实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种随钻测井数据传输装置,以解决现有技术中在地面获取的井下采集参数可靠性较低的技术问题。
本实用新型实施例提供了一种随钻测井数据传输装置,可以包括:纵长延伸的第一短节,所述第一短节沿其纵长延伸方向设置有第一流体通道,所述第一流体通道供钻井液流通;所述第一短节沿其纵长延伸方向具有相背对的第一端和第二端,其中,所述第二端沿所述第一流体通道中钻井液的流动方向位于所述第一端的下游,所述第二端能与钻头相连接,所述钻头能在所述钻井液的驱动下转动;采集机构,所述采集机构设置在所述第一短节的侧壁上;所述采集机构包括信号连接的传感器和第一无线通信单元,其中,所述传感器能采集所述第一短节在井下所处位置处的地层参数,所述第一无线通信单元能接收所述传感器发来的所述地层参数;螺杆钻具,所述螺杆钻具与所述第一短节的第一端相连接,所述螺杆钻具能在所述钻井液的液压作用下转动;中转机构,所述中转机构与所述采集机构线性连接;所述中转机构还包括第二无线通信单元,所述第二无线通信单元能和所述第一无线通信单元进行信号传输;随钻测量系统,所述随钻测量系统和所述中转机构信号连接。
在一个实施例中,所述第一短节的侧壁设置有第一密封腔室,所述采集机构设置在所述第一密封腔室内。
在一个实施例中,所述第一短节的侧壁设置有第一凹槽,所述第一短节对应所述第一凹槽的外壁连接有遮挡所述第一凹槽的第一密封件,所述第一密封件与所述第一凹槽的壁之间形成所述第一密封腔室。
在一个实施例中,所述随钻测井数据传输装置还可以包括:纵长延伸的第二短节,所述第二短节沿其纵长延伸方向设置有第二流体通道,所述第二流体通道能供钻井液流通;所述第二短节沿其纵长延伸方向具有相背对的第四端,其中,所述第四端沿所述第二流体通道中钻井液的流动方向位于所述第三端的下游;所述第二短节设置在所述螺杆钻具背对所述第一端的端部上;所述中转机构设置在所述第二短节的侧壁上。
在一个实施例中,所述第二短节的侧壁设置有第二密封腔室,所述中转机构设置在所述第二密封腔室内。
在一个实施例中,所述中转机构的侧壁设置有第二凹槽,所述第二短节对应所述第二凹槽的外壁连接有遮挡所述第二凹槽的第二密封件,所述第二密封件与所述第二凹槽的壁之间形成所述第二密封腔室。
在一个实施例中,所述第一短节的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第一通孔,所述第二短节的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第二通孔,所述螺杆钻具的侧壁上沿所述钻井液流动方向设置有第三通孔;当所述第一短节、螺杆钻具和所述第二短节依次连接时,所述第一通孔、第二通孔和第三通孔相连通形成第一通道;所述采集机构通过导线与所述中转机构线性连接,所述导线收容在所述第一通道中。
在一个实施例中,所述第一短节或所述螺杆钻具的侧壁上设置有第四通孔,所述第四通孔与所述通道相连通;所述第四通孔中能设置第一封堵件。
在一个实施例中,所述螺杆钻具或所述第二短节的侧壁上设置有第五通孔,所述第五通孔与所述通道相连通;所述第四通孔中能设置第二封堵件。
在一个实施例中,所述第一短节在所述第一端的连接部设置有第一导电片,所述第一导电片和所述第一通孔中的导线相连;所述螺杆钻具与所述第一端的连接部设置有第二导电片,所述第二导电片和所述第三通孔中的导线相连;当所述第一短节和所述螺杆钻具连接时,所述第一通孔中的导线通过所述第一导电片和所述第二导电片与所述第三通孔中的导线线性连接。
在一个实施例中,所述螺杆钻具与所述第四端的连接部设置有第三导电片,所述第三导电片和所述第三通孔中的导线相连;所述第二短节在所述第四端的连接部设置有第四导电片,所述第四导电片和所述第二通孔中的导线相连;当所述螺杆钻具和所述第二短节连接时,所述第三通孔中的导线通过所述第三导电片和所述第四导电片与所述第二通孔中的导线线性连接。
在一个实施例中,所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过电性天线和/或磁性天线进行信号传输。
在一个实施例中,所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过缠绕在环形磁芯上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输,其中,所述环形磁芯固定在所述短节上。
