CN110630252B - 一种用于连续管钻井的随钻测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连续管钻井的随钻测量系统，包括：地面测控装置通过第一通讯电缆以第一传输速率向井下发送数据采集控制信号；井下中转装置构成为通过第一通讯电缆接收数据采集控制信号，并生成实时数据读取信号，通过第二通讯电缆以第二传输速率发送实时数据读取信号；定向测量采集装置构成为通过第二通讯电缆接收实时数据读取信号，在检测出有效的实时数据读取信号时，通过第二通讯电缆以第二传输速率向井下中转装置发送实时采集到的定向测量数据，井下中转装置通过第一通讯电缆按照第一传输速率将定向测量数据发送至地面测控装置。本发明降低了系统设计的复杂性，大大减小了测量部分的体积，改善了井下循环状况，提高了井下安全性能。

Description

一种用于连续管钻井的随钻测量系统及方法

技术领域

本发明涉及石油随钻测控技术领域，具体地说，是涉及一种用于连续管钻井的随钻测量的系统及方法。

背景技术

随钻定向测量技术是一种常规技术，广泛应用于定向井、水平井等钻井作业中，指导钻井高效运行。其中，连续管钻井是一种新兴的钻井技术，采用连续油管代替常规的钻杆，所需作业场地大大减少，作业高效、安全，在国内外获得广泛重视，具有良好的应用前景。但是，由于材料和工艺的限制，连续管的管径通常在100mm以下，目前仅用于小井眼钻井。另外，由于连续管本身不能旋转，井下钻进动力需要通过电力向下传输，国外通常采用有线传输方式。

常规的随钻定向测量采集装置包括地面和井下两个部分，这两个部分之间可以采用无线或有线的方式传递信息。常规随钻测量仪器应用到连续管钻井作业中，存在以下局限性：(1)现有系统采用分散式设计，装置分散布置在井场的多个位置，不利于系统整合，不适合连续管钻井场地小的特点；(2)现有系统的有线通讯方式，仅具有信号传递功能，附加的传输电能的功能必将提高系统设计的复杂性；(3)传统的定向测量传感器，比如加速度计、磁通门等器件，难以小型化，不适合小尺寸的连续管钻井应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于连续管钻井的随钻测量系统，包括：地面测控装置，其设置在井场上，用于通过第一通讯电缆以第一传输速率向井下发送数据采集控制信号；井下中转装置，其设置在井下，构成为通过所述第一通讯电缆接收所述数据采集控制信号，并生成实时数据读取信号，通过第二通讯电缆以第二传输速率发送所述实时数据读取信号；定向测量采集装置，其设置在井下靠近钻头处，构成为通过所述第二通讯电缆接收所述实时数据读取信号，在检测出有效的所述实时数据读取信号时，通过所述第二通讯电缆以所述第二传输速率向所述井下中转装置发送实时采集到的定向测量数据，所述井下中转装置通过所述第一通讯电缆按照所述第一传输速率将所述定向测量数据发送至所述地面测控装置。

优选地，所述随钻测量系统还包括：所述地面测控装置，其构成为将通用交流电源信号转换为高压直流电源信号，并通过第一电源电缆向所述井下中转装置输送，以向井下设备提供电能；所述井下中转装置，其构成为通过第一电源电缆接收所述高压直流电源信号，并将其转换为低压直流电源信号，通过所述第二电源电缆将所述低压直流电源信号输送至所述定向测量采集装置，以向所述井下中转装置和所述定向测量采集装置提供低压工作电源。

优选地，所述定向测量采集装置包括：采集模块，其构成为将采集到的加速度参数和地磁场强度参数进行分析，得到实时采集信息；通过所述第二电源电缆与所述井下中转装置连接的井下通讯模块；分别与所述采集模块和所述井下通讯模块连接的第三主控模块，所述第三主控模块构成为将接收到的所述实时采集信息进行优化预处理，生成相应的所述定向测量数据，在检测出有效的实时数据读取信号时，按照所述第二传输速率通过所述井下通讯模块向所述井下中转装置发送所述定向测量数据。

