CN111827986A - 一种近钻头无线短传系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及随钻测量技术领域，具体涉及一种近钻头无线短传系统和方法。该系统包括：沿上下方向依次同轴设置的LWD仪器、接收短节、螺杆、发射短节和钻头本发明在发射短节和接收短节上均设有接收发射控制模组，使得发射短节和接收短节均具有接受信号和发射信号的能力，从而实现了对发射短节进行远程调试功能、发射短节和接收短节之间无线短传功能以及接收短节与LWD仪器之间的无线短传功能，提高了近钻头无线短传的效率。

Description

一种近钻头无线短传系统和方法

技术领域

本发明涉及随钻测量技术领域，具体涉及一种近钻头无线短传系统和方法。

背景技术

随着油田开发进入后期，开发油层越来越薄，难度逐渐增加。为了在薄油层中保持较高的油层钻遇率，采用近钻头随钻测量系统是十分必要的，以向地质导向系统提供井眼定向数据及井眼固岩的地质参数，以使钻进的井眼轨迹符合工程设计要求。

在近钻头测井系统中，随钻近钻头仪器位于螺杆钻具和钻头之间，但由于螺杆钻具无法过线，因此近钻头仪器的信号只能通过无线发送的方式，越过螺杆钻具送往上方接收器，再由泥浆通讯等方式传往地面。

因此，如何提高近钻头无线短传的效率，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种近钻头无线短传系统和方法，以提高近钻头无线短传的效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供了以下方案：

第一方面，本发明实施例提供一种近钻头无线短传系统，包括：沿上下方向依次同轴设置的LWD仪器、接收短节、螺杆、发射短节和钻头；

所述接收短节的外壁上设有第一环形磁铁；所述第一环形磁铁的外表面缠绕有第一螺旋线圈；

所述接收短节中设有接收电子仓；所述接收电子仓中设有第一接收发射控制模组和第一单刀双掷继电器；所述第一螺旋线圈的一端接地，其相对的另一端接所述第一单刀双掷继电器的静触点；所述第一单刀双掷继电器的第一动触点连接所述第一接收发射控制模组的发射输出端；所述第一单刀双掷继电器的第二动触点连接所述第一接收发射控制模组的接收输入端；所述第一单刀双掷继电器的控制端连接所述第一接收发射控制模组的控制端；

所述发射短节的外壁上设有第二环形磁铁；所述第二环形磁铁的外表面缠绕有第二螺旋线圈；

所述发射短节中设有发射电子仓；所述发射电子仓中设有第二接收发射控制模组和第二单刀双掷继电器；所述第二螺旋线圈的一端接地，其相对的另一端接所述第二单刀双掷继电器的静触点；所述第二单刀双掷继电器的第一动触点连接所述第二接收发射控制模组的发射输出端；所述第二单刀双掷继电器的第二动触点连接所述第二接收发射控制模组的接收输入端；所述第二单刀双掷继电器的控制端连接所述第二接收发射控制模组的控制端。

在一种可能的实施例中，所述第一环形凹槽外部设有第一盖板；所述第一盖板的外表面与所述接收短节的外壁在所述发射短节的径向方向上平齐。

在一种可能的实施例中，所述第二环形凹槽外部设有第二盖板；所述第二盖板的外表面与所述接收短节的外壁沿所述发射短节的径向方向上平齐。

在一种可能的实施例中，所述接收短节的外壁上沿其周向设有第一环形凹槽；所述第一环形磁铁设置在所述第一环形凹槽的内部。

在一种可能的实施例中，所述发射短节的外壁上沿其周向设有第二环形凹槽；所述第二环形磁铁设置在所述第二环形凹槽的内部。

在一种可能的实施例中，所述第一接收发射控制模组包括第一控制器、第一编码发射电路、第一解码接收电路和第一储能电池；所述第一控制器分别连接所述第一编码发射电路的输入端、所述第一解码接收电路的输出端和所述第一单刀双掷继电器的控制端；所述第一编码发射电路的输出端为所述第一接收发射控制模组的发射输出端；所述第一解码接收电路的输入端为所述第一接收发射控制模组的接收输入端；第一储能电池供电连接所述第一控制器；

