近钻头随钻装置的制作方法

本发明属于地质勘测技术领域，尤其涉及一种近钻头随钻装置。

背景技术：

随着油田开发进入后期，开发油层越来越薄，难度逐渐增加。为了在薄油层中保持较高的油层钻遇率，采用近钻头随钻装置是十分必要的，以向地质导向系统提供井眼定向数据及井眼固岩的地质参数，以使钻进的井眼轨迹符合工程设计要求。

现有技术中，近钻头随钻装置包括自上而下依次同轴设置的随钻测井仪器、螺杆钻具和钻头，随钻测井仪器的上端与钻杆连接，钻头和螺杆钻具之间固定设置有同轴的发射短节，随钻测井仪器和螺杆钻具之间固定设置有同轴的接收短节，发射短节发射信号，接收短节接收信号，并将信号处理后传递给随钻测井仪器，随钻测井仪器将接收到的信号传递给井上压力传感单元。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下不足：

在近钻头随钻仪器中，由于发射短节设置在钻头和螺杆钻具之间，接收短节设置在随钻测井仪器和螺杆钻具之间，且螺杆钻具无法过线，因此，发射短节和接收段节之间的信号传递只能通过泥浆通讯的无线发送的方式，将发射短节发射的信号越过螺杆钻具传递至接收短节，再由接收短节通过泥浆通讯等方式传往近钻头随钻仪器，导致信号传递的效率偏低。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种近钻头随钻装置，以解决近钻头随钻装置使用过程中，信号传递的效率偏低的技术问题。

本发明的技术方案为：

一种近钻头随钻装置，所述装置包括自上而下依次同轴设置的随钻测井仪器、螺杆钻具和钻头，所述随钻测井仪器的上端与钻杆连接，所述钻头和所述螺杆钻具之间固定设置有同轴的发射短节，所述随钻测井仪器和所述螺杆钻具之间固定设置有同轴的所述接收短节，其特征在于，所述发射短节和所述接收短节均可切换地发射或接收信号；

所述装置还包括第一通讯器和第二通讯器，所述第一通讯器设置在所述接收短节上，所述第二通讯器设置在所述发射短节上，所述接收短节通过所述第一通讯器分别和所述随钻测井仪器以及所述第二通讯器相通讯，所述发射短节通过所述第二通讯器分别和所述随钻测井仪器以及所述第一通讯器相通讯。

进一步地，所述接收短节的外壁上设置有缠绕有第一螺旋线圈第一环形磁铁，所述第一螺旋线圈为所述第一通讯器；

所述接收短节中设有接收电子仓，所述接收电子仓中设有第一接收发射控制模组和第一单刀双掷继电器，所述第一接收发射控制模组具有发射输出端、接收输入端和控制端，所述第一单刀双掷继电器具有静触点、第一动触点、第二动触点以及控制端，其中：

所述第一单刀双掷继电器的静触点和所述第一螺旋线圈的一端连接，所述第一螺旋线圈的另一端接地，所述第一单刀双掷继电器的第一动触点和所述第一接收发射控制模组的发射输出端连接，所述第一单刀双掷继电器的第二动触点和所述第一接收发射控制模组的接收输入端连接，所述第一单刀双掷继电器的控制端和所述第一接收发射控制模组的控制端连接。

更进一步地，所述第一接收发射控制模组包括第一控制器、第一编码发射电路、第一解码接收电路和第一储能电池，其中：

所述第一控制器分别连接所述第一编码发射电路的输入端、所述第一解码接收电路的输出端和所述第一单刀双掷继电器的控制端，所述第一编码发射电路的输出端为所述第一接收发射控制模组的发射输出端，所述第一解码接收电路的输入端为所述第一接收发射控制模组的接收输入端，第一储能电池供电连接所述第一控制器。

进一步地，所述接收短节的外壁上设置有第一环形凹槽，所述第一环形磁铁设置在所述第一环形凹槽中，所述第一环形凹槽外部设有第一盖板。

进一步地，所述发射短节的外壁上设有缠绕有第二螺旋线圈的第二环形磁铁，所述第二螺旋线圈为所述第二通讯器；

所述发射短节中设有发射电子仓，所述发射电子仓中设有第二接收发射控制模组和第二单刀双掷继电器，所述第二接收发射控制模组具有发射输出端、接收输入端和控制端，所述第二单刀双掷继电器具有静触点、第一动触点、第二动触点以及控制端，其中：

所述第二单刀双掷继电器的静触点和所述第二螺旋线圈的一端连接，所述第二螺旋线圈的另一端接地，所述第二单刀双掷继电器的第一动触点和所述第二接收发射控制模组的发射输出端连接，所述第二单刀双掷继电器的第二动触点和所述第二接收发射控制模组的接收输入端连接，所述第二单刀双掷继电器的控制端和所述第二接收发射控制模组的控制端连接。

