CN117156309A - 一种地球深部探测信号中继短节结构及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地球深部探测信号中继短节结构及电路，包括：电触柱、线圈组件、外壳、磁耦合通信电路板、中继电路板、储能电容和六芯通信电缆；外壳的一端嵌合电触柱、连接线圈组件，通过与其他接头上的电触柱相连，形成连通导体传输电流，所传输的电流经过相邻的线圈组件，根据电感效应，将电信号转化为磁场，线圈组件内嵌的导线，又将磁信号转化为电信号，通过这一过程实现了不同钻杆间无线方式的电信号传输；线圈组件远离外壳的一端连接磁耦合通信电路板，该磁耦合通信电路板控制上述过程中信号的传输。本发明的有益效果是：信号更加稳定精确，能够较早地发现、处理钻探过程中发现的不良地质情况，减少钻井工艺中的损失。
Description
技术领域
本发明涉及地球深部探测信号领域，尤其涉及一种地球深部探测信号中继短节结构及电路。
背景技术
常规钻杆传输将电缆(带湿接头插头总成)通过旁通从传输钻杆中快速下放，完成测井仪器与地面信息处理设备的连接，全部对接过程在井下完成，这一现有技术存在一线难点或问题：一、电缆旁通出套管鞋后的作业安全问题。常规钻杆传输测井中旁通以上电缆裸露在环空中，易发生安全事故。二、各种客观因素(斜度大、泥浆不干净、钻具水眼小等)造成的对接不成功，及外界因素造成湿接头松脱，致使信息传递中断问题。三、因电缆根据实际施工中的工作需要，或者为做到电缆防护进行的收放等造成仪器和电缆运动不同步，致使测井数据获取错误等。
基于此，对比常规钻杆传输测井技术中出现的若干缺点，钻杆传输无线工艺仪器不需要湿接头、电缆、旁通等复杂设备，不存在对接失败、通信中断的问题；在下钻至预测井段上部时，根据预设定开始测井时间进行后续起下钻测井施工，全部测井数据随测存储于底部数据存储器，仪器出井后统一解析等方面的优点。但是在信号的无线传输过程中，会产生外界的噪声和强度的衰减。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种地球深部探测信号中继短节结构及电路，一种地球深部探测信号中继短节结构，该结构包括上半部分和下半部分，上半部分包括：上半部分包括：第一电触柱、第一线圈组件、第一外壳、第一磁耦合通信电路板、中继电路板、第一储能电容和六芯通信电缆；第一电触柱、第一线圈组件、第一磁耦合通信电路板、中继电路板和第一储能电容均位于第一外壳内，第一六芯通信电缆连接第一磁耦合通信电路板，并穿出第一外壳；
下半部分包括第二电触柱、第二线圈组件、第二外壳、第二磁耦合通信电路板、第二储能电容和第二六芯通信电缆；第二电触柱、第二线圈组件、第二磁耦合通信电路板和第二储能电容均位于第二外壳内，第二六芯通信电缆连接第二磁耦合通信电路板，并穿出第二外壳；
第一外壳的一端嵌合第一电触柱、连接第一线圈组件，通过与其他接头上的第二电触柱相连，形成连通导体传输电流，所传输的电流经过相邻的第一线圈组件，根据电感效应，将电信号转化为磁场，根据第二线圈组件内嵌的导线，又将磁信号转化为电信号，通过这一过程实现了不同钻杆间无线方式的电信号传输；
第一线圈组件远离第一外壳和第二线圈组件远离第二外壳的一端分别连接第一磁耦合通信电路板和第二磁耦合通信电路板，第一磁耦合通信电路板和第二磁耦合通信电路板控制上述过程中信号的传输；
第一外壳、第二外壳将中继短节结构与钻井内的钻井液分隔，用于保证电流及信号传输的安全性与稳定性。
进一步地，所述中继电路板用于接收电信号，并实现降噪、调制解调、增益放大和储存功能。
进一步地，所述第一储能电容、第二储能电容均用于为整个电流传输过程稳压，保证本结构的耐用性。
