CN202914087U - 一种连续管钻机井下通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种连续管钻机井下通信系统，它包括光纤电缆（1）、光纤接插件（2）、井下通信装置（3）、至少一个前端传感器（4）及至少一个前端控制机构（5）；井下通信装置（3）由抗压外筒（9）和封装在抗压外筒（9）内的内部电路组成；光纤电缆（1）的一端与地面通信终端（10）连接，另一端通过光纤接插件（2）与光电转换模块（6）连接；各前端传感器（4）分别与微控制器MCU（8）的采集信号输入端相连，各前端控制机构（5）分别与微控制器（8）的控制信号输出端连接。本实用新型可在高温、高压的井下环境为钻井施工提供可靠的信息化数据依据，提高了钻井控制的精度、效率和安全性，降低了钻井成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种连续管钻机井下通信系统。
背景技术
在石油开采领域，钻井是一项复杂的工程，会产生大量信息，钻井信息化是保障钻井安全、质量和效率的必要条件。对于钻井信息的采集可实现对钻井作业的综合评估和实时钻井工程控制，提高了钻井控制的精度和效率，降低了钻井成本。
目前，实现连续管钻机井下通讯的方法有电磁波法、声波法和钻井液脉冲法等。电磁波数据传输是将低频的信号从地下传到地面，这种方法是双向传输的，可以在井中上下传输，不需要钻井液循环。其数据传输能力与钻井液脉冲遥测相近。这种方法的优点是数据传输速度较快，适合于普通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数；缺点是地层介质对信号的影响较大，低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁波传输的距离也有限，不适合超深井施工，目前最多只能在3000米深的井眼中传输数据。声波法是通过钻杆来传输声波或地震信号的一种传输方法。声波遥测能显著提高数据传输率，使随钻数据传输率提高一个数量级，达到100bit/s。声波遥测和电磁波遥测一样不需要泥浆循环，但是，井眼产生的低强度信号和由钻井设备产生的声波噪声使探测信号非常困难。钻井液脉冲法是通过MWD的井下控制器将井下各种传感器测到的参数转变为电信号，然后指挥脉冲发生器将井下各种信号编码后转变为钻井液脉冲信号，通过钻杆内的钻井液柱向上发送到地面传感器、信号译码和数据处理系统，进行信号的拾取、转换、译码、处理等。
目前普遍应用、技术比较成熟的是钻井液脉冲法，因为相比其他方法而言，钻井液脉冲法较为简单，对正常钻井作业影响小。压力脉冲以1200～1500m/s的速度通过钻杆内液柱向地面传输，井下各部件都装在无磁钻铤中。因为要容纳MWD工具的部件，所以其内径比普通钻铤大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于光纤电缆的，可提供井下-地面信息高速双向传输通道的，受环境影响因素小，具有良好耐高温、耐高压性能的，抗干扰能力强，传送距离远，传输速度快的连续管钻机井下通信系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种连续管钻机井下通信系统，它包括光纤电缆、光纤接插件、井下通信装置、至少一个前端传感器及至少一个前端控制机构；所述的井下通信装置由抗压外筒和封装在抗压外筒内的内部电路组成，内部电路包括光电转换模块、调制解调模块和微控制器MCU，光电转换模块的输出与调制解调模块的输入相连，调制解调模块的输出与微控制器MCU连接；光纤电缆的一端与地面通信终端连接，另一端通过光纤接插件与光电转换模块连接；各前端传感器分别与微控制器MCU的采集信号输入端相连，各前端控制机构分别与微控制器MCU的控制信号输出端连接。
本实用新型所述的光纤电缆为高强度耐腐蚀、耐高温的复合缆。
本实用新型所述的抗压外筒从外向内由抗压筒、绝缘层和安装筒组成，绝缘层紧贴于抗压筒的内表面与安装筒的外表面之间。
本实用新型所述的调制解调模块包括调制电路和解调电路，所述的调制电路包括数字信号处理器a、调谐接收器和直接数字式频率合成器a，调谐接收器的输出端依次通过滤波器和幅值比较器与数字信号处理器a的输入端连接，数字信号处理器a的输出端与直接数字式频率合成器a的输入端相连，直接数字式频率合成器a的输出端通过功率放大器与变压器的输入端连接；所述的解调电路包括数字信号处理器b、乘法芯片和接收天线，接收天线通过幅值放大器与乘法芯片的捕获端相连，乘法芯片的输出端依次通过带通滤波器和整形器与数字信号处理器b的输入端相连，数字信号处理器b的输出端与直接数字式频率合成器b的输入端连接，直接数字式频率合成器b的输出端与乘法芯片的输入端连接。
本实用新型的有益效果是：本通信系统可以在高温、高压的恶劣环境下对井下各种仪器信息进行采集和处理，以及对前端施工机构进行控制，并可连续工作200小时以上，为钻井施工提供了可靠的信息化数据依据，提高了钻井控制的精度、效率和安全性，降低了钻井成本；此外，本系统打破国外钻井通信技术的垄断，大大降低了经济成本，而且能够满足经济高效开发油气藏的需要。
附图说明
图1为本实用新型通信系统组成结构示意图；
图2为本实用新型抗压外筒的结构示意图；
图3为本实用新型调制电路组成结构示意框图；
