CN203925484U - 一种新型的随钻测井数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利涉及的是一种新的随钻测井数据传输系统。该系统主要包括光缆、光电转换器、感应环、井下接口短节、顶驱旋转短节。井下接口短节安装在底部钻具组合传感器的上部，其作用是实现井底测量信号和数据传输系统之间的双向转换；钻柱壁嵌有光缆，可以实现数据双向传输；在钻柱的接头处，安装有光电转换器和感应环，光电转换器可以实现光电信号的相互转换，感应环使电信号可以在两根钻柱之间传输。顶驱旋转短节安装在顶驱下方，可以从钻柱中获取信号，并将信号传送到地面。这种数据传输系统具有以下优点：实时传输，传输速率快，容量大，双向传输，损耗小，不需要连接中继设备。

Description

一种新型的随钻测井数据传输系统

技术领域：

本实用新型属于油气井工程领域，具体涉及一种新型的随钻测井数据传输系统。

背景技术：

在钻井过程中，随钻测量是了解井底状况的基本手段，也是对井眼轨迹进行监测和控制的一项关键技术。对于随钻测量中地面与井下通信系统，目前有两大类系列，分别是无线和有线传输方式。

无线传输方式按传输通道可以分为泥浆脉冲、电磁波和声波3种方式。

将泥浆作为载体传输井下数据的方法就是泥浆脉冲法，可分为负脉冲信号、正脉冲信号和连续波信号等。通过使用脉冲发生器可以改变钻柱内的泥浆压力，以脉冲的形式将测量数据传输到井上。然而，对于气体或充气钻井液，由于气体可压缩性强，钻井液脉冲信号很弱甚至不能产生脉冲信号，因此钻井液脉冲MWD将无法正常工作。此外，钻井液脉冲MWD的信号传输速率低，容量小，实现双向通信的难度大，而且其核心部件一脉冲阀为易损件，且价格昂贵，因此使用成本高。

随钻电磁波传输的介质为地层。在井下将数据调制到一个低频载波信号上，然后向四周发射电磁波信号，电磁波被地面接收天线接收后，再进行查分滤波处理，然后对其解码，最后计算出测量数据。该技术结构简单，适用于在钻机施工中定向传输数据，但是传输信号衰减快，传输深度受地层电阻率影响大，只适合在电阻率为8-200欧的井中使用，由于易受井场其他电气设备影响，信号的接收和解码也比较困难。

声波式传输方法是利用声波传播机理工作。钻井时，声波沿着不同介质传输到井上。接收后经过处理得到相关数据。由于声波信号随深度增加衰减很快，在钻杆中每隔400-500m安装一个包括接收器、放大器和发射器的中继。另外，钻杆内附加元件多，所以声波式随钻传输方法比较复杂。声波信号受钻井规程影响，也受钻井周围介质的影响，另外，在地表也不易处理噪声信号，很难提取准确的信息，而且声波传送的信号信息量也小。另外尺寸不固定的钻杆和连接头，会反射或干涉声波，降低声波强度，所以很难提取有用的声波信号。这种传输方式，仍然处于研究和试验阶段。

有线传输方式主要是指电缆传输。电缆传输是将铠装电缆放在钻杆中，通过电缆向井下仪器提供电源，利用电源载波技术实现数据双向传输。大多数电缆数据传输系统必须在停钻状态下工作，在取出电缆和仪器的情况下才能加接钻具，取出仪器的时间会随着钻井的加深而越来越长，这样影响钻井的效率。该方法传输速率高，既能提供电源，也可以双向传输数 据，但是应用在深井中时钻井周期会增加，长时间静止还会引起井下垮塌事故。

发明内容：

本实用新型所要解决的技术问题：研究一种适应范围广，效率高，传输速率高，容量大，衰减小，实时双向的数据传输系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