在一个实施例中,所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元通过缠绕在所述短节上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输。
在一个实施例中,所述随钻测量系统设置在无磁钻铤内,所述无磁钻铤与所述第二短节相接,所述无磁钻铤设置在所述第二流体通道中。
在一个实施例中,所述随钻测井数据传输装置还可以包括:纵长延伸的圆柱形结构,所述圆柱形结构设置在所述第二流体通道中,所述圆柱形结构内嵌于所述第二短节。
在一个实施例中,所述圆柱形结构沿所述无磁钻铤的方向设置有第六通孔,所述圆柱形结构沿与所述第六通孔垂直的方向设置有第七通孔;当所述第二短节和所述无磁钻铤连接时,所述第六通孔和第七通孔相连通形成第二通道;所述中转机构通过导线和所述随钻测井系统线性连接,所述导线收容在所述第二通道中。
在一个实施例中,所述第六通孔中能设置第三封堵件。
在一个实施例中,所述圆柱形结构沿其纵长延伸方向设置有一个或一个以上通孔,所述一个或一个以上通孔供钻井液流通。
在本实用新型实施例中,提供了一种随钻测井数据传输装置,包括:短节、采集机构、螺杆钻具、中转机构和随钻测量系统。在本实施例中,所述采集机构可以与所述中转机构线性连接,所述采集机构中的第一无线通信单元可以与所述中转机构中的第二无线通信单元信号连接。这样既能采用有线通信的方式也能采用无线通信的方式进行随钻测井数据的传输,可以解决现有技术中当采用有线通信方式或者无线通信方式进行数据传输时,数据通信误码率高或者通信功能故障率高的技术问题,达到了提高随钻测井数据传输可靠性的目的。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本实用新型做进一步详细说明。在此,本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型,但并不作为对本实用新型的限定。
需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
随钻测井数据传输装置通常为管状结构通过螺纹连接,随钻测井数据传输装置的内部为流体通道,外部与井壁之间形成环空。钻井液能通过流体通道从地面注入井下,从而可以为钻头提供动力,并将岩屑通过环空从井下带出至地面。
在本实用新型实施例中,提供了一种随钻测井数据传输装置。如图1所示,可以包括:第一短节2、采集机构、螺杆钻具5、中转机构和随钻测量系统10。下面对该装置的上述5个组成部分分别进行相应的描述。
在本实施例中,第一短节2沿其纵长延伸方向设置有第一流体通道,所述第一流体通道能供钻井液流通。所述第一短节2沿其纵长延伸方向具有相背对的第一端和第二端,其中,所述第二端沿所述第一流体通道中钻井液的流动方向位于所述第一端的下游。
在确定随钻测井数据传输装置中第一短节2的第一端和第二端后,可以对随钻测井数据传输装置中的除短节之外的结构进行进一步描述。所述第一短节2的第二端能与钻头1相连接,所述钻头1能在所述钻井液的驱动下转动。采集机构,所述采集机构设置在所述第一短节2的侧壁上;所述采集机构包括信号连接的传感器3和第一无线通信单元4,其中,所述传感器3能采集所述第一短节2在井下所处位置处的地层参数,所述第一无线通信单元4能接收所述传感器3发来的所述地层参数。
所述第一短节2的第一端通过螺纹连接有螺杆钻具5,所述螺杆钻具能在所述钻井液的液压作用下转动。在本申请中,所述螺杆钻具5可以采用挠轴带动传动轴的方式带动所述钻头1的转动,当然也可以采用其他方式,本申请对此不作限定。
中转机构,所述中转机构与所述采集机构线性连接;所述中转机构还可以包括第二无线通信单元7,所述第二无线通信单元7能和所述第一无线通信单元进行信号传输;
随钻测量系统10,所述随钻测量系统10和所述中转机构信号连接。其中所述随钻测量系统10(简称为MWD系统10)设置在无磁钻铤内,所述无磁钻铤与所述第二短节6相接。
