CN116066086A - 一种分布式多参数随钻测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式多参数随钻测量系统，其包含：井下信息采集单元，其间隔设置在钻柱上，用于测量和采集得到全井段的井下参数信息；信息释放单元，其与井下信息采集单元一一对应设置，在接收到地面传输的信息读取指令时将存储有井下参数信息的信息传输介质释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间；地面接收单元，其回收井筒环形空间返回至地面的信息传输介质；地面分析与决策单元，用于同时控制全井段内的一个或多个信息释放单元释放信息传输介质，并判断和预测井下的风险。本发明可实现对沿钻柱全井段井下参数随钻测量，了解沿钻柱各点钻屑动态清洁情况、泥浆当量循环密度、井下流体的涌入或漏失，预测卡钻、井塌等事故的发生，降低钻井风险。

Description

一种分布式多参数随钻测量系统及方法

技术领域

本发明涉及石油勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种分布式多参数随钻测量系统及方法。

背景技术

在钻井过程中，对全井段的参数(包括但不限于压力、温度、井径、井斜、方位、三轴振动、转速、受力、弯矩等)进行随钻监测对于降低钻井风险、提高钻井效率、节约钻井成本具有重要意义。准确了解全井段钻井参数和信息，能够帮助钻井工程师更好地分析井筒内流体涌入或漏失情况、岩屑运移情况以及提前预测卡钻、井塌等事故的发生，进而制定合理的钻井设计和优化钻井施工参数。

目前的钻井作业中，通常采用无线传输和有线传输两种信息传输方式。其中无线传输包括泥浆脉冲、电磁波和声波传输方式。

其中，泥浆脉冲传输应用最为广泛，但存在数据传输速率低、传输容量低、信号衰减严重等问题；电磁波传输适用范围广，传输过程不受钻井液含气率影响，可实现地面与井下的双向通信，但信号衰减严重，且容易受干扰，尚未普遍推广应用；声波传输利用声波作为载体，将处理后的参数送到井下声波信号发射系统，发出的声波信号沿钻柱传输到地面，经解码分析后获得井下测量信息，存在噪声干扰严重、信号衰减明显等问题。有线传输方式虽然具有输出速度快、无需钻井液、传输深度大等优势，但是因开发成本高、可靠稳定性差等问题而未大规模推广应用。

针对现有技术的问题，本发明提供了一种分布式多参数随钻测量系统及方法。

发明内容

为解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述系统包含：

井下信息采集单元，其间隔设置在钻柱上，用于测量和采集得到全井段的井下参数信息；

信息释放单元，其与所述井下信息采集单元一一对应设置，在接收到地面传输的信息读取指令时将存储有所述井下参数信息的信息传输介质释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间；

地面接收单元，其用于回收所述井筒环形空间返回至地面的所述信息传输介质，并获取所述信息传输介质中存储的所述井下参数信息；

地面分析与决策单元，其用于发出所述信息读取指令，以同时控制全井段内的一个或多个所述信息释放单元释放所述信息传输介质，并基于所述井下参数信息，判断和预测井下的风险并进行实时决策，以调控钻井参数。

根据本发明的一个实施例，所述井下参数信息包含以下一项或多项的组合：压力、温度、井径、井斜、方位、三轴振动、转速、受力以及弯矩。

根据本发明的一个实施例，所述井下信息采集单元包含：

传感器，其用于测量得到所述井下参数信息；

存储单元，其与所述传感器连接，用于存储所述井下参数信息；

无线通讯单元，其与所述信息释放单元进行无线通讯；

微型CPU，其用于依据地面传输的信息筛选指令对所述井下参数信息进行清洗与筛选，将所述信息筛选指令指向的信息通过所述无线通讯单元传输至所述信息释放单元；

供电单元，其用于为所述井下信息采集单元供电。

根据本发明的一个实施例，靠近钻头的第一级井下信息采集单元采集到的所述井下参数信息通过随钻测量和/或所述信息传输介质传输至地面。

根据本发明的一个实施例，所述信息释放单元包含：

指令读取单元，其用于响应所述信息读取指令，将冗余设置的所述信息传输介质通过设置在所述信息释放单元上的释放单元出口，释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。

