CN201232545Y - 一种井下随钻无线电磁信号发射装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种井下随钻无线电磁信号发射装置，所述的装置包括：钻铤，所述的钻铤内部具有空腔；绝缘层，敷设于所述钻铤的表面上；金属电极，嵌设于所述的绝缘层上，并与所述的钻铤电性隔离；电磁信号发射电路，设置在所述钻铤内部的空腔中，并且所述的电磁发射电路具有第一电极线和第二电极线；所述的第一电极线与所述的钻铤相连接，所述的第二电极线与所述的金属电极相连接，使所述的钻铤和金属电极形成偶极子的两个发射电极；所述的电磁信号发射电路将井下随钻无线电磁信号经所述的偶极子的两个发射电极发射出去。本实用新型结构简单，拆卸便利，而且可以反复多次使用，降低了设备成本。
Description
技术领域
本实用新型关于石油、矿山、地质勘探领域，特别关于勘探中的测量仪器，具体地讲是一种井下随钻无线电磁信号发射装置。
背景技术
在现代地质工程、矿山或石油的钻进过程中，井下探测是必需的过程。其中，将探测到的信息传输到地面主要有无线传输和有线传输两种方式。
其中，有线传输是用通过电缆连接井下测量仪器，测量仪器获得的数据由电缆传输到地面。但这种装置不能在旋转钻井或井斜角大于45度的井中使用。因为在钻进过程中电缆会被钻杆绞断，而在井斜角大于45度时，该装置很难仅通过自身重量下放到井底。
无线传输目前主要采用电磁波随钻测量技术，既通过电磁天线建立井下无线传输信道，具体的讲就是用一种的特殊的装置使井下位于钻头上方的钻铤或钻杆形成赫兹电偶极子，以此从井底向地面发射电磁信号。但现有技术中，用于电磁波随钻测量技术的电磁发射天线的结构比较复杂，成本较高。
中国专利申请200620151507.8公开了一种井下探测电缆，该井下探测电缆由外护层、内护层、缆芯构成，内护层包附于缆芯外，其中所述的缆芯包括一根射频同轴电缆、两根电源线及一根钢线加强芯。该申请所公开的技术方案可合并于此，以作为本发明的现有技术。
中国专利申请200720083796.7公开了一种电磁波随钻无线传输井下天线，由绝缘层、金属管、钻杆构成，绝缘层套在钻杆上并与钻杆相粘接，金属管套在绝缘层上并与绝缘层相粘接。该申请所公开的技术方案可合并于此，以作为本发明的现有技术。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种井下随钻无线电磁信号发射装置，以克服现有井下传输信道技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种井下随钻无线电磁信号发射装置，所述的装置包括：钻铤，所述的钻铤内部具有空腔；绝缘层，敷设于所述钻铤的表面上；金属电极，嵌设于所述的绝缘层上，并与所述的钻铤电性隔离；电磁信号发射电路，设置在所述钻铤内部的空腔中，并且所述的电磁发射电路具有第一电极线和第二电极线；所述的第一电极线与所述的钻铤相连接，所述的第二电极线与所述的金属电极相连接，使所述的钻铤和金属电极形成偶极子的两个发射电极；所述的电磁信号发射电路将井下随钻无线电磁信号经所述的偶极子的两个发射电极发射出去。
本实用新型的有益效果在于，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，且本实用新型结构简单，拆卸便利，而且可以反复多次使用，降低了设备成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的结构图；
图2是本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的剖面图；
图3是本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的所在勘探系统的整体结构图；
图4是本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的电路模块图。
图5A和图5B是本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的工作原理图。
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，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本实用新型实施例提供一种井下随钻无线电磁信号发射装置。以下结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，为本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置(7)的结构图，该电磁信号发射装置包括：钻铤(14)、绝缘层(10)、金属电极(15)、电磁发射电路(13)、电极导线(11)和电极导线(12)。
