CN109184671A - 一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，主要包括：短节基体、金属环、固定螺钉和铠装电缆；金属环隔着绝缘层套设在短节基体，短节基体中空，铠装电缆位于短节基体中空内；铠装电缆上具有一螺纹接头，短节基体上具有一圆孔，螺纹接头位于圆孔内，金属环上具有通孔，固定螺钉穿过通孔螺纹连接至螺纹接头上，以将金属环固定于金属环上；固定螺钉与金属环电性连接，螺纹接头与固定螺钉为可导电材料制成。本发明的有益效果是：增大井下信号接收间距能够在一定程度上提高接收信号强度，解决电磁随钻测量下行通讯井下接收信号微弱的难题。
Description
技术领域
本发明涉及石油和地矿定向钻井领域，尤其涉及一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备。
背景技术
随钻测量(EM-MWD)能将井底工程参数实时传输至地面，是定向钻井施工中的重要技术手段。国内随钻测量有两种：泥浆脉冲随钻测量系统与电磁波随钻测量系统(EM-MWD)。泥浆脉冲随钻测量通过控制泥浆压力变化传输数据，其主要应用于液态钻井液循环中，而EM-MWD采用电磁波传输数据，信号传输不受钻井液性质影响，具有良好的应用前景。
目前，国内研制的电磁随钻测量均为井下—地面的单向上行通讯。但由于电磁信号传输受地层介质的影响显著，不合适的信号发射参数(频率和功率等)可能导致地面无法检测到信号或导致发射机电能浪费，因此，非常迫切需求具有井下—地面通讯能力的电磁随钻测量系统，工程师通过下行通讯实时调节井下仪器的发射参数，增强信号对地层的适应性，同时也能够提高井下仪器在井下的续航能力。而且，相比泥浆脉冲，电磁随钻测量更易实现，可以为导向钻井闭环通讯提供技术支撑。
常规的下行通讯是以钻柱和发射电极为骨架构成下行通讯发射天线，在钻柱和发射电极之间施加激励源，井下接收机采集绝缘短节两端钻柱的电势差，经处理获取地面下传的指令数据。然而，电磁随钻测量下行信号同样受地层影响而衰减，在深井和地层电阻率低的情况下信号强度衰减较严重，井下接收机可能无法正确检测信号，导致下行通讯失败。
本发明的目的是为了解决电磁随钻测量下行通讯井下接收信号微弱的难题。为提高EM-MWD下行通讯井下接收信号强度，本发明以钻柱和发射电极为骨架构成下行通讯发射天线，在钻柱和发射电极之间施加激励源，井下接收机采集下部钻柱和信号接收短节外围的金属环之间的电势差，经处理获取地面下传的指令数据。发明人前期研究表明，增大井下信号接收间距能够在一定程度上提高接收信号强度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备
一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，包括：短节基体、固定螺钉、金属环和铠装电缆；短节基体外有一层绝缘层，金属环套设在绝缘层上；短节基体中空，铠装电缆位于短节基体中空内；铠装电缆上具有一螺纹接头，短节的侧壁开设了一圆孔，螺纹接头位于圆孔内，金属环上具有与圆孔对应的通孔，固定螺钉穿过所述通孔并螺纹连接至所述螺纹接头上，以将金属环固定于绝缘层上；固定螺钉与金属环电性连接，螺纹接头与固定螺钉为可导电材料制成，短节基体上端与下端分别具有用于与钻具连接的上连接部和下连接部，铠装电缆穿过所述下连接部后连接有一接头。
进一步地，所述绝缘层内层为柔性陶瓷，外层为玻璃钢布。
进一步地，所述上连接部为公扣，所述下连接部为母扣；其中，公扣台肩处带有外螺纹，母扣台肩处带有内螺纹。
进一步地，所述固定螺钉包括带有十字槽的螺帽和螺栓，螺栓外表面靠近螺帽一端设有外螺纹，螺栓远离螺帽一端设有螺纹内槽，所述螺纹内槽的内壁设有内螺纹，该内螺纹与铠装电缆的螺纹接头相匹配；外螺纹长度和螺纹内槽的长度之和小于螺栓长度。
进一步地，固定螺钉和圆孔之间空隙处灌有绝缘强力胶。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明通过调整信号接收短节所处位置，以增大井下信号接收间距，从而增大井下接收机采集下部钻柱和信号接收短节外围的金属环之间的电势差，采用该方式可以增大井下接收信号强度，增大下行信号传输深度；相比于双绝缘短节和多绝缘短节，该发明现场实施更为方便简捷，成本会降低很多。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备的结构示意图；