优选地，所述井下中转装置包括：通过所述第一电源电缆与所述地面测控装置连接的高低压电源转换模块，所述高低压电源转换模块进一步设置为通过所述第二电源电缆与所述定向测量采集装置连接；通过所述第二通讯电缆与所述定向测量采集装置连接的通讯转换模块；与所述通讯转换模块连接的第二主控模块，所述第二主控模块构成为对接收到的所述数据采集控制信号进行传输速率调整处理，输出相应的所述实时数据读取信号，并且在获取到从所述定向测量采集装置发送的所述定向测量数据后，再次进行传输速率调整处理，以将地面所需的定向测量数据通过所述第一通讯电缆发送至所述地面测控装置。

优选地，所述地面测控装置包括：通过所述第一电源电缆与所述井下中转装置连接的高压配电模块，用于将所述通用交流电源信号转换为所述高压直流电源信号；通过所述第一通讯电缆与所述井下中转装置连接的地面通讯模块；与所述地面通讯模块连接的第一主控模块，所述第一主控模块构成为通过所述地面通讯模块向所述井下中转装置发送所述数据采集控制信号，以及通过所述地面通讯模块获取从所述井下中转装置发送的地面所需的定向测量数据。

优选地，所述第二主控模块进一步包括：高速传输控制单元，其构成为通过所述通讯转换模块接收从所述定向测量采集装置发送的所述定向测量数据；实时数据存储单元，其与所述高速传输控制单元连接，构成为存储从所述高速传输控制单元获得的所述定向测量数据，在识别出有效的数据调取指令后，输出准备好的所述定向测量数据；低速传输控制单元，其构成为在接收到所述数据采集控制信号后，向所述实时数据存储单元发送数据调取指令，以获得相应的所述定向测量数据，并将其作为所述地面所需的定向测量数据通过所述通讯转换模块发送至所述地面测控装置。

优选地，所述采集模块通过传感器设备采集三轴重力加速度信号及三轴地磁场信号，并生成相应的所述重力加速度参数和所述地磁场强度参数，其中，所述传感器设备至少包括三轴MEMS加速计和三轴MEMS磁强计。

优选地，所述通讯转换模块包括：通过所述第一通讯电缆与所述地面测控装置连接的第一通讯单元，所述第一通讯单元构成为分别与所述地面测控装置中的地面通讯模块和所述低速传输控制单元进行通信；通过所述第二通讯电缆与所述定向测量采集装置连接的第二通讯单元，所述第二通讯单元构成为分别与所述定向测量采集装置中的井下通讯模块和所述高速传输控制单元进行通信。

另一方面，本发明提供了一种用于连续管钻井的随钻测量方法，该方法利用上述所述的用于连续管钻井的随钻测量系统进行井下定向测量数据的采集，所述随钻测量方法包括：地面测控装置通过第一通讯电缆以第一传输速率向井下发送数据采集控制信号；井下中转装置通过所述第一通讯电缆接收所述数据采集控制信号，并生成实时数据读取信号，通过第二通讯电缆以第二传输速率发送所述实时数据读取信号；定向测量采集装置通过所述第二通讯电缆接收所述实时数据读取信号；在所述定向测量采集装置检测出有效的所述实时数据读取信号时，通过所述第二通讯电缆以第二传输速率向所述井下中转装置发送实时采集到的定向测量数据；所述井下中转装置通过所述第一通讯电缆按照第一传输速率将所述定向测量数据发送至所述地面测控装置。

优选地，所述随钻测量方法还包括：所述地面测控装置将通用交流电源信号转换为高压直流电源信号通过第一电源电缆向所述井下中转装置输送，以向井下设备提供电能；所述井下中转装置通过第一电源电缆接收所述高压直流电源信号，并将其转换为低压直流电源信号，通过所述第二电源电缆将所述低压直流电源信号输送至所述定向测量采集装置，以向所述井下中转装置和所述定向测量采集装置提供低压工作电源。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明采用包括电能传输、以及数据与信号传递功能的模块化设计，将原有难度较大的长距离、高压、高速传输设计方案，分解为长距离、高压、低速传输和短距离、低压、高速传输设计方案，降低了系统设计的复杂性，大大减小了测量部分的体积，改善了井下循环状况，提高了井下安全性能，使得作业过程更加灵活便捷，易于实现自动化，降低了现场操作难度，减少了作业人员数量。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量系统的总体结构示意图。

