CN110792433B - 用于随钻测量系统的信号发射装置和跨螺杆数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于随钻测量系统的信号发射装置和跨螺杆数据传输方法，包括：传感测量模块采集钻头实时获取的随钻测量参数；中央处理模块接收随钻测量参数并进行编码，生成含有该参数信息的第一交变电流信号和频率控制信号；发射控制模块接收中央处理模块发送的信号，产生与频率控制信号匹配的第二交变电流信号，使得在发射控制模块上下短节处形成对应的电压差并输出相应的发射电流信号，以进行传输；中央处理模块接收通过发射控制模块检测到的发射电流对应的反馈信息，基于此调整目标发射频率，以调整发射电流信号的频率。本发明的装置根据周围地层以及钻井液的电导率变化，自适应的调整发射功率，提高电池使用工作效率。

Description

用于随钻测量系统的信号发射装置和跨螺杆数据传输方法

技术领域

本发明涉及石油勘探开发的随钻测量领域，具体地说，是涉及一种用于随钻测量系统的信号发射装置和跨螺杆数据传输方法。

背景技术

随着石油和天然气开发的不断进行，早期的常规油气藏已经开发接近尾声，目前已经向开发非常规油气藏、复杂油气藏等方面，由浅层向深层发展，而这些钻井工艺应用越来越广泛。在这些井的施工过程中，由于通过地质导向提高钻遇率和泻油面积为提高单井产量有非常重要的意义，因此，对地质导向施工中使用的随钻测量仪器的要求越来越高，特别是要求测量点距离钻头越近越好，如果能够在螺杆下方则为最佳。由于螺杆的特殊结构，不利于电缆穿过，因此近钻头短节一般需要有一个跨螺杆的无线短传装置，将测量的信号传输到螺杆上方，再经过有线方式传输到泥浆脉冲起，然后再传输到地面。

由于受到钻井时，钻具组合的要求以及狗腿度的限制，安装在钻头上方，螺杆下方的近钻头短节长度一般都不能超过1米。这个长度的限制比常规随钻仪器动辄10米以上，将极大限制短节内部能够设计安装的模块数量，特别是对电池数量的限制。因此在近钻头短节中，如何更加有效的使用电池的电量将是亟需解决的问题，因为电池能够工作的时间严格限制了近钻头短节的工作时间，这个时间对现场服务意义重大，将直接影响钻井成本。

现有技术的近钻头短节，主要是对电路设计进行低功耗设计，例如根据工作时序，将部分耗电量大的传感器断电，或者采用低功耗的集成电路。这些方法都可以部分降低近钻头短节内电路消耗的电池电量。但是作为近钻头短节内耗电大户，跨螺杆短传的发射模块需要长时间工作，并且消耗的电量比重极高。特别是当周围地层与钻井液的电导率变化范围较大时，为了保证跨螺杆短传的可靠性，需要近钻头短节内发射功率设计较大。因此当周围地层与钻井液的电导率较大时，如果发射模块不能进行适当的调整，整个电路相当于工作在类似短路的条件下，产生大量的电池电能消耗。反之，如果发射功率设计的较小，当遇到周围地层与钻井液的电导率较小时，又会准备螺杆上方短节接收的信号太微弱，无法有效的解码出近钻头短节发射过来的数据。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于随钻测量系统的信号发射装置，包括：传感测量模块，其设置在靠近钻头位置处，用于采集所述钻头在实时到达位置处的随钻测量参数；中央处理模块，其用于接收所述随钻测量参数，并将所述随钻测量参数进行编码，生成含有所述随钻测量参数信息的第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；发射控制模块，其用于接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的第二交变电流信号，使得在所述发射控制模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液、周围地层、钻具上用以连接上下短节的螺杆以及短节本体形成的回路将所述电压差转换成发射电流信号以进行传输，其中，所述中央处理模块进一步接收通过所述发射控制模块检测到的所述发射电流信号对应的反馈信息，基于所述反馈信息调整目标发射频率，并输出相应的所述频率控制信号，用以改变所述第二交变电流信号的频率。

