CN209908495U - 一种井下近钻头无线短传系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；所述钻头和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与钻头和螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与MWD仪器和螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。优点是：能够通过电磁感应及时了解井眼的轨迹和地层信息的变化，及时对钻头进行调整。

Description

一种井下近钻头无线短传系统

技术领域

本实用新型涉及地质导向系统和随钻测量仪器领域，尤其涉及一种井下近钻头无线短传系统。

背景技术

目前，公知的石油行业随钻测井技术领域内，主要使用MWD(随钻测量系统)为地质导向系统提供井眼定向数据及井眼围岩的地质参数，以使钻进的井眼轨迹符合工程设计要求。传统的MWD随钻仪器中，各定向传感器和地质参数传感器均安装于驱动钻头的螺杆马达上端，距离钻头有一段距离，仪器通过传感器获得的当前数据较实际钻头处的当前状态有滞后，地面的工程技术人员不能及时了解井眼的轨迹和地层信息的变化并及时调整钻进控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种井下近钻头无线短传系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；所述钻头和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与所述钻头和所述螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与所述MWD仪器和所述螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给所述MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。

优选的，所述发射短节呈圆柱体型，所述发射短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第一环形槽，所述第一环形槽内设置有发射线圈，所述第一环形槽的外周设置有第一保护罩，所述第一保护罩由至少两个相同的第一弧形片沿所述第一环形槽的周向拼接而成，所述第一弧形片的直径与所述发射短节的直径相同，各所述第一弧形片均朝向所述第一环形槽的轴线，相邻两所述第一弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第一环形槽外周。

优选的，所述第一保护罩的两端均与所述发射短节经紧固件固定连接。

优选的，所述发射短节内部设置有至少四个相互独立的舱室，分别为第一舱室、第二舱室、第三舱室和第四舱室，所述第一舱室内设置有为发射短节供电的供电装置，所述第二舱室内设置有用于测量周围地层介质的自然伽马数据的伽马传感器，所述第三舱室内设置有测量发射短节当前位置的井斜和方位数据的测斜传感器，所述第四舱室内设置有对伽马传感器和测斜传感器采集的数据进行分析处理的信号采集处理模块。

优选的，所述信号采集处理模块包括第一放大滤波器、A/D采集器、FSK调制器、第一中央处理器、功率放大器和保护电路；所述伽马传感器和所述测斜传感器均与所述第一放大滤波器相连，所述第一放大滤波器与所述A/D采集器相连，所述A/D采集器与所述第一中央处理器相连，所述第一中央处理器与所述FSK调制器和所述保护电路相连，所述FSK调制器和所述保护电路均与所述功率放大器相连，所述功率放大器与所述发射线圈相连；所述供电装置与所述保护电路相连。

优选的，所述接收短节呈圆柱体型，所述接收短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第二环形槽，所述第二环形槽内设置有接收线圈，所述第二环形槽的外周设置有第二保护罩，所述第二保护罩由至少两个相同的第二弧形片、沿所述第二环形槽的周向拼接而成，所述第二弧形片的直径与接收短节的直径相同，各第二弧形片均朝向所述第二环形槽的轴线，相邻两所述第二弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第二环形槽外周。

优选的，所述第二保护罩的两端均与所述接收短节经紧固件固定连接。

优选的，所述接收短节内部设置有至少两个独立的舱室，分别为第五舱室和第六舱室，所述第五舱室内设置有对接收线圈接收的信号进行分析处理的信号接收处理模块，所述第六舱室内设置有用于接收信号处理模块处理后的信号、并将信号传输给MWD仪器的转接器，所述接收短节外壁上设置有用于采集环空回流的泥浆压力信号的压力传感器。

优选的，所述信号接收处理模块包括感应耦合器、第二放大滤波器、FSK解调器、第二中央处理器、通信器、放大器和A/D转换器；所述感应耦合器与所述接收线圈相连，所述感应耦合器与所述第二放大滤波器相连，所述第二放大滤波器与所述FSK解调器相连，所述压力传感器与所述放大器相连，所述放大器与所述A/D转换器相连，所述FSK解调器和所述A/D转换器均与所述第二中央处理器相连，所述第二中央处理器与所述通信器相连，所述通信器与所述转接器相连。

