CN202391420U

CN202391420U - 一种电磁波随钻测斜装置及滑动导向钻进系统

Info

Publication number: CN202391420U
Application number: CN2011205407478U
Authority: CN
Inventors: 李忠; 姚爱国; 张伟; 郭启锋; 张萌; 邵养涛; 季伟峰; 赵燕来
Original assignee: China University of Geosciences; Institute of Exploration Technology Chinese Academy of Geological Sciences
Current assignee: China University of Geosciences; Institute of Exploration Technology Chinese Academy of Geological Sciences
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-12-21

Abstract

本实用新型一种电磁波随钻测斜装置及滑动导向钻进系统公开了一种电磁波随钻测斜装置及包含该装置的滑动导向钻进系统。针对现有技术中定向钻进系统采用有线电缆传输数据，既容易造成设备损坏又容易降低工作效率的缺陷，本实用新型提供了一种利用电磁波实时传输钻进过程中井下数据信号的电磁波随钻测斜装置。该装置包括随钻测斜装置与电磁波信号传输装置，电磁波信号传输装置包括通过电磁波通信的井下部分与井上部分，井下部分信号输入端与随钻测斜装置通过信号通路连接。本实用新型还提供一种基于该装置而实现的滑动导向钻进系统。本滑动钻进系统采用电磁波传输装置与随钻测斜装置结合，实现井下钻具大量姿态数据的实时传输，并得以及时调整，使钻孔实际轨迹与设计保持一致，特别适用于工程领域需要。

Description

一种电磁波随钻测斜装置及滑动导向钻进系统

技术领域

本实用新型涉及一种钻进系统，特别是涉及一种电磁波随钻测斜装置及包含该装置的滑动导向钻进系统，属于机械制造领域。

背景技术

滑动导向钻进是20世纪80年代在石油钻井工程中发展起来的一种先进钻进技术，它伴随着随钻测量技术和孔底动力钻具的发展而形成的。导向钻进的原理是在钻进的同时利用传感器探测井下信息并实时传到地面，地面根据实时得到的钻孔信息，及时调整孔内钻具姿态，使钻孔沿着设计的轨迹钻进。在滑动导向钻进系统中，随钻测斜(MWD)系统能够在钻进过程中自动连续测量孔底钻具的姿态参数并传输至地面，进行计算机实时显示、存储、处理和打印，为下一步施工设计提供依据，是滑动导向钻进系统中的重要组成部分。在地质钻探、石油钻井中，特别是受控定向斜井和大位移水平井中，随钻测量系统是连续监测钻井轨迹、及时纠偏必不可少的工具。

专利号为ZL201120013275.0，授权公告号为CN201915836U中国实用新型专利公开了一种定向钻进系统，该系统包括测量探管、第一无磁钻杆、第二无磁钻杆、通缆式钻杆、通缆式送水器、数据交换机与通讯电缆，系统将基于水平定向钻在钻进的过程中轨迹参数的变化，结合钻头的方位角参数，经串行总线、以太网或电话线传输至地面控制中心。其数据传输是通过有线电缆实现的。有线电缆的优点是可直接向井内传感器供电，实现井内和地表设备之间的双向通讯，实时性好，数据传输率高，但电缆往往影响正常钻进过程，既容易造成设备损坏又容易降低工作效率。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种利用电磁波实时传输钻进过程中的数据信号，将电磁波传输系统与随钻测斜装置结合构成电磁波随钻测斜装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种电磁波随钻测斜装置，包括随钻测斜装置，其特征在于：还包括电磁波信号传输装置；所述电磁波信号传输装置包括通过电磁波通信的井下部分与井上部分，井下部分信号输入端与随钻测斜装置通过信号通路连接。

上述电磁波随钻测斜装置的结构原理在于：在普通随钻测斜装置基础上增加了电磁波信号传输装置，该电磁波信号传输装置包括井下部分与井上部分，两部分间通过电磁波进行信号传输。井下部分与随钻测斜装置通过必要的信号通路连接，实时获取随钻测斜装置测量的钻具倾斜参数数据，并将获取的参数数据发送到井上部分，井上部分通过解调、分析数据信号，即可获取钻孔内钻具的倾斜状态数据。

