CN112228048A - 一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，包括井下发射/接收天线及设置在井口处的地面接收/发射天线；井下发射/接收天线与地面接收/发射天线之间采用20W/20~150Hz的大功率低频电磁波，使用FSK调制解调方案完成2~15bps的数据通讯；地面接收/发射天线通过地址识别井下设备完成对应设备的数据获取，并将数据传输给井口通讯设备，井口通讯设备将数据信息传输给总控电脑并接受来自总控电脑的指令，从而通过井口通讯设备对钻杆的钻进过程进行控制。本发明使用了电极天线的结构并基于大功率低频电磁波完成500米以内大桥桩基钻孔的随钻长距离无线数据通讯，成功实现了大桥桩基的随钻测量。
Description
技术领域
本发明涉及随钻测量电子电路技术领域，特别涉及一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，属于一种用于大桥桩基打孔随钻仪器配套的低频电磁波无线通讯技术方案。
背景技术
传统的大桥桩基钻孔工作过程中，其桥桩桩基钻孔需要有一定的垂直精度保证。传统的工艺在钻孔过程中需要钻孔，然后测量完成的钻孔是否符合垂直精度直径和基部岩层厚度等指标，如果出现问题则需要重钻或者导致桩基报废。在石油油井钻孔工艺中，随钻测量工艺已经十分成熟，但是由于工况差异，其随钻通讯方法并不能直接用于大桥桩基钻孔过程中，此项技术长时间没有突破。
针对实际应用需求，需要设计一种符合大桥桩基钻孔的随钻长距离通讯技术。目前用于石油钻井的无线随钻技术最成熟的是泥浆脉冲无线通讯技术，其特点是距离最远可达7000m以上，速率通常为每秒0.5~2bps。但是此项技术是基于石油加压破碎钻进工艺设计的，需要泥浆池、泥浆泵、密封加压泥浆循环通道等基础设施配套工作，大桥桩基钻孔为钻头旋进破碎方式，所以并不具备使用条件。另一项石油随钻技术是EMWD，其通过低频电磁波长距离传送测试信号，需要特制的绝缘短节才能使用，由于大桥桩基钻孔钻杆很粗，所以也不可行。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电磁波完成500米以内无线数据通讯的技术方案，解决了桩基孔钻孔井下无线通讯传输的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，包括设置在钻杆的钻头一端的测量短节，以及设置在井口处的井口通讯电极；
所述测量短节设置在所述钻杆的钻头一端，其包括密封外壳及密封端盖，设置在所述密封外壳内的发射/接受控制电路，以及通过绝缘套设置在所述密封端盖上的井下发射/接收天线；
所述井口通讯电极包括绝缘外筒，设置在所述绝缘外筒一端的地面接收/发射天线及设置在所述绝缘外筒另一端的电缆快速插头，所述地面接收/发射天线与电缆快速插头之间通过穿设在所述绝缘外筒内的电缆连通；
所述井下发射/接收天线与所述地面接收/发射天线之间采用20~150Hz的低频电磁波，使用FSK调制解调方案，发射功率为20W，完成2~15bps的数据通讯；
所述地面接收/发射天线通过地址识别井下设备完成对应设备的数据获取，并将数据传输给井口通讯设备，所述井口通讯设备将数据信息传输给总控电脑并接受来自所述总控电脑的指令，从而通过所述井口通讯设备对所述钻杆的钻进过程进行控制。
其中，所述绝缘外筒内的空隙通过硅胶树脂填充，以起到绝缘防水及固定内部元器件的作用；且，所述绝缘外筒内还埋设有安全钢丝绳，以用于所述井口通讯电极的快速打捞并防止拉断电缆。
通过上述技术方案，本发明使用了电极天线的结构并基于大功率低频电磁波完成500米以内大桥桩基钻孔的随钻长距离无线数据通讯，同时实现了一台井口设备对应多个井下终端完成数据通讯的特殊要求，从而成功实现了大桥桩基的随钻测量。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的钻井及通讯系统示意图；
图2为本发明实施例所公开的测量短节结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的井口通讯电极结构示意图。
图中数字表示：10.水层；20.钻遇岩层；30.套管；40.钻杆；50.井口通讯设备；60.总控电脑；70.测量短节；71.密封外壳；72.发射/接受控制电路；73.密封端盖；74.绝缘套；75.井下发射/接收天线；80.井口通讯电极；81.绝缘外筒；82.地面接收/发射天线；83.电缆快速插头；84.安全钢丝绳；85.电缆；86.硅胶树脂。