本实用新型的有益效果是：1、本实用新型采用电磁感应法实现信号无线传输，结构简单，生产和维护都很方便快捷，可靠性高。2、发射短节中设置有保护电路，可以保护供电装置，保障无线短传系统的正常工作。3、设置有保护罩，保护罩能够保障发射线圈和接收线圈的正常工作，不会受到泥浆碎屑的损伤。4、采用电磁信号进行信号传递，避免螺杆钻具的长度对测量结果造成的滞后影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例中近钻头无线短传系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中发射短节的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中发射短节的另一角度结构示意图；

图4是本实用新型实施例中发射短节的信号传递示意图；

图5是本实用新型实施例中接收短节的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中接收短节的信号传递示意图。

图中：1、钻头；2、发射短节；21、第一舱室；211、供电装置；22、第二舱室；23、第三舱室；24、第四舱室；25、第一环形槽；26、第一保护罩；3、螺杆钻具；4、接收短节；41、第五舱室；42、第六舱室；43、第二环形槽；44、第二保护罩；45、压力传感器；5、MWD仪器；6、钻杆；7、井架；71、井上解码单元；8、地面。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供了一种井下近钻头1无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器5、螺杆钻具3和钻头1，所述MWD仪器5的上端与钻杆6可拆卸连接；所述钻头1和螺杆钻具3之间设置有与两者同轴的发射短节2，所述发射短节2的两端分别与钻头1和螺杆钻具3固定连接；所述WMD仪器和螺杆钻具3之间设置有与两者同轴的接收短节4，所述接收短节4的两端分别与MWD仪器5和螺杆钻具3固定连接；所述发射短节2发射电磁信号，所述接收短节4接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给MWD仪器5，所述MWD仪器5将接收到的信号传递给井上压力传感单元。使用近钻头1无线短传系统进行作业时，首先将无线短传系统安装在与井架7连接的钻杆6上，通过MWD仪器5的上端将其与钻杆6固定连接，通过改变钻杆6的个数，实现钻头1深度的变换；井架7设置在地面8上，井架7上设置有井上解码单元71，钻杆6伸入地下；发射短节2实时获取井下的各种参数，并进行处理整合，最终发射电磁信号，接收短节4接收电磁信号，并进行处理，将信号发射给MWD仪器5，MWD仪器5将信号传递给井上解码单元71，井上解码单元71完成解码、获取井眼的轨迹和地层信息的变化，并及时调整钻井控制。

本实施例中，所述发射短节2呈圆柱体型，所述发射短节2靠近螺杆钻具3的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第一环形槽25，所述第一环形槽25内设置有发射线圈，所述第一环形槽25的外周设置有第一保护罩26，所述第一保护罩26由至少两个相同的第一弧形片沿第一环形槽25的周向拼接而成，所述第一弧形片的直径与发射短节2的直径相同，各第一弧形片均朝向第一环形槽25的轴线，相邻两第一弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在第一环形槽25外周。所述第一保护罩26为金属材质，用于抵御环空泥浆中碎屑和井壁的撞击对发射线圈的损伤。所述第一环形槽25由发射短节2的外壁沿其径向向其轴线方向凹陷形成。

本实施例中，所述第一保护罩26的两端均与发射短节2经紧固件固定连接。也就是说所述第一保护罩26是设置在发射短节2上的，第一保护罩26的外壁与发射短节2的外壁在两者轴线方向上处于同一平面，保持整个发射短节2外壁的平滑，第一环形槽25被第一保护罩26所覆盖，避免发射短节2在工作的过程中，泥浆进入第一环形槽25内，影响发射线圈的正常工作。

如图2至图3所示，本实施例中，所述发射短节2内部设置有至少四个相互独立的舱室，分别为第一舱室21、第二舱室22、第三舱室23和第四舱室24，所述第一舱室21内设置有为发射短节2供电的供电装置，所述第二舱室22内设置有用于测量周围地层介质的自然伽马数据的伽马传感器，所述第三舱室23内设置有测量发射短节2当前位置的井斜和方位数据的测斜传感器，所述第四舱室24内设置有对伽马传感器和测斜传感器采集的数据进行分析处理的信号采集处理模块。

本实施例中，所述信号采集处理模块包括第一放大滤波器、A/D采集器、FSK调制器、第一中央处理器、功率放大器和保护电路；所述伽马传感器和所述测斜传感器均与第一放大滤波器相连，所述第一放大滤波器与A/D采集器相连，所述A/D采集器与第一中央处理器相连，所述第一中央处理器与FSK调制器和保护电路相连，所述FSK调制器和保护电路均与功率放大器相连，所述功率放大器与发射线圈相连；所述供电装置与保护电路相连。