井上部分包括井上机与井上天线。井上机包括接口模块、单片机、数字滤波电路、模数转换电路、功率放大电路；接口模块输入端与井上天线连接，接口模块输出端与输出设备连接，如计算机。井下部分具体包括井下机与井下天线，井下机包括接口模块、单片机、模数转换电路、功率放大电路，接口模块的输入端与随钻测斜装置连接，接口模块的输出端与井下天线连接。电磁波信号传输装置中的接口模块、单片机、模数转换电路、功率放大电路、数字滤波电路结构及其联接均可采用现有技术。

本实用新型还提供一种安装了上述电磁波随钻测斜装置的滑动导向钻进系统，其技术方案如下：

一种利用上述电磁波随钻测斜装置构成的滑动导向钻进系统，包括钻机、钻杆、配套钻具，其特征在于：还包括电磁波随钻测斜装置；钻机、钻杆、配套钻具通过机械连接；随钻测斜装置与配套钻具通过机械连接。

上述滑动导向钻进系统通过电磁波随钻测斜装置与配套钻具连接，实时获取井下钻具的姿态参数，并将姿态参数以电磁波传输方式从井下部分传输至井上部分。井上部分将获取的信号解调后将数据传输到系统控制中心，由控制中心在必要时对钻进系统的钻机发出指令及时调整工作钻具倾斜状态参数，以保证实际钻进轨迹与设计轨迹一致。系统中配套钻具是纠斜钻具装置，包括自上而下依次通过机械连接的无磁钻杆、螺杆钻具、弯外壳与钻头。

有优选条件下，上述滑动导向钻进系统中电磁波随钻测斜装置井下机有二输出接口，第一输出接口与井下天线连接，第二输出接口与钻杆连接。通过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，传播距离更远。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本电磁波随钻测斜装置采用电磁波传输装置与随钻测斜装置结合，克服了有线传输系统的电缆往往影响正常钻进过程，既容易造成设备损坏又容易降低工作效率的缺陷，并且电磁波传输手段具有传输数据量大、能有效用于欠平衡钻进的优点；(2)本滑动导向钻进系统采用电磁波随钻测斜技术，有效利用了电磁波随钻测斜装置的优点，使井下作业与井上监控的数据能够实时完整传输到控制中心，保证钻进过程中对工作钻具姿态的调整，使钻孔实际轨迹与设计保持一致。

附图说明

图1是电磁波随钻测斜装置结构示意图。

图2是滑动导向钻进系统结构示意图。

图中标号如下：

100 随钻测斜装置 210 井下部分 230 无磁外壳

200 电磁波信号传输装置 211 井下机 300 钻机

201 功率放大电路 212 井下天线 400 钻杆

202 模数转换电路 213 供电电源 500 配套钻具

203 单片机 220 井上部分 510 无磁钻杆

204 接口模块 221 井上机 520 螺杆钻具

205 数字滤波电路 222 井上天线 530 弯外壳

540 钻头

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，制得一种电磁波随钻测斜装置。

图1是电磁波随钻测斜装置结构示意图。电磁波随钻测斜装置包括随钻测斜装置100与电磁波信号传输装置200。电磁波信号传输装置200包括通过电磁波通信的井下部分210与井上部分220，井下部分210信号输入端与随钻测斜装置100通过信号通路连接。

井下部分210包括井下机211、井下天线212、供电电源213，井下机211信号输入端与随钻测斜装置100通过信号通路连接，井下机211包括接口模块204、单片机203、模数转换电路202、功率放大电路201；接口模块的输入端与随钻测斜装置连接，接口模块的输出端与井下天线212连接。井上部分220包括井上机221、井上天线222，井上机221包括接口模块204、单片机203、数字滤波电路205、模数转换电路202、功率放大电路201，接口模块输入端与井上天线222连接，接口模块204输出端与输出设备连接。

系统中采用的接口模块、单片机、模数转换电路、功率放大电路、数字滤波电路结构及其联接均采用现有技术或常规技术。随钻测斜装置100包括抗冲击三轴加速度计、三轴磁力计、外围信号通路，也是现有技术或常规技术。