图2为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量系统的模块化结构示意图。

图3为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量系统中的采集模块11的线路连接示意图。

图4为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量方法的步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

常规的随钻定向测量采集装置包括地面和井下两个部分，这两个部分之间可以采用无线或有线的方式传递信息。常规随钻测量仪器应用到连续管钻井作业中，存在以下局限性：(1)现有系统采用分散式设计，装置分散布置在井场的多个位置，不利于系统整合，不适合连续管钻井场地小的特点；(2)现有系统的有线通讯方式，仅具有信号传递功能，附加的传输电能的功能必将提高系统设计的复杂性；(3)传统的定向测量传感器，比如加速度计、磁通门等器件，难以小型化，不适合小尺寸的连续管钻井应用。

根据上述常规随钻测量仪器应用到连续管钻井作业的局限性，本发明提出了一种用于连续管钻井的随钻测量系统，该系统将包括电能传输、以及数据与信号传递功能的模块化设计，通过加入的井下转换装置，将原有难度大以及复杂度高的长距离、高压、高速传输的集成设计方案，分解为具备长距离、高压、低速传输和短距离、低压、高速传输的两路传输通道的设计方案。(参考图1)地面测控装置1与井下中转装置2为低速通讯通道，保障了在地面与井下的长距离传输条件下，数据传输的可靠性。另外，井下中转装置2与定向测量采集装置3为高速通讯通道，保证了采集数据的实时处理及不同通讯速率间的数据缓存。

图1为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量系统的总体结构示意图。如图1所示，该系统包括地面测控装置1、井下中转装置2和定向测量采集装置3。其中，地面测控装置1设置在井场上，与井下中转装置2之间通过安装在连续管内部的长距离第一电缆(未图示)连接，能够由地面向井下传输电能，同时，实现数据及指令信号的双向传递。井下中转装置2和定向测量采集装置3设置在井下，二者通过安装在连续管内部的短距离的第二电缆(未图示)连接，定向测量采集装置3为本系统的核心部件，井下中转装置2为定向测量采集装置3提供低压直流工作电源，同时实现与定向测量采集装置3的数据及指令信号的双向传递。

其中，第一电缆至少包括用于传输高压直流电源信号(适用于井下长距离传输)的第一电源电缆13和用于实现地面测控装置1与井下中转装置2之间的数据及指令信号双向传递的第一通讯电缆14。第二电缆至少包括用于传输低压直流电源信号(井下低压工作电源)的第二电源电缆15、以及用于传输井下中转装置2与定向测量采集装置3之间的数据及指令的第二通讯电缆16。

进一步的，设置在井场上的地面测控装置1能够通过第一通讯电缆14以第一传输速率向井下发送数据采集控制信号。井下中转装置2(其设置在井下)通过第一通讯电缆14接收数据采集控制信号，并生成实时数据读取信号，通过第二通讯电缆16以第二传输速率发送实时数据读取信号。设置在井下靠近钻头处的定向测量采集装置3通过第二通讯电缆16接收实时数据读取信号，其在检测出有效的实时数据读取信号时，通过第二通讯电缆16以第二传输速率向井下中转装置2发送实时采集到的定向测量数据，井下中转装置2通过第一通讯电缆14按照第一传输速率将定向测量数据发送至地面测控装置1。其中，在本例中，第一传输速率设置为1200bps，第二传输速率设置为9600bps。

进一步的，地面测控装置1还能够将通用交流电源信号转换为高压直流电源信号，并通过第一电源电缆13向井下中转装置2输送，以向井下设备提供电能。井下中转装置2通过第一电源电缆13接收高压直流电源信号，并将其转换为低压直流电源信号，通过第二电源电缆15将低压直流电源信号输送至定向测量采集装置3中，以向井下中转装置2和定向测量采集装置3提供低压工作电源。