所述第二接收发射控制模组包括第二控制器、第二编码发射电路、第二解码接收电路和第二储能电池；所述第二控制器分别连接所述第二编码发射电路的输入端、所述第二解码接收电路的输出端和所述第二单刀双掷继电器的控制端；所述第二编码发射电路的输出端为所述第二接收发射控制模组的发射输出端；所述第二解码接收电路的输入端为所述第二接收发射控制模组的接收输入端；第二储能电池供电连接所述第二控制器。

在一种可能的实施例中，所述第一编码发射电路包括串联连接的第一编码器、第一载波调制电路和第一多谐振荡器；

所述第一解码接收电路包括依次串联连接的第一前置放大电路、第一滤波电路、第一程控放大电路和第一解码器；

所述第二编码发射电路包括串联连接的第二编码器、第二载波调制电路和第二多谐振荡器；

所述第二解码接收电路包括依次串联连接的第二前置放大电路、第二滤波电路、第二程控放大电路和第二解码器。

在一种可能的实施例中，所述第一编码器和所述第二编码器的类型均为HT-12E数字编码芯片。

在一种可能的实施例中，所述第一解码器和所述第二解码器的类型均为HT-12D数字解码芯片。

第二方面，本发明实施例提供一种无线短传方法，应用于如权利要求第一方面中任一所述的近钻头无线短传系统中的第二接收发射控制模组；

所述方法包括：

控制第二单刀双掷继电器导通所述第二单刀双掷继电器的第二动触点，以将第二环形磁铁的外表面缠绕的第二螺旋线圈转换为接收天线；

接收发射短节发射的编码的井下测量数据；其中，所述井下测量数据包括井斜方位角、工具面角、地层电阻率和自然伽马值；

解码所述编码的井下测量数据，获得所述井下测量数据；

控制第二单刀双掷继电器导通所述第二单刀双掷继电器的第一动触点，以将所述第二螺旋线圈转换为发射天线；

对所述井下测量数据进行编码，生成井下测量编码数据；

将所述井下测量编码数据通过所述发射天线发送给LWD仪器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明在发射短节和接收短节上均设有接收发射控制模组，使得发射短节和接收短节均具有接受信号和发射信号的能力，从而实现了对发射短节进行远程调试功能、发射短节和接收短节之间无线短传功能以及接收短节与LWD仪器之间的无线短传功能，提高了近钻头无线短传的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种近钻头无线短传系统的结构连接图；

图2是本发明实施例提供的第一环形磁铁和第一螺旋线圈的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的接收电子仓元件电路连接图；

图4是本发明实施例提供的第二环形磁铁和第二螺旋线圈的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的发射电子仓元件电路连接图；

图6是本发明实施例提供的一种近钻头无线短传方法的流程图。

附图标记说明：1为LWD仪器，2为接收短节，21为第一环形磁铁，22为第一螺旋线圈，23为第一接收发射控制模组，24为第一单刀双掷继电器，3为螺杆，4为发射短节，41为第二环形磁铁，42为第二螺旋线圈，43为第二接收发射控制模组，44为第二单刀双掷继电器，5为钻头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

本发明实施例提供的一种可能的近钻头无线短传系统。请参阅图1，图1为该系统实施例的结构连接图，具体的，该系统包括自上而下设置的LWD仪器1、接收短节2、螺杆3、发射短节4和钻头5。

接收短节2的外壁上沿其周向设有的第一环形凹槽，第一环形凹槽内部设有第一环形磁铁21，第一环形磁铁21的外表面缠绕有第一螺旋线圈22，如图2所示为第一环形磁铁21和第一螺旋线圈22的结构示意图。

