[發明專利]實現TEM波傳輸的單段鉆桿

有效

• 申請號: 201210590473.2
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103061682A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 朱柯斌;孫向陽;聶在平
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: E21B17/00
• 分類號: E21B17/00;E21B47/12
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 李明光

技術領域

本發明屬于隨鉆測井信號傳輸技術，特別涉及隨鉆測井信號傳輸中單段鉆桿內部的有線傳輸技術。

背景技術

隨鉆測井因為有能探測原狀地層,實時導向的作用,成為了現代測井的重要發展方向之一。但是電纜測井的有線信號傳輸方式無法運用到隨鉆測井上。現在最常用的方法是泥漿脈沖遙傳技術來傳輸隨鉆測井的數據，它是將被測參數轉變成鉆井液壓力脈沖，隨著鉆井液循環傳送到地面。泥漿脈沖遙傳技術的數據傳輸速率一般只有4-16bit/s，即使新一代的泥漿脈沖遙傳系統的傳輸速率也只有50bit/s。

面對隨鉆測井中傳輸速率的難題，Novatek^TM公司在下提出了一種無線與有線相結合的方法，單段鉆桿間通過無線耦合器實現無線磁耦合傳輸，在鉆桿內部通過埋入用于傳輸TEM（橫電磁波）波的實心圓同軸傳輸線實現有線傳輸。實心圓同軸傳輸線的內導體為圓形實心傳輸線，內、外導體構成圓形空管傳輸線。由于實心同軸傳輸線的尺寸較大，需整根埋入鉆桿內，并要在鉆桿內埋入實現傳輸線后還需保證井下工作的機械強度，對鉆桿的厚度要求高，因此需要基于特種鉆桿（通常需加大厚度的鉆桿）實現，成本極高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種使用較小的尺寸的傳輸結構實現TEM波有線傳輸的單段鉆桿。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，實現TEM波傳輸的單段鉆桿，包括金屬鉆桿、無線耦合器、TEM波傳輸線，無線耦合器位于金屬鉆桿上端或/和下端，TEM波傳輸線與無線耦合器相連，其特征在于，所述TEM波傳輸線包括矩形的鉆桿凹槽、矩形內導體、絕緣介質、外導體涂層；

鉆桿凹槽位于金屬鉆桿內壁上，貫穿金屬鉆桿上下兩端；矩形內導體置于鉆桿凹槽內；絕緣介質填充在內導體與鉆桿凹槽之間的矩形空間；矩形的絕緣介質外側設置外導體涂層，外導體涂層與絕緣介質周圍的金屬鉆桿部分組成傳輸TEM波的外導體。

本發明利用了扁平矩形傳輸線形狀上扁平可變的特點以及矩形傳輸線與傳統圓同軸線類似的特性阻抗性質，在金屬鉆桿內壁開挖的矩形凹槽只需要預留出放置內導體與絕緣介質的空間，由金屬鉆桿本身以及僅占用很少空間的外導體涂層作為外導體不格外增加預留外導體的凹槽空間，有效的利用了鉆桿壁的厚度，大大減少了對凹槽厚度的要求，可以在常規規格厚度的鉆桿上實現。

進一步的，為了防止鉆桿在工作時高溫高壓的泥漿沖刷外導體涂層，在外導體涂層外側增加防沖刷涂層，防沖刷涂層與金屬鉆桿內側弧平面齊平。

本發明的有益效果是，扁平的傳輸結構，利用金屬鉆桿本身作為外導體的一部分，使用較小徑向尺寸的傳輸結構在鉆桿上實現TEM波有線傳輸。

附圖說明

圖1是鉆桿有線與無線結合的傳輸示意圖；

圖2是本發明在單段鉆桿內壁有線傳輸部分示意圖；

圖3是本發明在單段鉆桿內壁有線傳輸橫截面示意圖；

圖4是矩形傳輸線的內外導體尺寸對特性阻抗的影響，圖4(a)外導體長邊對特性阻抗的影響；圖4(b)外導體短邊對特性阻抗的影響；圖4(c)內導體長邊對特性阻抗的影響；圖4(d)內導體短邊對特性阻抗的影響；

圖5是本發明傳輸電路的仿真與實驗結果，其中方形標志的HFSS位仿真結果，三角形標志為數值模式匹配法（NMM）和Mircrowave?Office組合仿真的仿真結果，圓形標志為實驗結果。

具體實施方式

利用單段鉆桿內有線傳輸與單段鉆桿間無線耦合相結合，便可實現多段鉆桿的信號傳輸，最終實現信號從井底到地面的高速傳輸。如圖1所示，一號鉆桿1和二號鉆桿2通過螺紋5連接，一號鉆桿1和二號鉆桿2之間通過無線耦合器4進行信號傳輸，而兩段鉆桿分別利用內部矩形傳輸線結構3實現有線傳輸。

矩形傳輸線結構如圖2所示，在金屬鉆桿6的內側挖凹槽7，嵌入經過矩形傳輸線，包括內導體8、絕緣介質9、防沖涂層11、外導體涂層10以及絕緣介質周圍的金屬鉆桿部分作為矩形傳輸線外導體。防沖刷涂層11是為了保護矩形傳輸線。圖1中的無線耦合器4和矩形傳輸線3電連接。鉆桿凹槽7位于金屬鉆桿內壁上，貫穿金屬鉆桿上下兩端；矩形內導體8置于鉆桿凹槽內；絕緣介質9填充在內導體與鉆桿凹槽之間的矩形空間；矩形的絕緣介質外側設置外導體涂層10，防沖涂層11位于外導體涂層10外側與金屬鉆桿內側弧平面齊平，如圖3所示，外導體涂層10與絕緣介質9周圍的金屬鉆桿6部分組成傳輸TEM波的外導體部分12。