专利名称：光电耦合信号传输的智能钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光电耦合信号传输的智能钻具。
背景技术：
一种高效，低成本，能在钻井过程中实时监控的测井技术是石油钻探行业的发展 方向。智能钻具是一种能在钻井过程中，实现井下与井上数据传输的新型钻具，是当今石油 钻具的热点。由于钻井过程中的种种复杂恶劣条件，导致井下与井上数据传输成为智能钻具开 发的难点。目前智能钻具用于数据传输通常有直接接触连接和电磁感应耦合两种方式，直 接接触连接方式因为钻具受力等原因在钻具结构上有很高的要求，容易因为恶劣的力学条 件导致信号传输失效，信号在长距离传输过程中，存在抗干扰能力差，信号衰减等缺点；电 磁感应耦合方式解决了直接接触连接方式的缺点，实现了不同钻具之间的电气隔离，但却 存在耦合磁芯特殊，感应线圈绕制困难，信息传输量受变压器带宽限制，无法直接传送数字 信号，传输过程中信号能量不断损耗等缺点。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光电耦合信号传输的智能钻具，本钻 具克服了传统智能钻具信号传输的缺陷，本钻具的传输信号抗干扰、抗衰减能力强，并可用 于数字信号的直接传输，且钻具结构简单，避免了钻具受力对信号传输的影响。为解决上述技术问题，本实用新型光电耦合信号传输的智能钻具包括钻具公接头 和钻具母接头，所述钻具公接头和钻具母接头内衬复合钢管，所述钻具公接头和钻具母接 头管壁与复合钢管之间设有导线，还包括发光元件组、光敏元件组、电源模块和信号放大模 块，所述钻具公接头与钻具母接头扣合后公接头与母接头之间设有空腔，所述发光元件组 位于所述空腔内并设于所述钻具母接头端或钻具公接头端，所述发光元件组与所述钻具母 接头或钻具公接头内导线连接，所述光敏元件组、电源模块和信号放大模块位于所述空腔 内并设于所述钻具公接头端或钻具母接头端，所述电源模块输入端和信号放大模块输出端 分别与所述钻具公接头或钻具母接头内导线连接，所述电源模块输出端连接所述信号放大 模块电源端，所述光敏元件组输出端连接所述信号放大模块输入端，所述发光元件组与光 敏元件组的位置匹配。上述发光元件可以采用发光二极管，上述光敏元件可以采用光敏二极管或光敏三极管。由于本实用新型光电耦合信号传输的智能钻具采用了上述技术方案，即钻具公接 头与钻具母接头扣合后之间设有空腔，发光元件组位于空腔内设于钻具母接头端或钻具公 接头端并与钻具母接头或钻具公接头内导线连接，光敏元件组、电源模块和信号放大模块 位于空腔内设于钻具公接头端或钻具母接头端，电源模块输入端和信号放大模块输出端分 别与钻具公接头或钻具母接头内导线连接，电源模块输出端连接信号放大模块电源端，光敏元件组输出端连接信号放大模块输入端，发光元件组与光敏元件组的位置匹配。本钻具 克服了传统智能钻具信号传输的缺陷，本钻具的传输信号抗干扰、抗衰减能力强，并可用于 数字信号的直接传输，且钻具结构设计更加合理，避免了钻具受力对信号传输的影响。
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明
图1为本实用新型光电耦合信号传输的智能钻具的结构示意图，图2为本智能钻具中钻具公接头与钻具母接头分离示意图。
具体实施方式
如
图1和图2所示，本实用新型光电耦合信号传输的智能钻具包括钻具公接头2 和钻具母接头1，所述钻具公接头2和钻具母接头1内衬复合钢管3，所述钻具公接头2和 钻具母接头1管壁与复合钢管3之间设有导线4，还包括发光元件组5、光敏元件组6、电源 模块7和信号放大模块8，所述钻具公接头2与钻具母接头1扣合后公接头与母接头之间设 有空腔9，所述发光元件组5位于所述空腔9内并设于所述钻具母接头1端或钻具公接头2 端，所述发光元件组5与所述钻具母接头1或钻具公接头2内导线4连接，所述光敏元件组 6、电源模块7和信号放大模块8位于所述空腔9内并设于所述钻具公接头2端或钻具母接 头1端，所述电源模块7输入端和信号放大模块8输出端分别与所述钻具公接头2或钻具 母接头1内导线4连接，所述电源模块7输出端连接所述信号放大模块8电源端，所述光敏 元件组6输出端连接所述信号放大模块8输入端，所述发光元件组5与光敏元件组6的位 置匹配。上述发光元件5可以采用发光二极管，上述光敏元件6可以采用光敏二极管或光
