专利名称：电通讯钻杆及提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法
技术领域：
本发明涉及一种电通讯钻杆及提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法，尤其涉及一种内外表面涂布有电绝缘材料的钻杆，钻杆两端可导通，在电磁波随钻测量中的上部钻柱，采用电通讯钻杆部分代替或全部代替普通钻杆，电通讯钻杆安装在绝缘短节的上端，与地层绝缘，减少绝缘短节附近局部涡流产生的损耗，进而有效提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法。
背景技术：
电磁随钻测量(EM-MWD)是20世纪80年代进入工业化应用的一项新技术，受泥浆介质影响小，不仅可以用于泥浆钻井，而且可以用于泡沫、空气钻井。在实际测井过程中，由于电磁波要经过地层进行传输，受地层电阻率的影响很大，尤其在地层电阻率在O 10 Ω m时，对地面信号的接收影响极大。通常情况下，地层电阻率越小，信号的衰减就越严重，当达到一定深度时，在地面将难以检测到有效的电磁波信号。究其原因，主要是由于绝缘短节的长度通常较短，面对大段低电阻地层，其绝大部分或者全部将置于低电阻率地层中，在激励电流的作用下，发射两极的距离较近，易形成较大的局部涡流，使得反馈到地面的电压极小，难以实现信号的接收，不利于在较深井眼内进行电磁波随钻测量作业。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在问题，提供一种内外表面涂布有电绝缘材料、两端导通的电通讯钻杆，并提供一种将所述的电通讯钻杆用于电磁波随钻测量中，从而有效提高信号传输距离的方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现，提供一种电通讯钻杆，包含有钻杆本体和涂层，所述的钻杆本体为普通钻杆，钻杆本体两端分别为公扣端与母扣端，公扣端与母扣端上设有螺纹，以便钻杆首尾相连；所述的涂层为电绝缘层，分为钻杆外电绝缘层和钻杆内电绝缘层，喷涂电绝缘层部位为钻杆除螺纹与端面之外的内、外表面，所述的电绝缘层为耐磨胶或由硬胶与金刚石混合材料喷涂而成。本发明所述的耐磨胶选用BD706耐磨胶。本发明所述硬胶与金刚石混合材料中金刚石颗粒与硬胶的体积比为1:5 1:2，金刚石颗粒的粗细为40 150目，所述的硬胶剪切强度不低于24MPa。本发明所述的硬胶选用乐泰380、乐泰415、乐泰480、乐泰4210或乐泰4212。在本发明之前钻杆使用耐磨耐高温防腐蚀的涂料喷涂防腐层，目的是为了保护钻杆。本发明首次提出了在普通钻杆本体内、外表面喷涂电绝缘层，目的是为了在电磁波随钻测量中有效地提高信号传输距离。由于普通钻杆与钻铤结构上差不多，仅在管壁厚度上有所区别，钻铤的壁厚比普通钻杆要大，因而，同样可以采用上述方法加工钻铤。本发明提供一种基于使用上述电通讯钻杆提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法，方法中使用的设备包括钻柱单元、井下测量发射单元与信号接收单元；操作步骤如下
(1)、将钻柱单元以管柱组合的形式设置于井壁内，从钻头往上依次连接有下部钻柱、无磁钻具、悬挂短节、绝缘短节及上部钻柱；所述上部钻柱由下往上包含了喷涂有电绝缘层的电通讯钻杆及普通钻杆，电通讯钻杆连接的长度为9 3000m，或全部采用电通讯钻杆替代普通钻杆；
⑵、将井下测量发射单元安装在无磁钻具、悬挂短节和绝缘短节中，随同钻柱单元一起下入井内；井下测量发射单元为分体式组合方式或整体式组合方式；其中 a、所述的分体式组合方式从底往上依次包括有测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节及引线组件，所述测量电源短节和发射电源短节分别为测量短节和发射短节提供能源动力；发射短节一极通过台肩卡与悬挂短节相连，另一极经由引线始端组件通过铠装电缆与引线末端固定托盘相连；
b、所述的整体式组合方式从底往上依次包括有电源短节、测量发射短节及引线组件，所述的测量发射短节内有安装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节连接测量发射短节并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；测量发射短节的发射器件的激励源的一极通过台肩卡与悬挂短节相连，另一极通过铠装电缆经由引线始端组件与引线末端固定托盘相连；
