CN112983404B - 一种双绝缘近钻头无线传输接收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双绝缘近钻头无线传输接收系统，包括依次套接的接收处理电路、第一接收绝缘体、第二接收绝缘体、螺杆马达、第一发射绝缘体和第二发射绝缘体；第一接收绝缘体内部设置有信号绝缘短节，信号绝缘短节两端连接有第一金属扶正器套筒和第二金属扶正器套筒，第一金属扶正器套筒上设置有第一天线，第二金属扶正器套筒上设置有第二天线，第二天线位于接收处理电路内部，第一金属扶正器套筒内设置有有一根导线连接第一天线，第二金属扶正器套筒内设置有有一根导线连接第二天线，第一接收绝缘体内部设置有信号绝缘短节，第一天线位于第二接收绝缘体内部，第二天线的另一端与无线随钻MWD连接。解决了近钻头信号接收短节与MWD设备信号连接的问题。

Description

一种双绝缘近钻头无线传输接收系统

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域，尤其涉及一种双绝缘近钻头无线传输接收系统。

背景技术

目前市场上的产品是有几种解决方案，第一种是近钻头发射系统与接收系统采用螺杆穿线的有线传输，主要缺陷是螺杆是一种高温高压下非规则运动动力总成，实现内部过线需要解决高温高压下动密封和通信绝缘等问题，可靠性非常差，国内基本上属于试验阶段。第二种解决方案是近钻头发射系统与接收系统采用无线传输，接收短节采用钻铤式结构，接收电路安装在钻铤壁上，接收电路与居中在钻铤里的MWD通过多芯滑环伸缩杆的连接形式实现，这种情况主要是因为MWD采用的上悬挂的脉冲信号发生器，所以无磁钻铤长度必须与MWD仪器长度基本匹配，通过伸缩杆的有限长度来实现MWD外部无磁钻铤与MWD仪器的长度匹配，这种信号接收方式主要有两方面的问题，第一无磁需要特定长度的无磁，如果遇到无磁需要修扣导致长度减小，就无法匹配，第二个问题就是多芯滑环伸缩杆结构可靠性差，导致近钻头信号与MWD之间失联率增加。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种双绝缘近钻头无线传输接收系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种双绝缘近钻头无线传输接收系统，包括依次套接的接收处理电路、第一接收绝缘体、第二接收绝缘体、螺杆马达、第一发射绝缘体和第二发射绝缘体；所述第一接收绝缘体内部设置有信号绝缘短节，所述信号绝缘短节两端连接有第一金属扶正器套筒和第二金属扶正器套筒，所述第一金属扶正器套筒上设置有第一天线，第二金属扶正器套筒上设置有第二天线，所述第二天线位于所述接收处理电路内部，第一金属扶正器套筒内设置有有一根导线连接第一天线，第二金属扶正器套筒内设置有有一根导线连接第二天线，所述第一接收绝缘体内部设置有信号绝缘短节，所述第一天线位于所述第二接收绝缘体内部，第二天线的另一端与无线随钻MWD连接。

根据一种可能的设计，第一天线和第二天线的双天线结构采用耐腐蚀和冲刷的弹簧钢片结构，弹簧钢片结构包括3片弓形弹片，相邻的弓形弹片间隔120度。

根据一种可能的设计，所述弓形弹片的厚度为2mm，长度为25mm。

根据一种可能的设计，所述第一天线的一端和所述第二天线的一端均设置有橡胶扶正器。

根据一种可能的设计，所述第一接收绝缘体和所述第二接收绝缘体之间设置有接收内绝缘环和接收外绝缘环。

根据一种可能的设计，所述第一发射绝缘体和第二发射绝缘体之间设置有发射内绝缘环和发射外绝缘环。

根据一种可能的设计，所述第一接收绝缘体和所述第二接收绝缘体上均设置有耐磨带，耐磨带分布在接收外绝缘环两侧。

根据一种可能的设计，耐磨带高于第一接收绝缘体和所述第二接收绝缘体。

根据一种可能的设计，所述耐磨带的宽度为50mm，所述耐磨带与第一接收绝缘体和所述第二接收绝缘体的高度差为3.5mm。

本发明的有益效果：

1)解决了近钻头发射数据可以跨螺杆无线传输。2)解决了近钻头信号接收短节与MWD设备信号连接的问题。3)解决了现场采用可以采用通用的标准无磁钻铤，MWD和近钻头接收电路可以任意自由上提下放，不影响信号的接收。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种双绝缘近钻头无线传输接收系统的结构示意图；

图2为图1中第一天线处的局部放大图；

图3为图2另一视角下的示意图；

附图标记说明：

1-第一接收绝缘体，2-接收内绝缘环，3-接收外绝缘环，4-第二接收绝缘体，5-第一天线，6-信号绝缘短节，7-耐磨带，8-第一发射绝缘体，9-发射内绝缘环，10-第二发射绝缘体，11-发射外绝缘环，12-第二天线，13-接收处理电路，14-螺杆马达，15-第一金属扶正器套筒，16-第二金属扶正器套筒，17-橡胶扶正器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1-3，本发明实施例提供一种双绝缘近钻头无线传输接收系统，包括：

