專利名稱：井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油、天然氣鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置。
背景技術(shù)：
隨著大位移井、大斜度井和長水平井的出現(xiàn)和發(fā)展，常規(guī)鉆具已經(jīng)很難滿足需要，而井下旋轉(zhuǎn)導向鉆具因其機械鉆速高、井身質(zhì)量高、不易卡鉆等優(yōu)點，在石油鉆井領(lǐng)域中具有廣闊應用前景。通常在井下鉆具上安裝一個可繞鉆具主軸旋轉(zhuǎn)的導向活套，活套上均勻分布三到四個液壓推力控制單元。鉆進過程中，井下電子測控系統(tǒng)通過測量井斜角和方位角，分別調(diào)節(jié)液壓推力控制單元輸出推力的大小，使得鉆具在某個方向上產(chǎn)生一定側(cè)向推力，從而實現(xiàn)鉆具在井下進行導向鉆進?！ぴ趯崿F(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題井下電子測控系統(tǒng)的電源通常由鉆桿內(nèi)高壓泥漿渦輪發(fā)電機提供，利用導電滑環(huán)實現(xiàn)由旋轉(zhuǎn)鉆桿到導向套筒的電能傳輸。此外，導電滑環(huán)還將負責位于旋轉(zhuǎn)鉆柱上隨鉆測量儀器與活套上電子測控系統(tǒng)之間雙向數(shù)據(jù)通信。雖然導電滑環(huán)結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，但缺點是對滑動接觸面的清潔度要求較高，電刷被磨損需要經(jīng)常維護更換滑環(huán)。在井下高溫、高壓、強振動等惡劣工作環(huán)境下，導電滑環(huán)的密封和絕緣更是難以解決，導致滑環(huán)可靠性問題則較為關(guān)出。中國專利公開了一種隨鉆測量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是一種鉆桿接頭之間的雙向半雙工數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其信號是沿鉆桿軸向進行傳輸，且信號收發(fā)器之間沒有相對旋轉(zhuǎn)運動，沒有解決旋轉(zhuǎn)鉆桿與導向活套之間信號徑向傳輸?shù)膯栴}。中國專利公開了一種在設(shè)備中彼此相對運動的部件之間傳遞信號的方法和設(shè)備，所用方法是采用電力載波方式實現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)運動部件之間的數(shù)據(jù)通信。其缺點是載波信號易受到高頻電能逆變器的干擾，濾波元件體積較大，且硬件系統(tǒng)設(shè)計較為復雜；此外，因該設(shè)備中旋轉(zhuǎn)變壓器鐵氧體磁芯采用整體式結(jié)構(gòu)，故磁芯體積較大，無法在井下強振動、沖擊的環(huán)境下應用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)主軸上隨鉆測量系統(tǒng)與導向活套上電子測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換的問題，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)鉆桿與導向活套之間信號徑向傳輸，并適于在井下強振動、沖擊的環(huán)境下應用，本實用新型實施例提供了一種用于井下旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具中旋轉(zhuǎn)主軸與導向活套之間的信號無線雙向傳輸裝置。所述技術(shù)方案如下一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，所述裝置包括非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器、數(shù)據(jù)發(fā)送器、數(shù)據(jù)接收器，所述非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器為上下兩組，每一組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器包括第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器、第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器；所述第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在旋轉(zhuǎn)主軸的外壁凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在導向活套的內(nèi)壁凹槽內(nèi)，兩組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器各自獨立工作，彼此存在相對旋轉(zhuǎn)運動。具體地，所述非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器分別由多個獨立的U形鐵氧體磁芯組成，沿圓周方向均勻分布，其中上一組的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯安裝在旋轉(zhuǎn)主軸的外壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯安裝在導向活套的內(nèi)壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)；下一組的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯安裝在旋轉(zhuǎn)主軸的外壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯安裝在導向活套的內(nèi)壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)。