CN113738349A - 无线电磁传输装置 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提出了一种无线电磁传输装置，应用于井下钻具与随钻测量系统MWD之间，包括：无线发射模块、无线发射天线、无线接收模块和无线接收天线；所述无线发射模块，设置为将所述井下钻具采集的数据调制成预设频率的信号，并对所述信号进行耦合和放大后驱动到所述无线发射天线进行发射；所述无线接收天线，设置为接收所述无线发射天线发射的信号；所述无线接收模块，设置为捕获并处理所述无线接收天线接收到的信号后，将处理后的信号后传输给所述MWD。该无线电磁传输装置解决了近钻头传感器与MWD之间通讯问题，能同时适应水基、油基泥浆等各种传输介质。
Description
技术领域
本发明涉及随钻及旋转导向技术领域，尤其涉及无线电磁传输装置。
背景技术
随着随钻及旋转导向技术的发展，测井仪器呈现模块化发展趋势，目前，各模块之间电气连接方式多采用有线连接，如：EEJ(贝克休斯)、硬连接(哈里伯顿)、软连接(长城钻探)和TMC(APS)等，由于有线连接都用到了旋转连接器，故均存在现场安装复杂、造价高昂、密封困难等缺点，为了更及时、更准确的获得井下信息，通常会在靠近钻头的位置安装传感器用于数据采集，但由于钻头和MWD(随钻测量系统)之间存在螺杆马达或者旋转导向系统，二者之间很难用线缆进行数据传输。
发明内容
本申请提供了一种无线电磁传输装置，解决了近钻头传感器与MWD之间通讯问题，能同时适应水基、油基泥浆等各种传输介质。
本申请提供的一种无线电磁传输装置，应用于井下钻具与随钻测量系统MWD之间，包括：
无线发射模块、无线发射天线、无线接收模块和无线接收天线；
所述无线发射模块，设置为将所述井下钻具采集的数据调制成预设频率的信号，并对所述信号进行耦合和放大后驱动到所述无线发射天线进行发射；
所述无线接收天线，设置为接收所述无线发射天线发射的信号；
所述无线接收模块，设置为捕获并处理所述无线接收天线接收到的信号后，将处理后的信号后传输给所述MWD。
一种示例性的实施例中，所述无线发射模块，包括调制模块、调理电路和放大器；
所述调制模块，设置为将所述井下钻具采集的数据调制成预设频率的信号；
所述调理电路，设置为对调制后的信号进行耦合；
所述放大器，设置为对耦合后的信号进行功率放大。
一种示例性的实施例中，所述无线发射天线包括导线绕组和磁环；所述磁环上绕有天线；
所述导线绕组，设置为根据功率放大后的信号产生所述预设频率的交流电；
所述磁环，设置为根据所述交流电产生按照所述预设频率变化的磁场，以产生电磁信号。
一种示例性的实施例中，所述无线接收天线接收所述无线发射天线发射的信号包括：
所述无线接收天线捕获所述无线发射天线发出的电磁信号。
一种示例性的实施例中，所述无线接收模块包括电流产生电路、处理电路和传输电路；
所述电流产生电路，设置为根据所述无线接收天线接收到的电磁信号产生感应电动势；根据所述感应电动势产生感应电流；
所述处理电路，设置为对所述感应电流进行放大、提取、解码和检验；
所述传输电路，设置为将所述处理电路处理后的感应电流传输给所述MWD。
一种示例性的实施例中，所述预设频率在300Hz-2KHz之间。
一种示例性的实施例中，所述预设频率在10KH-1MHz之间。
一种示例性的实施例中，所述无线发射模块和无线接收模块分别设置在位于所述井下钻具两端的上数据遥传短节和下测量短节中。
一种示例性的实施例中，所述井下钻具与随钻测量系统MWD之间包括螺杆马达和旋转导向系统，所述螺杆马达和旋转导向系统位于无线发射模块和无线发射天线、以及无线接收模块和无线接收天线之间。
一种示例性的实施例中，调制和解调采用曼彻斯特编码。
综上，本发明实施例提供的装置解决了近钻头传感器与MWD之间通讯问题，能同时适应水基、油基泥浆等各种传输介质。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本发明实施例的无线电磁传输装置的示意图。
图2为根据本发明实施例的随钻及旋转导向测量信号无线跨传技术系统模型。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1为本发明实施例的无线电磁传输装置的示意图，如图1所示，本实施例的无线电磁传输装置包括：无线发射模块、无线发射天线、无线接收模块和无线接收天线；