其中，定向测量数据是由定向测量采集装置3采用MEMS芯片作为传感器，采集三轴重力加速度信号和三轴地磁场信号，从而计算出的包括井斜值、方位值及工具面值等信息的数据。

图2为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量系统的模块化结构示意图。下面参考图2对上述系统中各装置的内部结构及工作过程进行详细说明。

首先，对地面测控装置1进行说明。如图2所示，地面测控装置1包括第一主控模块4、地面通讯模块6和高压配电模块5。其中，高压配电模块5通过第一电源电缆13与井下中转装置2连接，将地面220V通用交流电源信号转换为能够支持井下长距离传输的高压直流电源信号，以为井下设备提供电能。第一主控模块4与地面通讯模块6实现双向通信。第一主控模块4与地面通讯模块6连接，当地面需要随钻测量系统采集的数据时，通过地面通讯模块6向井下中转装置2发送数据采集控制信号，以及通过地面通讯模块6获取从井下中转装置2发送的地面所需的定向测量数据。地面通讯模块6通过第一通讯电缆14与井下中转装置2连接，将从第一主控模块4获取到的数据采集控制信号转发至井下中转装置2中的通讯转换模块8(下述)，还能够在获得由通讯转换模块8发送的地面所需的定向测量数据后，将其发送至上述第一主控模块4中。

进一步的，第一主控模块4包括显示屏(未图示)，能够通过显示屏展示定向测量数据中的各种类信息。

进一步的，地面通讯模块6在获取到从第一主控模块4发送的数据采集控制信号时，对该信号进行编码处理，以通过第一通讯电缆14将编码处理后的信号传输至井下中转装置2中。另外，地面通讯模块6还在获取到由井下中转装置2发送的地面所需的定向测量数据时，对该数据进行解码处理，并将解码后的数据传输至第一主控模块4中。

然后，对定向测量采集装置3进行说明。参考图2，定向测量采集装置3能够检测钻头实时到达位置处的测井参数，进一步包括：采集模块11、第三主控模块12和井下通讯模块10。图3为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量系统中的采集模块11的线路连接示意图。如图3所示，采集模块11进一步包括传感器设备、数据处理单元和数据输出单元，采集模块11能够将采集到的加速度参数和地磁场强度参数进行分析，得到实时采集信息。进一步的，采集模块11通过传感器设备采集三轴重力加速度信号及三轴地磁场信号，通过计算后，生成相应的重力加速度参数和地磁场强度参数。

其中，在本例中，传感器设备至少包括三轴MEMS加速计和三轴MEMS磁强计，分别获取针对测量仪器的三路三轴重力加速度信号(该信号包括三路输出：AX、AY、AZ)以及针对目标地层的三轴地磁场强度信号(该信号包括三路输出：MX、MY、MZ)。

进一步的，数据处理单元的输入端与传感器设备中具备的六路原始信号的输出端连接，接收实时采集到的上述三轴重力加速度信号和三轴地磁场强度信号。首先，将上述信号转换成对应的加速度参数和地磁场强度参数，通过分析计算处理，得到相应的井斜值、方位值和工具面值等数据，并将六路原始信号和当前时刻计算出的井斜值、方位值和工具面值等数据整合成上述实时采集信息。

