本發(fā)明屬于鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隨鉆光纖通信裝置。

背景技術(shù)：

目前，惡劣的井下環(huán)境對井下傳感器數(shù)據(jù)的傳輸提出了嚴(yán)格的要求，同時隨著隨鉆測量技術(shù)的發(fā)展，如何將井下信號穩(wěn)定、高效地傳輸?shù)降孛妫呀?jīng)成為了鉆井工程領(lǐng)域的重要研究課題。傳統(tǒng)數(shù)控測井系統(tǒng)中各類傳輸方式收發(fā)電路功耗大，傳輸效率較低，抗電磁干擾能力不強(qiáng)。隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們也越來越重視光纖的優(yōu)點，并把光纖通信應(yīng)用于各個方面?；诠饫w通信的井下通訊裝置便應(yīng)運而生。光纖數(shù)字通信技術(shù)已成為眾多通信技術(shù)中最有發(fā)展前景的技術(shù)之一，它將光纖通信、數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合在一起，集優(yōu)點于一身。由于光波的頻率很高，光纖通信比普通電纜通信容量大，帶寬寬，適合高速、寬帶信息的傳輸。光纖的損耗很小，可以大大增加無中繼傳輸距離。光纖通信傳輸?shù)氖枪庑盘?，幾乎不會向外輻射，保密性能比較優(yōu)越，同時不會造成同一光纜中各光纖之間的串?dāng)_，不受電磁干擾，也不會產(chǎn)生電火花而對油井造成安全隱患，防爆性能好。制作玻璃光纖的原料是石英石，比制作電纜的銅、鋁等來源豐富，而且光纖環(huán)保、使用壽命長。光纖作為有線通信的一種，長距離傳輸會發(fā)生能量損耗，同時由于隨鉆條件的不同，有些結(jié)構(gòu)部位不能用有線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此在這些位置使用無線中繼器進(jìn)行信號放大與中繼。測井電纜傳輸?shù)脑硎且远嘈纠|線作為傳輸媒介，使用嵌入方法將其放置到鉆桿的內(nèi)部，在連接各段鉆桿后就可以搭建起傳輸鏈路并實現(xiàn)高速信號的雙向通信。通過電纜傳送地面控制系統(tǒng)與井下儀器之間的各種命令、數(shù)據(jù)信號，地面計算機(jī)可獲取井下的鉆機(jī)位置和傳感信息。當(dāng)井下測井儀的傳感器采集到數(shù)據(jù)后，通過數(shù)字調(diào)制器將這些傳感信息調(diào)制到數(shù)字電信號載波并通過電纜發(fā)送到井上，接收器通過數(shù)字信號處理技術(shù)對信號進(jìn)行初步處理并從中解調(diào)出所需的信息。從井上向下發(fā)送命令也是使用同樣的方式。電纜傳輸方式是測井活動中使用最廣泛的技術(shù)之一，既可以用在深井中，也可以用在淺井中。由于電纜較粗導(dǎo)致鉆棒內(nèi)部空間占用過多，且其機(jī)械制造工藝相對比較復(fù)雜?，F(xiàn)場鉆進(jìn)過程中施工難度大，操作不方便。同時在一般的測井遙傳環(huán)境中電纜可能要面對諸多的干擾因素，如某些地層中的礦物磁性物質(zhì)會產(chǎn)生一定的電磁場，某些放射性物質(zhì)會放出射線，這些都使得傳輸鏈路極易受到干擾并發(fā)生信號的畸變或失真現(xiàn)象，進(jìn)而增大了傳輸誤碼率。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：目前的鉆井通信存在電纜較粗導(dǎo)致鉆棒內(nèi)部空間占用過多，且其機(jī)械制造工藝相對比較復(fù)雜；施工難度大，操作不方便；極易受到干擾并發(fā)生信號的畸變或失真現(xiàn)象，傳輸誤碼率較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種隨鉆光纖通信裝置。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種隨鉆光纖通信裝置，所述隨鉆光纖通信裝置包括：

旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊；

旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊通過焊接固定在保護(hù)接頭上；通過在保護(hù)接頭上打孔，將旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊的有源天線放入第一鉆桿中；

光纖通訊絞車通過掛鉤卡在第二鉆桿頂部位置，向下釋放的光纖放入井下其他鉆桿中，光纖下部連接有井底無線接收模塊；鉆桿最下部為鉆采數(shù)據(jù)采集裝置和井底無線發(fā)射模塊。

進(jìn)一步，所述旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊與井上無線收發(fā)模塊進(jìn)行無線連接，井上無線收發(fā)模塊與地面數(shù)據(jù)收集控制臺連接。

