專利名稱：一種電磁感應(yīng)式信號耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油、 天然氣鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種電磁感應(yīng)式信號耦合器。
背景技術(shù)：
在石油、天然氣鉆井作業(yè)中需要實時在地面獲取井下情況，以便根據(jù)井下情況指導(dǎo)地面作業(yè)。過去幾十年中，工程師一直致力于開發(fā)在井下和地面之間有效傳輸信息的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，但效果不很理想，主要困難在于在井下高溫、高壓、震動、泥漿沖刷的復(fù)雜情況下保持可靠的連接。眾所周知，鉆柱是由上百根管柱組成，這些管柱中包括鉆桿、方鉆桿、加重鉆桿、鉆鋌和其他井下工具。由于鉆井過程中這些鉆具是串行連接，通過這些鉆具的接頭可靠傳輸信息，在鉆柱之間提供不間斷的信息流。因此，如果數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)集成到每一個鉆具中，可靠性是最重要的，一個鉆具的失效能導(dǎo)致整個傳輸系統(tǒng)的失效。隨著隨鉆測量技術(shù)的進(jìn)步，使作業(yè)者能以更高的采樣頻率，更高精度，測得越來越多參數(shù)。特別是不斷出現(xiàn)的一些新的測井技術(shù)，如井眼成像技術(shù)。加上未來發(fā)展需要隨鉆的地質(zhì)、油藏、巖性參數(shù)，閉環(huán)信息通訊任務(wù)會越來越重。實時提取更多地層信息，需要更大數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，迫切需要一種高速率、雙向通訊方式。目前，泥漿脈沖測量作為隨鉆測量(MWD)和隨鉆測井(LWD)工具數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，其理想傳輸速率是8 12bit/s，已不能真正滿足眾多參數(shù)隨鉆實時快速傳輸?shù)囊?，也不能進(jìn)行地面與井下的雙向閉環(huán)信息傳輸。所以，既能滿足正常鉆井作業(yè)要求，又能建立有線隨鉆實時雙向閉環(huán)測控信息高速通道的有線數(shù)據(jù)傳輸鉆桿技術(shù)成為一個關(guān)鍵。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實用新型實施例提供了一種電磁感應(yīng)式信號耦合器，該電磁感應(yīng)式信號耦合器能夠用于各類鉆具及接頭，并可以實現(xiàn)地面和井下的實時雙向通信。所述技術(shù)方案如下一種電磁感應(yīng)式信號耦合器，包括變壓器部分和電纜部分，所述變壓器部分包括公接頭骨架、公接頭線圈、母接頭骨架及母接頭線圈，所述公接頭骨架和所述母接頭骨架均由兩個同心的圓環(huán)組成，其中，所述公接頭骨架的外壁開有環(huán)形的公接頭凹槽，所述公接頭線圈纏繞于所述公接頭凹槽內(nèi)，所述母接頭骨架的內(nèi)壁開有環(huán)形的母接頭凹槽，所述母接頭線圈纏繞于所述母接頭凹槽內(nèi)；所述電纜部分包括公接頭電纜和母接頭電纜，所述公接頭電纜與所述公接頭線圈相連，所述母接頭電纜與所述母接頭線圈相連。進(jìn)一步地，所述公接頭線圈和所述公接頭骨架之間填充有絕緣材料，所述母接頭線圈和所述母接頭骨架之間填充有絕緣材料。進(jìn)一步地，所述公接頭凹槽槽底及所述母接頭凹槽槽底分別設(shè)有公接頭通孔和母接頭通孔，所述公接頭通孔用于通過所述公接頭線圈引線，所述母接頭通孔用于通過所述母接頭線圈引線。