进一步的，数据输出单元与数据处理单元通过通用串行接口连接，能够接收数据处理单元发送的实时采集信息，并通过数据输出单元输出。

进一步的，上述第三主控模块12与采集模块11连接，将接收到的实时采集信息进行优化预处理，生成相应的定向测量数据，在检测出有效的实时数据读取指令时，按照第二传输速率(即与第二传输速率匹配的第二传输时间间隔，其中，第三主控模块12存储有预设的第二传输时间间隔数据)通过井下通讯模块10向井下中转装置2发送定向测量数据。具体地，第三主控模块12包含两个高速串行通讯接口和一个中央处理单元。其中一个高速串行通讯接口与上述采集模块11中的数据输出单元的输出端连接，通过该接口将数据输出单元中获得的实时采集信息传输至第三控制模块12的中央处理单元中。第三主控模块12中的中央处理单元对获取到的实时采集信息进行异常数据剔除、数据均值滤波等优化处理操作，以得到高质量的定向测量数据。与此同时，在实时数据读取指令控制下(即在检测出有效的实时数据读取指令时)，中央处理单元通过第三主控模块12中的另一个与井下通讯模块10连接的高速串行通讯接口将定向测量数据按照与第二传输时间间隔匹配的第二传输速率发送至井下中转装置2中的通讯转换模块8(下述)。

井下通讯模块10分别与第三主控模块12和井下中转装置2中的通讯转换模块8连接，能够在第三主控模块12的控制下，将从第三主控模块12获取到的定向测量数据传输至通讯转换模块8，并且向第三主控模块12转发从井下中转装置2得到的实时数据读取信号。进一步的，井下通讯模块10在获取到从第三主控模块12发送的定向测量数据时，对该数据进行编码处理，以通过第二通讯电缆16将编码处理后的数据传输至井下中转装置2中。另外，井下通讯模块10还在获取到由井下中转装置2发送的实时数据读取信号时，对该信号进行解码处理，并将解码后的信号传输至第三主控模块12中。

在实际应用过程中，将定向测量采集装置3中选用的MEMS相关测量芯片直接集成到电气单元中，去掉了原有设计中体积较大的加速度传感器和磁通门传感器，使得定向装置3直径从48mm减小为38mm，体积减小为原有的1/2左右。由于连续管钻井目前主要应用于118mm井眼中，因此，定向测量采集装置3的体积减小的效果，必然增强了井下循环系统的流通性，降低地面循环泵压、减少井下仪器冲蚀，最终有益于连续管钻井作业的安全性。

接下来，参考图2，对井下中转装置2进行详细说明。井下中转装置2包括第二主控模块9、通讯转换模块8和高低压电源转换模块7。高低压电源转换模块7通过第一电源电缆13与地面测控装置1中的高压配电模块5连接，并且通过第二电源电缆15与定向测量采集装置3中的井下通讯模块10连接。通讯转换模块8通过第二通讯电缆16与定向测量采集装置3中的井下通讯模块10连接，并且通过第一通讯电缆14与地面测控装置1中的地面通讯模块6连接。第二主控模块9与通讯转换模块8连接，其对接收到的数据采集控制信号进行传输速率调整处理，输出相应的实时数据读取信号，并且在获取到从定向测量采集装置3发送的定向测量数据后，再次进行传输速率调整处理，以将地面所需的定向测量数据通过第一通讯电缆14发送至地面测控装置1。

进一步的，高低压电源转换模块7能够将适应于井下长距离传输的高压直流电源信号转换为井下设备所需的低压直流电源信号，为井下中转装置2和定向测量采集装置3中的各个模块提供工作电源。其中，高低压电源转换模块7将电源电压隔离为一个高压网络和一个低压网络，为井下各电气单元提供统一的低压电源，大大减小了电气单元的体积及开发成本。另外，低压直流电源信号包括：井下设备常用的48V、15V以及5V电压等。

进一步的，如图2所示，通讯转换模块8包括通过第一通讯电缆14与地面测控装置1中的地面通讯模块6连接的第一通讯单元801和通过第二通讯电缆16与定向测量采集装置3中的井下通讯模块10连接的第二通讯单元802。第二主控模块9包括低速传输控制单元901、高速传输控制单元903和实时数据存储单元902。其中，第一通讯单元801分别与地面测控装置1中的地面通讯模块6和低速传输控制单元901进行通信，具体地，低速传输控制单元901(存储有预设的第一传输时间间隔)控制上述第一通讯单元801与地面通讯模块6通讯，以与第一传输时间间隔匹配的第一传输速率向地面通讯模块6发送地面所需的定向测量数据。第二通讯单元802分别与定向测量采集装置3中的井下通讯模块10和高速传输控制单元903进行通信，具体地，高速传输控制单元903(存储有预设的第二传输时间间隔)控制上述第二通讯单元802与井下通讯模块10通讯，以与第二传输时间间隔匹配的第二传输速率向井下通讯模块10发送实时数据读取信号，以获取采集的定向测量数据。