進一步地，所述第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的上部鐵氧體磁芯、下部鐵氧體磁芯與旋轉(zhuǎn)主軸的外壁凹槽之間由粘接劑聯(lián)接；所述第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的上部鐵氧體磁芯、下部鐵氧體磁芯與導向活套的內(nèi)壁凹槽之間由粘接劑聯(lián)接。進一步地，所述旋轉(zhuǎn)主軸和導向活套上的U形鐵氧體磁芯采用不同的數(shù)量，在圓周方向上均勻安裝，
OwrIjr滿足如下關(guān)系0<4<—和/或0<民< ——;式中，0為每塊定子磁芯的表面圓
mn
弧與軸心的張角，m為定子塊數(shù)與轉(zhuǎn)子塊數(shù)的最小公倍數(shù)，n為正整數(shù)。所述旋轉(zhuǎn)主軸設(shè)置有中心孔，旋轉(zhuǎn)主軸與導向活套之間的氣隙為泥漿流道。所述數(shù)據(jù)發(fā)送器為上下兩個，包括第一數(shù)據(jù)發(fā)送器、第二數(shù)據(jù)發(fā)送器；其中第一數(shù)據(jù)發(fā)送器設(shè)置于旋轉(zhuǎn)主軸上部，由主軸向活套發(fā)送數(shù)據(jù)，第二數(shù)據(jù)發(fā)送器設(shè)置于導向活套下部，由活套向主軸發(fā)送數(shù)據(jù)。具體地，所述第一數(shù)據(jù)發(fā)送器由頻率調(diào)制、電子開關(guān)、驅(qū)動電路、功率放大電路及發(fā)射線圈、數(shù)字信號控制器組成；所述第一數(shù)據(jù)發(fā)送器的數(shù)字信號控制器連接旋轉(zhuǎn)主軸電子系統(tǒng)及頻率調(diào)制，頻率調(diào)制通過電子開關(guān)的ENl和EN2連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接功率放大電路，功率放大電路連接第一發(fā)射線圈，所述第一發(fā)射線圈設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主軸上部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯上。具體地，所述第二數(shù)據(jù)發(fā)送器由頻率調(diào)制、電子開關(guān)、驅(qū)動電路、功率放大電路及發(fā)射線圈、數(shù)字信號控制器組成；所述的第二數(shù)據(jù)發(fā)送器的數(shù)字信號控制器連接導向活套電子系統(tǒng)及頻率調(diào)制，頻率調(diào)制通過電子開關(guān)的ENl和EN2連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接功率放大電路，功率放大電路連接第二發(fā)射線圈，所述第二發(fā)射線圈設(shè)置在導向活套下部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯上。所述數(shù)據(jù)接收器為上下兩個，包括第一數(shù)據(jù)接收器、第二數(shù)據(jù)接收器；其中第一數(shù)據(jù)接收器設(shè)置于導向活套上部，由活套向主軸接收數(shù)據(jù)，第二數(shù)據(jù)接收器設(shè)置于旋轉(zhuǎn)主軸下部，由主軸向活套接收數(shù)據(jù)。具體地，所述第一數(shù)據(jù)接收器由采樣電阻、信號調(diào)理電路、帶通濾波器、信號整形電路及接收線圈組成；第一數(shù)據(jù)接收器的第一接收線圈跨接采樣電阻、連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接帶通濾波器，帶通濾波器連接信號整形電路，信號整形電路連接導向活套電子系統(tǒng)，所述第一接收線圈設(shè)置在導向活套上部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯上。具體地，所述第二數(shù)據(jù)接收器由采樣電阻、信號調(diào)理電路、帶通濾波器、信號整形電路及接收線圈組成；第二數(shù)據(jù)接收器的第二接收線圈跨接采樣電阻、連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接帶通濾波器，帶通濾波器連接信號整形電路，信號整形電路連接旋轉(zhuǎn)主軸電子系統(tǒng)，所述第二接收線圈設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主軸下部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器的鐵氧體磁芯上。所述數(shù)據(jù)接收器的信號通過數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)檢測所述接收到的信號頻率是否超限；如果否，則判斷所述信號的類型，并存儲所述信號。本實用新型實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是I.