CN201018002Y - 一种电磁波随钻无线传输井下天线 - Google Patents

一种电磁波随钻无线传输井下天线 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及地质勘探、石油、煤田、冶金等各种钻进时随钻无线传输井下信息的井下天线。一种电磁波随钻无线传输井下天线，其特征在于它由绝缘层(10)、金属管(11)、钻杆(3)构成，绝缘层(10)套在钻杆(3)上并与钻杆(3)相粘接，金属管(11)套在绝缘层(10)上并与绝缘层(10)相粘接。本实用新型具有结构简单、易实现的特点。采用并行双管结构式发射天线，内管采用普通钻杆以保证强度，外管采用普通钢管，中间填充绝缘材料；这种技术不需要特殊绝缘材料，在国内现有材料与工艺水平条件下容易加工。

Description

一种电磁波随钻无线传输井下天线
技术领域
本实用新型涉及地质勘探、石油、煤田、冶金等各种钻进时随钻无线传输井下信息的井下天线。
背景技术
在现代地质工程、矿山或石油的钻进过程中，要及时了解钻进过程信息，钻孔轨迹，所钻地层的情况，根据井下的这些情况及时做出决策，或及时调整、控制井下钻具按照钻井者的意愿进行工作。为达到这种目的，就需要解决钻进信息传输的问题。
目前的钻井信息传输通道有无线传输和有线传输两种。有线传输方法是用电缆连接井下仪器，把井下仪器所测得的信息通过电缆传输到地面；也可以通过电缆把控制信息传输给井下仪器或工具。但在钻进过程中电缆会被旋转的钻杆绞断或磨断，使用很不方便。所以钻井信息传输技术的发展方向为无线传输。
目前，常见的无线传输方式有两种：一种是泥浆脉冲随钻遥测技术；另一种是电磁波随钻遥测技术。泥浆脉冲是用机械的方法瞬时堵塞或开启泥浆流动通道以产生液压脉冲的方法，通过液压脉冲来传递数据或信息的。这种方法传递数据较慢，并且只有在泥浆正常流动时才能正常工作。现代钻进要求传递的信息越来越多；在空气钻进或欠平衡钻进中，无法产生泥浆脉冲。为满足这些需要产生与发展了电磁波随钻测量方法。
但是，目前电磁波随钻测量存在如下缺点或不足：
发射方式与传输距离方面的限制。电磁波经地层传播时，电磁波频率越高，地层吸收率越高；频率越低，则地表接收效果越好，或者说传播距离越远。目前采用发射线圈感应信号的方式发射电磁波其频率常常受到限制，对于极低频或超低频电磁波发射线圈的匝数要求很高，耗能较大；在钻具空间受限时，电磁波传播距离就会受到限制。一般来讲，发射极低频或超低频电磁波宜采用直接耦合电天线的形式，这种发射天线结构把钻杆分为两极，中间段用绝缘层隔离。这要求绝缘层象钻杆一样具有很高抗扭、抗压和抗拉强度，目前国内难以生产这种材料。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单的电磁波随钻无线传输井下天线。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种电磁波随钻无线传输井下天线，其特征在于它由绝缘层10、金属管11、钻杆3构成，绝缘层10套在钻杆3上并与钻杆3相粘接，金属管11套在绝缘层10上并与绝缘层10相粘接。
所述的绝缘层10的材料为玻璃钢。
本实用新型的有益效果是：钻杆作为井下天线的一极，金属管11作为井下天线的另一极，利用了钻杆作为井下天线的一极，其结构简单。采用并行双管结构式发射天线，内管采用普通钻杆以保证强度，外管采用普通钢管，中间填充绝缘材料(绝缘层10的材料为玻璃钢)，中间填充绝缘材料不需要象钻杆一样具有很高抗扭、抗压和抗拉强度，这种技术不需要特殊绝缘材料，在国内现有材料与工艺水平条件下容易加工。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图
图2是一种极低频或超低频电磁波随钻双向遥传系统的结构示意图
图3是本实用新型使用状态示意图
图中：1-钻塔，2-钻孔，3-钻杆，4-井下机，5-钻头，6-井下天线，7-金属棒，8-井上机，9-计算机，10-绝缘层，11-金属管，12-导线。
具体实施方式
如图1所示，一种电磁波随钻无线传输井下天线，它由绝缘层10、金属管11、钻杆3构成，所述的绝缘层10的材料为玻璃钢，绝缘层10套在钻杆3上并与钻杆3相粘接，金属管11套在绝缘层10的外面并与绝缘层10相粘接。
本实用新型提供了一种采用并行双管结构式发射天线(也可作为接收天线)，这种天线不需要很高的强度，但能满足钻井时利用极低频或超低频电磁波随钻遥测发射或接收信号的需要。钻杆作为井下天线的一极，金属管11作为井下天线的另一极；由于这种发射方式不需要把钻杆用其他材料隔为两段，所以其强度得到保障。绝缘层为绝缘材料，且具有较强的粘结强度，保证钻井时内管钻杆与作为发射或接收天线的外管连接牢固，不致于脱落；可采用玻璃钢作为绝缘层，但粘结前须对内、外管进行清洁处理。金属管11是普通钢管，避免钻进时磨本产品。采用并行双管结构式发射天线，内管采用普通钻杆以保证强度，外管采用普通钢管，中间填充绝缘材料，这种技术不需要特殊绝缘材料，在国内现有材料与工艺水平条件下容易加工。