進(jìn)一步，所述光纖通信絞車包括：電機(jī)驅(qū)動電路；

電機(jī)驅(qū)動電路連接電機(jī)，電機(jī)通過減速器與光纖卷筒下端、滑軌絲桿下端連接；光纖導(dǎo)向器放置于滑軌絲桿上；信號控制電路、wifi通信模塊與收發(fā)天線連接；

無線供電線圈發(fā)射端與位于天線上的無線供電線圈接收端保持耦合；

絞車掛鉤位于絞車頭部；調(diào)壓活塞位于絞車頂部；

密封膠圈位于光纖出線孔內(nèi)側(cè)；光纖出線孔位于絞車底部。

進(jìn)一步，所述光纖通信絞車的絞車密封殼體為金屬殼體，頂部焊接有絞車掛鉤。

本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為：針對鉆進(jìn)過程中鉆桿添加時光纜續(xù)接及井上井下通信問題，能夠儲存5km以上長度的光纖、內(nèi)置短距離無線收發(fā)模塊、能實現(xiàn)隨鉆光纖通信的絞車。絞車呈柱狀，直徑小于鉆桿內(nèi)徑，能放置于鉆桿內(nèi)部，能固定于井口第一根鉆桿的底部；鉆進(jìn)時隨著鉆進(jìn)距離增加，絞車所在鉆桿逐漸深入地下，續(xù)接鉆桿時，絞車能被人工提升至第一根鉆桿底部，同時向下釋放相應(yīng)長度的光纖。

本發(fā)明是以光纜作為傳輸介質(zhì)，通過將測井所獲得的信息數(shù)據(jù)調(diào)制到光波并發(fā)射到光通信鏈路中，就能實現(xiàn)測井信息的高速雙向傳輸，本發(fā)明主要研究基于光纖及微波中繼的隨鉆測井信號傳輸系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)電纜通信而言，光纖是絕緣體，不受電磁波干擾，不會產(chǎn)生噪聲，可抗井下高溫高壓環(huán)境，通信穩(wěn)定性和質(zhì)量都比電纜通信提升5倍以上；光纖以石英玻璃為材料，材料易得，耐腐蝕，耐水，成本低至100元/1km：調(diào)制后的隨鉆光纖通信速率可達(dá)100mb/s；使用微波進(jìn)行信號中繼的方式，使得隨鉆測井信息傳輸更加靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的隨鉆光纖通信裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的光纖通訊絞車結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、方鉆桿；2、保護(hù)接頭；3、天線；4、絞車無線收發(fā)模塊；5、光纖通訊絞車；6、光纖；7、井底無線接收模塊；8、井底無線發(fā)射模塊；9、鉆采數(shù)據(jù)采集裝置；10、鉆頭；11、旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊；12、鼠洞；13、第一鉆桿；14、第二鉆桿；15、其他井下鉆桿；16、井上無線收發(fā)模塊；17、地面數(shù)據(jù)收集控制臺；501、密封殼體；502、電池；503、電機(jī)驅(qū)動電路；504、電機(jī)；505、減速器；506、光纖卷筒；507、光纖導(dǎo)向器；508、導(dǎo)向器滑軌；509、滑軌絲桿；510、光纖；511、信號控制電路；512、wifi通信模塊；513、收發(fā)天線；514、無線供電線圈發(fā)射端；515、絞車掛鉤；516、調(diào)壓活塞；517、無線供電線圈接收端；518、密封膠圈；519、光纖出線孔。

具體實施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的隨鉆光纖通信裝置包括：方鉆桿1、保護(hù)接頭2、天線3、絞車無線收發(fā)模塊4、光纖通訊絞車5、光纖6、井底無線接收模塊7、井底無線發(fā)射模塊8、鉆采數(shù)據(jù)采集裝置9、鉆頭10、旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11、鼠洞12、第一鉆桿13、第二鉆桿14、其他井下鉆桿15、井上無線收發(fā)模塊16、地面數(shù)據(jù)收集控制臺17。

旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11固定在保護(hù)接頭2上；通過在保護(hù)接頭2上打孔，將旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11的有源天線3放入第一鉆桿13中，同時釋放到第一鉆桿13底部，用于收發(fā)無線信號；光纖通訊絞車5位于第二鉆桿14頂部位置，向下釋放的光纖6放入井下其他鉆桿15中，光纖6下部連接有井底無線接收模塊7；鉆桿最下部為鉆采數(shù)據(jù)采集裝置9和井底無線發(fā)射模塊8。

旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11與井上無線收發(fā)模塊16進(jìn)行無線連接，井上無線收發(fā)模塊16與地面數(shù)據(jù)收集控制臺17連接。

