CN105089646B - 一种集成有数据传输功能的随钻电阻率测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成有数据传输功能的随钻电阻率测量装置及方法。其装置包括第一天线及匹配电路、测量发射模块、第二天线及匹配电路、测量接收模块、近钻头数据收集模块、数据中继模块。其方法包括电阻率测量以及数据传输步骤。根据本发明，把原来两套装置集成到一套装置，复杂度并没有明显提高，节约了硬件成本。同时根据本发明电阻率测量时，接收天线安装在动力钻具下端，且发射天线与接收天线的距离较远，有利于测量较深地层的测量，减少钻井液的影响，最终的测量结果更有利于反映原装地层，对地质导向、调节钻井轨迹非常有利。

Description

一种集成有数据传输功能的随钻电阻率测量装置及方法

技术领域

本发明涉及油气开发与勘探领域，具体说涉及一种集成有数据传输功能的随钻电阻率测量装置及方法。

背景技术

随着海上钻井的快速增长以及水平井技术的不断发展，随钻测井技术的应用也越来越广泛。随钻测井与常规电缆测井的主要区别在于其数据采集的实时性，地层数据是在钻井液有轻微入侵的情况下获得的，因而更接近原状地层。在钻井的同时完成地层数据的测试、传输、现场分析、解释，不但节约了钻井周期，而且可以指导钻井，调节钻井轨迹，完善钻井进程。

传统的随钻测井仪器大多安装在动力钻具的上端，距离钻头10米以外的位置。由于仪器测量的数据就是仪器所在位置的地层参数，因而对地质导向来说，按照这些测量的数据进行轨迹控制具有一定的滞后性。因此越来越多的测量工具被设计成能够安装在动力钻具下端，近钻头的位置，这样测量的数据具有更高的事实性。但是现有技术中随钻远传工具通常安装在动力钻具上端，远钻头的位置，由此就需要一套数据传输装置来完成从动力钻具下端近钻头位置到动力钻具上端远钻头位置的数据传输。

电阻率是反映地层特性的主要参数，随钻电阻率的测量是随钻测井的关键组成部分。通过测量钻头附近地层的电阻率判断地层特性变化，经过综合分析，可以及时地判断钻头是否钻出储层，从而及时调整井眼轨迹，确保井眼准确命中储层并穿行于储层中有利于油气开采的最佳位置。现有技术中，通过测量电磁波传输过程中形成不同的相位差和幅度比来反映地层电阻率的方法，已经成为随钻电阻率的主要测量法。

然而根据电阻率的测量原理，电阻率的探测深度与发射天线到接收天线的距离有着直接的关系，发射天线到接收天线的距离越长探测深度越深。因此依照现有技术设计实现的电阻率测量仪器长度都超过3米，无法安装在动力钻具下端。动力钻具一般都超过5米，钻头与动力钻具之间还有1米的空间。最终的天线位置距离钻头位置都在8米以上。由于大多数油田开发都进入中晚期，油层都较薄，达不到8米以上。因此在面对较薄油层时，调节钻井轨迹将非常困难。

因此，针对电阻率测量仪器无法安装在近钻头处以及动力钻具上下端间的数据传输问题，需要一种新的随钻电阻率测量以及近钻头数据传输的方法及装置。

发明内容

针对电阻率测量仪器无法安装在近钻头处以及动力钻具上下端间的数据传输问题，本发明提供了一种集成有数据传输功能的随钻电阻率测量装置，所述装置包括：

第一天线及匹配电路；

测量发射模块，与所述第一天线及匹配电路连接，用以根据预先设定的测量循环周期发射测量发起指令和预定频段的电磁波；

第二天线及匹配电路；

测量接收模块，与所述第二天线及匹配电路连接，用以根据所述测量命令在不同路径上接收经地层反射的携带有反映出地层电阻率信息的预定频段上的电磁波反射信号，并对所述不同路径的反射信号进行处理从而确定所述发射模块到接收模块之间的地层电阻率；

近钻头数据收集模块，与所述测量发射模块或所述测量接收模块中一个连接，且连接与其他近钻头测量仪器，用于收集其他近钻头测量仪器的测量数据；

数据中继模块，与所述测量发射模块或所述测量接收模块中另一个连接，且连接与随钻远传装置，以将所述其他近钻头测量仪器的测量数据以及测得的电阻率发送给随钻远传装置。

在一个实施例中，所述测量发射模块与所连接的数据中继模块安装在动力钻具的第一部分上，所述第一部分形成所述动力钻具的第一短节，其设在所述动力钻具的上方；

所述测量接收模块与所连接的近钻头数据收集模块远离所述测量发射模块安装在动力钻具的第二部分上，所述第二部分形成所述动力钻具的第二短节，其设在所述动力钻具的下方，且所述第二短节的位置靠近钻头。

