[发明专利]一种井下近钻头无线短传系统及其工作方法

说明书

本发明涉及一种井下近钻头无线短传系统及其工作方法。所述井下近钻头无线短传系统，包括近钻头传感器、无线发射装置和无线接收装置；本发明所述井下近钻头无线短传系统，通过检测电路实时监测无线短传信道的状况，并根据反馈的传输信道信息，采用水平极化和垂直极化两种天线，分别发送极化方向相互正交的电磁波信号，经钻井液和地层传输后，收到的电磁波信号由于极化方向不相关，两种信号的衰减也不相关，从而提高了信号的传输质量。

技术领域

本发明涉及一种井下近钻头无线短传系统及其工作方法，属于近钻头无线短传的技术领域。

背景技术

随着油田勘探的不断深入，储量好、储层深的油田区域越来越少，对夹层多、储层薄的油井开发已经成为必然趋势。井下工程参数能够实时反映地下油气的储量及动态变化，在评价油井生产及使用寿命等方面有着至关重要的作用。常规随钻测量系统中，传感器通常设置在马达系统的上方，距离钻头大约有15左右的盲区。在钻井过程中，由于传感器与钻头距离较远而不能及时发现钻头处井眼轨迹变化和地层岩性。

近钻头测量技术通过在紧靠钻头的位置放置多个传感器，在钻井过程中不间断地检测钻孔或钻头处实际工况信息。该技术不仅能够获取未曾被泥浆介质污染侵蚀的地层信息，还可测得钻压、环空压力及温度等参数信息，并可通过方位、井斜等参数信息确定钻头的实际位置。在钻井过程中，传感器的安装位置离钻头越近，所测得的地质信息及工程参数越准确。

近钻头测量技术的核心之一是克服动力钻具的阻碍实现近钻头传感器与随钻测量系统之间有效的通信。目前，国内研究近钻头信号的传输方式主要有线传输和无线传输，有线传输的方式可以保证数据传输的实时性，但是需要绕过螺杆钻具建立有线传输信道，由于螺杆钻具在钻进过程中的剧烈震动，有线信道容易被损坏，无法保证数据传输的稳定性，局限性较大。

无线传输方式中电磁短传方式研究较多，根据信号传输的原理，电磁短传技术可以分为磁场型和电场型。磁场型多采用收发线圈的方式，该方式不受钻井液介质的影响，电磁波的传输速度也快，系统结构相对简单，但是对传输介质的电阻率要求较高，当地层电阻率较低或钻具形状发生突变时都将影响其传输速率和传输效果，信号在传输过程中受噪声影响较大，致使信号不容易被探测和接收。电场型传输方式是由绝缘装置构成收发电极，信号由发射电极沿钻杆和钻井液传输到接收电极，该方式结构简单，数据传输速率较快，但容易受井下环境的影响，当电导率较低时数据传输速率也会降低。

中国专利授权公告号106246169B公开了一种适用于井下近钻头无线短传发射的机械装置。该装置采用电信号的发射方式，在钻头连接壳体和钻杆连接壳体进行中间串接绝缘短节，形成两个发射电极，实现信号的传输。这种方式利用钻杆和钻头的保护装置进行通信，而保护装置在钻进的过程中受损较大，同时发射装置发射的信号不稳定，信号在传输的过程中也会受到很大影响。

中国专利公开号106499386A公开了一种基于耦合通信的近钻头测井系统和方法。该方法采用耦合通信的方法，通过在螺杆外部接若干传输短节，传输短节之间通过万向节连接，形成电容或电感的耦合实现信号传输。该方式结构复杂，多个短节中任意一个发生故障，信号就会无法传输，不利于检查维修。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种井下近钻头无线短传系统。

本发明还提供一种上述无线短传系统的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种井下近钻头无线短传系统，包括近钻头传感器、无线发射装置和无线接收装置；

所述无线发射装置包括，依次连接的电导率检测电路、发射调理电路和发射模块；所述发射调理电路与所述近钻头传感器连接；根据检测的钻杆周围传输介质电导率大小，对近钻头传感器测量的井下参数信息进行相应的A/D转换、编码和调制，并最终耦合到发射模块；