该电磁信号发射装置(7)为井下随钻型，连接于钻井装置的钻铤上，其结构为：在圆柱状的钻铤(14)的外圆周上敷设上一层用树脂或陶瓷材料做的绝缘层(10)；然后在绝缘层(10)的外圆周上再嵌设上一钛合金圆筒状的金属电极(15)；电磁发射电路(13)设置于钻铤内部，由电磁发射电路(13)分别引出(11)、(12)两电极线连到钻铤(14)和圆筒状的金属电极(15)上，使(14)、(15)形成偶极子的两个发射电极，由此通过(14)、(15)两极发射电磁信号。
如图2所示，为本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的剖面图，如图所示，该电磁信号发射装置由电磁发射电路(13)，钻铤(14)，绝缘短节(16)、(17)和金属电极(15)构成，其中，所述的绝缘短节(16)、(17)是用钛合金材料制成，通过螺纹连接，在螺扣连接面上用电化学方法生成一层厚度为0.03—0.1的氧化层，当两个这样的短节(16)(17)通过螺扣连接后便形成了使套筒电极式发射天线两电极绝缘的绝缘带。
其中，在本实施例中，所述的电磁信号发射装置与钻铤连接，但并不限于此，在实际应用中，其也可与钻杆连接或与钻铤的一部分连接。
如图3所示，为本实用新型的整体结构图。该钻井装置的井下部分主要包括钻杆、钻铤和钻头。其中，本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置(7)连接于钻铤上，并将钻铤分为上钻铤(6)和下钻铤(8)，其中，上钻铤(6)和与其相连接的钻柱构成一电极，下钻铤(8)和与其相连接的钻头构成另一电极，这样在井下的钻柱就形成一个套筒电极式发射天线，这种套筒电极式发射天线可在随钻的条件下建立起传输井下数据的信道；这种井下传输信道的工作原理是：将井下传感器采集的数据调制成电压信号施加到套筒电极式发射天线的两极上(6)、(8)，两极通过钻柱和钻头与地层(4)构成传导回路，施加到套筒电极式发射天线两极上的信号电压在回路中产生出信号电流(3)，信号电流沿钻柱向上传播，同时沿钻柱向上传播的电流以及进入地层的电流还辐射出电磁波(5)，在地面通过检测装置(2)检测经过钻柱向上传播的电流和辐射出的电磁波，以此方法获取井下传感器采集的数据。
如图4所示，是本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的电路模块图。如图所示，底层数据传感器采集底层数据，并通过电磁信号发射电路调制层电压信号施加到套筒电极式发射天线的两极发射出去。
如图5A和图5B所示，是本实用新型提供的井下随钻无线电磁信号发射装置的工作原理图。其中，I为穿过地层的上段钻柱中的信号电流；I1为穿过地层的下段钻柱中的信号电流；由于在钻井勘探过程中，上段钻柱的长度远远大于下段钻柱的长度，所以上段钻柱中的信号电流穿过地层时的“地层电阻R”也就近似等于其他天线处于同样地层时的地层电阻。因此上段钻柱和下段钻柱中的电流分别为：
I＝U/R
I1＝U/R1
其中，信号源输出的电流为：
I0＝I+I1＝U(1/R+1/R1)＝U([R+R1]/RR1)
其中，信号源输出的功率为：
W3＝UI0＝U2([R+R1]/RR1)
本实用新型实施例提供的井下随钻无线电磁信号发射装置简单实用，安全可靠。相对于现有技术，本实用新型应用面更广泛，而且安全可靠，没有应用井斜角的限制；而且本发明结构更加简单，拆卸便利，而且可以反复多次使用，降低了设备成本。
以上所述的具体实施方式，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，以上所述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 (6)
1.一种井下随钻无线电磁信号发射装置，所述的装置包括：钻铤，所述的钻铤内部具有空腔；其特征在于，所述的装置还包括：
绝缘层，敷设于所述钻铤的表面上；
金属电极，嵌设于所述的绝缘层上，并与所述的钻铤电性隔离；
电磁信号发射电路，设置在所述钻铤内部的空腔中，并且所述的电磁发射电路具有第一电极线和第二电极线；
所述的第一电极线与所述的钻铤相连接，所述的第二电极线与所述的金属电极相连接，使所述的钻铤和金属电极形成偶极子的两个发射电极；
所述的电磁信号发射电路将井下随钻无线电磁信号经所述的偶极子的两个发射电极发射出去。
2.根据权利要求1所述的井下随钻无线电磁信号发射装置，其特征在于，所述的装置还包括：
地层数据传感器，与所述的电磁信号发射电路相连接，将采集到的地层数据通过电磁信号发射电路发射。
3.根据权利要求1所述的井下随钻无线电磁信号发射装置，其特征在于，所述的绝缘层由多个绝缘短节构成，每个绝缘短节之间螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的井下随钻无线电磁信号发射装置，其特征在于，所述的金属电极为圆筒状，所述的钻铤和金属电极构成套筒式偶极子。
5.根据权利要求1所述的井下随钻无线电磁信号发射装置，其特征在于，所述的绝缘层的材料为树脂或陶瓷。
6.根据权利要求1所述的井下随钻无线电磁信号发射装置，其特征在于，所述的金属电极的材料为钛合金。
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