非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器由多個分體式U形鐵氧體磁芯組成，分別安裝在旋轉(zhuǎn)主軸和導向活套上的多個凹槽內(nèi)，使旋轉(zhuǎn)主軸上的磁芯與導向活套上的磁芯之間的磁阻保持恒定，不受旋轉(zhuǎn)運動的影響，從而保證了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，利于在井下強振動、沖擊的環(huán)境下應用。2.采用兩組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器、兩套各自獨立工作的數(shù)據(jù)發(fā)送器和數(shù)據(jù)接收器分開布置，從而實現(xiàn)了主軸與活套之間信號的雙向傳輸，不僅降低了信號傳輸過程中的噪聲干擾，也提高了井下信號傳輸?shù)目煽啃浴?.接收檢測時通過軟件進行信號頻率誤差允許容限設(shè)定，并根據(jù)接收到脈沖信號頻率，接收端的電子系統(tǒng)通過軟件方式采用帶進位左移方式接收信號，當收到一個完整的字節(jié)時將其按照先后順序依次保存到接收緩存中，保證接收數(shù)據(jù)的正確率。4.解決了旋轉(zhuǎn)鉆桿與導向活套之間信號徑向傳輸?shù)膯栴}，適用于井下導向鉆具中動力主軸與導向活套在相對旋轉(zhuǎn)運動時，兩個部件之間的信號無線雙向傳輸，替代了導電滑環(huán)，成為一個相對獨立的信號傳輸部件，廣泛應用于石油鉆井隨鉆導向工具進行井下導向鉆進。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本實用新型實施例提供的一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置結(jié)構(gòu)示意圖主視圖的剖視圖；圖2是本實用新型實施例提供的一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置結(jié)構(gòu)示意圖左視圖的剖視圖；圖3是本實用新型實施例提供的圖I的俯視圖；圖4是本實用新型實施例提供的主軸到活套的數(shù)據(jù)傳輸原理框圖；圖5是本實用新型實施例提供的活套到主軸的數(shù)據(jù)傳輸原理框圖；圖6是本實用新型實施例提供的數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。參見圖I、圖2，本實用新型實施例提供了一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，該裝置主要包括非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器I、數(shù)據(jù)發(fā)送器2、數(shù)據(jù)接收器3及數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)等；為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向無線傳輸，在現(xiàn)有井下旋轉(zhuǎn)導向鉆具中的主軸4和活套5上安裝有上下兩組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器I，每一組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器I包括第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11、第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12，其中第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11安裝在旋轉(zhuǎn)主軸4的外壁凹槽內(nèi)，第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11用于主軸4向活套5傳輸數(shù)據(jù)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12安裝在導向活套5的內(nèi)壁凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12則用于活套5向主軸4傳輸數(shù)據(jù)；兩組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11、12各自獨立工作，彼此存在相對旋轉(zhuǎn)運動；旋轉(zhuǎn)主軸4設(shè)置有中心孔4-1，旋轉(zhuǎn)主軸4與導向活套5之間的氣隙為泥漿流道6。所述的數(shù)據(jù)發(fā)送器2為上下兩個，包括第一數(shù)據(jù)發(fā)送器21、第二數(shù)據(jù)發(fā)送器22 ;其中上一個第一數(shù)據(jù)發(fā)送器21設(shè)置于旋轉(zhuǎn)主軸4上部的鐵氧體磁芯11-1內(nèi)，用于主軸4向活套5發(fā)送數(shù)據(jù)，下一個第二數(shù)據(jù)發(fā)送器22設(shè)置于導向活套5下部的鐵氧體磁芯12-2內(nèi)，用于活套5向主軸4發(fā)送數(shù)據(jù)。所述的數(shù)據(jù)接收器3為上下兩個，包括第一數(shù)據(jù)接收器31、第二數(shù)據(jù)接收器32 ;其 中上一個第一數(shù)據(jù)接收器31設(shè)置于導向活套5上部的鐵氧體磁芯12-1內(nèi)，用于活套5向主軸4接收數(shù)據(jù)，下一個第二數(shù)據(jù)接收器32設(shè)置于旋轉(zhuǎn)主軸4下部的鐵氧體磁芯11-2內(nèi)，用于主軸4向活套5接收數(shù)據(jù)。具體地，同時參見圖3，所述非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11、12分別由多個獨立的U形鐵氧體磁芯組成，沿圓周方向均勻分布，其中上一組的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11的鐵氧體磁芯
