一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；所述钻头和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与钻头和螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与MWD仪器和螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。优点是：能够通过电磁感应及时了解井眼的轨迹和地层信息的变化，及时对钻头进行调整。

A Wireless Short Transmission System for Downhole Near Bit and Its Control Method

The invention discloses a wireless short transmission system for downhole near drill bit and its control method, which comprises MWD instrument, screw drill tool and drill bit arranged coaxially from top to bottom. The upper end of the MWD instrument is disassemblably connected with the drill pipe; the drill bit and screw drill tool are provided with coaxial launch joints, and the two ends of the launch joints are fixed with the drill bit and screw drill tool respectively. The WMD instrument and the screw drilling tool are equipped with coaxial receipt joints, and the two ends of the receipt joints are fixed with the MWD instrument and the screw drilling tool respectively. The transmitting joints emit electromagnetic signals, and the receiving joints receive electromagnetic signals and transmit them to the MWD instrument after processing the electromagnetic signals. The MWD instrument transmits the received signals to the decoding unit on the well. Advantages are: through electromagnetic induction, we can timely understand the changes of borehole trajectory and formation information, and timely adjust the bit.

【技术实现步骤摘要】
一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法
本专利技术涉及地质导向系统和随钻测量仪器领域，尤其涉及一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法。
技术介绍
目前，公知的石油行业随钻测井
内，主要使用MWD(随钻测量系统)为地质导向系统提供井眼定向数据及井眼围岩的地质参数，以使钻进的井眼轨迹符合工程设计要求。传统的MWD随钻仪器中，各定向传感器和地质参数传感器均安装于驱动钻头的螺杆马达上端，距离钻头有一段距离，仪器通过传感器获得的当前数据较实际钻头处的当前状态有滞后，地面的工程技术人员不能及时了解井眼的轨迹和地层信息的变化并及时调整钻进控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；所述钻头和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与所述钻头和所述螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与所述MWD仪器和所述螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给所述MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。优选的，所述发射短节呈圆柱体型，所述发射短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第一环形槽，所述第一环形槽内设置有发射线圈，所述第一环形槽的外周设置有第一保护罩，所述第一保护罩由至少两个相同的第一弧形片沿所述第一环形槽的周向拼接而成，所述第一弧形片的直径与所述发射短节的直径相同，各所述第一弧形片均朝向所述第一环形槽的轴线，相邻两所述第一弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第一环形槽外周。优选的，所述第一保护罩的两端均与所述发射短节经紧固件固定连接。优选的，所述发射短节内部设置有至少四个相互独立的舱室，分别为第一舱室、第二舱室、第三舱室和第四舱室，所述第一舱室内设置有为发射短节供电的供电装置，所述第二舱室内设置有用于测量周围地层介质的自然伽马数据的伽马传感器，所述第三舱室内设置有测量发射短节当前位置的井斜和方位数据的测斜传感器，所述第四舱室内设置有对伽马传感器和测斜传感器采集的数据进行分析处理的信号采集处理模块。优选的，所述信号采集处理模块包括第一放大滤波器、A/D采集器、FSK调制器、第一中央处理器、功率放大器和保护电路；所述伽马传感器和所述测斜传感器均与所述第一放大滤波器相连，所述第一放大滤波器与所述A/D采集器相连，所述A/D采集器与所述第一中央处理器相连，所述第一中央处理器与所述FSK调制器和所述保护电路相连，所述FSK调制器和所述保护电路均与所述功率放大器相连，所述功率放大器与所述发射线圈相连；所述供电装置与所述保护电路相连。优选的，所述接收短节呈圆柱体型，所述接收短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第二环形槽，所述第二环形槽内设置有接收线圈，所述第二环形槽的外周设置有第二保护罩，所述第二保护罩由至少两个相同的第二弧形片、沿所述第二环形槽的周向拼接而成，所述第二弧形片的直径与接收短节的直径相同，各第二弧形片均朝向所述第二环形槽的轴线，相邻两所述第二弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第二环形槽外周。优选的，所述第二保护罩的两端均与所述接收短节经紧固件固定连接。优选的，所述接收短节内部设置有至少两个独立的舱室，分别为第五舱室和第六舱室，所述第五舱室内设置有对接收线圈接收的信号进行分析处理的信号接收处理模块，所述第六舱室内设置有用于接收信号处理模块处理后的信号、并将信号传输给MWD仪器的转接器，所述接收短节外壁上设置有用于采集环空回流的泥浆压力信号的压力传感器。优选的，所述信号接收处理模块包括感应耦合器、第二放大滤波器、FSK解调器、第二中央处理器、通信器、放大器和A/D转换器；所述感应耦合器与所述接收线圈相连，所述感应耦合器与所述第二放大滤波器相连，所述第二放大滤波器与所述FSK解调器相连，所述压力传感器与所述放大器相连，所述放大器与所述A/D转换器相连，所述FSK解调器和所述A/D转换器均与所述第二中央处理器相连，所述第二中央处理器与所述通信器相连，所述通信器与所述转接器相连。本专利技术的目的还在于提供一种控制方法，所述控制方法用于上述任一所述的近钻头无线短传系统，包括如下步骤：S1.伽马传感器和测斜传感器分别采集地层介质的自然伽马数据信号和当前发射短节位置的井斜方位数据信号，并分别将两种数据信号传递给第一放大滤波器；所述第一放大滤波器对两种数字信号进行放大滤波，并将其传递给A/D采集器；所述A/D采集器将两种数据信号转换为第一数字信号和第二数字信号，并将其传递给第一中央处理器；所述中央处理器对第一数字信号和第二数字信号进行统一整理和二进制编码，生成第一编码，并将第一编码传输给FSK调制器；所述FSK调制器将第一编码调制为双频率正弦信号，并传输给第一功率放大器；所述第一功率放大器对双频率正弦信号进行放大，并传输给发射线圈；所述发射线圈将放大后的双频率正弦信号进行处理，并发射电磁信号；S2.所述接收线圈接收电磁信号，并将电磁信号传输给感应耦合器；所述感应耦合器将电磁信号进行滤波后传递给第二放大滤波器；所述第二放大滤波器将电磁信号进行放大滤波后、传输给FSK解调器；所述FSK解调器按照和FSK调制器约定的协议对电磁信号解调，生成解码后的第三数字信号并传递给第二中央处理器；所述压力传感器获取环空回流的泥浆压力信号，并将泥浆压力信号传递给放大器；所述放大器对泥浆压力信号进行放大，传递给A/D转换器；所述A/D转换器将泥浆压力信号转换为第四数字信号，并将其传递给第二中央处理器；所述第二中央处理器将第三数字信号和第四数字信号下载至内部存储器，并进行分析处理后传递给通信器，所述通信器按照与MWD仪器的通信协议对数字信号再次编码，生成第二编码，并发送给转接器，所述转接器将第二编码传递给MWD仪器；S3.所述MWD仪器将第二编码传递给井上解码单元，井上解码单元对第二编码进行解码。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用电磁感应法实现信号无线传输，结构简单，生产和维护都很方便快捷，可靠性高。2、发射短节中设置有保护电路，可以保护供电装置，保障无线短传系统的正常工作。3、设置有保护罩，保护罩能够保障发射线圈和接收线圈的正常工作，不会受到泥浆碎屑的损伤。4、采用电磁信号进行信号传递，避免螺杆钻具的长度对测量结果造成的滞后影响。附图说明图1是本专利技术实施例中近钻头无线短传系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例中发射短节的结构示意图；图3是本专利技术实施例中发射短节的另一角度结构示意图；图4是本专利技术实施例中发射短节的信号传递示意图；图5是本专利技术实施例中接收短节的结构示意图；图6是本专利技术实施例中接收短节的信号传递示意图图7是本专利技术实施例中控制方法的流程图。图中：1、钻头；2、发射短节；21、第一舱室；22、第二舱室；23、第三舱室；24、第四舱室；25、第一环形槽；26、第一保护罩；3、螺杆钻具；4、接收短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；其特征在于：所述钻头和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与所述钻头和所述螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与所述MWD仪器和所述螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给所述MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。

