近钻头恒功率无线短传装置的制作方法

本实用新型主要属于钻井测量领域，具体涉及近钻头恒功率无线短传装置。

背景技术：

现阶段，近钻头随钻测井技术发展较快,与常规随钻测井比较，近钻头测井仪器的传感器探头距离钻头更近，更能及时获取钻开地层信息，更准确标示钻井轨迹，降低钻井作业风险，提高作业效率。一般来说，近钻头随钻测井仪器由以下三部分组成：近钻头测量短节、近钻头短距离传输装置和随钻测量系统（MWD）。其中近钻头测量短节靠近钻头布置，内部安装有加速度计、磁传感器等，用来测量钻进的轨迹信息。有些系统还会安装伽马探头和电阻率测量短节，用来及时测量钻开地层地质信息。近钻头短距离传输装置由发射体和接收体组成，中间跨接螺杆。实现将近钻头测量短节的信息传送至随钻测量系统MWD的功能。由于螺杆的结构特点，一般情况下其不具有电连接性能（不能使用贯穿线实现发射和接收装置的有线通讯），除非改造螺杆结构，使用预埋在螺杆中的贯穿线实现有线通讯。但这种结构有其使用的局限性，基本被摒弃。近钻头短传的发展方向是无线传输方式。中国石油勘探开发研究院钻井工艺研究所采用电磁方式实现，其方法是载有发射天线的无线电磁短传信号发生器将所述的近钻头测量短节采集到的数据进行调制，生成电磁信号，并将该电磁信号发射输出，载有接收天线的无线电磁短传接收器接收被发射输出的电磁信号，并对接收到的电磁信号进行解调，将解调后的数据传给MWD测量系统。第三部分随钻测量系统MWD主要由探管、电池和泥浆脉冲发生器组成。近钻头短距离传输装置将借助于泥浆脉冲发生器将收到的近钻头测量信息发送到地面系统，用于现场工程师的实时监控。

通过改造螺杆的方式实现近钻头有线短距离传输有其很大的缺陷。螺杆在定向井和水平作业中使用量很大，同时种类很多，不同的井况、井径、地层环境和造斜率，使用的螺杆也会不同。螺杆生产厂家也很多，改造螺杆，将贯穿线预埋在螺杆钻具中，推广这项技术将具有很大的难度，未来市场的应用前景很小。

采用电磁方式的短传基本实现了跨接螺杆的无线传输。其使用发射线圈和接收线圈，利用法拉第电磁感应原理实现信号的传输。但这种实现方式也有缺点，感应信号在不同的地阻环境下，接收能量不同，在低阻地层，实现困难，同时机械加工难度较大，现场应用不方便，成本较高。另外，无线电磁短传方式，需要在壳体安装两个线圈，作为发射和接收，线圈要与壳体完全绝缘，一般的方式是做成环形线圈，由于采用的是法拉第电磁感应原理，其缺点也是明显的，加工和安装过于复杂，与地层和泥浆的接触面积小，不能将发射信号大面积射入地层，为保证接收信号的幅度要求，只能一味地提高发射功率，造成发射效率低。同时接收信号信噪比也较差。

技术实现要素：

针对上述问题，本目的是提供一种近钻头无线恒功率短距离传输的装置，实现随钻过程中的跨螺杆近钻头测量短节到随钻测量系统MWD的单向无线数据传输，结构简单，便于市场推广和应用。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

近钻头恒功率无线短传装置，所述装置包括发射部和接收部，所述发射部将信号处理后无线短传至所述接收部，所述发射部分为发射正极和发射负极，所述接收部分为接收正极和接收负极；发射正极将发射信号射入地层，所述发射信号经地层被接收正极接收，并通过接收负极和发射负极构成回路，实现无线短传。

进一步地，所述发射部的结构中部插有一绝缘短节实现将所述发射部分为发射正极和发射负极；

所述接收部的结构中部插有一绝缘短节实现将所述接收部分为接收正极和接收负极。

进一步地，所述发射部包括一个恒功率控制部，所述恒功率控制部实时监测所述发射部的发射信号的电流和电压，并对所述发射信号的电流和电压进行真有效值测量，将真有效值反馈给发射部进而控制所述发射信号的功率恒定。

进一步地，所述发射部包括发射处理器和发射驱动部，所述发射驱动部与所述发射正极和所述发射负极耦合，所述发射处理器与所述发射驱动部存在两种连接，一是所述发射处理器与所述发射驱动部直接相连，另一是所述发射处理器与所述发射驱动部间连接有恒功率控制部，所述发射处理器将所述测量短节的测量数据进行二进制相位键控调制得调制信号；所述发射驱动部，将所述调制信号放大，功率驱动后发射；所述恒功率控制部将真有效值测量反馈至所述发射处理器，发射处理器经过计算后，调节发射信号幅度，保证发射信号功率恒定。

进一步地，所述接收部包括接收变压器、接收信号模拟处理器和接收处理器；所述接收变压器与所述接收正极和接收负极耦合，所述接收变压器与所述接收信号模拟处理器相连，所述接收信号模拟处理器与所述接收处理器相连，所述接收变压器实现接收信号的差分输入，降低工频50Hz干扰；所述接收信号模拟处理部，实现接收信号的滤波放大；所述接收处理器部，实现信号的采样、数字滤波、自动增益控制和与MWD系统的485通讯；所述接收处理器包括RS485通讯接口。

