[發明專利]隨鉆測控系統的下行通訊裝置及其下傳通訊方法

在審

• 申請號: 201310717950.1
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN104727810A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 陳威;呂官云;王義峰;孫峰;劉慶龍
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B47/22
• 分類號: E21B47/22
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及一種鉆井工程領域中向井下下傳數據或指令的隨鉆測控系統的下行通訊裝置及其下傳通訊方法。

背景技術

鉆井過程中，通過轉盤、頂驅或動力鉆具驅動鉆頭旋轉，鉆穿地層實現鉆井目的。在水平井、定向井、復雜結構井等鉆井過程中，隨鉆測量、隨鉆測井等工具已得到廣泛應用，旋轉導向、垂直鉆井工具的應用也在逐步的增多。除氣體鉆井外，常規鉆井使用泥漿將鉆屑從井底輸送到地面，井下隨鉆測量，隨鉆測井及旋轉導向等工具，使用泥漿壓力脈沖作為信號上傳的媒介。隨著鉆井復雜程度的提高，地面與井下之間的通訊需求逐步受到關注和重視。

當前，利用泥漿作為媒介，從地面將數據下傳至井下智能工具和儀器的方法有：通過改變下送排量、改變驅動轉速以及壓力脈沖下傳等方式。專利GB2444657A公開了一種改變井下循環排量的方法，該方法通過地面增加一套泥漿泵的方法，控制該泵的關停實現排量的改變，井下檢測排量的變化實現下行通訊。專利US2005209782A1公開了一種帶井下馬達時的下傳方式，通過安裝在馬達轉子下方的傳感器，檢測地面對馬達轉子轉速控制變化，實現下行通訊。專利US4763258、US6267185公開了通過改變鉆具轉速或轉角，井下傳感器檢測轉速或轉角變化，按預定編碼解碼并對井下智能工具和儀器進行控制的方法。專利US2011/0286308A1公開了一種在壓力管匯上，安裝泄流裝置的方法，通過控制泄流裝置以預先編碼的方式，將固定排量泵送到井下的泥漿泄流，使井下排量或流速副脈沖，井下智能儀器或者工具對此進行檢測解碼，實現下行通訊。

當前泥漿遙測系統下行通訊方法，常見的方式包括：（i）改變排量的方式有正脈沖排量和副脈沖排量的方式，分別為在壓力管匯中增加額外排量供應或者增加泄流裝置。這類方式因需要在地面壓力管匯安裝閥門和控制系統，通過閥門的開啟在循環系統供液端增加或減少排量。由于系統壓力高，設備安全要求高，導致系統體積龐大，同時閥門的沖蝕較為嚴重，頻繁的動作易導致安全隱患。(ii)改變地面驅動或井下馬達轉速或轉角的方式，粘滑及摩阻的存在使從地面控制底部鉆具的轉速或轉角有很大困難，導致下行通訊難以建立。

綜上，現有下行通訊系統和方法的缺點是：在壓力管匯中增加額外排量供應或者增加泄流裝置均會改變當前循環系統的排量，而且導致結構復雜；改變地面驅動或井下馬達轉速或轉角的方式建立下行通訊困難，需要建立在打斷正常鉆進作業的前提下。

發明內容

本發明所要解決的一個技術問題是，提供一種隨鉆測控系統的下行通訊裝置，其能在不改變當前循環系統排量和不打斷正常鉆進作業的前提下建立或實現下行通訊。

針對該技術問題，本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的隨鉆測控系統的下行通訊裝置，包括地面控制機構、安裝在帶壓力緩沖機構或液壓蓄能機構的泥漿泵與鉆桿之間的泥漿輸送管匯中的下傳通訊機構和安裝于井下與鉆桿連接的鉆具組合中的信號接收與數據處理機構，地面控制機構與下傳通訊機構電連接，下傳通訊機構與信號接收與數據處理機構通過泥漿輸送管匯連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是，通過地面控制機構控制下傳通訊機構以非泄流方式產生脈沖信號，脈沖信號通過泥漿輸送管匯傳遞給井下的信號接收與數據處理機構，從而實現在不改變當前循環系統排量和不打斷正常鉆進作業的前提下建立或實現下行通訊。

作為本發明的裝置的一種改進，所述下行通訊機構包括承壓管、定閥、動閥和控制驅動機構，所述定閥固定設在承壓管內，所述定閥上設有過流通道，所述動閥在驅動機構的作用下相對定閥前后移動以改變定閥的過流通道的過流面積從而形成流量波動，所述控制驅動機構與地面控制系統電連接。通過控制動閥相對定閥運動，改變過流面積形成流量脈沖，流量脈沖傳遞給信號接收與數據處理機構后進行接收和解碼。通過改變過流面積形成流量脈沖的下行通訊機構對泥漿泵及現有鉆機基本無影響，流量脈沖信號的發送不影響正常鉆井作業的進行。下傳通訊機構采用閥式結構，僅在建立和執行下行通訊過程對循環系統壓力有較小影響，在非工作狀態，既不增加壓耗也不減少排量。

作為本發明的裝置的一種優選，所述驅動機構包括用于驅動動閥的驅動機構和用于控制驅動機構的控制機構，所述控制機構與地面控制系統電連接。地面控制系統發送指令給控制機構，控制機構控制驅動機構驅動動閥。結構簡單，容易實現。

作為本發明的裝置的另一種優選，所述的動閥通過多個基座與承壓管連接，