專利名稱：一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)、設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、天然氣和煤層氣等開采技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)、設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
在石油、天然氣和煤層氣等的定向鉆井施工中，獲得鉆井軌跡參數(shù)對(duì)施工成功與否至關(guān)重要，隨著目前鉆井行業(yè)面臨的地質(zhì)環(huán)境越來越復(fù)雜，鉆井軌跡的控制精度要求也日M提聞。
鉆井過程中，鉆井軌跡參數(shù)主要體現(xiàn)為鉆頭所在位置處井眼的井斜角、方位角等數(shù)據(jù)，目前一般采用隨鉆測(cè)量?jī)x器(Measure While Drilling，簡(jiǎn)稱MWD)測(cè)量鉆井軌跡參數(shù)，但是由于定向鉆井施工需要用到動(dòng)力鉆具，而隨鉆測(cè)量?jī)x器與鉆頭分別設(shè)置在動(dòng)力鉆具(一般長約十幾米)的兩端，因此隨鉆測(cè)量?jī)x器并不能直接獲取鉆頭所在位置處井斜角、 方位角等數(shù)據(jù)。為了解決這一問題，目前常在動(dòng)力鉆具與鉆頭之間設(shè)置無磁鉆鋌，并在其中裝置專門用于測(cè)量鉆頭所在位置井斜角和方位角等參數(shù)的鉆井傳感器，然后通過近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)將鉆井傳感器采集的數(shù)據(jù)傳送給隨鉆測(cè)量?jī)x，再由隨鉆測(cè)量?jī)x將采集數(shù)據(jù)傳輸給地面接收器。
目前，近鉆頭信號(hào)傳輸系統(tǒng)常用的信號(hào)傳輸方式主要分為有線傳輸和無線傳輸兩種，其中，有線傳輸方式需要在動(dòng)力鉆具上開槽埋設(shè)電纜以連接鉆井傳感器和隨鉆測(cè)量?jī)x， 但這種傳輸方式會(huì)影響動(dòng)力鉆具的機(jī)械強(qiáng)度，并對(duì)動(dòng)力鉆具中各節(jié)鉆柱之間的旋裝精度有較高要求，實(shí)施成本很高；無線傳輸方式大多采用電磁波傳輸信號(hào)，即在無磁鉆鋌上纏繞線圈，將鉆井傳感器采集的數(shù)據(jù)調(diào)制后經(jīng)過線圈發(fā)送電磁波信號(hào)，電磁波信號(hào)跨過動(dòng)力鉆具后由接收天線接收并傳輸給隨鉆測(cè)量?jī)x器，最后隨鉆測(cè)量?jī)x器通過解調(diào)電磁波信號(hào)獲得鉆井軌跡參數(shù)信息，該傳輸過程的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為lObits/s，傳輸距離一般為10nT20m， 該傳輸過程容易受附近地層及鉆井液(高礦化度地層產(chǎn)出液，具有較強(qiáng)電導(dǎo)率)的影響，導(dǎo)致電磁波信號(hào)傳輸信道不穩(wěn)定、傳輸速率低且誤碼率較高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的主要目的在于提供一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)、設(shè)備及方法， 以解決現(xiàn)有技術(shù)的近鉆頭信號(hào)傳輸系統(tǒng)實(shí)施成本高或信道不穩(wěn)定、路徑損耗大、傳輸速率低且誤碼率較高的問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)，包括鉆井傳感器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和隨鉆測(cè)量?jī)x器；其中，
鉆井傳感器，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，用于測(cè)量鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述發(fā)射機(jī)；
發(fā)射機(jī)，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，與所述鉆井傳感器連接，用于根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；
接收機(jī)，設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部，用于利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述隨鉆測(cè)量?jī)x器；
隨鉆測(cè)量?jī)x器，設(shè)置于動(dòng)力鉆具與地面之間，用于將所述鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給地面接收器。
一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸設(shè)備，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)；其中，
發(fā)射機(jī)，封裝于設(shè)置在動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，與鉆井傳感器連接， 用于接收所述鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息，并根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；
接收機(jī)，設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部，用于利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取所述鉆井軌跡參數(shù)信息，并將所述獲取的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器。
優(yōu)選的，所述發(fā)射機(jī)具體包括第一數(shù)據(jù)接口、信號(hào)調(diào)制裝置、控制裝置、電機(jī)和磁鐵；其中，
第一數(shù)據(jù)接口，用于接收鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述信號(hào)調(diào)制裝置；
信號(hào)調(diào)制裝置，連接所述第一數(shù)據(jù)接口，用于對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理獲得調(diào)制信號(hào)，并將所述調(diào)制信號(hào)發(fā)送給控制裝置；
控制裝置，連接所述信號(hào)調(diào)制裝置，用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)控制所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)；
電機(jī)，固定連接所述磁鐵，用于驅(qū)動(dòng)所述磁鐵旋轉(zhuǎn)；