本实施例中，所述供电装置为电池，保护电路可防止发射短节2在井下工作时出现意外，导致电池短路、过流等造成的电池损毁。

如图1所示，本实施例中，所述接收短节4呈圆柱体型，所述接收短节4靠近螺杆钻具3的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第二环形槽43，所述第二环形槽43内设置有接收线圈，所述第二环形槽43的外周设置有第二保护罩44，所述第二保护罩44由至少两个相同的第二弧形片、沿第二环形槽43的周向拼接而成，所述第二弧形片的直径与接收短节4的直径相同，各第二弧形片均朝向第二环形槽43的轴线，相邻两第二弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在第二环形槽43外周。所述第二保护罩44为金属材质，用于防止接收线圈由于环空泥浆中的碎屑和井壁的撞击而损伤。所述第二环形槽43由接收短节4的外壁沿其径向向其轴线方向凹陷形成。

本实施例中，所述第二保护罩44的两端均与接收短节4经紧固件固定连接。也就是说所述第二保护罩44是设置在接收短节4上的，第二保护罩44的外壁与接收短节4的外壁在两者轴线方向上处于同一平面，保持整个接收短节4外壁的平滑，第二环形槽43被第二保护罩44所覆盖，避免接收短节4在工作的过程中，泥浆进入第二环形槽43内，影响接收线圈的正常工作。

如图4所示，本实施例中，所述接收短节4内部设置有至少两个独立的舱室，分别为第五舱室41和第六舱室42，所述第五舱室41内设置有对接收线圈接收的信号进行分析处理的信号接收处理模块，所述第六舱室42内设置有用于接收信号处理模块处理后的信号、并将信号传输给MWD仪器5的转接器，所述接收短节4外壁上设置有用于采集环空回流的泥浆压力的压力传感器45。

本实施例中，所述信号接收处理模块包括感应耦合器、第二放大滤波器、FSK解调器、第二中央处理器、通信器、转接器、放大器和A/D转换器；所述感应耦合器与接收线圈相连，所述感应耦合器与第二放大滤波器相连，所述第二放大滤波器与FSK解调器相连，所述压力传感器45与所述放大器相连，所述放大器与A/D转换器相连，所述FSK解调器和所述A/D转换器均与第二中央处理器相连，所述第二中央处理器与通信器相连，所述通信器与转接器相连。

本实施例中，所述转接器有两个端口，其中一个端口通过导线与通信器连接，另一个端口与MWD仪器5连接。

本实施例中，所述感应耦合器采用无源结构，用于匹配接收线圈和第二放大滤波器，同时可以对接收线圈接收到的电磁信号进行预处理、并过滤噪声，具备匹配和滤波的双重作用。感应耦合器输出的信号很微弱，第二放大滤波器将信号进行放大、并进行滤波，滤除频带之外的噪声，输出符合FSK解调器的信号。

如图5至6所示，本实施例中，所述近钻头无线短传系统在工作过程中，包括如下具体步骤：伽马传感器和测斜传感器分别采集地层介质的自然伽马数据信号和当前发射短节2位置的井斜方位数据信号，并分别将两种数据信号传递给第一放大滤波器；所述第一放大滤波器对两种数字信号进行放大滤波，并将其传递给A/D采集器；所述A/D采集器将两种数据信号转换为第一数字信号和第二数字信号，并将其传递给第一中央处理器；所述中央处理器对第一数字信号和第二数字信号进行统一整理和二进制编码，生成第一编码，并将第一编码传输给FSK调制器；所述FSK调制器将第一编码调制为双频率正弦信号，并传输给第一功率放大器；所述第一功率放大器对双频率正弦信号进行放大，并传输给发射线圈；所述发射线圈将放大后的双频率正弦信号进行处理，并发射电磁信号。所述接收线圈接收电磁信号，并将电磁信号传输给感应耦合器；所述感应耦合器将电磁信号进行滤波后传递给第二放大滤波器；所述第二放大滤波器将电磁信号进行放大滤波后、传输给FSK解调器；所述FSK解调器按照和FSK调制器约定的协议对电磁信号解调，生成解码后的第三数字信号并传递给第二中央处理器；所述压力传感器获取环空回流的泥浆压力信号，并将泥浆压力信号传递给放大器；所述放大器对泥浆压力信号进行放大，传递给A/D转换器；所述A/D转换器将泥浆压力信号转换为第四数字信号，并将其传递给第二中央处理器；所述第二中央处理器将第三数字信号和第四数字信号下载至内部存储器，并进行分析处理后传递给通信器，所述通信器按照与MWD仪器5的通信协议对数字信号再次编码，生成第二编码，并发送给转接器，所述转接器将第二编码传递给MWD仪器5。所述MWD仪器5将第二编码传递给井上解码单元71，井上解码单元71对第二编码进行解码。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型提供了一种井下近钻头无线短传系统，通过设置发射短节和接收短节，以实现近钻头处测量数据向MWD仪器之间的跨越螺杆的无线数据传输。系统采用电磁感应法实现信号无线传输，结构简单、生产和维护便捷，可靠性高。工程技术人员在使用井下近钻头无线短传系统进行井下勘测时，能够及时获取井眼的轨迹和地层信息的变化，及时的对钻头进行调整。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；其特征在于：所述钻头和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与所述钻头和所述螺杆钻具固定连接；所述MWD仪器和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与所述MWD仪器和所述螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给所述MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。