优选地，所述发射控制模块包括：功率控制单元，其与所述中央处理模块连接，构成为根据所述频率控制信号生成表征当前电流发射频率的功率驱动信号，并将其进行输出；电流发生单元，其设置在第一凹槽内，构成为通入所述第二交变电流信号后，在所述电流发生单元的上下短节位置处形成相应的电压差并输出相应的所述发射电流信号；功率驱动单元，其与所述功率控制单元、所述中央处理模块和所述电流发生单元连接，构成为接收所述功率驱动信号和所述第一交变电流信号，驱动所述电流发生单元通入所述功率驱动单元生成的所述第二交变电流信号。

优选地，所述发射控制模块还包括分别与所述电流发生单元、所述功率驱动单元和所述中央处理模块连接的所述电流检测单元，所述电流检测单元构成为采集所述发射电流信号，对所述发射电流信号进行预处理后生成发射电流反馈信息，并将所述发射电流反馈信息返回至所述中央处理模块。

优选地，所述中央处理模块构成为根据发射电流信号的反馈信息，计算当前发射电流信号的电流值，将所述电流值与预设的电流标准阈值进行比较，根据比较结果调整所述目标发射频率，以改变所述频率控制信号，其中，若判断出所述电流值小于所述电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，提高所述目标发射频率。

优选地，所述中央处理模块构成为若判断出当前发射电流信号的电流值大于所述电流标准阈值且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率。

另一方面，本发明还提出了一种用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统，包括：如上述所述的用于跨螺杆传输的信号发射装置，所述信号发射装置设置在螺杆和钻头之间的第一短节本体的侧壁上；和信号接收装置，所述信号接收装置设置在螺杆上方第二短节本体的侧壁上，其构成为接收来自所述信号发射装置的发射电流信号并从中解析出所传输的随钻测量参数，以进行数据及信号的跨螺杆的无线传输。

优选地，所述信号接收装置包括：响应信号生成模块，其构成为响应所述发射电流信号后生成电流接收信号，并将所述电流接收信号进行预处理，得到相应的接收电流信息；接收处理模块，其与所述响应信号生成模块连接，从所述响应信号生成模块获取所述接收电流信息，并将其进行解调和解码处理，得到被传输的随钻测量参数。

另外，本发明提出了一种用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输方法，所述方法利用上述所述的跨螺杆数据传输系统进行发射频率可控的随钻测量参数的跨螺杆传输，所述方法包括：步骤一、传感测量模块采集所述钻头在实时到达位置处的随钻测量参数；步骤二、中央处理模块接收所述随钻测量参数，并将所述随钻测量参数进行编码，生成含有所述随钻测量参数信息的第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；步骤三、发射控制模块接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的第二交变电流信号，使得在所述发射控制模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液、周围地层、钻具上用以连接上下短节的螺杆以及短节本体形成的回路将所述电压差转换成所述发射电流信号以进行传输；步骤四、所述中央处理模块进一步接收通过所述发射控制模块检测到的所述发射电流信号对应的反馈信息，基于所述反馈信息调整目标发射频率，并输出相应的所述频率控制信号，用以改变所述第二交变电流信号的频率；步骤五、所述信号接收装置接收来自信号发射装置的所述发射电流信号并从中解析出所传输的随钻测量参数，以进行数据及信号的跨螺杆的无线传输。

优选地，在所述步骤四中，所述中央处理模块根据发射电流信号的反馈信息，计算当前发射电流信号的电流值，将所述电流值与预设的电流标准阈值进行比较，根据比较结果调整所述目标发射频率，以改变所述频率控制信号；所述中央处理模块若判断出所述电流值小于所述电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，提高所述目标发射频率。

优选地，在所述步骤四中，所述中央处理模块若判断出当前发射电流信号的电流值大于所述电流标准阈值且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率。

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：

本发明所涉及的装置及方法能够根据周围地层以及钻井液的电导率变化，自适应的调整发射功率，提高电池使用工作效率，避免了长时间的大电流输出，而导致发射模块内耗过大和发热严重，从而降低近钻头短节整体的工作寿命和适应的工作温度范围。

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随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统的工作原理的总体结构示意图。