当通过由上述5个组成部分组成的随钻测井数据传输装置进行数据传输时,可以通过所述采集机构中的传感器3和所述中转机构来实现随钻测井数据的有线传输,也可以通过所述采集机构中的第一无线通信单元4和所述中转机构中的第二无线通信单元7来实现随钻测井数据的无线传输,从而可以解决现有技术中只可以采用有线或者只可以采用无线方式进行测井数据传输时,采集到的井下参数准确性较低的问题。
在本申请的一个实施例中,所述随钻测井数据传输装置还包括:和所述第一短节结构类似的纵长延伸的第二短节6,所述第二短节6沿其纵长延伸方向设置有第二流体通道,所述第二流体通道能供钻井液流通;所述第二短节6沿其纵长延伸方向具有相背对的第四端,其中,所述第四端沿所述第二流体通道中钻井液的流动方向位于所述第三端的下游;所述第二短节6设置在所述螺杆钻具5背对所述第一端的端部上;所述中转机构和所述采集机构的结构类似,也是设置在所述第二短节6的侧壁上。
所述采集机构设置在所述第一短节2的侧壁上,在所述第一短节2的第一流体通道中有钻井液流通,可以通过以下方式在所述第一短节2中放置所述采集机构中的大量电子元器件,从而可以保护所述采集机构中的电子元器件不被所述钻井液侵蚀导致发生短路和断路现象。
在所述第一短节2的侧壁设置有第一密封腔室,所述采集机构设置在所述第一密封腔室内。所述第一短节2的侧壁设置有第一凹槽,所述第一短节2对应所述第一凹槽的外壁连接有遮挡所述第一凹槽的第一密封件,所述第一密封件与所述第一凹槽的壁之间形成所述第一密封腔室。
同样地,可以通过以下类似的方式在所述第二短节6中放置所述中转机构中的大量电子元器件。从而可以保护所述中转机构中的电子元器件不被所述钻井液侵蚀造成短路和断路现象。
在所述第二短节6的侧壁设置有第二密封腔室,所述中转机构设置在所述第二密封腔室内。所述中转机构的侧壁设置有第二凹槽,所述第二短节6对应所述第二凹槽的外壁连接有遮挡所述第二凹槽的第二密封件,所述第二密封件与所述第二凹槽的壁之间形成所述第二密封腔室。
进一步地,所述第一短节2的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第一通孔,所述第二短节6的侧壁沿其纵长延伸方向设置有第二通孔,所述螺杆钻具5的侧壁上沿所述钻井液流动方向设置有第三通孔;当所述第一短节2、螺杆钻具5和所述第二短节6依次连接时,所述第一通孔、第二通孔和第三通孔相连通形成第一通道;所述采集机构通过导线与所述中转机构线性连接,所述导线收容在所述第一通道中。通过上述方式,可以避免所述第一短节2、所述第二短节6和所述螺杆钻具5中的电子元器件之间进行线性传输时,其中的导线被钻井液所侵蚀,而造成所述采集机构中的电子元器件发生短路和断路现象。其中,所述第一短节2、螺杆钻具5和所述第二短节6之间可以通过螺纹进行连接。
下面按照各部件的连接顺序,分别叙述随钻测井数据传输装置中导线在第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10的侧壁的有线连接方式,导线通过第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10之间的连接螺纹的有线连接方式。
导线在第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10的侧壁的连接方式有很多种,可以采用在侧壁上开槽、钻孔等方式来实现导线的连接。具体的,可以分为下面几种情况:
1)将导线设置在随钻测井数据传输装置侧壁内部钻取的轴向孔或者径向孔内。在侧壁中具有互相导通的多个轴向孔或者径向孔,可以根据实际需求,将导线直接设置在轴向孔或者径向孔中,同时,上述所有的轴向孔或者径向孔均设置为可以对钻井液密封;
2)将导线设置在随钻测井数据传输装置侧壁外表面或者内表面的凹槽的密封管道内。侧壁的外表面或者内表面设置有轴向或者径向的凹槽,在所述凹槽中设置有密封管道,可以根据实际需求,将导线设置在所述密封管道内,从而使得凹槽中的密封管道可以对钻井液密封。
对于第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10而言,除了上述方式以外,还可以采用其他方式来实现导线的连通,本申请对此不作限定。进一步地,在本申请的其他实施例中,在同一个装置中的导线可以存在多种连接方式,可以在一个装置中同时使用在侧壁上开槽以及钻孔等方式,本申请对此不作限定。