图4为本实用新型解调电路组成结构示意框图；
图中，1-光纤电缆，2-光纤接插件，3-井下通信装置，4-前端传感器，5-前端控制机构，6-光电转换模块，7-调制解调模块，8-微控制器MCU，9-抗压外筒，10-地面通信终端，11-抗压筒，12-绝缘层，13-安装筒。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种连续管钻机井下通信系统，它包括光纤电缆1、光纤接插件2、井下通信装置3、至少一个前端传感器4及至少一个前端控制机构5；光纤电缆1采用高强度耐腐蚀、耐高温的复合缆，以保证光纤电缆1在高温、高压、强腐蚀的恶劣井下环境下的正常、稳定地使用。井下通信装置3由抗压外筒9和封装在抗压外筒9内的内部电路组成，内部电路包括光电转换模块6、调制解调模块7和微控制器MCU8，光电转换模块6的输出与调制解调模块7的输入相连，调制解调模块7的输出与微控制器MCU8连接；光纤电缆1的一端与地面通信终端10连接，另一端通过光纤接插件2与光电转换模块6连接，光纤接插件2采用耐高温、耐高压的材料制成，由外壳与主体卡扣连接的方式，使得加工工序简单，并可有效屏蔽外界噪声信号的干扰；各前端传感器4分别与微控制器MCU8的采集信号输入端相连，各前端控制机构5分别与微控制器MCU8的控制信号输出端连接。
如图2所示，抗压外筒9从外向内由抗压筒11、绝缘层12和安装筒13组成，绝缘层12紧贴于抗压筒11的内表面与安装筒13的外表面之间；其中，抗压筒11采用高强度防腐蚀的金属材料，以保证抗压外筒9的抗压性能和耐腐蚀强度，绝缘层12可采用树脂灌封胶，安装筒13可采用铝、铜等金属材料。
调制解调模块7包括调制电路和解调电路：如图3所示，调制电路包括数字信号处理器a、调谐接收器和直接数字式频率合成器a，调谐接收器的输出端依次通过滤波器和幅值比较器与数字信号处理器a的输入端连接，数字信号处理器a的输出端与直接数字式频率合成器a的输入端相连，直接数字式频率合成器a的输出端通过功率放大器与变压器的输入端连接；如图4所示，解调电路包括数字信号处理器b、乘法芯片和接收天线，接收天线通过幅值放大器与乘法芯片的捕获端相连，乘法芯片的输出端依次通过带通滤波器和整形器与数字信号处理器b的输入端相连，数字信号处理器b的输出端与直接数字式频率合成器b的输入端连接，直接数字式频率合成器b的输出端与乘法芯片的输入端连接。
本方案中的印制板、焊锡及各电路元件均采用耐高温的型号，以保证整个通信系统中的每个环节都能在高压、高温的井下环境中进行稳定工作。
Claims (4)
1.一种连续管钻机井下通信系统，其特征在于：它包括光纤电缆（1）、光纤接插件（2）、井下通信装置（3）、至少一个前端传感器（4）及至少一个前端控制机构（5）；
所述的井下通信装置（3）由抗压外筒（9）和封装在抗压外筒（9）内的内部电路组成，内部电路包括光电转换模块（6）、调制解调模块（7）和微控制器MCU（8），光电转换模块（6）的输出与调制解调模块（7）的输入相连，调制解调模块（7）的输出与微控制器MCU（8）连接；
光纤电缆（1）的一端与地面通信终端（10）连接，另一端通过光纤接插件（2）与光电转换模块（6）连接；
各前端传感器（4）分别与微控制器MCU（8）的采集信号输入端相连，各前端控制机构（5）分别与微控制器MCU（8）的控制信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种连续管钻机井下通信系统，其特征在于：所述的光纤电缆（1）为高强度耐腐蚀、耐高温的复合缆。
3.根据权利要求1所述的一种连续管钻机井下通信系统，其特征在于：所述的抗压外筒（9）从外向内由抗压筒（11）、绝缘层（12）和安装筒（13）组成，绝缘层（12）紧贴于抗压筒（11）的内表面与安装筒（13）的外表面之间。
4.根据权利要求1所述的一种连续管钻机井下通信系统，其特征在于：所述的调制解调模块（7）包括调制电路和解调电路，所述的调制电路包括数字信号处理器a、调谐接收器和直接数字式频率合成器a，调谐接收器的输出端依次通过滤波器和幅值比较器与数字信号处理器a的输入端连接，数字信号处理器a的输出端与直接数字式频率合成器a的输入端相连，直接数字式频率合成器a的输出端通过功率放大器与变压器的输入端连接；所述的解调电路包括数字信号处理器b、乘法芯片和接收天线，接收天线通过幅值放大器与乘法芯片的捕获端相连，乘法芯片的输出端依次通过带通滤波器和整形器与数字信号处理器b的输入端相连，数字信号处理器b的输出端与直接数字式频率合成器b的输入端连接，直接数字式频率合成器b的输出端与乘法芯片的输入端连接。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102817607A (zh) * | 2012-08-21 | 2012-12-12 | 成都宏天电传工程有限公司 | 一种连续管钻机井下通信系统 |
| NL1041997A (en) * | 2015-09-15 | 2017-03-29 | Halliburton Energy Services Inc | Downhole telemetry systems and methods |
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