傳輸隨鉆井下測量數據至地面的數據傳輸系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣開發(fā)與勘探領域，尤其涉及傳輸隨鉆井下測量數據至地面的數據傳輸系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]隨著海上鉆井的快速增長以及水平井技術的不斷發(fā)展，隨鉆測井技術的應用也越來越廣泛。與常規(guī)電纜測井的主要區(qū)別在于:隨鉆測井的數據采集的實時性。即，地層數據是在鉆井液有輕微入侵或沒有入侵的情況下獲得的，因而更接近原狀地層。由于，在鉆井的同時完成地層數據的測試并傳輸到地面進行現(xiàn)場分析與解釋，不但節(jié)約了鉆井周期，而且可以指導鉆井、調節(jié)鉆井軌跡和完善鉆井進程，因此，井底的信號如何傳輸到地面是隨鉆測井技術的一個關鍵環(huán)節(jié)，同時也是制約隨鉆測井技術發(fā)展的“瓶頸”之一。
[0003]目前，對于將井底信號傳輸到地面的方法，分為實時傳輸方式和存儲式傳輸方式。實時傳輸方式是通過各種有線或無線的數據傳輸方式把隨鉆測量的數據及時傳輸到地面。這種方式對指導鉆井，特別是鉆井時的地質導向有著非常重要的意義，但是目前各種數據傳輸都難以滿足將井下大量數據及時有效的傳輸到地面的要求。存儲式傳輸方式是指隨鉆測井的數據直接存儲在測量工具里面，當起鉆時，把隨鉆儀器提到地面時，再通過電纜把數據讀取出來，這種方式可以完成大量數據的采集，但實時性不夠。
[0004]在有線傳輸方式中，包括電纜傳輸方式、光纖傳輸方式和鉆桿傳輸方式。文獻I (《智能鉆柱信息及電力傳輸系統(tǒng)的研究，石油鉆探技術》2006，34(5):10-13.)公開了以下內容:電纜隨鉆信號傳輸的方法是在鉆桿內部下入鎧裝電纜，進而傳輸信號。但是隨著鉆井深度的加深，加接單根電纜時必須將電纜和隨鉆儀器升出地面，或者是預先將電纜線穿插在鉆桿內孔中。文獻2(《隨鉆數據傳輸新技術》.石油儀器，2004，18 ￠):26-31.)公開了以下內容:光纖傳輸方式是將具有保護層的光纖下入到井里，將光纖從底部隨鉆儀器連接到地面，進而通過光纖進行隨鉆數據的傳輸。由于光纖的作用與電纜一樣，所產生的問題也是相同的。文獻3(《旋轉導向鉆井技術發(fā)展現(xiàn)狀及展望》.石油機械，2006，34 (4):66-70)公開了以下內容:鉆桿傳輸方式是將導體安裝在鉆桿內使其成為鉆桿整體的一部分，裝配在鉆桿接頭的專用連接模塊使整個鉆柱形成電信號通道，進而實現(xiàn)數據傳輸。
[0005]以上這些方式由于采用有線連接，其優(yōu)勢在于傳輸速度非?？?，遠高于無線方式。但是電纜、光纖、專用鉆桿連接器都需安裝在整個井筒上，在鉆井時，由于鉆桿在高速旋轉會導致這些有線媒介極易損壞。因此這些現(xiàn)有技術多存在共同的缺點為:可靠性差、制作工藝相對復雜，并且經常影響正常鉆井過程。因而以上這些現(xiàn)有技術在實際隨鉆測井生產過程中應用較少。
[0006]無線傳輸方式包括泥漿(即鉆井液)脈沖、電磁波和聲波三種。其中泥漿脈沖和電磁波方式已經應用到實際隨鉆測井生產，以泥漿脈沖式使用最為廣泛。專利1(《一種用于隨鉆測量的高速傳輸發(fā)射裝置》，公開號:201020298582.3)公開了以下內容:泥漿脈沖信號發(fā)生器主要由泄流閥門或者節(jié)流閥構成，在閥門打開和關閉狀態(tài)下，由于鉆柱內流向環(huán)空的鉆井液流速產生變化，就會引起鉆桿內的鉆井液壓力波產生一系列的脈沖，通過打開和關閉閥門把數據加載到這些脈沖上，就可以把數據傳輸到地面。但泥漿波相當于機械波，其調制方式使其速率受到很大限制，目前技術報道的最高傳輸速度也只能達到每秒幾十位的數據，難以滿足井下測量數據的快速上傳。