数据棒、钻铤和内部短节形成的连接结构以及随钻测井仪器的制作方法

本发明涉及石油开采设备技术，尤指一种数据棒、钻铤和内部短节形成的连接结构和随钻测井仪器。

背景技术：

随钻测量(Measure While Drilling:MWD)和随钻测井(Logging While Drilling:LWD)是完成大角度及水平井钻井，实时井场数据采集、解释、现场决策以及指导完成地质导向钻井的关键技术，其综合了录测井、钻井和油藏描述等多种学科技术，可简化钻井作业程序，节约成本，提高钻井精度，调整钻井设计和提高采收率。

一般认为LWD包括MWD。随钻测井仪器一般以短节为功能单位，每种功能的仪器单独成为一个短节，例如：随钻电阻率短节，随钻中子密度短节。LWD主要包括如下短节：供电短节；各种工程参数，地层参数测量短节；泥浆脉冲器传输短节。其中泥浆脉冲传输短节与数据采集系统，地面解调系统构成泥浆脉冲遥传系统，泥浆脉冲遥传系统是所谓的MWD的重要组成部分。

如附图1系统原理图所示，目前新一代的高速率泥浆脉冲遥传系统原理为：在钻进过程中，井下测量传感器测得工程参数以及地层参数，这些测得的模拟信号，通过数据编码器，转换为数字信号。数字信号经过控制电路调制后，将调制后控制信号传递给驱动电路，驱动电路从供电短节取电控制电机运动，涡轮发电机供电时要经过通讯电路，通讯电路可根据实际需要实现脉冲器短节的其他功能，电机按着控制电路给定的控制信号进行运动，带动泥浆脉冲器转子旋转或摆动，脉冲器的定转子剪切流体，产生脉冲信号，这些脉冲压力信号，经过钻杆传输到地面，地面的压力传感器进行采集，通过解调系统井下的压力信号传输上来的数据进行解析，得到井下工程参数和地层参数。

泥浆脉冲发生器遥传系统是MWD、LWD设备中的最重要组成部分，是井下信息实时地传输到地面的重要手段。随着地层评价技术的不断发展，井下数据量在逐渐增大，需要更高传输速率的脉冲器，MWD系统的传输速率逐渐成为制约井下数据上传的瓶颈。

随钻测井仪器中，每个功能短节，一般由钻铤，INSERT等构成。外部钻铤作为保护筒，用于钻柱内外密封，钻进时承受转矩和钻压，起下钻、提升钻柱时承受拉力。内部为INSERT结构，钻铤内壁和INSERT之间，形成密封舱，密封舱里面放置电路板，亦称为电子舱。钻井泥浆由INSERT中间内孔通过。在短节内部，仪器功能转换需要转接时，有时会有流体通道转换，用于流道转换的接头，称为流道转换接头。

仪器电子舱，由钻铤内壁和电子骨架外壁密封形成，用来放置电路板，这些电路板的功能各异，有控制，驱动，中央控制等。其中电路板的芯片功能参数有时需要配置，芯片程序有时需要更新，有时需要向仪器内部供电以驱动仪器按着既定的轨迹运动，有时需要读取仪器井下工作时贮存的数据。短节之间使用约定好的通讯协议进行通讯。例如使用1553协议等，可用单芯线缆实现信号和电力传输，通过总线或通讯协议实现电子舱内电路板，以及短节之间的通讯及信号传输。

在实验室进行试验，以及井场测量工作开始前，需要利用数据棒进行配置等操作时，一般使用单芯接插件数据棒，进行数据读取，而更进一步的程序芯片烧写，则需要将INSERT取出，在电路板上直接利用电路板上的多芯接插件进行读写操作，费时费力。对于总线在随钻仪器内部过线，目前的仪器都是进行流道转换，即中间流道转换为环空流道，或环空流道向中空流道转换。

目前，随着石油钻进技术的发展，越来越多的钻井参数和地层评价参数需要被实时上传，对随钻测井中的数据传输率及误码率的要求也不断提高，需要传输速率更高，更为可靠的信号遥传系统。泥浆脉冲法是众多信息传输方式中较为可靠，应用最为广泛的传输方式。

国际上，采用往复运动的连续波脉冲发生器可实现7000m井深下15bps的数据传输率，而国内利用数据压缩技术，使正作用脉冲发生器数据传输率达到4bps。

总的来讲，目前国内尚无自主研发的脉冲器用于商业用途，从泥浆脉冲发生器的原理到制造，井下数据压缩，调制，滤波降噪解调等领域，均存在较大空白。MWD仪器在实验室循环试验和井场工作时，均需要进行状态监控，参数设置等操作。

石油测井仪器中，信号和电力在短节内部和短节之间传输是仪器设计中需要着重考虑的问题。

而新一代脉冲器的执行机构有运动零件，存在着压力补偿和动密封。已有的通过流道转换，使用单芯接插件的布线方式存在设计困难。此外，对于泥浆脉冲器需要外部供电，或者监测电机的运行情况，使用单芯接插件的布线方式也已经不能满足仪器的这些功能或操作要求。

