一種用於油氣井的無線雙向信息傳輸裝置的製造方法
2023-06-03 13:53:21
本發明涉及油氣開採領域的信息傳輸設備，具體涉及一種用於油氣田井的無線雙向信息傳輸裝置。
背景技術：
當前在石油、頁巖氣及煤層氣注水和採油、採氣井中，要獲取井下傳感器採集的數據或是由地面對井下的傳感器進行啟動及關斷控制，一般採用兩種方式，一種是用電纜傳輸信號，即通過電纜將井下傳感器採集的數據傳輸到地面，同時將控制信號由地面傳輸到井下；另一種是用鋼絲繩吊裝的信號收發工具，即由鋼絲繩吊裝信號收發工具從油管內下放到井下與傳感器對接來讀取傳感器採集的數據。通常在採油、採氣井中採油、採氣工具連接在油管的尾端，傳感器安裝在採油、採氣工具上，在注水井中配水器也是連接在油管的尾端，傳感器安裝在配水器內，所以由地面連接井下傳感器的信號電纜在敷設時就需要隨油管一同下入到井下，但這種作業方式存在以下的問題：由於電纜敷設在油管和套管之間，電纜在敷設作業時隨油管下放的電纜可能與套管產生摩擦而導致電纜破損，尤其是電纜在井斜角較大的斜井中敷設時，以及電纜隨油管通過大位移井的位移井段、水平井的曲率半徑段和水平段時，因電纜自身重力產生拖垂使其與套管摩擦而造成破損甚至被卡斷。由此看來這種有纜通訊的方式其作業成本和作業風險都是極高的。若採用鋼絲繩吊裝的信號收發工具來獲取井下傳感器採集的數據，也存在以下幾方面的問題：1.由地面下放的鋼絲繩吊裝信號收發工具必須與傳感器對接好才能從傳感器中讀取數據，因此操作起來不但繁瑣、費時、費力，而且一旦對接得不好數據很難成功地讀出；2.當採油、採氣及注水井的井斜角大於45。時，或是傳感器位於水平井中的水平段上時，用鋼絲繩吊裝信號收發工具是幾乎無法進行操作的；3.這種方式不具有數據的實時傳輸以及對傳感器的實時控制性。從以上幾個方面可以看出鋼絲繩吊裝信號收發工具的應用受到很大的限制。目前在石油、頁巖氣及煤層氣注水和採油採氣井中還沒有在無電纜情況下將井下信息實時上傳到地面以及將地面控制信號傳輸到井下的雙向傳輸技術。
技術實現要素：
為解決當前油氣開採環境中，井上、井下數據傳輸方面的困難和問題，本發明提供一種用於油氣田井的無線雙向信息傳輸裝置。所述裝置利用井內已有管柱作為信息傳送載體，實現井上與井下雙向無線信息傳輸功能，可將井下傳感器採集的數據實時或定時傳輸到地面，也可以將由地面設備發出的控制信號傳輸到井下來控制井下傳感器的開啟、關斷或運轉。為實現上述目標，本發明採用以下技術方案：一種用於油氣田井的無線雙向信息傳輸裝置。所述裝置由九個部分組成，包括地面信號接收及下傳電路、井口密封蓋板、絕緣隔離套、井筒套管、油管、下隔離連接器、信號饋電短路短節、井下信號上傳及接收電路和電路密封艙體。所述地面信號接收及下傳電路與所述井口密封蓋板和井筒套管相連接，所述絕緣隔離套將所述井口密封蓋板、油管和井筒套管在井口處絕緣隔離開來，所述下隔離連接器在油管的尾部將油管與電路密封艙體絕緣隔離開來，所述信號饋電短路短節實現井筒套管與電路密封艙體之間的電連接，所述井下信號上傳及接收電路位於所述電路密封艙體內部，並通過導線與電路密封艙體相連接，所述井筒套管在所述油管的外圍，兩者之間通過油管防貼靠扶正器隔開。所述的地面信號接收及下傳電路由變壓器、+5V穩壓電源、信號發射與接收控制器、功率放大器、小信號放大器、信號濾波器、信號整形器和信號隔離器組成。所述信號隔離器由一磁環和繞制在磁環上的三組線圈構成，第一組為輸入/輸出線圈，第二組為信號輸入線圈，第三組為信號輸出線圈。所述磁環的材質為鐵氧體或坡莫合金。