磁鐵,用于通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
優(yōu)選的，所述磁鐵為永磁鐵。
優(yōu)選的，所述接收機(jī)具體包括線圈、放大器、濾波器、信號(hào)解調(diào)裝置、第二數(shù)據(jù)接口 ；其中，
線圈，纏繞于所述動(dòng)力鉆具端部的鉆柱外側(cè)，用于根據(jù)所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流號(hào);
放大器，連接所述線圈，用于對(duì)所述感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行放大處理；
濾波器，連接所述放大器，用于對(duì)放大處理后的感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
信號(hào)解調(diào)裝置，連接所述濾波器，用于對(duì)濾波處理后的感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)制處理以獲取鉆井軌跡參數(shù)信息；
第二數(shù)據(jù)接口，分別連接所述信號(hào)解調(diào)裝置和隨鉆測(cè)量?jī)x器，用于將所述獲取的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給所述隨鉆測(cè)量?jī)x器。
—種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸方法包括
發(fā)射機(jī)接收鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息，并根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述發(fā)射機(jī)封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部；
接收機(jī)利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器，所述接收機(jī)設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部。
優(yōu)選的，根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，具體包括
對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理，獲得調(diào)制信號(hào)；
根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)，控制磁鐵旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
優(yōu)選的，對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理，具體為對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行二相相移鍵控2PSK調(diào)制處理。
優(yōu)選的，控制磁鐵旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，具體為
控制所述磁鐵旋轉(zhuǎn)的方向；和/或，
控制所述磁鐵旋轉(zhuǎn)的速度；和/或，
控制所述磁鐵開始或停止旋轉(zhuǎn)。
借助于上述技術(shù)方案，本發(fā)明基于電磁感應(yīng)原理，由靠近鉆頭的發(fā)射機(jī)根據(jù)調(diào)制后的鉆井軌跡參數(shù)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，利用動(dòng)力鉆具的鉆柱匯聚所述交變磁場(chǎng)的磁力線，由靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的接收機(jī)根據(jù)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，并根據(jù)感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用電纜傳輸信號(hào)的方式，本發(fā)明實(shí)施例不需要在動(dòng)力鉆具上開槽埋設(shè)電纜，不會(huì)影響動(dòng)力鉆具的機(jī)械強(qiáng)度，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用電磁波傳輸信號(hào)的方式，本發(fā)明實(shí)施例的傳輸過程不會(huì)受附近地層及鉆井液的影響，傳輸信道穩(wěn)定、傳輸距離長、傳輸速率高且誤碼率低。
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖I是本發(fā)明實(shí)施例一提供的近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例二提供的交變磁場(chǎng)磁力線分布示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例三提供的近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸方法流程圖7是本發(fā)明實(shí)施例三提供的根據(jù)鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
需要指出的是，本發(fā)明實(shí)施例中所說的鉆井軌跡參數(shù)信息是指鉆頭所在位置處井眼的井斜角、方位角等數(shù)據(jù)信息。
鑒于現(xiàn)有的近鉆頭信號(hào)傳輸系統(tǒng)具有實(shí)施成本高、信道不穩(wěn)定、路徑損耗大、傳輸速率低且誤碼率較高等缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)、設(shè)備及方法，用以實(shí)現(xiàn)通過傳輸信道穩(wěn)定、無多路徑損耗、傳輸速率高且誤碼率低的傳輸方式將鉆井傳感器采集的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器的目的。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例一
本實(shí)施例提供一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)，如圖I所示，該近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)包括鉆井傳感器11、發(fā)射機(jī)12、接收機(jī)13和隨鉆測(cè)量?jī)x器14 ;其中，
鉆井傳感器11，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，用于測(cè)量鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述發(fā)射機(jī)12 ；
