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申请/专利权人：杭州丰禾石油科技有限公司

摘要：本发明提出了一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，MWD仪器端天线和MWD仪器端无线转化模块与MWD仪器一起安装于无磁钻铤中，MWD仪器端无线转化模块将MWD有线传输的信号转换成低频电磁波信号透过无磁钻铤往外发射，同时接收来自其它LWD仪器端的发射信号；LWD仪器端天线与LWD仪器端无线转化模块一起封装于LWD仪器端头部位置，接收来自MWD仪器发射的信号，同时将LWD仪器的数据和命令转化成低频电磁波信号透过无磁钻铤发送给MWD仪器。本发明可以在多种仪器的情况下进行级联，增加了仪器配接的灵活性，消除了导线连接和滑环式连接的不可靠性和安全隐患。

主权项：1.一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，其特征在于，包括：MWD仪器端天线、MWD仪器端无线转化模块、LWD仪器端天线和第二无线转化模块；MWD仪器端天线与MWD仪器端无线转化模块一起封装成与MWD仪器接口相匹配的短节，与MWD仪器一起安装于无磁钻铤中，MWD仪器端无线转化模块将MWD有线传输的信号转换成低频电磁波信号透过无磁钻铤往外发射，同时接收来自其它LWD仪器端的发射信号；LWD仪器端天线与LWD仪器端无线转化模块一起封装于LWD仪器端头部位置，接收来自MWD仪器发射的信号，同时将LWD仪器的数据和命令转化成低频电磁波信号透过无磁钻铤发送给MWD仪器；所述LWD仪器端无线转化模块中，LWD仪器信号通过有线方式传输至MCU单元，MCU单元根据系统需求配置有线传输方式为CAN总线、485总线和单总线传输；MCU单元将信号编码后传输至FSK信号调制模块，再经功率驱动单元通过LWD仪器端天线往外发射，MCU单元根据需求配置FSK调制解调单元的发射和接收频率；当LWD仪器端天线接收信号，信号经滤波放大后传输给FSK信号解调单元，解调信号经MCU单元解码后通过有线方式传输给LWD仪器，MCU单元控制发射增益以使接收端获得最佳的接收信号。

全文数据：一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置技术领域本发明涉及钻井作业技术领域，具体涉及一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置。背景技术钻井作业具有高投入和高风险特点，在复杂的地质构造区域钻井，常出现钻井轨迹与地质轨迹并不完全吻合，甚至出现无法判断钻遇地层是否为目的层的极端情况。MWDMeasureWhileDrilling，随钻测量仪器主要随钻测量井眼轨迹参数，包括：井斜角、方位角、工具面角及辅助参数如温度等。LWDLoggingWhileDrilling，随钻测井仪器除包括MWD的测量参数外，还随钻测量地质参数如：随钻电阻率、随钻伽马、随钻密度、随钻孔隙度等等和钻井工程参数随钻钻具扭矩、随钻振动、随钻钻压等等。随钻测量和随钻测井对钻井决策、降本增效、安全高效钻井具有重要意义，市场前景广阔。各种特殊油气藏对精确的预判性地质导向提出了严格要求，需要更多的测量仪器来获取地层参数进行评估。现有的随钻测量和随钻测井仪器组合采用过线方式进行通讯，这种有线通讯方式机械设计复杂，增加施工难度。而采用无线通讯的方式可以消除这些不利因素，增加随钻仪器配接的灵活性，但目前的无线通讯设备无法用于随钻测量仪器，如何提供一种可以用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，是目前钻井作业领域亟待解决的问题。发明内容为解决上述有线方式存在的不足，本发明提出了一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置。本发明的技术方案是这样实现的：一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，包括：MWD仪器端天线、MWD仪器端无线转化模块、LWD仪器端天线和第二无线转化模块；MWD仪器端天线与MWD仪器端无线转化模块一起封装成与MWD仪器接口相匹配的短节，与MWD仪器一起安装于无磁钻铤中，MWD仪器端无线转化模块将MWD有线传输的信号转换成低频电磁波信号透过无磁钻铤往外发射，同时接收来自其它LWD仪器端的发射信号；LWD仪器端天线与LWD仪器端无线转化模块一起封装于LWD仪器端头部位置，接收来自MWD仪器发射的信号，同时将LWD仪器的数据和命令转化成低频电磁波信号透过无磁钻铤发送给MWD仪器。