專利名稱：氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于油氣開采領(lǐng)域中用于氣體鉆井隨鉆測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸裝置。
背景技術(shù)：
利用氣體鉆井在近幾年得到了大量的推廣與應(yīng)用，其在大幅度提高機(jī)械鉆 速、減少對(duì)油氣層的污染和及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層方面有突出的貢獻(xiàn)，但其也有很多 問(wèn)題，適用范圍較窄，最突出的問(wèn)題為地層出水引起井壁垮塌、井下燃爆和井 眼軌跡控制。
井下燃爆問(wèn)題和地層出水可以通過(guò)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610021853.9、名稱為 "一種氣體鉆井井下狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測(cè)方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)公開的方法監(jiān)測(cè)， 但該申請(qǐng)公開的方法是在地面間接監(jiān)測(cè)，不能直接測(cè)試井下狀態(tài)。
高鉆壓使用牙輪鉆頭提高機(jī)械鉆速，井斜控制和測(cè)量是比較突出的問(wèn)題， 尤其是氣體鉆定向井、水平井的隨鉆測(cè)量，其數(shù)據(jù)傳輸是關(guān)鍵問(wèn)題。
在泥漿井中的隨鉆測(cè)量是利用泥漿脈沖傳輸信號(hào)，此技術(shù)已很成熟，是不 能應(yīng)用到氣體鉆井中，代替它的是電磁波脈沖信號(hào)傳輸技術(shù)(EMMWD — Electromagnetic Measurement While Drilling )。 E畫D是利用超低頻電磁 波直接穿過(guò)地層到達(dá)地面接收器，如果井深較深、地層阻抗較小，超低頻電磁 波在穿越地層的過(guò)程中被衰減，不能到達(dá)地面被有效接收，信號(hào)傳輸距離一般 為700m 3200m，使用天線延長(zhǎng)技術(shù)和中繼技術(shù)可以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的傳輸距 離，但其難度較大，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，不能實(shí)時(shí)傳輸成像測(cè)井信息。
另外，井下存儲(chǔ)式隨鉆測(cè)量?jī)x器不能實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，利用聲波傳輸技術(shù)， 難與解決鉆井震動(dòng)噪聲問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有氣體鉆井中地下隨鉆測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸裝置 不能實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的問(wèn)題，提供一種可應(yīng)用于氣體鉆井隨鉆測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú) 線傳輸裝置，發(fā)射功率更小，具有裝配結(jié)構(gòu)及空間更小的供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速 實(shí)時(shí)地傳輸?shù)叵聹y(cè)試數(shù)據(jù)到地面進(jìn)行處理。
氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，包括采集信號(hào)的傳感器及處理信號(hào)的計(jì) 算機(jī)，還包括與傳感器電連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、與模數(shù)轉(zhuǎn)換器電連接的無(wú)線網(wǎng)橋、 與無(wú)線網(wǎng)橋電連接的發(fā)射天線以及給上述各部件供電的電池供電系統(tǒng)，發(fā)射天
3線設(shè)置在鉆具內(nèi)，地面上設(shè)置與發(fā)射天線發(fā)出的微波信號(hào)相匹配的地面無(wú)線網(wǎng) 橋，地面無(wú)線網(wǎng)橋與計(jì)算機(jī)電連接。
所述傳感器包括壓力傳感器、溫度傳感器、粉塵含水量傳感器和電子羅盤。 壓力傳感器測(cè)試井底壓力，判斷井眼凈化情況；溫度傳感器測(cè)試鉆具環(huán)空氣體 溫度，如果井下發(fā)生了燃爆，環(huán)空氣體溫度會(huì)急劇增高，以此判斷燃爆程度， 并決策是否停氣滅火；粉塵含水量傳感器測(cè)試地層出水情況；電子羅盤測(cè)量井 眼傾角、方位角和工具面角，實(shí)現(xiàn)定向井軌跡實(shí)時(shí)測(cè)量或控制。
所述無(wú)線網(wǎng)橋和地面無(wú)線網(wǎng)橋?yàn)殡p頻無(wú)線網(wǎng)橋，其頻率分別為2.4GHz、 5.8GHz，其工作頻率由計(jì)算機(jī)根據(jù)鉆具內(nèi)徑確定。
所述無(wú)線傳輸裝置還包括設(shè)置在鉆具內(nèi)部的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線。 所述無(wú)線傳輸裝置還包括設(shè)置在方鉆桿內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線。 所述鉆具內(nèi)每1000米安裝1個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線。 所述傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無(wú)線網(wǎng)橋、發(fā)射天線、電池供電系統(tǒng)集成裝配 在井下無(wú)磁鉆挺短接內(nèi)。
本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)，可以把傳感器安裝在鉆頭上方以采集井下信 號(hào)，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無(wú)線網(wǎng)橋和發(fā)射天線將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)再 轉(zhuǎn)換為微波信號(hào)，利用鉆具作為波導(dǎo)定向傳輸?shù)降孛娴臒o(wú)線網(wǎng)橋接收后傳給計(jì) 算機(jī)進(jìn)行處理；將無(wú)線微波信號(hào)耦合在鉆具內(nèi)進(jìn)行傳輸， 一方面解決了現(xiàn)有無(wú) 線器件無(wú)定向傳輸造成傳輸距離較短的問(wèn)題，另一方面可以利用現(xiàn)有的無(wú)線傳 輸部件，具有如下有益效果-