發(fā)射機(jī)12，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，與所述鉆井傳感器11連接，用于根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；
接收機(jī)13，設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器14的動(dòng)力鉆具端部，用于利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述隨鉆測(cè)量?jī)x器14 ；
隨鉆測(cè)量?jī)x器14，設(shè)置于動(dòng)力鉆具與地面之間，用于將所述鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給地面接收器。
具體的，如圖I所示，鉆井傳感器11和發(fā)射機(jī)12被封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，即靠近鉆頭設(shè)置；接收機(jī)13設(shè)置于動(dòng)力鉆具的端部，且靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器 14設(shè)置；本實(shí)施例將發(fā)射機(jī)12和接收機(jī)13分別設(shè)置于動(dòng)力鉆具的兩端，并利用發(fā)射機(jī)12 產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，利用動(dòng)力鉆具的鉆柱(具有高磁導(dǎo)率)匯聚所述交變磁場(chǎng)的磁力線，以及利用接收機(jī)13產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)的方式將鉆井傳感器11采集的鉆井軌跡參數(shù)信息傳輸給隨鉆測(cè)量?jī)x器14。
本實(shí)施例提供的近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)的信號(hào)傳輸速率可達(dá)到20bits/s，傳輸距離可達(dá)到20m，完全滿足跨過動(dòng)力鉆具，將鉆井傳感器11采集的鉆井軌跡參數(shù)信息傳輸給隨鉆測(cè)量?jī)x器14的目的。相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用電纜傳輸信號(hào)的近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)，本實(shí)施例不需要在動(dòng)力鉆具上開槽埋設(shè)電纜，不會(huì)影響動(dòng)力鉆具的機(jī)械強(qiáng)度，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用電磁波傳輸信號(hào)的近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)，本實(shí)施例不會(huì)受附近地層及鉆井液的影響，傳輸信道穩(wěn)定、無多路徑損耗、傳輸速率高且誤碼率低。
實(shí)施例二
本實(shí)施例提供一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸設(shè)備，如圖2所示，該設(shè)備包括發(fā)射機(jī)21 和接收機(jī)22 ;其中，
發(fā)射機(jī)21，封裝于設(shè)置在動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，與鉆井傳感器連接，用于接收所述鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息，并根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；
接收機(jī)22，設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部，用于利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取所述鉆井軌跡參數(shù)信息，并將所述獲取的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器。
具體的，本實(shí)施例將發(fā)射機(jī)21封裝于無磁鉆鋌內(nèi)部，以避免動(dòng)力鉆具及鉆頭所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)本實(shí)施例中產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)造成不良影響，發(fā)射機(jī)21與同樣設(shè)置于無磁鉆鋌內(nèi)部的鉆井傳感器相連接，用于接收鉆井傳感器采集的鉆井軌跡參數(shù)信息，并根據(jù)鉆井軌7跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，因此，所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)本身的磁力線分布變化情況即表征了鉆井軌跡參數(shù)信息；
本實(shí)施例將接收機(jī)22設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部，即設(shè)置于動(dòng)力鉆具兩端中靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的一端，用于根據(jù)發(fā)射機(jī)21產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，由于所 述交變磁場(chǎng)本身的磁力線分布變化情況表征了鉆井軌跡參數(shù)信息，基于電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的感應(yīng)電流信號(hào)也表征了鉆井軌跡參數(shù)信息，因此接收機(jī)22可根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器。
優(yōu)選的，如圖3所示，所述發(fā)射機(jī)21具體包括第一數(shù)據(jù)接口 211、信號(hào)調(diào)制裝置 212、控制裝置213、電機(jī)214和磁鐵215 ;其中，
第一數(shù)據(jù)接口 211，用于接收鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述信號(hào)調(diào)制裝置212 ；
信號(hào)調(diào)制裝置212，連接所述第一數(shù)據(jù)接口 211，用于對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理獲得調(diào)制信號(hào)，并將所述調(diào)制信號(hào)發(fā)送給所述控制裝置213 ；
控制裝置213，連接所述信號(hào)調(diào)制裝置212，用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)控制所述電機(jī) 214旋轉(zhuǎn)；
