CN111119837A - 近钻头数据传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种近钻头数据传输装置，包括：靠近钻头的第一部分，第一部分包括数据采集机构，其构造为用于检测靠近钻头的位置处的概况并生成相应的电信号形式的数据，第一部分还包括数据发送机构，其构造为能接收来自于数据采集机构的数据，并将数据转变为声波形式而发送出去；以及相对远离钻头而靠近地面的第二部分，第二部分包括数据接收机构，其构造为能接收来自于数据发送机构的声波形式的数据，并将数据转变为电信号形式，第二部分还包括数据处理机构，其构造为能接收来自于数据接收机构的数据，对数据进行处理，并将数据向地面传输。这种装置能够有效地输送数据。

Description

近钻头数据传输装置
技术领域
本发明涉及油气井钻井技术领域，特别是涉及一种近钻头数据传输装置。
背景技术
近钻头数据传输装置是设置在靠近钻头的位置以用于测量地质和钻井工程相关参数的装置。
目前常用的近钻头数据传输装置是使用有线传输方式来进行近钻头的传感器与远离钻头的处理器之间的信息传递的。然而，这种装置的成本高，但可靠性较差、且传输能力较差。尤其是，在工况较差的条件下，这种装置难以有效地将所采集到的数据输送到地面。
因此，希望能够提出一种能够有效地输送数据的近钻头数据传输装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种近钻头数据传输装置，这种装置能够有效地输送数据。
根据本发明的一个方面，提出了一种近钻头数据传输装置，包括：靠近钻头的第一部分，所述第一部分包括数据采集机构，所述数据采集机构构造为用于检测靠近所述钻头的位置处的概况并生成相应的电信号形式的数据，所述第一部分还包括数据发送机构，所述数据发送机构构造为能接收来自于所述数据采集机构的数据，并将所述数据转变为声波形式而发送出去；以及相对远离所述钻头而靠近地面的第二部分，所述第二部分包括数据接收机构，所述数据接收机构构造为能接收来自于所述数据发送机构的声波形式的数据，并将所述数据转变为电信号形式，所述第二部分还包括数据处理机构，所述数据处理机构构造为能接收来自于所述数据接收机构的数据，对所述数据进行处理，并将所述数据向地面传输。
通过上述装置能够有效地采集钻头附近的信息，并将该信息传回地面，以供作业人员参考。同时，这种装置的结构相对简单，可靠性高，并因此而能够具有较低的成本。
在一个实施例中，所述数据采集机构和所述数据发送机构设置在动力钻具的下端处，以靠近所述钻头。
在一个实施例中，所述动力钻具为圆柱形的，在所述动力钻具的下端处构造有至少两个彼此间隔开的径向向外延伸的凸起部，所述数据采集机构和所述数据发送机构分别设置在两个相邻的凸起部内。
在一个实施例中，在所述两个相邻的凸起部之间的动力钻具的主体内构造有连通孔，所述连通孔能供连接在所述数据采集机构与所述数据发送机构之间的数据传输线缆穿过，其中，所述连通孔包括从所述数据采集机构处朝向所述数据发送机构延伸但径向向外侧偏斜的第一孔段，以及从所述数据发送机构处向所述数据采集机构处延伸但径向向外偏斜的第二孔段，所述第一孔段和所述第二孔段相对平滑地连通。
在一个实施例中，所述第一部分还包括供电器，所述供电器设置在另一凸起部中，所述供电器构造为能向所述数据采集机构和所述数据发送机构供电。
在一个实施例中，所述数据发送机构包括用于将声波发送出去的截锥式的发射筒，覆盖在所述发射筒的前端的前盖板，以及覆盖在所述发射筒的后端的后盖板，所述发射筒的前端朝向所述数据接收机构，所述前盖板构造为有利于声波从所述发射筒的前端发射出去，所述后盖板构造为避免声波从所述发射筒的后端发射出去。
在一个实施例中，所述数据发送机构还包括用于将电信号形式的数据转变为声波形式的转换器，所述前盖板、发射筒、后盖板和转换器依序设置在钻具上的腔体内，所述前盖板抵在所述腔体的上端面上，所述转换器抵在所述腔体的下端面上。
在一个实施例中，所述数据接收机构设置在所述动力钻具的上端处，在所述数据接收机构与所述数据发送机构之间不存在钻具短节的接头。
在一个实施例中，所述数据接收机构嵌入在位于所述动力钻具的上端处的旁通阀的外壁中。