近钻头恒功率无线短传方法，方法包括以下步骤：

（1）安装装置：发射部与钻头测量短节相连，所述接受部于随钻测量系统相连，发射部和接收部分别安装在螺杆两端；

（2）随钻测量数据发射：钻头转动过程中，钻头测量短节测量的数据传至发射处理器；发射处理器对测量短节的测量信息进行二进制相位键控调制传至发射驱动部；发射驱动部将调制信号放大功率驱动后射入地层；

（3）随钻测量数据接收：通过接受变压器将接收部两极的信号耦合进入接收模拟信号处理器，经过小信号差分放大和多级放大滤波处理后进行数字采样，经过接收处理器的数字滤波和相干解调获得原始发送信息。

进一步地，所述随钻测量数据发射步骤中由恒功率控制部发射信号功率恒定；恒功率控制部实时监测发射电流和电压进行真有效值测量，发射处理器经过计算后，调节发射信号幅度，保证射入地层信号功率恒定。

本实用新型的有益技术效果：

（1）本实用新型能够实现近钻头测量短节与随钻测量系统MWD的单向无线通讯，并通过实时测量发射电流和电压的真有效值，实现恒功率控制，在不同电阻率的地层和泥浆环境下，在恒功率算法的控制下，可实现跨接10米螺杆条件下的30比特每秒以上的传输速率。同时装置的加工和现场操作更简便，维护成本更低。

（2）本实用新型采用插入绝缘体结构，将整个壳体作为发射和接收电极的方式，可以保证发射和接收电极与泥浆和地层充分接触，并且接触面积很大。只需要提供一定的功率，即可将信号射入地层，同时接收体的面积很大，可以充分接触地层和泥浆，信号的幅度和信噪比有很大的提高。

附图说明

图1、本实用新型的装置安装示意图；

图2、本实用新型的发射部结构图；

图3、本实用新型的接收部结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。

实施例1

如图1所示，近钻头恒功率无线短传装置，所述装置包括发射部和接收部，所述发射部与钻头测量短节相连，所述接受部于随钻测量系统相连，所述发射部将所述钻头测量短节的测量数据处理后短传至所述接收部，所述接收部将信息进一步处理发送至所述随钻测量系统。所述发射部的结构中部插有一绝缘短节，所述绝缘短节将所述发射部分别割成电气绝缘的发射正极和发射负极；

所述接收部的结构中部分别插有一绝缘短节，所述绝缘短节将所述接收部分别割成电气绝缘的接收正极和接收负极；

通过发射正极、发射负极、接受正极和接收负极实现无线短传。

所述发射部包括恒功率控制部，实时监测所述发射信号的电流和电压，进行真有效值测量，并反馈发射部进而控制所述发射部发射的信号功率恒定。

如图2所示，所述发射部包括发射处理器和发射驱动部，所述发射驱动部与所述发射正极和所述发射负极耦合，所述发射处理器与所述发射驱动部存在两种连接，一是所述发射处理器与所述发射驱动部直接相连，另一是所述发射处理器与所述发射驱动部间连接有恒功率控制部，所述发射处理器将所述测量短节的测量数据进行二进制相位键控调制得调制信号；所述发射驱动部，将所述调制信号放大，功率驱动后发射；所述恒功率控制部将真有效值测量反馈至所述发射处理器，发射处理器经过计算后，调节发射信号幅度，保证发射信号功率恒定。

如图3所示，所述接收部包括接收变压器、接收信号模拟处理器和接收处理器；所述接收变压器与所述接收正极和接收负极耦合，所述接收变压器与所述接收信号模拟处理器相连，所述接收信号模拟处理器与所述接收处理器相连，所述接收变压器实现接收信号的差分输入，降低工频50Hz干扰；所述接收信号模拟处理部，实现接收信号的滤波放大；所述接收处理器部，实现信号的采样、数字滤波、自动增益控制和与MWD系统的485通讯。

近钻头恒功率无线短传方法，使用上装置，方法包括以下步骤：

（1）安装装置：发射部与钻头测量短节相连，所述接受部于随钻测量系统相连，发射部和接收部分别安装在螺杆两端；

（2）随钻测量数据发射：钻头转动过程中，钻头测量短节测量的数据传至发射处理器；发射处理器对测量短节的测量信息进行二进制相位键控调制传至发射驱动部；发射驱动部将调制信号放大功率驱动后射入地层；

（3）随钻测量数据接收：通过接受变压器将接收部两极的信号耦合进入接收模拟信号处理器，经过小信号差分放大和多级放大滤波处理后进行数字采样，经过接收处理器的数字滤波和相干解调获得原始发送信息。

所述随钻测量数据发射步骤中由恒功率控制部发射信号功率恒定；恒功率控制部实时监测发射电流和电压进行真有效值测量，发射处理器经过计算后，调节发射信号幅度，保证射入地层信号功率恒定。

使用真有效值测量芯片AD536A实现发射电压和电流的真有效值转换；

发射功率恒定1瓦特；

接收信号模拟处理部实现接收信号的滤波放大是通过逐级放大滤波实现，调制信号为二进制相位键控调制，载波频率范围为5HZ至10Khz，接收端初级信号幅度在纳伏级，需经过3-4级的放大带通滤波网络才可将其从噪声中提取出。