所述无线发射模块，设置为将所述井下钻具采集的数据调制成预设频率的信号，并对所述信号进行耦合和放大后驱动到所述无线发射天线进行发射；
所述无线接收天线，设置为接收所述无线发射天线发射的信号；
所述无线接收模块，设置为捕获并处理所述无线接收天线接收到的信号后，将处理后的信号后传输给所述MWD。
一种可选实施方式中，所述无线发射模块，包括调制模块、调理电路和放大器；
所述调制模块，设置为将所述井下钻具采集的数据调制成预设频率的信号；
所述调理电路，设置为对调制后的信号进行耦合；
所述放大器，设置为对耦合后的信号进行功率放大。
一种可选实施方式中，所述无线发射天线包括导线绕组和磁环；所述磁环上绕有天线；
所述导线绕组，设置为根据功率放大后的信号产生所述预设频率的交流电；
所述磁环，设置为根据所述交流电产生按照所述预设频率变化的磁场，以产生电磁信号。
一种可选实施方式中，所述无线接收天线接收所述无线发射天线发射的信号包括：
所述无线接收天线捕获所述无线发射天线发出的电磁信号。
一种可选实施方式中，所述无线接收模块包括电流产生电路、处理电路和传输电路；
所述电流产生电路，设置为根据所述无线接收天线接收到的电磁信号产生感应电动势；根据所述感应电动势产生感应电流；
所述处理电路，设置为对所述感应电流进行放大、提取、解码和检验；
所述传输电路，设置为将所述处理电路处理后的感应电流传输给所述MWD。
一种可选实施方式中，所述预设频率在300Hz-2KHz之间。
一种可选实施方式中，所述预设频率在10KH-1MHz之间。
一种可选实施方式中，所述无线发射模块和无线接收模块分别设置在位于所述井下钻具两端的上数据遥传短节和下测量短节中。
一种可选实施方式中，所述螺杆马达和旋转导向系统位于无线发射模块和无线发射天线、以及无线接收模块和无线接收天线之间。
一种可选实施方式中，调制和解调采用曼彻斯特编码。
图2为根据本发明实施例的随钻及旋转导向测量信号无线跨传技术系统模型，所述随钻及旋转导向测量信号无线跨传技术系统模型包括了：上数据遥传短节1(接收短节)，井下钻具4以及下测量短节6(发射短节)。其中，上数据遥传短节又包括无线接收模块2与无线接收天线3；下测量短节又包括无线发射模块7与无线发射天线5；井下钻具包括：螺杆马达或者旋转导向系统。
在图2中，由1、2、3组装成上数据遥传短节(即接收短节)，3(即无线接收天线)由天线固定环固定在上数据遥传短节上；5、6、7组装成下测量短节(即发射短节)，5(即无线发射天线)有天线固定环固定在下测量短节上；123和567分别靠螺纹配合与4连接在一起。无线发射天线采用螺旋绕线。
各传感器采集数据由主控板收集，统一打包给无线发射模块，通过RS485接口传递数据。无线接收模块通过上短节接口电路板将信号传输给MWD，主要包括定向数据，伽马数据等。接口电路板通过485将信号传输至MWD中。
无线跨传技术电磁传输的核心部件是绕有天线的磁环，该磁环能够产生电磁辐射，这种使信号以交变电流场的形式传播的导磁装置称为发射天线；能够有效捕获到电磁信号，并产生相应感应电动势的导磁装置称为接收天线。
无线跨传技术电磁传输基于偶极天线原理，发送时，通过下测量短节的无线发射模块将近钻头传感器的采集信息编码、调制、驱动至无线发射天线，将采集信号发出；接收时，通过上数据遥传短节的无线接收模块捕获来自无线接收天线的测量信号，加以放大、提取、解码、校验等一系列处理后将数据接收，之后传递给MWD，实现近钻头传感器的采集信息到MWD的无线跨传电磁传输。
无线发射模块将井下近钻头附近传感器采集的随钻数据调制成某一频率的信号，该信号经过调理电路进行耦合(两个电路构成一个网络时，若其中某一电路中电流或电压发生变化，能影响到另一个电路也发生类似的变化，这种网络叫做耦合电路。耦合的作用就是把某一电路的能量输送(或转换)到其他的电路中去。)，然后经放大器进行功率增益放大，从而在发射天线中产生同一频率的交流电，在交流电的影响下，发射天线的磁环将产生同一频率变化的磁场，该磁场在井下钻具无线接收模块和无线发射模块两端将产生感应电动势，在感应电动势作用下，产生感应电流场，正是由于这一感应电流场的形成，就可以实现跨越井下钻具的随钻及旋转导向测量信号无线电磁传输。