进一步的，高速传输控制单元903能够根据从低速传输控制单元901处接收到的数据采集控制信号，生成相应的实时数据读取信号，并通过通讯转换模块8中的第二通讯单元802发送至定向测量采集装置3中的井下通讯模块10。其中，第二通讯单元802将高速传输控制单元903生成的实时数据读取信号转发至定向测量采集装置3中的井下通讯模块10。

进一步的，高速传输控制单元903通过通讯转换模块8中的第二通讯单元802接收从定向测量采集装置3中的井下通讯模块10发送的定向测量数据，而后，向与高速传输控制单元903连接的实时数据存储单元902发送。其中，第二通讯单元802将从定向测量采集装置3中的井下通讯模块10处接收到的定向测量数据转发至高速传输控制单元903。

进一步的，实时数据存储单元902存储从高速传输控制单元903获得的定向测量数据，在识别出低速传输控制单元901发送的有效的数据调取指令后，将准备好的下一个等待读取的定向测量数据发送至与实时数据存储单元902连接的低速传输控制单元901中。

进一步的，低速传输控制单元901能够在接收到数据采集控制信号后，根据该信号向实时数据存储单元902发送相应的数据调取指令，以获得相应的所述定向测量数据，而后，从实时数据存储单元902中调取已经准备好的定向测量数据进行临时存储，并进一步将其作为需要传输至地面的定向测量数据通过通讯转换模块8中的第一通讯单元801发送至所述地面测控装置1。

进一步的，通讯转换模块8中的第一通讯单元801能够与地面测控装置1中的地面通讯模块6和低速传输控制单元901进行通讯。具体地，低速传输控制单元901能够通过通讯转换模块8中的第一通讯单元801接收从地面测控装置1中的地面通讯模块6发送的数据采集控制信号。其中，第一通讯单元801将从地面测控装置1中的地面通讯模块6处获取到的数据采集控制信号转发至低速传输控制单元901。另外，低速传输控制单元901在接收到有效的数据采集控制信号后，按照与第一传输时间间隔匹配的第一传输速率通过通讯转换模块8中的第一通讯单元801将已存储(临时存储)的地面所需的定向测量数据发送至地面测控装置1中的地面通讯模块6。其中，第一通讯单元801将从低速传输控制单元901处获得的地面所需的定向测量数据转发至地面测控装置1中的地面通讯模块6。

进一步的，第一通讯单元801和第二通讯单元802分别能够对发送至相应单元的信号或数据进行解码处理，再分别转发至对应连接的低速传输控制单元901和高速传输控制单元902中。另外，还能够对将要输出的信号或数据进行编码处理，以分别发送至地面测控装置1和定向测量采集装置3中。

这样，第二主控模块9将整个通讯过程分解为高速通讯和低速通讯两部分，使得原有的长距离、高压、高速传输方案转换成长距离、高压、低速传输和短距离、低压、高速传输两个设计方案，降低了系统设计的难度及复杂性。按照第二传输速率实施的高速数据通讯能够保证采集数据的实时处理及存储。另外，按照第一传输速率实施的低速数据通讯能够保证在地面与井下的长距离传输条件下，数据传输的可靠性。

