本发明专利技术公开了一种随钻测控系统的下行通讯装置及其下传通讯方法，所述下行通讯装置包括地面控制机构（13）、安装在带压力缓冲机构或液压蓄能机构的泥浆泵（5）与钻杆之间的泥浆输送管汇（4）中的下传通讯机构（14）和安装于井下与钻杆连接的钻具组合中的信号接收与数据处理机构，地面控制机构（13）与下传通讯机构（14）电连接，下传通讯机构（14）与信号接收与数据处理机构通过泥浆输送管汇（4）连接。该装置能在不改变当前循环系统排量和不打断正常钻进作业的前提下建立或实现下行通讯。
【技术实现步骤摘要】
随钻测控系统的下行通讯装置及其下传通讯方法
本专利技术涉及一种钻井工程领域中向井下下传数据或指令的随钻测控系统的下行通讯装置及其下传通讯方法。
技术介绍
钻井过程中，通过转盘、顶驱或动力钻具驱动钻头旋转，钻穿地层实现钻井目的。在水平井、定向井、复杂结构井等钻井过程中，随钻测量、随钻测井等工具已得到广泛应用，旋转导向、垂直钻井工具的应用也在逐步的增多。除气体钻井外，常规钻井使用泥浆将钻屑从井底输送到地面，井下随钻测量，随钻测井及旋转导向等工具，使用泥浆压力脉冲作为信号上传的媒介。随着钻井复杂程度的提高，地面与井下之间的通讯需求逐步受到关注和重视。当前，利用泥浆作为媒介，从地面将数据下传至井下智能工具和仪器的方法有：通过改变下送排量、改变驱动转速以及压力脉冲下传等方式。专利GB2444657A公开了一种改变井下循环排量的方法，该方法通过地面增加一套泥浆泵的方法，控制该泵的关停实现排量的改变，井下检测排量的变化实现下行通讯。专利US2005209782A1公开了一种带井下马达时的下传方式，通过安装在马达转子下方的传感器，检测地面对马达转子转速控制变化，实现下行通讯。专利US4763258、US6267185公开了通过改变钻具转速或转角，井下传感器检测转速或转角变化，按预定编码解码并对井下智能工具和仪器进行控制的方法。专利US2011/0286308A1公开了一种在压力管汇上，安装泄流装置的方法，通过控制泄流装置以预先编码的方式，将固定排量泵送到井下的泥浆泄流，使井下排量或流速副脉冲，井下智能仪器或者工具对此进行检测解码，实现下行通讯。当前泥浆遥测系统下行通讯方法，常见的方式包括：(i)改变排量的方式有正脉冲排量和副脉冲排量的方式，分别为在压力管汇中增加额外排量供应或者增加泄流装置。这类方式因需要在地面压力管汇安装阀门和控制系统，通过阀门的开启在循环系统供液端增加或减少排量。由于系统压力高，设备安全要求高，导致系统体积庞大，同时阀门的冲蚀较为严重，频繁的动作易导致安全隐患。(ii)改变地面驱动或井下马达转速或转角的方式，粘滑及摩阻的存在使从地面控制底部钻具的转速或转角有很大困难，导致下行通讯难以建立。综上，现有下行通讯系统和方法的缺点是：在压力管汇中增加额外排量供应或者增加泄流装置均会改变当前循环系统的排量，而且导致结构复杂；改变地面驱动或井下马达转速或转角的方式建立下行通讯困难，需要建立在打断正常钻进作业的前提下。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题是，提供一种随钻测控系统的下行通讯装置，其能在不改变当前循环系统排量和不打断正常钻进作业的前提下建立或实现下行通讯。针对该技术问题，本专利技术的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的随钻测控系统的下行通讯装置，包括地面控制系统、安装在带压力缓冲机构或液压蓄能机构的泥浆泵与钻杆之间的泥浆输送管汇中的下传通讯机构和安装于井下与钻杆连接的钻具组合中的信号接收与数据处理机构，地面控制系统与下传通讯机构电连接，下传通讯机构与信号接收与数据处理机构通过泥浆输送管汇连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是，通过地面控制系统控制下传通讯机构以非泄流方式产生脉冲信号，脉冲信号通过泥浆输送管汇传递给井下的信号接收与数据处理机构，从而实现在不改变当前循环系统排量和不打断正常钻进作业的前提下建立或实现下行通讯。作为本专利技术的装置的一种改进，所述下行通讯机构包括承压管、定阀、动阀和控制驱动机构，所述定阀固定设在承压管内，所述定阀上设有过流通道，所述动阀在驱动机构的作用下相对定阀前后移动以改变定阀的过流通道的过流面积从而形成流量波动，所述控制驱动机构与地面控制系统电连接。通过控制动阀相对定阀运动，改变过流面积形成流量脉冲，流量脉冲传递给信号接收与数据处理机构后进行接收和解码。通过改变过流面积形成流量脉冲的下行通讯机构对泥浆泵及现有钻机基本无影响，流量脉冲信号的发送不影响正常钻井作业的进行。下传通讯机构采用阀式结构，仅在建立和执行下行通讯过程对循环系统压力有较小影响，在非工作状态，既不增加压耗也不减少排量。作为本专利技术的装置的一种优选，所述驱动机构包括用于驱动动阀的驱动机构和用于控制驱动机构的控制机构，所述控制机构与地面控制系统电连接。地面控制系统发送指令给控制机构，控制机构控制驱动机构驱动动阀。结构简单，容易实现。作为本专利技术的装置的另一种优选，所述的动阀通过多个基座与承压管连接，其中有一个基座为安装通讯电缆的通讯基座，通过所述通讯电缆使控制机构与地面控制系统实现通讯。