一种井下无线双向信号与电能的传输设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于旋转导向钻井工具中进行能量或/和信号传输的部件，具体涉及一种井下无线双向信号与电能的传输设备。
【背景技术】
[0002]旋转导向钻井技术起源于上世纪80年代后期，该技术是随着相关科技水平的提高，为满足石油工业的实际需要在滑动导向钻井技术和工艺基础之上而发展起来的。其基本的思路就是在旋转钻井的同时，在钻压钻速及泵量的配合下，通过特定的井下导向工具，在近钻头附近，对旋转的钻柱在特定方向上施加一定的连续的可变的侧向力，人为地改变钻头前进的方向，进而达到旋转中几何导向或地质导向的目的。
[0003]与传统钻井技术相比，旋转导向钻井技术可使钻头处于持续地旋转状态，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，钻井速度更快，出现卡钻等事故的几率更小，位移延伸能力更强。如果配上地质导向短节，就可以让钻头在井底自动寻找油层钻进，因此对油气资源的勘探和开发，提高油田的油气采收率具有重要意义。
[0004]截止目前，旋转导向钻井技术主要掌握在国外少数几家石油技术服务公司手中，基于其自身利益，对其所拥有的导向技术、导向仪器进行严格保密，并在价格上垄断、技术上限制、国际投标时制约、服务上拖延，严重影响了我国石油工业钻井工艺技术的进步，制约了国内钻井队伍开拓海外钻井市场的竞争能力，成为我国石油钻探行业技术发展进步的瓶颈。基于上述背景，申请人开展了对于旋转导向钻井技术的立项研宄。
[0005]目前现有技术中的旋转导向钻井工具主要包括有不旋转外套和中空芯轴(用于输送钻头的旋转动力和钻井液)。在不旋转外套靠近钻头的位置，沿其径向均布三块导向块，每个导向块由独立的执行机构对其进行控制。工作时，导向块伸出、推靠在井壁上，对井壁产生推力，从而加大钻头的单边切削，实现控制钻头的钻进方向，达到钻头在旋转时也能够进行导向操作的目的。
[0006]在上述旋转导向钻井工具中将控制指令从地面传递到执行机构所采用的部件是最为关键的部件之一，该关键部件的构造在以下现有技术中有所提及:
[0007]公告号CN101287888的专利描述了一种具有感应耦合的动力和信号传输装置的井，包括钻入地下的井孔；紧固在井孔壁上的套管；从地面向下朝含烃区域延伸进入套管内的生产管；在井上端的地面上的悬挂器，其中悬挂器悬挂着生产管和套管并且使生产管和套管电短路；以及在井下端或接近井下端处在生产管和套管之间的环空中密封设置并电短路的封隔器，井还包括:围绕生产管同心设置的主线圈；围绕生产管同心设置的副线圈；连接到副线圈的负载；以及连接到主线圈的交流电发生器/信号单元。
[0008]上述技术方案中的感应耦合的动力和信号传输装置为:围绕生产管同心设置的主线圈；围绕生产管同心设置的副线圈；连接到副线圈的负载；以及连接到主线圈的交流电发生器/信号单元。其主要通过下述的过程来传递控制信号和电能:主线圈的磁生电并在生产管上产生交流电流，生产管将该交流电流通过电生磁的方式与副线圈耦合，这样在副线圈上产生交流电压，从而对与副线圈相连的负载进行操作。上述通过生产管作为输送中间部件的方式会导致较大能耗，进而影响到控制信号和电能的输送功率和输送稳定性。
[0009]故申请人考虑设计一种结构紧凑合理、传输效率高以及输送更为可靠的井下无线双向信号与电能的传输设备。
【实用新型内容】
[0010]针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是:如何提供一种结构紧凑合理、传输效率高以及输送更为可靠的井下无线双向信号与电能的传输设备。
[0011]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案:
[0012]一种井下无线双向信号与电能的传输设备，包括能够进行电磁耦合的原边线圈和副边线圈，还包括内套组件和外套组件，所述内套组件和外套组件由相对磁导率小于1000的固体材料制得；