依次套接的接收处理电路13、第一接收绝缘体1、第二接收绝缘体4、螺杆马达14、第一发射绝缘体8和第二发射绝缘体10；

所述第一接收绝缘体1内部设置有信号绝缘短节6，所述信号绝缘短节6两端连接有第一金属扶正器套筒15和第二金属扶正器套筒16，所述第一金属扶正器套筒15上设置有第一天线5，第二金属扶正器套筒16上设置有第二天线12，所述第二天线12位于所述接收处理电路13内部，第一金属扶正器套筒15内设置有有一根导线连接第一天线5，第二金属扶正器套筒16内设置有有一根导线连接第二天线12，所述第一接收绝缘体1内部设置有信号绝缘短节6，所述第一天线5位于所述第二接收绝缘体4内部，第二天线12的另一端与无线随钻MWD连接。由外部第一接收绝缘体1、第二接收绝缘体4接收的信号通过天线耦合下来，然后通过第一金属扶正器套筒15和第二金属扶正器套筒16，内部导线把信号送到接收处理电路13。

在一个示例中，所述第一接收绝缘体1和所述第二接收绝缘体4上均设置有耐磨带7，耐磨带7分布在接收外绝缘环3两侧，耐磨带7高于第一接收绝缘体1和所述第二接收绝缘体4，主要功能是防止钻井过程中，井壁岩石对收外绝缘环3的磕碰与磨损。示例性的，耐磨带7的宽度为50mm，与第一接收绝缘体1和所述第二接收绝缘体4的高度差为3.5mm。

在一个示例中，第一天线5和第二天线12的双天线结构采用耐腐蚀和冲刷的弹簧钢片结构，弹簧钢片结构包括3片弓形弹片，相邻的弓形弹片间隔120度，可以让整个仪器在钻铤里居中，起到扶正减震的作用。不同无磁钻铤与信号接收短节的内径有很多种不同尺寸，弹簧钢片就可以压缩，可以确保信号的节凑可靠性，弹簧钢片就是天线，天线弹片，就是一条2mm厚度，25mm长的弓形弹片3片，每片间隔120度左右组成一个弓形扶正器样子，主要作用是把信号耦合下来，第二扶正固定好仪器在接收短节里。

示例性的，弓形弹片的厚度为2mm，长度为25mm。

在一个示例中，为了确保第一天线5与第二天线12有效耦合信号的可靠性，我们在第一天线5的一端和第二天线12的一端均加入了橡胶扶正器17，橡胶扶正器的主要作用让无线随钻仪器居中，这样天线就能很好的与第一接收绝缘体1和第二接收绝缘体4很好的接触。

在一个示例中，所述第一接收绝缘体1和所述第二接收绝缘体4之间设置有接收内绝缘环2和接收外绝缘环3。

在一个示例中，所述第一发射绝缘体8和第二发射绝缘体10之间设置有发射内绝缘环9和发射外绝缘环11。

接收信号钻铤短节由第一接收绝缘体1，第二接收绝缘体4，内绝缘环2，外绝缘环3组成外部钻铤绝缘体系，主要作用是承接井下马达与钻杆的刚性连接，扭矩等要求。第一接收绝缘体1，第二接收绝缘体4形成接收近钻头信号的正负两级，就像干电池的正负两级一样，正负极之间需要绝缘处理，需要需要第一接收绝缘体1，第二接收绝缘体4拖过螺纹连接后的两个端面不能短路，所以需要两个陶瓷或者PEEK材料的绝缘环来防止第一接收绝缘体1，第二接收绝缘体4之间端面短路，第一接收绝缘体1，第二接收绝缘体4连接起来的螺纹也需要做绝缘处理，即螺纹扣需要做PEEK或者陶瓷喷涂。

上述的双绝缘近钻头无线传输接收系统包括两大部分：

第一大部分就是近钻头外部钻铤绝缘部分，主要由第一接收绝缘体1、接收内绝缘环2、接收外绝缘环3、第二接收绝缘体4、耐磨带7组成。

第二大部分由近钻头接收探管绝缘部分组成，主要由第一天线5、第二接收天线12、信号绝缘短节6，接收处理电路13组成。

辅助部分是为了帮助说明近钻头无线传输的原理，第一发射绝缘体8、发射内绝缘环9、第二发射绝缘体10、发射外绝缘环11，螺杆马达14组成。

工作原理：

1)近钻头无线传输的工作原理是近钻头发射短节的第一发射绝缘体8以电流正极的形式发射一个调制的信号，信号跨过螺杆马达14后到达近钻头接收系统的外绝缘钻铤的第二接收绝缘体4，相当于信号接收负极，再由第一天线5耦合电信号进入接收处理电路13里面，为了构成信号传输闭环，近钻头接收系统的外绝缘钻铤的第一接收绝缘体1(相当于信号接收正极)通过第二天线12耦合信号进入到接收处理电路13，同时跨螺杆马达14无线传输，与第二发射绝缘体10(即发射的电流负极)形成信号接收回路。