根据本发明的一个实施例，所述地面分析与决策单元包含：

指令发出单元，其用于选择性的释放带有所述信息读取指令的标签，以控制井筒中任意一个或多个所述信息释放单元的信息传输介质释放过程。

根据本发明的一个实施例，所述地面分析与决策单元包含：

卡钻判断单元，其用于比较不同位置的压力信息，以通过压力变化情况定位卡钻位置。

根据本发明的一个实施例，所述地面分析与决策单元包含：

井涌判断单元，其用于判断钻井过程中井涌的发生，其中，各级井下信息采集单元之间测得的环空压力差均减小时，意味着发生了井下溢流。

根据本发明的一个实施例，所述地面分析与决策单元包含：

漏失位置判断单元，其用于确定井下钻井液漏失的位置，其中，靠近漏失区域的井下信息采集单元测得的环空压力与其上一级井下信息采集单元测得的环空压力差将减小。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种分布式多参数随钻测量方法，通过如上任一项所述的一种分布式多参数随钻测量系统进行分布式多参数随钻测量，所述方法包含以下步骤：

通过间隔设置在钻柱上的井下信息采集单元测量和采集得到全井段的井下参数信息；

通过与所述井下信息采集单元一一对应设置的信息释放单元，在接收到地面传输的信息读取指令时将存储有所述井下参数信息的信息传输介质释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间；

通过地面接收单元回收所述井筒环形空间返回至地面的所述信息传输介质，并获取所述信息传输介质中存储的所述井下参数信息；

通过地面分析与决策单元发出所述信息读取指令，以同时控制全井段内的一个或多个所述信息释放单元释放所述信息传输介质，并基于所述井下参数信息，判断和预测井下的风险并进行实时决策，以调控钻井参数。

根据本发明的一个实施例，所述方法包含：

当所述信息释放单元接收到地面传输的所述信息读取指令时，通过所述信息释放单元上的释放单元出口一次释放多个冗余设置的所述信息传输介质。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行如上任一项所述的方法步骤的一系列指令。

本发明提供的一种分布式多参数随钻测量系统及方法，相比较于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明可实现对沿钻柱全井段井下参数随钻测量，利用信息传输介质将采集到的多种数据传输到地面，钻井工程师可以及时准确的了解沿钻柱各点钻屑动态清洁情况、泥浆当量循环密度、井下流体的涌入或漏失，预测卡钻、井塌等事故的发生，科学、准确的进行实时决策，调控钻井参数，极大程度降低钻井风险，提高钻井效率；

(2)本发明仅利用信息传输介质就可完成全井段井下参数测量，成本更低、可靠性更高，不受地层电阻率和井深的限制和噪声干扰的影响，应用范围更广；

(3)本发明提供的一种分布式多参数随钻测量系统可与目前泥浆脉冲信息传输系统或电磁波随钻信息传输系统共同使用，即使本发明中的系统出现故障，也不会对当前状况下钻井作业造成损失。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的一种分布式多参数随钻测量系统示意图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的利用一种分布式多参数随钻测量系统判断卡钻的示意图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的利用一种分布式多参数随钻测量系统判断井涌的示意图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的利用一种分布式多参数随钻测量系统判断漏失位置的示意图；

图5显示了根据本发明的一个实施例的一种分布式多参数随钻测量方法流程图；

图6显示了根据本发明的一个实施例的一种井下信息传输控制系统示意图；

图7显示了根据本发明的一个实施例的介质释放模块内部结构示意图；

图8显示了根据本发明的一个实施例的扶正块轴向示意图；

图9显示了根据本发明的一个实施例的连接板轴向示意图；

图10显示了根据本发明的一个实施例的介质释放模块的顶面轴向示意图；

图11显示了根据本发明的一个实施例的内部释放口与外部释放口对齐示意图；

图12-图14显示了根据本发明的一个实施例的信息传输介质释放过程示意图；以及

图15显示了根据本发明的一个实施例的一种井下信息传输控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

现有技术(CN107420093A)提出了一种随钻测量方法及系统，利用信息球采集井筒中的数据，井下释放执行模块将信息球释放至钻杆与井壁之间的环形空间，信息球随着泥浆循环返回地面，在地面获取信息球采集到的数据。但是，该现有技术中利用信息球采集井筒信息可靠性较低，且只能采集近钻头附近的参数，无法实现随钻过程中全井段多参数的数据采集与传输。

现有技术(CN103967481B)提出了一种基于声波信息传输的全井段随钻实时测量与传输方法及系统，使用井下随钻参数测量系统采集井下信息，信息经调理后以声波形式沿钻柱向上传输，再经过地面系统进行解码和显示。但是，该种方式传输能力受钻井作业环境的噪声干扰严重，信号衰减问题突出。

