一种基于耦合通信的近钻头测井系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于耦合通信的近钻头测井系统和方法，所述系统包括钻头、脉冲器、马达、脉冲器、无线短传钻杆、无线透壁耦合器、近钻头传感器，通过电容耦合或电感耦合的无线短传技术，将每一根无线短传钻杆独立构成LC串联回路，在信息传输过程中有效地防止了因高频电磁波的衰减而降低线圈间的耦合系数，造成的无法远距离传输的问题，改变了传统的有线传输方式，并提供一种基于耦合通信的井下近钻头测量无线短传技术，可以实现对地质参数的高精度、实时测量传输，提高了地质导向的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气田勘探和开发
，具体涉及一种基于耦合通信的近钻头测井系统和方法。
技术介绍
在油气田的勘探、开发过程中，需要对钻井进行测量，了解和监测地质状况，提高开发效益。对于进入开发中后期的油田来说，为了进一步提高开发效益，迫切需要开发复杂小断块油田，尤其是薄层水平油田，这样的油田在钻井过程中，具有油层薄、靶区范围小、中靶要求高、井眼轨迹控制难度大等特点。不论是普通测井，还是开发难度高的油田，对钻井技术的要求都越来越高。在钻进技术中，随钻测井(LoggingWhileDrilling,LWD)是一种将测井仪器放在钻头上、边钻井边获取地层资料的技术，不仅对任何状况的井，特别是水平井都可以进行测量，所获得的资料最接近地层的原始状态，而且可利用测得的钻井参数和地层参数及时调整钻头轨迹，使之沿目的层方向钻进。现有技术中，随钻测井(LoggingWhileDrilling,LWD)系统所指的常规LWD系统，由于钻头钻进过程中环境恶劣、温度很高、压力极大、振动强烈等原因，一般安装的测量仪器离钻头较远，提供的地质参数与工程参数信息滞后，导致了轨迹控制预测难度加大，严重影响井身轨迹控制精度。而近钻头测井技术，将测量仪器向前移动靠近钻头，在靠近钻头的位置安装了更多用于数据采集的传感器，这样能更及时、更准确的获得井下采集信息，大大提高了控制参数的实时性和地质导向的准确性。但是对于近钻头测井技术而言，如何进行数据传输，则是一个需要解决的问题。现有技术中，近钻头测井技术通过在钻头上同时安装传输线的方式进行数据传输，虽然可保证数据传输的实时性，但由于钻头部位是旋转机械，极易导致传输线的缠绕和磨损，无法有效的保证数据传输的稳定性和寿命。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有技术中近钻头测井系统中的传输问题，基于此，本专利技术提供一种基于耦合通信近钻头测井系统和方法，实现对地质参数的高精度、实时测量传输，提高地质导向的准确性。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于耦合通信的近钻头测井系统，所述系统包括钻头、脉冲器、马达、脉冲器、无线短传钻杆、无线透壁耦合器、近钻头传感器；其中，所述钻头用于钻井；所述马达用于提供钻头旋转动力；所述近钻头传感器用于钻井过程中地质信号的测量；所述无线透壁耦合器与所述近钻头传感器相连，用于将近钻头传感器所测量的地质信号由常规钻杆内部传输至常规钻杆外部；所述无线短传钻杆同时与无线透壁耦合器和脉冲器相连，用于将无线透壁耦合器传输至钻杆外部套管的地质信号传输至脉冲器；所述脉冲器用于将接收的地质信号传输至地面。上述方案中，所述近钻头传感器位于紧靠钻头的位置。上述方案中，所述无线短传钻杆内部布置用于过程信号传递回路的电缆，相临短传钻杆之间并没有电缆连接。上述方案中，所述无线短传钻杆包括：耦合短传钻杆和万向节；其中，所述耦合短传钻杆之间通过万向节进行连接，并与万向节之间通过耦合作用进行通信。上述方案中，所述无线短传钻杆通过电容耦合短传或电感耦合短传方式进行短距离的信号传输。上述方案中，所述无线短传钻杆的数量根据传输信号的距离来确定。上述方案中，所述无线短传钻杆的数量大于30根。上述方案中，所述常规钻杆内部为旋转结构，常规钻杆外部为套管。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于耦合通信的近钻头测井方法，所述方法包括如下步骤：步骤S11，马达为钻头提供旋转动力，带动钻头进行钻井操作；步骤S12，位于钻头后部的近钻头传感器测量钻井过程中的地质信号，并将所述地质信号传输给与传感器相连的无线透壁耦合器；步骤S13，无线透壁耦合器将地质信号从钻杆内部传输至钻杆外部；步骤S14，无线短传钻杆接收到传输到钻杆外部的地质信号，并通过无线短传的方式将所述地质信号传输至脉冲器；步骤S15，所述脉冲器将所述地质信号传输至地面。上述方案中，所述无线短传的方式，包括电容耦合短传方式和电感耦合短传方式。本专利技术的上述技术方案具有如下效果：上述方案，通过电容耦合或电感耦合的无线短传技术，将每一根无线短传钻杆独立构成LC串联回路，在信息传输过程中有效地防止了因高频电磁波的衰减而降低线圈间的耦合系数，造成的无法远距离传输的问题，改变了传统的有线传输方式，并提供一种基于耦合通信的井下近钻头测量无线短传技术，可以实现对地质参数的高精度、实时测量传输，提高了地质导向的准确性。