一种磁感应波智能钻杆测量系统的制作方法

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种磁感应波智能钻杆测量系统。

背景技术：

通常，在石油开采时，无论是钻井的防斜打快，还是定向井和水平井的钻井过程中，都需要及时了解孔内钻井状态和地层信息。随钻测量系统能在钻井过程中自动连续测量井底附近的有关参数并传输至地面，进行计算机实时显示、存储、处理和打印，为下一步施工设计提供依据，是连续监测钻井轨迹、及时纠偏必不可少的工具。随钻测量系统分为有线和无线，由于有线测量系统的电缆往往会影响正常钻井过程，因此无线随钻测量系统是目前发展的方向。

常用的无线传输包括泥浆脉冲与电磁波随钻测量系统。其中泥浆脉冲传输方式主要依靠泥浆压力变化形成压力脉冲来实现信号传输，该方法信号传输速率非常慢，实现起来机械结构比较复杂，且随着泥浆对钻杆等的冲蚀，会引起较大误差，严重影响系统的可靠性。20世纪90年代，国外一些学者开始进行电磁波随钻测量系统的研究，并取得了一定的成果。我国在电磁波随钻测量系统方面的研究开展的相对比较早，但一直到近几年才取得实质性的进展。但这些系统大都为单向信号传输，且需要非常大的发射功率，同时系统受地层参数影响严重，当发生降雨等使地层参数发生变化的情况时，系统性能将受到严重的考验。

为方便现场施工，并考虑到泥浆及振动等因素，智能钻杆间多采用磁场直接耦合方式进行通信，但线圈级间衰减严重，难以进行深井通信。

因此，需要一种能有效地解决地层电阻率影响严重，传输速率低，发射功率大，传输距离近的磁感应波智能钻杆测量系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁感应波智能钻杆测量系统，所述系统包括地面系统和井下测量系统，其特征在于，所述井下测量系统包括磁感应钻杆单元、磁感应传感节点单元、磁感应通信节点单元以及钻杆两端内侧的磁感应波导线圈；

所述磁感应钻杆单元包括第一磁感应线圈、第二磁感应线圈、钻杆、钻杆连接线和钻杆接头，所述钻杆接头通过磁感应线圈形成互感实现信息传递；

所述磁感应传感节点单元包括第三磁感应线圈、数据处理模块和设置于钻头前端的传感器；所述数据处理模块完成对所述传感器和所述第二磁感应线圈之间的信息传递；

所述磁感应通信节点单元包括第一通信模块、模拟信号处理模块；

所述地面系统包括第二通信模块、数据分析模块、数字信号处理模块和存储模块；

所述第一通信模块与所述第二通信模块之间实习井下信息与地面系统传递。

优选地，所述钻杆连接线连接所述第一磁感应线圈和第二磁感应线圈构成一个闭合回路。

优选地，所述钻杆连接单元还包括可调阻抗模块，所述可调阻抗模块与所述钻杆连接线串联对磁感应钻杆单元调谐。

优选地，所述数据分析模块对接收到的数据信息进行分析，所述分析方法包括如下分析方法的一种或多种：时域分析、频域分析和复频域分析。

本发明提供的一种磁感应波智能钻杆测量系统根据现场施工情况，增扩钻杆数量，实现在较小发射功率的情况下，准确进行远距离的信息传输。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出本发明磁感应波智能钻杆测量系统的布置框图；

图2示出了本发明磁感应波智能钻杆测量系统井下测量系统的模块框图；

图3示出了本发明磁感应波智能钻杆测量系统磁感应线圈串联示意图；

图4示出了本发明磁感应波智能钻杆测量系统井下系统与地面系统信息传递的框图；

图5示出了本发明实施例中磁感应波智能钻杆测量系统的布置结构图；

图6示出了本发明磁感应波智能钻杆测量系统的磁感应通信链路示意图；

图7示出了本发明磁感应波智能钻杆测量系统磁感应链路的等效电路图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明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发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。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。

在如下实施例中，具体说明本发明所提供一种磁感应波智能钻杆系统的细节。为了更加容易的做出说明，如图1所示示出了发明磁感应波智能钻杆测量系统的布置框图，本发明提供的一种磁感应波智能钻杆测量系统100包括地面系统110和井下测量系统，所述井下测量系统包括磁感应钻杆单元130、磁感应传感节点单元140、磁感应通信节点单元120以及钻杆两端内侧的磁感应波导线圈。

