一种用于钻井的无线测试短节的制作方法

本实用新型属于石油勘探领域，特别是涉及一种用于钻井的无线测试短节。

背景技术：

现代钻井技术中，越来越多的传感器被安装在井下钻柱中，用来进行井眼环境和参数的随钻测量，比如对压力、空间姿态、温度、伽玛等的测量。来自传感器的数据送到一个随钻测量装置中，然后通过该装置传输到地面。随着全球油气资源的枯竭以及社会发展对能源需求的日益增长，低压油气藏以及煤层气的开发越来越受到重视，同时，为了更好地开发这类资源，更多采用的是特殊钻井技术，如定向井、水平井、欠平衡钻井、地质导向钻井、气体钻井等需要获取各种详细的钻井工艺参数和地质参数，这些参数需要在钻井过程中实时地发送到地面，为现场工程师提供决策依据。

电磁无线随钻测量是利用电磁波进行井下测控系统和地面基站通信，实现钻头的轨迹检测与控制以及井下勘探数据在地面处理器的实时处理。绝缘短节是无线随钻测量仪器进行无线通信的关键，它通过使上下两端的钻杆绝缘分别充当无线信号发射天线的两极，从而进行无线信号的发射和接收。由于绝缘短节对于监测井下钻具具有很重要的意义，因此，在进行井下钻井工作前，需要对与绝缘短节相连的测量仪器进行旋转测试。

目前的无线测试短节主要用于常温下厂房内测试。但是，根据工作需要，有许多仪器需要进行旋转测试，每个仪器都需要单独的设计旋转接头的接口，很不方便，而且旋转接头的连线也经常损坏。

因此，有必要提出一种新的技术方案。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出一种用于钻井的无线测试短节，其结构简单、测量方便，降低了产品的损坏率。

本实用新型提供一种用于钻井的无线测试短节，所述短节包括套筒、电路板和电源模块，电路板和电源模块均位于所述套筒内，所述套筒的一端连接有转接头，套筒的另一端连接有接收装置，所述转接头的另一端与待测设备连接，

所述套筒具有容纳腔，所述套筒的侧面开设有与所述容纳腔连通的开孔，所述开孔上盖合有盖板，所述容纳腔中设置有支架,所述支架上设置有至少一个容纳槽，所述容纳槽与所述开孔相对，相邻的容纳槽之间设置有挡板；

所述电路板上集成有陀螺仪模块、MCU模块、CAN通讯模块、FSK调制解调模块和Zigbee通讯模块，所述MCU模块通过CAN通讯模块和FSK调制解调模块采集所述待测设备的测量参数，所述陀螺仪模块采集待测设备的旋转数据，采集的测量参数和旋转数据通过Zigbee通讯模块传输给上位机。

进一步的，所述电源模块包括多个电池和用于监测电池状态的充电管理电路，多个电池容纳于所述容纳槽中，所述电池的供电电压为10-18V。

进一步的，所述充电管理电路包括第一电源转换模块、第二电源转换模块、第一电池电压电流检测模块、第二电池电压电流检测模块及欠压过压过流保护模块，所述第一电源转换模块和第二电源转换模块分别与电源模块连接，所述电源模块通过第一电源转换模块用于为所述电路板供电，所述电源模块通过第二电源转换模块用于为所述待测设备供电；所述第一电池电压电流检测模块用于监测电源模块的电压和电流状态，所述第二电池电压电流检测模块用于监测所述第二电源转换模块的电压和电流状态，所述欠压过压过流保护模块用于监测电池与待测设备之间的电路。

进一步的，所述套筒上还设置有电源指示灯和电源开关，所述电源开关用于控制电源模块的启闭。

进一步的，所述充电管理电路还包括第一控制开关和第二控制开关，所述MCU模块用于监测并判断电池的电量状态，当电池的电量低于设定电量时，所述MCU模块控制所述第一控制开关闭合，所述电源指示灯点亮为红色或闪烁；当电池的电量达到设定电量时，所述MCU模块控制所述第一控制开关切断、第二控制开关闭合，所述电源指示灯点亮为绿色。

进一步的，所述上位机中设置有Zigbee接收模块、微处理器和USB转串口模块，所述Zigbee接收模块与微处理器之间通过异步串行通信口通信连接，所述Zigbee接收模块用于接收所述Zigbee通讯模块发送的信号，所述微处理器和USB转串口模块之间通过异步串行通信口通信连接。