在一个实施例中，所述第二天线及匹配电路中的天线成对设置，以便对称地接收不同路径上的电磁波反射信号。

在一个实施例中，所述测量接收模块和所述测量发射模块的时钟源采用温度补偿晶振电路。

在一个实施例中，所述测量接收模块还包括：

第一编解码单元，对所接收的数据进行编解码，并识别其中是否包括测量发起指令；

采集放大单元，其用于在识别有测量发起指令的情况下对来自第二天线及匹配电路的各路径上的电磁波反射信号进行采集放大处理；

计算单元，其用于计算出不同路径上的放大后的反射信号之间的相位差和幅度比，从而确定所述所述发射模块到所述接收模块之间的地层电阻率。

在一个实施例中，所述测量发射模块包括：

第二数字无线通信单元，用以向测量接收模块发送数字信号或接收来自测量接收模块的数字信号，所述数字信号的发起与预先设定的测量循环周期或测量频率有关；

第二编解码单元，对所接收的数字信号进行编解码，并判断是否进入电阻率测量状态；

电磁波测量发射单元，用以根据预先设定的测量频率发射电磁波测量信号，其中该测量信号的功率大于所述数字信号的功率。

在一个实施例中，在所述第一天线及匹配电路上连接有第一复用器，以在不同的时刻将所述第一天线与所述第二数字无线通信单元或所述电磁波测量发射单元耦合从而实现所述第一天线在测量发射模块中的分时复用，在所述第二天线及匹配电路上连接有第二复用器，所述第二复用器用以在不同的时刻将所述第二天线与所述第一数字无线通信单元或所述采集放大单元耦合以实现所述第二天线在测量接收模块中的分时复用。

一种采用上述随钻电阻率测量装置进行电阻率测量的方法，包括以下步骤：

预先配置所述随钻电阻率测量装置中的测量参数，其中所述测量参数包括测量频率或测量循环周期；

所述装置中的测量发射模块判断是否进入电阻率测量状态，当判断结果为是时所述测量发射模块先发送测量发起指令电磁波到所述装置中的测量发射模块，然后以不同功率发送预定频段的电阻率测量信号电磁波到所述装置中的测量发射模块，其中发送电阻率测量信号电磁波的功率大于发送所述测量发起指令电磁波的功率；

在接收到所述测量发起指令的情况下，所述装置的测量接收模块进入测量状态，在不同路径上接收经地层反射的携带有反映出地层电阻率信息的预定频段上的电磁波反射信号，并对所述不同路径的反射信号进行处理从而确定所述发射模块到所述接收模块之间的地层电阻率；

所述测量发射模块判断是否进入电阻率测量状态，当判断结果为否时，所述测量发射模块进入待机状态。

在所述测量接收模块没有接收到所述测量发起指令的情况下，所述测量接收模块进入待机状态。

一种采用上述随钻电阻率测量装置进行数据传输的方法，包括以下步骤：

预先配置所述随钻电阻率测量装置中的数据传输参数，其中所述数据传输参数包括数字信号编解码定义；

所述装置中的数据中继模块接收来自所述随钻远传装置的地面命令数据并对所述地面命令数据编解码；

利用所述测量发射模块与所述测量接收模块之间的电磁波信号收发步骤将编解码后的地面命令数据发送给所述近钻头数据收集模块；

所述近钻头数据收集模块对接收到的地面命令数据做再次编解码并将处理后的地面命令数据传达给其他近钻头测量仪器；

所述近钻头数据收集模块收集所述其他近钻头测量仪器的测量数据或所述装置内的地层电阻率计算结果并对所述测量数据或所述地层电阻率计算结果编解码；

利用所述测量发射模块与所述测量接收模块之间的电磁波信号收发步骤将编解码后的测量数据或地层电阻率计算结果发送给所述数据中继模块；

所述数据中继模块对接收到的测量数据或地层电阻率计算结果做再次编解码并将处理后的测量数据或地层电阻率计算结果传输到随钻远传工具。

在一个实施例中，在所述电阻率测量方法执行过程中所述测量发射模块或所述测量接收模块处于待机状态时执行所述数据传输方法各步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、根据本发明的电阻率测量与近钻头数据传输一体化方法，把原来两套装置集成到一套装置，复杂度并没有明显提高，其节约的硬件成本非常可观；