2.根据权利要求1所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述发射短节呈圆柱体型，所述发射短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第一环形槽，所述第一环形槽内设置有发射线圈，所述第一环形槽的外周设置有第一保护罩，所述第一保护罩由至少两个相同的第一弧形片沿所述第一环形槽的周向拼接而成，所述第一弧形片的直径与所述发射短节的直径相同，各所述第一弧形片均朝向所述第一环形槽的轴线，相邻两所述第一弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第一环形槽外周。

3.根据权利要求2所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述第一保护罩的两端均与所述发射短节经紧固件固定连接。

4.根据权利要求2所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述发射短节内部设置有至少四个相互独立的舱室，分别为第一舱室、第二舱室、第三舱室和第四舱室，所述第一舱室内设置有为发射短节供电的供电装置，所述第二舱室内设置有用于测量周围地层介质的自然伽马数据的伽马传感器，所述第三舱室内设置有测量发射短节当前位置的井斜和方位数据的测斜传感器，所述第四舱室内设置有对伽马传感器和测斜传感器采集的数据进行分析处理的信号采集处理模块。

5.根据权利要求4所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述信号采集处理模块包括第一放大滤波器、A/D采集器、FSK调制器、第一中央处理器、功率放大器和保护电路；所述伽马传感器和所述测斜传感器均与所述第一放大滤波器相连，所述第一放大滤波器与所述A/D采集器相连，所述A/D采集器与所述第一中央处理器相连，所述第一中央处理器与所述FSK调制器和所述保护电路相连，所述FSK调制器和所述保护电路均与所述功率放大器相连，所述功率放大器与所述发射线圈相连；所述供电装置与所述保护电路相连。

6.根据权利要求1所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述接收短节呈圆柱体型，所述接收短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第二环形槽，所述第二环形槽内设置有接收线圈，所述第二环形槽的外周设置有第二保护罩，所述第二保护罩由至少两个相同的第二弧形片、沿所述第二环形槽的周向拼接而成，所述第二弧形片的直径与接收短节的直径相同，各第二弧形片均朝向所述第二环形槽的轴线，相邻两所述第二弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第二环形槽外周。

7.根据权利要求6所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述第二保护罩的两端均与所述接收短节经紧固件固定连接。

8.根据权利要求6所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述接收短节内部设置有至少两个独立的舱室，分别为第五舱室和第六舱室，所述第五舱室内设置有对接收线圈接收的信号进行分析处理的信号接收处理模块，所述第六舱室内设置有用于接收信号处理模块处理后的信号、并将信号传输给MWD仪器的转接器，所述接收短节外壁上设置有用于采集环空回流的泥浆压力信号的压力传感器。

9.根据权利要求8所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述信号接收处理模块包括感应耦合器、第二放大滤波器、FSK解调器、第二中央处理器、通信器、放大器和A/D转换器；所述感应耦合器与所述接收线圈相连，所述感应耦合器与所述第二放大滤波器相连，所述第二放大滤波器与所述FSK解调器相连，所述压力传感器与所述放大器相连，所述放大器与所述A/D转换器相连，所述FSK解调器和所述A/D转换器均与所述第二中央处理器相连，所述第二中央处理器与所述通信器相连，所述通信器与所述转接器相连。

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