專利2(《一種隨鉆測量的電磁波信號傳輸方法及系統(tǒng)》，公開號:102251769A)公開了以地層為傳輸介質或以鉆柱為傳輸導體的電磁波隨鉆測量方法。具體為，井下儀器將測量的數據調制到電磁波載波上，由電磁波發(fā)射器在井下發(fā)射出去，經過各種通道傳輸到地面，然后，地面檢波器將檢測到的調制了測量數據的電磁波信號，處理電路將電磁波信號中的測量數據解調出來。文獻3(《聲波傳輸測試技術在油田的應用》.測控技術，2005，24(11):76278)是利用聲波或地震波經過鉆桿或地層來傳輸信號。具體為，聲波發(fā)射系統(tǒng)安裝在鉆桿上，系統(tǒng)將各種測量數據調制到聲波振動信號上，聲波振動信號沿鉆桿傳輸到地面，被安裝在地面的聲波接收系統(tǒng)接收，將測量數據從聲波振動信號解調出來。聲波傳輸和電磁波傳輸一樣，不需要泥漿循環(huán)，實現(xiàn)方法簡單、成本低。而其缺點是衰減太快，受環(huán)境影響很大，井眼產生的低強度信號和由鉆井設備產生的聲波和電磁波干擾，使探測信號非常困難，且傳輸速度較慢。
[0007]因此，亟需一種傳輸速度快、成本低的將隨鉆井下測量數據傳輸至地面的數據傳輸方案來解決上述問題。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題之一是需要提供一種傳輸速度快、成本低的將隨鉆井下測量數據傳輸至地面的數據傳輸系統(tǒng)。
[0009]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種傳輸隨鉆井下測量數據至地面的數據傳輸系統(tǒng)，包括:安裝有隨鉆測井測量工具的鉆柱；和設置在所述鉆柱上的隨鉆投擲短節(jié)，其容納有微存儲器。所述隨鉆投擲短節(jié)包括:套裝在所述鉆柱的外側并在其間形成了間隙空間的殼體；設置在所述間隙空間中的控制電路，其用于接收并發(fā)送所述隨鉆測井測量工具測量得到的井下測量數據；以及與所述控制電路連接的無線收發(fā)裝置，其用于將所述控制電路所接收的所述井下測量數據寫入至微存儲器中；其中，所述隨鉆投擲短節(jié)在所述控制電路發(fā)送的微存儲器釋放指令的作用下，將加載了所述井下測量數據的微存儲器釋放至地面。
[0010]在一個實施例中，在所述隨鉆投擲短節(jié)的殼體側壁上設置有微存儲器釋放孔，其中加載了所述井下測量數據的微存儲器通過所述微存儲器釋放孔而釋放至所述鉆柱和井壁之間的環(huán)形空間中，使得所述微存儲器跟隨泥漿循環(huán)返回至地面上。
[0011 ] 在一個實施例中，所述隨鉆投擲短節(jié)還包括:與所述控制電路連接的動力機構，其在所述控制電路發(fā)送的微存儲器釋放指令的作用下動作；微存儲器釋放機構，其能夠在第一狀態(tài)下保持所述微存儲器，并在所述動力機構的作用下轉換到第二狀態(tài)，使得加載了所述井下測量數據的微存儲器能夠經由所述微存儲器釋放孔釋放至所述環(huán)形空間中。
[0012]在一個實施例中，所述微存儲器釋放機構包括微存儲器暫存艙，在所述微存儲器釋放機構處于第一狀態(tài)下時，所述微存儲器暫存艙能暫時存放加載了井下測量數據的微存儲器，在所述微存儲器釋放機構處于第二狀態(tài)下時，所述微存儲器暫存艙在所述動力機構的作用下旋轉至與所述微存儲器釋放孔連通。
[0013]在一個實施例中，所述隨鉆投擲短節(jié)還包括設置在所述間隙空間中的微存儲器儲存艙，其上端與所述鉆柱連通，下端與所述微存儲器暫存艙連通，使得所述微存儲器儲存艙內的微存儲器能在來自所述鉆柱的鉆井液的作用下進入所述微存儲器暫存艙。
[0014]在一個實施例中，所述無線收發(fā)裝置包括與所述控制電路連接的隨鉆數據寫入數據線，以及連接所述隨鉆數據寫入數據線、且