一种双流钻杆信号传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及井下井上信号传输系统领域中的一种双流钻杆的信号传输系统，是利用双流钻杆系统自身作为信号传输媒介的一种信号传输系统。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，需要了解井下的一些参数及信息，如井下的温度、压力、钻杆位置、振动等，因此，井下与地面有必要进行通信，即实现随钻测量。目前随钻测量数据传输技术有泥浆脉冲法、电磁波法、绝缘电缆传输、光纤遥测等。
[0003]泥浆脉冲法最先出现，早在20世纪50年代就已经用于测井中，也是目前最成熟、应用最广泛的传输技术，一度作为随钻数据传输的现代工业标准。典型传输速率是3?6bit/s，理想状态下为12bit/s，因此该方法不能适应现在钻井所需的高速实时数据传输要求。
[0004]电磁波传输信号最早应用于煤矿安全和军事方面。电磁波传输信号有两种方法:以地层为传输介质和以钻杆为传输导体。电磁波传输数据的速度比较快且不需要特殊钻杆，其主要缺点在于电磁波在井壁地层中衰减严重，该方法仅限于在浅井中应用。
[0005]电缆传输方式分为:非接触感应法传输和直接硬连接法传输。非接触感应方式无法进行能量传输，同时信号衰减严重，必须依赖中继设备。传统的硬连接方式，又存在电缆线易腐蚀、磨损，严重降低使用寿命，增加了钻井成本。
[0006]光纤遥测法，该方法可以达到较高的传输速率，可以达到IMbit/s，但是通信光纤直接裸露在钻井液中，使用一段时间之后便会被钻井液磨损并冲走，属一次性设备。
[0007]双流钻杆系统是由同轴的内钻杆和外钻杆组成，内钻杆的外表面敷有绝缘图层，钻井液由顶驱适配器进入双层钻杆间的环形空间，沿井筒向下流动，在钻头部位清洗井眼并携带岩屑进入内钻杆，最终携带大量岩屑的钻井液经内杆返回地面，从而实现钻井液的闭环循环。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对现有技术存在的的问题，提供一种借助双流钻杆自身作为信号传输导体的信号传输系统。
[0009]为实现上述目的，本发明采用以下设计方案:
一种双流钻杆信号传输系统，包括信号发射器、信号接收器以及双流钻杆。双流钻杆由内钻杆和外钻杆构成，内钻杆和外钻杆形成传输回路，通过该传输回路在双流钻杆中实现井上和井下的信息传递；信号发射器和信号接收器分别有两个，其中一个信号发射器和一个信号接收器安装在双流钻杆一端，并与地面处理器连接；另外一个信号发射器和另外一个信号接收器安装在双流钻杆另一端，并与井下仪器连接。
[0010]上述方案还包括:
信号发射器主要由串口通信电路、信号调制电路、放大器电路、滤波电路和耦合器电路依次连接组成。
[0011]信号接收器主要由耦合器电路、滤波电路、放大器电路、微调电路、信号解调电路和串口通信电路依次连接组成。
[0012]所述的信号发射器的串口通信电路，主要将地面处理器或井下仪器的信息输入至调制电路。
[0013]所述的信号调制电路是通过控制DDS发生器，使其产生频率可变的正弦波信号，利用二进制频移键控技术输出两种频率的正弦波。
[0014]所述的信号发射器的放大器电路主要由两部分组成，前级放大和功率放大。前级放大主要对信号调制电路的输出信号进行幅度放大，使其具有更强的带载能力，同时提高信噪比。功率放大主要对输出的信号进行功率放大，提高信号的传输效率和传输距离。
[0015]所述的信号发射器的滤波电路是带通滤波器，使发射的信号不含干扰信号。
[0016]所述的信号发射器的耦合器电路是将低压通信信号耦合到传输线路上。
[0017]所述的信号接收器的耦合器电路是传输线路上的通信信号耦合到信号接收器的内部。
[0018]所述的信号接收器的滤波电路采用带通滤波器，使接收的信号不含干扰信号。
[0019]所述的信号接收器的放大器电路是对接收到的信号进行幅度放大，使其便于解调电路解调。
[0020]所述的信号接收器的微调电路由固定电阻和可调电阻组成，对幅度进一步调节。
[0021]所述的信号接收器的信号解调电路是利用锁相环解调原理，对接收到的携带发送信息的正弦波进行解调，最终得到含发送信息的数字脉冲。
[0022]所述的信号接收器的串口通信电路主要将接收的信息发送给地面处理器(或井下设备)。
[0023]所述耦合器电路是两根铜丝和一个环形铁氧体组成，两个铜丝分别绕在环形铁氧体两端，并在铜丝外接端接入大容量高压电容。
[0024]本发明的优点是:(I)本装置不需要传统的电缆线，很大程度上节约了传输成本，并且维修方便快捷，同时传输速率要远比无线传输方式快,并且稳定。(2)可将双流钻杆本身作为信号传输的媒介，完成井上和井下的双向通信。
【附图说明】
[0025]图1是双流钻杆信号传输系统的结构图。
[0026]图2是耦合器电路的原理图。
[0027]图3是信号的发射器原理图。
[0028]图4是信号的接收器原理图。
[0029]图中1.信号发射器，2.信号接收器，3.信号接收器，4.信号发射器，5.内钻杆，
6.外钻杆，7.环形铁氧体，8.铜丝，9.耦合电路，10.电容，11.耦合电路，12.电容，13.微调电路，14.放大器电路。