进一步的，所述上位机为监控计算机，所述监控计算机用于对接收到的数据进行同步监测、数据分析和数据存储。

进一步的，所述转接头的外径小于所述套筒的外径。

进一步的，所述转接头与所述套筒通过螺栓固定连接，所述转接头与待测设备通过螺栓连接。

进一步的，所述转接头上还设置有陀螺仪模块接口，所述陀螺仪模块接口用于与所述陀螺仪模块相连接。

本实用新型的用于钻井的无线测试短节，其通过转接头使待测设备和短节连接提供固定，电子连线使用软线连接，无线测试短节和待测设备一起旋转，数据通过无线传输到电脑，待测设备和转台也只需要提供硬件连接即可，结构简单、测量方便，降低了产品的损坏率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本实用新型用于钻井的无线测试短节的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视示意图；

图3是本实用新型用于钻井的无线测试短节结构示意图；

图4是本实用新型电路结构框图；

图5是本实用新型无线通信模块与上位机传输框图。

其中，1-套筒，2-转接头，3-接收装置，4-待测设备，5-盖板，6-支架，7-容纳槽，8-指示灯，9-电源开关，10-容纳腔，11-电路板，12-挡板，13-螺栓。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图3，图1是本实用新型无线随钻测量用短节的结构示意图；图2是图1的A-A剖视示意图；图3是本实用新型无线随钻测量用短节结构示意图。如图1至图3所示，本实用新型所述短节包括套筒1、电路板11和电源模块，电路板11和电源模块均位于所述套筒1内，所述套筒1的一端连接有转接头2，套筒1的另一端连接有接收装置3，所述转接头2的另一端与待测设备4连接。

所述套筒1具有容纳腔10，所述套筒1的侧面开设有与所述容纳腔10连通的开孔，所述开孔上盖合有盖板5。所述盖板5是通过螺栓13连接于套筒1上，从而对开孔进行盖合，

所述容纳腔10中设置有支架6，所述支架6上设置有至少一个容纳槽7，所述容纳槽7与所述开孔相对，相邻的容纳槽7之间设置有挡板12。

所述电路板上集成有陀螺仪模块、MCU模块、CAN通讯模块、FSK调制解调模块和无线通讯模块，所述MCU模块通过CAN通讯模块和FSK调制解调模块采集所述待测设备的测量参数，所述陀螺仪模块采集待测设备的旋转数据，采集的测量参数和旋转数据通过无线通讯模块传输给上位机。

在一个实施例中，所述无线通信模块11为Zigbee通讯模块或wifi通讯模块。

在再一个实施例中，待测设备和无线通讯短节之间的数据传输通过CAN或FS33通讯方式。

所述电源模块包括多个电池和用于监测电池状态的充电管理电路，多个电池容纳于所述容纳槽7中，所述电池的供电电压为10-18V。通过开孔可将电池从容纳槽中取出或放置到容纳槽中。多个电池为5号碱性电池，多个电池为串联连接。在一个优选的实施例中，为了保证碱性电池提供充足的电源，可采用8个碱性电池串联，每个碱性电池的电压为1.5V，该8个碱性电池提供的电压为12V，8个碱性电池的容量为1500mAh。在另一个实施例中，多个电池为5号可充电锂电池，多个可充电锂电池为串联和并联连接。在一个优选的实施例中，5号可充电锂电池为8个，该8个可充电锂电池分为两组，该两组并联连接，每组包括4个串联的可充电锂电池，每个可充电锂电池的电压为3.7V，该8个可充电锂电池的总容量为1600mAh。

在一个实施例中，所述套筒1上还开设有充电接口。所述充电接口为电源适配器接口或USB接口，多个可充电锂电池通过充电接口与外部电源连接。

请参阅图4，图4是本实用新型电路结构框图。如图4所示，所述充电管理电路包括第一电源转换模块、第二电源转换模块、第一电池电压电流检测模块、第二电池电压电流检测模块及欠压过压过流保护模块，所述第一电源转换模块和第二电源转换模块分别与电源模块连接，所述电源模块通过第一电源转换模块用于为所述电路板供电，所述电源模块通过第二电源转换模块用于为所述待测设备供电；所述第一电池电压电流检测模块用于监测电源模块的电压和电流状态，所述第二电池电压电流检测模块用于监测所述第二电源转换模块的电压和电流状态，所述欠压过压过流保护模块用于监测电池与待测设备之间的电路。