需要说明的是，在本例中，实时数据存储单元902采用FLASH存储单元的设计，保证了不同通讯速率间的数据缓存，但本申请对实时数据存储单元902的形式不作具体限定。

本发明还提出了一种用于连续管钻井的随钻测量方法，该方法利用上述用于连续管钻井的随钻测量系统进行井下定向测量数据的采集。图4为本申请实施例的用于连续管钻井的随钻测量方法的步骤图。如图4所示，首先，在步骤S410中，地面测控装置1通过第一通讯电缆14以第一传输速率向井下发送数据采集控制信号，然后，进入到步骤S420中。再利用井下中转装置2通过第一通讯电缆14接收数据采集控制信号，并生成实时数据读取信号，通过第二通讯电缆16以第二传输速率发送实时数据读取信号。(在步骤S430中)上述定向测量采集装置3通过第二通讯电缆16接收实时数据读取信号。接着，进入到步骤S440中，在当定向测量采集装置3检测出有效的实时数据读取信号时，定向测量采集装置3通过第二通讯电缆16以第二传输速率向井下中转装置2发送实时采集到的定向测量数据。最终，(步骤S450)井下中转装置2通过第一通讯电缆14按照第一传输速率将定向测量数据发送至地面测控装置1中。

进一步的，上述方法还包括，利用地面测控装置1将通用交流电源信号转换为高压直流电源信号通过第一电源电缆13向井下中转装置2输送，以向井下设备提供电能。而后，井下中转装置2通过第一电源电缆13接收高压直流电源信号，并将其转换为低压直流电源信号，通过第二电源电缆15将低压直流电源信号输送至定向测量采集装置3中，以向井下中转装置2和定向测量采集装置3中的各个模块提供低压工作电源。

本发明涉及一种用于连续管钻井的随钻定向测量系统，采用模块化设计将整个连续管随钻测量系统分解为三个模块，将原有的难度较大的长距离、高压、高速传输设计方案，分解为长距离、高压、低速传输和短距离、低压、高速传输设计方案，降低了系统设计的复杂性。其中，地面测控装置1集成在一个小型化测控箱内，只有原体积的1/3左右，井下中转装置2和定向测量采集装置3分别集成在两个小尺寸抗压筒内，只有原体积的1/2左右，这样，使得作业过程更加灵活便捷、易于实现自动化，降低了现场操作难度，减少了作业人员数量。另外，本发明的采集模块11采用MEMS器件，大大减小了测量部分的体积，改善了井下循环状况，提高了井下安全性能。

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，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于连续管钻井的随钻测量系统，包括：

地面测控装置，其设置在井场上，用于通过第一通讯电缆以第一传输速率向井下发送数据采集控制信号；

井下中转装置，其设置在井下，构成为通过所述第一通讯电缆接收所述数据采集控制信号，并生成实时数据读取信号，通过第二通讯电缆以第二传输速率发送所述实时数据读取信号；

定向测量采集装置，其设置在井下靠近钻头处，构成为通过所述第二通讯电缆接收所述实时数据读取信号，

在检测出有效的所述实时数据读取信号时，通过所述第二通讯电缆以所述第二传输速率向所述井下中转装置发送实时采集到的定向测量数据，所述井下中转装置通过所述第一通讯电缆按照所述第一传输速率将所述定向测量数据发送至所述地面测控装置，其中，所述井下中转装置包括：

通过第一电源电缆与所述地面测控装置连接的高低压电源转换模块，所述高低压电源转换模块进一步设置为通过第二电源电缆与所述定向测量采集装置连接；

通过所述第二通讯电缆与所述定向测量采集装置连接的通讯转换模块；

与所述通讯转换模块连接的第二主控模块，所述第二主控模块构成为对接收到的所述数据采集控制信号进行传输速率调整处理，输出相应的所述实时数据读取信号，并且在获取到从所述定向测量采集装置发送的所述定向测量数据后，再次进行传输速率调整处理，以将地面所需的定向测量数据通过所述第一通讯电缆发送至所述地面测控装置，其中，所述第二主控模块进一步包括：

高速传输控制单元，其构成为通过所述通讯转换模块接收从所述定向测量采集装置发送的所述定向测量数据；

实时数据存储单元，其与所述高速传输控制单元连接，构成为存储从所述高速传输控制单元获得的所述定向测量数据，在识别出有效的数据调取指令后，输出准备好的所述定向测量数据；

低速传输控制单元，其构成为在接收到所述数据采集控制信号后，向所述实时数据存储单元发送数据调取指令，以获得相应的所述定向测量数据，并将其作为所述地面所需的定向测量数据通过所述通讯转换模块发送至所述地面测控装置。

