地面信号发送装置、井下信号接收装置及数据传输系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地面信号发送装置、井下信号接收装置及数据传输系统，设置在地面端的地面信号发送装置包括地面控制器、地面发射电路和地面发射天线，控制指令依次经地面控制器和地面发射电路的处理后，通过地面发射天线发射出去。与常规脉冲遥控指令传输方式相比，本发明专利技术无须开停泵，不耽误钻进时间，不容易产生误操作，可靠性更高；数据帧结构更灵活、更复杂，能发出的控制命令更多样(传统开停泵只能发固定的几个指令)，可以在钻进过程中实时优化井下执行机构工况和控制其工作，对钻井安全高效有重大的积极意义。另外，本发明专利技术结构简单、可靠性高、在国内现有技术水平和加工工艺下容易实现，经现场应用证明，使用效果良好。

Ground signal transmitting device, downhole signal receiving device and data transmission system

The invention discloses a ground signal transmission device, downhole signal receiving device and data transmission system, set the ground signal transmitter on the ground terminal comprises a ground controller, a transmitting circuit and a transmitting antenna of ground surface, control instructions sequentially through the ground controller and ground transmitting circuit after processing, transmitted through the ground transmitting antenna. Compared with the conventional pulse remote control instruction transmission, the invention does not need to open the pump stops, do not delay the drilling time and is not prone to misoperation, higher reliability; data frame structure is more flexible and more complex control commands more (traditional open a few instructions to stop the pump only fixed), can be in drilling in the process of real-time optimization of downhole actuator and control of working conditions, high efficiency has great positive significance for drilling safety. In addition, the invention has the advantages of simple structure, high reliability, easy realization in the prior art level and processing technology, and good application effect through field application.

【技术实现步骤摘要】
地面信号发送装置、井下信号接收装置及数据传输系统
本专利技术涉及油气开发钻井
，尤其涉及一种地面信号发送装置和井下信号接收装置，还涉及一种具有该地面信号发送装置和井下信号接收装置的数据传输系统。
技术介绍
随着钻井技术的发展，井下钻具组合中可挂接的工具(仪器)越来越多，为了使这些工具、仪器能按要求可靠稳定地工作，需要随时在地面对它们的执行机构实施远程遥控。如电磁随钻测量仪器，为了优化其工作性能，延长工作时间，可从地面向井下发送一些下行指令，来控制其发射机的工作启动/停止、工作模式、载波频率、延迟时间等；旋转导向工具也需要地面下传指令，控制底部钻具组合的钻进方向；分段压裂时需要控制多级分隔器在不同时间和井段工作等。目前地面对井下执行机构的遥控方法主要是通过钻井液液压控制，地面司钻通过排列组合不同时间长度和次数的开停泵操作，来代表不同的指令，通过开停泵产生不同效果的钻井液脉冲，使管柱中液柱压力随之发生相应变化。井下执行机构通过监测管柱压力信号，接收脉冲信号，然后将脉冲信号恢复成电信号，从而判断指令的内容。然而，上述地面对井下执行机构的遥控方法的缺陷在于：首先发送下行指令时操作复杂，对操作时序要求高，容易出现误操作；二是要下传指令时需要停止一切钻进工作，才不会对开停泵操作产生干扰，耽误钻进时间；三是只能依靠不同排列组合发送固定的几个简单指令，实现一些简单操作，指令种类少，结构简单，对井下执行机构的控制效果不好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有技术中利用钻井液液压控制遥控井下执行机构，发送下行指令时操作复杂，易出现误操作；发送下行指令时会耽误钻进时间；只能实现简单的操作，不能精确控制井下执行机构。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种地面信号发送装置、井下信号接收装置及数据传输系统，能够在钻进过程中随时从地面向井下发送控制指令，控制井下执行机构按现场作业需要工作，而不影响正常的钻井作用，从而实现地面对井下执行机构的实时、可靠地控制。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种地面信号发送装置，其设置在地面端，其包括依次连接的地面控制器、地面发射电路和地面发射天线，控制指令依次经所述地面控制器和所述地面发射电路的处理后，通过所述地面发射天线发射出去。优选的是，所述地面发射天线包括均与所述地面发射电路连接的第一埋地电极和第二埋地电极；其中，所述第一埋地电极与井筒的上部钻柱相连，所述第二埋地电极与所述第一埋地电极间隔预设距离。优选的是，所述第二埋地电极沿所述井筒的井眼轨迹延伸方向设置。优选的是，所述地面控制器包括：指令接收单元，设置为接收所述控制指令；信号编码单元，设置为对所述控制指令进行编码；以及信号调制单元，设置为对编码后的控制指令进行调制。优选的是，所述信号编码单元采用帧同步校验的方式对所述控制指令进行编码，并使所述编码后的控制指令包括12位帧同步校验位。优选的是，所述地面发射电路包括光电隔离电路和功率放大电路；其中，所述地面控制器通过所述光电隔离电路和所述功率放大电路与所述地面发射天线连接。优选的是，所述地面发射电路还包括连接在所述功率放大电路和所述地面发射天线之间的脉冲变压器。根据本专利技术的第二个方面，提供了一种井下信号接收装置，其设置在井下端，其包括依次连接的井下接收天线、井下接收电路和井下控制器；所述井下接收天线接收地面信号发送装置发射的电磁波并将所述电磁波转换为电信号，所述电信号依次经所述井下接收电路和所述井下控制器的处理后输入至井下执行机构。优选的是，所述井下接收天线包括上接头、下接头以及位于所述上接头和所述下接头之间的绝缘接头，所述上接头与井筒的上部钻柱连接，所述下接头与所述井筒的下部钻柱连接。优选的是，所述下接头的侧面设置有用于容置的所述井下接收电路和所述井下控制器的凹槽。优选的是，所述井下接收电路包括增益放大电路、模拟滤波电路和A/D转换电路；其中，所述井下接收天线依次通过所述增益放大电路、模拟滤波电路和A/D转换电路与所述井下控制器连接，所述增益放大电路与所述井下控制器连接。优选的是，所述井下控制器包括：数字滤波单元，设置为对所述A/D转换电路输出的数字信号进行滤波；信号解调单元，设置为对所述数字滤波单元输出的信号进行解调；信号解码单元，设置为对所述信号解调单元输出的信号进行解码；数据回放及通信单元，设置为对所述信号解码单元输出的信号进行数据回放，并将所述信号解码单元输出的信号发送给所述井下执行机构；以及增益控制单元，其与所述增益放大电路连接，设置为调节所述增益放大电路的增益系数。优选的是，所述信号解码单元包括：吻合程度获取子单元，设置为获取所述信号解调单元输出的信号中的12位帧同步校验位与预设的比对模板的吻合程度；确定子单元，设置为在比较出所述吻合程度大于或者等于预设的吻合程度阈值时，确定所述信号解调单元输出的信号通过帧同步校验。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种具有上述地面信号发送装置和上述井下信号接收装置的数据传输系统。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：本专利技术所提供的电磁无线传输的方式，与常规脉冲遥控指令传输方式相比，无须开停泵，不耽误钻进时间，不容易产生误操作，可靠性更高；数据帧结构更灵活、更复杂，能发出的控制命令更多样(传统开停泵只能发固定的几个指令)，可以在钻进过程中实时优化井下执行机构工况和控制其工作，对钻井安全高效有重大的积极意义。另外，本专利技术结构简单、可靠性高、在国内现有技术水平和加工工艺下容易实现，经现场应用证明，使用效果良好。本专利技术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，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术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专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1示出了本专利技术实施例数据传输系统的结构示意图；图2示出了本专利技术实施例中井下接收天线的结构示意图；图3示出了图2所示的井下接收天线的A-A向剖视图；图4示出了本专利技术实施例地面信号发送装置的原理方框图；以及图5示出了本专利技术实施例井下信号接收装置的原理方框图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。为了解决现有技术中利用钻井液液压控制遥控井下执行机构存在的以下缺陷：发送下行指令时操作复杂，易出现误操作；发送下行指令时会耽误钻进时间；只能实现简单的操作，不能精确控制井下执行机构，本专利技术实施例提供了一种数据传输系统。图1示出了本专利技术实施例数据传输系统的结构示意图。参照图1，本实施例数据传输系统包括地面信号发送装置4和井下信号接收装置6。其中，地面信号发送装置4位于井场的地面端，从而能够根据技术人员的需要，随时从地面端向井下执行机构7发送控制指令。该地面信号发送装置4包括地面控制器、地面发射电路和地面发射天线。井下信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地面信号发送装置，其特征在于，所述地面信号发送装置设置在地面端，其包括依次连接的地面控制器、地面发射电路和地面发射天线，控制指令依次经所述地面控制器和所述地面发射电路的处理后，通过所述地面发射天线发射出去。