进一步地，所述六芯通信电缆一、六芯通信电缆二均可以根据实际需要加入视频信号进行传输。
进一步地，该中继短节结构放置在钻杆内部，通过公母接头钻杆相连。
一种地球深部探测信号中继短节结构的电路，包括：上端传输钻杆单元、信号接收线圈F1、信号中继电路、信号发送线圈F2和下端传输钻杆单元，所述信号中继电路包括放大器Q和三极管开关TR2，上端传输钻杆单元通过信号接收线圈F1连接信号中继电路的输入，信号中继电路的输出通过信号发送线圈F2连接下端传输钻杆单元，上端传输钻杆单元输出的传输电流通过信号接收线圈F1，根据电感效应，将电信号转化为磁场，通过放大器Q进行整形放大，然后再通过信号发送线圈F2将磁信号转化为电信号，传输至下端传输钻杆单元，通过这一过程实现了不同钻杆间无线方式的电信号传输。
进一步地，上端传输钻杆单元包括三极管TR1，下端传输钻杆单元包括三极管TR3，信号接收线圈F1包括L1端和L2端，信号发送线圈F2包括L3端和L4端，三极管TR1的集电极连接负载，三极管TR1的基极连接信号接收线圈F1的L1端，信号接收线圈F1的L2端连接放大器Q的第一输入端，放大器Q的第二输入端连接电源，放大器Q的输出端连接三极管TR2的集电极，三极管TR2的基集连接信号发送线圈F2的L3端，L3端还连接电源，发送线圈F2的L4连接三极管TR3的集电极，集电极TR3的基极连接负载，三极管TR1、三极管TR2、三极管TR3的发射极均接地。
进一步地，所述三级管TR1、三级管TR2和三级管TR3均用于通过负载电压控制整个电路。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：利用电感效应实现钻杆间电信号的无线传输，能够保证在地下完成电信号的稳定传输，避免了传统钻探工艺中，由于内部线缆的存在而导致施工只能沿直线进行，且钻杆的转动不会影响信号的传输。经过中继短节处理的信号更加稳定精确，能够较早地发现、处理钻探过程中发现的不良地质情况，可以减少因地质体不确定性带来的钻井工艺中的损失，更进一步地实现智能化钻探。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中包含地球深部探测信号中继短节结构的钻杆的结构图。
图2是本发明实施例中中继短节结构的电路的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种地球深部探测信号中继短节结构及电路。请参考图1-2，图1为钻杆的结构图，其中包含地球深部探测信号中继短节结构，图2为中继短节电路的示意图，如图1所示，一种地球深部探测信号中继短节结构包括上端(即上半部分)和下端(即下半部分)，上半部分为公接头，用于实现接收前方钻杆信号的功能并起到信号中继作用，下半部分为母接头，起到向后方钻杆发送信号的功能。不同钻杆的公母接头通过普通卡扣连接。上半部分包括电触柱1、线圈组件2、外壳3、磁耦合通信电路板4、中继电路板5、储能电容6和六芯通信电缆7，外壳3将中继短节结构与钻井内的钻井液分隔，以保证电流及信号传输的安全性与稳定性。电触柱1、线圈组件2、磁耦合通信电路板4、中继电路板5和储能电容6均位于外壳3内，六芯通信电缆7连接磁耦合通信电路板4，并穿出外壳3。下半部分包括电触柱11、线圈组件12、外壳13、磁耦合通信电路板14、储能电容16和六芯通信电缆17，电触柱11、线圈组件12、磁耦合通信电路板14和储能电容16均位于外壳13内，六芯通信电缆17连接磁耦合通信电路板14，并穿出外壳13。