为了保护第一环形磁铁21和第一螺旋线圈22，在一种优选的实例中，第一环形凹槽外部设有第一盖板；第一盖板的外表面与接收短节2的外壁沿发射短节的径向平齐。

接收短节2中设有接收电子仓，如图3所示为本实施例中接收电子仓元件电路连接图。具体的，接收电子仓中设有第一接收发射控制模组23和第一单刀双掷继电器24；第一螺旋线圈22的一端接地，其相对的另一端接第一单刀双掷继电器24的静触点；第一单刀双掷继电器24的第一动触点连接第一接收发射控制模组23的发射输出端；第一单刀双掷继电器24的第二动触点连接第一接收发射控制模组23的接收输入端；第一单刀双掷继电器24的控制端连接第一接收发射控制模组23的控制端。

因此，当第一单刀双掷继电器24闭合其第一动触点，第一接收发射控制模组23切换为发射模式，第一螺旋线圈22即为发射天线，当第一单刀双掷继电器24闭合其第二动触点，第一接收发射控制模组23切换为接收模式，第一螺旋线圈22即为接收天线。

第一接收发射控制模组23是具有信息编码发射功能和信息解码接收功能的模组，这里给出一种较优的实例，具体为：

第一接收发射控制模组23包括第一控制器、第一编码发射电路、第一解码接收电路和第一储能电池；第一控制器分别连接第一编码发射电路的输入端、第一解码接收电路的输出端和第一单刀双掷继电器的控制端；第一编码发射电路的输出端为第一接收发射控制模组的发射输出端；第一解码接收电路的输入端为第一接收发射控制模组的接收输入端；第一储能电池供电连接第一控制器。

这里，第一编码发射电路包括串联连接的第一编码器、第一载波调制电路和第一多谐振荡器；第一解码接收电路包括依次串联连接的第一前置放大电路、第一滤波电路、第一程控放大电路和第一解码器。第一编码器的类型可以为HT-12E数字编码芯片；第一解码器的类型可以为HT-12D数字解码芯片。

发射短节4的外壁上沿其周向设有的第二环形凹槽，第二环形凹槽内部设有第二环形磁铁41，第二环形磁铁41的外表面缠绕有第二螺旋线圈42，如图4所示为第二环形磁铁41和第二螺旋线圈42的结构示意图。

为了保护第二环形磁铁41和第二螺旋线圈42，在二种优选的实例中，第二环形凹槽外部设有第二盖板；第二盖板的外表面与发射短节4的外壁沿发射短节的径向方向平齐。

发射短节4中设有发射电子仓，如图5所示为本实施例中发射电子仓元件电路连接图。具体的，发射电子仓中设有第二接收发射控制模组43和第二单刀双掷继电器44；第二螺旋线圈42的一端接地，其相对的另一端接第二单刀双掷继电器44的静触点；第二单刀双掷继电器44的第二动触点连接第二接收发射控制模组43的发射输出端；第二单刀双掷继电器44的第二动触点连接第二接收发射控制模组43的接收输入端；第二单刀双掷继电器44的控制端连接第二接收发射控制模组43的控制端。

因此，当第二单刀双掷继电器44闭合其第一动触点，第二接收发射控制模组43切换为发射模式，第二螺旋线圈42即为发射天线，当第二单刀双掷继电器44闭合其第二动触点，第二接收发射控制模组43切换为接收模式，第二螺旋线圈42即为接收天线。

第二接收发射控制模组43是具有信息编码发射功能和信息解码接收功能的模组，这里给出一种较优的实例，具体为：

第二接收发射控制模组43包括第二控制器、第二编码发射电路、第二解码接收电路和第二储能电池；第二控制器分别连接第二编码发射电路的输入端、第二解码接收电路的输出端和第二单刀双掷继电器的控制端；第二编码发射电路的输出端为第二接收发射控制模组的发射输出端；第二解码接收电路的输入端为第二接收发射控制模组的接收输入端；第二储能电池供电连接第二控制器。

这里，第二编码发射电路包括串联连接的第二编码器、第二载波调制电路和第二多谐振荡器；第二解码接收电路包括依次串联连接的第二前置放大电路、第二滤波电路、第二程控放大电路和第二解码器。第二编码器的类型可以为HT-12E数字编码芯片；第二解码器的类型可以为HT-12D数字解码芯片。