(1) 不用泥漿波傳輸信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)氣體鉆井條件下隨鉆測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí) 傳輸；
(2) 信號(hào)傳輸設(shè)備可以借鑒成熟的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WLAN)，與EMMWD相比， 發(fā)射功率由100W級(jí)減小到mW級(jí)，可以使用更小型的電池供電；
(3) 可以實(shí)現(xiàn)54Mbps的高速雙向通信速率；
(4) 能夠?qū)崿F(xiàn)井下設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號(hào)l是壓力傳感器，2是溫度傳感器，3是粉塵含水量傳感器，4 是電子羅盤，5是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，6是無(wú)線網(wǎng)橋，7是發(fā)射天線，8是過(guò)單流閥的 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線，9是方鉆桿處的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線，IO是地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線，ll是計(jì)算機(jī)，12是電池供電系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1所示，氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置包括設(shè)置在鉆頭上方的井下 無(wú)磁鉆挺短接、設(shè)置在鉆具內(nèi)單流閥處的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8、設(shè)置在方 鉆桿處的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線9、地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線10和計(jì)算機(jī)11。
井下無(wú)磁鉆挺短接內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器1、溫度傳感器2、粉塵含水量傳 感器3、電子羅盤4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、無(wú)線網(wǎng)橋6、發(fā)射天線7和給上述部件供 電的電池供電系統(tǒng)12。模數(shù)轉(zhuǎn)換器5與上述各傳感器電連接，無(wú)線網(wǎng)橋6與模 數(shù)轉(zhuǎn)換器5電連接，與無(wú)線網(wǎng)橋6電連接的發(fā)射天線設(shè)置在鉆具內(nèi)，設(shè)置在地 面的地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線10與發(fā)射天線7發(fā)出的微波信號(hào)相匹配(即發(fā)射天 線7發(fā)出的微波信號(hào)可以被地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線10的天線所接收并轉(zhuǎn)發(fā))，地 面無(wú)線網(wǎng)橋與計(jì)算機(jī)11電連接。
壓力傳感器1測(cè)試井底壓力，判斷井眼凈化情況；溫度傳感器2測(cè)試鉆具 環(huán)空氣體溫度，如果井下發(fā)生了燃爆，環(huán)空氣體溫度會(huì)急劇增高，以此判斷燃 爆程度，并決策是否停氣滅火；粉塵含水量傳感器3測(cè)試地層出水情況；電子 羅盤4測(cè)量井眼傾角、方位角和工具面角，實(shí)現(xiàn)定向井軌跡實(shí)時(shí)測(cè)量或控制。
上述無(wú)線網(wǎng)橋及地面無(wú)線網(wǎng)橋都是雙頻無(wú)線網(wǎng)橋，其頻率分別為2. 4GHz、 5.8GHz，其工作頻率由計(jì)算機(jī)根據(jù)鉆具內(nèi)徑確定。
采用上述裝置在氣體鉆井時(shí)將隨鉆井下數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行處理的 方法步驟如下
a. 在鉆頭上方安裝集成有壓力傳感器l、溫度傳感器2、粉塵含水量傳感 器3、電子羅盤4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、無(wú)線網(wǎng)橋6、發(fā)射天線7和電池供 電系統(tǒng)12的井下無(wú)磁鉆挺短接；并將鉆具內(nèi)的單流閥片換成微波信號(hào) 可以通過(guò)的非金屬閥片，如陶瓷或尼龍制成的閥片；鉆具內(nèi)每1000米 安裝1個(gè)過(guò)單流閥的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8;地面方鉆桿處設(shè)置無(wú)線
網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線9;地面上設(shè)置地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線IO及計(jì)算機(jī)11;
b. 將上述各傳感器采集的信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送
入無(wú)線網(wǎng)橋6;
c. 無(wú)線網(wǎng)橋6通過(guò)發(fā)射天線7將上述數(shù)字信號(hào)以微波方式耦合到鉆具內(nèi)；
d. 經(jīng)步驟c耦合的微波信號(hào)沿鉆具傳輸，經(jīng)過(guò)具有非金屬閥片的單流閥被無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8轉(zhuǎn)發(fā)到地面方鉆桿處的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及 天線9，再由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線9轉(zhuǎn)發(fā)到地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線10 接收；
e.由地面無(wú)線網(wǎng)橋?qū)⑿盘?hào)傳輸給計(jì)算機(jī)ll，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。
