專利名稱：氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣開采領(lǐng)域中用于氣體鉆井隨鉆測試數(shù)據(jù)的傳輸方法。
技術(shù)背景利用氣體鉆井在近幾年得到了大量的推廣與應(yīng)用，其在大幅度提高機(jī)械鉆 速、減少對油氣層的污染和及時發(fā)現(xiàn)油氣層方面有突出的貢獻(xiàn)，但其也有很多 問題，適用范圍較窄，最突出的問題為地層出水引起井壁垮塌、井下燃爆和井 眼軌跡控制。井下燃爆問題和地層出水可以通過專利申請?zhí)枮?00610021853.9、名稱為 "一種氣體鉆井井下狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測方法"發(fā)明專利申請公開的方法監(jiān)測，但 申請公開的方法是在地面間接監(jiān)測，不能直接測試井下狀態(tài)。高鉆壓使用牙輪鉆頭提高機(jī)械鉆速，井斜控制和測量是比較突出的問題， 尤其是氣體鉆定向井、水平井的隨鉆測量，其數(shù)據(jù)傳輸是關(guān)鍵問題。在泥漿井中的隨鉆測量是利用泥漿脈沖傳輸信號，此技術(shù)已很成熟，是不 能應(yīng)用到氣體鉆井中，代替它的是電磁波脈沖信號傳輸技術(shù)(EMMWD — Electromagnetic Measurement While Drilling )。 EMMWD是利用超低頻電磁波 直接穿過地層到達(dá)地面接收器，如果井深較深、地層阻抗較小，超低頻電磁波 在穿越地層的過程中被衰減，不能到達(dá)地面被有效接收，信號傳輸距離一般為 700m 3200m，使用天線延長技術(shù)和中繼技術(shù)可以達(dá)到實際應(yīng)用的傳輸距離， 但其難度較大，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，不能實時傳輸成像測井信息。另外，井下存儲式隨鉆測量儀器不能實時傳輸數(shù)據(jù)，利用聲波傳輸技術(shù)， 難與解決鉆井震動噪聲問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有氣體鉆井中地下隨鉆測試數(shù)據(jù)不能實時傳輸?shù)?問題，提供一種可應(yīng)用于氣體鉆井隨鉆測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線方法，發(fā)射功率更 小，具有裝配結(jié)構(gòu)及空間更小的供電系統(tǒng)，實現(xiàn)高速實時地傳輸?shù)叵聹y試數(shù)據(jù) 到地面進(jìn)行處理。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法包括如下步驟a.在鉆頭上方安裝傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無線網(wǎng)橋和發(fā)射天線；b. 將傳感器采集的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送入無線網(wǎng)橋；c. 無線網(wǎng)橋通過發(fā)射天線將上述數(shù)字信號以微波方式耦合到鉆具內(nèi)；d. 經(jīng)步驟c耦合的微波信號沿鉆具被傳輸?shù)降孛?，由地面無線網(wǎng)橋接收;e. 由地面無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘杺鬏斀o計算機(jī)，由計算機(jī)對信號進(jìn)行處理。 所述傳感器包括壓力傳感器、溫度傳感器、粉塵含水量傳感器和電子羅盤。壓力傳感器測試井底壓力，判斷井眼凈化情況；溫度傳感器測試鉆具環(huán)空氣體 溫度，如果井下發(fā)生了燃爆，環(huán)空氣體溫度會急劇增高，以此判斷燃爆程度， 并決策是否停氣滅火；粉塵含水量傳感器測試地層出水情況；電子羅盤測量井 眼傾角、方位角和工具面角，實現(xiàn)定向井軌跡實時測量或控制。所述無線網(wǎng)橋和地面無線網(wǎng)橋為雙頻無線網(wǎng)橋，其頻率分別為2.4GHz、 5.8GHz，其工作頻率由計算機(jī)根據(jù)鉆具內(nèi)徑確定。所述鉆具內(nèi)部設(shè)置有無線網(wǎng)絡(luò)中繼器，以在微波信號衰減到不能有效接收 時，被中繼轉(zhuǎn)發(fā)，繼續(xù)有效傳輸。所述鉆具內(nèi)的單流閥片換成微波信號可以通過的非金屬閥片。所述非金屬閥片為陶瓷或尼龍制成的閥片。所述步驟d中，微波信號被傳輸?shù)降孛娣姐@桿，由方鉆桿內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)中 繼器轉(zhuǎn)發(fā)給地面無線網(wǎng)橋。所述鉆具內(nèi)每1000米安裝1個無線網(wǎng)絡(luò)中繼器。所述傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無線網(wǎng)橋和發(fā)射天線裝配在井下無磁鉆挺短接 內(nèi)，井下無磁鉆挺短接內(nèi)還設(shè)置有給上述部件供電的電池供電系統(tǒng)。本發(fā)明采用上述方法，在鉆頭上方安裝傳感器采集信號，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 器、無線網(wǎng)橋和發(fā)射天線將采集的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換為微波信號，利 用鉆具作為波導(dǎo)定向傳輸?shù)降孛娴臒o線網(wǎng)橋接收后傳給計算機(jī)進(jìn)行處理；將無 線微波信號耦合在鉆具內(nèi)進(jìn)行傳輸， 一方面解決了現(xiàn)有無線器件無定向傳輸造 成傳輸距離較短的問題，另一方面可以利用現(xiàn)有的無線傳輸部件，具有如下有 益效果(1) 不用泥漿波傳輸信號，可以實現(xiàn)氣體鉆井條件下隨鉆測試數(shù)據(jù)的實時 傳輸；(2) 信號傳輸設(shè)備可以借鑒成熟的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WL認(rèn))，與EMMWD相比， 發(fā)射功率由100W級減小到mW級，可以使用更小型的電池供電；(3) 可以實現(xiàn)54Mbps的高速雙向通信速率；(4) 能夠?qū)崿F(xiàn)井下設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集。