本实施例的工作原理为：

在对发射短节4进行远程调试功能时，将第一螺旋线圈22转换为发射线圈，并将第二螺旋线圈42转换为接收线圈，从而使第一接收发射控制模组23能够通过第一螺旋线圈22发出经过编码的调试指令，该编码的调试指令被调制成了一种高频信号，从而导致接收短节2各个方向和地层之间会产生涡流，该涡流会在第二螺旋线圈42周围产生交变的电磁场，从而产生和编码的调试指令相关的感应电流，第二接收发射控制模组43通过解码该感应电流携带的编码的调试指令，获得该调试指令，从而实现对发射短节4进行远程调试功能。

在进行发射短节4和接收短节2之间无线短传功能时，将第一螺旋线圈22转换为接收线圈，并将第二螺旋线圈42转换为发射线圈，从而使第二接收发射控制模组43能够通过第二螺旋线圈42发出经过编码的井下测量数据(例如井斜方位角、工具面角、地层电阻率和自然伽马值等)，该编码的井下测量数据被调制成了一种高频信号，从而导致发射短节4各个方向和地层之间会产生涡流，该涡流会在第一螺旋线圈22周围产生交变的电磁场，从而产生和编码的井下测量数据相关的感应电流，第一接收发射控制模组23通过解码该感应电流携带的编码的井下测量数据，获得该井下测量数据，从而实现发射短节4和接收短节2之间无线短传功能。

在进行接收短节2与LWD仪器1之间的无线短传功能时，将第一螺旋线圈22转换为发射线圈，从而使第一接收发射控制模组23能够通过第一螺旋线圈22发出经过编码的传输数据，该编码的传输数据被调制成了一种高频信号，从而导致接收短节2各个方向和地层之间会产生涡流，该涡流会在LWD仪器1周围产生交变的电磁场，从而使LWD仪器1接收到和编码的传输数据相关的感应电流，LWD仪器1通过解码该感应电流携带的编码的传输数据，获得该传输数据，从而实现接收短节2与LWD仪器1之间的无线短传功能。

基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种近钻头无线短传方法，其应用于上述系统实施例中的第一接收发射控制模组23。如图6所示为该方法实施例的流程图，具体包括步骤1至步骤6。

步骤1，控制第二单刀双掷继电器导通所述第二单刀双掷继电器的第二动触点，以将第二环形磁铁的外表面缠绕的第二螺旋线圈转换为接收天线。

步骤2，接收发射短节发射的编码的井下测量数据。

其中，所述井下测量数据包括井斜方位角、工具面角、地层电阻率和自然伽马值。

步骤3，解码所述编码的井下测量数据，获得所述井下测量数据。

步骤4，控制第二单刀双掷继电器导通所述第二单刀双掷继电器的第一动触点，以将所述第二螺旋线圈转换为发射天线。

步骤5，对所述井下测量数据进行编码，生成井下测量编码数据。

步骤6，将所述井下测量编码数据通过所述发射天线发送给LWD仪器。

具体的，LWD仪器在接收到井下测量编码数据后，通过解码可以获知井下测量数据，并通过泥浆脉冲发送给地面，从而完成近钻头测量系统的数据传输。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例在发射短节和接收短节上均设有接收发射控制模组，使得发射短节和接收短节均具有接受信号和发射信号的能力，从而实现了对发射短节进行远程调试功能、发射短节和接收短节之间无线短传功能以及接收短节与LWD仪器之间的无线短传功能，提高了近钻头无线短传的效率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种近钻头无线短传系统，其特征在于，包括：沿上下方向依次同轴设置的LWD仪器、接收短节、螺杆、发射短节和钻头；

所述接收短节的外壁上设有第一环形磁铁；所述第一环形磁铁的外表面缠绕有第一螺旋线圈；

所述接收短节中设有接收电子仓；所述接收电子仓中设有第一接收发射控制模组和第一单刀双掷继电器；所述第一螺旋线圈的一端接地，其相对的另一端接所述第一单刀双掷继电器的静触点；所述第一单刀双掷继电器的第一动触点连接所述第一接收发射控制模组的发射输出端；所述第一单刀双掷继电器的第二动触点连接所述第一接收发射控制模组的接收输入端；所述第一单刀双掷继电器的控制端连接所述第一接收发射控制模组的控制端；