在一个实施例中，在所述动力钻具的上端处连接有数据传递短节，所述动力钻具能相对于所述数据传递短节旋转，所述数据处理机构嵌入在所述数据传递短节的外壁中，在所述动力钻具的上端面上构造有第一导电环，在所述动力钻具的壁内嵌入有连接在所述数据接收机构与所述第一导电环之间的第一传递线缆，在所述数据传递短节的下端面上构造有第二导电环，在所述数据传递短节的壁内嵌入有连接在所述数据处理机构与所述第二导电环之间的第二传递线缆，其中，在所述动力钻具和所述数据传递短节相连时，所述第一导电环和所述第二导电环相接触。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过上述装置能够有效地采集钻头附近的信息，并将该信息传回地面，以供作业人员参考。同时，这种装置的结构相对简单，可靠性高，并因此而能够具有较低的成本。
附图说明
在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了根据本发明的一个实施方案的近钻头数据传输装置的示意结构图；
图2显示了根据本发明的一个实施方案的近钻头数据传输装置的一部分的截面图；且
图3显示了根据本发明的一个实施方案的近钻头数据传输装置的一部分的示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施方案的近钻头数据传输装置(以下简称为“装置”)100的结构。如图1和图2所示，装置100包括数据采集机构140，数据发送机构130，数据接收机构170和数据处理机构180。数据采集机构140设置在靠近钻头的位置，从而可用于采集钻头附近的地质信息和钻井作业相关信息等，并将这些信息转变为相应的数据。数据发送机构130从数据采集机构140处接收数据，并将这些数据以声波形式发送出去。该数据发送机构130仍旧靠近钻头设置。数据接收机构170朝向地面所在的方向远离钻头，并能够接收数据发送机构130所发出的声波形式的数据。数据处理机构180从数据接收机构170处接收数据，对该数据进行处理，并向地面传输数据。
如图1和图2所示，可在大体上呈圆柱形的动力钻具110的下端处设置径向向外眼神的凸起部111。例如，可设置有在周向方向上彼此间隔开的多个凸起部111。图2显示了在周向方向上彼此间隔开的3个凸起部111的实施例。然而，应当理解的是，根据需要，也可设置1个、2个、4个、5个或更多个凸起部111。数据采集机构140和数据发送机构130可设置在上述凸起部111中。例如，数据采集机构140和数据发送机构130可设置在不同的(优选地相邻的)凸起部111中。
在一个优选的实施例中，上述凸起部111可以由动力钻具110本身的扶正器来形成。由此，能够通过对现有的标准化的动力钻具110进行轻度加工来将本申请中的装置100结合进去。
数据采集机构140与数据发送机构130可通过数据传输线缆(未显示)而连接在一起。为此，如图2所示，可在动力钻具110上构造有从数据采集机构140所在处开始朝向数据发送机构130处延伸的第一孔段162。该第一孔段162优选地不正对着朝向数据发送机构130延伸，而是具有一定的径向向外偏斜的角度。相应地，还在动力钻具110上构造有从数据发送机构130处开始朝向数据采集机构140处延伸的第二孔段161。该第二孔段161优选地不正对着朝向数据采集机构140延伸，而是具有一定的径向向外偏斜的角度。第一孔段162和第二孔段161彼此相连通，由此允许数据输送线缆穿过第一孔段162和第二孔段161而将数据采集机构140和数据发送机构130连接在一起。优选地，在第一孔段162与第二孔段161相连通的部分处，第一孔段162和第二孔段161相交呈钝角。更优选地，在第一孔段162和第二孔段161相连通的部分处，第一孔段162和第二孔段161圆滑地、相对平滑地连通。第一孔段162和第二孔段161本身可以是直孔。
另外，装置100还可包括供电器150(见图2)。供电器150可以是蓄电池。供电器150可设置在上述凸起部111中，优选地与数据采集机构140和数据发送机构130设置在不同但相邻的凸起部111中。由此，供电器150可通过相应的线缆而给数据采集机构140和数据发送机构130供电，以允许其正常运行。例如，可在供电器150与数据采集机构140之间和/或在供电器150与数据发送机构130之间设置与上述第一孔段162和第二孔段161相类似的结构，以供线缆穿过。
图1还显示了数据发送机构130的具体结构。数据发送机构130包括用于将来自于数据采集机构140的数据转变为声波形式的转换器131，以及用于将声波形式的数据发送出去的发射筒132。转换器131可以是电路板。其能安装在凹槽的电路骨架上。转换器131可包括节点131A，其用于接收数据采集机构140所发出的例如为电信号形式的数据。转换器131还可包括节点131B，其用于接收由供电器150所提供的电能。转换器131还可包括节点131C，其用于接收驱动电路，该驱动电路可用于驱动声波换能器来产生声波信号。转换器131本身为本领域的普通技术人员所熟知的，在此不加赘述。