【技术特征摘要】
1.一种地面信号发送装置，其特征在于，所述地面信号发送装置设置在地面端，其包括依次连接的地面控制器、地面发射电路和地面发射天线，控制指令依次经所述地面控制器和所述地面发射电路的处理后，通过所述地面发射天线发射出去。2.根据权利要求1所述的地面信号发送装置，其特征在于，所述地面发射天线包括均与所述地面发射电路连接的第一埋地电极和第二埋地电极；其中，所述第一埋地电极与井筒的上部钻柱相连，所述第二埋地电极与所述第一埋地电极间隔预设距离。3.如权利要求2所述的地面信号发送装置，其特征在于，所述第二埋地电极沿所述井筒的井眼轨迹延伸方向设置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的地面信号发送装置，其特征在于，所述地面控制器包括：指令接收单元，设置为接收所述控制指令；信号编码单元，设置为对所述控制指令进行编码；以及信号调制单元，设置为对编码后的控制指令进行调制。5.根据权利要求4所述的地面信号发送装置，其特征在于，所述信号编码单元采用帧同步校验的方式对所述控制指令进行编码，并使所述编码后的控制指令包括12位帧同步校验位。6.根据权利要求1至5中任一项所述的地面信号发送装置，其特征在于，所述地面发射电路包括光电隔离电路和功率放大电路；其中，所述地面控制器通过所述光电隔离电路和所述功率放大电路与所述地面发射天线连接。7.根据权利要求6所述的地面信号发送装置，其特征在于，所述地面发射电路还包括连接在所述功率放大电路和所述地面发射天线之间的脉冲变压器。8.一种井下信号接收装置，其特征在于，所述井下信号接收装置设置在井下端，其包括依次连接的井下接收天线、井下接收电路和井下控制器；所述井下接收天线接收地面信号发送装置发射的电磁波并将所述电磁波转换为电信号，所述电信号依次经所述井下接收电路和所述井下控制器的处理后输入至井下...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春国，陈晓晖，王立双，高炳堂，宋朝晖，胡越发，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11