敏三极管。本智能钻具中采用光电耦合器件代替传统的直接接触连接和电磁感应耦合连接 的方式，光电耦合器件由一组发光器件和光敏器件组成光耦器，它能实现电一光一电信 号的转换，并且输入信号与输出信号所在的电路在电气上是隔离的。就光电耦合器件而言， 只要其输入端有一定的电信号，其输出端就能输出相应的电信号。适当增大电流，使夹杂在 电信号中的电气噪声被完全限制在所选择的开关电流幅度内，即相对弱小的干扰信号，也 无法改变信号的有无状态，可有效地抑制干扰，提高信息传输的可靠新，并增加数据的传输 距离；光耦电路一般由光的发射，光的接受及信号放大组成，输入的电信号驱动发光器件， 使之发出一定波长的光，包括可见光和红外光，被光敏器件接受而产生电流，再经放大后输 出，就实现了电一光一电的转换，由于输入与输出间的电气隔离，电信号传输具有单向 性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，又由于光耦合的输入端属于电流型 工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力，可以提高信噪比。光耦信号传输是一项在工业上被成熟应用的技术。本智能钻具在钻具接头的对接 处应用光耦技术传输信号，实现钻井过程中井下与井上数据传输。钻具接头在结构上经过 特别设计，用以安装光耦器件和相应的电源和放大模块。放大模块可以是分立元件电路，也 可以是起到同等功效的集成电路。电源模块可以根据需要选择配备直流稳压电路和开关电 路。直流稳压电路用于稳定电源电流，提供放大模块稳定的直流电。开关电路用于低电平
4时关断电源以节省能源。钻井过程中数据一开始以电信号的形式传送，在接头对接处经由发光器件将电信 号转化为光信号，再由另一端的光敏器件将光信号转化为电信号，经过放大模块处理后传 输至钻具另一端，再驱动那一端的发光器件。如此光电转换过程，实现将井下与井上的数据 传输。所需对接的不同钻具公母接头之间为电——光——电信号传输，即应用光耦技术 进行电气隔离和信号传递。同一根钻具的两端公母接头之间的信号为电——电信号传输， 由导线实现信号传递。本实用新型中，钻具的公接头和母接头经特殊加工，即通过车削使得公接头与母 接头扣合时，在公接头与母接头中间形成空腔，光耦器件体积小，可安装于每根钻具的公接 头与母接头扣合后的空腔内。由于光耦信号传输具有单向性特点，因此发光元件组位于空 腔内并可分别置于公接头端或母接头端，相应的光敏元件组及电源模块、信号放大模块位 于空腔内并可分别置于母接头端或公接头端，即安装传输方向相反的两个光耦器件，从而 实现信号双向传输，当安装多组光耦器件，即可实现信号的并行传输，大为提高信号传输速 率。光耦器件电路能耗小，电源模块也可采用电池供电形式，进一步减小了安装空间。 同时光耦器件可以直接传输数字信号，以单根钻具为单元，每根钻具可以看作一个单独的 传输模块，多个这样的模块连接不会引入新的问题，这是变压器耦合智能钻具无法实现的 好处。
权利要求一种光电耦合信号传输的智能钻具，包括钻具公接头和钻具母接头，所述钻具公接头和钻具母接头内衬复合钢管，所述钻具公接头和钻具母接头管壁与复合钢管之间设有导线，其特征在于还包括发光元件组、光敏元件组、电源模块和信号放大模块，所述钻具公接头与钻具母接头扣合后公接头与母接头之间设有空腔，所述发光元件组位于所述空腔内并设于所述钻具母接头端或钻具公接头端，所述发光元件组与所述钻具母接头或钻具公接头内导线连接，所述光敏元件组、电源模块和信号放大模块位于所述空腔内并设于所述钻具公接头端或钻具母接头端，所述电源模块输入端和信号放大模块输出端分别与所述钻具公接头或钻具母接头内导线连接，所述电源模块输出端连接所述信号放大模块电源端，所述光敏元件组输出端连接所述信号放大模块输入端，所述发光元件组与光敏元件组的位置匹配。
2.根据权利要求1所述的光电耦合信号传输的智能钻具，其特征在于所述发光元件 是发光二极管，所述光敏元件是光敏二极管或光敏三极管。
专利摘要本实用新型公开了一种光电耦合信号传输的智能钻具，钻具公接头与钻具母接头扣合后之间设有空腔，发光元件组位于空腔内设于钻具母接头端或钻具公接头端并与钻具母接头或钻具公接头内导线连接，光敏元件组、电源模块和信号放大模块位于空腔内设于钻具公接头端或钻具母接头端，电源模块输入端和信号放大模块输出端分别与钻具公接头或钻具母接头内导线连接，电源模块输出端连接信号放大模块电源端，光敏元件组输出端连接信号放大模块输入端，发光元件组与光敏元件组的位置匹配。本钻具克服了传统智能钻具信号传输的缺陷，本钻具的传输信号抗干扰、抗衰减能力强，并可用于数字信号的直接传输，且钻具结构设计更加合理，避免了钻具受力对信号传输的影响。
文档编号E21B17/02GK201753602SQ20102050663
公开日2011年3月2日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者袁鹏斌, 陈勰 申请人:上海海隆石油管材研究所