圖1是本發(fā)明所采用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號l是壓力傳感器，2是溫度傳感器，3是粉塵含水量傳感器，4 是電子羅盤，5是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，6是無線網(wǎng)橋，7是發(fā)射天線，8是過單流閥的 無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線，9是方鉆桿處的無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線，IO是地面無 線網(wǎng)橋及天線，ll是計算機(jī)，12是電池供電系統(tǒng)。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 如圖1所示，氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法所采用的裝置包括設(shè)置 在鉆頭上方的井下無磁鉆挺短接、設(shè)置在鉆具內(nèi)單流閥處的無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及 天線8、設(shè)置在方鉆桿處的無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線9、地面無線網(wǎng)橋及天線IO和計算機(jī)ll。井下無磁鉆挺短接內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器1、溫度傳感器2、粉塵含水量傳 感器3、電子羅盤4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、無線網(wǎng)橋6、發(fā)射天線7和給上述部件供 電的電池供電系統(tǒng)12。壓力傳感器1測試井底壓力，判斷井眼凈化情況；溫度傳感器2測試鉆具 環(huán)空氣體溫度，如果井下發(fā)生了燃爆，環(huán)空氣體溫度會急劇增高，以此判斷燃 爆程度，并決策是否停氣滅火；粉塵含水量傳感器3測試地層出水情況；電子 羅盤4測量井眼傾角、方位角和工具面角，實現(xiàn)定向井軌跡實時測量或控制。 發(fā)射天線7發(fā)出的微波信號可以被地面無線網(wǎng)橋及天線10的天線所接收 并轉(zhuǎn)發(fā)，即地面無線網(wǎng)橋及天線10與發(fā)射天線7發(fā)出的微波信號相匹配。上述無線網(wǎng)橋及地面無線網(wǎng)橋都是雙頻無線網(wǎng)橋，其頻率分別為2. 4GHz、 5.8GHz，其工作頻率由計算機(jī)根據(jù)鉆具內(nèi)徑確定。采用上述裝置的氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法步驟如下-a.在鉆頭上方安裝集成有壓力傳感器l、溫度傳感器2、粉塵含水量傳感 器3、電子羅盤4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、無線網(wǎng)橋6、發(fā)射天線7和電池供 電系統(tǒng)12的井下無磁鉆挺短接；并將鉆具內(nèi)的單流閥片換成微波信號 可以通過的非金屬閥片，如陶瓷或尼龍制成的閥片；鉆具內(nèi)每1000米 安裝1個過單流閥的無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8;地面方鉆桿處設(shè)置無線
網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線9;地面上設(shè)置地面無線網(wǎng)橋及天線10及計算機(jī)11; b.將上述各傳感器采集的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送 入無線網(wǎng)橋6;C.無線網(wǎng)橋6通過發(fā)射天線7將上述數(shù)字信號以微波方式耦合到鉆具內(nèi)；d. 經(jīng)步驟C耦合的微波信號沿鉆具傳輸，經(jīng)過具有非金屬閥片的單流閥被無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8轉(zhuǎn)發(fā)到地面方鉆桿處的無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及 天線9，再由無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線9轉(zhuǎn)發(fā)到地面無線網(wǎng)橋及天線10 接收；e. 由地面無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘杺鬏斀o計算機(jī)ll,由計算機(jī)對信號進(jìn)行處理。 微波信號在傳輸過程中，先要通過內(nèi)徑較小的鉆挺部分，約100 300米，再傳到內(nèi)徑較大的鉆桿部分，最后傳到內(nèi)徑較小的方鉆桿部分。根據(jù)波導(dǎo)理論，微波信號的傳輸能力及傳輸距離與鉆具內(nèi)徑有關(guān)，因此，根據(jù)鉆具內(nèi)徑大小，應(yīng)采用不同的微波頻率。本實施例采用雙頻無線網(wǎng)橋，可以方便地通過地面計算機(jī)11設(shè)置成2. 4GHz (802. llb/g)或是5. 