国民油井公司(OTC 22239，Along-string pressure evaluation enabled bybroadband networked driistring provide safety,efficiency gains.文章来源：Offshore Technology Conference Brasil held in Rio de Janeiro,Brazil,4-6October 2011.)提出了一种基于智能钻杆的井下自动化闭环钻井系统。利用BlackStreamASM随钻测量系统测得井筒中多点的钻井参数，再利用Intelliserv有线钻杆高速传输系统将数据传至地面。虽然该系统数据传输速度高达1-2Mbps，但因存在成本较高、系统可靠性不足等问题还未大规模推广应用。

图1显示了根据本发明的一个实施例的一种分布式多参数随钻测量系统示意图。

如图1所示，一种分布式多参数随钻测量系统包含井下信息采集单元2、信息释放单元3、地面接收单元9以及地面决策与分析单元10。

如图1所示，井下信息采集单元2间隔设置在钻柱上，用于测量和采集得到全井段的井下参数信息。进一步地，井下信息采集单元2采用分布式的设置方式间隔设置在钻柱上，能够测量和采集井筒中多点的信息，并将采集到的信息进行存储。

在一个实施例中，井下参数信息包含以下一项或多项的组合：压力、温度、井径、井斜、方位、三轴振动、转速、受力以及弯矩。

在一个实施例中，井下信息采集单元包含：传感器、存储单元、无线通讯单元、微型CPU以及供电单元。

具体来说，传感器用于测量得到井下参数信息。存储单元与传感器连接，用于存储井下参数信息。进一步地，存储单元用于存储整个钻井过程中传感器测得的数据，用于钻井作业后的数据分析，为邻井钻井设计提供参考。

具体来说，无线通讯单元与信息释放单元3进行无线通讯。进一步地，无线通讯单元用于将采集到的井下参数信息发送给信息释放单元3中的信息传输介质5。

具体来说，微型CPU用于依据地面传输的信息筛选指令对井下参数信息进行清洗与筛选，将信息筛选指令指向的信息通过无线通讯单元传输至信息释放单元3。进一步地，在实际的钻井过程中，对于不同的井，钻井工程师关注的参数有所区别，为了减少工作量，提高工作效率，井下信息采集单元2中的微型CPU可以对采集到的数据进行清洗和筛选，只将钻井工程师关注的参数通过无线通讯单元发送给信息释放单元3，存储在信息传输介质5中。

具体来说，供电单元用于为井下信息采集单元2供电。

在一个实施例中，靠近钻头的第一级井下信息采集单元采集到的井下参数信息通过随钻测量和/或信息传输介质传输至地面。即靠近底部钻具组合7以及钻头8处的第一级井下信息采集单元中的数据可以通过MWD(Measure While Drilling，随钻测量)或信息传输介质5将信息传输至地面，其他井下信息采集单元中的数据依靠信息传输介质5将信息传至地面。

如图1所示，信息释放单元3与井下信息采集单元2一一对应设置，信息释放单元3在接收到地面传输的信息读取指令时将存储有井下参数信息的信息传输5介质释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。

在一个实施例中，信息释放单元3包含指令读取单元，其用于响应信息读取指令，将冗余设置的信息传输介质5通过设置在信息释放单元3上的释放单元出口6，释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。

具体来说，一个信息释放单元3中存放若干个信息传输介质5，当指令读取单元接收到地面传输的信息读取指令时，会通过信息释放单元3上的释放单元出口6一次释放多个冗余设置的信息传输介质5。进一步地，一次释放会向钻杆与井壁间的环形空间释放3-5个信息传输介质5，作为冗余量，以便保证地面肯定能够捕捉到信息传输介质5。

进一步地，信息传输介质5可以存储来自井下信息采集单元的数据，信息传输介质5会随钻井液流出地面，被地面接收单元9回收。信息传输介质5自带电池，为其供电。此外，信息传输介质5中的数据存储空间存满后可以自动覆盖。根据钻井施工需要，沿钻柱布置多个井下信息采集单元2和信息释放单元3，则可获取沿井身全井段的参数。

如图1所示，地面接收单元9用于回收井筒环形空间返回至地面的信息传输介质5，并获取信息传5中存储的井下参数信息。

如图1所示，地面分析与决策单元10用于发出信息读取指令，以同时控制全井段内的一个或多个信息释放单元3释放信息传输介质5，并基于井下参数信息，判断和预测井下的风险并进行实时决策，以调控钻井参数。

