【CN109653742A】一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法【专利】
一种井下近钻头无线电磁波信号短距离传输系统及方法[发明专利]
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(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.04.24C N 103061755 A (21)申请号 201110319158.1(22)申请日 2011.10.19E21B 47/13(2012.01)(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院(72)发明人陈晓晖 杨春国 高炳堂 刘匡晓宋朝晖 刘科满 王立双 王磊(74)专利代理机构北京思创毕升专利事务所11218代理人刘明华(54)发明名称一种井下近钻头无线电磁波信号短距离传输系统及方法(57)摘要本发明提供了一种井下近钻头无线电磁波信号短距离传输系统及方法，属于石油、矿山、地质勘探等行业中的地质导向系统和随钻测量仪器领域。
本发明采用自动增益控制技术实现对井下微弱信号放大倍数的自动调节。
所述系统包括接收短节总成和发射短节总成，在所述接收短节总成和发射短节总成分别装有接收天线和发射天线。
本发明采用径向耦合天线，结构比较简单。
同时，本发明的运算速度高，能满足大量信号实时传输的需求，且本发明使用了专门针对井下微弱信号的前端处理模块，能对采集到的信号进行自动增益调节，维持信号的稳定输出，降低后续信号的处理难度，从而大大提高了信号传输质量。
(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书10页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书10页 附图5页(10)申请公布号CN 103061755 A*CN103061755A*1.一种井下近钻头无线电磁波信号短距离传输系统，其特征在于：所述系统包括接收短节总成(5)和发射短节总成(8)；所述接收短节总成(5)包括钻铤本体(18)和信号接收机，所述信号接收机包括信号接收处理器(14)和电池组(11)，所述信号接收处理器(14)和电池组(11)两部分用螺纹接头连接在一起，然后以座键的方式下放到所述钻铤本体(18)的内部；在钻铤本体(18)外面装有接收天线(4)；所述接收天线(4)通过电缆与信号接收处理器(14)连接；所述发射短节总成(8)包括无磁钻铤本体(20)和信号发射机，所述信号发射机包括测量短节(9)、信号发射处理器(12)和电池组(11)，所述测量短节(9)、信号发射处理器(12)和电池组(11)三部分用螺纹接头连接在一起，然后以座键的方式下放到无磁钻铤本体(20)的内部，在无磁钻铤本体(20)外面装有发射天线(7)；所述发射天线(7)通过电缆与信号发射处理器(12)连接。
【CN209908495U】一种井下近钻头无线短传系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920210172.X(22)申请日 2019.02.18(73)专利权人 北京恒泰万博石油技术股份有限公司地址 100085 北京市海淀区创业路8号3号楼3-2专利权人 烟台恒泰油田科技开发有限公司(72)发明人 高增欣 (74)专利代理机构 北京市盛峰律师事务所11337代理人 于国富(51)Int.Cl.E21B 49/00(2006.01)E21B 47/022(2012.01)E21B 47/06(2012.01)E21B 47/12(2012.01)E21B 47/13(2012.01)E21B 47/18(2012.01)E21B 47/26(2012.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种井下近钻头无线短传系统(57)摘要本实用新型公开了一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；所述钻头和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与钻头和螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与MWD仪器和螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给MWD 仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。
优点是：能够通过电磁感应及时了解井眼的轨迹和地层信息的变化，及时对钻头进行调整。
权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 209908495 U 2020.01.07C N 209908495U权 利 要 求 书1/2页CN 209908495 U1.一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；其特征在于：所述钻头和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与所述钻头和所述螺杆钻具固定连接；所述MWD仪器和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与所述MWD仪器和所述螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给所述MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。