2、根据本发明电阻率测量时，发射天线与接收天线的距离较远，有利于测量较深地层的测量，减少钻井液的影响，最终的测量结果更有利于反映原装地层；

3、根据本发明进行电阻率测量的电磁波接收端安装在动力钻具下端，距离钻头很近，这对地质导向、调节钻井轨迹非常有利。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的流程图；

图2是根据本发明一实施例的第一短节和第二短节的结构简图；

图3是根据本发明一实施例的装置结构简图；

图4是根据本发明一实施例在实际使用时的安装结构简图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在传统地质钻探作业中，常规的随钻电阻率测量装置的长度一般都超过3m，由于动力钻具和钻头之间的距离一般不能超过1m，因此基本都安装于处于井下的动力钻具的上端。假设随钻电阻率测量装置紧接着动力钻具安装，那么随钻电阻率测量装置上的天线距离钻头的距离为：天线到动力钻具的长度、动力钻具的长度以及近钻头工具长度之和。其中，天线到动力钻具的长度一般为0.5m-2m，动力钻具的长度一般为5m-10m，近钻头电阻率测量工具的长度为1m左右。因此，即使在紧接着动力钻具安装随钻电磁波电阻率装置的条件下，天线距离测量点的距离也在6.5m-13m。这样，在油层较薄时，由于测量工具距离钻头过远，调节钻井轨迹非常困难。

在另一种随钻电阻率测量装置中，为了拉近天线到钻头的距离，将随钻电阻率测量装置安装在动力钻具下端。但由于动力钻具到钻头的距离不能超过1m，因此，此种随钻电阻率测量装置的电磁波电阻率的发射天线和接收天线之间的距离也不超过1m。由于电阻率测量深度与发射天线和接收天线之间的距离直接相关，距离越大，测量深度越深，因此此种随钻电阻率测量装置的电阻率测量深度十分有限。并且，当装置安装在近钻头位置时，就必须同时考虑如何实现近钻头位置的测量装置和远钻头位置的远传装置之间的数据传输问题。

本发明是在现有随钻电磁波电阻率测量技术和近钻头无线电磁波信号短距离传输技术的基础上，经过研发得出的一种新的随钻电阻率测量装置，此装置不仅改进了原有随钻电阻率测量装置而且还集成了近钻头数据传输功能。本发明采用电磁波作为载体进行数据传输和电阻率测量。电磁波电阻率测量使用的频率受到一定限制。由于在使用100KHz到10MHz的频率时测量效果最好。因此装置的电磁波频率选择在100KHz到10MHz的范围以内，这样既可以实现近钻头无线电磁波信号短距离传输，又可以实现电磁波电阻率的测量。

根据本发明的随钻电阻率测量装置及方法，把原来两套装置集成到一套装置，既可以实现近钻头数据传输又可以实现电阻率测量，装置复杂度并没有明显提高，节约了随钻工具的成本。

根据本发明一实施例，本发明的所有流程步骤在两个相对独立的部分内完成，其中第二部分被安装在动力钻具的近钻头端，第一单元被安装在动力钻具的远钻头端。接下来结合根据本发明一具体实施例的装置框图来详细具体的说明本发明执行方式。

如图1所示，根据本发明实施例的随钻电阻率测量装置被分成相对独立的第一部分110和第二部分120两部分。这两部分分别安装在动力钻具的两端，且装置的第二部分120安装在靠近钻头的一端。这种安装方式既有效地增加了随动力钻具电磁波电阻率测量装置接收天线和发射天线间的距离，也满足了接收天线到钻头的距离不能太远的要求。从而在保证所测量的电阻率参数对于钻井轨迹调节的精确指导作用的同时增加了电阻率的探测深度。同时也能通过第一部分110和第二部分120之间的数据交互来达到近钻头测量仪器和随钻远传装置之间的数据交互。

装置的第一部分110包括天线111及天线匹配电路112、复用器113、测量发射模块114以及数据中继模块119。

数据中继模块119连接随钻远传装置170和测量发射模块114，用以完成随钻远传装置170和测量发射模块114之间的数据交互。数据中继模块119接收来自随钻远传装置170的地面命令数据172并将其转发给测量发射模块114，同时数据中继模块119也将来自测量发射模块114的测量数据转发给随钻远传装置 170。

测量发射模块114可以根据预先设定的测量循环周期或地面测量命令发射测量发起指令或预定频段的电磁波。其包括无线通信单元115、编解码单元117和电磁波测量发射单元116。