图2为本申请实施例的用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统的模块化结构示意图。

图3为本申请实施例的用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统中的信号发射装置的电路结构示意图。

图4为本申请实施例的用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输方法的步骤图。

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。

其中，附图标记列表如下：

10：第一短节(第一短节本体)

20：第一凹槽

21：电流发生单元

22：第一绝缘层

30：第二凹槽

31：信号响应单元

32：第二绝缘层

40：螺杆

50：第二短节(第二短节本体)

60：整个系统的电流回路

70：钻头

80：由钻井液和地层构成的等效电阻90：井筒

91：井壁

92：井筒周围地层

100：中央处理模块

110：功率控制单元

120：功率驱动单元

130：电流检测单元

140：传感测量模块

150：发射控制模块

160：响应信号生成模块

180：接收处理模块

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。

现有技术的近钻头短节，主要是对电路设计进行低功耗设计，例如根据工作时序，将部分耗电量大的传感器断电，或者采用低功耗的集成电路。这些方法都可以部分降低近钻头短节内电路消耗的电池电量。但是作为近钻头短节内耗电大户，跨螺杆短传的发射模块需要长时间工作，并且消耗的电量比重极高。特别是当周围地层与钻井液的电导率变化范围较大时，为了保证跨螺杆短传的可靠性，需要近钻头短节内发射功率设计较大。因此当周围地层与钻井液的电导率较大时，如果发射装置不能进行适当的调整，整个电路相当于工作在类似短路的条件下，产生大量的电池电能消耗。反之，如果发射功率设计的较小，当遇到周围地层与钻井液的电导率较小时，又会准备螺杆上方短节接收的信号太微弱，无法有效的解码出近钻头短节发射过来的数据。

为了克服现有技术的不足之处，本发明提出了一种用于随钻测量系统的信号发射装置和跨螺杆数据传输方法，这种装置和方法能够根据周围地层以及钻井液的电导率变化，自适应的调整发射功率，提高电池使用工作效率，同时还可以避免长时间的大电流输出，导致发射模块内耗过大和发热严重，降低近钻头短节整体的工作寿命和适应的工作温度范围。

图1为本申请实施例的用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统的工作原理的总体结构示意图。如图1所示，整个系统位于由井筒90、井壁91、以及井壁周围地层92构成的实时钻井管道中，包括用于跨螺杆传输的信号发射装置(下面简称“信号发射装置”)、以及用于跨螺杆传输的信号接收装置(下面简称“信号接收装置”)。信号发射装置安装于螺杆40和钻头70之间的第一短节10的侧壁腔体内，信号接收装置安装于螺杆40上方的第二短节50的侧壁腔体内。其中，第一短节10设置有第一凹槽20，第二短节50设置有第二凹槽30。在本例中，第一凹槽20为与第一短节本体10同轴的环形凹槽，同样地，第二凹槽30为与第二短节本体50同轴的环形凹槽。

进一步的，参考图2，信号发射装置包括：中央处理模块100、传感测量模块140和发射控制模块150。信号接收装置包括：响应信号生成模块160和接收处理模块180。其中，发射控制模块150中的电流发生单元21(下述)安装在上述第一短节本体10的第一凹槽20内，发射控制模块150中的其他单元安装在紧邻第一凹槽20的第一短节本体10处的侧壁内，第一凹槽20使用绝缘材料构成的第一绝缘层22在电流发生单元21的外圈进行封装和保护。响应信号生成模块160中的信号响应单元31(下述)安装在上述第二短节本体50的第二凹槽30内，响应信号生成模块160中的其他单元安装在紧邻第二凹槽30的第二短节本体50处的侧壁内，第二凹槽30使用绝缘材料构成的第二绝缘层32在信号响应单元31的外圈进行封装和保护。该系统利用中央处理模块100，使得发射控制模块150中的电流发生单元21在第一凹槽20所在的第一短节10的上下位置处形成电压差，该电压差通过井筒内的钻井液和周围地层92构成的等效电阻80形成了整个系统的等效电流回路60。

