电路输出。
4.一种石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信方法，其特征在于：是设置一个发射天线和一接收天线，所述发射天线放置于钻铤内，所述接收天线放置于MWD仪器内，所述接收天线处于发射天线产生的电磁场范围内，利用在所述发射天线上产生的交变电磁场，作用到所述接收天线上，使所述接收天线上产生对应的交变电磁场，实现通信信号的无线传输。
5.根据权利要求4所述的石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信方法，其特征在于：所述发射天线上产生的交变电流是由一发射电路驱动产生，所述发射电路中包含有一双沿触发电路，包括上升边沿触发电路和下降边沿触发电路。
6.根据权利要求5所述的石油钻井中透过无磁钻铤和MWD无线通信方法，其特征在于：所述接收天线上产生的交变电流，由一接收电路处理，所述发射电路中包含有鉴沿电路和RS触发电路，鉴沿电路中两个鉴沿比较器判断发射电路中的信号是上升边沿触发信号还是下降边沿触发信号，分别输出。
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