11-1安裝在旋轉(zhuǎn)主軸4的外壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12的鐵氧體磁芯12-1安裝在導向活套5的內(nèi)壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)；下一組的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11的鐵氧體磁芯11-2安裝在旋轉(zhuǎn)主軸4的外壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12的鐵氧體磁芯12-2安裝在導向活套5的內(nèi)壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)；所述第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11的上部鐵氧體磁芯11-1、下部鐵氧體磁芯11-2與旋轉(zhuǎn)主軸4的外壁凹槽之間采用高強度、耐高溫、快速粘接劑7進行聯(lián)接；所述第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12的上部鐵氧體磁芯12-1、下部鐵氧體磁芯
12-2與導向活套5的內(nèi)壁凹槽之間采用高強度、耐高溫、快速粘接劑7進行聯(lián)接。進一步地，由于旋轉(zhuǎn)主軸4和導向活套5之間存在相對旋轉(zhuǎn)運動，為了保證非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器I轉(zhuǎn)動時磁阻保持不變，根據(jù)磁芯表面圓弧對軸心所張的角度，旋轉(zhuǎn)主軸4和導向活套5上的U形鐵氧體磁芯采用不同的數(shù)量，在圓周方向上均勻安裝。
2 "7T2 TT滿足如下關(guān)系0<巧<—和/或0<氏< ——。式中，0為每塊定子磁芯的表面圓
m"
弧與軸心的張角，m為定子塊數(shù)與轉(zhuǎn)子塊數(shù)的最小公倍數(shù)，n為正整數(shù)。只要Q1, e2有一個滿足上式，即可滿足活套與主軸發(fā)生轉(zhuǎn)動時旋轉(zhuǎn)變壓器磁阻保持不變的要求。具體地，同時參見圖4、圖5，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送器2的第一數(shù)據(jù)發(fā)送器21主要由頻率調(diào)制21-1、電子開關(guān)21-2、驅(qū)動電路21-3、功率放大電路21-4以及發(fā)射線圈21_5、數(shù)字信號控制器21-6等組成；所述的第一數(shù)據(jù)發(fā)送器21的數(shù)字信號控制器21-6連接現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)主軸4電子系統(tǒng)和頻率調(diào)制21-1，頻率調(diào)制21-1通過模擬電子開關(guān)21-2的ENl和EN2連接驅(qū)動電路21-3，驅(qū)動電路21-3連接功率放大電路21-4，功率放大電路21-4連接第一發(fā)射線圈21-5，所述第一發(fā)射線圈21-5盤繞在旋轉(zhuǎn)主軸4上部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11的鐵氧體磁芯11-1上。具體地，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送器2的第二數(shù)據(jù)發(fā)送器22主要由頻率調(diào)制22-1、電子開關(guān)22-2、驅(qū)動電路22-3、功率放大電路22-4以及發(fā)射線圈22_5、數(shù)字信號控制器22_6等組成；所述的第二數(shù)據(jù)發(fā)送器22的數(shù)字信號控制器22-6通過導線連接現(xiàn)有技術(shù)導向活套5電子系統(tǒng)和頻率調(diào)制22-1，頻率調(diào)制22-1通過模擬電子開關(guān)22-2的ENl和EN2連接驅(qū)動電路22-3，驅(qū)動電路22-3連接功率放大電路22-4，功率放大電路22_4連接第二發(fā)射線圈22-5，所述第二發(fā)射線圈22-5盤繞在導向活套5下部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12的鐵氧體磁芯12-2上。所述數(shù)據(jù)發(fā)送器2的傳輸原理數(shù)據(jù)傳輸采用調(diào)頻方式，50kHz信號表示數(shù)字“0”，IOOkHz信號表示數(shù)字“1”，用100個脈沖表示數(shù)據(jù)的一位。每次發(fā)送數(shù)據(jù)開始先發(fā)送800個50kHz的脈沖作為一個同步字節(jié)，發(fā)送數(shù)據(jù)時，第一數(shù)據(jù)發(fā)送器21的數(shù)字信號控制器21-6根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)控制電子開關(guān)21-2選擇頻率調(diào)制21-1不同頻率的脈沖作為驅(qū)動信號，當發(fā)送數(shù)字“0”時，接通電子開關(guān)EN1，切斷EN2，選擇50kHz的脈沖；當發(fā)送數(shù)字“I時，接·通電子開關(guān)EN2，切斷EN1，選擇IOOkHz的脈沖，發(fā)送完成時切斷電子開關(guān)ENl和EN2，則停止發(fā)送數(shù)據(jù)。