可选地，所述MWD仪器端天线采用螺线管方式绕制。可选地，所述LWD仪器端天线采用螺线管方式绕制。可选地，所述LWD仪器端无线转化模块中，LWD仪器信号通过有线方式传输至MCU单元，MCU单元根据系统需求配置有线传输方式为CAN总线、485总线和单总线传输；MCU单元将信号编码后传输至FSK信号调制模块，再经功率驱动单元通过LWD仪器端天线往外发射，MCU单元根据需求配置FSK调制解调单元的发射和接收频率；当LWD仪器端天线接收信号，信号经滤波放大后传输给FSK信号解调单元，解调信号经MCU单元解码后通过有线方式传输给LWD仪器，MCU单元控制发射增益以使接收端获得最佳的接收信号。可选地，多个LWD仪器组合形式，所述MWD仪器端无线通讯模块直接与各LWD仪器之间相互通讯。可选地，多个LWD仪器组合形式，LWD仪器端无线通讯模块与其相邻前端LWD仪器的无线通讯模块相互通讯，LWD仪器n的数据指令通过LWD仪器n-1的无线通讯模块进行转发，逐级传输到MWD仪器。本发明的有益效果是：1可以在多种仪器的情况下进行级联，增加了仪器配接的灵活性。2降低了MWD与LWD之间连接机械结构的复杂性，消除了歪脖连接器泥浆冲刷的风险，消除了导线连接和滑环式连接的不可靠性和安全隐患。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的通讯系统的原理图；图2为LWD仪器端无线转化模块的原理框图；图3为本发明的通讯系统的一个具体实施例的原理图；图4为本发明的通讯系统的另一个具体实施例的原理图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，MWD仪器4安装于无磁钻铤1环空水眼5中间，用于对井下钻具实时姿态进行监测，通过泥浆脉冲发生器将测量的数据以泥浆脉冲波的方式实时传输至地面系统。LWD仪器8安装于无磁钻铤1下端，用于实时测量地层参数。本发明用于LWD仪器与MWD仪器之间指令和数据的无线互传。本发明的通讯系统包括：MWD仪器端天线3、第一无线转化模块2、LWD仪器端天线6和第二无线转化模块7。MWD仪器端天线3与MWD仪器端无线转化模块2一起封装成与MWD仪器接口相匹配的短节，与MWD仪器4一起安装于无磁钻铤1中，MWD仪器端无线转化模块2将MWD有线传输的信号转换成低频电磁波信号透过无磁钻铤1往外发射，同时接收来自其它LWD仪器端的发射信号。LWD仪器端天线6与LWD仪器端无线转化模块7一起封装于LWD仪器端头部位置，接收来自MWD仪器4发射的信号，同时将LWD仪器8的数据和命令转化成低频电磁波信号透过无磁钻铤发送给MWD。MWD仪器端天线3采用螺线管方式绕制，与MWD仪器端无线转化模块一起封装成与MWD接口相匹配的短节，与MWD仪器一起安装于无磁钻铤中，将MWD仪器通过有线传输的信号转换成低频电磁波信号透过无磁钻铤往外发射，同时接收来自LWD仪器的信号。LWD仪器端天线6也采用螺线管方式绕制，与LWD仪器端无线转化模块一起封装于LWD仪器端头部位，接收来自MWD发射的信号，同时将LWD仪器端的数据转化成低频电磁波信号透过无磁钻铤发送给MWD仪器。图2示出了LWD仪器端无线转化模块7的原理框图，LWD仪器信号通过有线方式传输至MCU单元，MCU单元可根据系统需求配置有线传输方式为CAN总线、485总线和单总线传输；MCU将信号编码后传输至FSK信号调制模块，再经功率驱动单元通过LWD仪器端天线6往外发射，MCU可以根据需求配置FSK调制解调单元的发射和接收频率；当LWD仪器端天线6接收信号，信号经滤波放大后传输给FSK信号解调单元，解调信号经MCU解码后通过有线方式传输给LWD仪器；信号编码的过程中，发送端MCU单元将发射信号增益和接收信号的幅度一同串入编码信号，接收端MCU单元可以根据接收到的发射信号增益和接收信号的幅度来控制自身发送信号的增益以使接收端获得最佳的接收信号。