所述套筒1上还设置有电源指示灯8和电源开关9，所述电源开关用于控制电源模块的启闭。所述电源指示灯8为LED灯。

所述充电管理电路还包括第一控制开关和第二控制开关，所述MCU模块用于监测并判断电池的电量状态，当电池的电量低于设定电量时，所述MCU模块控制所述第一控制开关闭合，所述电源指示灯点亮为红色或闪烁；当电池的电量达到设定电量时，所述MCU模块控制所述第一控制开关切断、第二控制开关闭合，所述电源指示灯点亮为绿色。

请参阅图5，图5是本实用新型无线通信模块与上位机传输框图。如图5所示，所述上位机中设置有无线接收模块、微处理器和USB转串口模块，所述无线接收模块与微处理器之间通过异步串行通信口通信连接，所述无线接收模块用于接收所述无线通讯模块发送的信号，所述微处理器和USB转串口模块之间通过异步串行通信口通信连接。所述无线接收模块为Zigbee接收模块或wif i接收模块。

所述电源模块包括可充电锂电池、电池保护电路和充电管理电路，所述可充电锂电池容纳于所述容纳腔中，所述可充电锂电池通过充电接口与外部电源连接。

所述电源模块还包括电池保护电路和充电管理电路。所述电池保护电路包括过充电控制管和过放电控制管，所述MCU模块用于监测电池电压并进行控制，当电池充电电压大于设定电压时，所述MCU模块控制所述过充电控制管切断；当电池放电电压小于设定电压时，所述MCU模块控制所述过放电控制管切断；当电路中负载上的电流大于设定电流时，所述保护芯片控制所述过放电控制管切断。

所述过充电控制管和过放电控制管均为MOSFET(金氧半场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,简称MOSFET)，所述过充电控制管和过放电控制管串联连接。

所述充电管理电路还包括第一控制开关和第二控制开关，所述MCU模块用于监测并判断电池的电量状态，当电池的电量低于设定电量时，所述MCU模块控制所述第一控制开关闭合，所述电源指示灯点亮为红色或闪烁；当电池的电量达到设定电量时，所述MCU模块控制所述第一控制开关切断、第二控制开关闭合，所述电源指示灯点亮为绿色。

第一控制开关和第二控制开关均为MOSFET。

在一个实施例中，所述上位机为监控计算机，所述监控计算机用于对接收到的数据进行同步监测、数据分析和数据存储。

在一个实施例中，所述转接头2的外径小于所述套筒1的外径。待测设备4连接于转接头2上，由于转接头2的外径较小，不仅对待测设备4和套筒1的提供一个旋转导向，而且保证了待测设备4与套筒1能够同步旋转。本实用新型的转接头2体积较小，从而不影响在井下作业。

所述转接头2与所述套筒1通过螺栓固定连接，所述转接头2与待测设备4通过螺栓连接。

所述转接头2上还设置有陀螺仪模块接口，所述陀螺仪模块接口用于与所述陀螺仪模块相连接。

本实用新型的第一电源转换模块，给电路板供电(电路中需要5V和3.3V电压，给各功能模块供电)，第二电源转换模块给待测设备供电，待测设备需要30V的电压。

本实用新型设计有待测设备供电电压检测，防止因供电不足造成的数据错误；给待测设备供电电路中，设计有欠压、过压、过流保护电路，保证给待测设备供电的同时不损坏待测设备。

本实用新型电路中设计有电池电压、电流检测，时刻检测电池状态，保证进行一次完整的测试，中间不中断。监测到电压过低时，指示灯闪烁，提醒用户更换电池。

本实用新型待测设备和无线测试短节之间通过FS33进行数据通讯，并设计有FSK调制解调电路。

本实用新型的用于钻井的无线测试短节，其通过转接头使待测设备和短节连接提供固定，电子连线使用软线连接，无线测试短节和待测设备一起旋转，数据通过无线传输到电脑，待测设备和转台也只需要提供硬件连接即可，结构简单、测量方便，降低了产品的损坏率。

以上所揭露的仅为本实用新型的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。