转换器131转换得到的声波形式的数据可传递给发射筒132，发射筒132可将该声波形式的数据发送出去。发射筒132例如可以形成为截锥形的。其具有较大截面的一端设置为前端，即，朝向数据接收机构170的一端；其具有较小截面的一端设置为后端，即，背向数据接收机构170的一端。
优选地，发射筒132的前端被前盖板133所覆盖。前盖板133可制造得有利于声波的传播，从而使得声波换能器所产生的绝大部分能量可以从发射筒132的前端高效地辐射出去。为此，前盖板133可由铝合金、铝镁合金和/或钛合金等轻金属制造。
优选地，发射筒132的后端被后盖板134所覆盖。后盖板134可制造得不利于声波的传播，从而确保声波转换器所产生的能量尽可能地不从发射筒132的后端辐射出去。为此，后盖板134可由一些重金属来制造。例如，压电陶瓷换能器可采用45号钢来制造后盖板134。
在如图1所示的实施例中，前盖板133、发射筒132、后盖板134和转换器131从上到下依次设置在凸起部111所形成的腔体内。前盖板133抵住该腔体的上壁，转换器131抵住该腔体的下壁。这种设置方式非常紧凑，能够节省空间。同时，这种设置方式还有利于声波的有效传递。
另外，如图1所示，数据接收机构170可设置在动力钻具110的上端处，例如，可设置在动力钻具110的上端处的旁通阀的外壁中。由此，可通过对现有的、标准化的动力钻具110进行轻度加工而将本申请的装置100结合到其中。
数据接收机构170优选地与数据发送机构130设置在同一短节中。也就是说，在数据接收机构170与数据发送机构130之间不存在任何短节接头。通过这样的设置能够大幅地降低声波在传输过程中的衰减量，从而能够提高数据传递的有效性和可靠性。
另外，如图1所示，数据接收机构170构造有大体上呈截锥形的接收筒171。接收筒171的前端(即，截面较大的一端)朝向发射筒132；接收筒171的后端(即，截面较小的一端)背向发射筒132。
数据接收机构170接收声波形式的数据，并将其转变为电信号形式。该电信号形式的数据传递至数据处理机构180，并通过数据处理机构180进行降噪、放大、滤波等处理。处理后的数据可直接输送向地面，或者也可先输送向井下的计算机模块或MWD器件或其他仪器的硬连接和电器接口，经过相应的处理后再传输至地面。
数据处理机构180可与数据接收机构170处于不同的短节上。例如，在图1中，在动力钻具110的上端处连接有数据传递短节120(例如为现有的通讯短节，包括MWD等上部仪器)。数据处理机构180嵌入在该数据传递短节120的壁内。为了确保数据处理机构180与数据接收机构170之间的电连接，可进行如下设置。如图1所示，可在信号接收机构170与动力钻具的上端面之间构造有第一传递线缆191。第一传递线缆191嵌入在动力钻具的壁内。相应地，在信号处理机构180与数据传递短节120的下端面之间构造有第二传递线缆192。第二传递线缆192嵌入在数据传递短节120的壁内。如图3所示，在动力钻具110的上端面上设置有第一导电环193，该第一导电环193与第一传递线缆191相连。相应地，在数据传递短节120的下端面上设置有第二导电环(未显示)，该第二导电环与第二传递线缆192相连。在数据传递短节120与动力钻具110相连时，第一导电环193和第二导电环相接触。由此，在动力钻具110相对于数据传递短节120转动时，能够实现信号处理机构180与数据接收机构170之间的有效的电连接，并由此而实现有效的数据传递。
应当理解的是，可如图1所示设置有两条相互平行的第一传递线缆191和两条相互平行的第二传递线缆192。相应地，设置有两个同心的第一导电环193和两个同心的第二导电环。由此，可分别来实现电能和数据的传输。
然而，优选地，可以仅设置有一个第一传递线缆191、一个第二传递线缆192、一个第一导电环193和一个第二导电环。由此来同时实现电能和数据的传输。这种设置方式对于尺寸有限的井下结构来说是非常有利的。
如图3所示，在第一导电环193的内侧和外侧分别设置有同心的第一绝缘环194和第二绝缘环195。这两个绝缘环能够起到密封作用，一方面能够避免导电环处的电外泄，另一方面还能够避免环空中的水泥浆侵蚀导电环。这非常有利于确保数据的有效传输。
上述装置100能够有效地实现近钻头数据采集和数据传输。同时，这种装置100的成本较低，可靠性较高，具有非常高的实用性。
应理解的是，在本文中，“上”、“下”等方位用词均是相对用语。在此定义，除非另有限定或存在明显的矛盾，否则“上”即为相对靠近井口的方向，“下”即为相对靠近井底的方向。