更进一步地，所述第二接收发射控制模组包括第二控制器、第二编码发射电路、第二解码接收电路和第二储能电池，其中：

所述第二控制器分别连接所述第二编码发射电路的输入端、所述第二解码接收电路的输出端和所述第二单刀双掷继电器的控制端；所述第二编码发射电路的输出端为所述第二接收发射控制模组的发射输出端；所述第二解码接收电路的输入端为所述第二接收发射控制模组的接收输入端；第二储能电池供电连接所述第二控制器。

进一步地，所述发射短节的外壁上设置有第二环形凹槽，所述第二环形磁铁设置在所述第二环形凹槽中，所述第二环形凹槽外部设有第二盖板。

进一步地，所述第一通讯器和所述第二通讯器均包括：

连接柱，所述第一通讯器的第一环形磁铁和所述第二通讯器的第二环形磁铁缠绕在对应的所述连接柱的外周面上；

绝缘层，所述绝缘层包裹在对应的所述第一通讯器的第一环形磁铁和所述第二通讯器的第二环形磁铁的外部上；

防磨笼，所述防磨笼罩设在所述绝缘层的外部，且，所述防磨笼和所述绝缘层之间填充有环氧胶体。

进一步地，所述连接柱的外周面设置有多个缺口，多个所述缺口绕所述连接柱的周面等角度设置，所述第一通讯器的第一环形磁铁和所述第二通讯器的第二环形磁铁分别和对应的所述缺口之间填充有绝缘胶体。

进一步地，所述绝缘层包括漆包线以及玻璃钢布，所述漆包线包裹在对应的所述第一通讯器的第一环形磁铁和所述第二通讯器的第二环形磁铁的外部上，所述玻璃钢布包裹在所述漆包线外侧，且，所述玻璃钢布设置在所述漆包线和所述环氧胶体之间。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种近钻头随钻装置，由于发射短节和接收短节均可切换地发射或接收信号，因此，可实现对发射短节进行远程调试功能、发射短节和接收短节之间无线短传功能以及接收短节与随钻测井仪器之间的无线短传功能，提高了近钻头无线短传的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本实施例的一种近钻头随钻装置的结构示意图；

图2为图1中的接收短节的结构示意图；

图3为图2中的接收电子仓内的元件控制示意图；

图4为图1中的发射短节的结构示意图；

图5为图4中的发射电子仓内的元件控制示意图；

图6为本实施例的通讯器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本实施例的一种近钻头随钻装置的结构示意图，结合图1，该装置包括自上而下依次同轴设置的随钻测井仪器1、螺杆钻具2和钻头3，随钻测井仪器1的上端与钻杆4连接，钻头3和螺杆钻具2之间固定设置有同轴的发射短节5，随钻测井仪器1和螺杆钻具2之间固定设置有同轴的接收短节6，本实施例的发射短节5和接收短节6均可切换地发射或接收信号。

结合图1，本实施例的装置还包括第一通讯器和第二通讯器，第一通讯器设置在接收短节6上，第二通讯器设置在发射短节5上，接收短节6通过第一通讯器分别和随钻测井仪器1以及第二通讯器相通讯，发射短节5通过第二通讯器分别和随钻测井仪器1以及第一通讯器相通讯。

图2为图1中的接收短节的结构示意图，结合图2，本实施例接收短节6的外壁上设置有缠绕有第一螺旋线圈的第一环形磁铁7，该第一螺旋线圈即为上述第一通讯器。

进一步地，结合图2，本实施例中，接收短节6的外壁上设置有第一环形凹槽，缠绕有第一螺旋线圈的第一环形磁铁7设置在该第一环形凹槽中，该第一环形凹槽外部设有第一盖板8，以防止外界泥浆进入到第一环形凹槽中，影响第一环形磁铁7的正常工作。

进一步地，结合图2，本实施例的接收短节6中设有接收电子仓9，图3为图2中的接收电子仓内的元件控制示意图，结合图2以及图3，本实施例的接收电子仓9中设有第一接收发射控制模组10和第一单刀双掷继电器11，第一接收发射控制模组10具有发射输出端、接收输入端和控制端，第一单刀双掷继电器11具有静触点、第一动触点、第二动触点以及控制端，其中，第一单刀双掷继电器11的静触点和第一螺旋线圈12的一端连接，第一螺旋线圈12的另一端接地，第一单刀双掷继电器11的第一动触点和第一接收发射控制模组10的发射输出端连接，第一单刀双掷继电器11的第二动触点和第一接收发射控制模组10的接收输入端连接，第一单刀双掷继电器11的控制端和第一接收发射控制模组10的控制端连接。