井下近钻头测量与无线短传技术分析
85随着油气资源的不断开发，受到复杂地形及恶劣外部环境等因素的影响，油气钻井行业面临着严峻的发展形势。
一方面是外部环境对油气钻井井下测量精度及控制效果的负面影响，另一方面是国内外油田勘探机构为提升油井的开采效果，降低开发总成本，对井下测量精度及控制效果推出了更高的要求，因此关于井下测量精度的提升一直是国内外研究的重点[1]。
1 井下近钻头测量技术的基本内容1.1 井下近钻头测量技术的特征井下近钻头测量技术是钻井技术、测井技术以及油藏工程技术的融合体，其目的是保证井眼穿过储层能够直达最佳位置，井下近钻头测量可以将地层的相关信息实时反映出来，以便操作人员更好地控制井眼轨迹，井下近钻头测量技术就如同给钻头装上“眼睛”，良好的导向功能以及准确的油气层识别是井下近钻头测量技术的重要特点[2]。
1.2 井下近钻头测量技术的作用（1）井下近钻头测量技术主要服务于石油勘探，能够提高油井发现率，是石油勘探的重要技术支持。
（2）井下近钻头测量技术的应用能够控制井眼轨迹，有利于提升油井的产量。
（3）井下近钻头测量技术的应用使得超薄油层及复杂油气层的开发成为可能，有利于油层的充分利用。
（4）井下近钻头测量技术的应用缩短了油气层的寻找时间及油井轨迹的决策时间，有利于缩短钻井周期，降低钻井成本[3]。
1.3 井下近钻头测量与无线短传技术的结构及工作原理完整的井下近钻头测量技术包括测量、传输以及导向3个功能，实现3个功能的硬件条件为钻头、测传马达、无线短传、MWD/LWD以及地面处理系统等，本文着重阐述井下近钻头测量及无线短传技术[4]。
2 井下近钻头测量及无线短传技术的研究现状自国内加强井下近钻头测量技术的研究并突破国外公司的技术垄断后，在石油勘探及油井开发中的工程技术服务费用投入相较于之前大幅度降低，所节省的大量资金又进一步推动了井下近钻头测量技术的深入研究。
国内石油勘探及油井开发中存在的问题主要是大面积的低产层及超薄油层，开发难度较大，井下近钻头测量技术的研究使得以上问题迎刃而解，有效增加了我国的石油增储产量。
钻头钻速的控制系统以及控制方法[发明专利]
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专利名称：钻头钻速的控制系统以及控制方法
专利类型：发明专利
发明人：宋先知,裴志君,李根生,黄中伟,田守嶒,祝兆鹏申请号：CN202010655211.4
申请日：20200709
公开号：CN111878055B
公开日：
20220325
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种钻头钻速的控制系统以及控制方法，控制方法包括：所述控制方法包括：接收地面工程设备的地面工程参数；在钻头钻进过程中接收目标井的井下信息，所述井下信息包括：近钻头工程参数和环境特征参数；将所述地面工程参数和所述井下信息输入综合数据处理设备，所述综合数据处理设备将所述地面工程参数和所述井下信息输入寻优模型并得出井下决策参数和地面决策参数；根据所述地面决策参数调节地面工程设备，将所述地面工程参数调节为所述地面决策参数；根据所述井下决策参数调节钻头，将钻头工作参数调节为所述井下决策参数。
本申请通过同时调节地面工程参数和钻头工作参数，能够使得钻头钻速可以得到有效控制。
申请人：中国石油大学(北京)
地址：102249 北京市昌平区府学路18号
国籍：CN
代理机构：北京三友知识产权代理有限公司
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近钻头恒功率无线短传装置[实用新型专利]
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专利名称：近钻头恒功率无线短传装置
专利类型：实用新型专利
发明人：孙云涛,陈文轩,底青云,郑健,杨永友,张文秀申请号：CN201621035755.6
申请日：20160831
公开号：CN206299373U
公开日：
20170704
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供近钻头恒功率无线短传装置，所述装置包括发射部和接收部，所述发射部与钻头测量短节相连，所述接收部于随钻测量系统相连，所述发射部将所述钻头测量短节的测量数据处理后短传至所述接收部，所述接收部将信息进一步处理发送至所述随钻测量系统，所述发射部的结构中部插有一绝缘短节，所述绝缘短节将所述发射部分割成电气绝缘的发射正极和发射负极；所述接收部的结构中部插有一绝缘短节，所述绝缘短节将所述接收部分割成电气绝缘的接收正极和接收负极；发射正极将发射信号射入地层，所述发射信号经地层被接收正极接收，并通过接收负极和发射负极构成回路，实现无线短传。
申请人：中国科学院地质与地球物理研究所
地址：100029 北京市朝阳区北土城西路19号
国籍：CN
代理机构：北京金智普华知识产权代理有限公司
代理人：巴晓艳
