CN109802718A - 电磁随钻测量中继器和电磁随钻测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电磁随钻测量的中继器，包括：作为偶极天线的一极的圆柱形的本体，所述本体的两端分别构造成具有正、负锥形连接扣；连接在所述本体的正锥形连接扣上的接头；形成在所述本体的外周表面上的台阶部分，所述台阶部分的自由端与所述正锥形连接扣光滑连接，所述台阶部分的底面相对于所述本体的外周表面径向下凹。其中，在所述台阶部分上布置了作为所述偶极天线的另一极的天线。本发明还提供了一种包括上述中继器的电磁随钻测量系统。

Description

电磁随钻测量中继器和电磁随钻测量系统

技术领域

本发明涉及石油钻井井下信息传输领域，更具体地涉及一种电磁随钻测量中继器。本发明还涉及一种包含这种电磁随钻测量中继器的电磁随钻测量系统。

背景技术

目前，国内外随钻测量系统普遍采用钻井液脉冲随钻测量来上传井下测量数据，在钻井工程中发挥了重要作用。然而，在充气或有堵漏材料的钻井液中工作时，采用钻井液脉冲随钻测量而发送至地面的信号很弱，甚至不能正常工作。

为此，在现有技术中开发了电磁随钻测量技术。电磁随钻测量仪器具有不受钻井液影响、传输速率高、测量时间短、操作简单、使用成本低等特点。电磁随钻测量解决了钻井液脉冲随钻测量在非液相钻井液中不能正常工作的技术难题，是使用空气等非液相流体的定向井、水平井及提高低压、低渗油气田产量的关键技术。

然而，电磁随钻测量的测量深度会受到地层电阻率的限制。一般来说，电磁随钻测量的测量深度为2000m左右。因此，亟需有效地增强地面接收信号强度，以便增大测量深度。

中国石化石油工程技术研究院研制出了一种无缆井下电磁信号中继器。这种中继器初步解决了电磁随钻测量系统中的测量深度受地层电阻率制约的技术难题。然而，电磁随钻测量系统的中继器在进入套管后容易造成中继器的偶极天线发生两极短路，导致地面无法解码，对信号传输造成极大困难。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种电磁随钻测量中继器，其能够避免电磁随钻测量系统中的中继器在进入套管后所造成的中继器偶极天线发生两极短路的问题。同时，这种电磁随钻测量中继器具有很高的集成度，缩短了仪器的长度，能够方便地安装在钻杆上，并且体积较小，显著地节省了井下空间。

本发明还提供了一种电磁随钻测量系统，其包括如上所述的电磁随钻测量中继器。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于电磁随钻测量的中继器，包括：作为偶极天线的一极的圆柱形的本体，所述本体的两端分别构造成具有正、负锥形连接扣；连接在所述本体的正锥形连接扣上的接头；形成在所述本体的外周表面上的台阶部分，所述台阶部分的自由端与所述正锥形连接扣光滑连接，所述台阶部分的底面相对于所述本体的外周表面径向下凹。其中，在所述台阶部分上布置了作为所述偶极天线的另一极的天线。

在一个优选的实施例中，在所述台阶部分上设置有带法兰部分的绝缘套筒和带法兰部分的保护壳，其中，所述绝缘套筒的法兰部分与所述保护壳的自由端接合，所述保护壳的法兰部分与所述绝缘套筒的自由端接合，从而构成用于容纳所述天线的空间。

在一个优选的实施例中，所述绝缘套筒的法兰部分沿轴向抵靠在所述台阶部分的台阶面上，所述绝缘套筒的自由端沿轴向抵靠在所述保护壳的法兰部分上。

在一个优选的实施例中，所述保护壳的法兰部分在轴向上还与所述接头相抵靠，而在径向上抵靠在所述台阶部分的底面上。

在一个优选的实施例中，在所述保护壳和所述绝缘套筒的接合处设置有密封圈。

在一个优选的实施例中，所述保护壳的外周表面与所述本体的外周表面平齐。

在一个优选的实施例中，在所述本体的外周表面上相对于所述台阶部分轴向间隔开地设置若干凹槽，所述凹槽沿周向均匀分布。

在一个优选的实施例中，所述中继器包括两个径向上相对的凹槽，其中第一凹槽内设置有电源，第二凹槽内设置有电路板。

在一个优选的实施例中，在第一凹槽和第二凹槽之间设有连通孔道，使得电源能够通过设置在所述连通孔道内的导线向所述电路板供电。

根据本发明的第二方面，提供了一种电磁随钻测量系统，包括钻杆、安装在所述钻杆上的随钻测量仪器，以及地面设备。其中，在所述钻杆上的相对于所述随钻测量仪器处于上游的位置安装有根据本发明第一方面所述的中继器。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的用于电磁随钻测量的中继器的结构剖视图；