图2为本申请实施例的用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统的模块化结构示意图。下面结合图1和图2，对整个系统的工作原理进行说明。首先，对信号发射装置进行说明。传感测量模块140采集在随钻测量作业中，钻头实时到达位置处的随钻测量参数(包括钻压、钻距等)，并向中央处理模块100发送。

中央处理模块100能够接收传感测量模块140传输的实时的随钻测量参数，并将随钻测量参数进行调制和编码，生成含有随钻测量参数信息的第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号(其中，目标发射频率为当前系统工作频率匹配的信号发射频率，可以依据当前深度的地层地质条件、工程需求参数、仪器系数参数等进行设定)。

发射控制模块150进一步接收上述含有随钻测量参数信息的第一交变电流信号、和与当前目标发射频率匹配的频率控制信号，使得发射控制模块150与上述频率控制信号匹配的第二交变电流信号(也就是说，第二交变电流信号是使得含有随钻测量参数的第一交变电流信号具备频率为目标发射频率的信号)，使得在发射控制模块150上下短节位置处形成目标发射频率对应的电压差。而后，发射控制模块150通过井筒内的钻井液、周围地层92、螺杆40、短节本体(包括第一短节本体10和第二短节本体50)形成的电流回路60，将电压差转换成发射电流信号输送至螺杆40上方的信号接收装置。

进一步的，图3为本申请实施例的用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统中的信号发射装置的电路结构示意图。如图3所示，信号发射装置中的发射控制模块150包括：功率控制单元110、功率驱动单元120、电流发生单元21和电流检测单元130。具体地，功率控制单元110的控制端与中央处理模块100连接，并且其输出端与功率驱动单元120连接，能够接收中央处理模块100发送的频率控制信号，根据该频率控制信号生成表征当前电流发射频率的功率驱动信号，并将所述功率驱动信号进行输出。在本例中，功率控制单元110的控制方式包括可调整电压源、脉宽调整等形式，使得功率驱动信号的呈现形式可以是电压驱动信号或是PWM控制信号等，本申请对功率控制单元110的控制方式不作具体限定。

在一个实施例中，当功率控制单元110的控制方式为可调整电压源时，功率控制单元110采用可编程电压源，进一步包括具备不同电压值的电压源，在功率控制单元110获取到与目标发射频率匹配的频率控制信号后，选择可驱动当前目标发射频率启动的电压源，并输出被选择的电压源对应的电压驱动信号，此时，将当前的电压驱动信号作为功率驱动信号输出至功率驱动单元120中。

进一步的，功率驱动单元120的供电端与上述功率控制单元110连接，其控制端与上述中央处理模块100连接，并且其输出端与电流发生单元21的第一端连接。具体地，功率驱动单元120一方面接收从功率控制单元110获取到的表征目标发射频率的频率控制信号，还从中央处理模块100获取到含有随钻测量参数信息的第一交变电流信号，使得第一交变电流信号具备与目标发生频率匹配的信号，并产生相应的第二交变电流信号，而后，功率驱动单元120驱动上述电流发生单元21通入第二交变电流信号。在一个实施例中，功率驱动单元120为多功率管驱动结构，本发明对该单元120的结构不作具体限定。

进一步的，电流发生单元21设置在第一短节本体10的第一(环形)凹槽20内。由于现有技术中的电极型结构具有易磨损，工艺难度大等缺陷。因此，在本例中，电流发生单元21采用螺绕环结构，也就是说，电流发生单元21包括发射螺绕环。由于早期对于螺绕环方式的理论研究较少，最近几年，对于螺绕环激励式随钻侧向测井仪的测井响应特征的研究逐渐深入，通过一系列的模拟实验，为仪器结构参数对测量信号强度的影响提供了一定的理论基础。在未来，螺绕环方式相较于电极系的现有技术而言，优势会更加明显。

进一步的，电流发生单元21的第一端与上述功率驱动单元120连接，电流发生单元21的第二端与发射控制模块150中的电流检测单元130连接。电流发生单元21在通入从功率驱动单元120处获得的第二交变电流信号后，在电流发生单元21(发射螺绕环)的上下短节位置处形成相应的电压差，并在电流发生单元21(发射螺绕环)、第一绝缘层22和钻井液及周围地层等因素形成的发射端等效电阻的影响下输出相应的发射电流信号。

