[发明专利]用于井下随钻测量的磁耦合携能反向通信方法

说明书

本发明属于钻井工程技术领域，尤其是涉及一种用于井下随钻测量的磁耦合携能反向通信方法，包括如下步骤：步骤1：发电机短节带动钻头旋转；步骤2：探管短节内的地质参数传感器测量信号，通过无线磁耦合通信及携能装置传至主控电路短节；工程参数传感器通过无线磁耦合通信及携能装置将测量信号传输至无线接收短节；步骤3：无线接收短节进行信号放大、滤波、解调处理，上传至地面系统。本发明利用电磁感应原理，采用无线磁耦合通信方式实现无线非接触式通信，叠加无线磁通信过程，实现共用耦合机构的电能和信息同步传输，避免了通信载体因井下高温、强腐蚀及密封性要求导致的结构易损、可靠性差、使用寿命短等问题，提高了数据传输可靠性。

技术领域

本发明属于钻井工程技术领域，尤其是涉及一种用于井下随钻测量的磁耦合携能反向通信方法。

背景技术

在石油钻井过程中，利用井下随钻测量仪器对井下信息实时测量和上传，可提高大位移井、高难度水平井的工程控制能力和地层评价能力，提高油层的钻遇率，为钻井工程施工提供有力保障。井下随钻测量仪器通常是依靠内套在钻铤中的各类短节串联组合而成。短节内部嵌有工程参数测量传感器、泥浆脉冲发生器、发电机、驱动电路等功能性部件，通过相互串联配合以达到实时采集井下随钻参数的目的。由于随钻测量仪器串在井下受高压、强振动、强腐蚀性等恶劣环境的影响，因而必须保证短节间信号传输的稳定性、精确性。同时，井下随钻测量仪器各部件的正常运转离不开电能的供应，电能传递的高效性及稳定性决定了井下随钻测量任务的成功与否和品质高低。

目前公知的短节间的信号传输是通过总线电缆或多芯插接件轴向插接实现的。这两种方式存在以下问题：

(1)电缆方式安装布线复杂，且由于长时间在恶劣的井下环境中使用，电缆易出现表面磨损、线路老化、泥浆浸入失效等问题，进而导致信号传输中断，直接影响钻井作业的施工和监测；

(2)因密封要求导致的插接件结构的复杂性以及井下强腐蚀、强振动等因素，导致器件易损坏、可靠性差、使用寿命短，人员维修保养成本高。

另外，井下短节供电主要通过高压泥浆冲刷叶轮使动涡轮发电机发电。为避免井下振动等因素对地质方位测量信号的干扰，需在停泵时进行井斜、方位等参数的测量，因此涡轮发电机无法对测量探管短节进行供电。

目前常采用电池组对探管测量短节进行供电，这种方式存在电池组需频繁更换、更换时费时费力且更换成本较高的问题，这给现场钻井施工人员和随钻测量工作造成了诸多不便。

近年来，无线信息传输技术不断发展，电磁波、光波等不同形式的信息传输方式被广泛应用于各个领域。磁耦合通信技术是无线信息传输领域的新兴技术之一，它能够实现在非接触形式下信息的有效传输，且信息传输的误码率及传输效率表现出色。与此同时，无线电能传输技术也成为能量传输领域研究的一大热点，以其为基础的非接触供电系统被广泛应用于各领域，有效解决了特殊环境的供电问题。

目前，用于井下随钻测量的无线通信携能系统中，信号的传输是通过将调制信号加载到电能发送线圈，发送线圈将调制信号和电能发送出去，电能接收线圈接收电能，再通过滤波等方法将信号载波提取出来，之后通过解调完成信号传输。该方法中载波信号易受到高频电能逆变器的干扰，信号解调部分需要做滤波等处理，系统设计较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于井下随钻测量实际需求的磁耦合携能反向通信方法，该方法避免了现有信号通信方式中电缆及插接件结构易损、数据传输可靠性差、人工维修及保养成本高的问题，实现了测量信号的无线非接触通信以及电能传输。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的用于井下随钻测量的磁耦合携能反向通信方法，包括如下步骤：

步骤1：发电机短节带动钻头旋转，进行井下钻井作业；