外壳3的一端嵌合电触柱1、连接线圈组件2，通过与其他接头上的电触柱1相连，形成连通导体传输电流，所传输的电流经过相邻的线圈组件2，根据电感效应，将电信号转化为磁场，线圈组件12内嵌的导线，又将磁信号转化为电信号，通过这一过程实现了不同钻杆间无线方式的电信号传输。线圈组件2和线圈组件12远离外壳13的一端分别连接磁耦合通信电路板4和磁耦合通信电路板14，磁耦合通信电路板4和磁耦合通信电路板14控制上述过程中信号的传输，考虑到钻井工艺的地下环境中信号运输距离较长，且噪声源较多，为保证信号传输的稳定性与准确性。中继电路板5通过螺丝固定在外壳3内部，通过内部电路与磁耦合通信电路板4、储能电容6连接。中继电路板5接收前方电信号后，承担着实现降噪、调制解调、增益放大、储存的功能。储能电容6和储能电容16能够为整个电流传输过程稳压，保证本结构的耐用性；六芯通信电缆7和六芯通信电缆17可以根据实际需要加入视频信号传输等多源功能。
传统钻杆无法满足钻杆件无缆信号传输，为了解决这个问题，本方法结合特定的接口，对传统钻杆进行改造。在钻杆两侧嵌合公母接头，通过公母接头的榫接，实现旋转钻杆的电流传输。
为了提高钻井工艺的利用率，中继短节结构不宜放置得过于密集，拟将多段钻杆下井后，每次进尺达到400m时放置本结构。
如图1所示，中继短节结构放置在钻杆内部，与公母接头相连，外部赋存钻井液。为保证结构的稳定运行需进行妥善的密封程序，防止钻井液对结构内部电流的影响。在电感线圈内部也需使用适当材料分隔外部线圈与内部导线，以防止信号叠加。如图2所示，中继短节结构的电路包括上端传输钻杆单元(对应图1中的上半部分)、信号接收线圈F1、信号中继电路、信号发送线圈F2和下端传输钻杆单元(对应图1中的下半部分)，上端传输钻杆单元包括三极管TR1，信号中继电路包括放大器Q和三极管开关TR2，下端传输钻杆单元包括三极管TR3，三极管开关TR1、三极管开关TR2和三极管开关TR3均用于通过负载电压控制整个电路。
三极管TR1的集电极连接负载，三极管TR1的基极连接信号接收线圈F1的L1端，信号接收线圈F1的L2端连接放大器Q的第一输入端，放大器Q的第二输入端连接电源，放大器Q的输出端连接三极管TR2的集电极，三极管TR2的基集连接信号发送线圈F2的L3端，L3端还连接电源，发送线圈F2的L4连接三极管TR3的集电极，集电极TR3的基极连接负载，三极管TR1、三极管TR2、三极管TR3的发射极均接地。
上端传输钻杆单元通过信号接收线圈F1连接信号中继电路的输入，信号中继电路的输出通过信号发送线圈F2连接下端传输钻杆单元，上端传输钻杆单元输出的传输电流通过信号接收线圈F1(即上端的线圈组件2)，根据电感效应，将电信号转化为磁场，通过放大器Q进行整形放大，然后再通过信号发送线圈F2(即下端的线圈组件2)将磁信号转化为电信号，传输至下端传输钻杆单元，通过这一过程实现了不同钻杆间无线方式的电信号传输。
本实施例中，需选用合适的公母接头，以便能够与中继短节结构连接。由于中继电路集成较小的空间中但承担较多的功能，所以选用电流作为承载信号的载体，通过电感作用，将前部(即上端)钻杆处的信号进行解析与放大，传输至后部(下端)钻杆。
本发明的有益效果是：利用电感效应实现钻杆间电信号的无线传输，能够保证在地下完成电信号的稳定传输，避免了传统钻探工艺中，由于内部线缆的存在而导致施工只能沿直线进行，且钻杆的转动不会影响信号的传输。经过中继短节处理的信号更加稳定精确，能够较早地发现、处理钻探过程中发现的不良地质情况，可以减少因地质体不确定性带来的钻井工艺中的损失，更进一步地实现智能化钻探。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种地球深部探测信号中继短节结构，其特征在于：该结构包括：上半部分和下半部分，上半部分包括：第一电触柱、第一线圈组件、第一外壳、第一磁耦合通信电路板、中继电路板、第一储能电容和六芯通信电缆；第一电触柱、第一线圈组件、第一磁耦合通信电路板、中继电路板和第一储能电容均位于第一外壳内，第一六芯通信电缆连接第一磁耦合通信电路板，并穿出第一外壳；
