井下信息声波信号中继系统技术方案

本发明专利技术涉及一种井下信息声波信号中继系统，包括依次连接的上接头、仪器仓保护筒和下接头；仪器仓保护筒内安装有依次连接的换能器保护筒、仪器仓和加速度计保护筒，换能器保护筒的端部与上接头配合，仪器仓与加速度计保护筒连接的一端与仪器仓保护筒的端部连接，加速度计保护筒的端部与下接头配合；换能器保护筒内安装有换能器；仪器仓内设有电路模块，电路模块为依次连接的换能器驱动电路、编码转码电路和解码电路；加速度计保护筒内设有加速度计。本发明专利技术在保持正常钻井的同时，实现实时接收来自钻柱下部的携带钻井信息的声波信号，并将有效信号放大后再次发生，实现钻井信息的长距离稳定传输，克服了携带钻井信息的声波信号传输时的衰减问题，不依赖于钻井液和地层，抗噪声干扰能力强，实现钻井信息的真实转换，应用范围广。

Underground information acoustic wave signal relay system

The invention relates to a downhole acoustic signal relay system comprises an upper joint, instrument storehouse protection tube and a lower connector; a protection tube is installed inside the instrument chamber connected transducer protection cylinder, instrument chamber and accelerometer protection tube, the end of the cylinder and the upper joint protection transducer with end and instrument bin at the end of the tube to protect the instrument compartment and the accelerometer to protect the cylinder connection, accelerometer end protection tube with joint protection tube is installed in the transducer; transducer; instrument bin is provided with a circuit module, circuit module for transducer are connected in turn drive circuit, encoding transcoding circuit and decoding circuit; accelerometer protection tube equipped with accelerometer. The invention can maintain normal drilling at the same time, realize the real-time receiving information from the acoustic signal carrying drilling at the lower part of the drill string, and the effective signal amplification occurred again after, to achieve stable long distance transmission of drilling information, overcomes the problem of acoustic signal transmission attenuation when carrying drilling information, does not depend on the drilling fluid and stratum. Anti noise interference ability, realize the real conversion of drilling information, a wide range of applications.