如图2所示本发明磁感应波智能钻杆测量系统井下测量系统的模块框图，磁感应通信节点单元120包括磁感应线圈121、模拟信号处理模块122、第一通信模块123和电源模块124。磁感应通信节点单元120设置在井下系统的末端用于与地面系统实现信息传递(将在下文中详细就说明)。模拟信号处理模块122在信息传递过程中对接收模拟信号进行处理。可以理解的，实施例中模拟信号处理模块对信号的处理包括但不限于采集、放大和滤波。通信模块123用于与地面系统110直接连接实现信号传递，在一些实施例中通信方式和协议应当包括串口、蓝牙和TCP/IP中的一种或多种；电源模块124为磁感应通信节点单元120提供供电需求。

磁感应钻杆单元130包括第一磁感应线圈131、第二磁感应线圈133和可调阻抗模块132。如图3所示本发明磁感应波智能钻杆测量系统磁感应线圈串联示意图；第一磁感应线圈131与第二磁感应线圈133通过钻杆连接线134构成一个闭合回路。在闭合回路中串联可调阻抗模块132对磁感应钻杆单元进行调谐。

磁感应传感节点单元140包括设置于钻头前段的传感器141、数据处理模块142、第三磁感应线圈143和电源模块144。数据处理模块142完成对传感器141和第三磁感应线圈143之间的信息传递；传感器141设置在钻头的前端，采集钻头前进的数据；电源模块144为井下磁感应传感节点单元提供供电需求。应当理解的，实施例中数据处理模块142对数据的处理方式包括但不限于：放大、滤波、编解码、调制与解调和同步。在一些实施例中，传感器可选择井斜传感器、方位电阻率传感器、方位伽马传感器或湿度传感器。

如图4所示本发明磁感应波智能钻杆测量系统井下系统与地面系统信息传递的框图，磁感应通信节点单元120中，磁感应线圈121收到上亿钻杆磁感应线圈的信号传递至模拟信号处理模块122对信号处理，进处理后的信号经第一通信模块123传递至地面系统110的第二通信模块115，数字信号处理模块114对信号处理后传递至数据分析模块113后对数据进行分析并保存到存储模块112并经显示模块111在地面系统110的显示设备上进行显示。磁感应通信节点单元120的电源模块124为磁感应通信节点单元120供电，同时可以在工作与睡眠状态之间的切换；地面系统110的电源模块116对地面系统110进行供电。实现在工作与睡眠状态之间的切换，减小功耗，延长节点寿命地面系统110中，第二通信模块115通信方式和协议应当包括串口、蓝牙和TCP/IP中的一种或多种；存储模块112对测量得到数据进行保存和调用。在一些实施例中，数字信号处理模块114对信号的处理包括但不限于：放大、采集、数字滤波、同步、编解码、调制和解调。地面系统110的显示设备可以是对数据进行的显示，也可以是波形显示。数据分析模块113对数据的分析方法包括如下分析方法的一种或多种：时域分析、频域分析和复频域分析。

如图5所示本发明实施例中磁感应波智能钻杆测量系统的布置结构图；图6所示本发明磁感应波智能钻杆测量系统的磁感应通信链路示意图，磁感应波智能钻杆测量系统包括地面系统和井下测量系统，井下测量系统包括磁感应钻杆单元、磁感应传感节点单元、磁感应通信节点单元以及钻杆两端内侧的磁感应波导线圈。磁感应钻杆单元包括第一磁感应线圈501、第二磁感应线圈503、钻杆502、钻杆连接线和钻杆接头504，所述钻杆接头504通过磁感应线圈形成互感实现信息传递。磁感应传感节点单元包括第三磁感应线圈509、数据处理模块和设置于钻头507前端的传感器508；数据处理模块完成对所述传感器508和所述第三磁感应线圈509之间的信息传递。

设置于钻头507前端的传感器508采集钻井信号并进行预处理，通过第三磁感应线圈509将信号传递至磁感应钻杆单元，每一根钻杆502之间通过钻杆接头504连接并通过磁感应线圈的磁耦合形成通信链路，信号进行传递地面系统505对信号进行处理并显示井下情况。优选地，本发明中，在钻杆502两端的内侧设置有磁感应波导线圈，使信号实现双向耦合传递。

如图7所示本发明磁感应波智能钻杆测量系统磁感应链路的等效电路图，磁感应线圈之间通过耦合作用，形成磁感应电流，并通过波的形式，实现信号的逐级传递。具体地，本实施例中磁感应波智能钻杆测量系统的带宽范围为传播能量分别为：P＝-ωM²sin(ka)。

上述实施例详细说明了本发明磁感应波智能钻杆测量系统的结构以及具体地信号传递过程，本发明根据现场施工情况，增扩钻杆数量，实现在较小发射功率的情况下，准确进行远距离的信息传输。上述实施例只是示例性的说明，应当理解本发明并不限于上述实施例，在一些实施例中可以应用于石油开采井下检测，在另一些实施例中可以用于城市管道的井下检测。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。