所述變壓器的一端連接外部工頻電源，另一端與所述+5V穩壓電源相連接；所述+5V穩壓電源的一端與所述變壓器相連接，另一端與所述的信號發射與接收控制器相連接；所述信號發射與接收控制器的一端分別與所述+5V穩壓電源和所述信號整形器相連接，另一端與所述的功率放大器相連接；所述功率放大器的一端與所述的信號發射與接收控制器相連接，另一端與所述信號隔離器的信號輸出線圈相連接；所述信號整形器的一端與所述的信號發射與接收控制器相連接，另一端與所述信號濾波器相連接；所述信號濾波器的一端與所述的信號整形器相連接，另一端與所述小信號放大器相連接；所述小信號放大器的一端與所述的信號濾波器相連接，另一端與所述信號隔離器的信號輸入線圈相連接；所述信號隔離器的信號輸入線圈的一端與所述小信號放大器相連接，另一端接地；所述信號隔離器的信號輸出線圈的一端與所述功率放大器相連接，另一端接地；所述信號隔離器的輸入/輸出線圈的一端與信號輸入/輸出線相連接，另一端與信號地線相連接。所述井口密封蓋板上有一井口接地銷，用於連接所述地面信號接收及下傳電路的輸出地線。所述井筒套管的上端有一地面信號線套管連接銷，用以連接所述地面信號接收及下傳電路的信號輸入/輸出線。所述油管的中部安裝有若干油管防貼靠扶正器，其作用是避免油管與所述井筒套管發生接觸，所述防貼靠扶正器採用橡膠類材料製成；在油管的尾端有一個電路艙與油管接地連線固定銷，其作用是與所述電路艙體的接地線密封塞引出的地線相連接。所述下隔離連接器由絕緣隔離短節、絕緣扶正器和連接短節組成，所述絕緣隔離短節採用玻璃鋼或其他高強度絕緣材料製成，所述絕緣扶正器採用橡膠類材料製成。所述信號饋電短路短節由饋電短路短節和饋電短路彈簧架組成。所述井下信號上傳及接收電路由控制器、功率放大器、雙向信號隔離器、信號整形器、信號濾波器、小信號放大器和+5V電池組成。所述+5V電池與各功能模塊均有連接，為其提供電能；所述控制器是整個電路的核心，由單片機充任。所述信號隔離器由一磁環和繞制在磁環上的三組線圈構成，第一組為輸入/輸出線圈，第二組為信號輸入線圈，第三組為信號輸出線圈。所述磁環的材質為鐵氧體或坡莫合金。所述控制器的一端分別與傳感器控制線和傳感器數據線相連接，另一端分別與所述功率放大器和信號整形器相連接；所述功率放大器的一端與所述控制器相連接，另一端與所述信號隔離器的信號輸出線圈相連接；所述信號隔離器的信號輸出線圈的一端與所述功率放大器相連接，另一端接地；所述信號整形器的一端與所述控制器相連接，另一端與所述信號濾波器相連接；所述信號濾波器的一端與所述信號整形器相連接，另一端與所述小信號放大器相連接；所述小信號放大器的一端與所述信號濾波器相連接，另一端與所述信號隔離器的信號輸入線圈相連接；所述信號隔離器的信號輸入線圈的一端與所述小信號放大器相連接，另一端接地；所述信號隔離器的輸入/輸出線圈的一端與信號輸入/輸出線相連接，另一端與信號地線相連接。所述井下電路艙體由電路艙本體、電路艙密封殼、接地線密封塞。一種用於油氣田井的無線雙向信息傳輸裝置，其信號傳輸通道由兩部分構成，一部分是傳輸通道，另一部分是地線。所述傳輸通道包括所述地面信號接收及下傳電路的信號輸入/輸出線、井筒套管、信號饋電短路短節、電路艙體、所述井下信號上傳及接收電路的信號輸入/輸出線。所述地面信號接收及下傳電路的信號輸入/輸出線與所述井筒套管上端的地面信號輸送線套管連接銷相連接，所述井筒套管井下部分的內壁與所述信號饋電短路短節的彈簧架通過彈性壓力實現電接觸；所述信號饋電短路短節連接在所述電路艙體上，所述井下信...