一种新型井下随钻测量系统信息传输装置的制作方法

1.本实用新型涉及信号传输领域，特别涉及井下随钻测量系统信息传输领域。


背景技术：

2.随钻测量系统主要用于煤矿井下近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可随钻测量钻孔倾角、方位角及螺杆钻具工具面向角等主要参数，同时可实现钻孔参数、钻孔轨迹的即时显示，便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整螺杆钻具工具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能地按照设计的轨迹延伸。
3.井下随钻测量系统包括测量探管、钻杆、相关通信方式和主机（可以是计算机），用于满足水平定向钻进的测量和控制。在定向钻进过程中，测量探管是整个测量系统的核心部件，可在停钻或不停钻状态下实时采集钻具姿态参数，并通过各种的通讯方式将采集的数据发送给信号控制主机，工作人员可根据显示的测量数据和钻孔轨迹及时调整工具面向角，进行钻孔轨迹的控制。
4.现有技术中，通讯方式主要有1.钻井液脉冲传输：传输速度慢，当钻井液循环停止后，数据信息就无法进行传输。2.电磁波传输：由于高频信号在地层中散失较快，所以只能传输低频信号。然而，这些低频信号的频率接近于大地的频率，因此背景噪音将导致对信号的探测和恢复都是很困难的。电磁信号沿钻柱的严重衰减也使其应用受到了限制。3.声波传输：在钻井时声波受环境噪音的干扰、信号弱、中继装置的可靠性差、成本较高。4.导线传输：导线传输使用通缆钻杆，一方面成本高。另一方面，通缆之间采用弹簧接触连接，当某一个接触点出现问题时，需要把整套钻杆全部抽出，才能检查问题所在。
5.随钻测量系统的信号传输方式分为有线(电缆)和无线两种。通过对各类信号传输方式的研究，认为泥浆脉冲、电磁波、声波等线传输方式目前还不能适应煤矿并下近水定向孔的施工条件:而有线(电缆)方式具有结构原理简单、实时性好、数据传输率高等优点，可通过电缆直接向孔底传感器供电，实现孔底与孔口设备之间的双向通讯，能够满足煤矿井下近水平定向钻孔施工的条件。早期采用电缆进行钻孔参数测量，电缆一般都设置在钻杆外部，测量时需要提钻后，通过电缆将测量仪器下孔内进行钻孔参数侧量，这样测量会耽误正常钻进，不能实现即时随钻测量；后来的有线传输都通过钻杆“埋缆”方式进行，通过特殊结构的钻杆结构实现加接钻杆时电缆的对接，在不影响正常钻进的情况下可实现即时随钻测量。采用钻杆“埋缆”方式进行信号传输的关键技术是解决钻杆接头的密封和有效传导问题。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种用于随钻测量的测量探管与主机的通信方式，从而解决现有技术中传输速度慢、信号不稳定、背景噪音大、成本高的问题。
7.本实用新型所采用的技术方案是：一种新型井下随钻测量系统信息传输装置，包括测量探管（1）、钻杆（3），钻杆（3）为首尾相连的多根且每根都为筒状导体，相邻两根钻杆
（3）之间通过螺纹连接，每根钻杆（3）的内部都有绝缘涂层（5），在测量过程中，首尾相连的多根钻杆（3）内部充有钻井液（2），测量探管（1）的“+”信号端子（测量探管的“m”信号端子）通过一根导线（4）连接首部的钻杆（3）的筒壁上，测量探管（1）的
“‑”
信号端子（测量探管的“n”信号端子）通过另外一根导线（4）连接到首部的钻杆（3）的内部的钻井液（2），尾部的钻杆（3）的筒壁和内部的钻井液（2）分别通过一根不同的导线（4）连接到信号主机上。
8.每根钻杆（3）的一端外壁内凹且凹处有外螺纹（31），另一端内壁内凹且凹处有与外螺纹（31）配合的内螺纹（32）。
9.绝缘涂层（5）覆盖外螺纹（31）的外端头和内螺纹（32）的内端头。
10.首部的钻杆（3）上有贯穿绝缘涂层（5）的沉孔，连接测量探管（1）的“+”信号端子的导线（4）从沉孔穿入后焊接在筒壁上。
11.沉孔与连接测量探管（1）的“+”信号端子的导线（4）之间缝隙填充有绝缘材料。
12.在工作过程中，测量探管的“+”信号端子通过一根导线连接首部的钻杆的筒壁上，测量探管的
“‑”
信号端子通过另外一根导线连接到首部的钻杆的内部的钻井液，尾部的钻杆的筒壁和内部的钻井液分别通过一根不同的导线连接到信号主机上。从而通过钻杆的筒壁和钻杆内部的钻井液（一般是水溶液）来实现测量探管与信号主机之间的通信。
13.本实用新型的有益效果是：相比于现有技术的无线通信、电缆通信具有传输速度快、信号强且稳定、成本低几乎不存在背景噪音的优点。
附图说明