具體地，所述公接頭線圈和所述母接頭線圈均是由一匝或多匝的絕緣導(dǎo)線繞制而成。具體地，所述公接頭骨架由導(dǎo)磁材料制成并形成公接頭磁芯，所述母接頭骨架由導(dǎo)磁材料制成并形成 母接頭磁芯。進(jìn)一步地，所述公接頭骨架和所述公接頭線圈之間填充有絕緣材料，所述母接頭骨架和所述母接頭線圈之間填充有絕緣材料，并且所述公接頭骨架外表面包覆有絕緣材料，所述母接頭骨架的外表面包覆有絕緣材料。具體地，所述公接頭電纜和所述母接頭電纜均為同軸電纜或雙絞線。具體地，所述變壓器部分和所述電纜部分的阻抗相匹配。本實用新型實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器具有低功耗、低噪聲、畸變小的特性，可在沒有明顯衰減情況下傳送MHz數(shù)量級范圍內(nèi)的高頻信號，由于采用電磁感應(yīng)的方式，該耦合器無需專門定向，絲扣上緊后就自動完成了測量、控制的通訊連接，其接頭和導(dǎo)線密封難度小，故所述電磁感應(yīng)式信號耦合器能夠用于各類鉆具及接頭，并可以實現(xiàn)地面和井下的實時雙向通信。實驗證明采用這種電磁感應(yīng)式信號耦合器的數(shù)據(jù)傳輸鉆桿在無放大情況下的數(shù)據(jù)傳輸距離可以達(dá)到10根鉆桿。在最佳情況下，系統(tǒng)可以無放大傳輸20根鉆桿。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本實用新型實施例提供的公接頭骨架在公接頭本體上的安裝位置示意圖；圖2是本實用新型實施例提供的母接頭骨架在母接頭本體上的安裝位置示意圖；圖3是本實用新型實施例提供的電磁感應(yīng)式信號耦合器的局部剖視放大示意圖。圖中各符號表示含義如下I公接頭本體，2公接頭骨架，3公接頭線圈，4公接頭電纜，5母接頭本體，6母接頭骨架，7母接頭線圈，8母接頭電纜，10間隙，11第四絕緣材料，12母接頭凹槽，13第二絕緣材料，15第三絕緣材料，16公接頭凹槽，17第一絕緣材料，20箭頭。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本實施例以安裝在公接頭本體I及母接頭本體5內(nèi)的電磁感應(yīng)式信號耦合器加以說明如圖3所示，本實用新型提供了一種電磁感應(yīng)式信號耦合器，包括變壓器部分和電纜部分(參見圖I及圖2)，所述變壓器部分包括公接頭骨架2、公接頭線圈3、母接頭骨架6及母接頭線圈7，所述公接頭骨架2和所述母接頭骨架6均由兩個同心的圓環(huán)組成，其中，所述公接頭骨架2的外壁開有環(huán)形的公接頭凹槽16，所述公接頭線圈3纏繞于所述公接頭凹槽16內(nèi)，所述母接頭骨架6的內(nèi)壁開有環(huán)形的母接頭凹槽12，所述母接頭線圈7纏繞于所述母接頭凹槽12內(nèi)；所述電纜部分包括公接頭電纜4 (參見圖I)和母接頭電纜8 (參見圖2)，所述公接頭電纜4 (參見圖I)與所述公接頭線圈3相連，所述母接頭電纜8 (參見圖2)與所述母接頭線圈7相連。具體實施時，如圖I所示，公接頭骨架2放置于公接頭本體I前端的延長段上，如圖2所示，母接頭骨架6放置于母接頭本體5的內(nèi)螺紋根部。本實用新型的工作原理如圖3所示，當(dāng)公接頭本體I和母接頭本體5旋合在一起時，公接頭骨架2和母接頭骨架6之間存在一個微小的間隙10，信號就是以感應(yīng)的方式通過此間隙10，更具體地，公接頭本體I和母接頭本體5旋合后，從公接頭電纜4上傳輸來的電信號在通過公接頭線圈3時將產(chǎn)生一個交變磁場，該磁場耦合到與之毗鄰的母接頭線圈7上并變成交變電流，由此將信號傳給母接頭，反之亦然。為減少電磁場強(qiáng)度和能量的損失，配合線圈相距很近。