地面分析与决策单元10用于分析地面接收单元9中获取的信息传输介质5中的数据，通过分析井下数据能够了解井下的情况，判断和预测井筒内流体涌入或漏失情况、岩屑运移情况以及卡钻、井塌等事故的发生，并进行实时决策，调控钻井参数，以提高机械钻速、降低钻井风险。

在一个实施例中，地面分析与决策单元10包含：指令发出单元，其用于选择性的释放带有信息读取指令的标签，以控制井筒中任意一个或多个信息释放单元3的信息传输介质释放过程。进一步地，地面分析与决策单元10可以根据返回的井下信息，选择性释放带有信息读取指令的标签，进而控制井筒中任意一个或多个信息释放单元3的开关。

在一个实施例中，地面分析与决策单元10向井下投放带有信息读取指令和/或信息筛选指令的RFID标签(可以是如图1所示的RFID标签1)，信息释放单元3中的指令读取单元(可以是如图1所示的RFID读写天线4)响应信息读取指令和/或信息筛选指令，继而实现选择性控制井筒中任意一个或多个信息释放单元3的开关。

与现有技术中其他的分布式测量与传输系统相比，本发明基于井下信息采集单元、信息释放单元与信息传输介质实现了井筒内全井段、多参数的随钻测量与传输，成本更低、可靠性更高，可帮助地面的钻井工程师更好地了解井下状况，优化钻井参数，预防钻井风险，减少钻井复杂故障，有效支撑油气资源的高效、低成本开发。

图2显示了根据本发明的一个实施例的利用一种分布式多参数随钻测量系统判断卡钻的示意图。

在一个实施例中，地面分析与决策单元10包含卡钻判断单元。卡钻判断单元能够根据井下参数信息中的压力信息来判断得到卡钻位置，卡钻判断单元用于比较不同位置的压力信息，以通过压力变化情况定位卡钻位置。

当井筒中某一位置发生卡钻时，环形空间中的液体无法继续向地面运移，导致卡钻位置压力增大。如图2所示，第1级井下信息采集单元与信息释放单元11和第2级井下信息采集单元与信息释放单元12测得的压力增大，而第3级井下信息采集单元与信息释放单元13压力未发生变化时，可判断发生卡钻的位置位于第3级井下信息采集单元与信息释放单元13的下方。确定卡钻位置后，钻井工程师可以迅速采取措施。

图3显示了根据本发明的一个实施例的利用一种分布式多参数随钻测量系统判断井涌的示意图。

在一个实施例中，地面分析与决策单元10包含：井涌判断单元，其用于判断钻井过程中井涌的发生，其中，各级井下信息采集单元之间测得的环空压力差均减小时，意味着发生了井下溢流。

当发生井涌时，储层中的流体将不断进入环形空间。如图3所示，一旦发生井涌现象，由于环形空间流量突然增大，会使环空摩阻突然增大，距离钻头最近处的第1级井下信息采集单元与信息释放单元11测得的环空压力与距离钻头远处的第2级井下信息采集单元与信息释放单元12测得的环空压力差ΔP_11,12减小，ΔP_12,13不变；当溢流上返至第2级井下信息采集单元与信息释放单元12位置时，第2级井下信息采集单元与信息释放单元12测得的环空压力与第3级井下信息采集单元与信息释放单元13测得的环空压力差ΔP_12,13以及第1级井下信息采集单元与信息释放单元11测得的环空压力与第2级井下信息采集单元与信息释放单元12测得的环空压力差ΔP_11,12均会减小。以此类推，各级井下信息采集与释放单元之间测得的环空压力差均减小，此种情况意味着发生了井下溢流。

图4显示了根据本发明的一个实施例的利用一种分布式多参数随钻测量系统判断漏失位置的示意图。

在一个实施例中，地面分析与决策单元10包含：漏失位置判断单元，其用于确定井下钻井液漏失的位置，其中，靠近漏失区域的井下信息采集单元测得的环空压力与其上一级井下信息采集单元测得的环空压力差将减小。