電機(jī)214，固定連接所述磁鐵215，用于驅(qū)動(dòng)所述磁鐵215旋轉(zhuǎn)；
磁鐵215,用于通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
具體的，根據(jù)信息調(diào)制處理的需要，可設(shè)置所述磁鐵215為一個(gè)或多個(gè)，以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)交變磁場(chǎng)去表征鉆井軌跡參數(shù)信息；實(shí)際實(shí)施時(shí)，雖然采用的磁鐵215數(shù)目越多， 所傳遞的信息越精確，速率也越高，但考慮到井下高溫工作環(huán)境中不應(yīng)讓信息調(diào)制裝置因數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜而產(chǎn)生較多的熱量，因此需合理設(shè)置磁鐵215的數(shù)目，既達(dá)到一定的信息傳輸精度、傳輸速度，又保證信息調(diào)制裝置產(chǎn)生的熱量較少。
優(yōu)選的，本實(shí)施例中使用的磁鐵215為永磁鐵215。
具體的，由于井下的磁場(chǎng)情況復(fù)雜，干擾較多，為了確保本實(shí)施例中接收機(jī)22能夠感受到磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，同時(shí)避免使用電磁鐵215帶來的耗電及生熱等不良效應(yīng)，本實(shí)施例中米用永磁鐵215產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
優(yōu)選的，如圖4所示，所述接收機(jī)22具體包括線圈221、放大器222、濾波器223、 信號(hào)解調(diào)裝置224、第二數(shù)據(jù)接口 225 ;其中，
線圈221，纏繞于所述動(dòng)力鉆具端部的鉆柱外側(cè)，用于根據(jù)所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)；
放大器222，連接所述線圈221，用于對(duì)所述感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行放大處理；
濾波器223，連接所述放大器222，用于對(duì)放大處理后的感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
信號(hào)解調(diào)裝置224，連接所述濾波器223，用于對(duì)濾波處理后的感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)制處理以獲取鉆井軌跡參數(shù)信息；
第二數(shù)據(jù)接口 225，分別連接所述信號(hào)解調(diào)裝置224和隨鉆測(cè)量?jī)x器，用于將所述獲取的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給所述隨鉆測(cè)量?jī)x器。
具體的，圖5所不為交變磁場(chǎng)的磁力線分布不意圖，鉆柱為鐵磁性物質(zhì),具有聞磁導(dǎo)率，對(duì)發(fā)射機(jī)21所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線具有匯聚作用；動(dòng)力鉆具由多個(gè)鉆柱連接組成，本實(shí)施例將線圈221纏繞于動(dòng)力鉆具端部的鉆柱外側(cè)，且靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器設(shè)置，線圈221所包圍面積內(nèi)的磁通量會(huì)跟隨交變磁場(chǎng)的變化而變化，也就能夠產(chǎn)生隨著交變磁場(chǎng)變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以及感應(yīng)電流信號(hào)，該感應(yīng)電流信號(hào)表征了交變磁場(chǎng)的變化情況，也就表征了鉆井軌跡參數(shù)信息；
由于井下環(huán)境存在多種磁場(chǎng)(如地磁場(chǎng)、動(dòng)力鉆具或鉆頭工作過程中產(chǎn)生的磁場(chǎng)等)，各種磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力線都有可能引起線圈221發(fā)生電磁感應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生干擾信號(hào)，本實(shí)施例中設(shè)置濾波器223將濾除這些干擾信號(hào)，以獲得能夠真實(shí)反映交變磁場(chǎng)變化情況的感應(yīng)電流信號(hào)；
本實(shí)施例中，采用信號(hào)解調(diào)裝置224對(duì)濾波處理后的感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)制處理，以獲取鉆井軌跡參數(shù)信息，本信號(hào)解調(diào)裝置224所做的解調(diào)制處理應(yīng)與發(fā)射機(jī)21中信號(hào)調(diào)制裝置212所做的調(diào)制處理相對(duì)應(yīng)，以獲得與原始的鉆井軌跡參數(shù)信息盡量相一致的信息。
實(shí)施例三
本實(shí)施例提供一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸方法，如圖6所示，該方法包括
步驟S61，發(fā)射機(jī)接收鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息，并根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述發(fā)射機(jī)封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部；
步驟S62，接收機(jī)利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器，所述接收機(jī)設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部。
本實(shí)施例基于電磁感應(yīng)原理，由靠近鉆頭的發(fā)射機(jī)根據(jù)調(diào)制后的鉆井軌跡參數(shù)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，利用動(dòng)力鉆具的鉆柱匯聚所述交變磁場(chǎng)的磁力線，由靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的接收機(jī)根據(jù)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，并根據(jù)感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用電纜傳輸信號(hào)的方式，本發(fā)明實(shí)施例不需要在動(dòng)力鉆具上開槽埋設(shè)電纜，不會(huì)影響動(dòng)力鉆具的機(jī)械強(qiáng)度，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用電磁波傳輸信號(hào)的方式，本實(shí)施例的傳輸過程不會(huì)受附近地層及鉆井液的影響，傳輸信道穩(wěn)定、傳輸距離長、傳輸速率高且誤碼率低。