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一种电极式近钻头无线短传调制方法及装置[发明专利]
![一种电极式近钻头无线短传调制方法及装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7759b3f7fc4ffe473268ab1f.png)
专利名称：一种电极式近钻头无线短传调制方法及装置专利类型：发明专利
发明人：孙云涛,陈文轩,底青云,郑健,张文秀
申请号：CN202010407633.X
申请日：20200514
公开号：CN111641574A
公开日：
20200908
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种电极式近钻头无线短传调制方法及装置，属于近钻头随钻测井技术领域。
该方法包括：通过近钻头测量短节对参数进行测量，获取参数信息并打包成数据包发送至发射处理器部；通过发射处理器部对数据包进行二进制移频键控调制，根据设定的发射功率和驱动源功率，将已调制数据包经过放大电路和驱动电路后加载到发射体正极和发射体负极，通过发射体正极和发射体负极将经过放大电路和驱动电路的已调制数据包发射至接收体，实现电极式无线短传调制。
本发明能够实现近钻头无线短传任意长度的调制发射。
实现方法简单，根据实际钻井现场的需要可在下井前灵活配置需要发射的信息，方面现场操作人员使用，提高作业效率，降低钻井风险。
申请人：中国科学院地质与地球物理研究所
地址：100029 北京市朝阳区北土城西路19号
国籍：CN
代理机构：北京金智普华知识产权代理有限公司
代理人：巴晓艳
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一种基于bpsk的井下无线短传系统
* 收稿日期：2019-05-06 修回日期：2019-05-14 第一作者简介：王海琦（1985-），男（汉族），黑龙江哈尔滨人，高级工程师，现从事随钻仪器的研发工作。
2020 年第 1 期
西部探矿工程
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式不同，解调方法分为正弦波幅度解调、正弦波角度解 调和共振解调[3]。
根据调制信号是模拟信号还是数字信号，分为模 拟调制和数字调制。模拟调制方式有幅度调制(AM)和
频率调制(FM)等。数字调制方式有振幅键控、移频键 控、移相键控、正交幅度调制等，信号调制原理是研究 信号调制识别问题的基础。表 1 给出了三种电磁波调 制方式及优缺点） 移相键控（PSK）
表 1 三种信号调制方式优缺点对比
优点 实现简单 能区分通路 抗干扰能力强，频带利用率高
在无线短传系统中，由两个轴向环绕螺线管线圈 分别构成发射天线和接收天线，发射电路对近钻头附 近的传感器采集到的数据按照 BPSK 方式进行调制， 调制后的信号经功率放大电路放大，再送到发射天线 (即发射线圈)，由发射天线辐射出电磁场。为了增大发 射功率及信号辐射范围，在发射线圈内安装磁条。由 于电磁场的存在，位于钻铤另一端的接收天线(即接收 线圈)中就会产生感应电流，然后把感应到的信号送到 接收机，接收机先对信号进行放大，然后再经过滤波电 路，之后进行 BPSK 解调。
井下无线短传技术可以解决井下近钻头附近的传感器测量数据难以跨越井下螺杆传输的难题这样就可以将传感器集中安放在靠近钻头的位置上实现近钻头测量这样能够更及时地发现地层岩性变化发现储层位置实时测量钻头附近的地层情况有利于根据地质信息及时调整井眼轨迹控制钻具穿行在油藏最佳位置适合于在石油工程中进行地质导向
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图 2 无线电磁波短传机械结构
一种用于近钻头测量仪的无线短传系统设计
一种用于近钻头测量仪的无线短传系统设计
朱博;孙衍;梁耀
【期刊名称】《石油管材与仪器》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】针对随钻测井中心研制的近钻头测量仪,设计了一套无线短传系统。
该系统分为上下两部分,分别置于螺杆钻具的两端,采用环形变压器进行信号的双向通信,同一个变压器既做为发射变压器,也做为接收变压器。
设计的系统能够适应地层变化带来的信号衰减,较好地完成近钻头测量中无线短传的任务。
【总页数】3页(P7-9)
【作者】朱博;孙衍;梁耀
【作者单位】[1]西安石油大学,陕西西安710065;[2]中国石油集团测井有限公司,陕西西安710054
【正文语种】中文
【中图分类】TE271
【相关文献】
1.一种用于近钻头测量仪的无线短传系统设计∗
2.基于超声波的近钻头无线随钻测斜系统设计
3.近钻头无线短传理论及信号衰减特性分析
4.井下近钻头测量与无线短传技术分析
5.一种适用于窄带无线通信的语音编解码系统设计
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910119623.3
(22)申请日 2019.02.18
(71)申请人 北京恒泰万博石油技术股份有限公
司
地址 100085 北京市海淀区创业路8号3号
楼3-2
申请人 烟台恒泰油田科技开发有限公司
(72)发明人 高增欣
(74)专利代理机构 北京市盛峰律师事务所
11337
代理人 于国富
(51)Int.Cl.
