具有井下发电机的随钻装备信号下传系统的制作方法

本实用新型涉及石油天然气钻探的技术领域，尤其涉及一种具有井下发电机的随钻装备信号下传系统。

背景技术：

在钻井期间，希望在地面和井下钻具间能够实现通信，从而实现在地面遥控钻具的工作状态。现代控制技术在石油天然气钻探领域得到了广泛应用，即节约了人力、降低了生产成本，控制目标精度也得到了提高，大大提高了生产效益。而在石油、矿山、地址勘探等钻井工程中，钻井作业仍然很大程度依赖于人工操作，主要靠工程师、地质学家和司钻的经验及技巧，随着随钻测量技术普及应用，钻井轨迹以及地层信息能够及时传到地面，有利于及时对钻井进程做出决策与修正，提高钻井科学性，但目前的随钻测量技术只能够单向传输信息，即只能把井下钻具工况和地层信息采集传输到地面，不能及时根据实时信息及时更改钻具工作状态，使其能够更准确的按照工程设计轨道钻进，要做到这点就必需有双向(地面—井下)信息通道，使地面控制信息及时下传到井下，井下导向工具随时修正工作状态，实现对钻井轨道闭环控制，提高钻井轨道准确性，从整体上降低钻井费用，提高钻井成功率和勘探开发的效益。

在目前随钻测量技术中，井下向地面的通信信号传输技术主要包括电磁波、声波、钻井液脉冲、导线。能够用于信号下传较好的选者有导线和钻井液脉冲。采用导线传输，一般用单芯铠装电缆通过钻柱通道下放，这种方式虽然信息传输比较快，并且比较准确可靠，但这种方式需要特殊的钻杆，操作复杂，成本非常高，在常规钻井条件下，电缆连接和维护都很困难，并且电缆在随钻柱旋转容易被绞断；钻井液脉冲方式，信号噪声大、误码率偏高。以上这两种方法，成本都较高，不是很好可行方法，这就需要另觅新的途径。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种具有井下发电机的随钻装备信号下传系统，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有井下发电机的随钻装备信号下传系统，其结构简单，操作方便，提供了低成本的信号下传通道，有效克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种具有井下发电机的随钻装备信号下传系统，包括地面监控计算机、电动截止阀控制装置、电动截止阀、钻井泵、信号接收解调电路和井下发电机，其特征在于：

所述钻井泵的一端连接至流体供给装置，另一端连接至井下发电机从而将流体抽出并驱动井下发电机转动输出电压，所述电动截止阀的一端连接至流体供给装置，另一端连接至钻井泵，所述地面监控计算机与所述电动截止阀控制装置相连接，所述电动截止阀控制装置与电动截止阀相连接以控制所述钻井泵输出到井下的液体排量大小和井下发电机输出的电压信号，所述井下发电机连接至井下信号接受解调电路从而输出的电压信号传至所述井下信号接收解调电路，所述井下信号接收解调电路接收电压信号并经过信号处理解调出所述地面监控计算机下传的数据并直接输至钻具控制装置从而控制钻具工作；

一水龙带连接至井下发电机，所述钻井泵的另一端通过立管连接至水龙带从而将流体抽出通过所述立管流向水龙带并驱动井下发电机转动输出电压。

其中：所述电动截止阀的另一端通过分支管道连接至立管。

其中：所述电动截止阀控制装置包括通信接口、控制器及编码电路和功率驱动电路，所述通信接口与所述地面监控计算机相连接以接收下传数据，所述控制器及编码电路与所述通信接口以将控制数据进行编码，所述控制器及编码电路与所述功率驱动电路相连接以将编码信号输出到功率驱动电路从而控制所述电动截止阀进行开或闭。

其中：所述信号接收解调电路结构图包括电压互感器、信号处理解调电路和控制器及通信接口，所述电压互感器环绕于所述井下发电机输出一相的相线从而无电接触测量所述井下发电机输出一相的相线输出的电压信号。

其中：所述电压互感器连接至信号处理解调电路从而电压互感器得到的电压输出信号经过放大、带通滤波、全波整流、低通滤波以及信号判决后输出到所述控制器及通信接口，所述控制器及通信接口识别出地面监控计算机下传的数据并输出到井下钻具控制装置从而完成了信号从地面传送到井下的过程。

其中：所述信号处理解调电路包含依次连接的信号处理电路、全波整流电路、低通滤波电路和信号判决电路，所述信号处理电路连接至电压互感器，所述信号判决电路连接至控制器及通信接口。

通过上述结构可知，本实用新型的具有井下发电机的随钻装备信号下传系统具有如下效果：

1、结构简单，操作方便，控制可靠；

2、直接利用井下供电装置井下发电机，实现了控制数据的下传，为实现钻井轨迹闭环控制提供了低成本的信号下传通道。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型的具有井下发电机的随钻装备信号下传系统的结构示意图。