导线通过第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10之间的连接螺纹的连接方式也可以有多种。第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6和MWD系统10之间的有线通信可以经过井下工具的多道螺纹连接,此时螺纹处也需要保证线缆处于密封的空间,否则在井下作业过程中,会发生高压钻井液侵入导致过螺纹的通信线缆受到破坏。其中,导线通过第一短节2、螺杆钻具5、第二短节6的螺纹时,可以采用以下两种方式:
1)所述第一短节2或所述螺杆钻具5的侧壁上设置有第四通孔,所述第四通孔与所述通道相连通;所述第四通孔中能设置第一封堵件。所述螺杆钻具5或所述第二短节6的侧壁上设置有第五通孔,所述第五通孔与所述通道相连通;所述第四通孔中能设置第二封堵件。具体的,如图2所示为导线过第一短节2与螺杆钻具5之间的螺纹的一种结构示意图,在螺纹的退刀槽处设置有密封腔室,在外螺纹侧壁至密封腔室处设置有工艺孔,利用工艺孔在密封腔室中实现导线的连接。在螺纹的退刀槽处设置有密封腔室,在螺纹的齿根处螺旋形缠绕设置有导线,其中,螺纹可以是外螺纹也可以是内螺纹。在螺纹旋紧前,可以在通过螺纹连接的两个螺纹管道中预留导线,同时,两个螺纹管道中的导线处于断开的状态;螺纹旋紧后,利用图2中的工艺孔对预留的两个螺纹管道中的导线处理,使其连通,并向其中填充绝缘材料后,封闭工艺孔,从而可以达到导线过螺纹连接的目的,保证导线不被钻井液侵蚀。同样的,导线过螺杆钻具5和第二短节6之间螺纹的方式也类似。
2)所述第一短节2在所述第一端的连接部设置有第一导电片,所述第一导电片和所述第一通孔中的导线相连;所述螺杆钻具5与所述第一端的连接部设置有第二导电片,所述第二导电片和所述第三通孔中的导线相连;当所述第一短节和所述螺杆钻具5连接时,所述第一通孔中的导线通过所述第一导电片和所述第二导电片与所述第三通孔中的导线线性连接。所述螺杆钻具5与所述第四端的连接部设置有第三导电片,所述第三导电片和所述第三通孔中的导线相连;所述第二短节6在所述第四端的连接部设置有第四导电片,所述第四导电片和所述第二通孔中的导线相连;当所述螺杆钻具5和所述第二短节6连接时,所述第三通孔中的导线通过所述第三导电片和所述第四导电片与所述第二通孔中的导线线性连接。具体的,如图3所示为导线过第一短节2与螺杆钻具5之间的螺纹的另一种结构示意图,在退刀槽处设置有导电片,在螺纹的齿根处螺旋形缠绕设置有导线,导电片和导线相互连接。螺纹可以是外螺纹也可以是内螺纹。从图中可以看出:管道侧壁上有两个电路单元:第一电路单元和第二电路单元,这两个电路单元分别为两个不同螺纹管道中的电路单元,可以利用外导电片和内导电片分别连接这两个不同螺纹管道中的电路,其中,外导电片可以是矩形、圆环等任意形状。内导电片由导电片本体和弹簧导电片片组成,弹簧导电片片一端固定在导电片本体上,另一端伸出本体之外。当螺纹上紧后,内导电片中的弹簧导电片和外导电片相互接触,从而可以实现不同螺纹管道中电路的导通。进一步的,在设置有导电片的退刀槽的相应位置还填充有绝缘材料,以保证电路的安全,以及避免受到外界钻井液的破坏。同样的,导线过螺杆钻具5和第二短节6之间螺纹的方式也类似。当然地,除了上述两种有线连接方式,还有其他的连接方式,本申请对此不作限定。
在本申请中,除了可以采用有线通路的连接方式,也可以采用无线通路的连接方式来实现随钻测井数据的传输。具体的,采集机构中的第一无线通信单元4和中转机构中的第二无线通信单元7可以采用通过电性天线和/或磁性天线进行无线信号传输。
1)电天线方式:如图4所示为采用电天线方式实现无线通信的结构示意图。所述第一无线通信单元4和所述第二无线通信单元7通过缠绕在环形磁芯上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输,其中,所述环形磁芯固定在所述短节上。即,当为所述第一短节2中的第一无线通信单元4时,可以将所述环形磁芯固定在位于所述第一无线通信单元4处的所述第一短节2上;当为所述第二短节6中的第二无线通信单元7时,可以将所述环形磁芯固定在位于所述第二无线通信单元7处的所述第二短节6上。可知:当使用电天线方式时,可以将导线缠绕在环形磁芯上并接入电路中形成一个完整的回路,激励和/或接收电磁波信号,从而实现信号传输。
