一种井下无线短传天线的设计方法及装置与流程

本发明涉及近钻头随钻测量系统，尤其涉及一种无线短传天线的设计方法及装置。

背景技术：

1、经过多年的勘探开发，非常规油气资源已经成为开发的主要目标，这对勘探开发技术提出了更高的要求，需要高端的地质导向装备作支撑。常规地质导向装备中，地质及工程参数测量传感器距离钻头较远，致使信息滞后而无法满足复杂地质环境的作业需求，因此近钻头随钻测量系统受到越来越多的青睐。该系统能及时获取钻头附近的地质和工程参数，提供更准确的导向依据，进而提高储层钻遇率，减小作业风险，降低成本，现已逐渐成为大位移水平井、复杂结构井等地质导向作业中的常备系统。

2、近钻头随钻测量系统由数据测量及发射短节、数据接收短节和mwd随钻测量系统组成，数据测量及发射短节用于测量钻头附近的地质和工程参数，并将这些参数通过无线短传天线跨过螺杆钻具传输给数据接收短节，数据接收短节将接收到的数据通过mwd系统上传到地面。可见，跨螺杆无线短传成为研发该系统最关键的技术难点之一，现有技术常把天线和保护罩设计成一体，且仅依靠密封连接器实现与电器之间的密封，这种设计对密封连接器的要求很高，一旦密封连接器失效，系统便无法工作。当前无线短传技术常遇到因设计缺陷而造成的在井下高温高压环境中工作时性能不稳定，传输距离无法满足要求的问题。

技术实现思路

1、本发明需解决的技术问题是提供一种井下无线短传天线的设计方法及装置，能实现井下跨螺杆的高可靠性信号传输。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种井下无线短传天线的设计方法，采取技术方案如下：

3、沿钻铤外壁开设柱型凹槽；

4、在所述凹槽内布设天线本体，方法为：在所述凹槽壁贴合放置磁性材料，与所述钻铤及凹槽内其它天线材料之间做绝缘处理；沿垂直于钻铤轴方向，在位于所述凹槽内、贴合所述磁性材料的钻铤柱体上，缠绕绝缘导线，向外辐射和接收电磁波信号；

5、对所述天线本体做密封、支撑处理；

6、在所述凹槽内、所述天线本体外设置具有密封性的天线保护罩。

7、进一步的，所述天线本体密封、支撑处理方法为：对所述天线本体在所述凹槽内、除所述绝缘导线和所述磁性材料之外的空间填充具有绝缘性的填充材料。

8、进一步的，在所述天线保护罩上沿与所述绝缘导线缠绕方向相垂直的方向设计开槽，在所述开槽处填充具有绝缘性的填充材料。

9、进一步的，所述磁性材料有较高的磁导率和磁饱和强度，具有较低的电阻率；所述磁性材料的所有性能具备在常温和井下高温环境下的一致性。

10、进一步的，在有限的凹槽空间内缠绕多匝且紧密排列的绝缘导线，所述绝缘导线绝缘层厚0.02mm-0.05mm，线径在0.1mm-1.0mm之间、匝数在100-300 之间。

11、根据本发明的又一方面，提供了一种井下无线短传天线装置，采取技术方案如下：

12、所述井下无线短传天线装置包括天线保护罩、天线本体，布设于沿金属钻铤外壁开设的柱型凹槽内，所述天线本体包括绝缘导线、磁性材料，所述磁性材料贴合放置在所述凹槽内壁上，与所述金属钻铤、绝缘导线做绝缘处理，所述绝缘导线沿垂直于钻铤轴方向，缠绕于所述凹槽内、贴合所述磁性材料的柱体上，对所述天线本体做密封、支撑处理，在所述天线本体外设置具有密封性的天线保护罩。

13、进一步的，所述天线本体密封、支撑处理方法为：对所述天线本体在所述凹槽内、除所述绝缘导线和所述磁性材料之外的空间填充具有绝缘性的填充材料。

14、进一步的，在所述天线保护罩上沿与所述绝缘导线缠绕方向相垂直的方向设计开槽，在所述开槽处填充具有绝缘性的填充材料。

15、进一步的，所述磁性材料要求有较高的磁导率和磁饱和强度，具有较低的电阻率；所述磁性材料的所有性能具备在常温和井下高温环境下的一致性。

16、进一步的，在有限的凹槽空间内缠绕多匝且紧密排列的绝缘导线，所述绝缘导线绝缘层厚0.02mm-0.05mm，线径在0.1mm-1.0mm之间、匝数在100-300 之间。

