使用施工机械中导电元件的微波范围中的数据通信制造技术

提供了一种能够与一个或多个管的柱例如一个或多个管或钻管的钻杆连接的耦合元件。耦合元件被配置为响应于馈给到耦合元件的数据信号而在柱中激发电磁波。耦合元件包括：在耦合元件的第一端部处的馈给部分，该馈给部分用于接收数据信号；从馈给部分朝向耦合元件的第二端部延伸的第一导电部分，第二端部用于连接到柱用于形成在第一导电部分和柱之间的导电连接；以及从馈给部分朝向耦合元件的第二端部延伸的第二导电部分。第一导电部分和第二导电部分被布置为以限定波导。波导在从第一端部朝向第二端部的方向上扩展。向第二端部的方向上扩展。向第二端部的方向上扩展。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用施工机械中导电元件的微波范围中的数据通信


[0001]本专利申请涉及通信工程领域。它涉及使用施工装备的导电元件或管作为波导用于数据通信。实施例有关通过管或钻管的微波范围中的数据通信，例如在隧道施工和采矿应用中，尤其是与不可及的钻进工具有关。

技术介绍

[0002]对于施工装备，期望的是在施工机械的各种部件之间传送数据。例如，在隧道施工和采矿应用中，期望的是在地下的钻头和表面处的驱动器之间交换传感器数据或控制数据。例如，可能期望的是监测例如在天井钻进应用(raise drilling application)中施加到附接到钻头的转动钻头的力或转动，或者在钻出钻孔的同时施加到钻头的切割轮的力或转动。需要进行数据传输以允许对与钻头关联的某些事件的及时反应，例如，以改变磨损部件或避免昂贵的虚钻。这转而需要可以以某个数据速率将数据传输通过某个距离。然而，对于以上应用，目前可用的数据速率太低，目前可用的操作距离太短，或两者兼有。
[0003]泥浆脉冲遥测是目前使用的系统之一，以在地下的钻头与表面处的驱动器之间传输数据。然而，泥浆脉冲遥测仅在如果钻井泥浆或泥浆电路系统被附接且运转时才可用。另外，在泥浆脉冲遥测中，使用钻井泥浆或泥浆中的压力变化来传送信息。这导致每秒几比特的数据速率，该数据速率通常太低。
[0004]在施工和采矿应用中使用的其他已知的系统是例如由哈里伯顿斯佩里钻井公司(company Halliburton/Sperry Drilling)使用的电磁遥测。在这个系统中，使用钻柱作为发送天线用于在2Hz和10Hz之间的频率范围中的通信。以距钻柱约100m的距离将接收天线安装在地里。低数据速率和高复杂度是目前使用的电磁遥测系统的缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是至少部分地克服归因于现有技术系统的一个或多个缺陷。
[0006]这个目的是通过根据权利要求1的耦合元件、根据权利要求9的方法、根据权利要求16的系统和根据权利要求18的钻进设备来解决的。
[0007]提供了一种能够与一个或多个管的柱例如一个或多个管或钻管的钻柱连接的耦合元件。所述耦合元件被配置为响应于馈给到所述耦合元件的数据信号而在所述柱中激发电磁波。所述耦合元件包括：在所述耦合元件的第一端部处的馈给部分，所述馈给部分用于接收所述数据信号；第一导电部分，所述第一导电部分从所述馈给部分朝向所述耦合元件的第二端部延伸，所述第二端部用于连接到所述柱，用于形成在所述第一导电部分和所述柱之间的导电连接；以及第二导电部分，所述第二导电部分从所述馈给部分朝向所述耦合元件的第二端部延伸。所述第一导电部分和所述第二导电部分被布置为以限定波导，所述波导在从所述第一端部朝向所述第二端部的方向上扩展。
[0008]根据实施例，所述第二导电部分可以包括形成为以当所述耦合元件连接到所述柱时突出到所述柱中的一部分。
[0009]根据实施例，要突出到所述柱中的所述一部分可以具有恒定的直径。
[0010]根据实施例，所述第一导电部分与所述第二导电部分可以旋转对称。
[0011]根据实施例，所述耦合元件可以能连接到所述柱，以便能转动。
[0012]根据实施例，所述电磁波可以具有旋转对称的场线。
[0013]根据实施例，所述第一导电部分可以具有能连接到所述柱的凸缘的凸缘。
[0014]根据实施例，如上所述的耦合元件可以用在一个或多个钻管的钻柱中。
[0015]提供了一种用于通过一个或多个管的柱例如一个或多个管或钻管的钻柱在施工装备中进行数据通信的方法。所述方法包括以下步骤：
[0016]‑
在所述柱的第一端部处激发携带数据信号的电磁波，所述柱充当波导，以及
[0017]‑
从所述柱的第二端部耦合所述电磁波，以获得所述数据信号。
[0018]根据实施例，可以使用如上所述的耦合元件激发电磁波，和/或可以使用如上所述的耦合元件从所述柱的第二端部耦合数据信号。
[0019]根据实施例，充当波导的所述柱可以具有带通性质或带阻性质，以便使特定范围内的频率通过以及拒绝或衰减所述特定范围外的频率，所述特定范围可以限定多个信道，所述多个信道可以具有相同或不同的带宽。所述方法还可以包括以下步骤：从所述多个信道中选择用于传输所述数据信号的信道，以及使用所选择的信道传输所述数据信号。