·本實用新型所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器具有低功耗、低噪聲、畸變小的特性，可在沒有明顯衰減情況下傳送MHz數(shù)量級范圍內(nèi)的高頻信號，由于采用電磁感應(yīng)的方式，該耦合器無需專門定向，絲扣上緊后就自動完成了測量、控制的通訊連接，其接頭和導(dǎo)線密封難度小，故所述電磁感應(yīng)式信號耦合器能夠用于各類鉆具及接頭，并可以實現(xiàn)地面和井下的實時雙向通信。實驗證明采用這種電磁感應(yīng)式信號耦合器的數(shù)據(jù)傳輸鉆桿在無放大情況下的數(shù)據(jù)傳輸距離可以達(dá)到10根鉆桿。在最佳情況下，系統(tǒng)可以無放大傳輸20根鉆桿。進(jìn)一步地，如圖3所示，所述公接頭線圈3和公接頭骨架2之間填充有絕緣材料，所述母接頭線圈7和所述母接頭骨架6之間填充有絕緣材料，以保護(hù)線圈。進(jìn)一步地，參見圖I及圖2，所述公接頭凹槽16槽底及所述母接頭凹槽12槽底分別設(shè)有公接頭通孔和母接頭通孔，所述公接頭通孔用于通過所述公接頭線圈3引線，所述母接頭通孔用于通過所述母接頭線圈7引線。更具體地，如圖I所示，公接頭線圈3的引線彎曲90度穿過該公接頭通孔，與縱向通過公接頭細(xì)小通道內(nèi)的公接頭電纜4相連；如圖2所示，母接頭線圈7的引線彎曲90度穿過母接頭通孔，與縱向通過母接頭細(xì)小通道內(nèi)的母接頭電纜8相連。具體地，如圖3所示，所述公接頭線圈3和所述母接頭線圈7均是由一匝或多匝的絕緣導(dǎo)線繞制而成。其中，絕緣導(dǎo)線可以是銅線外涂油漆或者聚合物。具體地，如圖3所示，為減少能量損失，所述公接頭骨架2由導(dǎo)磁材料制成并形成公接頭磁芯，所述母接頭骨架6由導(dǎo)磁材料制成并形成母接頭磁芯。如圖3所示，母接頭線圈7被內(nèi)置在由導(dǎo)磁材料制成的凹槽12內(nèi)，公接頭線圈3被內(nèi)置在由導(dǎo)磁材料制成的凹槽16內(nèi)，這種材料對磁性是高滲透性的，可幫助捕捉耦合感應(yīng)所需的電磁場，而對磁場產(chǎn)生的電流是一種電絕緣體，從而減少渦流電流損失，兩個由導(dǎo)磁材料的凹槽形成了磁通的封閉路徑，如圖中箭頭20所示。每當(dāng)線圈中的電流改變方向，磁場方向也就隨之改變。上述導(dǎo)磁材料優(yōu)選鐵氧體，它能減小周圍導(dǎo)體中的電渦流，增加磁通密度使磁場聚集在耦合對中。[0038]進(jìn)一步地，如圖3所示，所述公接頭骨架2和所述公接頭線圈3之間填充有絕緣材料即第一絕緣材料17，所述母接頭骨架6和所述母接頭線圈7之間填充有絕緣材料即第二絕緣材料13。進(jìn)一步地，如圖3所示，所述公接頭骨架2和所述公接頭線圈3之間填充有絕緣材料即第一絕緣材料17，所述母接頭骨架6和所述母接頭線圈7之間填充有絕緣材料即第二絕緣材料13，通過第一絕緣材料17和第二絕緣材料13保護(hù)公接頭線圈3和母接頭線圈7，并且所述公接頭骨架2外表面包覆有絕緣材料即第三絕緣材料15，所述母接頭骨架6的外表面包覆有絕緣材料即第四絕緣材料11，通過 第三絕緣材料15和第四絕緣材料11提供對公接頭磁芯和母接頭磁芯的保護(hù)。具體地，如圖I及圖2所示，所述公接頭電纜4和所述母接頭電纜8均為同軸電纜或雙絞線。對于特定的鉆桿構(gòu)型，鉆桿兩端的空間無法容納大尺寸的同軸電纜，這種情況下，需要一段雙絞線來為線圈和同軸電纜提供過渡。具體地，為獲得最佳傳輸性能，如圖3所示，所述變壓器部分和所述電纜部分的阻抗相匹配。其中，阻抗通常在30ohnTl20ohm。