50kHz或IOOkHz的脈沖序列經(jīng)過驅(qū)動電路21-3、功率放大電路21-4后激勵發(fā)射線圈21-5，產(chǎn)生的高頻電磁信號穿越氣隙泥漿流道6至接收線圈31-5。為了降低電磁干擾給數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響，采用全橋串聯(lián)諧振逆變電路對發(fā)射線圈21-5進行激勵。同理，第二數(shù)據(jù)發(fā)送器22。具體地，所述的數(shù)據(jù)接收器3的第一數(shù)據(jù)接收器31主要由采樣電阻31-1、信號調(diào)理電路31-2、帶通濾波器31-3、信號整形電路31-4以及接收線圈31-5等組成；第一數(shù)據(jù)接收器31的第一接收線圈31-5跨接采樣電阻31-1、連接信號調(diào)理電路31-2，信號調(diào)理電路
31-2連接帶通濾波器31-3，帶通濾波器31-3連接信號整形電路31-4，信號整形電路31_4連接現(xiàn)有技術(shù)導向活套5電子系統(tǒng)，所述第一接收線圈31-5盤繞在導向活套5上部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12的鐵氧體磁芯12-1上。具體地，所述的數(shù)據(jù)接收器3的第二數(shù)據(jù)接收器32主要由采樣電阻32-1、信號調(diào)理電路32-2、帶通濾波器32-3、信號整形電路32-4以及接收線圈32-5等組成；第二數(shù)據(jù)接收器32的第二接收線圈32-5跨接采樣電阻32-1、連接信號調(diào)理電路32_2，信號調(diào)理電路
32-2連接帶通濾波器32-3，帶通濾波器32-3連接信號整形電路32_4，信號整形電路32_4連接現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)主軸4電子系統(tǒng)，所述第二接收線圈32-5盤繞在旋轉(zhuǎn)主軸4下部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11的鐵氧體磁芯11-2上。所述數(shù)據(jù)接收器3的傳輸原理第一數(shù)據(jù)接收器31的接收線圈31-5感應到來自發(fā)射線圈21-5的電磁信號后，在采樣電阻31-1上產(chǎn)生一個電壓信號，通過信號調(diào)理電路31-2后同時接入兩個中心頻率分別為50kHz和IOOkHz的帶通濾波器31_3，將濾波后的信號經(jīng)過信號整形電路31-4后得到標準晶體管-晶體管邏輯集成電路(TTL)電平的脈沖序列分別接到導向活套5電子系統(tǒng)的兩個數(shù)據(jù)輸入通道，從而接收到來自數(shù)據(jù)發(fā)送器2的數(shù)據(jù)。同理，第二數(shù)據(jù)接收器32。綜上所述，本實用新型實施例所述第一發(fā)射線圈21-5設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主軸4上部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11的鐵氧體磁芯11-1上，所述第一接收線圈31-5設(shè)置在導向活套5上部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12的鐵氧體磁芯12-1上；所述第二發(fā)射線圈22-5設(shè)置在導向活套5下部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器12的鐵氧體磁芯12-2上，所述第二接收線圈32-5設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主軸4下部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器11的鐵氧體磁芯11-2上；由此構(gòu)成兩套各自獨立工作的數(shù)據(jù)發(fā)送器2和數(shù)據(jù)接收器3，從而實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)主軸4與導向活套5之間信號的雙向傳輸。參見圖6，由于晶體振蕩器漂移產(chǎn)生的誤差，導致脈沖信號的頻率會在一定范圍內(nèi)偏離50kHz或者100kHz，故在數(shù)據(jù)檢測時，數(shù)據(jù)接收器3的信號要通過數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)軟件檢測所接收到的信號頻率是否超限，進行頻率誤差允許容限設(shè)定，頻率誤差允許容限選擇設(shè)定值的± I %，從而確保了接收數(shù)據(jù)的正確率。所述的數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)主要包括模塊A，模塊B，模塊C等，用于接收所述脈沖信號；該系統(tǒng)從開始傳輸指令到模塊A檢測當前接收到信號的頻率是否超限？；如果否，則繼續(xù)傳輸指令到模塊B，若接收到信號為零，則進位C清零，若接收到信號為I，則進位C置高；接著繼續(xù)傳輸指令到模塊C，帶進位C循環(huán)左移I位收到一位數(shù)據(jù)，收到一個字節(jié)后將其存入接收緩存，然后返回；如果模塊A檢測當 前接收到信號的頻率是超限，則直接返回。由于數(shù)據(jù)是逐位串行傳輸?shù)?，根?jù)接收到脈沖信號頻率，接收端的電子系統(tǒng)通過軟件方式采用帶進位左移方式接收信號，當收到一個完整的字節(jié)時將其按照先后順序依次保存到接收緩存中。