【技术实现步骤摘要】
井下信息声波信号中继系统
本专利技术属于石油与天然气钻井工程
，涉及一种随钻信息传输系统具体地说，涉及一种基于声波的井下信息声波信号中继系统。
技术介绍
由目前世界油气资源开采时遭遇的地质条件及自然环境条件可知，未来的石油钻井行业将遭遇地质条件更复杂、自然环境更恶劣的严峻挑战，因此，对油气钻井的井下过程监测提出了更高的要求。井下信息的高速传输和有效获取是实现井下过程精确监测的关键，是实现快速、优质钻井的关键技术。目前已提出并应用的井下信息传输方式主要有线传输、钻井液脉冲传输、电磁波传输及声波传输四种。上述四种传输方式的前三种方式在现场应用中会存在以下问题：(1)有线传输：虽然能够实现井下信息的快速、大量传输，但在钻井过程中钻柱的旋转易导致传输电缆磨断或绞断，影响正常钻进。(2)钻井液脉冲传输：利用钻井液的压力波作为传输载体，对钻井液有很强的依赖性，且存在传输速率较慢、易受井下噪声干扰、不能实现信息双向传输等缺点。(3)电磁波传输：虽然摆脱了对钻井液的依赖，且能够实现井下信息的双向传输，但存在对地层有依赖性、在地层中衰减较大、通用性差、成本高等缺点。井下信息声波传输方式在应用过程中相比上述三种方式具有以下优点：该传输方式是以钻柱作为传输信道，以声波作为信号载体，进行井下信息的无线传输方式。由于利用钻柱作为传输信道，该信息传输方式不依赖于钻井液的存在与否及性质差异，也不受地层内磁性物质的干扰，为井下信息的高速传输提供了条件。此外，还具有成本低、结构简单、易于定向发射等优点。然而，声波在井底钻柱中传输时的衰减问题一直是制约钻井信息声波传输技术得到推广应用的瓶颈。如何对钻柱中微弱声信号进行有效检测并放大后再次发射是实现井下信息长距离传输必须解决的难题。因此，设计一种能够对钻柱中微弱声信号进行有效检测并放大后再次发射的声波信号中继系统对克服声波在井底钻柱传输过程中的衰减并拓展声波在井底钻柱中的传输距离具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对声波在井底钻柱中传输时衰减快、微弱声信号检测难等上述问题，提供了一种能够在钻柱信道内实时接收并再次发生井下信息的井下信息声波信号中继系统，该系统通过声波的传输实现钻井信息在钻柱中的实时接收和再次发生，进而实现井下信息在钻柱信道内高速、有效传输。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种井下信息声波信号中继系统，包括依次连接的上接头、仪器仓保护筒和下接头；所述仪器仓保护筒内安装有依次连接的换能器保护筒、仪器仓和加速度计保护筒，所述换能器保护筒的端部与上接头配合，所述仪器仓与加速度计保护筒连接的一端与所述仪器仓保护筒的端部连接，所述加速度计保护筒的端部与下接头配合；所述换能器保护筒内安装有换能器；所述仪器仓内设有电路模块，所述电路模块为依次连接的换能器驱动电路、编码转码电路和解码电路；所述加速度计保护筒内设有加速度计，加速度计接收的钻井信息传输至解码电路解码后传输至编码转码电路中进行编码和转码，编码转码后的钻井信息传输至换能器驱动电路中进行信号放大，换能器驱动电路驱动换能器将转码后的钻井信息转换成声波信号发出。优选的，所述上接头外部设有用于连接仪器仓保护筒的仪器仓保护筒连接扣，用于与换能器保护筒配合的换能器保护筒配合面，以及用于接触换能器的换能器接触面；所述上接头内部设有用于连接钻杆的钻杆连接扣，用于钻井液分流的钻井液分流面，以及用于流通钻井液的钻井液分流流道。进一步的，所述换能器保护筒配合面上设有密封槽。优选的，所述仪器仓保护筒外部为一等直径圆柱面；所述仪器仓保护筒内部依次设有用于连接上接头的上接头连接扣，用于放置仪器仓的仪器仓外筒，用于支撑仪器仓的仪器仓支撑面，用于保护加速度计并为钻井液提供流道的加速度计保护筒外筒，以及用于连接下接头的下接头连接扣。优选的，所述下接头外部设有用于与加速度计保护筒配合的加速度计保护筒配合面，用于为加速度计保护筒与下接头接触时提供支撑的加速度计保护筒支撑面，用于连接仪器仓保护筒的仪器仓保护筒连接扣，以及用于连接钻杆的钻杆连接扣；所述下接头外部设有用于流通钻井液的钻井液分流流道。优选的，所述换能器保护筒外部为一等直径圆柱面；所述换能器保护筒内部设有用于配合上接头端部的上接头配合面，用于为上接头提供支撑的上接头支撑面，用于为换能器提供扶正支撑的换能器扶正面，用于放置换能器的换能器外筒，以及用于连接仪器仓端部的仪器仓连接扣。优选的，所述换能器扶正面的外径小于上接头配合面，所述换能器外筒直径大于换能器扶正面。进一步的，所述仪器仓内还设有为电路模块供电的供电模块，所述供电模块为电池组。优选的，所述仪器仓外部设有用于连接换能器保护筒的换能器保护筒连接扣，用于支撑仪器仓上部的仪器仓上部支撑面，用于保护仪器的仪器保护筒，以及用于支撑仪器仓下部的仪器仓下部支撑面；所述仪器仓内部设有用于支撑换能器的换能器支撑面，用于为连接仪器与换能器的导线提供通道的上部导线连接孔，用于为流通钻井液的仪器仓内部流道，用于放置换能器驱动电路、编码转码电路的第一电路仓，用于放置解码电路的第二电路仓，用于放置电池组的电池仓，用于为连接电池组与电路模块的导线提供通道的仓间连接孔，用于为第一电路仓和第二电路仓之间的导线提供通道的电路仓连接槽，用于为进入仪器仓的导线提供通道的下部导线连接孔，以及用于连接加速度计保护筒的端部的加速度计保护筒连接扣。优选的，所述仪器仓上部支撑面和所述仪器仓下部支撑面均开设有密封槽；所述仪器仓内部流道为圆周分布的六个圆形通孔，两侧流道直径小于中间流道直径；所述第一电路仓和所述第二电路仓均为矩形开口槽；所述电池仓为三个互不相通的矩形开口槽，分别为第一电池仓、第二电池仓、第三电池仓，电池仓深度大于所述第一电路仓和所述第二电路仓的深度；所述仓间连接孔为三个均匀分布圆形通孔，第一圆形通孔连接第一电路仓和第一电池仓，第二圆形通孔连接第一电路仓和第二电池仓，第三圆形通孔连接第二电路仓和第三电池仓。优选的，所述加速度计保护筒外部为阶梯状圆柱面，依次设有用于与仪器仓端部连接仪器仓连接扣和用于为加速度计保护筒安装时提供支撑的加速度计保护筒支撑面；所述加速度计保护筒内部设有为连接加速度计和解码电路的导线提供通道的导线连接孔，用于安装加速度计的加速度计安装槽，以及用于接触下接头的下接头配合面。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术设有电路模块和加速度计，电路模块包括依次连接换能器驱动电路、编码转码电路和解码电路，加速度计接收的钻井信息传输至解码电路解码后传输至编码转码电路中进行编码和转码，编码转码后的钻井信息传输至换能器驱动电路中进行信号放大，换能器驱动电路驱动换能器将转码后的钻井信息由电信号转换成声波信号发出，在保持正常钻井的同时，实现实时接收来自钻柱下部的携带钻井信息的微弱声波信号，并将有效信号放大后再次发生，通过增加有效声信号强度克服钻井信息通过声波在钻柱信道中传输时的衰减，进而增加钻井信息在钻柱中的传输距离。(2)本专利技术长度为5m，结构简单且无活动部件，使用时不影响钻具配合，循环压降低于钻铤压降，降低了额外作业风险，可根据钻井深度安装若干个本专利技术所述的中继系统，实现钻井信息的长距离传输。(3)本专利技术能够对钻柱中微弱声信号进行有效检测，并对有效信号进行放大后再次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下信息声波信号中继系统，其特征在于，包括依次连接的上接头(1)、仪器仓保护筒(2)和下接头(3)；所述仪器仓保护筒(2)内安装有依次连接的换能器保护筒(4)、仪器仓(5)和加速度计保护筒(6)，所述换能器保护筒(4)的端部与上接头(1)配合，所述仪器仓(5)与加速度计保护筒(6)连接的一端与所述仪器仓保护筒(2)的端部连接，所述加速度计保护筒(6)的端部与下接头(3)配合；所述换能器保护筒(4)内安装有换能器(7)；所述仪器仓(5)内设有电路模块，所述电路模块为依次连接的换能器驱动电路(8)、编码转码电路(9)和解码电路(10)；所述加速度计保护筒(6)内设有加速度计(12)，加速度计(12)接收的钻井信息传输至解码电路(10)解码后传输至编码转码电路(9)中进行编码和转码，编码转码后的钻井信息传输至换能器驱动电路(8)中进行信号放大，换能器驱动电路(8)驱动换能器(7)将转码后的钻井信息转换成声波信号发出。