上述本實用新型實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電磁感應(yīng)式信號耦合器，包括變壓器部分和電纜部分，其特征在于， 所述變壓器部分包括公接頭骨架、公接頭線圈、母接頭骨架及母接頭線圈，所述公接頭骨架和所述母接頭骨架均由兩個同心的圓環(huán)組成，其中，所述公接頭骨架的外壁開有環(huán)形的公接頭凹槽，所述公接頭線圈纏繞于所述公接頭凹槽內(nèi)，所述母接頭骨架的內(nèi)壁開有環(huán)形的母接頭凹槽，所述母接頭線圈纏繞于所述母接頭凹槽內(nèi)； 所述電纜部分包括公接頭電纜和母接頭電纜，所述公接頭電纜與所述公接頭線圈相連，所述母接頭電纜與所述母接頭線圈相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器，其特征在于，所述公接頭線圈和所述公接頭骨架之間填充有絕緣材料，所述母接頭線圈和所述母接頭骨架之間填充有絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器，其特征在于，所述公接頭凹槽槽底·及所述母接頭凹槽槽底分別設(shè)有公接頭通孔和母接頭通孔，所述公接頭通孔用于通過所述公接頭線圈引線，所述母接頭通孔用于通過所述母接頭線圈引線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器，其特征在于，所述公接頭線圈和所述母接頭線圈均是由一匝或多匝的絕緣導(dǎo)線繞制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器，其特征在于，所述公接頭骨架由導(dǎo)磁材料制成并形成公接頭磁芯，所述母接頭骨架由導(dǎo)磁材料制成并形成母接頭磁芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器，其特征在于，所述公接頭骨架和所述公接頭線圈之間填充有絕緣材料，所述母接頭骨架和所述母接頭線圈之間填充有絕緣材料，并且，所述公接頭骨架外表面包覆有絕緣材料，所述母接頭骨架的外表面包覆有絕緣材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器，其特征在于，所述公接頭電纜和所述母接頭電纜均為同軸電纜或雙絞線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項權(quán)利要求所述的電磁感應(yīng)式信號耦合器，其特征在于，所述變壓器部分和所述電纜部分的阻抗相匹配。
專利摘要本實用新型公開了一種電磁感應(yīng)式信號耦合器，屬于石油天然氣鉆井領(lǐng)域。所述信號耦合器包括變壓器部分和電纜部分，變壓器部分包括公接頭骨架、公接頭線圈、母接頭骨架及母接頭線圈，公接頭骨架的外壁開有公接頭凹槽，公接頭線圈纏繞于公接頭凹槽內(nèi)，母接頭骨架的內(nèi)壁開有母接頭凹槽，母接頭線圈纏繞于母接頭凹槽內(nèi)；電纜部分包括公接頭電纜和母接頭電纜，公接頭電纜與公接頭線圈相連，母接頭電纜與母接頭線圈相連。本實用新型具有低功耗、低噪聲、畸變小的特性，可在沒有明顯衰減情況下傳送MHz數(shù)量級范圍內(nèi)的高頻信號，由于采用電磁感應(yīng)的方式，其接頭和導(dǎo)線密封難度小，故本實用新型能夠用于各類鉆具及接頭，并可以實現(xiàn)地面和井下的實時雙向通信。
文檔編號E21B47/13GK202755968SQ201220327249
公開日2013年2月27日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者王坤哲 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院