地面信號發送裝置、井下信號接收裝置及數據傳輸系統制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種地面信號發送裝置、井下信號接收裝置及數據傳輸系統，設置在地面端的地面信號發送裝置包括地面控制器、地面發射電路和地面發射天線，控制指令依次經地面控制器和地面發射電路的處理后，通過地面發射天線發射出去。與常規脈沖遙控指令傳輸方式相比，本發明專利技術無須開停泵，不耽誤鉆進時間，不容易產生誤操作，可靠性更高；數據幀結構更靈活、更復雜，能發出的控制命令更多樣(傳統開停泵只能發固定的幾個指令)，可以在鉆進過程中實時優化井下執行機構工況和控制其工作，對鉆井安全高效有重大的積極意義。另外，本發明專利技術結構簡單、可靠性高、在國內現有技術水平和加工工藝下容易實現，經現場應用證明，使用效果良好。

Ground signal transmitting device, downhole signal receiving device and data transmission system

The invention discloses a ground signal transmission device, downhole signal receiving device and data transmission system, set the ground signal transmitter on the ground terminal comprises a ground controller, a transmitting circuit and a transmitting antenna of ground surface, control instructions sequentially through the ground controller and ground transmitting circuit after processing, transmitted through the ground transmitting antenna. Compared with the conventional pulse remote control instruction transmission, the invention does not need to open the pump stops, do not delay the drilling time and is not prone to misoperation, higher reliability; data frame structure is more flexible and more complex control commands more (traditional open a few instructions to stop the pump only fixed), can be in drilling in the process of real-time optimization of downhole actuator and control of working conditions, high efficiency has great positive significance for drilling safety. In addition, the invention has the advantages of simple structure, high reliability, easy realization in the prior art level and processing technology, and good application effect through field application.

【技術實現步驟摘要】
地面信號發送裝置、井下信號接收裝置及數據傳輸系統
本專利技術涉及油氣開發鉆井
，尤其涉及一種地面信號發送裝置和井下信號接收裝置，還涉及一種具有該地面信號發送裝置和井下信號接收裝置的數據傳輸系統。
技術介紹