两种组合方式中各相邻部件之间通过螺纹连接；所述的测量电源短节、测量短节、发射电源短节及电源短节通过螺钉固定在无磁钻具内；所述的发射短节及测量发射短节卡置于悬挂短节上；所述的引线组件由引线始端组件和引线末端固定托盘组成，引线始端组件通过铠装电缆连接引线末端固定托盘，引线末端固定托盘固定在上部钻柱中电通讯钻杆上，所述的电通讯钻杆与引线末端固定托盘的固定处未喷涂电绝缘层；
⑶、在井架的地面安装信号接收单元，所述信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置一极与井架相连，另一极与接地电极相连，接地电极深插入地面；
⑷、电磁波随钻测量系统工作时，井下发射短节或测量发射短节的发射器件的激励源以绝缘短节为阻隔，在发射短节或测量发射短节、铠装电缆、上部钻柱、地层和悬挂短节中形成电流回路；围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收装置通过测定接地电极与井架之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示井底测量所得的信息。本发明的电通讯钻杆同样可以适用于其他形式的电磁波随钻测量，仅需将绝缘短节之上的钻杆以电通讯钻杆部分替代或全部替代普通钻杆，通过使用电通讯钻杆加长了发射两极的距离，避免局部涡流现象的出现，有利于电磁波信号的分散与传输，使得反馈到地面的信号电压增大，从而有效提高电磁波随钻测量信号传输距离。本发明的技术与现有技术相比具有以下有益效果
I、本发明的电通讯钻杆结构简单，在钻杆内、外壁喷涂电绝缘层，技术成熟，易于实现工业化生产。2、本发明的电通讯钻杆应用于电磁波随钻测量中，安装在绝缘短节的上端，与地层绝缘，减少绝缘短节附近局部涡流产生的损耗，有效地提高电磁波随钻测量信号的传输距离。同时也使得电源能量得到充分的利用，延长电磁波随钻测量仪器在井下使用的时间。
图I为本发明电通讯钻杆的剖面示意图。图2为本发明的方法中使用的分体式测量发射单元结构示意图。图3为本发明的方法中使用的整体式测量发射单元结构示意图。上述图中1_钻杆母扣端；2_钻杆本体 ；3a_外电绝缘层；3b_内电绝缘层；4-钻杆公扣端；5-井架；6_电缆；7_接收装置；8_接地电极；9_绝缘短节；10_悬挂短节；11_螺钉；12_无磁钻具；13_下部钻柱；14_钻头；15_测量电源短节；16_测量短节；17_发射电源短节；18_发射短节；19_引线始端组件；20_铠装电缆；21_引线末端固定托盘；22_电通讯钻杆；23_普通钻杆；24_电源短节；25_测量发射短节。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述。实施例I :本发明的一种电通讯钻杆，其结构如图I所示,包含有钻杆本体2和涂层，所述的钻杆本体2为普通钻杆，钻杆本体两端分别为钻杆公扣端4与钻杆母扣端1，公扣端与母扣端上设有螺纹，以便钻杆首尾相连；所述的涂层为电绝缘层，分为钻杆外电绝缘层3a和钻杆内电绝缘层3b，喷涂电绝缘层部位为钻杆除螺纹与端面之外的内、外表面，所述的电绝缘层为硬胶与金刚石混合材料喷涂而成，其中金刚石颗粒与硬胶混合的体积比为1:5，金刚石颗粒的粗细为40目，所述硬胶的剪切强度不低于24MPa，硬胶选用乐泰380。实施例2 :本发明的一种电通讯钻杆，其结构如实施例1，不同的是所述的电绝缘层喷涂料中金刚石颗粒与硬胶混合的体积比为1:2，金刚石颗粒的粗细为150目，硬胶选用乐泰4210。实施例3 :使用本发明实施例I提供的电通讯钻杆提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法，方法中使用的设备包括钻柱单元、井下测量发射单元与信号接收单元；其操作步骤如下，参见图2 ；
⑴、将钻柱单元以管柱组合的形式设置于井壁内，从井底的钻头14往上依次连接有下部钻柱13、无磁钻具12、悬挂短节10、绝缘短节9及上部钻柱；所述上部钻柱由下往上含有喷涂有电绝缘层的电通讯钻杆22及普通钻杆23，根据钻进实际深度及信号强弱设定安装电通讯钻杆的长度为9m ；
