一種適用於井下近鑽頭無線短傳發射的機械裝置的製作方法
2023-12-09 07:41:31
本實用新型主要屬於近鑽頭無線短傳裝置技術領域，具體涉及一種適用於井下近鑽頭無線短傳發射的機械裝置。
背景技術：
近年來利用水平井來提高油氣藏鑽遇率及採收率已被各油田廣泛應用，而近鑽頭地質導向鑽井系統具有實時判斷地層屬性、前探待鑽地層、實施準確導向等特點，它有助於提高探井的發現率、開發井的鑽遇率和油氣田的採收率。
近鑽頭井斜角測量儀器，通常將近鑽頭井斜角傳感器封裝到造斜工具（井下泥漿馬達）的前端，通過有線或無線傳輸方式（超聲波、電磁波等）傳輸到位於造斜工具（井下泥漿馬達）上部的常規無線隨鑽測量儀器(LWD/MWD)中，與常規無線隨鑽測量儀器測取的數據一起，通過水力脈衝或電磁波等無線傳輸方式，傳輸到地面。
近鑽頭井斜參數及伽馬測量的實時獲得有助於現場鑽井工程師實施掌握鑽井中鑽頭行進軌跡及地質參數，從而提高石油鑽採率。而如何將近鑽頭測量參數傳輸到地面成為制約該技術發展的關鍵。
目前，國內研究對近鑽頭測量參數的傳輸多通過螺杆埋電纜線、聲波無線傳輸、線圈式電磁波無線傳輸等方式進行傳輸。
螺杆埋電纜線屬於有線傳輸結構：採用有線傳輸方式，將測量短節內的傳感器測量的近鑽頭的地層信息通過「電纜」傳輸至MWD系統，建立近鑽頭測量短節與接收短節之間的有纜信道。但是這些「電纜」要「埋」在測量短節至MWD系統之間每個機械零件上，建立有線信道，即需要在測量短節、接收短節、螺杆等井下鑽具中預埋電纜線，需要專用的螺杆以適用信號的傳輸，同時需要解決螺紋對接位置的高圧密封及可靠電連接問題，可適用性較低。
相對於有線傳輸方式，利用無線傳輸方法，將近鑽頭參數向上傳輸的方式無需對井下鑽具的結構作較大改動，因此總體成本較低，通用性較好，可用於井下小數據量傳輸；但是現有的無線傳輸技術中，還存在這以下缺點：
線圈式電磁波無線傳輸：電磁波傳輸採用電磁波發射、接收裝置即在鑽鋌發射、接收端分別纏繞線圈，然後覆蓋絕緣材料保護，構成無線傳輸裝置。該種傳輸方式對地層電阻率要求較高，同時無法滿足過螺杆傳輸距離（約10米）的要求。
聲波無線傳輸：聲波無線傳輸方式採用在鑽鋌發射和接收短節分別安裝發射和接收換能器，通過發射和接收換能器的聲學特性進行信號傳輸。但是其中換能器的設計使近鑽頭髮射短節機械結構較為複雜，且長距離無線傳輸對換能器的發射能量要求較大，且由於鑽鋌波的存在使信號的接收十分困難，難以實現信號的過螺杆無線短傳。
技術實現要素：
針對上述問題，本實用新型提供一種適用於井下近鑽頭無線短傳發射的機械裝置；所述近鑽頭無線短傳發射機械裝置採用中間串接絕緣短節的機械結構，該絕緣短節與兩段金屬短節通過螺紋連接，構成無線傳輸的兩極，通過與接收短節配合使用實現近鑽頭信號過螺杆無線短傳。該種結構在實現井下近鑽頭測量數據的無線短傳發射的同時最大程度上減小了結構長度，將近鑽頭測量短節對螺杆造斜的影響降到最低。
本實用新型是通過以下技術方案實現的：
一種適用於井下近鑽頭無線短傳發射的機械裝置，所述機械裝置包括均由金屬材料製成的鑽頭連接殼體和螺杆連接殼體，還包括由絕緣材料製成的絕緣短節；所述絕緣短節串接在所述鑽頭連接殼體和所述螺杆連接殼體的中間，用於實現電氣隔離，所述鑽頭連接殼體和所述螺杆連接殼體分別構成電磁發射正極和電磁發射負極；
所述機械裝置還包括測量單元以及用於實現無線短傳的數據發射單元；所述數據發射單元用於發射所述測量單元測量獲得的數據；
所述數據發射單元、所述鑽頭連接殼體、地層、近鑽頭無線短傳接收裝置、以及所述螺杆連接殼體構成數據傳輸迴路，從而實現測量數據的過地層無線短傳；
所述數據發射單元包括依次連接的金屬連接器、第三電連接線、高壓密封單針連接器、第二電連接線、發射電路單元、第一電連接線和電連接螺釘；所述電連接螺釘與鑽頭連接殼體連接。
進一步地，所述金屬連接器的一端與所述螺杆連接殼體的表面連接，另一端穿過所述絕緣短節與位於所述鑽頭連接殼體內部的第三電連接線連接。
進一步地，所述高壓密封單針連接器通過擋塊固定於所述鑽頭連接殼體。
進一步地，所述擋塊為U型凹槽結構，高壓密封連接器卡緊於擋塊U型凹槽中，擋塊與高壓密封連接器之間安裝墊片，擋塊通過螺釘固緊於鑽頭連接殼體。
進一步地，所述絕緣短節的兩端分別與所述鑽頭連接殼體和所述螺杆連接殼體通過不可拆卸的螺紋連接成一體。
進一步地，所述機械裝置的具有鑽頭連接殼體的一端與鑽頭連接，所述機械裝置的具有螺杆連接殼體的一端與螺杆連接。
進一步地，所述機械裝置還包括電池單元，用於為所述機械裝置提供電源。
本實用新型的有益技術效果：