因此，当第一单刀双掷继电器11闭合其第一动触点，第一接收发射控制模组10切换为发射模式，第一环形磁铁7的第一螺旋线圈即为发射天线，当第一单刀双掷继电器10闭合其第二动触点，第一接收发射控制模组10切换为接收模式，第一环形磁铁7的第一螺旋线圈即为接收天线。

第一接收发射控制模组10是具有信息编码发射功能和信息解码接收功能的模组，这里给出一种较优的实例，具体为：

第一接收发射控制模组10包括第一控制器、第一编码发射电路、第一解码接收电路和第一储能电池，其中，第一控制器分别连接第一编码发射电路的输入端、第一解码接收电路的输出端和第一单刀双掷继电器的控制端，第一编码发射电路的输出端为第一接收发射控制模组的发射输出端，第一解码接收电路的输入端为第一接收发射控制模组的接收输入端，第一储能电池供电连接第一控制器。

另外，第一编码发射电路包括串联连接的第一编码器、第一载波调制电路和第一多谐振荡器；第一解码接收电路包括依次串联连接的第一前置放大电路、第一滤波电路、第一程控放大电路和第一解码器。第一编码器的类型可以为ht-12e数字编码芯片，第一解码器的类型可以为ht-12d数字解码芯片。

图4为图1中的发射短节的结构示意图，结合图4，本实施例的发射短节5的外壁上设有缠绕有第二螺旋线圈的第二环形磁铁13，该第二螺旋线圈即为上述第二通讯器。

进一步地，结合图4，本实施例的发射短节5的外壁上设置有第二环形凹槽，缠绕有第二螺旋线圈的第二环形磁铁13设置在第二环形凹槽中，第二环形凹槽外部设有第二盖板14，以防止外界泥浆进入到第二环形凹槽中，影响第二环形磁铁13的正常工作。

结合图4，本实施例的发射短节5中设有发射电子仓15，图5为图4中的发射电子仓内的元件控制示意图，结合图4以及图5，本实施例中，发射电子仓15中设有第二接收发射控制模组16和第二单刀双掷继电器17，第二接收发射控制模组16具有发射输出端、接收输入端和控制端，第二单刀双掷继电器17具有静触点、第一动触点、第二动触点以及控制端，其中，第二单刀双掷继电器17的静触点和第二螺旋线圈26的一端连接，第二螺旋线圈26的另一端接地，第二单刀双掷继电器17的第一动触点和第二接收发射控制模组16的发射输出端连接，第二单刀双掷继电器17的第二动触点和第二接收发射控制模组16的接收输入端连接，第二单刀双掷继电器17的控制端和第二接收发射控制模组16的控制端连接。

因此，当第二单刀双掷继电器17闭合其第一动触点，第二接收发射控制模组16切换为发射模式，第二螺旋线圈即为发射天线，当第二单刀双掷继电器17闭合其第二动触点，第二接收发射控制模组16切换为接收模式，第二螺旋线圈即为接收天线。

同样，本实施例的第二接收发射控制模组16是具有信息编码发射功能和信息解码接收功能的模组，这里给出一种较优的实例，具体为：

第二接收发射控制模组16包括第二控制器、第二编码发射电路、第二解码接收电路和第二储能电池；第二控制器分别连接第二编码发射电路的输入端、第二解码接收电路的输出端和第二单刀双掷继电器的控制端；第二编码发射电路的输出端为第二接收发射控制模组的发射输出端；第二解码接收电路的输入端为第二接收发射控制模组的接收输入端；第二储能电池供电连接第二控制器。

这里，第二编码发射电路包括串联连接的第二编码器、第二载波调制电路和第二多谐振荡器；第二解码接收电路包括依次串联连接的第二前置放大电路、第二滤波电路、第二程控放大电路和第二解码器，第二编码器的类型可以为ht-12e数字编码芯片，第二解码器的类型可以为ht-12d数字解码芯片。

本实施例的近钻头随钻装置工作原理为：

在对发射短节进行远程调试功能时，将第一螺旋线圈转换为发射线圈，并将第二螺旋线圈转换为接收线圈，从而使第一接收发射控制模组能够通过第一螺旋线圈发出经过编码的调试指令，该编码的调试指令被调制成了一种高频信号，从而导致接收短节各个方向和地层之间会产生涡流，该涡流会在第二螺旋线圈周围产生交变的电磁场，从而产生和编码的调试指令相关的感应电流，第二接收发射控制模组通过解码该感应电流携带的编码的调试指令，获得该调试指令，从而实现对发射短节进行远程调试功能。