在编解码单元117中有预设的编解码定义参数，编解码单元117与数据中继模块119连接，用于对所接收的数字信号进行编解码，其接收来自数据中继模块 119的地面命令数据172并对其编解码，然后将编解码后的地面命令数据151通过无线通信单元115发送给装置的第二部分120；编解码单元117还与无线通信单元115相连，其接收来自无线通信单元115的测量数据152并对其编解码，然后将编解码后的测量数据171发送给随钻远传装置170。

编解码单元117还与电磁波测量发射单元116相连，且在编解码单元117中还有预设的测量周期参数。编解码单元117通过预设的测量周期参数判断装置是否进入电阻率测量状态。当编解码单元117判断装置需要进入电阻率测量状态时，其先通过无线通信单元115发送测量发起指令150给装置的第二部分120，然后激活电磁波测量发射单元116，此时电磁波测量发射单元116开始以预先设定的测量频率发送电磁波测量信号130，该信号的功率大于测量发起指令150的功率。电磁波测量信号130被发送到地层160中，经过地层反射后被装置的第二部分120 接收，接收到的信号是携带衰减信息的电磁波测量反射信号140。

编解码单元117还可以判断接收到的地面命令数据172是否包含测量发起指令。在地面命令数据172包含测量发起指令的情况下，编解码单元117立刻通过先通过无线通信单元115发送测量发起指令150给装置的第二部分120，然后激活电磁 波测量发射单元116。

本实施例中，默认的运行流程是：无论装置是否接收到地面命令数据或是收集到其他近钻头测量仪器的测量数据，只要装置接收到电阻率测量发起指令或是处于电阻率测量周期内，编解码单元117立刻先通过无线通信单元115发送测量发起指令150给装置的第二部分120，然后激活电磁 波测量发射单元116。

根据本发明另一实施例，也可以在编解码单元117中预设不同类型数据的优先级。从而编解码单元117可以通过判断装置当前接收到的地面命令数据或收集到的其他近钻头测量工具的测量数据的数据类型，来确定是立即进入电阻率测量模式还是先完成有关数据传输步骤再进入电阻率测量模式。

在第一部分中，电磁波测量发射单元116和无线通信单元115分别连接到复用器113上。复用器113通过天线匹配电路112与天线111相连，其作用是在不同的时刻将天线111及其匹配电路112与无线通信单元115或电磁波测量发射单元116耦合从而实现天线111在第一部分110中的分时复用。

即当无线通信单元115工作时，复用器113连通天线111及其匹配电路112 和无线通信单元115，从而无线通信单元115可以利用天线111及其匹配电路112 发送或接收电磁波信号。当电磁波测量发射单元116工作并发送电磁波测量信号时，复用器113连通天线111及其匹配电路112和电磁波测量发射单元116，从而电磁波测量发射单元116可以利用天线111及其匹配电路112发送电磁波测量信号。

装置的第二部分120包括天线121及天线匹配电路122、测量接收模块124、复用器123。

测量接收模块124用来根据所述测量命令在不同路径上接收经地层反射的携带有反映出地层电阻率信息的预定频段上的电磁波反射信号140，并对不同路径的反射信号进行处理从而确定发射模块到接收模块之间的地层电阻率。其包括无线通信单元125、编解码单元127、采集放大电路126和计算单元128。

类似第一部分，第二部分中的复用器123的作用是在不同的时刻将天线121 及其匹配电路122与无线通信单元125或采集放大电路126耦合从而实现天线121 在测量接收模块124中的分时复用。

在装置工作时，复用器123先连通天线121及其匹配电路122和无线通信单元125，无线通信单元125利用天线121及其匹配电路122接收来自第一部分110 的电磁波信号并将其转发给解码单元127。解码单元127对所接收的电磁波信号进行编解码，并判断其是测量发起指令150还是地面命令数据151。

当解码单元127判断接收到的电磁波信号为测量发起指令150时，其向采集放大电路126发出激活指令，通知其进入测量状态。采集放大电路126在接收到激活指令后进入测量状态。在此状态中，复用器123连通天线121及其匹配电路 122和采集放大电路126，从而采集放大电路126利用天线121及其匹配电路122 接收电磁波测量反射信号140。

第二部分120的天线121包含一对接收天线，以便对称地接收不同路径上的电磁波测量反射信号140。第一部分110发射的电磁波测量信号130经过地层160 衰减，生成附带有地层电阻率信息的电磁波测量反射信号140，地层电阻率信息反映在电磁波测量反射信号140的相位和幅度里面。在接收电磁波测量反射信号 140时，天线121的两个接收天线分别接收，形成两路信号。采集放大电路126 对来自天线121的各路径上的电磁波测量反射信号140进行采集放大处理，并将处理后的信号转发给计算单元128。

计算单元128在接收到采集放大电路126转发过来的反射信号后计算发射模块到接收模块之间的地层电阻率。把这两个信号的相位相减得到相位差。把这两个信号的幅度相除得到幅度比。这两个信号的相位差和幅度比与地层电阻率的关系，可以用一个精确的理论模型，通过数学变换反演方法得到地层电阻率值。

这种变换基于在均匀介质条件下，用一个精确的理论模型来计算相位差和幅度比与电阻率的函数关系，以此为依据对仪器在非均匀介质中的相位差和幅度比进行转换，最终得到两个独立的电阻率，分别称为地层幅度比电阻率和相位差电阻率。最终计算得出的电阻率数据被传回编解码单元127。

装置的第二部分还包括近钻头数据收集模块129，其与编解码单元127相连。近钻头数据收集模块129还与装置外的其他近钻头测量仪器160连接，其收集其他近钻头测量仪器160的测量数据162并将测量数据162发送给编解码单元127。编解码单元127将来自近钻头数据收集模块129的测量数据162或者来自计算单元128的电阻率数据编解码，并将编解码后的数据152通过无线通信单元125发送给装置的第一部分110。

当编解码单元127判断接收到的电磁波信号为地面命令数据151时，其将编解码后的地面命令数据161通过近钻头数据收集模块129传达给其他近钻头测量仪器，并向采集放大电路126发出待机指令，通知其进入待机状态。采集放大电路126在接收到待机指令后进入待机状态。在此状态中，采集放大电路126关闭。同时计算单元128的开关状态和采集放大电路126保持一致，其在待机状态中也保持关闭。

由此，在一个测量循环周期中，第二部分120在没有接收到测量发起指令时处于待机状态，在待机状态下，计算单元128和采集放大电路126保持关闭状态，从而降低了功耗，使得装置具有较长的使用寿命。

由于本发明实施例的随钻电阻率测量装置的两部分相对独立，为了保证第一部分110和第二部分120内部的时钟保持一致，在本实施例中，测量接收模块124 和测量发射模块114内部的时钟源采用温度补偿晶振电路，以保证温度变化时时钟的一致性。

在本实施例中天线111及匹配电路112和天线121及匹配电路122中的天线采用单发双收成对设置。在本发明另一实施例中，第一天线及匹配电路和第二天线及匹配电路中的天线采用四发双收成对设置，并以双频率、双源距的方式来进行激励以在径向上获得四个探测深度的电阻率信息。

根据本发明一实施例，随钻电阻率测量装置的第一部分安装在动力钻具的上端，随钻电阻率测量装置的第二部分远离装置的第一部分安装在动力钻具的下端。如图2所示，装置的第一部分形成动力钻具的第一短节210，装置的第二部分形成动力钻具的第二短节220。第一短节210包括至少一个天线211，以将特定频率的电磁波测量信号发送到被测地层中；第二短节220包括至少一对天线 221，以接收至少两路电磁波反射信号。

如图2所示，第二短节220和第一短节210均为含有内部钻井液通道的圆柱形结构，在金属骨架204和205上开有环形凹槽。第二短节220的凹槽中嵌有两个环状天线221；第一短节210的凹槽中嵌有一个环状天线211。第一短节210 和第二短节220两端各有公接头200和201和母接头202和203。

随钻电阻率测量装置具体的的连接特征为：将电阻率测量装置分别安装在井下动力钻具的两端。如图3所示，第二短节220位于动力钻具下方，母接头202 一端连接钻头，公接头200一端连接动力钻具300；第一短节210位于动力钻具上方，母接头203一端连接动力钻具，公接头201连接上方的钻铤等常规钻具组合。

从图3可以看出，置于地面上的钻井井架301与钻机302带动钻杆303高速旋转，钻杆303、动力钻具300、钻头304以及其他安装在井下钻具组合上的工具快速向地下钻进，以在地层内钻凿一个井眼306。这样，可切入地下不同的地质构造层，以探明地下地质情况。具体地说，动力钻具300带动钻头304旋转。钻杆303包括纵向流体通道305，流体通道305的出口经过钻头304的水眼308，钻杆303和井壁之间形成一个环形空间307。

在本实施例中，地面控制装置或人员首先基于动力钻具300的物理特性对随钻电阻率测量装置的参数进行配置。其中，动力钻具300的物理特性包括长度和材质，随钻电阻率测量装置的参数包括测量频率、测量时间、数据编解码定义等。在对这些参数配置完成后，将装配有第一短节210和第二短节220的动力钻具300 放入井下，准备开始电阻率测量和数据传输工作。

其中，第一短节210和第二短节220利用电磁波完成相互之间的数据交互，从而把其他近钻头测量仪器的测量数据发送给随钻远传装置，或是把随钻远传装置发送来的地面命令数据传达给其他近钻头测量仪器。与此同时第一短节210还根据所接收的特定指令或自身设定参数立刻或周期性地发射测量命令以及电磁波测量信号。第二短节220接受该测量命令，并在获取到该测量命令后，接收对应上述电磁波测量信号的包含被测地层信息的电磁波反射信号。第二短节220对所接收的电磁波反射信号进行放大采集并处理，并计算处理后的电磁波反射信号的相位差和幅度比值，放大采集信号可有效提高信号的信噪比，可通过多级前置放大电路实现放大采集信号功能。

电磁波电阻率的接收天线221被安装在近钻头位置上，其距离钻头的位置最远不会超过1m。由此可知，该结构的测量点距钻头的距离与常规的随钻电磁波电阻率装置相比具有明显的优势。同时，由于发射天线211到接收天线221的距离由动力钻具300的长度决定，远大于常规的近钻头电阻率测量装置的发射天线到接收天线的距离，其探测深度也远大于常规随钻电阻率测量装置，且测量结果受泥浆影响较小。

在保证完成近钻头测量仪器与随钻远传工具之间的数据交互的基础上，这种将第一短节210和第二短节220分别安装在动力钻具300的两端的方式既有效地增加了随动力钻具电磁波电阻率测量装置接收天线和发射天线间的距离，也满足了接收天线到钻头的距离不能太远的要求。从而在保证所测量的电阻率参数对于钻井轨迹调节起精确指导作用的同时增加了电阻率的探测深度。

同时，考虑到特殊的电阻率测量要求，根据本发明另一实施例，第一短节210 和第二短节220也可以交换位置安装，即第一短节210安装在动力钻具近钻头端，第二短节220安装在动力钻具远钻头端。此时装置内部的一些模块也须作相应调整，其中，数据中继模块119被构建在第二短节220内，近钻头数据收集模块被构建在第一短节210内。

图4是根据本发明的实施例的随钻电阻率测量方法的流程图。在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

根据本发明一实施例的装置进行电阻率测量，首先进行步骤S410，基于动力钻具的参数预先配置随钻电阻率测量装置中的测量参数和数据传输参数，其中测量参数包括测量频率或测量循环周期，数据传输参数包括数据信号编解码定义。

在本实施例中此步骤具体为配置第一短节210和第二短节220内部的参数。其基于井下动力钻具300的物理特性对随动力钻具电磁波电阻率测量装置的参数进行配置。其中，动力钻具300的物理特性包括长度和材质，随动力钻具电磁波电阻率测量装置的参数包括测量频率和测量时间。

上述操作在井上完成。在对这些参数配置完成后，将第一短节210安装在动力钻具300上端，将第二短节220安装在远离第一短节210的动力钻具300下端，并将钻头安装在第二短节220下端从而靠近接收天线221。将装配有第一短节210 和第二短节220的动力钻具300放入井下，准备开始测量工作，之后的各项步骤都在井下完成。

然后进行步骤S411，地面命令数据接收步骤，在此步骤中第一短节210接收地面命令数据并对其进行编解码。然后装置进入步骤S412，判断是否进行电阻率测量，在此步骤中第一短节210判断接收到的地面命令数据中是否包含电阻率测量发起指令，同时第一短节210还要判断装置是否处于电阻率测量周期中。

如果第一短节210判断接收到的地面命令数据中包含电阻率测量发起指令或者装置处于电阻率测量周期中时，步骤S412整体判断结果为是，此时装置进入电阻率测量状态，进入步骤S420，信号发送步骤。在此步骤中，第一短节210先发送测量发起指令到第二短节220，然后以不同功率发送预定频段的电磁波测量信号到地层中。

由于第一短节210和第二短节220相互独立，为了确认是否进入电阻率测量状态，第二短节220需要进行步骤S440，从而判断自身是否进入电阻率测量状态。在步骤S440中，第二短节220判断是否接收到测量发起指令。经过判断，如果接收到测量发起指令，则说明在步骤S420中有电磁波测量信号发出。此时第二短节220进入电阻率测量状态，进入步骤S460。在步骤S470中，第二短节220 接收电磁波反射信号，其在不同路径上接收经地层反射的携带有反映出地层电阻率信息的预定频段上的电磁波反射信号。接着进行步骤S480，处理电磁波反射信号，第二短节220对不同路径的反射信号进行放大采集和处理，并计算相应的相位差和幅度比，最后得到地层的电阻率计算结果。

如果在步骤S440中，第二短节220判断没有接收到测量发起指令，则说明在步骤S420中没有电磁波测量信号发出。此时进入步骤S450，第二短节220进入待机状态。在此需要说明的是，步骤S450中所描述的待机状态，并不是第二短节220整体待机，而是短节220内部一部分单元待机。在此待机状态下，第二短节220内部的采集放大电路和计算单元保持关闭状态，因而其功耗很低。通过这种工作方式大大延长了第二短节220的使用寿命，从而节约了随钻电阻率测量装置的整体维修成本。

在步骤S412中，如果第一短节210判断接收到的地面命令数据中不包含电阻率测量发起指令，同时装置也不处于电阻率测量周期中时，步骤S412整体判断结果为否，装置进入步骤S413，地面命令数据发送步骤，第一短节将编解码后的地面命令数据通过电磁波发送到第二短节220。然后第二短节220进行步骤 S440，判断自身是否进入电阻率测量状态。

在步骤S440中，当第二短节220判断没有接收到测量发起指令时，第二短节220进入步骤S450，进入待机状态。接下来第二短节220进行步骤S414，地面命令数据传达步骤，第二短节220接收第一短节210发送过来的地面命令数据并将其传达给其他近钻头测量仪器。

在地面命令数据传达给其他近钻头测量仪器时，第二短节220还进行步骤 S415，测量数据收集步骤，第二短节220收集来自其他近钻头测量仪器的测量数据。第二短节220收集到自其他近钻头测量仪器的测量数据后，执行步骤S416，测量数据发送步骤。第二短节220将来自其他近钻头测量仪器的测量数据编解码，然后通过电磁波将编解码后的测量数据发送到第一短节210。

同样的在上述步骤S470完成后，第二短节220同样开始执行步骤S416，此时第二短节220将计算得出的地层电阻率数据通过电磁波发送到第一短节210。在这里需要指出的是，本实施例中，默认的运行流程是：无论装置是否接收到地面命令数据或是收集到其他近钻头测量仪器的测量数据，只要装置接收到电阻率测量发起指令或是处于电阻率测量周期内，则立即执行与电阻率测量有关的步骤并将最终计算结果传输给随钻远传装置。

根据本发明另一实施例，在步骤S410中可以定义各种不同类型数据的优先级。从而在步骤412中加入优先级判断步骤，通过判断装置当前接收到的地面命令数据或收集到的其他近钻头测量工具的测量数据的数据类型，来确定是立即进入电阻率测量模式还是先完成有关数据传输步骤再进入电阻率测量模式。

上述步骤S416完成后，第一短节210进行步骤S417，测量数据接收转发步骤。其接收来自第二短节220的编解码后的测量数据，然后将此测量数据再次编解码后转发给随钻远传装置，从而完成一个数据传输周期。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种集成有数据传输功能的随钻电阻率测量装置，其特征在于，所述装置包括：

第一天线及匹配电路；

测量发射模块，与所述第一天线及匹配电路连接，用以根据预先设定的测量循环周期发射测量发起指令和预定频段的电磁波；

第二天线及匹配电路；

测量接收模块，与所述第二天线及匹配电路连接，用以根据测量发起指令在不同路径上接收经地层反射的携带有反映出地层电阻率信息的预定频段上的电磁波反射信号，并对所述不同路径的电磁波反射信号进行处理从而确定所述测量发射模块到所述测量接收模块之间的地层电阻率；

近钻头数据收集模块，与所述测量发射模块或所述测量接收模块中一个连接，且连接与其他近钻头测量仪器，用于收集所述其他近钻头测量仪器的测量数据；

数据中继模块，与所述测量发射模块或所述测量接收模块中另一个连接，且连接与随钻远传装置，以将所述其他近钻头测量仪器的测量数据以及测得的地层电阻率发送给所述随钻远传装置；

其中，所述测量接收模块还包括：

第一数字无线通信单元，用以接收来自所述测量发射模块的数字信号或向所述测量发射模块发送数字信号；

第一编解码单元，对所接收的数据进行编解码，并识别其中是否包括测量发起指令；

采集放大单元，其用于在识别有测量发起指令的情况下对来自所述第二天线及匹配电路的各路径上的电磁波反射信号进行采集放大处理；

计算单元，其用于计算出不同路径上的放大后的电磁波反射信号之间的相位差和幅度比，从而确定所述测量发射模块到所述测量接收模块之间的地层电阻率。

2.如权利要求1所述的随钻电阻率测量装置，其特征在于，所述测量发射模块与所连接的数据中继模块安装在动力钻具的第一部分上，所述第一部分形成所述动力钻具的第一短节，其设在所述动力钻具的上方；