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是本实用新型钻杆结构示意图；
16.其中，1、测量探管，2、钻井液，3、钻杆，4、导线，5、绝缘涂层。
具体实施方式
17.钻孔轨迹的控制是定向钻进技术的重要组成部分，为了实现对钻孔轨迹的准确控制，需要实时对钻孔几何参数进行精确测量和计算，随钻测量系统即为实现该功能的专用仪器，是实现定向钻进的基础和关键。随钻测量系统主要用于煤矿井下近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可随钻测量钻孔倾角、方位角及螺杆钻具工具面向角等主要参数，同时可实现钻孔参数、钻孔轨迹的即时显示，便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整螺杆钻具工具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能地按照设计的轨迹延伸。
18.随钻测量系统主要由孔口监视器或防爆计算机（信号主机）、测量探管、钻杆、送水器等组成。孔口监视器或防爆计算机是最主要的仪器，也是系统的人机交互工具，通过其上安装的系统软件，可实现接收和解码测量探管发送的信号，显示钻孔轨迹及有关参数并对其计算处理，为司钻人员提供随钻监测和轨迹控制的平台。在采用螺杆钻具钻进过程中，随钻测量探管连接在螺杆钻具后面，负责采集钻孔倾角、方位角及螺杆钻具工具面向角等数据，并将数据通过信号传输通道发送给孔口仪器。通缆式钻杆和通缆式送水器组成了一个信号传输通道，负责孔内测量探管与孔口仪器间的信息交互。
19.随钻测量系统主要适用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔、放水孔、堵水孔、超前勘探孔等钻孔施工，同时可适用于地面勘探孔，煤层气开采水平分支井等钻孔施工。
20.系统能够正常工作的环境条件为:1)环境温度为0～40℃;2)相对湿度不超过95%(25℃);3)大气压为80kpa～106kpa;4)允许在甲烷和煤尘，无破坏绝缘的腐蚀性气体的场合中使用;5)在无剧烈振动、冲击，无漏水的地方使用。
21.一种新型井下随钻测量系统信息传输装置，包括测量探管1、钻杆3，钻杆3为首尾相连的多根且每根都为筒状导体，每根钻杆3的一端外壁内凹且凹处有外螺纹31，另一端内壁内凹且凹处有与外螺纹31配合的内螺纹32。相邻两根钻杆3之间通过螺纹连接。即一根钻杆3的首部与与之相邻的一根钻杆3的尾部通过外螺纹31、内螺纹32连接在一起。现有技术也已经存在这种连接方式。
22.本实用新型的与现有技术最大的不同，即本实用新型提出通过钻杆3本身来实现稳定的低成本的通信。现有技术中直接通信都是通过直接电缆（或者类电缆，即处于转杆筒壁上额外附加的通信装置）连接来实现通信，为此需要对钻杆3进行整体的改进。成本高。
23.在本实用新型中，每根钻杆3的内部都有绝缘涂层5，绝缘涂层5覆盖外螺纹31的外端头和内螺纹32的内端头。本实施例中，通过采用绝缘涂层5覆盖外螺纹31的外端头和内螺纹32的内端头的方式。当两根钻杆3通过螺纹连接到一起时，钻杆3之间的间隙不可避免的会发生部分水渗透，由于两者接触处为绝缘涂层5，水渗透不会影响正常的通信。
24.为了进一步避免水渗透影响通讯，两根钻杆3连接处增加一个橡胶垫圈。通过橡胶垫圈隔离内外螺纹端头的连接，且有橡胶的弹性作用，可以完全避免水渗透。
25.首部的钻杆3上有贯穿绝缘涂层5的沉孔，连接测量探管1的“+”信号端子的导线4从沉孔穿入后焊接在筒壁上。在测量过程中，首尾相连的多根钻杆3内部充有钻井液2，测量探管1的“+”信号端子通过一根导线4连接首部的钻杆3的筒壁上，测量探管1的
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信号端子通过另外一根导线4连接到首部的钻杆3的内部的钻井液2，尾部的钻杆3的筒壁和内部的钻井液2分别通过一根不同的导线4连接到信号主机上。由于一般钻井液2为水，为了增加水的导电性，可以在水中增加电解质如氯化钠等。
26.沉孔与连接测量探管1的“+”信号端子的导线4之间缝隙填充有绝缘材料。
27.在工作过程中，测量探管的“+”信号端子通过一根导线连接首部的钻杆的筒壁上，测量探管的
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信号端子通过另外一根导线连接到首部的钻杆的内部的钻井液，尾部的钻杆的筒壁和内部的钻井液分别通过一根不同的导线连接到信号主机上。从而通过钻杆的筒壁和钻杆内部的钻井液（一般是水溶液）来实现测量探管与信号主机之间的通信。