本發(fā)明主要屬于鉆井測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及近鉆頭恒功率無線短傳方法及裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，近鉆頭隨鉆測(cè)井技術(shù)發(fā)展較快,與常規(guī)隨鉆測(cè)井比較，近鉆頭測(cè)井儀器的傳感器探頭距離鉆頭更近，更能及時(shí)獲取鉆開地層信息，更準(zhǔn)確標(biāo)示鉆井軌跡，降低鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率。一般來說，近鉆頭隨鉆測(cè)井儀器由以下三部分組成：近鉆頭測(cè)量短節(jié)、近鉆頭短距離傳輸裝置和隨鉆測(cè)量系統(tǒng)（MWD）。其中近鉆頭測(cè)量短節(jié)靠近鉆頭布置，內(nèi)部安裝有加速度計(jì)、磁傳感器等，用來測(cè)量鉆進(jìn)的軌跡信息。有些系統(tǒng)還會(huì)安裝伽馬探頭和電阻率測(cè)量短節(jié)，用來及時(shí)測(cè)量鉆開地層地質(zhì)信息。近鉆頭短距離傳輸裝置由發(fā)射體和接收體組成，中間跨接螺桿。實(shí)現(xiàn)將近鉆頭測(cè)量短節(jié)的信息傳送至隨鉆測(cè)量系統(tǒng)MWD的功能。由于螺桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般情況下其不具有電連接性能（不能使用貫穿線實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收裝置的有線通訊），除非改造螺桿結(jié)構(gòu)，使用預(yù)埋在螺桿中的貫穿線實(shí)現(xiàn)有線通訊。但這種結(jié)構(gòu)有其使用的局限性，基本被摒棄。近鉆頭短傳的發(fā)展方向是無線傳輸方式。中國石油勘探開發(fā)研究院鉆井工藝研究所采用電磁方式實(shí)現(xiàn)，其方法是載有發(fā)射天線的無線電磁短傳信號(hào)發(fā)生器將所述的近鉆頭測(cè)量短節(jié)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，生成電磁信號(hào)，并將該電磁信號(hào)發(fā)射輸出，載有接收天線的無線電磁短傳接收器接收被發(fā)射輸出的電磁信號(hào)，并對(duì)接收到的電磁信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，將解調(diào)后的數(shù)據(jù)傳給MWD測(cè)量系統(tǒng)。第三部分隨鉆測(cè)量系統(tǒng)MWD主要由探管、電池和泥漿脈沖發(fā)生器組成。近鉆頭短距離傳輸裝置將借助于泥漿脈沖發(fā)生器將收到的近鉆頭測(cè)量信息發(fā)送到地面系統(tǒng)，用于現(xiàn)場(chǎng)工程師的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

通過改造螺桿的方式實(shí)現(xiàn)近鉆頭有線短距離傳輸有其很大的缺陷。螺桿在定向井和水平作業(yè)中使用量很大，同時(shí)種類很多，不同的井況、井徑、地層環(huán)境和造斜率，使用的螺桿也會(huì)不同。螺桿生產(chǎn)廠家也很多，改造螺桿，將貫穿線預(yù)埋在螺桿鉆具中，推廣這項(xiàng)技術(shù)將具有很大的難度，未來市場(chǎng)的應(yīng)用前景很小。

采用電磁方式的短傳基本實(shí)現(xiàn)了跨接螺桿的無線傳輸。其使用發(fā)射線圈和接收線圈，利用法拉第電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。但這種實(shí)現(xiàn)方式也有缺點(diǎn)，感應(yīng)信號(hào)在不同的地阻環(huán)境下，接收能量不同，在低阻地層，實(shí)現(xiàn)困難，同時(shí)機(jī)械加工難度較大，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不方便，成本較高。另外，無線電磁短傳方式，需要在殼體安裝兩個(gè)線圈，作為發(fā)射和接收，線圈要與殼體完全絕緣，一般的方式是做成環(huán)形線圈，由于采用的是法拉第電磁感應(yīng)原理，其缺點(diǎn)也是明顯的，加工和安裝過于復(fù)雜，與地層和泥漿的接觸面積小，不能將發(fā)射信號(hào)大面積射入地層，為保證接收信號(hào)的幅度要求，只能一味地提高發(fā)射功率，造成發(fā)射效率低。同時(shí)接收信號(hào)信噪比也較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本目的是提供一種近鉆頭無線恒功率短距離傳輸?shù)姆椒ê脱b置，實(shí)現(xiàn)隨鉆過程中的跨螺桿近鉆頭測(cè)量短節(jié)到隨鉆測(cè)量系統(tǒng)MWD的單向無線數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于市場(chǎng)推廣和應(yīng)用。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

近鉆頭恒功率無線短傳裝置，所述裝置包括發(fā)射部和接收部，所述發(fā)射部將信號(hào)處理后無線短傳至所述接收部，所述發(fā)射部分為發(fā)射正極和發(fā)射負(fù)極，所述接收部分為接收正極和接收負(fù)極；發(fā)射正極將發(fā)射信號(hào)射入地層，所述發(fā)射信號(hào)經(jīng)地層被接收正極接收，并通過接收負(fù)極和發(fā)射負(fù)極構(gòu)成回路，實(shí)現(xiàn)無線短傳。