8GHz (802. lla)模式。在整個微波信號傳輸過程中每1000米使用了 1個無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8，每個無線網(wǎng)絡(luò)中繼器及天線8可以使用雙系統(tǒng)自動組網(wǎng)，減少鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障率。在整個鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中，使用中繼較多，但由于無線網(wǎng)絡(luò)中繼器設(shè)備小、天線小、功耗小、成本低以及無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理技術(shù)成熟，因此不會因為中繼設(shè)備多而影響本方法的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟a. 在鉆頭上方安裝傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無線網(wǎng)橋和發(fā)射天線；b. 將傳感器采集的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送入無線網(wǎng)橋；c. 無線網(wǎng)橋通過發(fā)射天線將上述數(shù)字信號以微波方式耦合到鉆具內(nèi)；d. 經(jīng)步驟c耦合的微波信號沿鉆具傳輸?shù)降孛?，由地面無線網(wǎng)橋接收；e. 由地面無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘杺鬏斀o計算機(jī)，由計算機(jī)對信號進(jìn)行處理。
2、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于，所述傳感器包括壓力傳感器、溫度傳感器、粉塵含水量傳感器和電子羅盤。
3、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于， 所述無線網(wǎng)橋和地面無線網(wǎng)橋為雙頻無線網(wǎng)橋，其頻率分別為2. 4GHz、5. 8GHz， 其工作頻率由計算機(jī)根據(jù)鉆具內(nèi)徑確定。
4、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于， 所述鉆具內(nèi)部設(shè)置有無線網(wǎng)絡(luò)中繼器，以在微波信號衰減到不能有效接收時， 被中繼轉(zhuǎn)發(fā)，繼續(xù)有效傳輸。
5、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于， 所述鉆具內(nèi)的單流閥片換成微波信號可以通過的非金屬閥片。
6、 如權(quán)利要求5所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于， 所述非金屬閥片為陶瓷或尼龍制成的閥片。
7、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于， 所述步驟d中，微波信號被傳輸?shù)降孛娣姐@桿，由方鉆桿內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)中繼器 轉(zhuǎn)發(fā)給地面無線網(wǎng)橋。
8、 如權(quán)利要求4所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于， 所述鉆具內(nèi)每1000米安裝1個無線網(wǎng)絡(luò)中繼器。
9、 如權(quán)利要求1所述氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，其特征在于， 所述傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無線網(wǎng)橋和發(fā)射天線裝配在井下無磁鉆挺短接內(nèi)， 井下無磁鉆挺短接內(nèi)還設(shè)置有給上述部件供電的電池供電系統(tǒng)。
全文摘要
氣體鉆井隨鉆地下數(shù)據(jù)無線傳輸方法，屬于油氣開采領(lǐng)域中用于氣體鉆井隨鉆測試數(shù)據(jù)的傳輸方法，目的是解決現(xiàn)有氣體鉆井中地下隨鉆測試數(shù)據(jù)不能實時傳輸?shù)膯栴}，包括如下步驟在鉆頭上方安裝傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、無線網(wǎng)橋和發(fā)射天線；將傳感器采集的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送入無線網(wǎng)橋；無線網(wǎng)橋通過發(fā)射天線將上述數(shù)字信號以微波方式耦合到鉆具內(nèi)；經(jīng)上述耦合的微波信號沿鉆具被傳輸?shù)降孛?，由地面無線網(wǎng)橋接收；由地面無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘杺鬏斀o計算機(jī)，由計算機(jī)對信號進(jìn)行處理；鉆具內(nèi)部設(shè)置有無線網(wǎng)絡(luò)中繼器；鉆具內(nèi)的單流閥片換成微波信號可以通過的非金屬閥片；微波信號被傳輸?shù)降孛娣姐@桿內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)中繼器轉(zhuǎn)發(fā)給地面無線網(wǎng)橋。
文檔編號E21B47/12GK101392642SQ20081004643
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者靜 周, 孟曉峰, 孟英峰, 李永杰, 陳一健 申請人:西南石油大學(xué)