由于无线发射天线基于偶极天线原理，并采用曼彻斯特编码方式，当其工作频率在300Hz～2KHz之间时，可以在水基泥浆内工作，当其工作频率在10Khz～1MHz之间时，可以在油基泥浆内工作，无线传输速率可以达到75bps。
由于测量信号的传输方式为无线电磁传输，所以不受位置、尺寸限制。
由于此技术可实现近钻头传感器的采集信息到MWD的无线跨传电磁传输，所以减少连接标准件的数量，缩短了仪器长度，节约了成本。本申请采取无线短传(需跨越无法布线的短节)，无需绝缘，选用的天线规格小，无需额外金属屏蔽绝缘层；并且无需中继，将泥浆脉冲作为传输介质，传输速度快(约75bps)。
由于此技术上数据遥传短节与下测量短节的无线接收模块与无线发射模块均为模块化结构，所以便于随时更换、升级、维保。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上仅为本发明的优选实施例，当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种无线电磁传输装置，应用于井下钻具与随钻测量系统MWD之间，包括：
无线发射模块、无线发射天线、无线接收模块和无线接收天线；
所述无线发射模块，设置为将所述井下钻具采集的数据调制成预设频率的信号，并对所述信号进行耦合和放大后驱动到所述无线发射天线进行发射；
所述无线接收天线，设置为接收所述无线发射天线发射的信号；
所述无线接收模块，设置为捕获并处理所述无线接收天线接收到的信号后，将处理后的信号后传输给所述MWD。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述无线发射模块，包括调制模块、调理电路和放大器；
所述调制模块，设置为将所述井下钻具采集的数据调制成预设频率的信号；
所述调理电路，设置为对调制后的信号进行耦合；
所述放大器，设置为对耦合后的信号进行功率放大。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述无线发射天线包括导线绕组和磁环；所述磁环上绕有天线；
所述导线绕组，设置为根据功率放大后的信号产生所述预设频率的交流电；
所述磁环，设置为根据所述交流电产生按照所述预设频率变化的磁场，以产生电磁信号。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述无线接收天线接收所述无线发射天线发射的信号包括：
所述无线接收天线捕获所述无线发射天线发出的电磁信号。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述无线接收模块包括电流产生电路、处理电路和传输电路；
所述电流产生电路，设置为根据所述无线接收天线接收到的电磁信号产生感应电动势；根据所述感应电动势产生感应电流；
所述处理电路，设置为对所述感应电流进行放大、提取、解码和检验；
所述传输电路，设置为将所述处理电路处理后的感应电流传输给所述MWD。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述预设频率在300Hz-2KHz之间。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述预设频率在10KH-1MHz之间。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述无线发射模块和无线接收模块分别设置在位于所述井下钻具两端的上数据遥传短节和下测量短节中。
9.如权利要求8所述的装置，所述井下钻具与随钻测量系统MWD之间包括螺杆马达和旋转导向系统，其特征在于：
所述螺杆马达和旋转导向系统位于无线发射模块和无线发射天线、以及无线接收模块和无线接收天线之间。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
调制和解调采用曼彻斯特编码。
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