一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置及方法与流程

本发明属于井下无线传输技术领域，具体涉及一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置及方法。

背景技术：

过钻头测井(tbl)技术是一种新近发展起来并日趋成熟的测井数据采集方式，该方法主要利用钻柱和钻头作为导向管进入裸眼井段来采集地层评价数据。与电缆测井作业相比，过钻头测井技术无须将钻具取出井眼就可以完成数据采集，大大节约了作业时间；与随钻测井相比，过钻头测井技术无须在钻具振动的情况下进行测井作业，增加了采集数据的可靠性和稳定性。因此，在过去的几年里，国内外许多公司都在致力于过钻头测井技术的基础研究及应用。

在过钻头测井系统中，电缆头与测井仪器是两个完整的独立系统，测井仪器负责采集、存储地层测井数据，电缆头负责下达地面指令，上发井下数据，二者没有直接的电气连接。对于如何将测井仪器存储的数据通过电缆头传输至地面系统这一问题，目前有两种传输方式，一种是通过与测井仪器相连的电缆进行实时传输；另一种是将测井数据实时存储在井下仪器内，仪器上提到地面后再将仪器内的数据读出。

然而，方法一为有线传输，收发装置复杂，传输速率低，方法二对仪器的电池要求较高，需要供电电池能在连续的作业过程中提供动力，且两种方法的传输信号均易受井下复杂环境干扰，影响了数据传输的准确性。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置，包括：

上无线短节，设置在电缆头内，用于地面系统和测井仪之间进行信息交换；

下无线短节，设置在所述测井仪打捞头内，用于接收所述地面系统的信息并向所述地面系统发送所述测井仪的测量信息；

其中，所述上无线短节包括第一传输线圈，所述下无线短节包括第二传输线圈。

在本发明的一个实施例中，所述第一传输线圈包括第一绕包线组和线圈外筒，所述第一绕包线组绕制在所述线圈外筒上，所述线圈外筒通过螺纹与所述电缆头连接；

所述第二传输线圈包括第二绕包线组和线圈内筒，所述第二绕包线组绕制在所述线圈内筒上，所述线圈内筒通过螺纹与所述测井仪打捞头连接。

在本发明的一个实施例中，所述上无线短节还包括：第一控制单元、第一信号发生单元以及第一信号接收单元，其中，所述第一控制单元分别与所述第一信号发生单元和所述第一信号接收单元连接；

所述下无线短节还包括：第二控制单元、第二信号发生单元以及第二信号接收单元，其中，所述第二控制单元分别与所述第二信号发生单元和所述第二信号接收单元连接。

在本发明的一个实施例中，所述第一控制单元包括依次连接的第一can通讯电路、第一mcu处理器以及第一fpga处理器；其中，所述第一can通讯电路连接所述电缆头内的遥传电路，所述第一fpga处理器连接所述第一信号发生单元和所述第一信号接收单元；

所述第二控制单元包括依次连接的第二can通讯电路、第二mcu处理器以及第二fpga处理器；其中，所述第二can通讯电路连接所述测井仪的存储短节，所述第二fpga处理器连接所述第二信号发生单元和所述第二信号接收单元。

在本发明的一个实施例中，所述第一信号发生单元包括依次连接的第一驱动电路、第一低通滤波电路、第一调制电路、第一调整电路以及第一功率放大电路，其中，所述第一驱动电路和所述第一调制电路连接所述第一fpga处理器，所述第一功率放大电路连接所述第一传输线圈；

所述第二信号发生单元包括依次连接的第二驱动电路、第二低通滤波电路、第二调制电路、第二调整电路以及第二功率放大电路，其中，所述第二驱动电路和所述第二调制电路连接所述第二fpga处理器，所述第二功率放大电路连接所述第二传输线圈。

在本发明的一个实施例中，所述第一信号接收单元包括依次连接的第一前级放大电路、第一滤波电路以及第一解调电路，其中，所述第一前级放大电路连接所述第一传输线圈，所述第一解调电路连接所述第一fpga处理器；

所述第二信号接收单元包括依次连接的第二前级放大电路、第二滤波电路以及第二解调电路，其中，所述第二前级放大电路连接所述第二传输线圈，所述第二解调电路连接所述第二fpga处理器。

一种过钻头测井仪电缆头无线传输方法，包括以下步骤：

s1：地面系统通过遥传电路将地面信号发送给上无线短节；

s2：所述上无线短节接收处理所述地面信号得到第一磁信号，并将所述第一磁信号发送至下无线短节；

s3：所述下无线短节接收处理所述第一磁信号得到第二电信号，并将所述第二电信号发送至测井仪；

s4：所述测井仪根据所述第二电信号对井下各短节进行配置并将测井数据发送给所述下无线短节；

s5：所述下无线短节接收处理测井数据得到第二磁信号，并将所述第二磁信号发送至所述上无线短节；

s6：所述上无线短节接收处理所述第二磁信号得到第三电信号，并通过所述遥传电路将所述第三电信号发送至所述地面系统。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s2包括：