仪器在实验室内进行循环试验时，INSERT装入短节中，短节间通过上扣扭矩，利用钻铤的密封面实现短节间的密封。循环试验进行中，需要监测系统运行情况，试验完成后，INSERT电路骨架上的电路板芯片数据需要读取等，单芯接插件显然是不够的。以旋转变压器为例，需要有6根线缆来监测电机位置跟踪情况。有时当系统供电，也就是涡轮发电机供电不稳定的时候，需要从外部供电，此时用多芯接插件可以实现电力传输，向仪器内部供电。

仪器作业前，在钻井现场井况，需要进行参数配置，例如控制电路的调制参数，电机伺服控制的PID参数等。均需要根据钻井工况，如井深，泥浆泵排量，泥浆密度，泥浆粘度等，进行控制参数，调制方式等配置。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供了一种数据棒，其功能为实现随钻测井仪器中仪器短节内部芯片、电路与外部显示终端、输入终端、电源等的数据交换，程序写入芯片，电力传输，仪器工作状态监控等。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种数据棒，用于随钻测井仪器，包括：具有贯通孔的外套；具有贯通孔的内套，安装在所述外套内、并可相对所述外套转动；第一多芯接插子件，安装在所述内套一端的内部、并由所述外套的止口定位；第二多芯接插子件，安装在所述内套另一端的内部、并与所述第一多芯接插子件相连接；和压紧盖，安装在所述外套的另一端、并套装在所述内套上由所述内套的止口定位，可阻止所述内套脱出所述外套。

可选地，所述内套的内部安装有放大增益电路、显示电路和/或发光二极管。

可选地，所述外套的所述一端的外表面上设置有细牙外螺纹、所述外套的外表面进行滚花处理。

可选地，所述内套、所述外套选用钛合金或铝合金等低密度金属材料制作。

可选地，所述第一多芯接插子件为插件母针、所述第二多芯接插子件为插件公针。

可选地，所述插件公针的针芯数为5～10个，亦可根据需要增加针芯数。

本发明还提供了一种钻铤和内部短节形成的连接结构，用于随钻测井仪器，包括：钻铤；内部短节；和上述任一实施例所述的数据棒，所述数据棒穿过所述钻铤的钻铤壁通孔安装在所述内部短节上，当仪器下井作业时，数据棒更换为密封堵头。

可选地，所述钻铤包括：具有贯通孔的钻铤的壳体，所述壳体的侧壁上具有钻铤壁通孔；所述内部短节包括：流道转换接头，安装在所述壳体内部；电子骨架，安装在所述壳体内、并连接所述流道转换接头，所述数据棒的一端自钻铤壁通孔穿过所述壳体后、连接所述电子骨架(靠外套螺纹安装在所述电子骨架的多芯承压接头座)；电路板，安装在所述电子骨架和所述壳体的内壁之间；和多芯承压接头，安装在所述电子骨架(的多芯承压接头座)上，位于所述钻铤壳体和电子骨架形成的腔体之间。

本发明还提供了一种随钻测井仪器，包括有上述任一实施例所述的钻铤和内部短节形成的连接结构。

与现有技术相比，本发明提供的数据棒，其功能为实现随钻测井仪器中仪器短节内部芯片、电路与外部显示终端、输入终端、电源等的数据交换，程序写入芯片，电力传输，仪器工作状态监控等。

仪器下井工作时，数据棒处将换成密封堵头，为了保证密封堵头密封失效时不涉及电路板上的其他电子器件，设计时，数据棒所在腔体与电子舱独立密封。

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结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为相关技术中的脉冲遥传系统；

图2为本发明所述的带有数据棒钻铤的剖视结构局部示意图；

图3为图2中的局部结构示意图；

图4为图2另一部分的剖视结构示意图；

图5为本发明所述的密封堵头替换数据棒后钻铤的剖视结构局部示意图；

图6为图2中数据棒的剖视结构示意图。

其中，图2至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1外套，2内套，3第一多芯接插子件，4第二多芯接插子件，5压紧盖，6壳体，7流道转换接头，8电子骨架，9电路板，10多芯承压接头，11密封堵头，12多芯承压接头座。

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，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合附图描述本发明一些实施例的数据棒、钻铤和内部短节形成的连接结构和随钻测井仪器。

如图2、图3和图6所示，本发明提供的数据棒，用于随钻测井仪器，包括：具有贯通孔的外套1；具有贯通孔的内套2，安装在外套1内、并可相对外套1转动；第一多芯接插子件3，安装在内套2一端的内部、并由外套1的止口定位；第二多芯接插子件4，安装在内套2另一端的内部、并与第一多芯接插子件3相连接；和压紧盖5，安装在外套1的另一端、并套装在内套2上，由内套2的止口定位，可阻止内套2脱出外套1。