光纖通信絞車5結(jié)構(gòu)如圖2所示，電機(jī)驅(qū)動電路503連接電機(jī)504，電機(jī)504通過減速器505與光纖卷筒506下端、滑軌絲桿509下端連接；光纖導(dǎo)向器507放置于滑軌絲桿509上；信號控制電路511、wifi通信模塊512與收發(fā)天線510連接；信號控制電路511將光纖傳輸?shù)墓庑盘栒{(diào)制為電信號，通過wifi通信模塊512及天線513將信號傳輸?shù)骄?；井外控制信號通過wifi通信模塊512進(jìn)入絞車；無線供電線圈發(fā)射端514與位于天線513上的無線供電線圈接收端517保持耦合，組成無線供電系統(tǒng)，為信號控制電路511、通信模塊512提供電能；絞車掛鉤515位于絞車頭部，用于固定絞車在鉆桿內(nèi)的位置；調(diào)壓活塞516位于絞車頂部，用于調(diào)整絞車內(nèi)部壓力平衡，同時允許無線信號穿過；密封膠圈518位于光纖出線孔519內(nèi)側(cè)，用于釋放光纖時保持絞車密封狀態(tài)；光纖出線孔519位于絞車底部，用于釋放光纖。續(xù)接鉆桿時由人工操作絞車掛鉤515，將絞車提升至所續(xù)接鉆桿頂部位置即第一根鉆桿底部位置，同時絞車由光纖出線孔519釋放出光纖。

絞車密封殼體501為金屬殼體，為內(nèi)部設(shè)備提供穩(wěn)定的工作空間；頂部焊接有絞車掛鉤515，方便絞車固定在鉆桿內(nèi)，實際操作時，工人可通過掛鉤提升絞車。

光纖510為對彎曲不敏感的超細(xì)裸纖，直徑極細(xì)，在光纖卷筒506上纏繞儲存的長度超過5000m以上。

下面結(jié)合附圖1和附圖2對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

鼠洞12內(nèi)儲存有準(zhǔn)備續(xù)接的新鉆桿。由于方鉆桿1及保護(hù)接頭2都處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此需要用無線的方式進(jìn)行信息交換。旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11固定在保護(hù)接頭2上；通過在保護(hù)接頭2上打孔，將旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11的有源天線3放入第一鉆桿13中，同時釋放到第一鉆桿13底部，用于收發(fā)無線信號；光纖通訊絞車5位于第二鉆桿14頂部位置，向下釋放的光纖6放入井下其他鉆桿15中，光纖下部連接有井底無線接收模塊7；鉆桿最下部為鉆采數(shù)據(jù)采集裝置9和井底無線發(fā)射模塊8。

正常鉆進(jìn)時，鉆采數(shù)據(jù)采集裝置9測得井下數(shù)據(jù)，通過井底無線發(fā)射模塊8將數(shù)據(jù)發(fā)送到光纖下部的井底無線接收模塊7；光纖6作為傳輸介質(zhì)將測井?dāng)?shù)據(jù)到位于鉆桿214上部位置的通訊絞車5；絞車5再通過內(nèi)置的絞車無線收發(fā)模塊4將數(shù)據(jù)傳輸給井上的旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11；最后旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11與井上無線收發(fā)模塊16進(jìn)行數(shù)據(jù)無線交換，最終達(dá)到地面數(shù)據(jù)收集控制臺17。

續(xù)接鉆桿時，保護(hù)接頭2與第一鉆桿13分離，旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊11的天線3被拉出；吊車將方鉆桿1移動至鼠洞12位置，然后將旋轉(zhuǎn)無線收發(fā)模塊的天線放入需要續(xù)接的新鉆桿中，下放至新接鉆桿底部位置；保護(hù)接頭2與續(xù)接的新鉆桿上部連接；此時由施工人員將位于第二鉆桿14頂部的絞車提升至第一鉆桿13頂部，固定位置；同時地面地面數(shù)據(jù)收集控制臺17發(fā)出控制信號，控制光纖通信絞車5向下釋放相應(yīng)鉆桿長度的光纖6；接下來吊車將新鉆桿移動至鉆井口，與第一鉆桿13續(xù)接，完成整個續(xù)接鉆桿過程。如此循環(huán)操作，在不影響正常鉆進(jìn)施工的情況下，即可完成井下數(shù)據(jù)光纖通信的整個流程。