井筒中漏失区域环空上返流体减少会导致该处摩阻减小，因此靠近漏失区域的信息采集与释放单元测得的环空压力与其上一级信息采集与释放单元测得的环空压力差将减小。如图4所示，当11、12、13距离漏失位置较远时，ΔP_11,12与ΔP_12,13基本保持不变(视为原始值)；当11靠近漏失位置而12、13距离漏失位置较远时，ΔP_11,12减小，ΔP_12,13基本保持不变；当11通过漏失位置，12距离漏失位置较近时，ΔP_11,12增大，ΔP_12,13基本保持不变；当12通过漏失位置，13距离漏失位置较近时，ΔP_11,12逐渐增大到原始值，ΔP_12,13减小；当13通过漏失位置后，ΔP_11,12基本保持原始值不变，ΔP_12,13逐渐增大到原始值。

本发明提出了一种基于井下信息采集单元、信息释放单元与信息传输介质的分布式多参数随钻测量系统及方法。与现有的全井段随钻测量系统相比，本发明中提到的系统和方法成本更低、可靠性更高，可有效避免噪声干扰和信号衰减问题。不仅可以随钻监测沿井身全井段的钻井参数，而且可以通过选择性释放信息传输介质检测是否存在卡钻情况，判断井眼漏失点位置和溢流情况，监测岩屑运移和井眼清洁状况。

图5显示了根据本发明的一个实施例的一种分布式多参数随钻测量方法流程图。

如图5所示，在步骤S501中，通过间隔设置在钻柱上的井下信息采集单元2测量和采集得到全井段的井下参数信息。具体来说，井下信息采集单元2测量和采集井筒中多点的信息，采集到的信息包括但不限于压力、温度、井径、井斜、方位、三轴振动、转速、受力、弯矩等并在存储模块中进行存储。井下信息采集单元2中的微型CPU对采集到的数据进行清洗和筛选，将钻井工程师关注的参数通过无线通讯模块发送给信息释放单元3。

如图5所示，在步骤S502中，通过与井下信息采集单元2一一对应设置的信息释放单元3，在接收到地面传输的信息读取指令时将存储有井下参数信息的信息传输介质5释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。

具体来说，靠近钻头处的第一级井下信息采集单元中的数据可以通过MWD(Measure While Drilling，随钻测量)或信息传输介质5将信息传输至地面，地面投放RFID标签1，选择性打开一个或多个其他信息释放单元3，从释放单元出口6释放出信息传输介质5，信息传输介质5随钻井液循环至地面。

如图5所示，在步骤S503中，通过地面接收单元9回收井筒环形空间返回至地面的信息传输介质5，并获取信息传输介质5中存储的井下参数信息。

如图5所示，在步骤S504中，通过地面分析与决策单元10发出信息读取指令，以同时控制全井段内的一个或多个信息释放单元3释放信息传输介质，并基于井下参数信息，判断和预测井下的风险并进行实时决策，以调控钻井参数。

在一个实施例中，当信息释放单元3接收到地面传输的信息读取指令时，通过信息释放单元3上的释放单元出口6一次释放多个冗余设置的信息传输介质5。

本发明提供的一种分布式多参数随钻测量系统及方法还可以配合一种计算机可读取的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，执行计算机程序以运行一种分布式多参数随钻测量方法。计算机程序能够运行计算机指令，计算机指令包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。

计算机可读取的存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需要说明的是，计算机可读取的存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读取的存储介质不包括电载波信号和电信信号。

综上，本发明提供的一种分布式多参数随钻测量系统及方法，相比较于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明可实现对沿钻柱全井段井下参数随钻测量，利用信息传输介质将采集到的多种数据传输到地面，钻井工程师可以及时准确的了解沿钻柱各点钻屑动态清洁情况、泥浆当量循环密度、井下流体的涌入或漏失，预测卡钻、井塌等事故的发生，科学、准确的进行实时决策，调控钻井参数，极大程度降低钻井风险，提高钻井效率；

(2)本发明仅利用信息传输介质就可完成全井段井下参数测量，成本更低、可靠性更高，不受地层电阻率和井深的限制和噪声干扰的影响，应用范围更广；

(3)本发明提供的一种分布式多参数随钻测量系统可与目前泥浆脉冲信息传输系统或电磁波随钻信息传输系统共同使用，即使本发明中的系统出现故障，也不会对当前状况下钻井作业造成损失。