優(yōu)選的，如圖7所示，上述步驟S61中根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)， 具體包括
步驟S71，對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理，獲得調(diào)制信號(hào)；
步驟S72，根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)，控制磁鐵旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
具體的，對(duì)鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理后，能夠獲得表征了鉆井軌跡參數(shù)信息且具有簡(jiǎn)單表現(xiàn)形式的調(diào)制信號(hào)，利用該調(diào)制信號(hào)控制磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)交替變化，也就形成了交變磁場(chǎng)。
優(yōu)選的，上述步驟S71中，對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理，具體為對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行二相相移鍵控(Binary Phase Shift Keying，簡(jiǎn)稱2PSK)調(diào)制處理。
具體的，按照2PSK調(diào)制方式對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理后，獲得的調(diào)制信號(hào)為二元編碼信息，即由“O”或“ I”組成的編碼信息，這種調(diào)制處理算法簡(jiǎn)單，發(fā)射機(jī)的信號(hào)調(diào)制裝置采用2PSK調(diào)制方式時(shí)不會(huì)因算法復(fù)雜而產(chǎn)生大量熱量，有利于井下高溫作業(yè)。
優(yōu)選的，上述步驟S72中，控制磁鐵旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，具體為
控制所述磁鐵旋轉(zhuǎn)的方向；和/或，
控制所述磁鐵旋轉(zhuǎn)的速度；和/或，
控制所述磁鐵開始或停止旋轉(zhuǎn)。
具體的，本實(shí)施例既可以采用單獨(dú)控制磁鐵旋轉(zhuǎn)方向、磁鐵旋轉(zhuǎn)速度、磁鐵是否旋轉(zhuǎn)等方式來產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，也可以采用混合上述兩種或三種方式來產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，但考慮到井下高溫環(huán)境作業(yè)，確保發(fā)射機(jī)的控制裝置不會(huì)因控制過程復(fù)雜而產(chǎn)生較高的熱量，實(shí)際實(shí)施時(shí)，應(yīng)盡量采用簡(jiǎn)單的方式控制磁鐵旋轉(zhuǎn)；
例如，本實(shí)施例中可以采用2PSK調(diào)制方式對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理，并采用控制磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向來產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，如當(dāng)調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的編碼信息為“O”時(shí)， 控制磁鐵以每秒20轉(zhuǎn)的速度按照順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的編碼信息為“I”時(shí)， 控制磁鐵以每秒20轉(zhuǎn)的速度按照逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的頻率為20Hz。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)、設(shè)備及方法具有以下有益效果
(I)不需要在動(dòng)力鉆具上開槽埋設(shè)電纜，不影響動(dòng)力鉆具的機(jī)械強(qiáng)度；
(2)信號(hào)傳輸過程不受附近地層及鉆井液的影響，可以在高礦化度的鉆井液中進(jìn)行無線通信，傳輸信道穩(wěn)定；
(3)傳輸速率可達(dá)到20bits/s，傳輸距離可達(dá)到20m，傳輸距離長、傳輸速率高且誤碼率低。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)包括 鉆井傳感器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和隨鉆測(cè)量?jī)x器；其中，鉆井傳感器，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，用于測(cè)量鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述發(fā)射機(jī)；發(fā)射機(jī)，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，與所述鉆井傳感器連接，用于根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；接收機(jī)，設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部，用于利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述隨鉆測(cè)量?jī)x器； 隨鉆測(cè)量?jī)x器，設(shè)置于動(dòng)力鉆具與地面之間，用于將所述鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給地面接收器。