【技术特征摘要】
1.一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；其特征在于：所述钻头和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与所述钻头和所述螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与所述MWD仪器和所述螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给所述MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。2.根据权利要求1所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述发射短节呈圆柱体型，所述发射短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第一环形槽，所述第一环形槽内设置有发射线圈，所述第一环形槽的外周设置有第一保护罩，所述第一保护罩由至少两个相同的第一弧形片沿所述第一环形槽的周向拼接而成，所述第一弧形片的直径与所述发射短节的直径相同，各所述第一弧形片均朝向所述第一环形槽的轴线，相邻两所述第一弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第一环形槽外周。3.根据权利要求2所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述第一保护罩的两端均与所述发射短节经紧固件固定连接。4.根据权利要求2所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述发射短节内部设置有至少四个相互独立的舱室，分别为第一舱室、第二舱室、第三舱室和第四舱室，所述第一舱室内设置有为发射短节供电的供电装置，所述第二舱室内设置有用于测量周围地层介质的自然伽马数据的伽马传感器，所述第三舱室内设置有测量发射短节当前位置的井斜和方位数据的测斜传感器，所述第四舱室内设置有对伽马传感器和测斜传感器采集的数据进行分析处理的信号采集处理模块。5.根据权利要求4所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述信号采集处理模块包括第一放大滤波器、A/D采集器、FSK调制器、第一中央处理器、功率放大器和保护电路；所述伽马传感器和所述测斜传感器均与所述第一放大滤波器相连，所述第一放大滤波器与所述A/D采集器相连，所述A/D采集器与所述第一中央处理器相连，所述第一中央处理器与所述FSK调制器和所述保护电路相连，所述FSK调制器和所述保护电路均与所述功率放大器相连，所述功率放大器与所述发射线圈相连；所述供电装置与所述保护电路相连。6.根据权利要求1所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述接收短节呈圆柱体型，所述接收短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第二环形槽，所述第二环形槽内设置有接收线圈，所述第二环形槽的外周设置有第二保护罩，所述第二保护罩由至少两个相同的第二弧形片、沿所述第二环形槽的周向拼接而成，所述第二弧形片的直径与接收短节的直径相同，各第二弧形片均朝向所述第二环形槽的轴线，相邻两所述第二弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第二环形槽外周。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：高增欣，
申请(专利权)人：北京恒泰万博石油技术股份有限公司，烟台恒泰油田科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11