图2显示了本实用新型中电动截止阀控制装置结构图。

图3显示了本实用新型中井下信号接收解调电路结构图。

图4a和图4b显示了本实用新型中信号的示意图。

具体实施方式

参见图1至图4b，显示了本实用新型的具有井下发电机的随钻装备信号下传系统。

所述具有井下发电机的随钻装备信号下传系统包括地面监控计算机101、电动截止阀控制装置102、电动截止阀103、钻井泵104、立管105、分支管道106、水龙带107、信号接收解调电路108和井下发电机109，所述钻井泵104的一端连接至流体供给装置(图中优选为泥浆池110，也可采用气体供给装置)，另一端通过立管105连接至水龙带107，所述电动截止阀103的一端连接至流体供给装置，另一端通过分支管道106连接至立管105进而连接至水龙带107，所述水龙带107连接至井下发电机109，所述地面监控计算机101通过通信接口与所述电动截止阀控制装置102相连接，所述电动截止阀控制装置102与电动截止阀103相连接，所述钻井泵104将钻井液抽出通过所述立管105流向水龙带107，钻井液通过所述水龙带107连接到钻柱，将所述钻井液输送到井下，钻井液循环驱动井下发电机109转动输出电压，所述井下发电机109连接至井下信号接受解调电路108从而输出的电压信号传至所述井下信号接收解调电路108，所述井下信号接收解调电路108接收电压信号并经过信号处理解调出所述地面监控计算机101下传的数据，并直接输至钻具控制装置，从而控制钻具的工作。

由此，当有信号需要下传时，所述监控计算机101将下传数据通过通信接口传输至所述电动截止阀控制装置102，所述电动截止阀控制装置102根据下传数据进行编码，发送编码信号驱动所述电动截止阀103进行打开或关闭，当所述电动截止阀103关闭时，所述钻井泵104输出的钻井液排量全部通过所述立管105流到钻柱，钻井液排量基本稳定，井下发电机109转速也保持基本稳定，输出的电压信号频率也保持基本稳定。当所述电动截止阀103打开时，所述钻井泵104输出的钻井液排量经过所述的分支管道106分流，通过所述立管105流到钻柱的钻井液排量减小，钻井液排量减小使所述井下发电机109转速下降，转速下降使所述井下发电机109输出的电压信号频率也下降。

如图4a和图4b所示为信号图示，图4a为数据编码信号，图4b为所述井下发电机输出的电压信号。当数据编码码元为‘0’时，所述电动截止阀103截止，所述钻井泵104全部排量通过所述立管105流到钻柱驱动所述井下发电机109产生高频率信号，当数据编码码元为‘1’时，所述电动截止阀103打开，所述钻井泵104输出的钻井液排量经过所述的分支管道106分流，所述井下发电机109产生低频率信号。

其中，参见图2所示，所述电动截止阀控制装置102包括通信接口201、控制器及编码电路202和功率驱动电路203，所述通信接口201与所述地面监控计算机101相连接，用于接收所述地面监控计算机101的下传数据。所述控制器及编码电路202与所述通信接口201以及所述的功率驱动电路203相连接，所述控制器及编码电路202通过所述通信接口201接收到的地面监控计算机101发送的控制数据进行编码，数据编码信号输出到功率驱动电路203，从而控制所述的电动截止阀103进行开或闭。

其中，如图3所示，所述信号接收解调电路108包括电压互感器302、信号处理解调电路303和控制器及通信接口304，所述电压互感器302环绕于所述井下发电机105输出一相的相线301，从而无电接触测量所述井下发电机105输出一相的相线301输出的电压信号，所述电压互感器302连接至信号处理解调电路303，从而电压互感器302得到的电压输出信号经过放大、带通滤波、全波整流、低通滤波以及信号判决后，输出到所述控制器及通信接口304，所述控制器及通信接口304识别出地面监控计算机101下传的数据并输出到井下钻具控制装置，从而完成了信号从地面传送到井下的过程。

其中，所述信号处理解调电路303包含依次连接的信号处理电路3031、全波整流电路3032、低通滤波电路3033和信号判决电路3034，所述信号处理电路3031连接至电压互感器302，所述信号判决电路3034连接至控制器及通信接口304。

由此可见，本实用新型通过地面监控计算机下达下传数据，电动截止阀控制装置接收到数据后，进行数据编码，数据编码信号控制电动截止阀开、关，从而控制分支管道是否分流立管中钻井液排量。钻井液的循环流动带动所述的井下发电机旋转产生一定频率的电压信号，钻井液的排量决定了发电机的转速，发电机的转速又决定了所产生的交流信号的频率。所述井下发电机产生的电压信号传输到所述的井下信号接收解调电路，识别出地面下达的数据，从而控制钻具的工作。

由此可见，本实用新型的有益效果在于，直接利用井下供电装置井下发电机，实现了控制数据的下传，为实现钻井轨迹闭环控制提供了低成本的信号下传通道。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。