⑵、将井下测量发射单元安装在无磁钻具12、悬挂短节10和绝缘短节9中，随同钻柱单元一起下入井内；井下测量发射单元采用分体式组合方式；所述的分体式井下测量发射单元，从底往上依次包括有测量电源短节15、测量短节16、发射电源短节17、发射短节18及引线组件，各相邻部件之间通过螺纹连接；所述的引线组件由引线始端组件19和引线末端固定托盘21组成；所述测量电源短节15和发射电源短节17分别为测量短节16和发射短节18提供能源动力；发射短节18中发射器件一极通过台肩卡与悬挂短节10相连,另一极经由引线始端组件19通过铠装电缆20与引线末端固定托盘21相连；所述的测量电源短节15、测量短节16、发射电源短节17及发射短节18通过螺钉11固定在无磁钻具12内；所述的引线末端固定托盘21固定在上部钻柱中的电通讯钻杆上，所述的电通讯钻杆与引线末端固定托盘21的固定处未喷涂电绝缘层；
⑶、在井架的地面上安装信号接收单元，信号接收单元设有地面接收装置7和接地电极8，接收装置一极通过电缆6与井架5相连，另一极与接地电极8相连，接地电极深插入地面；
⑷、电磁波随钻测量系统工作时，井下发射短节18的发射器件的激励源以绝缘短节9为阻隔，在发射短节18、铠装电缆20、上部钻柱、地层和悬挂短节10中形成电流回路；围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收装置7通过测定接地电极8与井架5之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置7处理与显示井底测量所得的信息。实施例4 :使用本发明实施例2提供的 电通讯钻杆提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法，方法中使用的设备包括钻柱单元、井下测量发射单元与信号接收单元；其操作步骤如下参见图3 ；
⑴、将钻柱单元以管柱组合的形式设置于井壁内，从钻头14往上依次连接有下部钻柱13、无磁钻具12、悬挂短节10、绝缘短节9及上部钻柱；上部钻柱由下往上包含了喷涂有电绝缘层的电通讯钻杆22及普通钻杆23，电通讯钻杆的长度根据实际情况设定为3000m ；
⑵、将井下测量发射单元安装在无磁钻具12、悬挂短节10和绝缘短节9中，随同钻柱单元一起下入井内；采用整体式组合方式的井下测量发射单元；整体式组合的井下测量发射单元从底往上依次有电源短节24、测量发射短节25及引线组件，各相邻部件之间通过螺纹连接；所述的引线组件由引线始端组件19和引线末端固定托盘21组成；所述的测量发射短节25内有安装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节24连接测量发射短节25并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；测量发射短节25的发射器件的激励源的一极通过台肩卡与悬挂短节10相连，另一极通过铠装电缆20经由引线始端组件19与引线末端固定托盘21相连；所述的测量发射短节25及电源短节24通过螺钉11固定在无磁钻具12内；引线末端固定托盘21以螺纹的形式固定在上部钻柱中的电通讯钻杆上，所述的电通讯钻杆与引线末端固定托盘21的固定处未喷涂电绝缘层；
⑶、在井架5的地面安装信号接收装置7，接收装置一极与井架5相连，另一极与深插入地面的接地电极8相连；
⑷、电磁波随钻测量系统工作时，测量发射短节25的发射器件的激励源同样以绝缘短节9为阻隔，在测量发射短节25、铠装电缆20、上部钻柱、地层和悬挂短节10中形成电流回路；围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，接收装置7通过测定接地电极8与井架5之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示井底测量所得的信息。由于安装了电通讯钻杆22减少绝缘短节附近局部涡流现象的出现，有利于电磁波信号的分散与传输，使得反馈到地面的电压增大，提高了电磁波随钻测量信号传输的距离。实施例5 :本发明中电通讯钻杆与所述的方法与实施例4基本相同。不同的是电通讯钻杆涂层中使用硬胶选用乐泰4212 ;上部钻柱中全部使用电通讯钻杆。实施例6 :本发明中电通讯钻杆与所述的方法与实施例5基本相同。不同的是电通讯钻杆电绝缘层中使用的耐磨胶为BD706耐磨胶。本发明的电通讯钻杆应用于电磁波随钻测量中，电通讯钻杆安装在绝缘短节的上端，与地层绝缘，减少绝缘短节附近局部涡流产生的损耗，可有效地提高电磁波随钻测量信号的传输距 离。
权利要求
1.一种电通讯钻杆，包含有钻杆本体和涂层，其特征在于所述的钻杆本体为普通钻杆，钻杆本体两端分别为公扣端与母扣端，公扣端与母扣端上设有螺纹，以便钻杆首尾相连；所述的涂层为电绝缘层，分为钻杆外电绝缘层和钻杆内电绝缘层，喷涂电绝缘层部分为钻杆除螺纹与端面之外的内、外表面，所述的电绝缘层为耐磨胶或由硬胶与金刚石混合材料喷涂而成。