E21B 49/00(2006.01)
E21B 47/022(2012.01)
E21B 47/06(2012.01)
E21B 47/12(2012.01)E21B 47/13(2012.01)E21B 47/18(2012.01)E21B 47/26(2012.01)
(54)发明名称一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种井下近钻头无线短传系统及其控制方法，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；所述钻头和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与钻头和螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与MWD仪器和螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。
优点是：能够通过电磁感应及时了解井眼的轨迹和地层信息的变化，及时对
钻头进行调整。
权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 109653742 A 2019.04.19
C N 109653742
A
权 利 要 求 书1/2页CN 109653742 A
1.一种井下近钻头无线短传系统，包括自上而下依次同轴设置的MWD仪器、螺杆钻具和钻头，所述MWD仪器的上端与钻杆可拆卸连接；其特征在于：所述钻头和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的发射短节，所述发射短节的两端分别与所述钻头和所述螺杆钻具固定连接；所述WMD仪器和所述螺杆钻具之间设置有与两者同轴的接收短节，所述接收短节的两端分别与所述MWD仪器和所述螺杆钻具固定连接；所述发射短节发射电磁信号，所述接收短节接收电磁信号，并将电磁信号处理后传递给所述MWD仪器，所述MWD仪器将接收到的信号传递给井上解码单元。
2.根据权利要求1所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述发射短节呈圆柱体型，所述发射短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第一环形槽，所述第一环形槽内设置有发射线圈，所述第一环形槽的外周设置有第一保护罩，所述第一保护罩由至少两个相同的第一弧形片沿所述第一环形槽的周向拼接而成，所述第一弧形片的直径与所述发射短节的直径相同，各所述第一弧形片均朝向所述第一环形槽的轴线，相邻两所述第一弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第一环形槽外周。
3.根据权利要求2所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述第一保护罩的两端均与所述发射短节经紧固件固定连接。
4.根据权利要求2所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述发射短节内部设置有至少四个相互独立的舱室，分别为第一舱室、第二舱室、第三舱室和第四舱室，所述第一舱室内设置有为发射短节供电的供电装置，所述第二舱室内设置有用于测量周围地层介质的自然伽马数据的伽马传感器，所述第三舱室内设置有测量发射短节当前位置的井斜和方位数据的测斜传感器，所述第四舱室内设置有对伽马传感器和测斜传感器采集的数据进行分析处理的信号采集处理模块。
5.根据权利要求4所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述信号采集处理模块包括第一放大滤波器、A/D采集器、FSK调制器、第一中央处理器、功率放大器和保护电路；所述伽马传感器和所述测斜传感器均与所述第一放大滤波器相连，所述第一放大滤波器与所述A/D采集器相连，所述A/D采集器与所述第一中央处理器相连，所述第一中央处理器与所述FSK调制器和所述保护电路相连，所述FSK调制器和所述保护电路均与所述功率放大器相连，所述功率放大器与所述发射线圈相连；所述供电装置与所述保护电路相连。
6.根据权利要求1所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述接收短节呈圆柱体型，所述接收短节靠近所述螺杆钻具的一端、设置有沿其径向向靠近其轴线方向凹陷的第二环形槽，所述第二环形槽内设置有接收线圈，所述第二环形槽的外周设置有第二保护罩，所述第二保护罩由至少两个相同的第二弧形片、沿所述第二环形槽的周向拼接而成，所述第二弧形片的直径与接收短节的直径相同，各第二弧形片均朝向所述第二环形槽的轴线，相邻两所述第二弧形片经紧固件固定连接、令其对应套设在所述第二环形槽外周。
7.根据权利要求6所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述第二保护罩的两端均与所述接收短节经紧固件固定连接。
8.根据权利要求6所述的井下近钻头无线短传系统，其特征在于：所述接收短节内部设置有至少两个独立的舱室，分别为第五舱室和第六舱室，所述第五舱室内设置有对接收线圈接收的信号进行分析处理的信号接收处理模块，所述第六舱室内设置有用于接收信号处
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