電磁感應隨鑽數據傳輸系統的製作方法

2023-05-05 06:57:46

專利名稱：電磁感應隨鑽數據傳輸系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隨鑽測量數據傳輸系統，更具體地說是一種非接觸電磁感應方式作為鑽杆接頭之間傳輸信號的隨鑽測量數據傳輸系統。
背景技術：
隨鑽測量技術已經實現了對井眼幾何參數(井斜角、方位角)、定向參數(工具面 角)、井下工況參數(井底鑽壓、鑽頭扭矩、馬達轉速、井底溫度等)、地層測試及評價參數 (自然伽馬、地層電阻率、地層傾角、孔隙度、密度、中子測井等)等進行測試。測量得到的大 量數據需要傳輸到地面處理系統，以便在鑽井過程中及時進行決策處理。目前隨鑽測量數 據傳輸技術有泥漿脈衝法、電磁波法、插頭法、溼接頭法。泥漿脈衝法該方法是目前使用最廣泛的方法。泥漿脈衝法是隨鑽測量(MWD)和隨 鑽測井(LWD)工具數據傳輸到地面的現代工業標準，典型傳輸速率是3 6bit/s，理想狀態 下能達到12bit/s。該方法顯然不能適應現在鑽井所需的高速實時數據傳輸要求。電磁波法電磁波傳輸信號最早應用於煤礦安全和軍事方面。電磁波傳輸信號有兩 種方法以地層為傳輸介質和以鑽杆為傳輸導體。電磁波傳輸數據的速度比較快且不需要 特殊鑽杆，其主要缺點在於電磁波在井壁地層中衰減嚴重，該方法僅限於在淺井中應用。插頭法20世紀50年代初，前蘇聯開始應用井下電鑽。它是在鑽杆每個單根內吊 電纜，在鑽杆接頭處加電插頭的辦法，往往鑽進IOOOm左右電插頭就因磨損而失效，可靠性 差。溼接頭法20世紀70年代，Shell公司研製了溼接頭有線隨鑽傳輸技術，這一技術 雖不斷改進，但只有限度的沿用至今。

發明內容
本發明提供一種鑽杆接頭之間採用非接觸電磁感應方式傳輸信號的隨鑽測量數 據傳輸系統。由於井下鑽杆存在大量的連接頭及連接/斷開點，如果採用硬連線方式傳輸信 號，則容易出現故障。本發明就是以非接觸電磁感應方式進行鑽杆接頭之間的數據傳輸。鑽 杆兩端都裝有感應接頭，感應接頭內含有感應線圈，當兩節鑽杆對接好後，兩個存在微小間 隙感應接頭構成了一個非接觸感應器。鑽杆中的數據傳輸是依據電磁感應原理，當一個感 應接頭周圍的電磁場發生變化時，引起另一個感應接頭周圍的電磁場的變化，變化的磁場 產生變化的電流，通過鑽杆內的導線傳輸到下一個非接觸感應器，依據此原理逐個鑽杆傳 輸下去。本隨鑽測量數據傳輸系統運行過程如下指令信號通過調製後加載到正弦載波 上，通過前級放大後，進入功率放大電路，功率放大電路的負載為非接觸感應器。正弦載波 經過非接觸感應器傳輸到下一個鑽杆內的導線中，通過導線傳輸到下一個非接觸感應器 中，以此傳輸下去，直到被中繼節接收後，進行信號增強後再發送出去，最後由接收器接收正弦載波信號，並解調出指令信號。另外，非接觸感應器可等效為非理想、漏磁嚴重的變壓器，它的傳輸能量衰減較大，感應線圈的匝數、鐵氧體的材料、外圍匹配電容決定了這種非接觸感應器的傳輸效率。