在一个实施例中，信息释放单元3采用如图6-图14所示的一种井下信息传输控制系统。

图6显示了根据本发明的一个实施例的一种井下信息传输控制系统示意图。

如图6所示，一种井下信息传输控制系统包含：井下通讯模块101、井下传动模块102、井下控制模块103以及介质释放模块104，其中：井下通讯模块101用于接收地面传送的信息读取指令；井下传动模块102用于依据信息读取指令，改变井下控制模块103以及介质释放模块104的位置；井下控制模块103用于在位置发生改变时，控制介质释放模块104释放信息传输介质5；介质释放模块104用于在井下控制模块103的控制下，将存储有井下参数信息的信息传输介质5释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。

具体来说，井下通讯模块101包含：非接触通信单元，其用于通过非接触的方式，读取得到地面传送的信息读取指令。在一个实施例中，地面投放携带信息读取指令的RFID标签，非接触通信单元包含RFID读写天线，用于与井口投下的RFID标签进行数据交互，不需要接触即可接收RFID标签中携带的信息读取指令。

如图6所示，井下传动模块102包含：控制器21、第一电池22、电动机23、滚珠丝杠传动机构24、推筒25、外筒26、连接板27、扶正块28、限位台阶29、第一螺栓210、第二螺栓211。其中，第一电池22为控制器21和电动机23供电，控制器21、第一电池22、电动机23、滚珠丝杠传动结构24位于外筒26内部，外筒26起保护作用。如图6及图8所示，扶正块28用于固定外筒26的位置，并通过第一螺栓210固定于本体上。

进一步地，控制器21包含：信号接收器、电动机控制器、过载保护器。其中：信号接收器用于接收井下通讯模块101传输的信号；电动机控制器用于控制电动机23的旋转圈数以及旋转速度等参数；过载保护器用于保护电动机23不受超出其承受能力的过大电流或过大电压的损坏。

在一个实施例中，井下传动模块102接收到井下通讯模块101的指令后，通过滚珠丝杠结构24的伸缩，实现介质释放模块4位置的变化。具体来说，滚珠丝杠传动机构24用于将电动机23的旋转运动转化为直线运动，控制推筒25的前后运动(此处指沿推筒轴向的前后运动)，当需要向钻柱与井壁间的井筒环形空间释放信息传输介质5时，推筒25推动井下控制模块103逐步向下运动，设置在介质释放模块104上的第一弹簧体38逐渐压缩，直至设置在井下控制模块103上的内部释放口36与设置在本体上的外部释放口37对齐(如图11所示)。

如图6所示，限位台阶29呈L型，用于限制第一弹簧体38的下部位移，限位台阶29通过第二螺栓211连接于本体。

如图9所示，连接板27上设置有便于钻井液流动的过流通孔51，过流通孔51的数量不限。

在信息传输介质5的释放过程中，控制器21接收到井下通讯模块101释放信息传输介质的指令后，控制电动机23旋转，滚珠丝杠结构24伸长，推筒25推动井下控制模块103和介质释放模块104向下运动，使得内部释放口36对准外部释放口37，保证信息传输介质5可以成功释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间中。

如图6所示，井下控制模块103包含：控制腔31、控制电路32、电机33、震动传感器34、第二电池35、内部释放口36。其中，第二电池35为井下控制模块103以及介质释放模块104供电，控制电路32、电机33、震动传感器34、第二电池35位于控制腔31中，控制腔31位于井下控制模块103内并与钻井液隔离，用于安装电路板和元器件等。

具体来说，当井下传动模块102改变井下控制模块103以及介质释放模块104的位置(井下传动模块102的推筒25接触并推动井下控制模块103和介质释放模块104移动)时，会产生震动，震动传感器34检测到震动后，会向控制电路32传递信号，提示井下控制模块103需要控制介质释放模块104释放出信息传输介质5，控制电路32启动电机33，推动介质释放模块104。

井下控制模块103存在内部释放口36，内部释放口36对准外部释放口37时，信息传输介质5可以释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间；当内部释放口36未对准外部释放口37时，信息传输介质5仍处于介质释放模块104中，而无法释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。井下控制模块103外壁面与本体内壁形成动密封。如图6所示，内部释放口36运动至与外部释放口37对齐时的位移d₁等于井下控制模块103向下运动的最大位移d₂。

如图7所示，介质释放模块104包含：传送带41、传送轴42、摆杆43、棘齿44、棘轮45、止回杆46、传输线47、信息传输介质5、容纳器49、第二弹簧体410。

具体来说，控制电路32用于控制传送带41的移动和信息传输介质5的释放。当需要向钻柱与井壁间的井筒环形空间释放信息传输介质5时，电机33带动摆杆43向下移动，棘齿44在棘轮45上转动，棘轮45转动带动传送带41运动，进而带动容纳器49运动。

