[發(fā)明專利]一種井下動力與雙向通訊系統(tǒng)及其使用方法

有效

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• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110485922B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 羅維;蘆文生;王眉山;許朝輝;趙洪巖;孫衍;張東旭;呂俊男;范永濤;張軍鋒
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團油田技術服務有限公司;中國石油集團測井有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B17/00;E21B47/135;E21B41/00;H01B9/00
• 代理公司: 北京智橋聯(lián)合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 洪余節(jié)

本發(fā)明公開了一種井下動力與雙向通訊系統(tǒng)及其使用方法，其電能和光信號在同一介質上傳輸，系統(tǒng)包括脈沖器、發(fā)電機、發(fā)電機外筒、過流短節(jié)、電子倉本體、電子倉外筒、導電光纜、光電接觸環(huán)、光電分合器。本發(fā)明方法先進，結構合理而緊湊，在將電能與光信號加載到同一傳輸介質上傳輸到各個井下節(jié)點的過程中，由于其通過光電轉換產生光信號，在導光介質中實現井下數據的雙向傳輸，該數據傳輸方式具有抗干擾能力強和傳輸速率快，不產生電磁干擾的優(yōu)點，同時，該導光介質也具有良好導電性，將電能傳輸到井下各個節(jié)點，因此，本發(fā)明不受井下發(fā)電機和液壓模塊電機的干擾，信號正常并實時的傳輸，也不會通過電磁干擾井下其他節(jié)點的正常工作。

技術領域

本發(fā)明涉及旋轉導向鉆井工具配件技術領域，具體涉及一種井下動力與雙向通訊系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術

近年來，難動用油藏、特殊油藏的勘探開發(fā)對滿足適用復雜地層條件、暴露更多儲層、以期獲得更大產能的鉆井井眼軌跡控制提出了更高要求。特別是對水平井技術、大位移鉆井技術、薄油層鉆水平井的技術、水平分支井等技術提出了越來越復雜的井眼軌跡要求和提高鉆井效率、降低昂貴的鉆井成本和減少鉆井井下作業(yè)的風險的需求。常規(guī)定向井技術采用彎螺桿定向技術，整個鉆具主要以滑動鉆進方式工作，具有摩阻與扭矩大、井眼凈化效果差、位移延伸能力弱、井眼軌跡平滑度低、軌跡調控難的缺點，導致鉆井風險高，油藏整體開發(fā)效益低的缺陷。旋轉導向技術在旋轉的過程中動態(tài)控制井眼軌跡，旋轉導向鉆井系統(tǒng)鉆進過程中，鉆柱連續(xù)旋轉減小了摩阻，可鉆出更長的水平位移，水平段延伸能力強；清潔井眼，減少卡鉆的風險；無需起下鉆調整工具面，提高了鉆井效率；及時調整作業(yè)提高了軌跡控制的精度；導向時可以使用最優(yōu)鉆壓值，提高了機械鉆速，發(fā)揮鉆頭最佳效能。

目前旋轉導向鉆井工具的井下動力與雙向通訊系統(tǒng)采用的單總線進行電能和雙向通訊，使用加載到電源線上的雙頻載波進行信號半雙工雙向通訊，其利用電源線作為信號傳輸載體，該種傳輸方式的數據傳輸抗干擾能力差，且受導向頭電機負載變化影響大，同時加載到電源線上的高頻載波信號也對磁通門的傳感器的測量造成干擾，影響井眼軌跡測量精度。多數采用的載波單總線的傳輸方式，速率較慢(一般為9600bit/s左右)，多節(jié)點輪詢周期長，導致控制矢量參數調整跟不上旋轉變化，造成控制矢量波動大，影響井眼軌跡精度，也增加了電機載荷突變，降低系統(tǒng)壽命。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種井下動力與雙向通訊系統(tǒng)及其使用方法，克服了上述現有技術之不足，在旋轉導向鉆井系統(tǒng)中，井下電子系統(tǒng)采用電能和光信號在同一介質上傳輸的隨鉆井下動力與雙向通訊方法及系統(tǒng)，使用既能傳輸電能，又能傳輸光的傳輸介質時，其能有效解決現有采用電源線載波的單總線傳輸方式抗干擾能力低、干擾其他電磁測量儀器及傳輸速率低的問題。

本發(fā)明的技術方案之一是通過以下措施來實現的：一種井下動力與雙向通訊系統(tǒng)，包括脈沖器、發(fā)電機、發(fā)電機外筒、過流短節(jié)、電子倉本體、電子倉外筒、導電光纜、光電接觸環(huán)、光電分合器；發(fā)電機、發(fā)電機外筒、電子倉外筒、電子倉本體自上而下依序固定安裝在一起；發(fā)電機下端通過螺紋連接在過流短節(jié)上，發(fā)電機出來的電線通過7芯圓插與電子倉本體中的井下動力與雙向通訊電路連接，發(fā)電機外筒通過螺紋與電子倉本體連接；電子倉外筒固定在發(fā)電機外筒與電子倉本體之間的槽內，電子倉外筒其端面和內部有O型密封圈；發(fā)電機內引出三相交流電線3根以及過線2根；在發(fā)電機外筒上端面有一環(huán)形槽，下端內部有接觸環(huán)槽，發(fā)電機外筒上端面環(huán)形槽和發(fā)電機外筒下端內部的接觸環(huán)槽分別與電子倉本體中的井下動力與雙向通訊電路通過小孔連通，發(fā)電機外筒上端面環(huán)形槽通過發(fā)電機外筒壁上的細長孔與發(fā)電機外筒下端內部的接觸環(huán)槽相通；電子倉本體上部有接觸環(huán)，電子倉本體下端面有接觸環(huán)槽，該電子倉本體下端面接觸環(huán)槽通過小孔與電子倉本體相通；電子倉本體由環(huán)形均布的四個上部槽和下部槽構成，上部槽內安裝有整流、穩(wěn)壓及濾波電路，濾波電路輸出端與下部槽內的電源管理模塊的輸入端及導電光纜總線連接，下部槽內安裝的中央控制電路與下傳解碼板、上傳編碼電路及光電分合器連接。

下面是對上述發(fā)明技術方案之一的進一步優(yōu)化或/和改進：