井下信号传输机构、气体钻杆总成及随钻地质导向系统的制作方法

本发明属于钻井领域，尤其涉及井下信号传输机构、气体钻杆总成及随钻地质导向系统。

背景技术：

1、在石油或天然气钻井领域，因为气体钻井技术有利于提高钻井速度、减少漏失、保护储层，近年来气体钻井的配套工艺和装备被不断完善，在随钻地质导向装备方面，常规的泥浆脉冲传输技术因气体可压缩而无法使用，因此气体钻井中广泛使用电磁波随钻测量技术传输井下信息，但因电磁波传输受地层影响大、衰减快及抗噪声能力差，导致信号传输的深度受限，因此在深层(大于4500m)气体钻井中，依靠电磁波随钻测量技术的单次传输无法实现随钻地质导向作业。目前已有用于提高电磁波随钻测量技术传输深度的电磁波中继器，当钻井井深大于单次电磁波信息传输深度时，在钻柱上加装电磁波信息中继器接收井底发射器的电磁波信息，中继器中安装有解调和发射电路，使用电池作为电源，将电磁波信息接收、解码、重新编码并功率放大后，再以合适的频率继续通过电磁波传输至地面接收机进行解调，提高了气体钻井的随钻地质导向系统的作业深度，但利用电池作为电源的电磁波信息中继器输出功率有限，电磁波随钻测量技术最大传输深度3521m，无法满足深层气体钻井的随钻地质导向需求。此外，在深层开展气体钻井还面临地层高温问题，此深度地层温度一般会超过150℃，随钻地质导向系统的电路及传感器工作在高温环境下极大缩短了使用寿命，使得深层气体钻井作业时需要频繁起钻更换随钻地质导向系统，降低了深层气体钻井的钻井效率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种功率高，续航不受限的井下信号传输机构。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种井下信号传输机构，包括钻铤、发电机构和通信模块，所述钻铤竖向设置，所述发电机构安装在所述钻铤内上端的中部，且所述钻铤内贯通所述通信模块安装在所述钻铤上，所述发电机构与所述通信模块电连接，所述发电机构在所述钻铤内流体的驱动下发电以向所述通信模块供电。

3、上述技术方案的有益效果在于：通过在钻铤内设置发电机构，使得钻铤内流动的气流来给发电机构提供动力并驱动发电机构发电以供通信模块进行信号发送或信号收发，由于发电机构的发电较为持续且稳定，同时其功率较电池的功率大，续航受限小，故其可使得通信模块持续稳定的运行，同时有利于提供通信模块的运行功能从而提高信号发送的距离。

4、上述技术方案中所述发电机构包括均设置在所述钻铤内的第一涡轮、发电机和托盘，所述托盘为镂空板，所述托盘水平设置在所述钻铤内上端，所述发电机安装在托盘上端中部，且所述发电机的动力输入端朝上，所述第一涡轮同轴安装在所述发电机的动力输入端，所述发电机与所述通信模块电连接，所述发电机与所述钻铤内壁之间具有竖向贯通的间隙以供流体由上向下通过，所述第一涡轮在所述钻铤内气流的作用下转动并驱动所述发电机发电。

5、上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且钻铤内存在气流流动时，第一涡轮会随之转动并带动发电机发电，而托盘作为发电机在钻铤内的支撑，其设置为镂空板可不影响气流在钻铤内上下流动。

6、上述技术方案中所述通信模块包括绝缘发射短节、绝缘天线、弹性导通机构和电路模块，所述绝缘发射短节为筒状，其嵌装在所述钻铤的中部，并位于所述托盘的下方，且所述绝缘发射短节将所述钻铤截断并与所述钻铤一体成型，所述弹性导通机构嵌装在钻铤的内下端，并与所述钻铤接触，所述电路模块置于所述钻铤内，其具有两个电极，一个电极与所述弹性导通机构电连接，另一个电极通过所述绝缘天线与所述托盘电连接，所述电路模块用以接收或收发电磁波，且所述绝缘天线、弹性导通机构和电路模块与所述钻铤内壁之间具有竖向贯通的间隙以供流体通过。