隨著鉆井技術的發展，井下鉆具組合中可掛接的工具(儀器)越來越多，為了使這些工具、儀器能按要求可靠穩定地工作，需要隨時在地面對它們的執行機構實施遠程遙控。如電磁隨鉆測量儀器，為了優化其工作性能，延長工作時間，可從地面向井下發送一些下行指令，來控制其發射機的工作啟動/停止、工作模式、載波頻率、延遲時間等；旋轉導向工具也需要地面下傳指令，控制底部鉆具組合的鉆進方向；分段壓裂時需要控制多級分隔器在不同時間和井段工作等。目前地面對井下執行機構的遙控方法主要是通過鉆井液液壓控制，地面司鉆通過排列組合不同時間長度和次數的開停泵操作，來代表不同的指令，通過開停泵產生不同效果的鉆井液脈沖，使管柱中液柱壓力隨之發生相應變化。井下執行機構通過監測管柱壓力信號，接收脈沖信號，然后將脈沖信號恢復成電信號，從而判斷指令的內容。然而，上述地面對井下執行機構的遙控方法的缺陷在于：首先發送下行指令時操作復雜，對操作時序要求高，容易出現誤操作；二是要下傳指令時需要停止一切鉆進工作，才不會對開停泵操作產生干擾，耽誤鉆進時間；三是只能依靠不同排列組合發送固定的幾個簡單指令，實現一些簡單操作，指令種類少，結構簡單，對井下執行機構的控制效果不好。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：現有技術中利用鉆井液液壓控制遙控井下執行機構，發送下行指令時操作復雜，易出現誤操作；發送下行指令時會耽誤鉆進時間；只能實現簡單的操作，不能精確控制井下執行機構。為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種地面信號發送裝置、井下信號接收裝置及數據傳輸系統，能夠在鉆進過程中隨時從地面向井下發送控制指令，控制井下執行機構按現場作業需要工作，而不影響正常的鉆井作用，從而實現地面對井下執行機構的實時、可靠地控制。根據本專利技術的第一個方面，提供了一種地面信號發送裝置，其設置在地面端，其包括依次連接的地面控制器、地面發射電路和地面發射天線，控制指令依次經所述地面控制器和所述地面發射電路的處理后，通過所述地面發射天線發射出去。優選的是，所述地面發射天線包括均與所述地面發射電路連接的第一埋地電極和第二埋地電極；其中，所述第一埋地電極與井筒的上部鉆柱相連，所述第二埋地電極與所述第一埋地電極間隔預設距離。優選的是，所述第二埋地電極沿所述井筒的井眼軌跡延伸方向設置。優選的是，所述地面控制器包括：指令接收單元，設置為接收所述控制指令；信號編碼單元，設置為對所述控制指令進行編碼；以及信號調制單元，設置為對編碼后的控制指令進行調制。優選的是，所述信號編碼單元采用幀同步校驗的方式對所述控制指令進行編碼，并使所述編碼后的控制指令包括12位幀同步校驗位。優選的是，所述地面發射電路包括光電隔離電路和功率放大電路；其中，所述地面控制器通過所述光電隔離電路和所述功率放大電路與所述地面發射天線連接。優選的是，所述地面發射電路還包括連接在所述功率放大電路和所述地面發射天線之間的脈沖變壓器。根據本專利技術的第二個方面，提供了一種井下信號接收裝置，其設置在井下端，其包括依次連接的井下接收天線、井下接收電路和井下控制器；所述井下接收天線接收地面信號發送裝置發射的電磁波并將所述電磁波轉換為電信號，所述電信號依次經所述井下接收電路和所述井下控制器的處理后輸入至井下執行機構。優選的是，所述井下接收天線包括上接頭、下接頭以及位于所述上接頭和所述下接頭之間的絕緣接頭，所述上接頭與井筒的上部鉆柱連接，所述下接頭與所述井筒的下部鉆柱連接。優選的是，所述下接頭的側面設置有用于容置的所述井下接收電路和所述井下控制器的凹槽。優選的是，所述井下接收電路包括增益放大電路、模擬濾波電路和A/D轉換電路；其中，所述井下接收天線依次通過所述增益放大電路、模擬濾波電路和A/D轉換電路與所述井下控制器連接，所述增益放大電路與所述井下控制器連接。優選的是，所述井下控制器包括：數字濾波單元，設置為對所述A/D轉換電路輸出的數字信號進行濾波；信號解調單元，設置為對所述數字濾波單元輸出的信號進行解調；信號解碼單元，設置為對所述信號解調單元輸出的信號進行解碼；數據回放及通信單元，設置為對所述信號解碼單元輸出的信號進行數據回放，并將所述信號解碼單元輸出的信號發送給所述井下執行機構；以及增益控制單元，其與所述增益放大電路連接，設置為調節所述增益放大電路的增益系數。優選的是，所述信號解碼單元包括：吻合程度獲取子單元，設置為獲取所述信號解調單元輸出的信號中的12位幀同步校驗位與預設的比對模板的吻合程度；確定子單元，設置為在比較出所述吻合程度大于或者等于預設的吻合程度閾值時，確定所述信號解調單元輸出的信號通過幀同步校驗。根據本專利技術的第三個方面，提供了一種具有上述地面信號發送裝置和上述井下信號接收裝置的數據傳輸系統。與現有技術相比，上述方案中的一個或多個實施例可以具有如下優點或有益效果：本專利技術所提供的電磁無線傳輸的方式，與常規脈沖遙控指令傳輸方式相比，無須開停泵，不耽誤鉆進時間，不容易產生誤操作，可靠性更高；數據幀結構更靈活、更復雜，能發出的控制命令更多樣(傳統開停泵只能發固定的幾個指令)，可以在鉆進過程中實時優化井下執行機構工況和控制其工作，對鉆井安全高效有重大的積極意義。