每根钻柱壁内嵌有光缆(光缆内部有光纤)，在钻柱的两端接头处，光缆与两个光电转换器相连接，两个光电转换器的另一端分别连接两个感应环(即：感应线圈)，感应环也是嵌在钻柱接头内部。井下接口短节安装在底部钻具组合传感器的上部，顶驱旋转短节安装在顶驱下方。

本实用新型的设计原理：

井下接口短节安装在底部钻具组合传感器的上部，包括转换器和放大器等装置，其作用是将底部钻具组合上的各种传感器测量到的各种信号转换和放大，通过光缆中的光纤进行传输；光纤在光缆里面，光缆又嵌在钻柱壁内，这样就使得光纤的安全性大大提高，不受工作状况等的影响；光信号在两根钻柱之间的传输则要借助于光电转换器和感应环，光电转换器将光信号转换为电信号，两接头对接后，线圈利用感应原理传输数据，一个接头的线圈产生交变磁场，后一个线圈感应产生电流，实现数据传输。这时，产生的电流通过光电转换器又可以转换为光信号，再通过光缆传输，如此循环往复，一直传输到钻柱顶端的顶驱旋转短节，顶驱旋转短节将信号传输到地面计算机系统，再通过卫星或互联网传输到其他地方。

本实用新型的有益效果：

这种信号传输系统既可以在泥浆钻井液体系中使用，也可以在空气或充气等欠平衡钻井方式中使用；由于光缆是嵌入到钻柱内的，因此该系统可以在钻井过程中使用，不需要停钻，加接钻具的时候也不需要起出仪器，节约了时间，提高了效率；因为是使用有线传输方式，所以传输距离没有限制，传输效率高，可以实现双向传输；由于主要的通道是光纤，所以损耗小，传输效率进一步提高，并且容量大，光纤的直径要远远小于电缆，所以光缆在嵌入到钻柱壁内的时候会比较容易。总体来说，这种数据传输系统具有使用范围广，效率高，传输速率高，容量大，衰减小，并且实时双向等优点。

附图说明：图1为新型随钻测井数据传输系统的整体结构图，图1中，1为传感器，2为井下接口短节，3为钻柱接头，4为钻柱，5为光电转换器和感应环，6为光缆，7为顶驱旋转短节。

具体实施方式：

实施例1

一种新型的随钻测井数据传输系统，其具体实施方式如下：井下接口短节可以对井底信号和随钻传输系统之间的信号进行转换，假设现在是把井底测量到的信号传送到地面，那么此时底部钻具组合上的传感器将测量到的信号通过井下接口短节转换，放大，并通过光缆内的光纤向上传送，在每段钻柱的接头处，光信号先通过光电转换器转换为电信号，再通过感应环将电信号传送到相邻钻柱的感应环内，实现信号在两根钻柱之间传输，另一根感应环内的电信号通过光电转换器转换为光信号，再通过光缆继续传输，如此循环往复，就可以将信号传送到地面。反之，如果是将地面的控制信号传送到井底的钻具组合上，那么就是把前一个过程倒过来就可以了。

Claims (2)

1.一种新型的随钻测井数据传输系统，包括底部钻具组合、钻柱和底部钻具组合上的传感器，其特征在于：它还包括光纤、井下接口短节、光电转换器、感应环、顶驱旋转短节；所述光纤位于光缆内部，光缆嵌在钻柱壁内，光纤是主要的传输通道；每根钻柱内，所述感应环和所述光电转换器连接，位于钻柱的一端，所述感应环和光电转换器通过光缆与钻柱另一端的光电转换器和感应环相连接；所述顶驱旋转短节位于顶驱下方的钻柱中，下端与光缆相连接；

其中，所述感应环位于钻柱接头处，两接头对接后，线圈利用电磁感应原理传输数据，一个接头的线圈产生交变磁场，后一个线圈感应产生电流，实现数据传输。

2.根据权利要求1所述新型的随钻测井数据传输系统，其特征在于：所述井下接口短节位于底部钻具组合传感器的上部，包括转换器和放大器等装置，能将底部钻具组合上的各种传感器测量到的各种信号转换和放大以便进一步的传输。