2.根据权利要求1所述的随钻测量系统，其特征在于，所述随钻测量系统还包括：

所述地面测控装置，其构成为将通用交流电源信号转换为高压直流电源信号，并通过第一电源电缆向所述井下中转装置输送，以向井下设备提供电能；

所述井下中转装置，其构成为通过第一电源电缆接收所述高压直流电源信号，并将其转换为低压直流电源信号，通过第二电源电缆将所述低压直流电源信号输送至所述定向测量采集装置，以向所述井下中转装置和所述定向测量采集装置提供低压工作电源。

3.根据权利要求1所述的随钻测量系统，其特征在于，所述定向测量采集装置包括：

采集模块，其构成为将采集到的加速度参数和地磁场强度参数进行分析，得到实时采集信息；

通过第二电源电缆与所述井下中转装置连接的井下通讯模块；

分别与所述采集模块和所述井下通讯模块连接的第三主控模块，所述第三主控模块构成为将接收到的所述实时采集信息进行优化预处理，生成相应的所述定向测量数据，在检测出有效的实时数据读取信号时，按照所述第二传输速率通过所述井下通讯模块向所述井下中转装置发送所述定向测量数据。

4.根据权利要求2所述的随钻测量系统，其特征在于，所述地面测控装置包括：

通过第一电源电缆与所述井下中转装置连接的高压配电模块，用于将通用交流电源信号转换为所述高压直流电源信号；

通过所述第一通讯电缆与所述井下中转装置连接的地面通讯模块；

与所述地面通讯模块连接的第一主控模块，所述第一主控模块构成为通过所述地面通讯模块向所述井下中转装置发送所述数据采集控制信号，以及通过所述地面通讯模块获取从所述井下中转装置发送的地面所需的定向测量数据。

5.根据权利要求3所述的随钻测量系统，其特征在于，所述采集模块通过传感器设备采集三轴重力加速度信号及三轴地磁场信号，并生成相应的所述重力加速度参数和所述地磁场强度参数，其中，所述传感器设备至少包括三轴MEMS加速计和三轴MEMS磁强计。

6.根据权利要求1所述的随钻测量系统，其特征在于，所述通讯转换模块包括：

通过所述第一通讯电缆与所述地面测控装置连接的第一通讯单元，所述第一通讯单元构成为分别与所述地面测控装置中的地面通讯模块和所述低速传输控制单元进行通信；

通过所述第二通讯电缆与所述定向测量采集装置连接的第二通讯单元，所述第二通讯单元构成为分别与所述定向测量采集装置中的井下通讯模块和所述高速传输控制单元进行通信。

7.一种用于连续管钻井的随钻测量方法，其特征在于，该方法利用如权利要求1~6中任一项所述的用于连续管钻井的随钻测量系统进行井下定向测量数据的采集，所述随钻测量方法包括：

地面测控装置通过第一通讯电缆以第一传输速率向井下发送数据采集控制信号；

井下中转装置通过所述第一通讯电缆接收所述数据采集控制信号，并生成实时数据读取信号，通过第二通讯电缆以第二传输速率发送所述实时数据读取信号；

定向测量采集装置通过所述第二通讯电缆接收所述实时数据读取信号；

在所述定向测量采集装置检测出有效的所述实时数据读取信号时，通过所述第二通讯电缆以第二传输速率向所述井下中转装置发送实时采集到的定向测量数据；

所述井下中转装置通过所述第一通讯电缆按照第一传输速率将所述定向测量数据发送至所述地面测控装置。

8.根据权利要求7所述的随钻测量方法，其特征在于，所述随钻测量方法还包括：

所述地面测控装置将通用交流电源信号转换为高压直流电源信号通过第一电源电缆向所述井下中转装置输送，以向井下设备提供电能；

所述井下中转装置通过第一电源电缆接收所述高压直流电源信号，并将其转换为低压直流电源信号，通过第二电源电缆将所述低压直流电源信号输送至所述定向测量采集装置，以向所述井下中转装置和所述定向测量采集装置提供低压工作电源。

Images