再次参考图1和图2，继续对用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统的工作原理进行说明。在电流发生单元21输出发射电流信号后，中央处理模块100接收通过发射控制模块150检测到的发射电流信号对应的反馈信息(发射电流反馈信息)，基于反馈信息确定当前发射电流信号的功率，进一步调整目标发射频率，并输出调整后的相应的频率控制信号，从而达到改变第二交变电流信号的频率(也就是调整发射电流信号的频率)的目的。

具体地，如图3所示，发射控制模块150还包括电流检测单元130。其中，电流检测单元130的输入端与电流发生单元21的第二端连接，其供电端与功率驱动单元120连接，其输出端与中央处理模块100连接。电流检测单元130采集电流发生单元21所生成的发射电流信号，对发射电流信号进行放大、模数转换等预处理后，生成相应的发射电流反馈信息，并将发射电流反馈信息返回至中央处理模块100。

进一步的，中央处理模块100在接收到发射控制模块150发送的发射电流反馈信息后，根据发射电流反馈信息(发射电流信号的反馈信息)，计算当前发射电流信号的电流值的大小，根据该电流值的大小确定目标发射频率，以向功率控制单元110输出相应的频率控制信号，并驱动电流发生单元21产生与目标发射频率匹配的电流，从而实现调节发射功率的功能。具体地，中央处理模块100将当前发射电流信号的电流值与预设的电流标准阈值进行比较，根据比较结果调整目标发射频率，以改变上述频率控制信号。

在一个实施例中，若中央处理模块100判断出当前发射电流信号的电流值小于上述电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，提高目标发射频率，用以调整信号发射装置的工作频率。因为此时，反映出井筒内的周围地层和钻井液电导率较低(也就是说上述发射端等效电阻较大)，整个系统的电流回路60不能够产生足够大的电流，因此，中央处理模块100检测到反馈的电流较小，需要提高发射功率，否则螺杆40上方的信号接收装置难以接收到相应的发射电流信号。

在一个实施例中，若中央处理模块100判断出当前发射电流信号的电流值大于上述电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，减小目标发射频率，用以调整信号发射装置的工作频率。因为此时，反映出井筒内的周围地层和钻井液电导率较高(也就是说上述发射端等效电阻较小)，整个系统的电流回路60能够产生足够的电流，因此，中央处理模块100检测到反馈的电流较大，需要降低发射功率，便可使螺杆40上方的信号接收装置很容易接收到相应的发射电流信号。

这样，通过调节目标发射功率的方式，使得即使在钻井液和周围地层这两种介质电阻率的大小关系不同且地层电阻率变化范围较大的条件下，发射电流信号也能在理想的目标发射功率所在的一定容许范围内进行传输，更高效的使用信号发射装置的电能，提高电池的使用时间。进一步，还可以通过电流检测单元130和中央处理模块100对发射电流反馈信息的检测和评估，定性检测井筒内的钻井液和周围地层的电导率大小。

最后，再次参考图1和图2，继续对用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统中的信号接收装置的工作原理进行说明。在信号发射装置将含有所传输的随钻测量参数信息的发射电流信号按照目标发射频率向整个系统的电流回路60中的信号接收装置传输后，在等效电流回路60的作用下，信号接收装置接收上述来自信号发射装置的发射电流信号，并从中解析出所传输的随钻测量参数，从而实现了数据及信号的跨螺杆的无线传输功能。

具体地，如图2所示，信号接收装置包括响应信号生成模块160和信号处理模块180。其中，响应信号生成模块160响应上述发射电流信号后生成电流接收信号，将电流接收信号进行预处理后，得到相应的接收电流信息。而后，与响应信号生成模块160连接的接收处理模块180从响应信号生成模块160获取接收电流信息，并将其进行解调和解码处理，得到被传输的随钻测量参数，从而通过借助钻井液和周围地层所形成的电流回路的传输方式，完成了对随钻测量数据的无线跨螺杆短传。