附图说明图1为本专利技术第一实施例的基于耦合通信的近钻头测井系统框架示意图；图2为本专利技术第二实施例的基于耦合通信的近钻头测井系统结构示意图；图3为本专利技术第二实施例的无线透壁耦合器的结构示意图主视图；图4为本专利技术第二实施例的无线透壁耦合器的结构示意图俯视图；图5为本专利技术第二实施例的无线短传钻杆的结构示意图；图6为本专利技术第二实施例的电容耦合短传钻杆万向节接头结构示意图；图7为本专利技术第二实施例的电容耦合短传钻杆的等效电路图；图8为本专利技术第二实施例的电感耦合短传钻杆万向节接头结构示意图；图9为本专利技术第二实施例的电感耦合短传钻杆的等效电路图。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术技术问题、技术方案和优点将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在下文中，将参考附图具体描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。第一实施例本实施例具体阐述一种基于耦合通信的近钻头测井系统。图1所示为所述近钻头测井系统框架示意图。如图1所示，所述基于耦合通信的近钻头测井系统包括：脉冲器101、马达102、无线短传钻杆103、无线透壁耦合器104、近钻头传感器105以及钻头106。其中，所述钻头106用于钻井。所述马达102用于提供钻头旋转动力。所述近钻头传感器105用于钻井过程中地质信号的测量，所述近钻头传感器105紧靠钻头106，以提高测井可靠性。所述无线透壁耦合器104与所述近钻头传感器105相连，用于将近钻头传感器105所测量的地质信号由常规钻杆内部传输至常规钻杆外部；优选的，所述常规钻杆内部为旋转结构，常规钻杆外部为套管，具体过程可以为将所测量的地质信号由钻杆内部的旋转结构传输至钻杆外部的套管。所述无线短传钻杆103同时与无线透壁耦合器104和脉冲器101相连，用于将无线透壁耦合器104传输至钻杆外部套管的地质信号传输至脉冲器101；无线短传钻杆103内部布置用于过程信号传递回路的电缆，相临短传钻杆之间并没有电缆连接。无线短传钻杆103的数量由具体信号传输之间的距离所确定。进一步地，本专利技术中的无线短传钻杆103单元级数可远大于30根钻杆单元。优选的，无线短传钻杆103可通过两种方式进行短距离的信号传输，即电容耦合短传方式和电感耦合短传方式。所述脉冲器101用于将接收的地质信号传输至地面，优选的，所述脉冲器通过泥浆脉冲或无线通信的方式将地质信号传输至地面。本实施例所提供的基于耦合通信的近钻头测井系统，通过电容耦合或电感耦合的无线短传技术，每一根无线短传钻杆独立构成LC串联回路，在信息传输过程中有效地防止了因高频电磁波的衰减而降低线圈间的耦合系数，造成的无法远距离传输的问题，改变了传统的有线传输方式，并提供一种基于耦合通信的井下近钻头测量无线短本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于耦合通信的近钻头测井系统，所述系统包括钻头、脉冲器、马达，其特征在于，所述系统还包括：脉冲器、无线短传钻杆、无线透壁耦合器、近钻头传感器；其中，所述钻头用于钻井；所述马达用于提供钻头旋转动力；所述近钻头传感器用于钻井过程中地质信号的测量；所述无线透壁耦合器与所述近钻头传感器相连，用于将近钻头传感器所测量的地质信号由常规钻杆内部传输至常规钻杆外部；所述无线短传钻杆同时与无线透壁耦合器和脉冲器相连，用于将无线透壁耦合器传输至钻杆外部套管的地质信号传输至脉冲器；所述脉冲器用于将接收的地质信号传输至地面。

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合通信的近钻头测井系统，所述系统包括钻头、脉冲器、马达，其特征在于，所述系统还包括：脉冲器、无线短传钻杆、无线透壁耦合器、近钻头传感器；其中，所述钻头用于钻井；所述马达用于提供钻头旋转动力；所述近钻头传感器用于钻井过程中地质信号的测量；所述无线透壁耦合器与所述近钻头传感器相连，用于将近钻头传感器所测量的地质信号由常规钻杆内部传输至常规钻杆外部；所述无线短传钻杆同时与无线透壁耦合器和脉冲器相连，用于将无线透壁耦合器传输至钻杆外部套管的地质信号传输至脉冲器；所述脉冲器用于将接收的地质信号传输至地面。2.根据权利要求1所述的基于耦合通信的近钻头测井系统，其特征在于，所述近钻头传感器位于紧靠钻头的位置。3.根据权利要求1所述的基于耦合通信的近钻头测井系统，其特征在于，所述无线短传钻杆内部布置用于过程信号传递回路的电缆，相临短传钻杆之间并没有电缆连接。4.根据权利要求1所述的基于耦合通信的近钻头测井系统，其特征在于，所述无线短传钻杆包括：耦合短传钻杆和万向节；其中，所述耦合短传钻杆之间通过万向节进行连接，并与万向节之间通过耦合作用进行通信。5.根据权利要求1至4任一项所述的基于耦合通信的近钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚军，马祥华，马斌畅，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11