实施例二

如图2所示，制得一种滑动导向钻进系统，该滑动导向钻进系统安装有电磁波随钻测斜装置，其与实施例一相同之处不再重复。

图2是滑动导向钻进系统结构示意图。滑动导向钻进系统包括钻机300、钻杆400、配套钻具500、电磁波随钻测斜装置。钻机300、钻杆400、配套钻具500通过机械连接；随钻测斜装置100与配套钻具500通过机械连接。电磁波信号传输装置200井下部分210包括井下机211、井下天线212、供电电源213，井下机211信号输入端与随钻测斜装置100通过信号通路连接；井上部分220包括井上机221、井上天线222。

钻杆400末端连接井下天线212，井下天线212末端连接无磁外壳230，无磁外壳230内安装随钻测斜装置100、供电电源213、井下机211，无磁外壳230末端连接配套钻具500。配套钻具500是纠斜钻具装置，包括自上而下依次通过机械连接的无磁钻杆510、螺杆钻具520、弯外壳530与钻头540。

该导向钻进系统采用规格，以适应地质勘探钻孔施工需要。系统中井下天线212或无磁外壳230平均直径为90～100mm。更为优选条件为95mm。

Claims

1.一种电磁波随钻测斜装置，包括随钻测斜装置(100)，其特征在于：还包括电磁波信号传输装置(200)；所述电磁波信号传输装置(200)包括通过电磁波通信的井下部分(210)与井上部分(220)，井下部分(210)信号输入端与随钻测斜装置(100)通过信号通路连接。

2.根据权利要求1所述的电磁波随钻测斜装置，其特征在于：所述井下部分(210)包括井下机(211)、井下天线(212)、供电电源(213)，井下机(211)信号输入端与随钻测斜装置(100)通过信号通路连接；所述井上部分(220)包括井上机(221)、井上天线(222)。

3.根据权利要求2所述的电磁波随钻测斜装置，其特征在于：所述井下机(211)包括接口模块(204)、单片机(203)、模数转换电路(202)、功率放大电路(201)，所述接口模块的输入端与随钻测斜装置连接，接口模块的输出端与井下天线(212)连接；所述井上机(221)包括功率放大电路(201)、模数转换电路(202)、单片机(203)、接口模块(204)、数字滤波电路(205)，所述接口模块(204)输入端与井上天线(222)连接，接口模块(204)输出端与输出设备连接。

4.一种利用权利要求1所述的电磁波随钻测斜装置构成的滑动导向钻进系统，包括钻机(300)、钻杆(400)、配套钻具(500)，其特征在于：还包括电磁波随钻测斜装置；钻机(300)、钻杆(400)、配套钻具(500)通过机械连接；随钻测斜装置(100)与配套钻具(500)通过机械连接。

5.根据权利要求4所述的滑动导向钻进系统，其特征在于：所述电磁波信号传输装置(200)井下部分(210)包括井下机(211)、井下天线(212)、供电电源(213)，井下机(211)信号输入端与随钻测斜装置(100)通过信号通路连接；所述井上部分(220)包括井上机(221)、井上天线(222)。

6.根据权利要求5所述滑动导向钻进系统，其特征在于：井下机(211)有二输出接口，第一输出接口与井下天线(212)连接，第二输出接口与钻杆(500)连接。

7.根据权利要求5所述滑动导向钻进系统，其特征在于：所述钻杆(400)末端连接井下天线(212)，井下天线(212)末端连接无磁外壳(230)，无磁外壳(230)内安装随钻测斜装置(100)、供电电源(213)、井下机(211)，无磁外壳(230)末端连接配套钻具(500)。

8.根据权利要求4或5或6或7所述的滑动导向钻进系统，其特征在于：所述配套钻具(500)是纠斜钻具装置，包括自上而下依次通过机械连接的无磁钻杆(510)、螺杆钻具(520)、弯外壳(530)、钻头(540)。

9.根据权利要求8所述的滑动导向钻进系统，其特征在于：所述井下天线(212)或无磁外壳(230)的平均直径为90～100mm。

10.权利要求9所述的滑动导向钻进系统，其特征在于：所述井下天线(212)或无磁外壳(230)的平均直径为95mm。