進(jìn)一步地，所述發(fā)射部的結(jié)構(gòu)中部插有一絕緣短節(jié)實(shí)現(xiàn)將所述發(fā)射部分為發(fā)射正極和發(fā)射負(fù)極；

所述接收部的結(jié)構(gòu)中部插有一絕緣短節(jié)實(shí)現(xiàn)將所述接收部分為接收正極和接收負(fù)極。

進(jìn)一步地，所述發(fā)射部包括一個(gè)恒功率控制部，所述恒功率控制部實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述發(fā)射部的發(fā)射信號(hào)的電流和電壓，并對(duì)所述發(fā)射信號(hào)的電流和電壓進(jìn)行真有效值測(cè)量，將真有效值反饋給發(fā)射部進(jìn)而控制所述發(fā)射信號(hào)的功率恒定。

進(jìn)一步地，所述發(fā)射部包括發(fā)射處理器和發(fā)射驅(qū)動(dòng)部，所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部與所述發(fā)射正極和所述發(fā)射負(fù)極耦合，所述發(fā)射處理器與所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部存在兩種連接，一是所述發(fā)射處理器與所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部直接相連，另一是所述發(fā)射處理器與所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部間連接有恒功率控制部，所述發(fā)射處理器將所述測(cè)量短節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制相位鍵控調(diào)制得調(diào)制信號(hào)；所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部，將所述調(diào)制信號(hào)放大，功率驅(qū)動(dòng)后發(fā)射；所述恒功率控制部將真有效值測(cè)量反饋至所述發(fā)射處理器，發(fā)射處理器經(jīng)過計(jì)算后，調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)幅度，保證發(fā)射信號(hào)功率恒定。

進(jìn)一步地，所述接收部包括接收變壓器、接收信號(hào)模擬處理器和接收處理器；所述接收變壓器與所述接收正極和接收負(fù)極耦合，所述所述接收變壓器于所述接收信號(hào)模擬處理器相連，所述所述接收信號(hào)模擬處理器于所述接收處理器相連，所述接收變壓器實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的差分輸入，降低工頻50Hz干擾；所述接收信號(hào)模擬處理部，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的濾波放大；所述接收處理器部，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采樣、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和與MWD系統(tǒng)的485通訊。

近鉆頭恒功率無線短傳方法，方法包括以下步驟：

（1）安裝裝置：發(fā)射部與鉆頭測(cè)量短節(jié)相連，所述接受部于隨鉆測(cè)量系統(tǒng)相連，發(fā)射部和接收部分別安裝在螺桿兩端；

（2）隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)射：鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，鉆頭測(cè)量短節(jié)測(cè)量的數(shù)據(jù)傳至發(fā)射處理器；發(fā)射處理器對(duì)測(cè)量短節(jié)的測(cè)量信息進(jìn)行二進(jìn)制相位鍵控調(diào)制傳至發(fā)射驅(qū)動(dòng)部；發(fā)射驅(qū)動(dòng)部將調(diào)制信號(hào)放大功率驅(qū)動(dòng)后射入地層；

（3）隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)接收：通過接受變壓器將接收部?jī)蓸O的信號(hào)耦合進(jìn)入接收模擬信號(hào)處理器，經(jīng)過小信號(hào)差分放大和多級(jí)放大濾波處理后進(jìn)行數(shù)字采樣，經(jīng)過接收處理器的數(shù)字濾波和相干解調(diào)獲得原始發(fā)送信息。

進(jìn)一步地，所述隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)射步驟中由恒功率控制部發(fā)射信號(hào)功率恒定；恒功率控制部實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射電流和電壓進(jìn)行真有效值測(cè)量，發(fā)射處理器經(jīng)過計(jì)算后，調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)幅度，保證射入地層信號(hào)功率恒定。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

（1）本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)近鉆頭測(cè)量短節(jié)與隨鉆測(cè)量系統(tǒng)MWD的單向無線通訊，并通過實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)射電流和電壓的真有效值，實(shí)現(xiàn)恒功率控制，在不同電阻率的地層和泥漿環(huán)境下，在恒功率算法的控制下，可實(shí)現(xiàn)跨接10米螺桿條件下的30比特每秒以上的傳輸速率。同時(shí)裝置的加工和現(xiàn)場(chǎng)操作更簡(jiǎn)便，維護(hù)成本更低。

（2）本發(fā)明采用插入絕緣體結(jié)構(gòu)，將整個(gè)殼體作為發(fā)射和接收電極的方式，可以保證發(fā)射和接收電極與泥漿和地層充分接觸，并且接觸面積很大。只需要提供一定的功率，即可將信號(hào)射入地層，同時(shí)接收體的面積很大，可以充分接觸地層和泥漿，信號(hào)的幅度和信噪比有很大的提高。