还应当理解的是，在本文中，所涉及的用于信号传递、信号处理的器件所具备的能实现信号传递、信号处理的结构和方式均是本领域中已知的。本发明仅涉及其周边结构(例如，前盖板和后盖板)上的改进，以及器件的布置方式等的改进。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种近钻头数据传输装置，包括：
靠近钻头的第一部分，所述第一部分包括数据采集机构，所述数据采集机构构造为用于检测靠近所述钻头的位置处的概况并生成相应的电信号形式的数据，所述第一部分还包括数据发送机构，所述数据发送机构构造为能接收来自于所述数据采集机构的数据，并将所述数据转变为声波形式而发送出去；以及
相对远离所述钻头而靠近地面的第二部分，所述第二部分包括数据接收机构，所述数据接收机构构造为能接收来自于所述数据发送机构的声波形式的数据，并将所述数据转变为电信号形式，所述第二部分还包括数据处理机构，所述数据处理机构构造为能接收来自于所述数据接收机构的数据，对所述数据进行处理，并将所述数据向地面传输。
2.根据权利要求1所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，所述数据采集机构和所述数据发送机构设置在动力钻具的下端处，以靠近所述钻头。
3.根据权利要求2所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，所述动力钻具为圆柱形的，在所述动力钻具的下端处构造有至少两个彼此间隔开的径向向外延伸的凸起部，所述数据采集机构和所述数据发送机构分别设置在两个相邻的凸起部内。
4.根据权利要求3所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，在所述两个相邻的凸起部之间的动力钻具的主体内构造有连通孔，所述连通孔能供连接在所述数据采集机构与所述数据发送机构之间的数据传输线缆穿过，
其中，所述连通孔包括从所述数据采集机构处朝向所述数据发送机构延伸但径向向外侧偏斜的第一孔段，以及从所述数据发送机构处向所述数据采集机构处延伸但径向向外偏斜的第二孔段，所述第一孔段和所述第二孔段相对平滑地连通。
5.根据权利要求3或4所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，所述第一部分还包括供电器，所述供电器设置在另一凸起部中，所述供电器构造为能向所述数据采集机构和所述数据发送机构供电。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的送入提出工具，其特征在于，所述数据发送机构包括用于将声波发送出去的截锥式的发射筒，覆盖在所述发射筒的前端的前盖板，以及覆盖在所述发射筒的后端的后盖板，所述发射筒的前端朝向所述数据接收机构，所述前盖板构造为有利于声波从所述发射筒的前端发射出去，所述后盖板构造为避免声波从所述发射筒的后端发射出去。
7.根据权利要求6所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，所述数据发送机构还包括用于将电信号形式的数据转变为声波形式的转换器，所述前盖板、发射筒、后盖板和转换器依序设置在钻具上的腔体内，所述前盖板抵在所述腔体的上端面上，所述转换器抵在所述腔体的下端面上。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，所述数据接收机构设置在所述动力钻具的上端处，在所述数据接收机构与所述数据发送机构之间不存在钻具短节的接头。
9.根据权利要求8所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，所述数据接收机构嵌入在位于所述动力钻具的上端处的旁通阀的外壁中。
10.根据权利要求9所述的近钻头数据传输装置，其特征在于，在所述动力钻具的上端处连接有数据传递短节，所述动力钻具能相对于所述数据传递短节旋转，所述数据处理机构嵌入在所述数据传递短节的外壁中，在所述动力钻具的上端面上构造有第一导电环，在所述动力钻具的壁内嵌入有连接在所述数据接收机构与所述第一导电环之间的第一传递线缆，在所述数据传递短节的下端面上构造有第二导电环，在所述数据传递短节的壁内嵌入有连接在所述数据处理机构与所述第二导电环之间的第二传递线缆，
其中，在所述动力钻具和所述数据传递短节相连时，所述第一导电环和所述第二导电环相接触。
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