发射信号增益和接收信号的幅度之间采用PID控制器进行调制，PID控制器参数的整定步骤如下：步骤1，首先预选择一个发射和接收周期让系统工作，例如，发射和接收周期为500ms；步骤2，仅加入比例控制环节，直到系统对接收信号的幅度调节出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；步骤3，在根据下述传递函数计算得到PID控制器的参数：PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，其传递函数为：Gs＝UsEs＝kp[1+1TI*s+TD*s]，其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数，因此，其输入et与输出ut的关系为：ut＝kp[et+1TI∫etdt+TD*detdt]，式中积分的上下限分别是0和t，输入et与输出ut分别为发射信号增益和接收信号的幅度。如图3所示为多仪器组合方式的一种应用，该方式下，MWD端无线通讯模块直接与井下各LWD仪器之间相互通讯，一般当LWD仪器较短时可采用该方式。图3所示实施例中，MWD端无线通讯模块直接与井下LWD仪器1、LWD仪器2之间相互通讯。如图4所示为多仪器组合方式的另一种应用，该方式下，LWD仪器的无线通讯模块与其相邻前端LWD仪器的无线通讯模块相互通讯，LWD仪器n的数据指令通过LWD仪器n-1进行转发，逐级传输到MWD仪器。图4所示实施例中，LWD仪器2的数据指令通过LWD仪器1进行转发，逐级传输到MWD仪器。这种方式一般在LWD仪器较长时可采用，用以克服由于距离过远产生的MWD仪器与LWD仪器通讯的不稳定。根据具体的应用，图3、图4的方式可以灵活的结合来实现整个系统间指令和数据的互传。例如，所述无线转化模块可以根据需求配置为MWD仪器端无线转化模块主机或者LWD仪器端无线转化模块从机，针对多种LWD仪器的组合方式，按照配接顺序依次配置：从机1、从机2、从机3等等。本发明可以在多种仪器的情况下进行级联，增加了仪器配接的灵活性。同时，本发明降低了MWD与LWD之间连接机械结构的复杂性，消除了歪脖连接器泥浆冲刷的风险，消除了导线连接和滑环式连接的不可靠性和安全隐患。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，其特征在于，包括：MWD仪器端天线、MWD仪器端无线转化模块、LWD仪器端天线和第二无线转化模块；MWD仪器端天线与MWD仪器端无线转化模块一起封装成与MWD仪器接口相匹配的短节，与MWD仪器一起安装于无磁钻铤中，MWD仪器端无线转化模块将MWD有线传输的信号转换成低频电磁波信号透过无磁钻铤往外发射，同时接收来自其它LWD仪器端的发射信号；LWD仪器端天线与LWD仪器端无线转化模块一起封装于LWD仪器端头部位置，接收来自MWD仪器发射的信号，同时将LWD仪器的数据和命令转化成低频电磁波信号透过无磁钻铤发送给MWD仪器。2.如权利要求1所述的一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，其特征在于，所述MWD仪器端天线采用螺线管方式绕制。3.如权利要求1所述的一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，其特征在于，所述LWD仪器端天线采用螺线管方式绕制。4.如权利要求1所述的一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，其特征在于，所述LWD仪器端无线转化模块中，LWD仪器信号通过有线方式传输至MCU单元，MCU单元根据系统需求配置有线传输方式为CAN总线、485总线和单总线传输；MCU单元将信号编码后传输至FSK信号调制模块，再经功率驱动单元通过LWD仪器端天线往外发射，MCU单元根据需求配置FSK调制解调单元的发射和接收频率；当LWD仪器端天线接收信号，信号经滤波放大后传输给FSK信号解调单元，解调信号经MCU单元解码后通过有线方式传输给LWD仪器，MCU单元控制发射增益以使接收端获得最佳的接收信号。5.如权利要求1所述的一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，其特征在于，多个LWD仪器组合形式，所述MWD仪器端无线通讯模块直接与各LWD仪器之间相互通讯。6.如权利要求1所述的一种用于随钻地层评价和地质导向系统的通讯装置，其特征在于，多个LWD仪器组合形式，LWD仪器端无线通讯模块与其相邻前端LWD仪器的无线通讯模块相互通讯，LWD仪器n的数据指令通过LWD仪器n-1的无线通讯模块进行转发，逐级传输到MWD仪器。

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