需要說明的是上述實施例提供的數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)在井下旋轉(zhuǎn)導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸時，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質(zhì)中，上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述裝置包括非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(I)、數(shù)據(jù)發(fā)送器(2)、數(shù)據(jù)接收器(3)，所述非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(I)為上下兩組，每一組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(I)包括第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11 )、第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(12);所述第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11)安裝在旋轉(zhuǎn)主軸(4)的外壁凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(12)安裝在導向活套(5)的內(nèi)壁凹槽內(nèi)，兩組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器各自獨立工作，彼此存在相對旋轉(zhuǎn)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11 )、( 12)分別由多個獨立的U形鐵氧體磁芯組成，沿圓周方向均勻分布，其中上一組的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11)的鐵氧體磁芯(11-1)安裝在旋轉(zhuǎn)主軸(4)的外壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(12)的鐵氧體磁芯(12-1)安裝在導向活套(5)的內(nèi)壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)；下一組的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11)的鐵氧體磁芯(11-2)安裝在旋轉(zhuǎn)主軸(4)的外壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(12)的鐵氧體磁芯(12-2)安裝在導向活套(5)的內(nèi)壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11)的上部鐵氧體磁芯(11-1 )、下部鐵氧體磁芯(11-2)與旋轉(zhuǎn)主軸(4)的外壁凹槽之間由粘接劑(7)聯(lián)接；所述第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(12)的上部鐵氧體磁芯(12-1 )、下部鐵氧體磁芯(12-2)與導向活套(5)的內(nèi)壁凹槽之間由粘接劑(7)聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)主軸(4)和導向活套(5)上的U形鐵氧體磁芯采用不同的數(shù)量，在圓周方向上均勻安裝， 滿足如下關(guān)系
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)主軸(4)設(shè)置有中心孔(4-1)，旋轉(zhuǎn)主軸(4)與導向活套(5)之間的氣隙為泥漿流道(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)發(fā)送器(2)為上下兩個，包括第一數(shù)據(jù)發(fā)送器(21)、第二數(shù)據(jù)發(fā)送器(22);其中第一數(shù)據(jù)發(fā)送器(21)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)主軸(4)上部，由主軸(4)向活套(5)發(fā)送數(shù)據(jù)，第二數(shù)據(jù)發(fā)送器(22)設(shè)置于導向活套(5)下部，由活套(5)向主軸(4)發(fā)送數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述第一數(shù)據(jù)發(fā)送器(21)由頻率調(diào)制(21-1)、電子開關(guān)(21-2)、驅(qū)動電路(21-3)、功率放大電路(21-4)及發(fā)射線圈(21-5)、數(shù)字信號控制器(21-6)組成；所述第一數(shù)據(jù)發(fā)送器(21)的數(shù)字信號控制器(21-6)連接旋轉(zhuǎn)主軸(4)電子系統(tǒng)及頻率調(diào)制(21-1)，頻率調(diào)制(21 -1)通過電子開關(guān)(21 -2 )的ENl和EN2連接驅(qū)動電路(21 -3 )，驅(qū)動電路(21 -3 )連接功率放大電路(21-4)，功率放大電路(21-4)連接第一發(fā)射線圈(21-5)，所述第一發(fā)射線圈(21-5)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主軸(4)上部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11)的鐵氧體磁芯(11-1)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述第二數(shù)據(jù)發(fā)送器(22)由頻率調(diào)制(22-1)、電子開關(guān)(22-2)、驅(qū)動電路(22-3)、功率放大電路(22-4)及發(fā)射線圈(22-5)、數(shù)字信號控制器(22-6)組成；所述的第二數(shù)據(jù)發(fā)送器(22)的數(shù)字信號控制器(22-6)連接導向活套(5)電子系統(tǒng)及頻率調(diào)制(22-1)，頻率調(diào)制(22-1)通過電子開關(guān)(22-2)的ENl和EN2連接驅(qū)動電路(22_3)，驅(qū)動電路(22-3 )連接功率放大電路(22-4)，功率放大電路(22-4)連接第二發(fā)射線圈(22-5 )，所述第二發(fā)射線圈(22-5)設(shè)置在導向活套(5)下部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(12)的鐵氧體磁芯(12-2)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接收器(3)為上下兩個，包括第一數(shù)據(jù)接收器(31)、第二數(shù)據(jù)接收器(32);其中第一數(shù)據(jù)接收器(31)設(shè)置于導向活套(5)上部，由活套(5)向主軸(4)接收數(shù)據(jù)，第二數(shù)據(jù)接收器(32)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)主軸(4)下部，由主軸(4)向活套(5)接收數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述第一數(shù)據(jù)接收器(31)由采樣電阻(31-1)、信號調(diào)理電路(31-2)、帶通濾波器(31-3)、信號整形電路(31-4)及接收線圈(31-5)組成；第一數(shù)據(jù)接收器(31)的第一接收線圈(31-5)跨接采樣電阻(31-1)、連接信號調(diào)理電路(31-2)，信號調(diào)理電路(31-2)連接帶通濾波器(31-3)，帶通濾波器(31-3)連接信號整形電路(31-4)，信號整形電路(31-4)連接導向活套(5)電子系統(tǒng)，所述第一接收線圈(31-5)設(shè)置在導向活套(5)上部的第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(12)的鐵氧體磁芯(12-1)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，其特征在于，所述第二數(shù)據(jù)接收器(32)由采樣電阻(32-1)、信號調(diào)理電路(32-2)、帶通濾波器(32-3)、信號整形電路(32-4)及接收線圈(32-5)組成；第二數(shù)據(jù)接收器(32)的第二接收線圈(32-5)跨接采樣電阻(32-1)、連接信號調(diào)理電路(32-2)，信號調(diào)理電路(32-2)連接帶通濾波器(32-3 )，帶通濾波器(32-3 )連接信號整形電路(32-4 )，信號整形電路(32_4 )連接旋轉(zhuǎn)主軸(4)電子系統(tǒng)，所述第二接收線圈(32-5)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主軸(4)下部的第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器(11)的鐵氧體磁芯(I 1-2)上。
專利摘要本實用新型公開了一種井下旋轉(zhuǎn)導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，屬于石油、天然氣鉆井領(lǐng)域。所述裝置包括非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器、數(shù)據(jù)發(fā)送器、數(shù)據(jù)接收器，所述非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器為上下兩組，每一組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器包括第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器、第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器；所述第一非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在旋轉(zhuǎn)主軸的外壁凹槽內(nèi)，第二非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在導向活套的內(nèi)壁凹槽內(nèi)，兩組非接觸旋轉(zhuǎn)變壓器各自獨立工作，彼此存在相對旋轉(zhuǎn)運動。使旋轉(zhuǎn)主軸上的磁芯與導向活套上的磁芯之間的磁阻保持恒定，不受旋轉(zhuǎn)運動的影響，從而保證了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，利于在井下強振動、沖擊的環(huán)境下應用。
文檔編號E21B47/12GK202755967SQ201220272429
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者艾維平, 張磊, 鄧樂, 竇修榮, 盛利民 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院