[发明专利]一种近钻头的数据传输测量装置及其数据传输测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探钻井工程的随钻测量技术领域，尤其涉及一种近钻头的数据传输测量装置及其数据传输测量方法。

背景技术

随着石油和天然气勘探开发的不断进行，剩余的常规油气藏已经越来越少，非常规油气藏、复杂油气藏的开发日益增多。在这些非常规油气藏和复杂油气藏中定向井的施工应用也越来越普遍。在这些定向井施工中，获取近钻头的井眼轨迹参数和地质参数对施工成功与否至关重要。

为了获得近钻头的井眼轨迹参数和地质参数，一方面需要借助近钻头的测量短节，对近钻头的相关参数进行测量；另一方面需要一套短传系统，用来完成近钻头测量短节与泥浆脉冲传输系统之间的数据传输。这是因为近钻头测量短节与泥浆脉冲传输系统之间通常被动力钻具隔开，而常规的动力钻具中很难设置传输线，因此需要一套短传系统，跨越动力钻具实现数据传输。

目前现有的近钻头传输系统包括以下两类：

一类是有线方式，例如专利文献CN101881155所公开的，这一类方法比较容易理解，就是对常规的动力钻具进行开槽埋设电缆，将数据传输线从动力钻具的中间穿过。这类方式由于动力钻具的加工成本、机械强度等因素，应用范围一直受到限制。

另一类是无线方式，无线方式又包括：声波传输、电磁波传输以及磁场变换等方式。但是由于近钻头剧烈震动的原因，声波传输方式，例如专利文献CN202900265所公开的，会受到严重的干扰，系统的稳定性较差。电磁波传输方式，例如专利文献CN201110319158.1所公开的，会受到附近地层以及钻井液的影响，传输信道不稳定，因此需要进一步改进和优化，才有可能有效应用。而磁场变换方式，例如专利文献CN201210458259.1所公开的，涉及复杂的电机和磁铁控制，而且因为近钻头后方有限的空间其安装可行性也受到很大限制。

此外，传统的随钻测量仪器通常设置在动力钻具的上方，距离钻头10米甚至更远的距离，随钻测量仪器的测量数据同样距离钻头10米甚至更远的距离。因此这些数据有一定的滞后性，不能实时或及时反应正在钻进地层的情况。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种近钻头的数据传输测量装置，以及利用该装置向地面传输近钻头测量数据和测量地层电阻率的方法。

本发明提供的近钻头的数据传输测量装置，其特征在于，包括：

近钻头测量模块，其用于测量钻进过程中的相关参数，并将测量数据传给发射控制电路模块；

所述发射控制电路模块，其用于对所述近钻头测量模块传来的测量数据进行编码，并将编码信号传给发射耦合模块；

所述发射耦合模块，其与近钻头钻铤短节、动力钻具、动力钻具上钻铤短节、接收耦合模块一起形成一个两级变压器耦合电路，所述两级变压器耦合电路将所述发射耦合模块接收到的编码信号以变压耦合的方式传给所述接收耦合模块；

接收处理电路模块，其用于对所述接收耦合模块接收到的编码信号进行解码，并将解码后的测量数据传给随钻测量系统；

所述随钻测量系统，其用于将所述接收处理电路模块传来的测量数据传给地面。

根据本发明的实施例，上述接收处理电路模块还用于根据所述两级变压器耦合电路中的电压、电流信号的幅值计算地层电阻率。

根据本发明的实施例，上述发射控制电路模块可以包括依次连接的数据接收单元、编码微处理器单元、电流放大单元、匹配发送单元，分别用于对测量数据进行接收、编码、放大、匹配。

根据本发明的实施例，上述发射耦合模块套设在所述近钻头钻铤短节外侧，包括第一环形铁氧体和绕制在所述第一环形铁氧体的第一线圈，其中所述第一线圈的两端连接所述发射控制电路模块的输出端；上述接收耦合模块套设在所述动力钻具上钻铤短节外侧，包括第二环形铁氧体和绕制在所述第二环形铁氧体的第二线圈，其中所述第二线圈的两端连接所述接收处理电路模块的输入端。

根据本发明的实施例，上述接收处理电路模块可以包括依次连接的接收匹配 单元、增益放大控制单元、带通滤波单元、模数转换单元、微控制器单元、输出单元，分别用于对编码信号进行接收、放大、滤波、转换、解码，然后输出解码后的测量数据。

根据本发明的实施例，上述发射控制电路模块和接收处理电路模块可以采用调频、调幅或调相的方式进行编码和解码。

此外，本发明还提供一种利用上述近钻头的数据传输测量装置进行数据传输测量的方法，包括以下步骤：

S100，通过近钻头测量模块测量钻进过程中的相关参数，并将测量数据传给发射控制电路模块；