所述发射短节的外壁上设有第二环形磁铁；所述第二环形磁铁的外表面缠绕有第二螺旋线圈；

所述发射短节中设有发射电子仓；所述发射电子仓中设有第二接收发射控制模组和第二单刀双掷继电器；所述第二螺旋线圈的一端接地，其相对的另一端接所述第二单刀双掷继电器的静触点；所述第二单刀双掷继电器的第一动触点连接所述第二接收发射控制模组的发射输出端；所述第二单刀双掷继电器的第二动触点连接所述第二接收发射控制模组的接收输入端；所述第二单刀双掷继电器的控制端连接所述第二接收发射控制模组的控制端。

2.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述第一环形凹槽外部设有第一盖板；所述第一盖板的外表面与所述接收短节的外壁在所述发射短节的径向方向上平齐。

3.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述第二环形凹槽外部设有第二盖板；所述第二盖板的外表面与所述接收短节的外壁沿所述发射短节的径向方向上平齐。

4.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述接收短节的外壁上沿其周向设有第一环形凹槽；所述第一环形磁铁设置在所述第一环形凹槽的内部。

5.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述发射短节的外壁上沿其周向设有第二环形凹槽；所述第二环形磁铁设置在所述第二环形凹槽的内部。

6.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述第一接收发射控制模组包括第一控制器、第一编码发射电路、第一解码接收电路和第一储能电池；所述第一控制器分别连接所述第一编码发射电路的输入端、所述第一解码接收电路的输出端和所述第一单刀双掷继电器的控制端；所述第一编码发射电路的输出端为所述第一接收发射控制模组的发射输出端；所述第一解码接收电路的输入端为所述第一接收发射控制模组的接收输入端；第一储能电池供电连接所述第一控制器；

所述第二接收发射控制模组包括第二控制器、第二编码发射电路、第二解码接收电路和第二储能电池；所述第二控制器分别连接所述第二编码发射电路的输入端、所述第二解码接收电路的输出端和所述第二单刀双掷继电器的控制端；所述第二编码发射电路的输出端为所述第二接收发射控制模组的发射输出端；所述第二解码接收电路的输入端为所述第二接收发射控制模组的接收输入端；第二储能电池供电连接所述第二控制器。

7.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述第一编码发射电路包括串联连接的第一编码器、第一载波调制电路和第一多谐振荡器；

所述第一解码接收电路包括依次串联连接的第一前置放大电路、第一滤波电路、第一程控放大电路和第一解码器；

所述第二编码发射电路包括串联连接的第二编码器、第二载波调制电路和第二多谐振荡器；

所述第二解码接收电路包括依次串联连接的第二前置放大电路、第二滤波电路、第二程控放大电路和第二解码器。

8.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述第一编码器和所述第二编码器的类型均为HT-12E数字编码芯片。

9.根据权利要求1所述的近钻头无线短传系统，其特征在于，所述第一解码器和所述第二解码器的类型均为HT-12D数字解码芯片。

10.一种无线短传方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一所述的近钻头无线短传系统中的第二接收发射控制模组；

所述方法包括：

控制第二单刀双掷继电器导通所述第二单刀双掷继电器的第二动触点，以将第二环形磁铁的外表面缠绕的第二螺旋线圈转换为接收天线；

接收发射短节发射的编码的井下测量数据；其中，所述井下测量数据包括井斜方位角、工具面角、地层电阻率和自然伽马值；

解码所述编码的井下测量数据，获得所述井下测量数据；

控制第二单刀双掷继电器导通所述第二单刀双掷继电器的第一动触点，以将所述第二螺旋线圈转换为发射天线；

对所述井下测量数据进行编码，生成井下测量编码数据；

将所述井下测量编码数据通过所述发射天线发送给LWD仪器。

Images