[0013]所述内套组件整体呈两端为开口的圆筒状，且所述内套组件的壳体上具有一个同轴的环形的空腔，所述原边线圈安装在所述空腔中，所述内套组件上还具有与所述空腔贯通的开孔，所述开孔可供所述原边线圈对外连接；
[0014]所述外套组件整体呈两端为开口的圆筒状，且所述外套组件的壳体上具有一个同轴的环形的内腔，所述副边线圈套装在所述内腔中，所述外套组件上还具有与所述内腔贯通的通孔，所述通孔可供所述副边线圈对外连接；
[0015]所述外套组件的内径大于所述内套组件的外径，所述外套组件用于整体套置于所述内套组件外部；所述外套组件和所述内套组件之间具有能够供中空芯轴贯穿的一圈空隙。
[0016]本实用新型的井下无线双向信号与电能的传输设备，使用时，内套组件不旋转地安装在旋转导向工具的中空芯轴内部，外套组件安装在不旋转外套部分上，且同时套在内套组件和中空芯轴外部，从而使得整体的结构十分紧凑。外套组件和内套组件之间具有能够供中空芯轴贯穿的一圈空隙，这样能够最大程度地降低原边线圈和副边线圈之间的气隙，有效防止因气隙的增加，耦合系数出现大幅度的下降的情况发生。
[0017]又因内套组件和外套组件由相对磁导率小于1000的固体材料制得，即内套组件和外套组件能够降低对磁通量的变化的影响，帮助提高原边线圈和副边线圈耦合系数，从而提尚能量传输效率和稳定可靠性。
[0018]上述本实用新型的井下无线双向信号与电能的传输设备的结构中，内套组件和外套组件分别不仅能够对原边线圈和副边线圈进行包裹，起到一定的密封和保护作用。此外原边线圈套装在内套组件的空腔、副边线圈套装在外套组件的内腔，来实现原边线圈和副边线圈的固定，可见，内套组件和外套组件还能帮助实现线圈具有更好的固定效果。
[0019]作为改进，所述内套组件整体用于设置在中空芯轴内部且包括内套筒和内衬套，所述内衬套与中空芯轴为间隙配合；
[0020]所述内套筒的两端边缘均设有一圈沿径向向外凸出的凸缘；
[0021]所述内衬套的直径大于所述内套筒的直径，所述内衬套的两端通过所述凸缘套接固定在所述内套筒上；且所述内套筒的外侧表面与所述内衬套内侧表面之间形成有用于套装原边线圈的空腔；所述内套筒上具有与所述空腔连通且用于供原边线圈对外连接的开孔。
[0022]上述结构的内套组件包括内套筒和内衬套，且通过将内衬套套固在内套筒上即可实现装配，从而能够提高装配效率。该内套组件在使用时，其下端固定连接在设于中空芯轴内一根不旋转管(内有与原边线圈相连的电缆线)的端部，内衬套套固在内套筒上，且内衬套与中空芯轴为间隙配合，这样一来，即可使得原边线圈能够与副边线圈之间的气隙最小，从而保证原边线圈能够与副边线圈具有更佳的耦合系数，提高能量传输效率和可靠性。同时，因具有内衬套套固在内套筒上的结构，即能够在内衬套外侧表面被磨损坏时，快捷地对其更换，降低维护的难度。
[0023]作为改进，所述开孔位于所述内套筒外侧表面与下方凸缘的交汇处，所述内套筒上还设有两个剖槽，两个剖槽相隔设置且该剖槽的上端均与所述开孔连通，下端与所述内套筒的下端连通。
[0024]这样，不仅可使得与原边线圈相连的电缆线最短，也更便于电缆线进行排布进而分别与相应的连接端进行连接。
[0025]作为优选，所述内衬套采用聚醚醚酮材料制得。
[0026]聚醚醚酮(英文名称polyetheretherketone，简称PEEK)是一类结晶高分子材料，具有电绝缘、自润滑性好、耐磨性、耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，也是一种性能优异的特种工程塑料。实施上述改进后，内衬套可因具有耐磨性和自润滑性好，故在与中空芯轴间隙配合使用时能更为耐用，进而提高运行可靠性。此外，也因具有的电绝缘特性，故能够进一步防止变化磁通量的磁损耗，利于提高原边线圈和副边线圈的耦合系数。
[0027]作为改进，本实用新型的井下无线双向信号与电能的传输设备还包括在所述空腔内且沿周向均匀设置的多块竖向条形的导磁体；
[0028]所述导磁体的外侧面上设置有在高度方向相隔且横向的两个