所述光纖通信絞車結(jié)構(gòu)如圖2所示，電機(jī)驅(qū)動電路503連接電機(jī)504，電機(jī)504通過減速器505與光纖卷筒506下端、滑軌絲桿509下端連接；光纖導(dǎo)向器507放置于滑軌絲桿509上，電機(jī)504工作時，光纖導(dǎo)向器507可沿導(dǎo)向器滑軌508進(jìn)行移動；光纖510為超細(xì)裸纖，纏繞在光纖卷筒506上；光纖需要向井下釋放時，纏繞在卷筒506上的光纖510經(jīng)由光纖導(dǎo)向器507輸出，避免光纖輸出時被折斷；信號控制電路511、wifi通信模塊512與收發(fā)天線510連接；信號控制電路511將光纖傳輸?shù)墓庑盘栒{(diào)制為電信號，通過wifi通信模塊512及天線513將信號傳輸?shù)骄?；井外控制信號通過wifi通信模塊512進(jìn)入絞車；無線供電線圈發(fā)射端514與位于天線513上的無線供電線圈接收端517保持耦合，組成無線供電系統(tǒng)，為信號控制電路511、通信模塊512提供電能。絞車掛鉤515位于絞車頭部，用于固定絞車在鉆桿內(nèi)的位置；調(diào)壓活塞516位于絞車頂部，用于調(diào)整絞車內(nèi)部壓力平衡，同時允許無線信號穿過；密封膠圈518位于光纖出線孔519內(nèi)側(cè)，用于釋放光纖時保持絞車密封狀態(tài)；光纖出線孔519位于絞車底部，用于釋放光纖。續(xù)接鉆桿時由人工操作絞車掛鉤515，將絞車提升至所續(xù)接鉆桿頂部位置即第一根鉆桿底部位置，同時絞車由光纖出線孔519釋放出光纖。

考慮到井下可能存在的高溫高壓等惡劣的環(huán)境情況，絞車密封殼體501為金屬殼體，為內(nèi)部設(shè)備提供穩(wěn)定的工作空間；頂部焊接有絞車掛鉤515，方便絞車固定在鉆桿內(nèi)，實際操作時，工人可通過掛鉤提升絞車。

光纖510為對彎曲不敏感的超細(xì)裸纖，直徑極細(xì)，在光纖卷筒506上纏繞儲存的長度超過5000m以上；由于光纖自重較輕，最開始需要通過泥漿泵將其泵入鉆桿；同時由于超細(xì)裸纖對彎曲不敏感，纏繞彎曲時產(chǎn)生的彎曲損耗很低，不影響通信；光纖通過光纖出線孔519釋放出絞車后，考慮到受到鉆井液的浮力和自身重力的作用時，該光纖也能完全承受拉力不拉斷。

電機(jī)驅(qū)動電路503控制電機(jī)504的轉(zhuǎn)速，減速器505驅(qū)動光纖卷筒506和滑軌絲桿509按照固定的轉(zhuǎn)速比協(xié)同工作，使得光纖卷筒506上的光纖出線端與光纖導(dǎo)向器507處于同一位置，實現(xiàn)光纖510在繞線卷筒506上的安全收放。

由于鉆進(jìn)時鉆桿內(nèi)部充滿鉆井泥漿，因此在絞車內(nèi)部填充液壓油，以保持內(nèi)外壓力平衡；隨著光纖卷筒上的光纖不斷釋放，剩余的光纖體積減小，絞車內(nèi)部壓力也降低，此時調(diào)壓活塞516在壓力作用下自行移動，即可平衡絞車內(nèi)外壓力差。

本發(fā)明通過光纖與無線通信的結(jié)合，能在不影響正常鉆井施工的情況下，將地下測井信號傳輸至地上；將光纖卷筒、無線收發(fā)、光電轉(zhuǎn)換等整個光纖通信模塊全部集成與絞車中，絞車能放入鉆桿，并且能隨鉆井深度而提升，避免了傳統(tǒng)電纜測井的繁雜操作手續(xù)，實現(xiàn)了隨鉆測井通信步驟的無縫續(xù)接；同時光纖成本低、抗干擾能力強(qiáng)、帶寬高的特性，極大的提升了隨鉆測井通信的效率。整個光纖通信系統(tǒng)集成到絞車中，絞車直徑小于鉆桿直徑，能放置于鉆桿內(nèi)部；絞車具有無線通信功能，能對測井信息和地面控制信息進(jìn)行無線收發(fā)；內(nèi)部通信系統(tǒng)供電方式為無線線圈供電；鉆進(jìn)續(xù)接鉆桿過程中，鉆桿內(nèi)部的絞車能人工提升位置。使用彎曲半徑很小的高強(qiáng)度裸纖,每米卷筒能纏繞5000m以上。

以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。