7、上述技术方案的有益效果在于：如此可由绝缘发射短节将所述钻铤中部隔断并绝缘处理，而电路模块的一极通过弹性导通机构与钻铤的下端实现电连接，而电路模块的另一极通过绝缘天线一极托盘与钻铤的上端电连接，这样使得整个钻铤的两端分别构成电路模块的两极。

8、本发明的目的之二在于提供一种结构简单，且可对深层钻井井下钻头处的钻井数据进行采集，并将采集的数据中继传输至地面上。

9、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种气体钻杆总成，包括钻头、采集模块、多根钻杆、两个如上所述的井下信号传输机构，两个所述井下信号传输机构分别为第一井下信号传输机构和第二井下信号传输机构，多根所述钻杆沿竖向依次连接成钻柱，所述第二井下信号传输机构对应的钻铤连接在所述钻柱的最下端，所述第一井下信号传输机构对应的钻铤连接在所述钻柱长度方向对应的中部，所述钻头安装在位于下方所述钻铤的下端，所述采集模块均嵌装在所述第二井下信号传输机构对应的钻铤内，所述第二井下信号传输机构内的电路模块和发电机构均与所述采集模块电连接，所述采集模块用以在井底采集所述钻头处的钻井数据，且所述采集模块与所述第二井下信号传输机构对应的钻铤的内壁之间具有供流体通过的间隙，所述第二井下信号传输机构用以将所述采集模块所采集的钻井数据发送至所述第一井下信号传输机构，并由所述第一井下信号传输机构传输至地面。

10、上述技术方案的有益效果在于：如此使得两个井下信号传输机构均安装在钻柱上，此时第二井下信号传输机构的上端与所述第一井下信号传输机构的下端通过二者之间的多根钻杆导电连接，便于电磁信号的传输。

11、上述技术方案中所述第一井下信号传输机构内的电路模块为电磁波收发电路，所述第二井下信号传输机构内的电路模块为调制解调电路。

12、上述技术方案的有益效果在于：如此使得第一井下信号传输机构将采集模块所采集的信息以电磁波的形式传输，而第二井下信号传输机构接收第一井下信号传输机构发出的电磁波并中继后继续以电磁波的形式发出。

13、上述技术方案中还包括冷却器，所述冷却器设置在所述第二井下信号传输机构对应的钻铤内，其用以对所述第二井下信号传输机构的钻铤内进行降温，且所述冷却器与所述第二井下信号传输机构对应的钻铤的内壁之间具有供流体通过的间隙。

14、上述技术方案的有益效果在于：由于深层地下的环境温度较高，故钻铤内的温度也随之较高，设置冷却器可降低钻铤内的温度以延长各电子元件的使用寿命。

15、上述技术方案中所述冷却器包括第二涡轮和制冷机，所述制冷机安装在所述第二井下信号传输机构对应的钻铤内，且位于所述绝缘天线和电路模块之间，所述制冷机的动力输入端朝上，所述第二涡轮同轴固定安装在所述制冷机的动力输入端，其用以对所述钻铤内进行降温。

16、上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且直接采用气流流动的动能作为能量来进行制冷。

17、上述技术方案中所述采集模块设置在所述冷却器的下方。

18、上述技术方案的有益效果在于：如此可由冷却器对采集模块进行降温。

19、本发明的目的之三在于提供一种结构简单，且可对深层钻井钻头处的井下数据进行采集并传输至地表的随钻地质导向系统，

20、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种随钻地质导向系统，包括井架、地面接收主机、地钎和如上所述的气体钻杆总成，所述井架立置于井口处，所述钻柱的上端与所述井架上的钻机连接，所述地面接收主机的一个信号输入端通过导电线与井架电连接，所述地面接收主机的另一个信号输入端通过导电线与插在地面上的地钎电连接。

21、上述技术方案的有益效果在于：如此整个随钻地质导向系统的电磁波信号形成一个闭合回路，使得底面接收主机从地表获得深层钻井下端采集模块所采集的数据信息。