进一步地，如图7所示，棘齿44运动一次带动传送带41运动的距离与相邻两个容纳器49中心轴之间的距离相等(L₁＝L₂)，且保证每次棘齿44运动都使一个容纳器49移动至内部释放口36位置，从而保证信息传输介质5可以顺利释放至钻柱与井壁间的井筒环形空间中。

如图7所示，一个容纳器49中同时放置若干个冗余设置的信息传输介质5，具备一定冗余量以保证信息传输介质5可以被地面回收。一次释放过程中，容纳器49中的信息传输介质5在钻柱旋转和第二弹簧体410的作用下，经由内部释放口36释放。

如图7所示，止回杆46用于保证棘齿44不会发生反向转动。传输线47用于给容纳器49中的信息传输介质5供电和传输数据。信息传输介质5可以存储采集到的井下参数信息，当数据存满时可以自动覆盖。地面钻井工程师根据信息传输介质5中存储的数据，及时准确的了解沿钻柱各点钻屑动态清洁情况、泥浆当量循环密度、井下流体的涌入或漏失，预测卡钻、井塌等事故的发生，科学、准确的进行实时决策和调控钻井参数。

如图10所示，介质释放模块104的顶面411呈弧形且开通孔412，用于保证携带信息读取指令的介质通过。在一个实施例中，通孔412用于保证携带信息读取指令的RFID标签顺利通过。

如图6所示，井下控制模块103与介质释放模块104之间由第三螺栓39固定。井下控制模块103作用是控制介质释放模块104有效释放出信息传输介质5。

图15显示了根据本发明的一个实施例的一种井下信息传输控制方法流程图。

如图15所示，在步骤S1001中，通过井下通讯模块101接收地面传送的信息读取指令。在一个实施例中，地面投下携带信息读取指令的RFID标签，井下通讯模块1101接收到释放信息传输介质5的指令，并发送动作指令至井下传动模块102。

如图15所示，在步骤S1002中，通过井下传动模块102依据信息读取指令，改变井下控制模块103以及介质释放模块104的位置。在一个实施例中，井下传动模块102中的控制器21接收到动作指令后，控制电动机23旋转，滚珠丝杠传动结构24逐渐伸长，推筒25推动井下控制模块103逐步向下运动，第一弹簧体38逐渐压缩，直至内部释放口36与外部释放口37对齐。

如图15所示，在步骤S1003中，在位置发生改变时，通过井下控制模块103控制介质释放模块104释放信息传输介质5。在一个实施例中，井下控制模块103中的震动传感器34探测到井下传动模块102中的推筒25推动井下控制模块103的信号时，将信息发送给控制电路32。控制电路32启动电机33，推介质释放模块104中的摆杆43向下移动，棘齿44在棘轮45上旋转，带动传送带41向前运动，直至容纳器49与内部释放口36对齐(如图12所示)。

如图15所示，在步骤S1004中，通过介质释放模块104在井下控制模块103的控制下，将存储有井下参数信息的信息传输介质5释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。在一个实施例中，在钻柱旋转和第二弹簧体410的作用下，容纳器49中的信息传输介质5通过内部释放口36和外部释放口37释放至钻柱与井壁之间的环空中(如图13所示)，信息传输介质5随钻井液循环至地面，钻井工程师通过分析信息传输介质5中的数据，及时准确地了解全井段、任意位置的井下工况，科学、准确的进行实时决策和调控钻井参数。

释放完成后，控制器21控制电动机23反向旋转，滚珠丝杠传动结构24收缩恢复至原位，第一弹簧体38逐渐伸长至原位(如图6所示)；介质释放模块104等待下一次信息传输介质5的释放(如图14所示)。

本发明提供的一种井下信息传输控制系统及方法还可以配合一种计算机可读取的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，执行计算机程序以运行一种井下信息传输控制方法。计算机程序能够运行计算机指令，计算机指令包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。

计算机可读取的存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需要说明的是，计算机可读取的存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读取的存储介质不包括电载波信号和电信信号。