s21：获取方波信号；

s22：对所述方波信号进行驱动整形和滤波得到正弦波信号；

s23：利用所述地面信号对所述正弦波信号进行fsk调制、幅值处理以及功率放大得到第一放大信号；

s24：将所述第一放大信号转换成第一磁信号并发送至下无线短节。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s3包括：

s31：将所述第一磁信号转换成第一电信号；

s32：对所述第一电信号进行放大和滤波处理得到第一滤波信号；

s33：对所述第一滤波信号进行解码处理以及数据提取得到第二电信号；

s34：将所述第二电信号发送至测井仪。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的过钻头测井仪电缆头无线传输装置独特的线圈耦合方式及解码方式，使得接收信号强度高，处理简单，不易受井下复杂环境的干扰，实现了过钻头测井仪与电缆头数据快速、准确的传输；

2、本发明提供的过钻头测井仪电缆头无线传输装置可根据不同的传输速率更换最佳的耦合线圈，且上下无线短节传输线圈结构设计独特，易于更换；

3、本发明提供的过钻头测井仪电缆头无线传输装置及方法在高达500kbps的传输速率下有更低的误码率(误码率<1*10^-5)；

4、本发明提供的过钻头测井仪电缆头无线传输装置结构简单，实现了地面系统和测井仪之间数据的无线传输。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置应用安装示意图；

图3是本发明实施例提供的地面线系统向测井仪传输信息的数据处理流程图；

图4是本发明实施例提供的一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置的数据传输路径示意图。

附图标号说明：1—上无线短节，2—下无线短节，3—电缆头，4—测井仪，5—打捞头，6—遥传电路，7—测井电缆，8—钻头，9—钻杆，11—第一传输线圈，21—第二传输线圈。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置结构示意图，包括：

上无线短节1，设置在电缆头内，用于地面系统和测井仪之间进行信息交换；

下无线短节2，设置在所述测井仪打捞头内，用于接收所述地面系统的信息并向所述地面系统发送所述测井仪的测量信息；

其中，所述上无线短节1包括第一传输线圈11，所述下无线短节2包括第二传输线圈21。

本发明提供的过钻头测井仪电缆头无线传输装置采用上下两节完全独立的机械结构，上无线短节安装在电缆头内，下无线短节安装在仪器打捞头内，上下两节均具备发射接收功能，当电缆头对仪器打捞头进行抓取时，上下短节配合使用实现通讯。该结构在实现井下仪器存储的测井数据无线发送、地面命令及配置参数接收的同时最大程度上减小了结构长度，将钻井液、钻杆等井眼环境对数据传输造成的影响降到最低。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的另一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置应用安装示意图。

在本实施例中，所述第一传输线圈11包括第一绕包线组和线圈外筒，所述第一绕包线组绕制在所述线圈外筒上，所述线圈外筒通过螺纹与所述电缆头3连接；

所述第二传输线圈21包括第二绕包线组和线圈内筒，所述第二绕包线组绕制在所述线圈内筒上，所述线圈内筒通过螺纹与所述测井仪4的打捞头5连接。

在本实施例中，电缆头3中还设置有遥传电路6，连接上无线短节1和测井电缆7，用于地面信息通过电缆传输到井下并将井下信息传输至地面系统。

在本实施例中，测井仪4还包括钻头8和钻杆9，钻头8和钻杆9连接，电缆头3、打捞头5以及测井电缆7均设置于钻杆9内。当电缆头3到达过钻头测井仪打捞头5的位置时，开始进行数据传输。

在本实施例中，所述上无线短节1还包括：第一控制单元，第一信号发生单元以及第一信号接收单元，其中，所述第一控制单元分别与所述第一信号发生单元和所述第一信号接收单元连接；

所述下无线短节2还包括：第二控制单元，第二信号发生单元以及第二信号接收单元，其中，所述第二控制单元分别与所述第二信号发生单元和所述第二信号接收单元连接。

在本实施例中，地面系统通过遥传电路将数据发送至第一控制单元，第一控制单元对数据进行相应的处理，然后传输至第一信号发生单元，第一信号发生单元对数据进行进一步的处理，并将电信号转换为磁信号通过第一传输线圈发送出去。第二传输线圈接收磁信号，并将磁信号又转换成电信号传输至第二信号接收单元，第二信号接收单元对接收到的数据进行处理后传输至第二控制单元，第二控制单元将数据处理后传输至测井仪进行相应的参数配置。

随后，测井仪又将测量数据传输至第二控制单元处理，然后传输至第二信号发生单元，经处理后通过第二传输线圈发送磁信号，第一传输线圈接收磁信号并传输至第一信号接收单元进行处理，在经过第一控制单元再处理后，传输至遥传电路，最终传回地面系统。

在本实施例中，所述第一控制单元包括依次连接的第一can通讯电路、第一mcu处理器以及第一fpga处理器；其中，所述第一can通讯电路连接所述电缆头内的遥传电路，所述第一fpga处理器连接所述第一信号发生单元和所述第一信号接收单元；