圖1是電磁感應隨鑽測量數據傳輸系統的結構2是非接觸感應器結構3是信號收發器原理4是中繼節原理圖
具體實施例方式參照附圖1-4，將詳細敘述本發明的具體實施方案。圖1是電磁感應隨鑽測量數據傳輸系統的結構圖，包括5部分信號收發器1、 5(雙向半雙工通信)、非接觸感應器、鑽杆、中繼節。由地面處理系統(PC機)發出指令給 信號收發器1，信號收發器1經過調製處理後，向非接觸感應器2發送攜帶指令信息的正弦 載波，正弦載波以電磁感應方式被傳遞到鑽杆3內的導線上，再通過導線傳遞到下一個非 接觸感應器上，依此類推，正弦載波信號被傳遞到中繼節4內，中繼節4把正弦載波信號增 強後繼續往下發送。最後正弦載波信號由信號收發器5接收，在進行相應地處理。圖2是非接觸感應器2，它是由兩個匹配電容6與兩個感應接頭7構成。感應接頭 由感應線圈10與U型鐵氧體9組成。U型鐵氧體9組成一鐵氧體環形槽，感應線圈放置在 鐵氧體環形槽內。每個感應接頭都匹配一電容6。感應線圈匝數、鐵氧體材料、匹配電容容 值決定了通過非接觸感應器2的最佳頻率。圖3是信號收發器，它是以雙向半雙工收發方式工作，既能發送信號也能接收信 號。發送時，地面處理系統(PC機)發出指令給信號收發器中的數據機，由它把指令信 號調製成正弦載波信號，經過前級放大、功率放大後，通過諧振電容11、諧振電感12、非接 觸感應器2把信號發送出去。接收時，由非接觸感應器2感應過來正弦載波信號後，通過電 阻13接收信號，經濾波後傳輸到數據機，解調出指令信號傳給地面處理系統(PC機)。圖4是中繼節，它負責對信號接收後轉發，起到信號增強的作用。DSP檢測兩端非 接觸感應器2是否有輸入信號，一旦一端有輸入，就對其進行放大、濾波、解調出指令信號， 再重新對指令信號進行調製、放大(相當於對信號進行整形放大)、輸出。其中中繼節為雙 向通信，通過模擬開關、DSP進行方向選通。
權利要求
一種非接觸電磁感應信號傳輸方式的隨鑽測量數據傳輸系統由信號收發器、非接觸感應器、中繼節組成，其特徵是鑽杆(3)由兩個感應接頭(7)、兩個匹配電容(6)和傳輸線(8)構成，鑽杆對接後，兩個匹配電容(6)與兩個感應接頭(7)構成傳輸信號的非接觸感應器(2)，感應接頭(7)由感應線圈(10)與U型鐵氧體(9)組成，U型鐵氧體(9)組成一鐵氧體環形槽，感應線圈(10)放置在鐵氧體環形槽內。
2.根據權利要求1所述隨鑽測量數據傳輸系統，其特徵是非接觸感應器(2)的兩個感 應接頭(7)分別裝在兩根鑽杆連接處。
3.根據權利要求1所述隨鑽測量數據傳輸系統，其特徵是非接觸感應器(2)的兩個匹 配電容(6)與兩個感應接頭(7)構成傳輸諧振迴路。
4.根據權利要求1所述隨鑽測量數據傳輸系統，其特徵是由感應線圈(10)與U型鐵氧 體(9)組成感應接頭。
5.根據權利要求1所述隨鑽測量數據傳輸系統，其特徵是信號收發器的諧振電容 (11)、諧振電感(12)與非接觸感應器(2)相連，對非接觸感應器(2)有匹配補償的作用，使 信號以最大效率發送和接收。
6.根據權利要求1所述隨鑽測量數據傳輸系統，其特徵是中繼節通過非接觸感應器 (2)接收和發送信號，並通過模擬開關進行方向的選通，把衰減的信號進行增強再發送出 去。
全文摘要
電磁感應隨鑽數據傳輸技術是一種鑽杆接頭之間採用非接觸電磁感應方式傳輸信號的隨鑽測量數據傳輸系統。它包括5部分信號收發器(雙向半雙工通信)、非接觸感應器、鑽杆、中繼節。其特徵是在鑽杆兩端都裝感應接頭，當兩節鑽杆對接好後，兩個存在微小間隙感應接頭構成了一個非接觸感應器，信號通過非接觸感應器逐節傳遞下去。該發明應用於鑽杆數據傳輸的優點是每節鑽杆之間不用信號線連接，通過電磁感應就能傳輸信號，便於安裝與拆卸，且傳輸穩定可靠。
文檔編號G08C17/00GK101839132SQ20101015134
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月21日 優先權日2010年4月21日
發明者吳仲華, 孫浩玉, 張世平, 朱政, 馬清明 申請人:中國石油化工集團;中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院