基座起到限位动阀的作用，使得动阀在行程范围内来回运动或回转运动从而改变过流面积行程流量脉冲。通讯器件包括连接电线或连接电缆，实现地面控制系统与控制机构之间的连通或通讯。作为本专利技术的装置的还有一种优选，所述信号接收与数据处理机构包括信号接收单元和数据处理器，所述信号接收单元与数据处理器电连接，所述信号接收单元接收下传通讯机构通过泥浆输送管汇传递的信号，并对信号进行解码后传递给数据处理器。信号接收单元监测和接收流量脉冲信号，并实现脉冲信号的解码。数据处理器接收并处理信号接收单元传递的数据，一般也还能增加实现向上发送信号功能。作为本专利技术的装置的还有一种优选，所述信号接收单元内包括有流量检测构件。流量检测构件可采用流量传感器，通过流量传感器检测下传的流量脉冲信号。作为本专利技术的装置的还有一种优选，所述数据处理器为智能工具或仪器。当井底的智能工具或仪器接收到下行通讯信号的同步脉冲信号后，关闭上传信号，开始接收下传数据或指令；当接收到下行通讯信号结束脉冲信号后停止接收下传数据或指令，打开上传信号。智能工具或仪器既能接收信号接收单元传送的数据，又能实现与地面控制系统之间的上传通讯。本专利技术所要解决的另一个技术问题是，提供一种能通过非泄流方式建立或实现下行通讯的随钻测控系统的下行通讯方法。针对该技术问题，本专利技术的技术解决方案是，提供一种采用本专利技术的装置的随钻测控系统的下行通讯方法，并包括以下步骤：通过地面控制系统向下传通讯机构发送指令，下传通讯机构控制动阀与定阀之间的相对运动从而改变过流面积形成脉冲信号传递给信号接收与数据处理机构，所述信号接收与数据处理机构接收脉冲信号并对脉冲信号进行处理。与现有实现下行通讯的方法相比，本专利技术采用非泄流方式，在不改变现有循环系统排量的前提下建立或实现下行通讯。而且操作简单，容易实现。作为本专利技术的方法的一种优选，所述脉冲信号以由排量负脉冲、脉冲间隔构成的编码单元为单位形成脉冲编码序列下传。通过排量负脉冲、脉冲间隔这样一种编码方式实现脉冲编码传递。附图说明图1所示是包括本专利技术的下行通讯装置的钻机系统的一种实施例。图2所示图1中的下行通讯装置中的下行通讯机构的结构示意图。图3所示是图2中的下行通讯装置的流量脉冲信号的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示是包括本专利技术的下传通讯装置的钻机的一种机构示意图。常规钻井过程中，该钻机系统包括有至少一台泥浆泵5、泥浆输送管汇4、游动系统2、旋塞短节3和钻杆7，钻机安装后与钻井之间形成井环空8。泥浆泵5通常带有压力缓冲机构或液压蓄能机构，在本实施例中，泥浆泵5带有空气包6起到压力缓冲作用。泥浆泵5泵出的钻井液即泥浆依次经过泥浆输送管汇4、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种随钻测控系统的下行通讯装置，包括地面控制机构（13）、安装在带压力缓冲机构或液压蓄能机构的泥浆泵（5）与钻杆（7）之间的泥浆输送管汇（4）中的下传通讯机构（14）和安装于井下与钻杆（7）连接的钻具组合中的信号接收与数据处理机构，地面控制机构（13）与下传通讯机构（14）电连接，下传通讯机构（14）与信号接收与数据处理机构通过泥浆输送管汇（4）连接。
【技术特征摘要】
1.一种随钻测控系统的下行通讯装置，包括地面控制系统(13)、安装在带压力缓冲机构或液压蓄能机构的泥浆泵(5)与钻杆(7)之间的泥浆输送管汇(4)中的下传通讯机构(14)和安装于井下与钻杆(7)连接的钻具组合中的信号接收与数据处理机构，地面控制系统(13)与下传通讯机构(14)电连接，下传通讯机构(14)与信号接收与数据处理机构通过泥浆输送管汇(4)连接；所述下行通讯机构包括承压管(15)、定阀(16)、动阀(17)和控制驱动机构，所述定阀(16)固定设在承压管(15)内，所述定阀(16)上设有过流通道，所述动阀(17)在驱动机构的作用下相对定阀(16)前后移动以改变定阀(16)的过流通道的过流面积从而形成流量波动，所述控制驱动机构与地面控制系统(13)电连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动机构包括用于驱动动阀(17)的驱动机构(18)和用于控制驱动机构(18)的控制机构(19)，所述控制机构(19)与地面控制系统(13)电连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的动阀(17)通过多个基座(22)与承压管(15)连接，其中有一个基座(22)为安装通讯电缆(21)的通讯基座(20)，通过所述通讯电缆(21)...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，吕官云，王义峰，孙峰，刘庆龙，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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