本发明提供的数据棒，其功能为实现随钻测井仪器中仪器短节内部芯片、电路与外部显示终端、输入终端、电源等的数据交换，程序写入芯片，电力传输，仪器工作状态监控等。

此种设计的优点是，数据棒多芯接插件位置形成独立密封舱，信号或电力传输时使用承压接插件。单芯机构接插件可以旋入，而多心接插件(其中的第一多芯接插子件和第二多芯接插子件)不能旋入，需要对齐每对公母针(插件公针和插件母针)，当装入钻铤后，需要进行测试，数据读出，试验时，芯片存储的数据需要读出写入，监测，参数配置等，可进行电机三相电供电，接地，RS-422、RS-485、JTAG等协议的通讯等。

可选地，内套2的内部安装有放大增益电路、显示电路和/或发光二极管。

可选地，外套1的一端的外表面上设置有细牙的外螺纹、外套1的外表面进行滚花处理。

可选地，内套2、外套1选用钛合金或铝合金等低密度材料制作。

可选地，第一多芯接插子件3为插件母针、第二多芯接插子件4为插件公针。

可选地，所述插件公针的针芯数为5～10个，亦可根据需要增加针芯数。

为了能够牢固对接，需要利用数据棒的外套和内套来固定插针，设计使用单动结构，即内套不动，外套转，外套4上有细牙的外螺纹，可以用螺纹连接在插件母针的安装座上。使用时，公母接插件(插件公针和插件母针)预对准，利用数据棒的外套上外螺纹旋入多芯承压接头座12上带动第二多芯接插子件，使公母针插牢。内套里面可放置电路，例如放大增益电路，显示电路，发光二极管等。为了方便手工操作，外套需做滚花处理。仪器井口测试时，数据棒悬臂使用，为了降低总体质量，不因数据棒过重而使接插件承受非必要载荷，数据棒的外套和内套整体使用钛合金，或硬铝合金等低密度材料。

如图2至图4、图6所示，本发明提供的钻铤和内部短节形成的连接结构，用于随钻测井仪器上，包括：钻铤；内部短节；和上述任一实施例所述的数据棒，数据棒安装在所述内部短节的电子骨架上(并采用独立密封舱结构形式进行设计布置)。

本发明提供的钻铤和内部短节形成的连接结构，具有上述任一实施例提供的数据棒的全部优点，在此不再赘述。

可选地，钻铤及内部短节包括：具有贯通孔的钻铤的壳体6；流道转换接头7，安装在壳体6内；电子骨架8，安装在壳体6内、并连接流道转换接头7，数据棒安装在壳体6上、并连接电子骨架8；电路板9，安装在电子骨架8和壳体6之间；和多芯承压接头10，安装在电子骨架8和壳体6之间空腔内。

本发明设计了：1、多芯接插件(包括第一多芯接插子件和第二多芯接插子件)单动的数据棒：使用多芯形式的数据棒，可以直接驱动控制电机，检测电机运行情况，可以进行数据读取，可以用来程序烧写芯片。2、设计了总线走线方式：保证承压，绝缘的前提下，通讯可靠，总线数据稳定传输。3、设计了独立密封的数据读取口：可保证仪器内部数据读出口的承压，当仪器下井作业，密封失效，此处有渗漏时，能保证电路骨架处电路板不受影响，同时也保证仪器的其他部分不受影响。

本发明设计的单动结构，数据棒的外套与电子骨架的多芯承压接头座12之间用螺纹连接，能够保证接插件连接可靠。单动结构节省了连接空间，不需要钻铤的壳体再使用其他辅件，有利于数据棒减重。由于多芯接插件在接插时，不能旋转，单动结构较好地解决了多芯接插件公母针(插件公针和插件母针)对接，可以实现仪器内部和外部的数据交换。数据棒采用多芯接插件在随钻测井仪器井口配置时首次使用，能够为仪器内部的电机等进行供电，也便于实现如电机位置波形的直接输出，实现实时监测。

芯片程序的烧写，有了多芯接插件，可实现485、JTAG等协议的数据传输，与单芯接插件的1553协议相比，多芯接插件的数据棒提升了芯片写入速度。

本发明提供的随钻测井仪器，包括有上述任一实施例所述的钻铤和内部短节形成的连接结构。

本发明提供的随钻测井仪器具有上述任一实施例提供的钻铤和内部短节形成的连接结构的全部优点，在此不再赘述。

多芯接插件用于数据读取口，公母针接入时不能连续旋转，需要采用一定的结构形式，保证公母针能顺利插入，拔出，本设计使用了内外壳单动的形式，较好地解决了这个问题，内外壳单动的结构形式，减小了用于固定数据棒的辅件，简化了数据棒的结构。与现有的数据棒比较，现有的数据棒由于使用的单芯接插件，在公母针接入时，可以连续旋转。

多芯接插件的使用，比较单芯接插件，可以实现更大量的数据交换。

综上所述，本发明提供的数据棒，其功能为实现随钻测井仪器中仪器短节内部芯片、电路与外部显示终端、输入终端、电源等的数据交换，程序写入芯片，电力传输，仪器工作状态监控等。

仪器下井工作时，数据棒处将换成密封堵头11，为了保证密封堵头密封失效时，不涉及电路板上的其他电子器件，设计时，数据棒所在腔体与电子舱独立密封(附图5)。

在本发明的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，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。