2)磁天线方式:图5所示为采用磁天线的方式实现无线通信的结构示意图。所述第一无线通信单元4和所述第二无线通信单元7通过缠绕在所述短节上的线圈中的交变电流所产生的电磁波进行信号传输。即,当为所述第一短节2中的第一无线通信单元4时,可以将线圈缠绕在位于所述第一无线通信单元4处的所述第一短节2上;当为所述第二短节6中的第二无线通信单元7时,可以将线圈缠绕在位于所述第二无线通信单元7处的所述第二短节6上。可知:当使用磁天线方式时,可以将导线缠绕在短节上形成螺线管结构,将该螺线管结构接入电路形成一个完整的回路,激励和/或接收电磁波信号,从而实现信号传输。
针对上述两种无线连接方式,在本申请中,同一个装置中只可以存在一种连接方式。即:第一无线通信单元4和第二无线通信单元7可以同时采用电天线方式实现信号传播,也可以同时采用磁天线方式实现信号传播。将第一无线通信单元4设计为调制电路,第二无线通信单元7设计为解调电路,此时无线通信为单工通信方式。也可以使第一无线通信单元4与第二无线通信单元7同时具备调制、解调功能,此时无线通信为双工通信方式。当然地,也可以采用其他的无线通信方式,本申请对此不作限定。
井下仪器的无线通信对速率要求不高,因而,一般可以采用易于实现的、可靠性高的调制方法,如:频移键控FSK调制等。若进行无线双工通信,则第一无线通信单元4和第二无线通信单元7的线圈都可以配置调制电路和解调电路;若进行无线单工通信即可满足实际工况需要,则可以将第一无线通信单元4作为调制电路,第二无线通信单元7作为解调电路。在实际应用中可以根据不同的地层情况选择相应的天线,例如:电天线的载波信号频率相对较低,通常不超过50kHz,可以利用地层作为电流回路,适用于地层电阻率相对不高的情况;磁天线的载波信号频率相对较高,通常在100kHz以上,磁天线的信号适用于地层电阻率较高的情况。
在本申请中,可以同时采用上述有线和无线传输共存的方式进行随钻测井数据的传输,可以解决现有技术中只可以采用有线或者只可以采用无线方式进行测井数据传输时,数据通信误码率高或通信功能故障率高的问题。
进一步地,当导线通过第二短节6和MWD系统10之间的螺纹时,可以采用以下方式实现第二短节6和MWD系统10之间的导线连接。其中,MWD系统10设置在无磁钻铤内,所述无磁钻铤与所述第二短节相接,所述无磁钻铤设置在所述第二流体通道中。具体的导线连接方式如下:
在所述第二流体通道中设置有纵长延伸的圆柱形结构,所述圆柱形结构内嵌于所述第二短节6中。所述圆柱形结构沿所述无磁钻铤的方向设置有第六通孔,所述圆柱形结构沿与所述第六通孔垂直的方向设置有第七通孔;当所述第二短节6和所述无磁钻铤连接时,所述第六通孔和第七通孔相连通形成第二通道;所述中转机构通过导线和所述随钻测井系统线性连接,所述导线收容在所述第二通道中,其中,所述第六通孔中能设置第三封堵件。从图1中可知:可以将第二短节6中的有线和/或无线连接的导线从第二密封腔11处后,可以通过T形三通结构的所述圆柱形结构和所述MWD系统10形成一个密闭通路,导线容置于所述密闭通路中。从而,可以实现通过导线将中转机构和位于流体通道中的MWD系统10相连接。如图6所示为所述圆柱形结构的剖面示意图。所述圆柱形结构沿其纵长延伸方向设置有一个或一个以上通孔,所述一个或一个以上通孔供钻井液流通。从图6中可知:在本申请的一个实施例中,存在有6个通孔供钻井液的流通。在图6中的垂直空心结构即为所述圆柱形结构的三通结构的一个通孔,所述中转机构中的导线可以通过该通孔和MWD系统10相连接。
需要说明的是,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象,两者之间并不存在先后顺序,也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解,以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述,在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此,本申请的范围不应该参照上述描述来确定,而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的,所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容,也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。