在进行发射短节和接收短节之间无线短传功能时，将第一螺旋线圈转换为接收线圈，并将第二螺旋线圈转换为发射线圈，从而使第二接收发射控制模组能够通过第二螺旋线圈发出经过编码的井下测量数据(例如井斜方位角、工具面角、地层电阻率和自然伽马值等)，该编码的井下测量数据被调制成了一种高频信号，从而导致发射短节各个方向和地层之间会产生涡流，该涡流会在第一螺旋线圈周围产生交变的电磁场，从而产生和编码的井下测量数据相关的感应电流，第一接收发射控制模组通过解码该感应电流携带的编码的井下测量数据，获得该井下测量数据，从而实现发射短节和接收短节之间无线短传功能。

在进行接收短节与随钻测井仪器之间的无线短传功能时，将第一螺旋线圈转换为发射线圈，从而使第一接收发射控制模组能够通过第一螺旋线圈发出经过编码的传输数据，该编码的传输数据被调制成了一种高频信号，从而导致接收短节各个方向和地层之间会产生涡流，该涡流会在随钻测井仪器周围产生交变的电磁场，从而使随钻测井仪器接收到和编码的传输数据相关的感应电流，随钻测井仪器通过解码该感应电流携带的编码的传输数据，获得该传输数据，从而实现接收短节与随钻测井仪器之间的无线短传功能。

本实施例在发射短节和接收短节上均设有接收发射控制模组，使得发射短节和接收短节均具有接受信号和发射信号的能力，从而实现了对发射短节进行远程调试功能、发射短节和接收短节之间无线短传功能以及接收短节与随钻测井仪器之间的无线短传功能，提高了近钻头无线短传的效率。

本实施例中，第一通讯器和第二通讯器为负责信号指令传递的关键构件，为了保证通讯器在使用过程中的可靠度，本实施例对通讯器的结构进行改进。

图6为本实施例的通讯器的结构示意图，结合图6，本实施例的通讯器包括连接柱18、缠绕有螺旋线圈的磁铁19、绝缘层、防磨笼20以及环氧胶体21。

结合图6，本实施例的连接柱18为天线的载体，其优选为无磁钻铤，无磁钻铤是一种低碳高铬锰合金钢钻铤，经过严格的化学成份配比，精炼而成，具有良好的低磁导率、高强度的机械性能，可减少对通讯的影响。

结合图6，本实施例的连接柱18具有通孔，以套装在对应的凹槽中。

结合图,6，本实施例的磁铁19缠绕在连接柱18的外周面上，以实现近钻头信号的通讯功能。

进一步地，结合图6，本实施例中，连接柱18的外周面设置有多个缺口22，多个缺口22绕连接柱18的周面等角度设置，磁铁19和缺口22之间填充有绝缘胶体23，这样可以进一步提高磁铁19和连接柱18之间的绝缘效果，且，这样可使磁铁19具有和连接柱18接触的第一摩擦面、以及同绝缘胶体23接触的第二摩擦面，第一摩擦面和第二摩擦面具有不同的摩擦度，从而可提高磁铁19在连接柱18上装配的牢固性。

优选地，本实施例的绝缘胶体23的材质可以为环氧胶。

本实施例的缺口22最好为平面，该平面和连接柱18的中心轴相平行。

结合图6，本实施例的绝缘层包裹在磁铁19的外部上，以实现天线与外界的绝缘设置。

结合图6，本实施例中，绝缘层包括漆包线24，漆包线24包裹在磁铁19的外部上。

进一步地，结合图6，本实施例中的绝缘层还包括玻璃钢布25，玻璃钢布25包裹在漆包线24外侧，且，玻璃钢布25设置在漆包线和环氧胶体23之间。玻璃钢布25具有一定的硬度，可抵抗外界干扰，防止磁铁19变形，以使通讯正常进行。

结合图6，本实施例的防磨笼20罩设在绝缘层的外部，且，防磨笼20和绝缘层(玻璃钢布25)之间填充有环氧胶体21。

优选地，本实施例的防磨笼20的材质为金属，例如耐腐蚀的不锈钢等，本实施例对此不作限制。

当近钻头随钻仪器在使用的过程中，本实施例的防磨笼可防止因摩擦导致绝缘层损坏，影响天线的绝缘效果，且由于防磨笼和绝缘层之间填充有环氧胶体，不仅可实现防磨笼和绝缘层之间的连接，还可以防止地下泥浆进入到绝缘层以及磁铁中，影响天线的绝缘效果以及磁条的通讯工作，具有很好的实用性。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。