微波信號(hào)在傳輸過(guò)程中，先要通過(guò)內(nèi)徑較小的鉆挺部分，約100 300米， 再傳到內(nèi)徑較大的鉆桿部分，最后傳到內(nèi)徑較小的方鉆桿部分。
根據(jù)波導(dǎo)理論，微波信號(hào)的傳輸能力及傳輸距離與鉆具內(nèi)徑有關(guān)，因此， 根據(jù)鉆具內(nèi)徑大小，應(yīng)采用不同的微波頻率。
本實(shí)施例采用雙頻無(wú)線網(wǎng)橋，可以方便地通過(guò)地面計(jì)算機(jī)11設(shè)置成 2.4GHz (802. llb/g)或是5. 8GHz (802. lla)模式。在整個(gè)微波信號(hào)傳輸過(guò)程 中每1000米使用了 1個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8，每個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線 8可以使用雙系統(tǒng)自動(dòng)組網(wǎng)，減少鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障率。
在整個(gè)鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中，使用中繼較多，但由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器設(shè)備 小、天線小、功耗小、成本低以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理技術(shù)成熟，因此不會(huì)因?yàn)?中繼設(shè)備多而影響本裝置的應(yīng)用。
權(quán)利要求1、氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，包括采集信號(hào)的傳感器及處理信號(hào)的計(jì)算機(jī)，其特征在于，還包括與傳感器電連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、與模數(shù)轉(zhuǎn)換器電連接的無(wú)線網(wǎng)橋、與無(wú)線網(wǎng)橋電連接的發(fā)射天線以及給上述各部件供電的電池供電系統(tǒng)，發(fā)射天線設(shè)置在鉆具內(nèi)，地面上設(shè)置與發(fā)射天線發(fā)出的微波信號(hào)相匹配的地面無(wú)線網(wǎng)橋，地面無(wú)線網(wǎng)橋與計(jì)算機(jī)電連接。
2、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，其特征在于，所 述傳感器包括壓力傳感器、溫度傳感器、粉塵含水量傳感器和電子羅盤。
3、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，其特征在于，所 述無(wú)線網(wǎng)橋和地面無(wú)線網(wǎng)橋?yàn)殡p頻無(wú)線網(wǎng)橋，其頻率分別為2.4GHz、 5.8GHz， 其工作頻率由計(jì)算機(jī)根據(jù)鉆具內(nèi)徑確定。
4、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，其特征在于，所 述無(wú)線傳輸裝置還包括設(shè)置在鉆具內(nèi)部的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線。
5、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，其特征在于，所 述無(wú)線傳輸裝置還包括設(shè)置在方鉆桿內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線。
6、 如權(quán)利要求4所述氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，其特征在于，所 述鉆具內(nèi)每1000米安裝1個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線。
7、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，其特征在于，所 述傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無(wú)線網(wǎng)橋、發(fā)射天線和電池供電系統(tǒng)集成裝配在井下 無(wú)磁鉆挺短接內(nèi)。
專利摘要氣體鉆井隨鉆數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸裝置，屬于油氣開采領(lǐng)域中用于氣體鉆井隨鉆測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸裝置，目的是解決現(xiàn)有氣體鉆井中地下隨鉆測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸裝置不能實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的問(wèn)題，包括設(shè)置在鉆頭上方的井下無(wú)磁鉆挺短接、設(shè)置在鉆具內(nèi)單流閥處的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線、設(shè)置在方鉆桿處的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線、地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線和計(jì)算機(jī)；井下無(wú)磁鉆挺短接內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器、溫度傳感器、粉塵含水量傳感器、電子羅盤、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無(wú)線網(wǎng)橋、發(fā)射天線和給上述部件供電的電池供電系統(tǒng)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器與上述各傳感器、無(wú)線網(wǎng)橋電連接，發(fā)射天線與無(wú)線網(wǎng)橋電連接，地面無(wú)線網(wǎng)橋及天線與發(fā)射天線發(fā)出的微波信號(hào)相匹配，地面無(wú)線網(wǎng)橋與計(jì)算機(jī)電連接。
文檔編號(hào)E21B47/12GK201288548SQ20082014109
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者靜 周, 孟曉峰, 孟英峰, 李永杰, 陳一健 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)