本实用新型应用于一种极低频或超低频电磁波随钻双向遥传系统中，如图2、图3所示，一种极低频或超低频电磁波随钻双向遥传系统，它由计算机9、井上机8和井下机4组成。井上机8由井上接收装置和井上发射装置组成；井上接收装置由转换开关、井上接收接口模块、井上接收单片机、井上接收数字滤波电路、井上接收数模转换电路、井上接收信号放大电路、井上天线组成；井上天线包括金属棒7，钻塔1构成井上天线的一部份，使用时，金属棒埋入地下，井上接收信号放大电路的第一信号输入接口由导线与金属棒相连，井上接收信号放大电路的第二信号输入接口由导线与钻塔1连接；钻塔1、钻杆行成连接回路(钻杆3与钻塔1相联)；井上接收信号放大电路的输出端与井上接收数模转换电路的输入端相连，井上接收数模转换电路的输出端与井上接收数字滤波电路的输入端相连，井上接收数字滤波电路的输出端与井上接收单片机的输入端相连，井上接收单片机的输出端与井上接收接口模块的输入端相连，井上接收接口模块的输出端通过转换开关与计算机相联；
井上发射装置包括井上发射接口模块、井上发射单片机、井上发射数模转换电路、井上发射功率放大电路，井上发射接口模块的输出端与井上发射单片机的输入端相联，井上发射单片机的输出端与井上发射数模转换电路的输入端相联，井上发射数模转换电路的输出端与井上发射功率放大电路的输入端相联；井上发射接口模块的输入端通过转换开关与计算机相联，井上发射装置与井上接收装置共用井上天线，井上发射数模转换电路的第一输出接口由导线与金属棒7连接，井上发射数模转换电路的第二输出接口由导线与钻塔1连接；
井下机由井下发射装置和井下接收装置组成；井下发射装置由井下发射接口模块、井下发射单片机、井下发射数模转换电路、井下发射功率放大电路、井下天线组成；井下天线包括绝缘层10、金属管11，钻杆3构成井下天线的一部份，绝缘层10套在钻杆3上并与钻杆3相粘接，金属管11套在绝缘层10上并与绝缘层10相粘接；井下测量仪器(如测斜探管)与井下发射接口模块的输入端相联，井下发射接口模块的输出端与井下发射单片机的输入端相联，井下发射单片机的输出端与井下发射数模转换电路的输入端相联，井下发射数模转换电路的输出端与井下发射功率放大电路的输入端相联，井下发射功率放大电路的第一输出接口由导线12与金属管11连接，井下发射功率放大电路的第二输出接口由导线与钻杆3连接；
井下接收装置包括井下接收接口模块、井下接收单片机、井下接收数字滤波电路、井下接收数模转换电路、井下接收信号放大电路，井下接收装置与井下发射装置共用井下天线，井下接收信号放大电路的第一信号输入接口由导线与金属管11连接，井下接收信号放大电路的第二信号输入接口由导线与钻杆3连接；井下接收信号放大电路的输出端与井下接收数模转换电路的输入端相联，井下接收数模转换电路的输出端与井下接收数字滤波电路的输入端相联，井下接收数字滤波电路的输出端与井下接收单片机的输入端相联，井下接收单片机的输出端与井下接收接口模块的输入端相联，井下接收接口模块的输出端与井下发射接口模块相联。
采用井下发射装置的井下发射功率放大电路的第一输出接口由导线12与金属管11连接，井下发射功率放大电路的第二输出接口由导线与钻杆3连接；井上接收装置的井上接收信号放大电路的第一信号输入接口由导线与金属棒相连，井上接收信号放大电路的第二信号输入接口由导线与钻塔1连接；即采用直接耦合的方法，不使用线圈而直接把电信号连接到作为两极的导体上，能发射和接收1-100Hz的超低频和极低频的电磁波信号，传播距离越远。井上发射装置与井上接收装置共用井上天线，井下接收装置与井下发射装置共用井下天线，采用直接耦合的方法，能发射和接收1-100Hz的超低频和极低频的电磁波信号，传播距离越远。
井下天线6在井下机发射信号时是发射天线，而在接收信号时是接收天线。井下发射装置把井下采集的数据与频率为1-100Hz的超低频和极低频的电磁波调制成载波信号，经过数模转换和功率放大，把载波电信号通过钻杆与金属管11发射电磁波经过地层传输到地面；信号经过地层传输到地表接收(金属棒7接收)，接收到的信号在井上机8中进行处理，井上机8中也包括接收和发射两种功能；进行信号接收时，信号经放大、模数转换、数字滤波、信号解调后通过接口模块进入计算机9进行显示与处理。由地面向井下发射指令时则相反，由计算机9输出指令，经过井上发射装置调制信号、数模转换、信号放大等过程由井上天线发送出去；由于井上发射装置体积不受空间限制，为使井下机接收到较为清晰的信号，井上机的功率比井下机大的多，通常为7-10倍。
本实用新型的特点为：
1、可以用在5000米内的深孔，实现双向信息传输。
2、采用偶极发射天线，适应超低频深孔发射与接收。
3、井下天线，具有较强的发射能力，又容易制造。
本实用新型适合深孔钻进随钻测量。

Claims (2)

1.一种电磁波随钻无线传输井下天线，其特征在于它由绝缘层(10)、金属管(11)、钻杆(3)构成，绝缘层(10)套在钻杆(3)上并与钻杆(3)相粘接，金属管(11)套在绝缘层(10)上并与绝缘层(10)相粘接。
2.根据权利要求1所述的一种电磁波随钻无线传输井下天线，其特征在于：所述的绝缘层(10)的材料为玻璃钢。
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