图2显示了根据本发明的用于电磁随钻测量系统。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

以下通过附图来对本发明进行介绍。需要说明的是，这些介绍仅为出于说明本发明的原理而提供，并不因此而限制了本发明的范围。

图1显示了根据本发明的用于电磁随钻测量的中继器100的结构剖视图。如图1所示，中继器100包括本体2。本体2构造成大致圆柱体，并且在本体2的外周表面21上焊接有耐磨带(未示出)。本体2的两端分别设置有负锥形扣10-1和正锥形扣10-2。由此，本体2可作为一个整体式短节通过接头1而安装到钻杆(未示出)上。这种连接形式是本领域所熟知的，在此不再详述。

根据本发明，在中继器100的本体2的外周上设有台阶部分30。台阶部分30的底面33相对于本体2的外周表面21径向向内下凹。台阶部分30的自由端与设于中继器100的一端(图1中的左端)的正锥形扣10-2的外表面光滑连接。

在台阶部分30的底面33上套设有绝缘套筒5。绝缘套筒5的一端形成有法兰部分5-1，其抵靠在台阶部分30的台阶面上。在台阶部分30内还设置有保护壳3。保护壳3构造成与本体2的外周表面21平齐。保护壳3的远离绝缘套筒5的法兰部分5-1的那一端也形成有法兰部分3-1。保护壳3的自由端在径向上抵靠在绝缘套筒5的法兰部分5-1上，在轴向上抵靠在台阶部分30的台阶面上。同时，保护壳3的法兰部分3-1则在轴向上一侧与接头1、另一侧与绝缘套筒5的自由端相抵靠，而在径向上抵靠在台阶部分30的底面33上。这样，绝缘套筒5和保护壳3通过它们各自的法兰部分和自由端的配合以及与台阶部分30和接头1的配合而固定住。

另外，绝缘套筒5和保护壳3通过它们各自的法兰部分和自由端的配合而彼此接合，从而共同限定了一个密封的空间32。在该空间32内设置了天线4。因此，在径向方向上，天线4所处的位置低于本体2的外周表面21。尤其是，考虑到在本体2的外周表面21上还焊接有耐磨带，因此这种径向上的相对凹入位置更为明显。

根据本发明，中继器100的天线4作为偶极天线的一极，而本体2作为偶极天线的另一极。在钻进过程中，当载有中继器100的短节与套管300(图2)接触时，由于作为偶极天线的一极的中继器100的天线4在径向上相对于作为偶极天线的另一极的中继器100的本体2下凹，因此避免了天线4和本体2同时与套管300的内壁相接触。这样就完全消除了偶极天线的短路风险。在这种情况下，地面设备400(图2)能够进行正常解码，保证了信号传输的稳定性。

为保证空间32的密封性，从而使天线4的工作不受外界环境的干扰，在绝缘套筒5和保护壳3的接合处设置有密封圈。例如，在保护壳3的法兰部分3-1的径向内侧布置了密封圈13，而在绝缘套筒5的法兰部分5-1的轴向外侧布置了密封圈12。密封圈12和密封圈13的这种结构尤其能保证空间32具有良好的密封性。

根据本发明，在中继器100的本体2的外周表面上与台阶部分30间隔开的轴向位置处设置有若干凹槽。这些凹槽在周向上均匀布置。为便于讨论，在图1显示出了两个在径向上相对的凹槽7-1和7-2。这两个凹槽7-1和7-2之间通过孔道(未示出)连接，在孔道内可设置有必要的导线。当然，出于具体情况的需要，设置更多或更少的凹槽也是本领域的技术人员所容易想到的。例如，可以开设更多的凹槽，以容纳各种功能的测量模块，如伽马、钻压、扭矩、钻井液压力等测量模块，从而拓展了中继器100的使用范围。

在凹槽7-1和7-2内可布置中继器100的必要的电子模块。例如，在图1所示的实施例中，在凹槽7-1内安装了电源8，该电源8可以为电池组。同时，在凹槽7-2内安装了电路板11。通过如上所述的孔道，电源8和电路板11利用导线彼此连接，使得电源8能够向电路板11供电。凹槽7-1和7-2分别利用盖板6-1和6-2封闭，并通过螺钉(未示出)固定。为增强凹槽7-1和7-2的密封性，在盖板6-1和6-2处分别设置有密封圈9-1和9-2。