另外，本專利技術結構簡單、可靠性高、在國內現有技術水平和加工工藝下容易實現，經現場應用證明，使用效果良好。本專利技術的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。本專利技術的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。附圖說明附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本專利技術的實施例共同用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的限制。在附圖中：圖1示出了本專利技術實施例數據傳輸系統的結構示意圖；圖2示出了本專利技術實施例中井下接收天線的結構示意圖；圖3示出了圖2所示的井下接收天線的A-A向剖視圖；圖4示出了本專利技術實施例地面信號發送裝置的原理方框圖；以及圖5示出了本專利技術實施例井下信號接收裝置的原理方框圖。具體實施方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本專利技術的實施方式，借此對本專利技術如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本專利技術中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本專利技術的保護范圍之內。為了解決現有技術中利用鉆井液液壓控制遙控井下執行機構存在的以下缺陷：發送下行指令時操作復雜，易出現誤操作；發送下行指令時會耽誤鉆進時間；只能實現簡單的操作，不能精確控制井下執行機構，本專利技術實施例提供了一種數據傳輸系統。圖1示出了本專利技術實施例數據傳輸系統的結構示意圖。參照圖1，本實施例數據傳輸系統包括地面信號發送裝置4和井下信號接收裝置6。其中，地面信號發送裝置4位于井場的地面端，從而能夠根據技術人員的需要，隨時從地面端向井下執行機構7發送控制指令。該地面信號發送裝置4包括地面控制器、地面發射電路和地面發射天線。井下信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種地面信號發送裝置，其特征在于，所述地面信號發送裝置設置在地面端，其包括依次連接的地面控制器、地面發射電路和地面發射天線，控制指令依次經所述地面控制器和所述地面發射電路的處理后，通過所述地面發射天線發射出去。

【技術特征摘要】
1.一種地面信號發送裝置，其特征在于，所述地面信號發送裝置設置在地面端，其包括依次連接的地面控制器、地面發射電路和地面發射天線，控制指令依次經所述地面控制器和所述地面發射電路的處理后，通過所述地面發射天線發射出去。2.根據權利要求1所述的地面信號發送裝置，其特征在于，所述地面發射天線包括均與所述地面發射電路連接的第一埋地電極和第二埋地電極；其中，所述第一埋地電極與井筒的上部鉆柱相連，所述第二埋地電極與所述第一埋地電極間隔預設距離。3.如權利要求2所述的地面信號發送裝置，其特征在于，所述第二埋地電極沿所述井筒的井眼軌跡延伸方向設置。4.根據權利要求1至3中任一項所述的地面信號發送裝置，其特征在于，所述地面控制器包括：指令接收單元，設置為接收所述控制指令；信號編碼單元，設置為對所述控制指令進行編碼；以及信號調制單元，設置為對編碼后的控制指令進行調制。5.根據權利要求4所述的地面信號發送裝置，其特征在于，所述信號編碼單元采用幀同步校驗的方式對所述控制指令進行編碼，并使所述編碼后的控制指令包括12位幀同步校驗位。6.根據權利要求1至5中任一項所述的地面信號發送裝置，其特征在于，所述地面發射電路包括光電隔離電路和功率放大電路；其中，所述地面控制器通過所述光電隔離電路和所述功率放大電路與所述地面發射天線連接。7.根據權利要求6所述的地面信號發送裝置，其特征在于，所述地面發射電路還包括連接在所述功率放大電路和所述地面發射天線之間的脈沖變壓器。8.一種井下信號接收裝置，其特征在于，所述井下信號接收裝置設置在井下端，其包括依次連接的井下接收天線、井下接收電路和井下控制器；所述井下接收天線接收地面信號發送裝置發射的電磁波并將所述電磁波轉換為電信號，所述電信號依次經所述井下接收電路和所述井下控制器的處理后輸入至井下...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊春國，陳曉暉，王立雙，高炳堂，宋朝暉，胡越發，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11