2)第一发射绝缘体8、发射内绝缘环9、第二发射绝缘体10、发射外绝缘环11组成近钻头发射短节的电流发射的正负极，同时起到连接螺杆马达14与钻头之间的刚性连接。

3)第一接收绝缘体1、接收内绝缘环2、接收外绝缘环3、第二接收绝缘体4、耐磨带7组成近钻头接收短节的电流接收的正负极，同时起到连接无线随钻MWD的外部无磁钻铤与螺杆马达的刚性连接。

4)第一天线5耦合到第一接收绝缘体1的调制信号，第二天线12耦合到第二接收绝缘体4的调制信号后，通过调制解调进入到接收处理电路13里，第二天线12的另一端就直接与无线随钻MWD连接，这样就完成了MWD与近钻头采集数据的连接。

5)可以调整近钻头接收探管绝缘部分第一天线5与第二天线12之间的距离来适配不同MWD外部无磁长度，双天线结构采用耐腐蚀和冲刷的弹簧钢片结构可以让整个仪器在钻铤里居中，不仅仅是接收信号的功能，还有扶正减震的作用。不同无磁钻铤与信号接收短节的内径有很多种不同尺寸，弹簧钢片就可以压缩，可以确保信号的节凑可靠性，弹簧钢片就是天线，天线弹片，就是一条2mm后，25mm长的弓形弹片3片，每片间隔120度左右组成一个弓形扶正器样子，主要作用是把信号耦合下来，第二扶正固定好仪器在接收短节里。

6)因为MWD无磁钻铤的内径有很多种，通过更换不同尺寸的天线弹片(即弓形弹片)可以快速的适用不同的钻铤内部大小尺寸。

7)信号绝缘短节6，接收内绝缘环2、接收外绝缘环3、发射内绝缘环9、发射外绝缘环11由陶瓷，Peek，或者绝缘复合材料组成，主要是基于电流无线传输隔离之用。

8)为了确保第一天线5与第二天线12有效耦合信号的可靠性，我们在天线弹片的一端加入了橡胶扶正器，橡胶扶正器的主要作用让无线随钻仪器居中，这样天线就能很好的与第一接收绝缘体1和第二接收绝缘体4很好的接触。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双绝缘近钻头无线传输接收系统，其特征在于，包括：

依次套接的接收处理电路(13)、第一接收绝缘体(1)、第二接收绝缘体(4)、螺杆马达(14)、第一发射绝缘体(8)和第二发射绝缘体(10)；

所述第一接收绝缘体(1)内部设置有信号绝缘短节(6)，所述信号绝缘短节(6)两端连接有第一金属扶正器套筒(15)和第二金属扶正器套筒(16)，所述第一金属扶正器套筒(15)上设置有第一天线(5)，第二金属扶正器套筒(16)上设置有第二天线(12)，所述第二天线(12)位于所述接收处理电路(13)内部，第一金属扶正器套筒(15)内设置有与一根导线连接的第一天线(5)，第二金属扶正器套筒(16)内设置有与一根导线连接的第二天线(12)，所述第一接收绝缘体(1)内部设置有信号绝缘短节(6)，所述第一天线(5)位于所述第二接收绝缘体(4)内部，第二天线(12)的另一端与无线随钻MWD连接，其中：

第一天线(5)和第二天线(12)的双天线结构采用耐腐蚀和冲刷的弹簧钢片结构，弹簧钢片结构包括3片弓形弹片，相邻的弓形弹片间隔120度；

所述第一接收绝缘体(1)和所述第二接收绝缘体(4)上均设置有耐磨带(7)，耐磨带(7)分布在接收外绝缘环(3)两侧。

2.根据权利要求1所述的双绝缘近钻头无线传输接收系统，其特征在于，所述弓形弹片的厚度为2mm，长度为25mm。

3.根据权利要求1所述的双绝缘近钻头无线传输接收系统，其特征在于，所述第一天线(5)的一端和所述第二天线(12)的一端均设置有橡胶扶正器(17)。

4.根据权利要求1所述的双绝缘近钻头无线传输接收系统，其特征在于，所述第一接收绝缘体(1)和所述第二接收绝缘体(4)之间设置有接收内绝缘环(2)和接收外绝缘环(3)。

5.根据权利要求1所述的双绝缘近钻头无线传输接收系统，其特征在于，所述第一发射绝缘体(8)和第二发射绝缘体(10)之间设置有发射内绝缘环(9)和发射外绝缘环(11)。

6.根据权利要求1所述的双绝缘近钻头无线传输接收系统，其特征在于，耐磨带(7)高于第一接收绝缘体(1)和所述第二接收绝缘体(4)。

7.根据权利要求6所述的双绝缘近钻头无线传输接收系统，其特征在于，所述耐磨带(7)的宽度为50mm，所述耐磨带(7)与第一接收绝缘体(1)和所述第二接收绝缘体(4)的高度差为3.5mm。