进一步的，响应信号生成模块160包括安装在第二凹槽30内的信号响应单元31和预处理单元(未图示)。其中，信号响应单元31设置在第二短节本体50的第二(环形)凹槽30内。与上述电流发生单元21类似，在本例中，信号响应单元31采用螺绕环结构，也就是说，信号响应单元31包括接收螺绕环。信号响应单元31与预处理单元连接。信号响应单元31在信号响应单元31(接收螺绕环)、第二绝缘层32和钻井液及周围地层等因素形成的接收端等效电阻的影响下响应从电流发生单元21传输过来的发射电流信号，并生成相应的电流接收信号。预处理单元接收所述电流接收信号并对该信号进行包括增益放大、模数转换等预处理后，生成与电流接收信号对应的接收电流信息，以由接收处理模块180获取接收电流信息，并对其进行解调和解码，从中解析出被传输的随钻测量参数。

另外，本发明还提出了一种用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输方法，该方法利用上述用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统进行发射频率可控的随钻测量参数的跨螺杆传输。图4为本申请实施例的用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输方法的步骤图。如图4所示，首先，在步骤S410中，传感测量模块140采集钻头在实时到达位置处的随钻测量参数。其次，(步骤S420)中央处理模块100接收随钻测量参数，将随钻测量参数进行编码，生成含有随钻测量参数信息的第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号，而后进入到步骤S430中。

在步骤S430中，发射控制模块150接收第一交变电流信号和频率控制信号，产生与频率控制信号匹配的第二交变电流信号，使得在发射控制模块150上下短节位置处形成目标发射频率对应的电压差，并通过井筒内的钻井液、周围地层、螺杆40以及短节本体形成的回路将电压差转换成发射电流信号输送至螺杆40上方的信号接收装置。

进一步，(步骤S440)中央处理模块100接收通过发射控制模块150检测到的发射电流信号对应的反馈信息，基于反馈信息调整目标发射频率，并输出相应的频率控制信号，用以改变第二交变电流信号的频率，实现发射频率可控制调节的功能。具体地，中央处理模块100根据发射电流信号的反馈信息，计算当前发射电流信号的电流值，将该电流值与预设的电流标准阈值进行比较，根据比较结果调整目标发射频率，以改变频率控制信号。

在一个实施例中，中央处理模块100若判断出当前的发射电流信号的电流值小于电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，提高目标发射频率，用以调整上述信号发射装置的工作频率。

在另一个实施例中，中央处理模块100若判断出当前发射电流信号的电流值大于电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，减小目标发射频率，用以调整上述信号发射装置的工作频率。

最终，执行步骤S450，信号接收装置接收来自信号发射装置的发射电流信号并从中解析出所传输的随钻测量参数，以进行数据及信号的跨螺杆的无线传输。

本发明涉及一种用于随钻测量系统的自适应的信号发射装置、以及跨螺杆数据传输系统和方法。该装置和方法能够根据周围地层和钻井液的电导率变化，自适应的调整发射功率，提高电池使用工作效率，充分优化近钻头测量仪器的供电方式，实现了高效率的跨螺杆短传的发射功率的控制。例如，在钻井液和地层电导率变化超过10倍的情况下，经过初步计算可以节省30％的发射功耗。考虑无线短传的功耗占整个近钻头短节的50％以上，经过如此优化设计的跨螺杆数据传输系统，在同等电池的条件下，有效使用时间长度可以提高15％以上，这些效果对于降本增效的具有较大意义。

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)

1.一种用于随钻测量系统的信号发射装置，包括：

传感测量模块，其设置在靠近钻头位置处，用于采集所述钻头在实时到达位置处的随钻测量参数；

中央处理模块，其用于接收所述随钻测量参数，并将所述随钻测量参数进行编码，生成含有所述随钻测量参数信息的第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；

发射控制模块，其用于接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的第二交变电流信号，使得在所述发射控制模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液、周围地层、钻具上用以连接上下短节的螺杆以及短节本体形成的回路将所述电压差转换成发射电流信号以进行传输，其中，

所述中央处理模块进一步接收通过所述发射控制模块检测到的所述发射电流信号对应的反馈信息，基于所述反馈信息调整目标发射频率，并输出相应的所述频率控制信号，用以改变所述第二交变电流信号的频率，其中，