【具体实施方式】
[0030]参照附图1-4，将详细叙述本发明的具体实施方案。
[0031]图1是双流钻杆信号传输系统的结构图，主要包括3部分:井上的信号发射器I和信号接收器2 ;双流钻杆系统的内钻杆5和外钻杆6形成的传输回路；以及井下的信号发射器3和信号接收器4。地面处理器的输出信息发给井上的信号发射器I，信号发射器I将信息调制后，将通信信号耦合到内钻杆5和外钻杆6形成的传输回路上，井下信号接收器4通过耦合器电路接收传输回路中的通信信号并进行解调。井下仪器的输出信息发给井下信号发射器3，信号发射器3将信息调制后，耦合到内钻杆5和外钻杆6形成的传输回路上，井上信号接收器2通过耦合器电路接收传输回路中的通信信号，经过解调得到井下仪器的信息，并传递给地面处理器。
[0032]图2是耦合器电路电路的原理图。它是两根铜丝8和一个环形铁氧体7和组成，两个铜丝分别绕在环形铁氧体7两端。铁氧体的材料、铜丝的匝数和铜丝半径决定信号的传输效率。
[0033]图3是信号发射器1，4的原理图，由以下几个部分构成，包括:串口通信电路、信号调制电路、前级放大电路、功率放大电路、滤波电路、耦合器电路9。地面处理器(或井下仪器)发出的信息经串口通信电路，输入至信号调制电路，调制后通过前级放大电路和功率放大电路使输出具有足够带载能力。滤波电路主要是为了使进入到内钻杆5和外钻杆6形成的传输回路上的波形不含干扰信号，提高传输效率和距离。耦合器电路9是将信号发射器1，4的通信信号耦合到传输回路上，并将信号发射器1，4和传输回路进行电气隔离。耦合器电路之后有一个耐高压的大电容10，和耦合器组成一个选频网络滤除干扰信号。
[0034]图4是信号接收器2，3的原理图，由以下几个部分构成，包括:耦合器电路、滤波电路、放大器电路、微调电路13、信号解调电路、串口通信电路。耦合器电路11是将通信信号从传输回路上耦合到信号接收器2，3，并将信号接收器2，3和传输回路进行电气隔离。耦合器电路之前有一个耐高压的大电容12，和耦合器电路11组成一个选频网络滤除干扰信号。滤波电路主要是滤除接收信号中的干扰成分，放大电路的目的是为了对接收到的信号幅度进行放大，后面的微调电路13是对幅度进一步调节，由信号解调电路解调出传输信息，由串口通信电路将地面处理器(或井下仪器)的信息传送给井下仪器(或地面处理器)。
【主权项】
1.一种双流钻杆信号传输系统，包括信号发射器、信号接收器以及双流钻杆，双流钻杆由内钻杆和外钻杆构成，其特征是:以内钻杆和外钻杆作为井上和井下信息的传输回路；信号发射器和信号接收器分别有两个，其中一个信号发射器和一个信号接收器安装在双流钻杆顶端，并与地面处理器连接；另外一个信号发射器和另外一个信号接收器安装在双流钻杆末端，并与井下仪器连接。
2.根据权利要求1所述的双流钻杆信号传输系统，其特征是:信号发射器是由串口通信电路、信号调制电路、放大器电路、滤波电路和耦合器电路依次连接组成。
3.根据权利要求2所述的双流钻杆信号传输系统，其特征是:信号接收器是由耦合器电路、滤波电路、放大器电路、微调电路、信号解调电路和串口通信电路依次连接组成。
4.根据权利要求2所述的双流钻杆信号传输系统，其特征是:所述信号发射器的信号调制电路是通过DDS发生器产生频率可变的正弦波信号，输出两种频率的正弦波；所述的信号发射器的放大器电路由前级放大和功率放大组成；所述的信号发射器的耦合器电路是将低压通信信号耦合到传输线路上；所述的信号接收器的耦合器电路是将传输线路上的通信信号耦合到信号接收器的内部；所述的信号接收器的放大器电路是对接收到的信号进行幅度放大；所述的信号接收器的信号解调电路是利用锁相环解调对接收到的携带发送信息的正弦波进行解调，最终得到含发送信息的数字脉冲；所述的滤波电路是带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的双流钻杆信号传输系统，其特征是:所述耦合器电路是两根铜丝和一个环形铁氧体组成，两个铜丝分别绕在环形铁氧体两端，并在铜丝外接端接入大容量高压电容。
6.根据权利要求5所述的双流钻杆信号传输系统，其特征是:所述微调电路是由固定电阻和可调电阻组成。
【专利摘要】本发明涉及一种双流钻杆信号传输系统，包括信号发射器、信号接收器以及双流钻杆。双流钻杆由内钻杆和外钻杆构成，内钻杆和外钻杆形成传输回路，通过该传输回路在双流钻杆中实现井上和井下的信息传递；信号发射器和信号接收器分别有两个，其中一个信号发射器和一个信号接收器安装在双流钻杆一端，并与地面处理器连接；另外一个信号发射器和另外一个信号接收器安装在双流钻杆另一端，并与井下仪器连接。本装置将双流钻杆本身作为信号传输的媒介，不需要传统的电缆线，很大程度上节约了传输成本，并且维修方便快捷，同时传输速率要远比无线传输方式快，并且稳定。
【IPC分类】E21B47-12
【公开号】CN104747174
【申请号】CN201310743933
【发明人】陈永明, 康波, 张世平, 杨德京, 曹强, 孙宇, 苗智瑜, 赵绪龙, 周庆东, 孙金玮
【申请人】中国石油化工集团公司, 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日