下半部分包括第二电触柱、第二线圈组件、第二外壳、第二磁耦合通信电路板、第二储能电容和第二六芯通信电缆；第二电触柱、第二线圈组件、第二磁耦合通信电路板和第二储能电容均位于第二外壳内，第二六芯通信电缆连接第二磁耦合通信电路板，并穿出第二外壳；
第一外壳的一端嵌合第一电触柱、连接第一线圈组件，通过与其他接头上的第二电触柱相连，形成连通导体传输电流，所传输的电流经过相邻的第一线圈组件，根据电感效应，将电信号转化为磁场，根据第二线圈组件内嵌的导线，又将磁信号转化为电信号，通过这一过程实现了不同钻杆间无线方式的电信号传输；
第一线圈组件远离第一外壳和第二线圈组件远离第二外壳的一端分别连接第一磁耦合通信电路板和第二磁耦合通信电路板，第一磁耦合通信电路板和第二磁耦合通信电路板控制上述过程中信号的传输；
第一外壳、第二外壳将中继短节结构与钻井内的钻井液分隔，用于保证电流及信号传输的安全性与稳定性。
2.如权利要求1所述的一种地球深部探测信号中继短节结构，其特征在于：所述中继电路板用于接收电信号，并实现降噪、调制解调、增益放大和储存功能。
3.如权利要求1所述的一种地球深部探测信号中继短节结构，其特征在于：所述第一储能电容、第二储能电容均用于为整个电流传输过程稳压，保证本结构的耐用性。
4.如权利要求1所述的一种地球深部探测信号中继短节结构，其特征在于：所述六芯通信电缆一、六芯通信电缆二均可以根据实际需要加入视频信号进行传输。
5.如权利要求1所述的一种地球深部探测信号中继短节结构，其特征在于：该中继短节结构放置在钻杆内部，通过公母接头钻杆相连。
6.一种地球深部探测信号中继短节结构的电路，其特征在于：包括：上端传输钻杆单元、信号接收线圈F1、信号中继电路、信号发送线圈F2和下端传输钻杆单元，所述信号中继电路包括放大器Q和三极管开关TR2，上端传输钻杆单元通过信号接收线圈F1连接信号中继电路的输入，信号中继电路的输出通过信号发送线圈F2连接下端传输钻杆单元，上端传输钻杆单元输出的传输电流通过信号接收线圈F1，根据电感效应，将电信号转化为磁场，通过放大器Q进行整形放大，然后再通过信号发送线圈F2将磁信号转化为电信号，传输至下端传输钻杆单元，通过这一过程实现了不同钻杆间无线方式的电信号传输。
7.如权利要求6所述的一种地球深部探测信号中继短节结构的电路，其特征在于：上端传输钻杆单元包括三极管TR1，下端传输钻杆单元包括三极管TR3，信号接收线圈F1包括L1端和L2端，信号发送线圈F2包括L3端和L4端，三极管TR1的集电极连接负载，三极管TR1的基极连接信号接收线圈F1的L1端，信号接收线圈F1的L2端连接放大器Q的第一输入端，放大器Q的第二输入端连接电源，放大器Q的输出端连接三极管TR2的集电极，三极管TR2的基集连接信号发送线圈F2的L3端，L3端还连接电源，发送线圈F2的L4连接三极管TR3的集电极，集电极TR3的基极连接负载，三极管TR1、三极管TR2、三极管TR3的发射极均接地。
8.如权利要求7所述的一种地球深部探测信号中继短节结构的电路，其特征在于：所述三级管TR1、三级管TR2和三级管TR3均用于通过负载电压控制整个电路。
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2023
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