[0020]根据实施例，选择信道可以包括以下步骤：从包括用于所述柱的可用信道的列表中选择允许数据通信的初始信道；测试来自所述列表的剩余可用信道中的一个或多个信道，以便确定相应信道能实现的相应通信质量；以及选择提供最佳通信质量的信道，例如，当与所述初始信道和剩余可用信道相比时具有最低衰减的信道。
[0021]根据实施例，选择信道可以包括以下步骤：测试所述柱中的信道，以便确定相应可用信道能实现的相应通信质量；以及从信道中选择提供最佳通信质量的信道，例如，当与其他信道相比时具有最低衰减的信道。
[0022]根据实施例，可以在包括所述柱的所述施工装备的操作期间，
[0023]·
周期性地，和/或
[0024]·
以特定间隔，和/或
[0025]·
响应于某个事件，例如不再可能通过所述信道进行数据传输的情况下
[0026]来重复所述测试和所述选择。
[0027]根据实施例，所述方法还可以包括响应于确定没有信道提供足够的通信质量，选择预定信道。
[0028]提供了一种用于通过一个或多个管的柱例如一个或多个管或钻管的钻柱在施工装备中进行数据通信的系统。所述系统包括第一耦合元件，所述第一耦合元件被配置为在所述柱的第一端部处激发携带数据信号的第一电磁波，所述柱充当波导；以及第二耦合元件，所述第二耦合元件被配置为从所述柱的第二端部耦合所述第一电磁波，以获得所述数据信号。
[0029]根据实施例，所述第一耦合元件和/或所述第二耦合元件可以包括如上所述的耦合元件。
[0030]提供了一种用于沿着从起始点到目的地点的钻进路径钻孔的钻进设备。所述钻进设备包含钻头、驱动器、至少一个管柱以及推进单元，所述驱动器用于使所述钻头转动，所
述至少一个管柱优选地是钻管的柱，所述至少一个管柱连接到所述钻头，所述推进单元用于沿着所述钻进路径推进所述钻头。所述管柱连接到第一耦合元件和第二耦合元件，所述第一耦合元件被配置为在所述柱的第一端部处激发携带数据信号的第一电磁波，所述管柱充当波导，所述第二耦合元件被配置为从所述柱的第二端部耦合所述第一电磁波，以获得所述数据信号。
[0031]根据实施例，所述第一耦合元件和/或所述第二耦合元件可以包括如上所述的耦合元件。
[0032]根据实施例，如上所述的用于数据通信的方法可以用在钻进方法中，所述钻进方法用于通过以下操作沿着从起始点到目的地点的钻进路径钻孔：用驱动器转动钻头，用推进单元沿着所述钻进路径推进所述钻头，提供管柱优选地钻管的柱，连接所述钻头与所述起始点。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种能够与一个或多个管的柱例如一个或多个管或钻管的钻柱连接的耦合元件，所述耦合元件被配置为响应于馈给到所述耦合元件的数据信号而在所述柱中激发电磁波，所述耦合元件包括：在所述耦合元件的第一端部处的馈给部分，所述馈给部分用于接收所述数据信号，第一导电部分，所述第一导电部分从所述馈给部分朝向所述耦合元件的第二端部延伸，所述第二端部用于连接到所述柱，用于形成在所述第一导电部分和所述柱之间的导电连接，以及第二导电部分，所述第二导电部分从所述馈给部分朝向所述耦合元件的第二端部延伸，所述第一导电部分和所述第二导电部分被布置为以限定波导，所述波导在从所述第一端部朝向所述第二端部的方向上扩展。2.根据权利要求1所述的耦合元件，其中，所述第二导电部分包括形成为以当所述耦合元件连接到所述柱时突出到所述柱中的一部分。3.根据权利要求2所述的耦合元件，其中，要突出到所述柱中的所述一部分具有恒定的直径。4.根据前述权利要求中任一项所述的耦合元件，其中，所述第一导电部分与所述第二导电部分旋转对称。5.根据前述权利要求中任一项所述的耦合元件，其中，所述耦合元件能连接到所述柱，以便能转动。6.根据前述权利要求中任一项所述的耦合元件，其中，所述电磁波具有旋转对称的场线。7.根据前述权利要求中任一项所述的耦合元件，其中，所述第一导电部分具有能连接到所述柱的凸缘的凸缘。8.一种一个或多个管的柱，例如一个或多个钻管的钻柱，所述柱包括根据前述权利要求中任一项所述的耦合元件。9.一种用于通过一个或多个管的柱例如一个或多个管或钻管的钻柱在施工装备中进行数据通信的方法，所述方法包括：在所述柱的第一端部处激发携带数据信号的电磁波，所述柱充当波导，以及从所述柱的第二端部耦合所述电磁波，以获得所述数据信号。10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用根据权利要求1至7中任一项所述的耦合元件激发电磁波，和/或其中，使用根据权利要求1至7中任一项所述的耦合元件从所述柱的第二端部耦合数据信号。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，充当波导的所述柱具有带通性质或带阻性质，以便使特定范围内的频率通过以及拒绝或衰减所述特定范围外的频率，所述特定范围限定多个信道，所述多个信道具有相同或不同的带宽，所述方法还包括：从所述多个信道中选择用于传输所述数据信号的信道，以及使用所选择的信道传输所述数据信号。12.根据权利要求11所述的方法，其中，选择信道包括：从包括用于所述柱的可用信道的列表中选择允许数据通信的初始信道，...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：海瑞克股份公司，
类型：发明
国别省市：