【技术特征摘要】
1.一种井下信息声波信号中继系统，其特征在于，包括依次连接的上接头(1)、仪器仓保护筒(2)和下接头(3)；所述仪器仓保护筒(2)内安装有依次连接的换能器保护筒(4)、仪器仓(5)和加速度计保护筒(6)，所述换能器保护筒(4)的端部与上接头(1)配合，所述仪器仓(5)与加速度计保护筒(6)连接的一端与所述仪器仓保护筒(2)的端部连接，所述加速度计保护筒(6)的端部与下接头(3)配合；所述换能器保护筒(4)内安装有换能器(7)；所述仪器仓(5)内设有电路模块，所述电路模块为依次连接的换能器驱动电路(8)、编码转码电路(9)和解码电路(10)；所述加速度计保护筒(6)内设有加速度计(12)，加速度计(12)接收的钻井信息传输至解码电路(10)解码后传输至编码转码电路(9)中进行编码和转码，编码转码后的钻井信息传输至换能器驱动电路(8)中进行信号放大，换能器驱动电路(8)驱动换能器(7)将转码后的钻井信息转换成声波信号发出。2.如权利要求1所述的井下信息声波信号中继系统，其特征在于，所述上接头(1)外部设有用于连接仪器仓保护筒(2)的仪器仓保护筒连接扣(101)，用于与换能器保护筒(4)配合的换能器保护筒配合面(102)，以及用于接触换能器(7)的换能器接触面(103)；所述上接头(1)内部设有用于连接钻杆的钻杆连接扣(104)，用于钻井液分流的钻井液分流面(105)，以及用于流通钻井液的钻井液分流流道(106)。3.如权利要求1或2所述的井下信息声波信号中继系统，其特征在于，所述仪器仓保护筒(2)外部为一等直径圆柱面；所述仪器仓保护筒(2)内部依次设有用于连接上接头(1)的上接头连接扣(201)，用于放置仪器仓(5)的仪器仓外筒(202)，用于支撑仪器仓(5)的仪器仓支撑面(203)，用于保护加速度计(12)并为钻井液提供流道的加速度计保护筒外筒(204)，以及用于连接下接头(3)的下接头连接扣(205)。4.如权利要求3所述的井下信息声波信号中继系统，其特征在于，所述下接头(3)外部设有用于与加速度计保护筒(6)配合的加速度计保护筒配合面(301)，用于为加速度计保护筒(6)与下接头(3)接触时提供支撑的加速度计保护筒支撑面(302)，用于连接仪器仓保护筒(2)的仪器仓保护筒连接扣(303)，以及用于连接钻杆的钻杆连接扣(304)；所述下接头(3)外部设有用于流通钻井液的钻井液分流流道(305)。5.如权利要求1或4所述的井下信息声波信号中继系统，其特征在于，所述换能器保护筒(4)外部为一等直径圆柱面；所述换能器保护筒(4)内部设有用于配合上接头(1)端部的上接头配合面(401)，用于为上接头(1)提供支撑的上接头支撑面(402)，用于为换能器(7)提供扶正支撑的换能器扶正面(403)，用于放置换能器(7)的换能器外筒(404)，以及用于连接仪器仓(5)端部的仪器仓连接扣(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永旺，王庆，管志川，李志刚，赵国山，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37