（1）本實用新型所述機械裝置採用中間串接高強度絕緣短節的方式用於電氣隔離，與聲波傳輸及電磁波傳輸方式不同，本實用新型所述機械裝置在不影響井下鑽具結構強度及密封性的同時，實現了井下近鑽頭測量數據的無線短傳發射；
（2）採用串接絕緣短節的結構方式相對於聲波傳輸及電磁波傳輸方式結構簡單，同時最大程度上減小了結構長度，將近鑽頭測量短節對螺杆造斜的影響降到最低。
附圖說明
圖1為本實用新型所述適用於井下近鑽頭無線短傳發射的機械裝置示意圖；
圖2為本實用新型所述適用於井下近鑽頭無線短傳發射的機械裝置的界面示意圖；
圖3為擋塊的結構示意圖；
圖4為擋塊的裝配示意圖；
附圖標記：1.鑽頭連接殼體、2.電連接螺釘、3.第一電連接線、4.密封蓋板、5.發射電路單元、6.第二電連接線、7.擋塊、8.高壓密封單針連接器、9.第三電連接線、10.絕緣短節、11.金屬連接器、12.螺杆連接殼體、13.電池單元、14.第一測量單元、15.第二測量單元。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
相反，本實用新型涵蓋任何由權利要求定義的在本實用新型的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本實用新型。
實施例1
一種適用於井下近鑽頭無線短傳發射的機械裝置，所述機械裝置適用於近鑽頭無線短傳發射。
如圖1、2所示，所述機械裝置包括均由金屬材料製成的鑽頭連接殼體1和螺杆連接殼體12，還包括由絕緣材料製成的絕緣短節10；所述絕緣短節10串接在所述鑽頭連接殼體1和所述螺杆連接殼體12的中間，用於實現電氣隔離，所述鑽頭連接殼體1和所述螺杆連接殼體12分別構成電磁發射正極和電磁發射負極；
所述機械裝置還包括測量單元以及用於實現無線短傳的數據發射單元；所述數據發射單元用於發射所述測量單元測量獲得的數據；
其中，所述測量單元包括第一測量單元14和第二測量單元15，所述第一測量單元14具體為伽馬測量單元，採用伽馬測量探管接收地層伽馬射線，判別地層油氣藏伽馬參數；第二測量單元15為井斜測量單元，由加速度傳感器、磁傳感器及處理電路組成，用於測量鑽井中的近鑽頭井斜角、工具面角及方位角。兩個測量單元位於兩個不同艙室中，兩個測量單元的測量數據通過各艙室之間的貫穿斜孔及數據線將測量數據傳送到數據發射單元，數據發射單元中的發射電路單元5對數據編碼後進行發射。
所述數據發射單元、所述鑽頭連接殼體1、地層、近鑽頭無線短傳接收裝置、以及所述螺杆連接殼體12構成數據傳輸迴路。在進行數據傳輸時，數據發射單元在鑽頭連接殼體1（發射正極）及螺杆連接殼體12（發射負極）之間加激勵信號。由於鑽井液及地層導電，從正極出來的激勵電流一部分經鑽井液及螺杆連接殼體12返回數據發射單元（該部分信號不能被接收）；另一部分經地層、近鑽頭無線短傳接收裝置接收後返回數據發射單元，構成數據傳輸迴路，形成信號的無線發射及接收。其中所述近鑽頭無線短傳接收裝置用於接收本實用新型無線短傳發射的機械裝置中數據發射單元所發射的電信號；
所述絕緣短節10的兩端分別與所述鑽頭連接殼體1和所述螺杆連接殼體12通過不可拆卸的螺紋連接成一體，以滿足井下鑽具高扭轉強度及高密封性要求。
所述機械裝置的具有鑽頭連接殼體1的一端與鑽頭連接，所述機械裝置的具有螺杆連接殼體12的一端與螺杆連接。所述鑽頭連接殼體1的末端設置為母扣；所述螺杆連接殼體12的末端設置為公扣。
所述數據發射單元用於發射所述近鑽頭測量參數數據。所述數據發射單元包括依次連接的金屬連接器11、第三電連接線9、高壓密封單針連接器8、第二電連接線6、發射電路單元5、第一電連接線3和電連接螺釘2；所述電連接螺釘2與鑽頭連接殼體1連接；
所述金屬連接器11的一端與所述螺杆連接殼體12的表面連接，另一端穿過所述絕緣短節10與位於所述鑽頭連接殼體1內部的第三電連接線9連接；其中所述金屬連接器11與所述螺杆連接殼體12通過焊接的方式連接。
其中，所述高壓密封單針連接器8通過擋塊7固定於所述鑽頭連接殼體1。
如圖3、4所示，所述擋塊7為U型凹槽結構，高壓密封單針連接器8卡緊於擋塊7的U型凹槽中，擋塊7與高壓密封單針連接器8之間安裝墊片；擋塊7安裝於鑽頭連接殼體時，通過螺釘、擋塊與鑽頭連接殼體1的傾斜面的連接實現預緊，在擋塊7與高壓密封單針連接器8之間安裝墊片，能夠在擋塊預緊的同時實現高壓密封單針連接器的預緊。
另外，所述機械裝置還包括電池單元13，用於為所述機械裝置提供電源。
所述機械裝置的鑽頭連接殼體1內部包括4個艙室，所述4個艙室中分別用於安裝所述發射電路單元5、所述電池單元13、所述第一測量單元14和第二測量單元15；所述4個艙室通過密封蓋板4實現密封；並且用於安裝所述電池單元的艙室上設有貫穿孔，用於為其他艙室中的單元供電。