图2是本发明实施例中应用井下信号接收短节的EM-MWD信号下传工作模型示意图；
图3是本发明实施例中井下信号接收短节的短节基体结构示意图；
图4(a)是本发明实施例中井下信号接收短节的金属环的立体结构示意图；
图4(b)是本发明实施例中井下信号接收短节的金属环的剖面示意图；
图5是本发明实施例中井下信号接收短节的固定螺栓的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，将此设备用于图2所示的EM-MWD信号下传工作模型上。通过控制信号接收短节在井下所处的位置，以增大井下信号接收间距，从而增大井下接收机采集下部钻柱和信号接收短节外围金属环之间的电势差，采用该方式可以增大井下信号接收强度，增大下行信号传输深度。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备的结构示意图，所述一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，主要包括：短节基体12-1、固定螺钉12-6、金属环12-7和铠装电缆4；短节设备以短节基体12-1为中心，所述金属环12-7套设在短节基体12-1外绝缘层处；短节基体12-1上设有圆孔，铠装电缆4一端的螺纹接头12-5置于圆孔内，金属环上设有通孔，固定螺钉12-6通过所述通孔螺纹连接于螺纹接头上，以将金属环12-7固定在短节基体12-1上；短节基体12-1中空，铠装电缆4置于短节基体12-1中空部，一端为连接固定螺钉12-6的螺纹接头12-5，另一端为航空接头12-8，用以连接井下接收机；其中，短节基体12-1两端分别设有工扣和母扣用以连接钻具，工扣接头台肩处设有外螺纹，母扣台肩处设有内螺纹，短节基体12-1中心位置处加工有一个圆孔，圆孔内表面均匀喷涂CeRam—Kote54柔性陶瓷，短节基体外表面先均匀喷涂CeRam—Kote54柔性陶瓷12-2，再均匀缠绕玻璃钢布12-3，形成一层绝缘层；金属环12-7外表面设有安装固定螺钉12-6的凹槽；固定螺钉12-6由带有十字槽的螺帽和特制螺栓构成，螺帽大小与凹槽大小相同，螺栓外表面靠近所述螺帽处加工一段外螺纹，同时在所述螺栓端部加工一段螺纹内槽；铠装电缆4一端的螺纹接头通过连螺栓端部的螺纹内槽与螺栓连接，进而与金属环电气连通；其中，在固定螺钉12-6和圆孔之间空隙处灌入绝缘强力胶，达到加固与密封的目的。
如图1所示，所述一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备包括：12-1、短节基体；12-2、CeRam—Kote54柔性陶瓷涂层；12-3、玻璃钢布；12-4、绝缘强力胶；12-5、铠装电缆的螺纹接头；12-6、固定螺钉；12-7、金属环；4、铠装电缆；12-8、铠装电缆的航空接头；CeRam—Kote54柔性陶瓷涂层12-2均匀喷涂在圆孔内表面和短节基体12-1外表面，玻璃钢布12-3均匀缠绕在CeRam—Kote54柔性陶瓷涂层12-2外表面，金属环12-7通过固定螺钉12-6将固定安装在短节基体12-1的玻璃钢布12-3外表面，绝缘强力胶12-4灌入在固定螺钉12-6和圆孔之间空隙处，铠装电缆的螺纹接头12-5通过固定螺钉12-6的螺栓端部的内螺纹与固定螺钉12-6连接，铠装电缆的航空接头12-8连接下部钻柱的井下接收机所引出的铠装电缆。
请参考图2，图2是本发明实施例中应用井下信号接收短节的EM-MWD信号下传工作模型示意图，包括：1、井架；2、井壁；3、中间钻具；4、铠装电缆；5、绝缘短节；6、井下接收装置；7、无磁钻具；8、地面发射装置；9、发射电极；10、下部钻具；11、钻头；12、信号接收短节。
