本发明专利技术涉及一种井下通信和供电方法、系统及装置。位于井上的控制端电连接地面耦合线圈组，地面耦合线圈组再以通过投捞式连接结构或管道式连接结构与位于井下的负载端连接的方式形成通信和供电系统。投捞式连接结构或管道式连接结构所配置的连接公头与位于井下的负载端设置的连接母头连接构成负载侧耦合线圈组。负载侧耦合线圈组通过对感生电流的解耦能够分别得到能量与信息并传递至负载端，从而完成井上控制端与井下负载端的通信和/或供电。成井上控制端与井下负载端的通信和/或供电。成井上控制端与井下负载端的通信和/或供电。
【技术实现步骤摘要】
一种井下通信和供电方法、系统及装置
[0001]本专利技术涉及地质施工
，尤其涉及一种井下通信和供电方法、系统及装置。
技术介绍
[0002]随着无杆举升和分层注水等诸多井下带缆设备的发展，井下供电设备也获得了相应的发展。
[0003]公开号为CN109899059A的专利公开了一种钻柱通信系统、部件和方法。井上收发器可以以一定的功率将信号耦合至钻柱上，该功率可以大于并且在一些实施例中总是大于针对井下信号的可选择功率。井上收发器可以使用最大井上传输功率重新开始从钻机至地下工具的通信。程序可以建立针对钻柱信号的新的一组传输参数，从而建立钻机和地下工具之间的通信。该系统可以包括接收激活/禁用状态控制的电磁定位信号的地面步行定位器。井上收发器和井下收发器可以自动地修改井下信号的至少一个参数。井上接收器可以将补偿响应施加于传送信号以补偿钻柱信道传递函数。
[0004]公开号为CN111441760A的专利技术专利公开了一种投捞式井下无线传输系统、无线充电设备及方法，系统包括：投捞式井下测量装置，用于测量深井油管内的温度、压力、流量、含水量后转化为电信号；地面监视装置，位于地表，用于接收电信号并进行处理；自动坐封装置，其位于投捞式井下测量装置的外围，用于在设定位置固定投捞式井下测量装置，在接收到取出信号后可自动退回坐封状态；预埋天线，位于套管外围，在构成信号传输回路时，将所述电信号进行传输，获取井下流体参数。
[0005]现有技术带缆设备下井时大都是将电缆绑缚在油管外壁，存在修井作业复杂，在下井过程中需要有人在井口进行绑缚作业，而且电缆在此过程中极易挤压受损的问题。为了解决这些问题，后来又出现了从油管中下入电缆，在油管中实现电缆投捞对接的技术方案。这种方法解决了电缆容易挤压受损的问题，同时也简化了入井工序；但是这种方式需要在井下对接头内灌装隔离液，这种液体价格非常昂贵，生产和使用这种液体极易对环境造成严重污染，此外这种投捞的装置结构非常复杂，加工成本很高，也没有预留内通径，在使用时会影响井下设备的工作，如需下入测井仪器还要把设备起出，影响施工效率。并且，现有技术的通信线路的输电线路相互独立，在井下工程中，常常需要铺设多条线路才能完成信号传输和电力传输，线路铺设工作繁杂。
[0006]为了更好地实现地面电源和井下设备更加简便安全可靠的连通，本专利技术提供了一种井下通信和供电方法、系统及装置。本专利技术提供的井下通信和供电系统及装置结构简单，又无需隔离液，并且本专利技术提供的井下通信和供电方法能够进行带压做业，不会影响井下的注水等常规工作。
[0007]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
[0008]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种井下通信和供电方法。在本方法中位于井上的控制端电连接地面耦合线圈组。所述地面耦合线圈组再通过投捞式连接结构或管道式连接结构与位于井下的负载端连接的方式形成通信和供电系统，从而能够进行井上控制端与井下负载端的通信和/或供电。本专利技术通过投捞式连接结构或管道式连接结构搭建起地面电源与井下设备间的通信和供电通道，可以在不影响正常的注水工作的情况下，实现地面电源与井下设备间的通信和供电。控制端电连接地面耦合线圈组后通过地面耦合线圈组将能量励磁和信息励磁耦合在一起后通过投捞式连接结构或管道式连接结构将耦合在一起的能量励磁和信息励磁传递至负载端。投捞式连接结构或管道式连接结构与位于井下的所述负载端连接时能够将耦合在一起的能量励磁和信息励磁解耦合后传递至负载端。在所述投捞式连接结构或管道式连接结构在与位于井下的所述负载端连接的情况下，连接处存在气隙。本专利技术基于电磁感应原理的互感模型理论实现能量和信息的双重传输。在井下注水设备上使用本专利技术能够不会影响正常的注水工作的情况下实现地面与井下的通信和供电。本专利技术无需使用隔离液避免了因施工造成的环境污染，并且不用在管道外绑缚电缆，避免了外邦电缆容易挤压受损的问题。本专利技术基于电磁感应原理将不同的电信号转化为磁信号耦合后再进行传输，减少了传输线路的数量，仅需一条常规导电线便可同时完成通信和供电。
[0009]根据一种优选实施方式，位于井上的所述控制端传输的电流包括传输能量的用的第一状态的电流和传输信号用的第二状态的电流。所述第二状态不同于第一状态。优选地，控制端通过同时向地面耦合线圈组传输所述第一状态和第二状态的电流，从而传输能量和信息信号。优选地，控制端也可以只选择向地面耦合线圈组传输第一状态或第二状态的电流，此时控制端只向井下的负载端传递能量和信息二者中的一种。