附圖說明

圖1、本發(fā)明的裝置安裝示意圖；

圖2、本發(fā)明的發(fā)射部結(jié)構(gòu)圖；

圖3、本發(fā)明的接收部結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，近鉆頭恒功率無線短傳裝置，所述裝置包括發(fā)射部和接收部，所述發(fā)射部與鉆頭測(cè)量短節(jié)相連，所述接受部于隨鉆測(cè)量系統(tǒng)相連，所述發(fā)射部將所述鉆頭測(cè)量短節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)處理后短傳至所述接收部，所述接收部將信息進(jìn)一步處理發(fā)送至所述隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。所述發(fā)射部的結(jié)構(gòu)中部插有一絕緣短節(jié)，所述絕緣短節(jié)將所述發(fā)射部分別割成電氣絕緣的發(fā)射正極和發(fā)射負(fù)極；

所述接收部的結(jié)構(gòu)中部分別插有一絕緣短節(jié)，所述絕緣短節(jié)將所述接收部分別割成電氣絕緣的接收正極和接收負(fù)極；

通過發(fā)射正極、發(fā)射負(fù)極、接受正極和接收負(fù)極實(shí)現(xiàn)無線短傳。

所述發(fā)射部包括恒功率控制部，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述發(fā)射信號(hào)的電流和電壓，進(jìn)行真有效值測(cè)量，并反饋發(fā)射部進(jìn)而控制所述發(fā)射部發(fā)射的信號(hào)功率恒定。

如圖2所示，所述發(fā)射部包括發(fā)射處理器和發(fā)射驅(qū)動(dòng)部，所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部與所述發(fā)射正極和所述發(fā)射負(fù)極耦合，所述發(fā)射處理器與所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部存在兩種連接，一是所述發(fā)射處理器與所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部直接相連，另一是所述發(fā)射處理器與所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部間連接有恒功率控制部，所述發(fā)射處理器將所述測(cè)量短節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制相位鍵控調(diào)制得調(diào)制信號(hào)；所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)部，將所述調(diào)制信號(hào)放大，功率驅(qū)動(dòng)后發(fā)射；所述恒功率控制部將真有效值測(cè)量反饋至所述發(fā)射處理器，發(fā)射處理器經(jīng)過計(jì)算后，調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)幅度，保證發(fā)射信號(hào)功率恒定。

如圖3所示，所述接收部包括接收變壓器、接收信號(hào)模擬處理器和接收處理器；所述接收變壓器與所述接收正極和接收負(fù)極耦合，所述所述接收變壓器于所述接收信號(hào)模擬處理器相連，所述所述接收信號(hào)模擬處理器于所述接收處理器相連，所述接收變壓器實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的差分輸入，降低工頻50Hz干擾；所述接收信號(hào)模擬處理部，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的濾波放大；所述接收處理器部，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采樣、數(shù)字濾波、自動(dòng)增益控制和與MWD系統(tǒng)的485通訊。

近鉆頭恒功率無線短傳方法，使用上裝置，方法包括以下步驟：

（1）安裝裝置：發(fā)射部與鉆頭測(cè)量短節(jié)相連，所述接受部于隨鉆測(cè)量系統(tǒng)相連，發(fā)射部和接收部分別安裝在螺桿兩端；

（2）隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)射：鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，鉆頭測(cè)量短節(jié)測(cè)量的數(shù)據(jù)傳至發(fā)射處理器；發(fā)射處理器對(duì)測(cè)量短節(jié)的測(cè)量信息進(jìn)行二進(jìn)制相位鍵控調(diào)制傳至發(fā)射驅(qū)動(dòng)部；發(fā)射驅(qū)動(dòng)部將調(diào)制信號(hào)放大功率驅(qū)動(dòng)后射入地層；

（3）隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)接收：通過接受變壓器將接收部?jī)蓸O的信號(hào)耦合進(jìn)入接收模擬信號(hào)處理器，經(jīng)過小信號(hào)差分放大和多級(jí)放大濾波處理后進(jìn)行數(shù)字采樣，經(jīng)過接收處理器的數(shù)字濾波和相干解調(diào)獲得原始發(fā)送信息。

所述隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)射步驟中由恒功率控制部發(fā)射信號(hào)功率恒定；恒功率控制部實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射電流和電壓進(jìn)行真有效值測(cè)量，發(fā)射處理器經(jīng)過計(jì)算后，調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)幅度，保證射入地層信號(hào)功率恒定。

使用真有效值測(cè)量芯片AD536A實(shí)現(xiàn)發(fā)射電壓和電流的真有效值轉(zhuǎn)換；

發(fā)射功率恒定1瓦特；

接收信號(hào)模擬處理部實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的濾波放大是通過逐級(jí)放大濾波實(shí)現(xiàn)，調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制相位鍵控調(diào)制，載波頻率范圍為5HZ至10Khz，接收端初級(jí)信號(hào)幅度在納伏級(jí)，需經(jīng)過3-4級(jí)的放大帶通濾波網(wǎng)絡(luò)才可將其從噪聲中提取出。