请参考图3，图3是本发明实施例中井下信号接收短节的短节基体结构示意图；短节基体12-1长度为100cm，短节基体12-1两端分别设有公扣和母扣用以连接钻具，公扣接头台肩处设有外螺纹，母扣台肩处设有内螺纹，且短节基体12-1中间位置加工一个直径2cm的圆孔,并在圆孔内表面均匀喷涂CeRam—Kote54柔性陶瓷12-2，CeRam—Kote54柔性陶瓷12-2喷涂层的厚度为1mm。短节基体12-1外表面均匀喷涂CeRam—Kote54柔性陶瓷12-2，再均匀缠绕玻璃钢布12-3，形成一层硬质耐磨绝缘涂层；其中，短节基体12-1外表面均匀喷涂CeRam—Kote54柔性陶瓷12-2厚度为0.2～1mm，优选1mm，玻璃钢布12-3厚度0.2～1mm，优选1mm，绝缘涂层宽度为20～30cm，优选30cm；短节基体12-1外绝缘涂层处安装金属环12-7。
请参考图4(a)和图4(b)，图4(a)是本发明实施例中井下信号接收短节的金属环的立体结构示意图，图4(b)是本发明实施例中井下信号接收短节的金属环的剖面示意图；其中，金属环厚度01为1.5cm，金属环宽度02为15cm，金属环12-7上设有圆形凹槽及钻孔03，圆形凹槽直径04为3cm，圆形凹槽深度05为0.5cm，并在圆形凹槽中心加工一个直径比短节本体上的圆孔略小的螺纹孔，金属环内径06比短节基体12-1外径大0.3～4mm，优选3.8mm。
请参考图5，图5是本发明实施例中井下信号接收短节的固定螺栓的结构示意图，固定螺钉12-6由圆形螺帽和特制螺栓构成，其中，螺帽厚度08为0.5cm，螺帽直径10为3cm,螺帽的顶端加工一个十字槽，方便于安装操作，特制螺栓的螺栓长度09为2～2.5cm，优选2.5cm，且特制螺栓外表面镀有一层0.2～2mm的绝缘层，在螺栓外表面靠近螺帽处加工一段螺纹，长度为1cm，通过螺栓外表面的螺纹与金属环12-7圆形凹槽中心的螺纹孔将固定螺钉12-6与金属环12-7连接在一起，同时在远离螺帽的螺栓端部加工一段螺纹内槽，该螺纹内槽与铠装电缆4的螺纹接头12-5的型号匹配。
本发明的有益效果是：本发明通过调整信号接收短节所处位置，以增大井下信号接收间距，从而增大井下接收机采集下部钻柱和信号接收短节外围的金属环之间的电势差，采用该方式可以增大井下接收信号强度，增大下行信号传输深度；相比于双绝缘短节和多绝缘短节，该发明现场实施更为方便简捷，成本会降低很多。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，其特征在于：包括：短节基体、固定螺钉、金属环和铠装电缆；短节基体外有一层绝缘层，金属环套设在绝缘层上；短节基体中空，铠装电缆位于短节基体中空内；铠装电缆上具有一螺纹接头，短节的侧壁开设了一圆孔，螺纹接头位于圆孔内，金属环上具有与圆孔对应的通孔，固定螺钉穿过所述通孔并螺纹连接至所述螺纹接头上，以将金属环固定于绝缘层上；固定螺钉与金属环电性连接，螺纹接头与固定螺钉为可导电材料制成，短节基体上端与下端分别具有用于与钻具连接的上连接部和下连接部，铠装电缆穿过所述下连接部后连接有一接头。
2.如权利要求1所述的一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，其特征在于：所述绝缘层内层为柔性陶瓷，外层为玻璃钢布。
3.如权利要求1所述的一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，其特征在于：所述上连接部为公扣，所述下连接部为母扣；其中，公扣台肩处带有外螺纹，母扣台肩处带有内螺纹。
4.如权利要求1所述的一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，其特征在于：所述固定螺钉包括带有十字槽的螺帽和螺栓，螺栓外表面靠近螺帽一端设有外螺纹，螺栓远离螺帽一端设有螺纹内槽，所述螺纹内槽的内壁设有内螺纹，该内螺纹与铠装电缆的螺纹接头相匹配；外螺纹长度和螺纹内槽的长度之和小于螺栓长度。
5.如权利要求1所述的一种电磁随钻测量井下信号接收短节设备，其特征在于：固定螺钉和圆孔之间的空隙处灌有绝缘强力胶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190111 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |