CN108915675A - 井下数据传输*** - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种井下数据传输***，该***包括：数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输；数据读取装置，在数据终端与井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置作为中转站与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输，与所述数据终端进行数据传输，所述数据终端设置于地面或设置在所述管柱内位于地面下预设距离处。该方案有利于在数据终端与井下设备之间进行实时地、大量地数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业技术领域，特别涉及一种井下数据传输***。
背景技术
随着石油工业的发展，工程师对井眼中获取的地质信息的数据量与日俱增，对获取地质信息的时效性也日益苛刻。因此，有必要出现一种能够及时的从井眼中取得大量数据的装置解决上述问题。就目前的石油工业而言，泥浆脉冲器的数据传输时效性良好，但是由于其数据传输量过小，不能够满足工程师对数据量与日俱增的要求。另外一种井下数据存储式设备虽然可以存贮大量数据，但必须起钻后才能读取数据，无法满足时效性要求；且受限于数据存储量的限制，井下数据存储设备很难存储长时间连续录入的大量数据。
发明内容
本发明实施例提供了一种井下数据传输***，以解决现有技术中井下数据传输无法满足数据量和时效性的技术问题。该井下数据传输***包括：
数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输；
数据读取装置，在数据终端与井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置用于，与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输，与所述数据终端进行数据传输，其中，所述数据终端设置于地面或设置在所述管柱内位于地面下预设距离处。
本发明实施例还提供了一种井下数据传输***，以解决现有技术中井下数据传输无法满足数据量和时效性的技术问题。该井下数据传输***包括：
数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输；
数据读取装置，当数据终端与井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置用于与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输；当所述数据读取装置与所述数据转发装置通信结束后，所述数据读取装置携带数据上行至地面，所述数据读取装置还用于与所述数据终端进行数据传输。
本发明实施例还提供了一种井下数据传输***，以解决现有技术中井下数据传输无法满足数据量和时效性的技术问题。该井下数据传输***包括：
数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输和电能传输；
数据读取装置，当数据终端与所述井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置用于与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输，并通过无线感应的方式进行电能传输；所述数据读取装置还用于与数据终端进行有线数据传输和电能传输，其中，所述数据终端设置于地面或设置在所述管柱内位于地面下预设距离处。
在本发明实施例中，通过在井下的管柱内设置数据转发装置，数据转发装置可以实时与井下设备进行数据传输，有利于实时采集井下设备的数据；同时，数据读取装置可以随时、多次地下行至管柱内的数据转发装置处，只要数据终端与井下设备之间需要进行数据传输，数据读取装置就可以下行至管柱内的数据转发装置处与数据转发装置通过无线通信的方式进行数据传输，进而数据读取装置与数据终端进行数据传输，有利于在数据终端与井下设备之间进行实时地、大量地数据传输。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种井下数据传输***的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种数据转发装置设置在井下的管柱内的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种数据转发装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种数据读取装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种数据读取装置***数据转发装置所在承载钻铤内的示意图一；
图6是本发明实施例提供的一种设置有浮力体的数据读取装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种数据读取装置***数据转发装置的承载钻铤内的示意图二。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在本发明实施例中，提供了一种井下数据传输***，如图1所示，该***包括：
数据转发装置101，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输；
数据读取装置102，在数据终端与井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处(例如，数据读取装置下行至井下，处于与数据转发装置能够相互进行无线通讯的距离范围内)，所述数据读取装置作为中转站用于，与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输，与所述数据终端进行有线数据传输，其中，所述数据终端设置于地面或设置在所述管柱内位于地面下预设距离处(例如，该预设距离可以是小于等于1/2井深)。
在图1所示的***中，数据转发装置101设置在井下的管柱内，数据转发装置101可以实时与井下设备进行数据传输，有利于实时采集井下设备的数据；数据读取装置102可以随时、多次地下行至管柱内的数据转发装置处，只要数据终端与井下设备之间需要进行数据传输，数据读取装置102就可以下行至管柱内的数据转发装置处与数据转发装置通过无线通信的方式进行数据传输，同时，数据读取装置102在数据转发装置处(即井下)即可与数据终端进行数据传输，有利于在数据终端与井下设备之间进行实时地、大量地数据传输。
具体实施时，上述数据终端设置于地面时，上述数据终端可以是任何需要获取井下数据的设备，还可以是地面上用于控制井下设备的设备，例如，地面上位机、钻台设施或者附近通过各种常规通讯方式容易连接到的设备等；当上述数据终端设置在所述管柱内位于地面下预设距离处(例如，该预设距离可以是小于等于1/2井深)时，上述数据终端可以是地表附近的钻柱中具有通讯功能的设备等。
具体实施时，上述井下设备可以是井下任何需要进行数据传输的设备，例如，可以是井下井壁取心功能的设备、具有井下地层流体测试功能的设备等。
具体实施时，在数据终端与井下设备需要进行数据传输时，可以在钻井期间的任意时间，停止钻井，所述数据读取装置沿着管柱下行至管柱内数据转发装置处，以实现与数据转发装置通过无线通信进行数据传输，与数据终端进行数据传输，进而实现在数据终端与井下设备之间进行数据传输。
具体实施时，上述数据读取装置102和数据转发装置101的外观形状可以是适用管柱内部空间的形状，例如，为柱体形状。
具体实施时，上述井下数据传输***适用于通过钻头在地层中钻的井眼，即上述井特指采用钻头在地下钻出的直径小于1米的孔眼。如图2所示，钻头25钻出井眼21，钻杆23的一端延伸至地面，该地面处设置有井架22，钻头25处设置有上述井下设备24，数据转发装置101设置在钻杆23的另一端与井下设备24之间，以便数据转发装置101实时与井下设备24进行数据传输。
具体实施时，为了便于实现上述数据读取装置102下行至管柱内数据转发装置101处，在本实施例中，上述井下数据传输***，还包括：
牵引缆，所述牵引缆的第一端(第一端，即牵引缆朝向井下的一端)与所述数据读取装置的上端连接，所述数据读取装置上相对远离井底的一端为上端，所述牵引缆用于下放所述数据读取装置至所述管柱内所述数据转发装置处。例如，数据读取装置需要下行时(例如，需要与管柱内的数据转发装置进行数据传输时)，在数据读取装置的重力下，通过牵引缆下放所述数据读取装置至所述管柱内所述数据转发装置处；在数据读取装置需要上行至地面时(例如，数据转发装置与数据读取装置通信结束、钻井作业结束、或井下故障时)，所述牵引缆还用于将所述数据读取装置由所述数据转发装置处牵引上行至地面。
具体实施时，上述牵引缆可以是碳纤维绳索、尼龙绳索、钢缆、甚至是电缆、光纤等任何可以用于承重的绳索。
具体实施时，数据读取装置102在井下通过有线方式与数据终端进行数据传输，为了便于实现数据读取装置在井下与数据终端进行数据传输，在本实施例中，上述牵引缆为电缆和/或光缆，所述牵引缆的第二端(第二端，即牵引缆朝向地面的一端)与所述数据终端连接，所述牵引缆用于在所述数据读取装置与所述数据终端之间进行数据传输，以实现数据读取装置在井下通过电缆和/或光缆与数据终端进行有线数据传输。
具体实施时，在上述井下数据传输***用于随钻传输数据的情况下，当所述数据终端设置在所述管柱内位于地面下预设距离处时，为了实现地面设备与井下设备之间的数据传输，在本实施例中，上述井下数据传输***，还包括：
随钻通讯设备，设置于所述管柱内，所述随钻通讯设备用于，与所述数据终端进行数据传输，并与地面设备进行数据传输，即通过随钻通讯设备实现所述数据终端与地面设备之间的数据传输。
也就是说，通过数据转发装置和数据读取装置可以实现井下设备与数据终端之间的数据传输，进而再借助随钻通讯设备实现数据终端与地面设备之间的数据传输，整个过程最终实现井下设备与地面设备之间的数据传输。随钻通讯设备成本较高或数据传输效率低，但是在本实施例中，由于数据终端位于地面下预设距离处，相对距离地面较近，数据终端与井下设备之间的数据通信通过数据转发装置和数据读取装置完成，避免使用随钻通讯设备，只是数据终端与地面设备之间的数据通信通过随钻通讯设备完成，即减少随钻通讯设备的使用。因此，在实现井下与地面之间数据传输时，有利于降低成本或提高效率。
具体实施时，上述随钻通讯设备可以包括泥浆脉冲器、电磁波通讯设备、智能钻杆(智能钻杆是具备通讯功能可进行信息传输的钻杆)、有线钻杆、超声波通讯设备以及低频磁场通讯设备中的任意之一或任意组合。
具体实施时，为了满足不同类型钻井的数据传输需求，在本实施例中，上述井下数据传输***包括多个所述数据转发装置101和多个所述数据读取装置102，其中，
按照井眼由下到上的方向，多个所述数据转发装置101与多个数据读取装置102分别交叉设置在井下的所述管柱内，在所述数据终端与所述井下设备进行数据传输时，位于最下方的所述数据转发装置102与所述井下设备进行数据传输，多个所述数据读取装置102与多个所述数据转发装置101分别一一对应组成多个通讯组，每个通讯组中的所述数据读取装置与所述数据转发装置之间通过无线通信进行数据传输，除了位于最上方的通讯组中的所述数据读取装置102之外的每个通讯组中的所述数据读取装置102与自身上方相邻的通讯组中的所述数据转发装置101进行有线数据传输，位于最上方的通讯组中的所述数据读取装置102与所述数据终端进行有线数据传输。即通过多个数据转发装置101和多个数据读取装置102在井下实现数据接力传输，以便最终实现井下设备与数据终端之间的数据传输。
例如，上述井下数据传输***包括2个所述数据转发装置101和2个所述数据读取装置102，按照井眼由下到上的方向，2个数据转发装置101与2个数据读取装置102分别交叉设置在井下的所述管柱内，按照井眼由下到上的方向2个数据转发装置101依次排序为第一个数据转发装置101和第二个数据转发装置101，按照井眼由下到上的方向2个数据读取装置102依次排序为第一个数据读取装置102和第二个数据读取装置102。在所述数据终端与所述井下设备需要进行数据传输时，最下方的数据转发装置即第一个数据转发装置101与所述井下设备进行数据传输，2个所述数据读取装置102与2个所述数据转发装置101分别一一对应组成2个通讯组(每个通讯组包括1个所述数据读取装置102和1个所述数据转发装置101)，每个通讯组中的所述数据读取装置102与所述数据转发装置101之间通过无线通信进行数据传输，即第一个数据转发装置101与第一个数据读取装置102一一对应通过无线通信进行数据传输组成第一通讯组，第二个数据转发装置101与第二个数据读取装置102一一对应通过无线通信进行数据传输组成第二通讯组，此时每个通讯组中的数据转发装置101与对应的数据读取装置102只要位于互相能进行无线通信的距离范围内即可；除了位于最上方的通讯组中的所述数据读取装置102(即第二个数据读取装置102)之外的每个通讯组中的所述数据读取装置102与自身上方相邻的通讯组中的所述数据转发装置101进行有线数据传输，也就是说，第一通讯组中的第一个数据读取装置102与第二通讯组中的第二个数据转发装置101进行有线(例如，电缆和/或光缆)数据传输，第二通讯组中的第二个数据读取装置102与所述数据终端进行有线数据传输，经过2个数据转发装置101和2个数据读取装置102进行接力数据传输，最终实现了井下设备与数据终端之间的数据传输。
此后，当所述数据终端设置在所述管柱内位于地面下预设距离处时，数据终端还可以通过智能钻杆等随钻通讯设备与地面设备进行数据传输。
具体实施时，为了实现数据读取装置在井下与数据转发装置通过无线通信进行数据传输，在本实施例中，如图3、4所示，
所述数据转发装置101，包括：
第一无线通讯天线10；该第一无线通讯天线10可以是线圈、电磁耦合机构或者其他类型天线。如图3所示，还可以设置天线保护套11，来保护第一无线通讯天线10；
第一信号发射或接收电路8，用于通过所述第一无线通讯天线10接收和/或发送无线通信信号；例如，具体的，第一信号发射或接收电路8为第一无线通讯天线10提供交变电流，并通过第一无线通讯天线10接收和/或发送无线通信的数字信号。
所述数据读取装置102，包括：
第二无线通讯天线17；
第二信号发射或接收电路18，用于通过所述第二无线通讯天线接收和/或发送无线通信信号，例如，具体的，第二信号发射或接收电路18为第二无线通讯天线17提供交变电流，并通过第二无线通讯天线17接收和/或发送无线通信的数字信号。其中，所述数据读取装置102下行至所述管柱内所述数据转发装置101处时，所述数据读取装置102与所述数据转发装置101处于互相允许进行无线通信的距离范围内。
具体的，所述数据读取装置102下行至所述数据转发装置101处时，第一无线通讯天线10与所述第二无线通讯天线17的位置关系，本申请不作具体限定，只要能满足互相进行无线通信即可。例如，如图5所示，在所述数据读取装置102下行至所述数据转发装置101处时，所述第一无线通讯天线10可以位于所述第二无线通讯天线17的外侧。
具体实施时，第一信号发射或接收电路8可以设置在第一无线通讯天线10的下方，下方为所述数据转发装置101朝向井底的方向。上述第二无线通讯天线17可以设置在第二信号发射或接收电路18的下方，该下方为数据读取装置102朝向井底的方向。
具体实施时，数据转发装置101中的第一无线通讯天线和第一信号发射或接收电路可以用一块电路板实现，也可由多块电路板分别实现。
具体实施时，为了实现数据转发装置101与井下设备进行数据传输，在本实施例中，如图3所示，所述数据转发装置101，还包括：
数据交换电路6，用于与井下设备进行数据传输，与所述第一信号发射或接收电路进行数据传输。
具体实施时，该数据交换电路6是数据转发装置101中的核心电路之一，该数据交换电路6可以采用调制解调电路实现，例如，数据交换电路6从总线上解调出信号，并通过震荡电路调制成100KHz-1000KHz之间的电磁波。
具体实施时，在数据转发装置101中，数据交换电路6只要位于第一无线通讯天线10产生的电磁信号覆盖范围内即可，以便与第一信号发射或接收电路8进行数据传输例如，如图3所示，数据交换电路6设置的位置可以稍微远离第一无线通讯天线10。
具体实施时，为了实现所述数据读取装置102与数据终端、数据转发装置101进行数据传输，在本实施例中，如图4所示，所述数据读取装置102，还包括：
通讯电路19，用于与所述第二信号发射或接收电路18进行数据传输，例如，通过无线通信第二信号发射或接收电路18与第一信号发射或接收电路8进行数据传输后，第二信号发射或接收电路18与通讯电路19进行数据传输；通讯电路19还用于与所述数据终端进行数据传输，例如，通讯电路19通过电缆和/或光缆与数据终端进行数据传输，此时，电缆和/或光缆与数据读取装置上端连接的同时，电缆或光缆还与通讯电路连接。具体的，该通讯电路19可以由无线电收发电路和调制解调器组合而成，该通讯电路19与数据交换电路之间，进行传输数据形式的转换，并进行数据转发；该通讯电路还与数据终端之间，进行传输数据形式的转换，并进行数据转发。
具体实施时，该通讯电路19可以由电感、电容等器件组合而成。
具体实施时，如图4所示，所述数据读取装置102，还包括设置存储电路20，该存储电路20与通讯电路19连接，该存储电路20可以用来存储数据。
具体实施时，在数据读取装置102中，通讯电路19只要位于第二无线信号线圈17产生的电磁信号覆盖范围内即可，例如，如图4所示，通讯电路19设置的位置可以稍微远离第二无线信号线圈17，以便通讯电路19与第二信号发射或接收电路18进行数据传输。
具体实施时，数据读取装置102和数据转发装置101可以实现数据终端和井下设备之间的双向通信，例如，可以实现数据由井下设备到数据终端的上行数据传输，此时，
所述数据交换电路6，具体用于从所述井下设备读取数据(例如，该读取的数据可以是井下设备测试、勘探得到的数据，该数据传输到数据终端以供工作人员分析等使用)，将读取的数据传输给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路8，具体用于通过无线通信的方式将从所述数据交换电路接收的数据转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路18，具体用于将从第一信号发射或接收电路接收的数据转发给所述通讯电路19；
所述通讯电路19，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据终端。
此外，还可以实现数据由数据终端到井下设备的下行数据传输，此时，所述通讯电路19，具体用于将从所述数据终端接收的数据(例如，该接收的数据可以是数据终端控制或调整井下设备的数据)转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路18，具体用于通过无线通信的方式将从所述通讯电路接收的数据转发给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路8，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据交换电路；
所述数据交换电路6，具体用于将从所述第一信号发射或接收电路接收的数据传输给所述井下设备。
具体实施时，为了实现数据读取装置102下行至管柱内数据转发装置101处，在本申请中可以利用数据读取装置102的重力，通过上述牵引缆将数据读取装置102牵引下放至管柱内数据转发装置101处，此外，在本实施例中，还可以通过泵送流体推送数据读取装置102下行至管柱内数据转发装置101处。例如，上述井下数据传输***，还包括：
泵，用于向所述管柱内泵注液体，所述液体对所述数据读取装置产生压力，驱使所述数据读取装置102下行至所述数据转发装置101处，使得数据读取装置102和数据转发装置101处于允许互相进行无线通信的距离范围内。
具体实施时，当数据读取装置102下行至所述数据转发装置101处后，可以关泵，停止向管柱内泵注液体。
具体实施时，为了实现数据转发装置101、数据读取装置102的部件与外部水、油等环境的隔离，在本实施例中，如图3所示，所述数据转发装置101，还包括：
第一外壳3，所述数据转发装置101的所有部件设置在所述第一外壳3内；
如图4所示，上述数据读取装置102，还包括：
第二外壳13，所述数据读取装置的所有部件设置在所述第二外壳13内。
具体实施时，为了实现数据转发装置101与数据读取装置102进行无线通信环境的密封，在本实施例中，如图3所示，所述***，还包括：
承载钻铤4，设置在井下的所述管柱内，所述数据转发装置101设置在所述承载钻铤4内，其中，如图5所示，所述数据读取装置102下行至所述管柱内所述数据转发装置101处时，所述数据读取装置102***所述承载钻铤4内。具体的，可以在承载钻铤4内设置支架12，支架12可以具有锁定功能，数据读取装置102***所述承载钻铤4内时，数据读取装置102被锁定在支架12上。
具体实施时，如图3所示，承载钻铤4包括承载钻铤下接头1和承载钻铤上接头5，数据转发装置101设置有下接头2。
具体实施时，上述数据转发装置101和数据读取装置102在井下时可以通过井下电源进行供电，也可以通过各自的电源自行供电。例如，如图3所示，数据转发装置101可以设置有电源7，以为自身和井下设备供电。
具体实施时，在本实施例中，还提供了井下数据传输***，该***也包括图1中的结构：
数据转发装置101，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输；
数据读取装置102，当数据终端与井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置作为中转站用于，与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输；当所述数据读取装置与所述数据转发装置通信结束后，所述数据读取装置携带数据上行至地面，所述数据读取装置还用于与所述数据终端(此时，数据终端设置于地面上)进行数据传输。
该***与上述图1中的***的区别在于，图1的***中数据读取装置102在井下实现与数据转发装置101、数据终端进行数据传输；而该***中，数据读取装置102在井下与数据转发装置101进行数据传输，上行至地面后再与数据终端进行数据传输。
具体实施时，该数据读取装置102通过泵注液体的方式被冲入数据转发装置101处，具体的，上述井下数据传输***，还包括：
泵，用于向所述管柱内泵注液体，所述液体对所述数据读取装置102产生压力，驱使所述数据读取装置102下行至所述数据转发装置101处，使得所述数据读取装置与所述数据转发装置处于允许互相进行无线通讯的距离范围内。
具体实施时，利用液体将数据读取装置102冲入数据转发装置101处之后，数据读取装置102与数据转发装置101进行数据传输，当数据读取装置102与数据转发装置101数据传输结束后，为了便于数据读取装置102上行至地面，在本实施例中，如图6所示，所述***，还包括：
浮力体16，与所述数据读取装置102的上端连接(可以是硬链接也可以是软连接)，所述浮力体用于在所述液体中产生浮力，牵引所述数据读取装置102由所述数据转发装置101处上行至地面，其中，所述数据读取装置102上相对远离井底的一端为上端。
具体的，浮力体16可以是泡沫等任何易于在液体中产生浮力的物体。
具体实施时，为了满足不同应用场景的需求，在本实施例中，如图6所示，所述浮力体16与所述数据读取装置102的上端通过绳索15连接，且所述浮力体16与所述数据读取装置102的上端之间的绳索15具有预设长度。
例如，在大斜度井中，当数据读取装置102运行至井下数据转发装置101处时，由于井斜角过大，浮力体16的浮力可能不足以将数据读取装置102拉出井底并沿管柱上行。因此，采用高强度绳索15实现软连接，使数据读取装置102与浮力体16间隔一定的距离，使浮力体16处于井斜角较小的地方，更容易利用其自身的浮力将数据读取装置102拉出井底。
具体实施时，当数据读取装置102上设置有浮力体16时，通过泵注液体将数据读取装置102冲入井下数据转发装置101处后，可以适当减少泵的排量，以使得数据读取装置102和数据转发装置101位置相对稳定地进行无线通信，并不会因为浮力体16的浮力将数据读取装置102拉出井底，在数据读取装置102和数据转发装置101通信结束后，关闭泵，停止泵入液体，使得浮力体16通过浮力将数据读取装置102拉出井底至地面。
具体实施时，如图6所示，数据读取装置102的上端的外侧还可以设置有扶正体14，避免数据读取装置102在上行的过程中出现歪斜等情况，以便浮力体16通过浮力顺利将数据读取装置102拉出井底至地面。
具体实施时，数据读取装置102的两端可以设置为纺锤体，以充分减小流动阻力。
具体实施时，当通过泵注液体将数据读取装置102冲入井下数据转发装置101处后，还可以通过浮力体之外的其他方式使数据读取装置上行至地面，例如，在本实施例中，上述***，还包括：
牵引缆，所述牵引缆的第一端与所述数据读取装置的上端连接(数据读取装置的尾部(即上端)可以设置有可替换的电缆接头，牵引缆的第一端连接在电缆接头上；牵引缆的第一端还可以直接系于数据读取装置的尾部)，所述牵引缆用于将所述数据读取装置由所述数据转发装置处牵引上行至地面。
具体实施时，针对数据读取装置102通过牵引缆上行至地面的情况，通过泵注液体将数据读取装置102冲入井下数据转发装置101处后，可以关闭泵，停止泵入液体，以使得数据读取装置102和数据转发装置101位置相对稳定地进行无线通信，在数据读取装置102和数据转发装置101通信结束后，通过牵引缆将数据读取装置102牵引上行至地面。
具体实施时，为了实现所述数据读取装置102可以携带数据下行至井下、上行至地面，在本实施例中，如图6所示，所述数据读取装置102，包括：
存储电路20，用于存储所述数据读取装置接收的数据。例如，在井下时，该存储电路20可以存储数据读取装置102与数据转发装置101通信接收的数据，并将接收的数据携带至地面，转发给数据终端；在地面时，该存储电路20还可以存储数据读取装置102与数据终端通信接收的数据，并将接收的数据携带至井下，转发给数据转发装置101，进而数据转发装置101将数据转发给井下设备。
具体实施时，为了实现数据读取装置在井下与数据转发装置通过无线通信进行数据传输，在本实施例中，如图3、6所示，所述数据转发装置101，包括：
第一无线通讯天线10；
第一信号发射或接收电路8，用于为所述第一无线通讯天线10产生用于通过所述第一无线通讯天线接收和/或发送无线通信信号；
所述数据读取装置102，包括：
第二无线通讯天线17；
第二信号发射或接收电路18，用于通过所述第二无线通讯天线接收和/或发送无线通信信号，其中，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处时，所述数据读取装置和所述数据转发装置处于互相允许进行无线通信的距离范围内。
具体的，所述数据读取装置102下行至所述数据转发装置101处时，第一无线通讯天线10与所述第二无线通讯天线17的位置关系，本申请不作具体限定，只要能满足进行无线通信即可。例如，如图7所示，在所述数据读取装置102下行至所述数据转发装置101处时，所述第一无线通讯天线10可以位于所述第二无线通讯天线17的外侧，以便实现第一信号发射或接收电路8和第二信号发射或接收电路18之间进行无线通信。
具体实施时，第一信号发射或接收电路8可以设置在第一无线通讯天线10的下方，下方为所述数据转发装置朝向井底的方向。上述第二无线通讯天线17可以设置在第二信号发射或接收电路18的下方，该下方为数据读取装置朝向井底的方向。
具体实施时，为了实现数据转发装置101与井下设备进行数据传输，在本实施例中，如图3所示，所述数据转发装置101，还包括：
数据交换电路6，用于与井下设备进行数据传输，与所述第一信号发射或接收电路进行数据传输。
具体实施时，该数据交换电路6是数据转发装置101中的核心电路之一，该数据交换电路6可以采用调制解调电路实现，例如，数据交换电路6从总线上解调出信号，并通过震荡电路调制成100KHz-1000KHz之间的电磁波。
具体实施时，在数据转发装置101中，数据交换电路6只要位于第一无线通讯天线10产生的电磁信号覆盖范围内即可，例如，如图3所示，数据交换电路6设置的位置可以稍微远离第一无线通讯天线10。
具体实施时，为了实现所述数据读取装置102与数据终端、数据转发装置101进行数据传输，在本实施例中，如图6所示，所述数据读取装置102，还包括：
通讯电路19，用于与第二信号发射或接收电路18进行数据传输，与所述数据终端进行数据传输。例如，通过无线通信第二信号发射或接收电路18与第一信号发射或接收电路8进行数据传输后，第二信号发射或接收电路18与通讯电路19进行数据传输；例如，通讯电路19通过电缆和/或光缆与数据终端进行数据传输，此时，电缆和/或光缆与数据读取装置上端连接的同时，电缆或光缆还与通讯电路连接。
具体实施时，该通讯电路19可以由无线电收发电路和调制解调器组合而成，该通讯电路19与数据交换电路之间，进行传输数据形式的转换，并进行数据转发；该通讯电路还与数据终端之间，进行传输数据形式的转换，并进行数据转发。
具体实施时，如图7所示，数据读取装置102中的通讯电路19和第二信号发射或接收电路18与存储电路20连接，通讯电路19和第二信号发射或接收电路18接收的数据存储在存储电路20中。
该通讯电路19可以由电感、电容等器件组合而成。
具体实施时，在数据读取装置102中，通讯电路19只要位于第二无线信号线圈17产生的电磁信号覆盖范围内即可，例如，如图6所示，通讯电路19设置的位置可以稍微远离第二无线信号线圈17。
具体实施时，数据读取装置102和数据转发装置101可以实现数据终端和井下设备之间的双向通信，例如，可以实现数据由井下设备到数据终端的上行数据传输，此时，
所述数据交换电路6，具体用于从所述井下设备读取数据(例如，该读取的数据可以是井下设备测试、勘探得到的数据，该数据传输到数据终端以供工作人员分析等使用)，将读取的数据传输给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路8，具体用于通过无线通信的方式将从所述数据交换电路接收的数据转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路18，具体用于将从第一信号发射或接收电路接收的数据转发给所述通讯电路；
所述通讯电路19，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据终端。
此外，还可以实现数据由数据终端到井下设备的下行数据传输，此时，
所述通讯电路19，具体用于将从所述数据终端接收的数据(例如，该接收的数据可以是数据终端控制或调整井下设备的数据)转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路18，具体用于通过无线通信的方式将从所述通讯电路接收的数据转发给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路8，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据交换电路；
所述数据交换电路6，具体用于将从所述第一信号发射或接收电路接收的数据传输给所述井下设备。
具体实施时，为了实现数据转发装置101、数据读取装置102的部件与外部水、油等环境的隔离，在本实施例中，如图3所示，所述数据转发装置101，还包括：
第一外壳3，所述数据转发装置101的所有部件设置在所述第一外壳3内；
如图6所示，上述数据读取装置102，还包括：
第二外壳13，所述数据读取装置的所有部件设置在所述第二外壳13内。
具体实施时，为了实现数据转发装置101与数据读取装置102进行无线通信环境的密封，在本实施例中，如图3、7所示，所述***，还包括：
承载钻铤4，设置在井下的所述管柱内，所述数据转发装置101设置在所述承载钻铤4内，其中，如图5所示，所述数据读取装置102下行至所述管柱内所述数据转发装置101处时，所述数据读取装置102***所述承载钻铤4内。具体的，可以在承载钻铤4内设置支架12，支架12可以具有锁定功能，数据读取装置102***所述承载钻铤4内，并可以更精确地坐入支架12中，数据读取装置102被锁定在支架12上。
具体实施时，如图3所示，承载钻铤4包括承载钻铤下接头1和承载钻铤上接头5，数据转发装置101设置有下接头2。
具体实施时，上述数据转发装置101和数据读取装置101在井下时可以通过井下电源进行供电，也可以通过各自的电源自行供电。例如，如图3所示，数据转发装置101可以设置有电源7，以为自身和井下设备供电。
在本实施例中，还提供了一种井下数据传输***，该***包括：
数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输和电能传输；
数据读取装置，当数据终端与井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置用于与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输，并通过无线感应的方式进行电能传输；所述数据读取装置还用于与数据终端进行有线(例如，电缆)数据传输和电能传输，其中，所述数据终端设置于地面或设置在所述管柱内位于地面下预设距离处。
具体的，该井下数据传输***实现了利用数据转发装置、数据读取装置以及电缆同时进行数据转发和电能传输的功能。这种电能传输可采用耦合器实现，利用特定频率的电磁波将能量从耦合器原边传递至耦合器副边。该井下数据传输***可以重点用于在井下涡轮发电机无法供电的情况下，实现为井下其他设备提供电力和通讯支持。所述井下其他设备主要指地层测试设备、井壁取样设备等耗电量大或控制程序复杂的设备。
本发明实施例实现了如下技术效果：在本发明实施例中，通过在井下的管柱内设置数据转发装置，数据转发装置可以实时与井下设备进行数据传输，有利于实时采集井下设备的数据；同时，数据读取装置可以随时、多次地下行至管柱内的数据转发装置处，只要数据终端与井下设备之间需要进行数据传输，数据读取装置就可以下行至管柱内的数据转发装置处与数据转发装置通过无线通信的方式进行数据传输，进而数据读取装置与数据终端进行数据传输，有利于在数据终端与井下设备之间进行实时地、大量地数据传输。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (26)
1.一种井下数据传输***，其特征在于，包括：
数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输；
数据读取装置，在数据终端与所述井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置作为中转站用于，与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输，与所述数据终端进行有线数据传输，其中，所述数据终端设置于地面或设置在所述管柱内位于地面下预设距离处。
2.如权利要求1所述的井下数据传输***，其特征在于，所述***，还包括：
牵引缆，所述牵引缆的第一端与所述数据读取装置的上端连接，所述牵引缆用于，下放所述数据读取装置至所述管柱内所述数据转发装置处，将所述数据读取装置由所述数据转发装置处牵引上行至地面，其中，所述数据读取装置上相对远离井底的一端为上端。
3.如权利要求2所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述牵引缆为电缆和/或光缆，所述牵引缆的第二端与所述数据终端连接，所述牵引缆用于在所述数据读取装置与所述数据终端之间进行数据传输。
4.如权利要求3所述的井下数据传输***，其特征在于，在所述数据终端设置在所述管柱内位于地面下预设距离处时，所述***，还包括：
随钻通讯设备，设置于所述管柱内，所述随钻通讯设备用于，与所述数据终端进行数据传输，并与地面设备进行数据传输，其中，所述随钻通讯设备包括泥浆脉冲器、电磁波通讯设备、智能钻杆、有线钻杆、超声波通讯设备以及低频磁场通讯设备中的任意之一或任意组合。
5.如权利要求1所述的井下数据传输***，其特征在于，所述井下数据传输***包括多个所述数据转发装置和多个所述数据读取装置，其中，
按照井眼由下到上的方向，多个所述数据转发装置与多个数据读取装置分别交叉设置在井下的所述管柱内，在所述数据终端与所述井下设备进行数据传输时，位于最下方的所述数据转发装置与所述井下设备进行数据传输，多个所述数据读取装置与多个所述数据转发装置分别一一对应组成多个通讯组，每个通讯组中的所述数据读取装置与所述数据转发装置之间通过无线通信进行数据传输，除了位于最上方的通讯组中的所述数据读取装置之外的每个通讯组中的所述数据读取装置与自身上方相邻的通讯组中的所述数据转发装置进行有线数据传输，位于最上方的通讯组中的所述数据读取装置与所述数据终端进行有线数据传输。
6.如权利要求1至5中任一项所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述数据转发装置，包括：
第一无线通讯天线；
第一信号发射或接收电路，用于通过所述第一无线通讯天线接收和/或发送无线通信信号；
所述数据读取装置，包括：
第二无线通讯天线；
第二信号发射或接收电路，通过所述第二无线通讯天线接收和/或发送无线通信信号，其中，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处时，所述数据读取装置和所述数据转发装置处于互相允许进行无线通信的距离范围内。
7.如权利要求6所述的井下数据传输***，其特征在于，所述数据转发装置，还包括：
数据交换电路，用于与所述井下设备进行数据传输，与所述第一信号发射或接收电路进行数据传输。
8.如权利要求7所述的井下数据传输***，其特征在于，所述数据读取装置，还包括：
通讯电路，用于与第二信号发射或接收电路进行数据传输，与所述数据终端进行数据传输。
9.如权利要求8所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述数据交换电路，具体用于从所述井下设备读取数据，将读取的数据传输给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路，具体用于通过无线通信的方式将从所述数据交换电路接收的数据转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路，具体用于将从第一信号发射或接收电路接收的数据转发给所述通讯电路；
所述通讯电路，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据终端。
10.如权利要求8所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述通讯电路，具体用于将从所述数据终端接收的数据转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路，具体用于通过无线通信的方式将从所述通讯电路接收的数据转发给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据交换电路；
所述数据交换电路，具体用于将从所述第一信号发射或接收电路接收的数据传输给所述井下设备。
11.如权利要求1至5中任一项所述的井下数据传输***，其特征在于，所述***，还包括：
泵，用于向所述管柱内泵注液体，所述液体对所述数据读取装置产生压力，驱使所述数据读取装置下行至所述数据转发装置处。
12.如权利要求1至5中任一项所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述数据转发装置，还包括：
第一外壳，所述数据转发装置的所有部件设置在所述第一外壳内，
所述数据读取装置，还包括：
第二外壳，所述数据读取装置的所有部件设置在所述第二外壳内。
13.如权利要求1至5中任一项所述的井下数据传输***，其特征在于，所述***，还包括：
承载钻铤，设置在井下的所述管柱内，所述数据转发装置设置在所述承载钻铤内，其中，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处时，所述数据读取装置***所述承载钻铤内。
14.一种井下数据传输***，其特征在于，包括：
数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输；
数据读取装置，当数据终端与所述井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置作为中转站用于，与所述数据转发装置通过无线通信方式进行数据传输；当所述数据读取装置与所述数据转发装置通信结束后，所述数据读取装置携带数据上行至地面，所述数据读取装置还用于与所述数据终端进行数据传输。
15.如权利要求14所述的井下数据传输***，其特征在于，所述***，还包括：
泵，用于向所述管柱内泵注液体，所述液体对所述数据读取装置产生压力，驱使所述数据读取装置下行至所述数据转发装置处，使得所述数据读取装置与所述数据转发装置处于允许互相进行无线通讯的距离范围内。
16.如权利要求15所述的井下数据传输***，其特征在于，所述***，还包括：
浮力体，与所述数据读取装置的上端连接，所述浮力体用于在所述液体中产生浮力，牵引所述数据读取装置由所述数据转发装置处上行至地面，其中，所述数据读取装置上相对远离井底的一端为上端。
17.如权利要求16所述的井下数据传输***，其特征在于，所述浮力体与所述数据读取装置的上端通过绳索连接，且所述浮力体与所述数据读取装置的上端之间的绳索具有预设长度。
18.如权利要求15所述的井下数据传输***，其特征在于，所述***，还包括：
牵引缆，所述牵引缆的第一端与所述数据读取装置的上端连接，所述牵引缆用于将所述数据读取装置由所述数据转发装置处牵引上行至地面。
19.如权利要求14所述的井下数据传输***，其特征在于，所述数据读取装置，包括：
存储电路，用于存储所述数据读取装置接收的数据。
20.如权利要求14至19中任一项所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述数据转发装置，包括：
第一无线通讯天线；
第一信号发射或接收电路，用于通过所述第一无线通讯天线接收和/或发送无线通信信号；
所述数据读取装置，包括：
第二无线通讯天线；
第二信号发射或接收电路，通过所述第二无线通讯天线接收和/或发送无线通信信号，其中，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处时，所述数据读取装置和所述数据转发装置处于互相允许进行无线通信的距离范围内。
21.如权利要求20所述的井下数据传输***，其特征在于，所述数据转发装置，还包括：
数据交换电路，用于与井下设备进行数据传输，与所述第一信号发射或接收电路进行数据传输。
22.如权利要求21所述的井下数据传输***，其特征在于，所述数据读取装置，还包括：
通讯电路，用于与第二信号发射或接收电路进行数据传输，与所述数据终端进行数据传输。
23.如权利要求22所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述数据交换电路，具体用于从所述井下设备读取数据，将读取的数据传输给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路，具体用于通过无线通信的方式将从所述数据交换电路接收的数据转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路，具体用于将从第一信号发射或接收电路接收的数据转发给所述通讯电路；
所述通讯电路，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据终端。
24.如权利要求22所述的井下数据传输***，其特征在于，
所述通讯电路，具体用于将从所述数据终端接收的数据转发给所述第二信号发射或接收电路；
所述第二信号发射或接收电路，具体用于通过无线通信的方式将从所述通讯电路接收的数据转发给所述第一信号发射或接收电路；
所述第一信号发射或接收电路，具体用于将从所述第二信号发射或接收电路接收的数据转发给所述数据交换电路；
所述数据交换电路，具体用于将从所述第一信号发射或接收电路接收的数据传输给所述井下设备。
25.如权利要求14至19中任一项所述的井下数据传输***，其特征在于，所述***，还包括：
承载钻铤，设置在井下的所述管柱内，所述数据转发装置设置在所述承载钻铤内，其中，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处时，所述数据读取装置***所述承载钻铤内。
26.一种井下数据传输***，其特征在于，包括：
数据转发装置，设置在井下的管柱内，用于与井下设备进行数据传输和电能传输；
数据读取装置，当数据终端与所述井下设备需要进行数据传输时，所述数据读取装置下行至所述管柱内所述数据转发装置处，所述数据读取装置用于与所述数据转发装置通过无线通信进行数据传输，并通过无线感应的方式进行电能传输；所述数据读取装置还用于与数据终端进行有线数据传输和电能传输，其中，所述数据终端设置于地面或设置在所述管柱内位于地面下预设距离处。
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