2.一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸設(shè)備，其特征在于，所述近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸設(shè)備包括: 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)；其中，發(fā)射機(jī)，封裝于設(shè)置在動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，與鉆井傳感器連接，用于接收所述鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息，并根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；接收機(jī)，設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部，用于利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取所述鉆井軌跡參數(shù)信息，并將所述獲取的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)具體包括第一數(shù)據(jù)接口、信號(hào)調(diào)制裝置、控制裝置、電機(jī)和磁鐵；其中，第一數(shù)據(jù)接口，用于接收鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給所述信號(hào)調(diào)制裝置；信號(hào)調(diào)制裝置，連接所述第一數(shù)據(jù)接口，用于對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理獲得調(diào)制信號(hào)，并將所述調(diào)制信號(hào)發(fā)送給控制裝置；控制裝置，連接所述信號(hào)調(diào)制裝置，用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)控制所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)；電機(jī)，固定連接所述磁鐵，用于驅(qū)動(dòng)所述磁鐵旋轉(zhuǎn)；磁鐵，用于通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述磁鐵為永磁鐵。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述接收機(jī)具體包括線圈、放大器、濾波器、信號(hào)解調(diào)裝置、第二數(shù)據(jù)接口 ；其中，線圈，纏繞于所述動(dòng)力鉆具端部的鉆柱外側(cè)，用于根據(jù)所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào);放大器，連接所述線圈，用于對(duì)所述感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行放大處理；濾波器，連接所述放大器，用于對(duì)放大處理后的感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理；信號(hào)解調(diào)裝置，連接所述濾波器，用于對(duì)濾波處理后的感應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)制處理以獲取鉆井軌跡參數(shù)信息；第二數(shù)據(jù)接口，分別連接所述信號(hào)解調(diào)裝置和隨鉆測(cè)量?jī)x器，用于將所述獲取的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給所述隨鉆測(cè)量?jī)x器。
6.一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸方法，其特征在于，所述近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸方法包括發(fā)射機(jī)接收鉆井傳感器發(fā)送的鉆井軌跡參數(shù)信息，并根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述發(fā)射機(jī)封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部；接收機(jī)利用所述交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)所述感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器，所述接收機(jī)設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)， 具體包括對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理，獲得調(diào)制信號(hào)；根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)，控制磁鐵旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)制處理，具體為對(duì)所述鉆井軌跡參數(shù)信息進(jìn)行二相相移鍵控2PSK調(diào)制處理。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，控制磁鐵旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，具體為 控制所述磁鐵旋轉(zhuǎn)的方向；和/或，控制所述磁鐵旋轉(zhuǎn)的速度；和/或，控制所述磁鐵開始或停止旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種近鉆頭鉆井信號(hào)傳輸系統(tǒng)、設(shè)備及方法，該系統(tǒng)包括鉆井傳感器，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，用于測(cè)量鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給發(fā)射機(jī)；發(fā)射機(jī)，封裝于動(dòng)力鉆具和鉆頭之間的無磁鉆鋌內(nèi)部，與鉆井傳感器連接，用于根據(jù)鉆井軌跡參數(shù)信息產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；接收機(jī)，設(shè)置于靠近隨鉆測(cè)量?jī)x器的動(dòng)力鉆具端部，用于利用交變磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，根據(jù)感應(yīng)電流信號(hào)獲取鉆井軌跡參數(shù)信息并發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器；隨鉆測(cè)量?jī)x器，設(shè)置于動(dòng)力鉆具與地面之間，用于將鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給地面接收器。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了通過傳輸信道穩(wěn)定、傳輸速率高且誤碼率低的傳輸方式將鉆井傳感器采集的鉆井軌跡參數(shù)信息發(fā)送給隨鉆測(cè)量?jī)x器。
文檔編號(hào)E21B47/13GK102937022SQ201210458259
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者雙凱, 牛迪, 李偉根 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)