[发明专利]一种提高井下信号发射强度的井下动力钻具

说明书

本申请涉及一种提高井下信号发射强度的井下动力钻具，属于石油、天然气钻井用井下动力钻具技术领域，包括：依次丝扣连接的钻具壳体，在钻具壳体的外壁上开设有多个凹槽，且凹槽为长形槽；无线传输单元，其包括相互电性连接的电路板、磁棒天线和电池组，电路板、磁棒天线和电池组分别固定在凹槽内，在凹槽的槽口设有封闭凹槽的盖板；磁棒天线包括磁棒和导线，导线缠绕于所述磁棒外周并依次形成多段间隔排列的线圈，多段线圈中至少有一段线圈为斜向绕线形成的斜向线圈。本申请的斜向线圈能够与直向绕制的直向线圈混合搭配以增大线圈有效截面积进而增强磁场强度且方向可控，达到增大磁棒天线发射、接收信号距离的目的。

技术领域

本申请涉及石油、天然气钻井用井下动力钻具技术领域，主要是将采集的信号及时上传到指定位置并转传向地面，进行接收分析判断井下异常，为钻井事故处理提供最直接的依据，特别涉及一种提高井下信号发射强度的井下动力钻具。

背景技术

现代钻井逐步向智能化钻井发展，自动监测、自动测量、智能化井场等已经开始在井场中应用普及，其中避免钻井事故是降低钻井风险、提高钻井效率的重要因素，对钻井事故监测成为重中之重。

现在钻井对井下故障信号的采集方式已经突破瓶颈，但井下采集的信息需要及时反馈地面进行决策。目前也有一些通讯系统将信号进行上传，这些方法虽在使用，但却要受到钻具尺寸限制，尤其是环形槽会大大降低了钻具的强度，如常用的环形发射线圈，需要在钻具上开环形槽并将线圈埋进去，再封装，这需要消耗大量的钻具外圆尺寸，会大大降低钻具的弯曲强度；

根据结构及强度需求，需要找到一种更适应井下工具工况和结构限制的方式完成井下通讯上传任务，以达到既能满足上传需要，又能保证强度的信息传送方式。磁棒天线是无线电发射信号的一种基本天线设计形式，目前的设计中，磁棒天线都是采用单根磁芯棒组成，通过将漆包线线圈绕在该磁芯上组成完整的磁棒天线。

为了提高磁棒天线的发射功率和无线信号辐射面积，目前的方案都是通过定制特殊的磁芯棒，定制的磁芯棒截面积增加或长度增加，制造成本也显著增加。因此迫切地需要一种制造成本低、信号传输距离长的磁棒天线。

发明内容

本申请实施例提供一种提高井下信号发射强度的井下动力钻具，以解决相关技术中井下动力钻具的磁棒天线传输距离短的问题。

本申请实施例提供了一种提高井下信号发射强度的井下动力钻具，包括：

井下动力单元，其包括依次丝扣连接的钻具壳体，在任一钻具壳体的外壁上圆周开设有多个凹槽，且所述凹槽为钻具壳体外表面上沿轴线方向开设的长形槽；

无线传输单元，其包括相互电性连接的电路板、磁棒天线和电池组，所述电路板、磁棒天线和电池组分别固定在凹槽内，凹槽的槽口设有封闭凹槽的盖板；

磁棒天线包括磁棒和导线，所述导线缠绕于所述磁棒外周并依次形成多段间隔排列的线圈，多段所述线圈中至少有一段线圈为斜向绕线形成的斜向线圈。

在一些实施例中：从与所述磁棒平行的面观察所述斜向线圈，所述斜向线圈的导线与磁棒的轴线的夹角为α，且5°＜α＜90°。

在一些实施例中：多段所述线圈中还包括采用直向绕线形成的直向线圈，所述直向线圈和斜向线圈均设有多段，多段所述直向线圈和多段所述斜向线圈依次间隔设置组成直斜混合分段绕线线圈。

在一些实施例中：所述直向线圈和/或斜向线圈在磁棒上绕制有多层，多层所述直向线圈和/或多层所述斜向线圈组成多层直斜混合分段绕线线圈，所述磁棒采用坡莫合金棒。

在一些实施例中：多段所述线圈中，各线圈中相邻的两匝导线之间的间距为0-20mm，相邻的两个线圈之间的间距小于100mm。

在一些实施例中：所述钻具壳体上相邻的两个凹槽之间开设穿入线缆的穿线孔，所述电路板、磁棒天线和电池组在凹槽内分别通过线缆连接。