所述第二控制单元包括依次连接的第二can通讯电路、第二mcu处理器以及第二fpga处理器；其中，所述第二can通讯电路连接所述测井仪的存储短节，所述第二fpga处理器连接所述第二信号发生单元和所述第二信号接收单元。

在本实施例中，所述第一信号发生单元包括依次连接的第一驱动电路、第一低通滤波电路、第一调制电路、第一调整电路以及第一功率放大电路，其中，所述第一驱动电路和所述第一调制电路连接所述第一fpga处理器，所述第一功率放大电路连接所述第一传输线圈；

所述第二信号发生单元包括依次连接的第二驱动电路、第二低通滤波电路、第二调制电路、第二调整电路以及第二功率放大电路，其中，所述第二驱动电路和所述第二调制电路连接所述第二fpga处理器，所述第二功率放大电路连接所述第二传输线圈。

在本实施例中，所述第一信号接收单元包括依次连接的第一前级放大电路、第一滤波电路以及第一解调电路，其中，所述第一前级放大电路连接所述第一传输线圈，所述第一解调电路连接所述第一fpga处理器；

所述第二信号接收单元包括依次连接的第二前级放大电路、第二滤波电路以及第二解调电路，其中，所述第二前级放大电路连接所述第二传输线圈，所述第二解调电路连接所述第二fpga处理器。

由于地面系统向测井仪发送数据与测井仪向地面系统发送数据过程相同，数据处理方法相同，因此，本发明上无线短节与下无线短节在设计上采用结构跟功能相同的电路。

实施例二

本发明还提供了一种过钻头测井仪电缆头无线传输方法，包括步骤s1～s5。下面结合附图对数据传输过程进行详细描述。请参见图3和图4，图3是本发明实施例提供的地面线系统向测井仪传输信息的数据处理流程图，图4是本发明实施例提供的一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置的数据传输路径示意图。

s1：地面系统通过遥传电路将地面信号发送给上无线短节；

当图2中电缆头3到达过钻头测井仪打捞头5位置时，开始进行数据传输。地面系统通过测井电缆将信息传输到遥传电路，电缆头内的遥传电路6将接收到地面的控制指令和仪器参数通过第一can通讯电路总线发送给上无线短节1。

s2：所述上无线短节接收处理所述地面信号得到第一磁信号，并将所述第一磁信号发送至下无线短节；

上无线短节1内第一控制单元上的第一mcu处理器将接收到的数据发送给第一fpga处理器。第一fpga处理器产生两列频率不同的方波信号，并通过第一驱动电路进行驱动整形后进入第一低通滤波电路，将方波处理成载波需要的正弦波信号。

正弦波信号利用第一fpga处理器接收到的地面信号通过第一调制电路的调制以及第一调整电路的幅值处理后又经过第一功率放大电路进行放大得到第一放大信号；

将第一放大信号输出到第一传输线圈11上，第一传输线圈将第一放大信号转化成第一磁信号发射到下无线短节2。

s3：所述下无线短节接收处理所述第一磁信号得到第二电信号，并将所述第二电信号发送至测井仪；

下无线短节2的第二传输线圈21接收到第一磁信号后，将其转化成第一电信号。该电信号经过第二前级放大电路放大处理后输送到第二滤波电路进行滤波处理得到第一滤波信号。第二滤波电路将载波频率以外的无用信号都进行滤除后，将第一滤波信号送往包络检波电路即第二解调电路进行解码处理，最后将解码后的信号送入第二fpga处理器后进行数据提取得到第二电信号，第二fpga处理器将提取的数据即第二电信号发送给第二mcu处理器，第二mcu处理器又通过第二can总线将命令及配置参数下发给测井仪4存储短接进行仪器控制和参数配置。

s4：所述测井仪根据所述第二电信号对井下各短节进行配置并将测井数据发送给所述下无线短节；

s5：所述下无线短节接收处理测井数据得到第二磁信号，并将所述第二磁信号发送至所述上无线短节；

s6：所述上无线短节接收处理所述第二磁信号得到第三电信号，并通过所述遥传电路将所述第三电信号发送至所述地面系统。

测井仪4接收到来自遥传电路6的命令后，将测井仪上的存储短节内的测井数据通过can总线发送给下无线短节2，下无线短节2对数据进行调制后通过第二传输线圈发射出去，上无线短节1通过第一传输线圈11将接收到的信号进行解码处理后发送给遥传电路6，最后通过测井电缆7发往地面测井系统进行处理。该过程为测井仪向地面系统上传数据，其与地面线系统向测井仪传输信息的数据处理流程一样，在此不再赘述。

本发明提供的一种过钻头测井仪电缆头无线传输装置及方法通过独特的结构设计和数据处理方式，使得接收信号强度高，处理简单，解决了常规井下无线短传系统收发装置复杂、传输信号易受井下复杂环境干扰的问题，实现了过钻头测井仪与电缆头数据快速、准确的传输。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。