2.根据权利要求I所述的一种电通讯钻杆，其特征在于所述的耐磨胶选用BD706耐磨胶。
3.根据权利要求I所述的一种电通讯钻杆，其特征在于所述的硬胶与金刚石混合材料中金刚石颗粒与硬胶的体积比为1:5 1: 2，金刚石颗粒的粗细为40 150目，所述的硬胶剪切强度不低于24MPa。
4.根据权利要求I所述的一种电通讯钻杆，其特征在于所述的电绝缘层中硬胶选用乐泰380、乐泰415、乐泰480、乐泰4210或乐泰4212。
5.使用权利要求I所述的一种电通讯钻杆提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法，方法中使用的设备包括钻柱单元、井下测量发射单元与信号接收单元；其特征在于操作步骤如下 ⑴、将钻柱单元以管柱组合的形式设置于井壁内，从钻头往上依次连接有下部钻柱、无磁钻具、悬挂短节、绝缘短节及上部钻柱；所述上部钻柱由下往上包含了喷涂有电绝缘层的电通讯钻杆及普通钻杆，电通讯钻杆连接的长度为9 3000m，或全部采用电通讯钻杆替代普通钻杆； ⑵、将井下测量发射单元安装在无磁钻具、悬挂短节和绝缘短节中，随同钻柱单元一起下入井内；井下测量发射单元为分体式组合方式或整体式组合方式；其中 a、所述的分体式组合方式从底往上依次包括有测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节及引线组件，所述测量电源短节和发射电源短节分别为测量短节和发射短节提供能源动力；发射短节一极通过台肩卡与悬挂短节相连，另一极经由引线始端组件通过铠装电缆与引线末端固定托盘相连； b、所述的整体式组合方式从底往上依次包括有电源短节、测量发射短节及引线组件，所述的测量发射短节内有安装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节连接测量发射短节并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；测量发射短节的发射器件的激励源的一极通过台肩卡与悬挂短节相连，另一极通过铠装电缆经由引线始端组件与引线末端固定托盘相连； 两种组合方式中各相邻部件之间通过螺纹连接；所述的测量电源短节、测量短节、发射电源短节及电源短节通过螺钉固定在无磁钻具内；所述的发射短节及测量发射短节卡置于悬挂短节上；所述的引线组件由引线始端组件和引线末端固定托盘组成，引线始端组件通过铠装电缆连接引线末端固定托盘，引线末端固定托盘固定在上部钻柱中电通讯钻杆上，所述的电通讯钻杆与引线末端固定托盘的固定处未喷涂电绝缘层； ⑶、在井架的地面安装信号接收单元，所述信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置一极与井架相连，另一极与接地电极相连，接地电极深插入地面； ⑷、电磁波随钻测量系统工作时，井下发射短节或测量发射短节的发射器件的激励源以绝缘短节为阻隔，在发射短节或测量发射短节、铠装电缆、上部钻柱、地层和悬挂短节中形成电流回路；围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收 装置通过测定接地电极与井架之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示井底测量所得的信息。
全文摘要
本发明涉及一种电通讯钻杆及提高电磁波随钻测量信号传输距离的方法，电通讯钻杆是在普通钻杆内、外表面喷涂电绝缘层，电绝缘层为耐磨胶层或由硬胶与金刚石混合材料喷涂而成，其中金刚石颗粒与硬胶的体积比为1:5～1:2，金刚石颗粒的粗细为40～150目，硬胶的剪切强度不低于24MPa。本方法中使用的设备包括钻柱单元、井下测量发射单元与信号接收单元；本方法是在电磁波随钻测量中的上部钻柱，采用电通讯钻杆部分或全部代替普通钻杆，通过使用电通讯钻杆减少绝缘短节附近局部涡流产生的损耗，使电磁场在空间上充分的分散，进而使得反馈到地面的信号电压增大，提高信号传输距离。本发明的电通讯钻杆结构简单，本方法使用效果显著。
文档编号E21B47/13GK102767363SQ20121024581
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者李田军, 沈传波, 石奎, 邵春, 陈鹏飞 申请人:中国地质大学(武汉)