综上，本发明提供的一种井下信息传输控制系统及方法包含以下有益效果：

(1)本发明能够实现地面控制井筒全井段任意位置的钻井参数测量，成本更低、可靠性更高，不受地层电阻率和井深的限制和噪声干扰的影响，应用范围更广；

(2)信息传输介质随钻井液返回地面，帮助钻井工程师了解全井段的井下工况，及时、准确地进行决策判断和钻井参数调整，大幅提高钻井效率、降低钻井风险。

(3)不仅可以实现井筒内全井段、多参数的随钻数据测量与传输，而且可以提高可靠性和传输速率，降低钻井成本，帮助钻井工程师更准确、快速地了解井下钻井工况，优化钻井参数，降低钻井风险。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述系统包含：

井下信息采集单元，其间隔设置在钻柱上，用于测量和采集得到全井段的井下参数信息；

信息释放单元，其与所述井下信息采集单元一一对应设置，在接收到地面传输的信息读取指令时将存储有所述井下参数信息的信息传输介质释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间；

地面接收单元，其用于回收所述井筒环形空间返回至地面的所述信息传输介质，并获取所述信息传输介质中存储的所述井下参数信息；

地面分析与决策单元，其用于发出所述信息读取指令，以同时控制全井段内的一个或多个所述信息释放单元释放所述信息传输介质，并基于所述井下参数信息，判断和预测井下的风险并进行实时决策，以调控钻井参数。

2.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述井下参数信息包含以下一项或多项的组合：压力、温度、井径、井斜、方位、三轴振动、转速、受力以及弯矩。

3.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述井下信息采集单元包含：

传感器，其用于测量得到所述井下参数信息；

存储单元，其与所述传感器连接，用于存储所述井下参数信息；

无线通讯单元，其与所述信息释放单元进行无线通讯；

微型CPU，其用于依据地面传输的信息筛选指令对所述井下参数信息进行清洗与筛选，将所述信息筛选指令指向的信息通过所述无线通讯单元传输至所述信息释放单元；

供电单元，其用于为所述井下信息采集单元供电。

4.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，靠近钻头的第一级井下信息采集单元采集到的所述井下参数信息通过随钻测量和/或所述信息传输介质传输至地面。

5.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述信息释放单元包含：

指令读取单元，其用于响应所述信息读取指令，将冗余设置的所述信息传输介质通过设置在所述信息释放单元上的释放单元出口，释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间。

6.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述地面分析与决策单元包含：

指令发出单元，其用于选择性的释放带有所述信息读取指令的标签，以控制井筒中任意一个或多个所述信息释放单元的信息传输介质释放过程。

7.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述地面分析与决策单元包含：

卡钻判断单元，其用于比较不同位置的压力信息，以通过压力变化情况定位卡钻位置。

8.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述地面分析与决策单元包含：

井涌判断单元，其用于判断钻井过程中井涌的发生，其中，各级井下信息采集单元之间测得的环空压力差均减小时，意味着发生了井下溢流。

9.如权利要求1所述的一种分布式多参数随钻测量系统，其特征在于，所述地面分析与决策单元包含：

漏失位置判断单元，其用于确定井下钻井液漏失的位置，其中，靠近漏失区域的井下信息采集单元测得的环空压力与其上一级井下信息采集单元测得的环空压力差将减小。

10.一种分布式多参数随钻测量方法，其特征在于，通过如权利要求1-9中任一项所述的一种分布式多参数随钻测量系统进行分布式多参数随钻测量，所述方法包含以下步骤：

通过间隔设置在钻柱上的井下信息采集单元测量和采集得到全井段的井下参数信息；

通过与所述井下信息采集单元一一对应设置的信息释放单元，在接收到地面传输的信息读取指令时将存储有所述井下参数信息的信息传输介质释放到钻柱与井壁间的井筒环形空间；

通过地面接收单元回收所述井筒环形空间返回至地面的所述信息传输介质，并获取所述信息传输介质中存储的所述井下参数信息；

通过地面分析与决策单元发出所述信息读取指令，以同时控制全井段内的一个或多个所述信息释放单元释放所述信息传输介质，并基于所述井下参数信息，判断和预测井下的风险并进行实时决策，以调控钻井参数。

11.如权利要求10所述的一种分布式多参数随钻测量方法，其特征在于，所述方法包含：

当所述信息释放单元接收到地面传输的所述信息读取指令时，通过所述信息释放单元上的释放单元出口一次释放多个冗余设置的所述信息传输介质。

12.一种存储介质，其特征在于，其包含用于执行如权利要求10-11中任一项所述的方法步骤的一系列指令。

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