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、完整地描述。
参考图1，本发明提供了一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，包括设置在钻杆40的钻头一端的测量短节70，以及设置在井口处的井口通讯电极80；其中，在大桥桩基打孔时，钻杆40设置在套管30内，套管30穿过水层10后并在钻杆40钻进过程中逐步穿入钻遇岩层20内。
参考图2，测量短节70设置在钻杆40的钻头一端，其包括密封外壳71及密封端盖73，设置在密封外壳71内的发射/接受控制电路72，以及通过绝缘套74设置在密封端盖73上的井下发射/接收天线75。
参考图3，井口通讯电极80包括绝缘外筒81，设置在绝缘外筒81一端的地面接收/发射天线82及设置在绝缘外筒81另一端的电缆快速插头83，地面接收/发射天线82与电缆快速插头83之间通过穿设在绝缘外筒81内的电缆85连通；绝缘外筒81内的空隙通过硅胶树脂86填充，以起到绝缘防水及固定内部元器件的作用；具体实施时，井口通讯电极80通常是抛在水面上呈漂浮状态，因此，在绝缘外筒81内还埋设有安全钢丝绳84，以用于井口通讯电极80的快速安打捞并防止拉断电缆。
参考图1，本发明具体实施时，在钻杆40钻进过程中，设置在钻杆40钻头一端的井下发射/接收天线75与地面接收/发射天线82之间采用20~150Hz的低频电磁波，使用FSK调制解调方案，发射功率为20W，完成2~15bps的数据通讯；地面接收/发射天线82通过地址识别井下设备完成对应设备的数据获取，并将数据传输给井口通讯设备50，井口通讯设备50将数据信息传输给总控电脑60并接受来自总控电脑60的指令，从而通过井口通讯设备50对钻杆40的钻进过程进行控制；其中，一台总控电脑60及井口通讯设备50可以同时实现多个钻杆40的钻进过程的数据通讯。
对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，其特征在于，包括设置在钻杆（40）的钻头一端的井下发射/接收天线（75），以及设置在井口处的地面接收/发射天线（82）；
所述井下发射/接收天线（75）与所述地面接收/发射天线（82）之间采用20~150Hz的低频电磁波，使用FSK调制解调方案，发射功率为20W，完成2~15bps的数据通讯；
所述地面接收/发射天线（82）通过地址识别井下设备完成对应设备的数据获取，并将数据传输给井口通讯设备（50），所述井口通讯设备（50）将数据信息传输给总控电脑（60）并接受来自所述总控电脑（60）的指令，从而通过所述井口通讯设备（50）对所述钻杆（40）的钻进过程进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，其特征在于，还包括测量短节（70）；所述测量短节（70）设置在所述钻杆（40）的钻头一端，其包括密封外壳（71）及密封端盖（73），设置在所述密封外壳（71）内的发射/接受控制电路（72），以及通过绝缘套（74）设置在所述密封端盖（73）上的所述井下发射/接收天线（75）。
3.根据权利要求1所述的一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，其特征在于，还包括井口通讯电极（80）；所述井口通讯电极（80）包括绝缘外筒（81），设置在所述绝缘外筒（81）一端的所述地面接收/发射天线（82）及设置在所述绝缘外筒（81）另一端的电缆快速插头（83），所述地面接收/发射天线（82）与电缆快速插头（83）之间通过穿设在所述绝缘外筒（81）内的电缆（85）连通。
4.根据权利要求3所述的一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，其特征在于，所述绝缘外筒（81）内的空隙通过硅胶树脂（86）填充，以起到绝缘防水及固定内部元器件的作用。
5.根据权利要求3所述的一种用于大桥桩基打孔随钻仪器的无线通讯方法，其特征在于，所述绝缘外筒（81）内还埋设有安全钢丝绳（84），以用于所述井口通讯电极（80）的快速打捞并防止拉断电缆。
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