这样，中继器100的必要的电子模块，例如电源8和电路板11都集成在一个短节内。因此，整个仪器的长度得以大大缩短，集成度得以提高。由于中继器100可以制成为一个紧凑的短节，其能够节省宝贵的井下空间，使得钻杆能有更大的空间来安装其它电子仪器。另外，这种结构的中继器的安装、拆卸、维护和运输都很方便。

下面简述根据本发明的用于电磁随钻测量的中继器100的安装方法。首先，将电池组8和电路板11分别安装在本体2内的凹槽7-1和7-2内。用导线穿过将凹槽7-1和7-2相连的孔道，使得电池组8可通过导线向电路板11等电子模块供电。之后，在凹槽7-1和7-2内安装密封圈9-1和9-2，并将盖板6-1和6-2封盖凹槽7-1和7-2，用螺钉固定。随后，将绝缘套筒5套在本体2上，直到绝缘套筒5的法兰部分5-1与本体2的台阶部分30的台阶面相接触。之后，将天线4套在绝缘套筒5的外表面上。通过布置在天线4与凹槽7-2之间的孔道内的导线，将电路板11与天线4相连。之后，在绝缘套筒5和保护壳3的接合处设置密封圈12和13，并将保护壳3安装到天线4的外表面。最后，将接头1与仪器本体2相连，将保护壳3、天线4和绝缘套筒5固定住。由此，得到了根据本发明的用于电磁随钻测量的中继器100。

根据本发明的另一方面，还提供了一种电磁随钻测量系统。如图2所示，该电磁随钻测量系统包括钻杆150、安装在钻杆的下游部分上的随钻测量仪器200、安装在钻杆的中间部分上的根据本发明的中继器100，以及地面设备400。图2中的箭头显示了信号传输路径。也就是说，由随钻测量仪器200所测得的数据信号先传送到中继器100处，然后再传输给地面设备400。需要说明提，“钻杆的中间部分”应理解为钻杆上相对于随钻测量仪器200而言处于上游的区域，可以根据实际情况的需要而自由地选择。

根据本发明的用于电磁随钻测量的中继器，偶极天线、电池、电路板集成在一整根短节上，提高了仪器整体集成度，缩短了仪器长度。同时，偶极天线具有防短路功能，避免了电磁随钻测量系统中继器进入套管后造成中继器偶极天线两极短路而导致地面无法解码的问题。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种用于电磁随钻测量的中继器，包括：

作为偶极天线的一极的圆柱形的本体，所述本体的两端分别构造成具有正、负锥形连接扣；

连接在所述本体的正锥形连接扣上的接头；

形成在所述本体的外周表面上的台阶部分，所述台阶部分的自由端与所述正锥形连接扣光滑连接，所述台阶部分的底面相对于所述本体的外周表面径向下凹，

其中，在所述台阶部分上布置了作为所述偶极天线的另一极的天线。

2.根据权利要求1所述的中继器，其特征在于，在所述台阶部分上设置有带法兰部分的绝缘套筒和带法兰部分的保护壳，其中，所述绝缘套筒的法兰部分与所述保护壳的自由端接合，所述保护壳的法兰部分与所述绝缘套筒的自由端接合，从而构成用于容纳所述天线的空间。

3.根据权利要求2所述的中继器，其特征在于，所述绝缘套筒的法兰部分沿轴向抵靠在所述台阶部分的台阶面上，所述绝缘套筒的自由端沿轴向抵靠在所述保护壳的法兰部分上。

4.根据权利要求3所述的中继器，其特征在于，所述保护壳的法兰部分在轴向上还与所述接头相抵靠，而在径向上抵靠在所述台阶部分的底面上。

5.根据权利要求4所述的中继器，其特征在于，在所述保护壳和所述绝缘套筒的接合处设置有密封圈。

6.根据权利要求1到.5中任一项所述的中继器，其特征在于，所述保护壳的外周表面与所述本体的外周表面平齐。

7.根据权利要求1到5中任一项所述的中继器，其特征在于，在所述本体的外周表面上相对于所述台阶部分轴向间隔开地设置若干凹槽，所述凹槽沿周向均匀分布。

8.根据权利要求7所述的中继器，其特征在于，包括两个径向上相对的凹槽，其中第一凹槽内设置有电源，第二凹槽内设置有电路板。

9.根据权利要求8所述的中继器，其特征在于，在第一凹槽和第二凹槽之间设有连通孔道，使得电源能够通过设置在所述连通孔道内的导线向所述电路板供电。

10.一种电磁随钻测量系统，包括：

钻杆；

安装在所述钻杆上的随钻测量仪器；和

地面设备，

其特征在于，在所述钻杆上的相对于所述随钻测量仪器处于上游的位置安装有根据权利要求1到9中任一项所述的中继器。