所述测量接收模块与所连接的近钻头数据收集模块远离所述测量发射模块安装在动力钻具的第二部分上，所述第二部分形成所述动力钻具的第二短节，其设在所述动力钻具的下方，且所述第二短节的位置靠近钻头。

3.如权利要求1所述的随钻电阻率测量装置，其中，所述第二天线及匹配电路中的天线成对设置，以便对称地接收不同路径上的电磁波反射信号。

4.如权利要求1所述的随钻电阻率测量装置，其中，所述测量接收模块和所述测量发射模块的时钟源采用温度补偿晶振电路。

5.如权利要求1-4中任一项所述的随钻电阻率测量装置，其中，所述测量发射模块包括：

第二数字无线通信单元，用以向所述测量接收模块发送数字信号或接收来自所述测量接收模块的数字信号，所述数字信号的发起与预先设定的测量循环周期或测量频率有关；

第二编解码单元，对所接收的数字信号进行编解码，并判断是否进入电阻率测量状态；

电磁波测量发射单元，用以根据预先设定的测量频率发射电磁波测量信号，其中该测量信号的功率大于所述数字信号的功率。

6.如权利要求5所述的随钻电阻率测量装置，其中，在所述第一天线及匹配电路上连接有第一复用器，以在不同的时刻将所述第一天线与所述第二数字无线通信单元或所述电磁波测量发射单元耦合从而实现所述第一天线在所述测量发射模块中的分时复用，在所述第二天线及匹配电路上连接有第二复用器，所述第二复用器用以在不同的时刻将所述第二天线与所述第一数字无线通信单元或所述采集放大单元耦合以实现所述第二天线在所述测量接收模块中的分时复用。

7.一种采用如权利要求1-6中任一项所述的集成有数据传输功能的随钻电阻率测量装置的运作方法，包括以下步骤：

预先配置所述随钻电阻率测量装置中的测量参数，其中所述测量参数包括测量频率或测量循环周期；

所述装置中的测量发射模块判断是否进入电阻率测量状态，当判断结果为是时所述测量发射模块先发送测量发起指令电磁波到所述装置中的测量接收模块，然后以不同功率发送预定频段的电阻率测量信号电磁波到所述装置中的测量接收模块，其中发送电阻率测量信号电磁波的功率大于发送测量发起指令电磁波的功率；

在接收到所述测量发起指令的情况下，所述装置的测量接收模块进入测量状态，在不同路径上接收经地层反射的携带有反映出地层电阻率信息的预定频段上的电磁波反射信号，并对所述不同路径的电磁波反射信号进行处理，从而确定所述测量发射模块到所述测量接收模块之间的地层电阻率；

所述测量发射模块判断是否进入电阻率测量状态，当判断结果为否时，所述测量发射模块进入待机状态；

在所述测量接收模块没有接收到所述测量发起指令的情况下，所述测量接收模块进入待机状态。

8.如权利要求7所述的运作方法，该方法包括数据传输步骤，所述数据传输步骤包括：

预先配置所述随钻电阻率测量装置中的数据传输参数，其中所述数据传输参数包括数字信号编解码定义；

所述装置中的数据中继模块接收来自所述随钻远传装置的地面命令数据并将其发给所述测量发射模块，所述测量发射模块对所述地面命令数据编解码；

利用所述测量发射模块与所述测量接收模块之间的电磁波信号收发步骤，所述测量发射模块将编解码后的地面命令数据发送给所述测量接收模块；

所述测量接收模块将编解码后的地面命令数据通过所述近钻头数据收集模块传达给其他近钻头测量仪器；

所述近钻头数据收集模块收集所述其他近钻头测量仪器的测量数据或所述装置内的地层电阻率计算结果，并将其传给所述测量接收模块，所述测量接收模块对所述测量数据或所述地层电阻率计算结果编解码；

利用所述测量发射模块与所述测量接收模块之间的电磁波信号收发步骤，所述测量接收模块将编解码后的测量数据或地层电阻率计算结果发送给所述测量发射模块；

所述测量发射模块对接收到的测量数据或地层电阻率计算结果做再次编解码，并将编解码后的测量数据或地层电阻率计算结果通过所述数据中继模块传输到所述随钻远传工具。

9.如权利要求8所述的运作方法，其特征在于，在所述测量发射模块或所述测量接收模块进入待机状态时执行所述数据传输步骤。