[實用新型]井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置

有效

• 申請號: 201220272429.2
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN202755967U
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 艾維平;張磊;鄧樂;竇修榮;盛利民
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B47/12
• 分類號: E21B47/12;G08C17/02;H01F38/18
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 羅振安

技術領域

本實用新型涉及石油、天然氣鉆井領域，特別涉及一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置。?

背景技術

隨著大位移井、大斜度井和長水平井的出現和發展，常規鉆具已經很難滿足需要，而井下旋轉導向鉆具因其機械鉆速高、井身質量高、不易卡鉆等優點，在石油鉆井領域中具有廣闊應用前景。通常在井下鉆具上安裝一個可繞鉆具主軸旋轉的導向活套，活套上均勻分布三到四個液壓推力控制單元。鉆進過程中，井下電子測控系統通過測量井斜角和方位角，分別調節液壓推力控制單元輸出推力的大小，使得鉆具在某個方向上產生一定側向推力，從而實現鉆具在井下進行導向鉆進。?

在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：?

井下電子測控系統的電源通常由鉆桿內高壓泥漿渦輪發電機提供，利用導電滑環實現由旋轉鉆桿到導向套筒的電能傳輸。此外，導電滑環還將負責位于旋轉鉆柱上隨鉆測量儀器與活套上電子測控系統之間雙向數據通信。雖然導電滑環結構簡單、易于實現，但缺點是對滑動接觸面的清潔度要求較高，電刷被磨損需要經常維護更換滑環。在井下高溫、高壓、強振動等惡劣工作環境下，導電滑環的密封和絕緣更是難以解決，導致滑環可靠性問題則較為突出。?

中國專利公開了一種隨鉆測量數據傳輸系統，是一種鉆桿接頭之間的雙向半雙工數據傳輸系統，其信號是沿鉆桿軸向進行傳輸，且信號收發器之間沒有相對旋轉運動，沒有解決旋轉鉆桿與導向活套之間信號徑向傳輸的問題。?

中國專利公開了一種在設備中彼此相對運動的部件之間傳遞信號的方法和設備，所用方法是采用電力載波方式實現相對旋轉運動部件之間的數據通信。其缺點是載波信號易受到高頻電能逆變器的干擾，濾波元件體積較大，且硬件系統設計較為復雜；此外，因該設備中旋轉變壓器鐵氧體磁芯采用整體式結構，故磁芯體積較大，無法在井下強振動、沖擊的環境下應用。?

發明內容

為了解決現有技術旋轉主軸上隨鉆測量系統與導向活套上電子測控系統之間的數據交換的問題，實現旋轉鉆桿與導向活套之間信號徑向傳輸，并適于在井下強振動、沖擊的環境下應用，本實用新型實施例提供了一種用于井下旋轉導向鉆井工具中旋轉主軸與導向活套之間的信號無線雙向傳輸裝置。所述技術方案如下：?

一種井下導向鉆具中主軸與活套之間信號無線雙向傳輸裝置，所述裝置包括：非接觸旋轉變壓器、數據發送器、數據接收器，所述非接觸旋轉變壓器為上下兩組，每一組非接觸旋轉變壓器包括第一非接觸旋轉變壓器、第二非接觸旋轉變壓器；所述第一非接觸旋轉變壓器安裝在旋轉主軸的外壁凹槽內，第二非接觸旋轉變壓器安裝在導向活套的內壁凹槽內，兩組非接觸旋轉變壓器各自獨立工作，彼此存在相對旋轉運動。?

具體地，所述非接觸旋轉變壓器分別由多個獨立的U形鐵氧體磁芯組成，沿圓周方向均勻分布，其中上一組的第一非接觸旋轉變壓器的鐵氧體磁芯安裝在旋轉主軸的外壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內，第二非接觸旋轉變壓器的鐵氧體磁芯安裝在導向活套的內壁上部沿圓周均勻分布的多個凹槽內；下一組的第一非接觸旋轉變壓器的鐵氧體磁芯安裝在旋轉主軸的外壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內，第二非接觸旋轉變壓器的鐵氧體磁芯安裝在導向活套的內壁下部沿圓周均勻分布的多個凹槽內。?

進一步地，所述第一非接觸旋轉變壓器的上部鐵氧體磁芯、下部鐵氧體磁芯與旋轉主軸的外壁凹槽之間由粘接劑聯接；所述第二非接觸旋轉變壓器的上部鐵氧體磁芯、下部鐵氧體磁芯與導向活套的內壁凹槽之間由粘接劑聯接。?

進一步地，所述旋轉主軸和導向活套上的U形鐵氧體磁芯采用不同的數量，在圓周方向上均勻安裝，?

滿足如下關系：和/或式中，θ為每塊定子磁芯的表面圓弧與軸心的張角，m為定子塊數與轉子塊數的最小公倍數，n為正整數。?

所述旋轉主軸設置有中心孔，旋轉主軸與導向活套之間的氣隙為泥漿流道。?

所述數據發送器為上下兩個，包括第一數據發送器、第二數據發送器；其中第一數據發送器設置于旋轉主軸上部，由主軸向活套發送數據，第二數據發送器設置于導向活套下部，由活套向主軸發送數據。?

具體地，所述第一數據發送器由頻率調制、電子開關、驅動電路、功率放大電路及發射線圈、數字信號控制器組成；所述第一數據發送器的數字信號控制器連接旋轉主軸電子系統及頻率調制，頻率調制通過電子開關的EN1和EN2連接驅動電路，驅動電路連接功率放大電路，功率放大電路連接第一發射線圈，所述第一發射線圈設置在旋轉主軸上部的第一非接觸?旋轉變壓器的鐵氧體磁芯上。?