所述中央处理模块还用于根据发射电流信号的反馈信息，计算当前发射电流信号的电流值，将所述电流值与预设的电流标准阈值进行比较，根据比较结果调整所述目标发射频率，以改变所述频率控制信号，其中，

若判断出所述电流值小于所述电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，提高所述目标发射频率；

若判断出当前发射电流信号的电流值大于所述电流标准阈值且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率。

2.根据权利要求1所述的信号发射装置，其特征在于，所述发射控制模块包括：

功率控制单元，其与所述中央处理模块连接，构成为根据所述频率控制信号生成表征当前电流发射频率的功率驱动信号，并将其进行输出；

电流发生单元，其设置在第一凹槽内，构成为通入所述第二交变电流信号后，在所述电流发生单元的上下短节位置处形成相应的电压差并输出相应的所述发射电流信号；

功率驱动单元，其与所述功率控制单元、所述中央处理模块和所述电流发生单元连接，构成为接收所述功率驱动信号和所述第一交变电流信号，驱动所述电流发生单元通入所述功率驱动单元生成的所述第二交变电流信号。

3.根据权利要求2所述的信号发射装置，其特征在于，所述发射控制模块还包括分别与所述电流发生单元、所述功率驱动单元和所述中央处理模块连接的电流检测单元，所述电流检测单元构成为采集所述发射电流信号，对所述发射电流信号进行预处理后生成发射电流反馈信息，并将所述发射电流反馈信息返回至所述中央处理模块。

4.一种用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输系统，包括：

如权利要求1～3中任一项所述的信号发射装置，所述信号发射装置设置在螺杆和钻头之间的第一短节本体的侧壁上；和

信号接收装置，所述信号接收装置设置在螺杆上方第二短节本体的侧壁上，其构成为接收来自所述信号发射装置的发射电流信号并从中解析出所传输的随钻测量参数，以进行数据及信号的跨螺杆的无线传输。

5.根据权利要求4所述的跨螺杆数据传输系统，其特征在于，所述信号接收装置包括：

响应信号生成模块，其构成为响应所述发射电流信号后生成电流接收信号，并将所述电流接收信号进行预处理，得到相应的接收电流信息；

接收处理模块，其与所述响应信号生成模块连接，从所述响应信号生成模块获取所述接收电流信息，并将其进行解调和解码处理，得到被传输的随钻测量参数。

6.一种用于随钻测量系统的跨螺杆数据传输方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求4或5所述的跨螺杆数据传输系统进行发射频率可控的随钻测量参数的跨螺杆传输，所述方法包括：

步骤一、传感测量模块采集所述钻头在实时到达位置处的随钻测量参数；

步骤二、中央处理模块接收所述随钻测量参数，并将所述随钻测量参数进行编码，生成含有所述随钻测量参数信息的第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；

步骤三、发射控制模块接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的第二交变电流信号，使得在所述发射控制模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液、周围地层、钻具上用以连接上下短节的螺杆以及短节本体形成的回路将所述电压差转换成所述发射电流信号以进行传输；

步骤四、所述中央处理模块进一步接收通过所述发射控制模块检测到的所述发射电流信号对应的反馈信息，基于所述反馈信息调整目标发射频率，并输出相应的所述频率控制信号，用以改变所述第二交变电流信号的频率；

步骤五、所述信号接收装置接收来自信号发射装置的所述发射电流信号并从中解析出所传输的随钻测量参数，以进行数据及信号的跨螺杆的无线传输。

7.根据权利要求6所述的跨螺杆数据传输方法，其特征在于，在所述步骤四中，

所述中央处理模块根据发射电流信号的反馈信息，计算当前发射电流信号的电流值，将所述电流值与预设的电流标准阈值进行比较，根据比较结果调整所述目标发射频率，以改变所述频率控制信号；

所述中央处理模块若判断出所述电流值小于所述电流标准阈值且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，提高所述目标发射频率。

8.根据权利要求7所述的跨螺杆数据传输方法，其特征在于，在所述步骤四中，

所述中央处理模块若判断出当前发射电流信号的电流值大于所述电流标准阈值且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率。

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