17、与现有技术对比，本发明有益效果如下：

18、本发明的设计是将天线本体与天线保护罩分解成两个部件，分别承担密封功能，相当于有两道密封，有效提升了天线在高压环境中的适应性。另外，本发明提出的设计方案考虑了磁性材料的设计，相比常规只考虑导线的设计，更全面的考虑了影响天线性能的因素，能更有效得提升天线的工作性能。

技术特征：

1.一种井下无线短传天线的设计方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种井下无线短传天线的设计方法，其特征在于，所述天线本体密封、支撑处理方法为：对所述天线本体在所述凹槽内、除所述绝缘导线和所述磁性材料之外的空间填充具有绝缘性的填充材料。

3.根据权利要求1或2所述的一种井下无线短传天线的设计方法，其特征在于，在所述天线保护罩上沿与所述绝缘导线缠绕方向相垂直的方向设计开槽，在所述开槽处填充具有绝缘性的填充材料。

4.根据权利要求1所述的一种井下无线短传天线的设计方法，其特征在于，所述磁性材料有较高的磁导率和磁饱和强度，具有较低的电阻率；所述磁性材料的所有性能具备在常温和井下高温环境下的一致性。

5.根据权利要求1所述的一种井下无线短传天线的设计方法，其特征在于，在有限的凹槽空间内缠绕多匝且紧密排列的绝缘导线，所述绝缘导线绝缘层厚0.02mm-0.05mm，线径在0.1mm-1.0mm之间、匝数在100-300之间。

6.一种井下无线短传天线装置，其特征在于，包括天线保护罩(3)、天线本体，布设于沿金属钻铤(1)外壁开设的柱型凹槽内；所述天线本体包括绝缘导线(5)、磁性材料(6)，所述磁性材料(6)贴合放置在所述凹槽内壁上，与所述金属钻铤(1)、绝缘导线(5)之间做绝缘处理，所述绝缘导线(5)沿垂直于钻铤轴方向，缠绕于所述凹槽内、贴合所述磁性材料(6)的柱体上；对所述天线本体做密封、支撑处理，在所述天线本体外设置具有密封性的天线保护罩(3)。

7.根据权利要求6所述的一种井下无线短传天线装置，其特征在于，所述天线本体密封、支撑处理方法为：对所述天线本体在所述凹槽内、除所述绝缘导线(5)和所述磁性材料(6)之外的空间填充具有绝缘性的填充材料。

8.根据权利要求7所述的一种井下无线短传天线装置，其特征在于，在所述天线保护罩(3)上沿与所述绝缘导线(5)缠绕方向相垂直的方向设计开槽(7)，在所述开槽(7)处填充具有绝缘性的填充材。

9.根据权利要求6所述的一种井下无线短传天线装置，其特征在于，所述磁性材料要求有较高的磁导率和磁饱和强度，具有较低的电阻率；所述磁性材料的所有性能具备在常温和井下高温环境下的一致性。

10.根据权利要求6所述的一种井下无线短传天线装置，其特征在于，在有限的凹槽空间内缠绕多匝且紧密排列的绝缘导线，所述绝缘导线绝缘层厚0.02mm-0.05mm，线径在0.1mm-1.0mm之间、匝数在100-300之间。

技术总结
本发明公开了一种井下无线短传天线的设计方法及装置，其中设计方法为：沿钻铤外壁开设柱型凹槽；在所述凹槽内布设天线本体：在所述凹槽壁贴合放置磁性材料，与所述钻铤及凹槽内其它天线材料之间做绝缘处理，沿垂直于钻铤轴方向，在位于所述凹槽内、贴合所述磁性材料的钻铤柱体上，缠绕绝缘导线，向外辐射和接收电磁波信号，对所述磁性材料、绝缘导线做密封、支撑处理；在所述凹槽内、所述天线本体外设置具有密封性的天线保护罩。本发明能实现井下跨螺杆的高可靠性信号传输。

技术研发人员：宋殿光,张龙,周俊,吕伟,岳步江,何永明,李猛,张晓丽,赵鹏飞,邹继华
受保护的技术使用者：航天科工惯性技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4