[0010]根据一种优选实施方式，所述地面耦合线圈组与所述控制端耦合侧设置有电连接控制端的能量发送端口和/或信号端口。控制端通过与所述地面耦合线圈组连接将电信号转化为磁信号。优选地，所述控制端与地面耦合线圈组连接后，从能量发送端口输入第一状态的电流，从信号端口输入第二状态的电流。所述地面耦合线圈组与控制端连接的线圈分为三组，分别为传能绕组、接收绕组和发送绕组，其中传能绕组采用的是低频正弦励磁信号，发送绕组采用的是高频励磁，接收绕组接收负载端的发送信号。本专利技术通过设置不同绕组将各信号隔离，从而避免干扰，降低信号处理难度。地面耦合线圈组不与控制端连接的一端仅设置一组线圈。地面耦合线圈组基于电磁感应将三组线圈传输的信号耦合到一起进行传输，仅需设置一条传输通道便能进行能量和/或信息的传输。
[0011]根据一种优选实施方式，位于井下的负载端设置有连接母头。所述连接母头设置有电连接所述负载端的能量接收端口和/或信号端口。所述连接母头通过与所述投捞式连接结构或所述管道式连接结构所配置的连接公头连接形成负载侧耦合线圈组以将磁信号转化为负载端能够接收的电信号。负载侧耦合线圈组也设置有三组线圈，其中传能绕组负责接收磁通转换成电能，接收绕组接收原边的发送信号，发送绕组区别原边发送绕组的频率进行励磁，同样各信号之间进行隔离。
[0012]根据一种优选实施方式，所述地面耦合线圈组拥有完整的变压器磁芯。位于井上的控制端通过电连接地面耦合线圈组将低频的能量励磁和高频的信息励磁耦合在一起，通
过投捞式连接结构或管道式连接结构将耦合在一起的能量励磁和信息励磁传递至负载端。
[0013]根据一种优选实施方式，所述连接公头和所述连接母头均设置有线圈。所述连接公头设置有原边线圈。所述连接母头设置有副边线圈。在所述连接公头与所述连接母头连接的情况下，所述原边线圈与所述副边线圈对接构成负载侧耦合线圈组，所述负载侧耦合线圈组通过对感生电流的解耦能够分别得到能量与信息。
[0014]根据一种优选实施方式，所述投捞式连接结构至少包括连接地面耦合线圈组的线缆和连接位于井下的负载端的公头。优选地，所述投捞式连接结构中心设置有允许水、石油等液体通过的通道。优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种井下通信和供电方法，其特征在于，位于井上的控制端(110)电连接地面耦合线圈组(120)，所述地面耦合线圈组(120)通过投捞式连接结构(200)或管道式连接结构(300)与位于井下的负载端(140)连接形成通信和供电系统以进行井上控制端(110)与井下负载端(140)的通信和/或供电，其中，所述投捞式连接结构(200)或管道式连接结构(300)在与位于井下的所述负载端(140)连接形成传输磁通的通道。2.根据权利要求1所述的井下通信和供电方法，其特征在于，位于井上的所述控制端(110)传输的电流包括传输能量用的第一状态的电流和传输信号用的第二状态的电流；所述第二状态不同于第一状态。3.根据权利要求1或2所述的井下通信和供电方法，其特征在于，所述地面耦合线圈组(120)与所述控制端(110)耦合侧设置有用于电连接所述控制端(110)的能量发送端口(121)和/或信号传输端口(122)，控制端(110)通过与所述地面耦合线圈组(120)连接将电信号转化为磁信号。4.根据权利要求1～3任一项所述的井下通信和供电方法，其特征在于，位于井下的负载端(140)设置有连接母头(132)，所述连接母头(132)设置有电连接所述负载端(140)的能量接收端口(123)和/或信号传输端口(122)，所述连接母头(132)通过与所述投捞式连接结构(200)或所述管道式连接结构(300)所配置的连接公头(131)连接形成负载侧耦合线圈组(150)以将磁信号转化为负载端(140)能够接收的电信号。5.根据权利要求1～4任一项所述的井下通信和供电方法，其特征在于，所述地面耦合线圈组(120)拥有变压器磁芯，位于井上的控制端(110)通过电连接地面耦合线圈组(120)将低频的能量励磁和高频的信息励磁耦合在一起，再通过投捞式连接结构(200)或管道式连接结构(300)将耦合在一起的能量励磁和信息励磁传递至负载端(140)。6.根据权利要求1～5任一项所述的井下通信和供电方法，其特征在于，所述连接公头(131)和所述连接母头(132)均设置有线圈，所述连接公头(131)设置有原边线圈(101)，所述连接母头(132)设置有副边线圈(102)，在所述连接公头(131)与所述连接母头(132)连接的情况下，所述原边线圈(101)与所述副边线圈...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，梁琦，王爱国，
申请(专利权)人：河北中清永晟石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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