[发明专利]宽频地下发射器

说明书

本发明公开了一种水平定向钻井系统和用于水平定向钻井系统的地下发射器，所述地下发射器可以配置为与钻头一起使用并配置为用于无线通信。地下发射器可以包括控制电路和多线圈天线组件。控制电路被配置用于传输与钻头的操作相关联的数据。多芯天线可以包括天线芯和多个不同的线圈。多个不同的线圈可以靠近(例如，围绕)天线芯定位，不同的线圈各自具有与其相关联的不同电感，从而能够在单独的频率范围内发射。控制电路可以选择性地与不同的线圈耦合以控制哪些不同的线圈被激活，从而在给定的时间产生数据信号。

技术领域

本发明涉及钻机技术领域，尤其是一种宽频地下发射器。

背景技术

在水平定向钻井(HDD)行业中，HDD机器可以包括用于跟踪/定位其钻头位置以及用于将数据传输从钻头传输到HDD机器和/或另一个位置(例如，运营商或所有者)的系统。定位系统可以在钻头内部包含一个地下发射器和一个带有射频(RF)遥测技术的步行(例如，地上)定位器以跟踪钻头。在步行定位器的情况下，地面上的定位器可以从与钻头相关的地下发射器接收信息。然后可以通过射频通道将信息从步行定位器传输到HDD机器。

用于HDD定位系统的地下发射器的定位系统可以以特定频率发射数据和定位偶极子信号，以供例如步行定位器和/或HDD钻机本身接收。在一个实施例中，定位器使用一组三(3)个正交天线接收数据和定位偶极子信号。根据环境噪声水平和定位环境，可能需要使用不同的频率来实现定位精度和/或最大操作深度的最佳结果。

现代发射器可以支持多个频率，但频率范围可能受到限制(例如，通常为大约10～20个不同的频率)。对于高无源干扰位置(例如钢筋混凝土下)，需要非常低的频率(低于1kHz)。对于深度操作，需要更高的频率(高达50kHz)。电流发射器可以覆盖0.30～45kHz的范围，但不能在同一设备中。因此，以前可用的技术要求有两个单独的发射器来覆盖适合不同情况的整个频率范围。根据这些技术限制，在某些情况下甚至可能需要在钻井过程中更换发射器。

发明内容

本发明可以提供一种地下发射器，其可以采用两个或更多个线圈，每个线圈针对相应的一组发射频率进行优化，并且被配置为在这些线圈之间切换使用，以促进更大的频率范围。给定的线圈的传输效率与其电感和传输频率直接相关。电感可以定义为电导体抵抗流过它的电流变化的趋势。

在一个实施例中，发射天线可以具有缠绕在同一铁氧体磁芯上的两个或更多个线圈，例如，给定的一对线圈之间的电感差约为8～12倍(例如，100μH(微亨利)和1000μH电感线圈)。低电感线圈可以被优化以用于传输高频，例如4～45kHz或4～50kHz。高电感线圈可以被优化以用于传输低频，例如0.3～4～50kHz频率范围内有效地发射定位信号。

例如，可以通过选择线圈匝数、线圈直径、线圈长度、铁芯材料类型和/或线圈绕组层数来实现期望的电感。固态光继电器(SSR)可用于选择在给定的情况下使用的发射线圈。现代固态继电器在导通状态下具有足够低的电阻以供实际使用(在0.1欧姆范围内)，可能需要低的控制功率(10mW范围)，并且可以提供高抗冲击/抗振动性。

在一个实施例中，地下发射器被配置为用于与钻头一起使用，并且被配置用于无线通信。地下发射器可以包括控制电路和多线圈天线组件。控制电路被配置用于传输与钻头的操作相关联的数据。多芯天线可以包括天线芯和多个不同的线圈。多个不同的线圈可以靠近(例如，围绕)天线芯定位，不同的线圈各自具有与其相关联的不同电感，从而能够在单独的频率范围内发射。控制电路可以选择性地与不同的线圈耦合，以控制哪些不同的线圈被激活，从而在给定的时间产生数据信号。

附图说明

下面参考附图来进行详细说明。

图1是根据本发明的示例性实施例的HDD机器的示意性侧视图；

图2是根据本发明的示例性实施例的可用于如图1所示的HDD机器的地下发射器的示意图；

图3是可用于图1所示的地下发射器实施例的电路图。