專利名稱：電纜收放裝置、井下信息傳輸裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種用于井下信息遙測的傳輸裝置和方法，特別是指用于石 油、天然氣、煤層氣等礦產(chǎn)鉆井作業(yè)過程中進(jìn)行隨鉆測量或隨鉆測井的井下 信息傳輸裝置、傳輸方法及電纜收放裝置。
背景技術(shù)：
在油、氣等礦產(chǎn)鉆井作業(yè)過程中，常常需要把井底的測量信息傳輸?shù)降?面，把地面的操作指令傳輸?shù)骄?。目前現(xiàn)有的傳輸方式有泥漿壓力脈沖方 式傳輸、電磁波傳輸、電纜傳輸、聲波傳輸和智能鉆桿傳輸?shù)取Ｆ渲?br> 電纜傳輸方式采用電纜來完成井下儀器與地面儀器的數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)有的 電纜傳輸設(shè)備，其數(shù)千米長的測井電纜一端連接地面儀器，另一端連接井下 儀器，中段經(jīng)位于地面上的井口滑輪導(dǎo)向后纏繞在電纜絞盤上，通過電纜絞 盤可以收放電纜來實(shí)現(xiàn)井下儀器的下降和提升。但在鉆井過程中，隨著井深 不斷增加，需要不斷的續(xù)接鉆柱，而此時(shí)待續(xù)接的鉆柱將無法越過電纜而連 接在當(dāng)前鉆柱上，必須通過轉(zhuǎn)動(dòng)電纜絞盤將已經(jīng)下入至井內(nèi)的全部長度的電 纜從井中提升起來，再將續(xù)接的鉆柱接續(xù)在鉆柱最底端，之后再將更長長度 的電纜下入井內(nèi)，而在上提或下入電纜的過程當(dāng)中就需要中斷正常的施工作 業(yè)，占用了較多的鉆機(jī)時(shí)間，效率差，在隨鉆作業(yè)中有被逐漸淘汰的趨勢。
目前應(yīng)用較多的是泥槳壓力脈沖方式傳輸和電磁波傳輸，不會(huì)存在占用 鉆機(jī)時(shí)間的問題。但由于井深通常有數(shù)千米，高頻信號(hào)由井底經(jīng)過數(shù)公里的 長途跋涉到達(dá)井口時(shí)很容易被衰減掉，因此這兩種傳輸通道不適合高頻信號(hào) 長距離傳輸，'目前這兩種傳輸方式均以低頻信號(hào)進(jìn)行傳輸，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳
輸速率很低， 一般只有1 3bps (位/秒)，通常難以超過30bps，這種低速傳輸通道嚴(yán)重制約了信息化鉆井技術(shù)的發(fā)展。聲波傳輸方式尚不具備商用能力，智能鉆桿傳輸雖然有工業(yè)化應(yīng)用，但 由于其高昂的成本和操作復(fù)雜性、可靠性的問題，也制約了其應(yīng)用范圍，并 沒有被廣泛采用?？梢姡瑢ふ液唵我仔?、穩(wěn)定可靠的高速傳輸裝置和方法是十分必要的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種電纜收放裝置，能解決有纜傳輸裝置在接續(xù) 鉆柱時(shí)必須反復(fù)上提或下入電纜而需中斷正常施工作業(yè)、占用較多鉆機(jī)時(shí)間 的技術(shù)問題。本發(fā)明的目的還在于提供一種井下信息傳輸裝置和方法，能解決有纜傳 輸裝置在接續(xù)鉆柱時(shí)必須反復(fù)上提或下入電纜而需中斷正常施工作業(yè)、占用 較多鉆機(jī)時(shí)間的技術(shù)問題。本發(fā)明的目的還在于提供一種井下信息傳輸裝置和方法，能突破長期以 來在井下信息傳輸中所存在的無線通訊速率較低、有線通訊低效這一問題的困擾，可以將井下信息傳輸速率提高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)萬bps甚至百 萬bps的高速通訊。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種電纜收放裝置，設(shè)于井筒內(nèi)的鉆柱內(nèi)，其包括電纜筒，用于收放電纜，所述電纜筒包括一空心柱體，電纜的兩端分別從空心柱體伸出，在空心柱體內(nèi)設(shè)有電纜收巻機(jī)構(gòu)；浮筒，與所述 電纜筒相連，用于給電纜筒提供浮力，在浮筒上浮時(shí)，電纜被不斷巻出，而 在浮筒下浮時(shí)，由所述電纜收巻機(jī)構(gòu)將電纜收巻入電纜筒內(nèi)。根據(jù)上述方案， 使電纜可以在鉆柱串內(nèi)自由伸縮而不會(huì)發(fā)生纏扭，該電纜收放裝置可用于改 造已知有纜傳輸設(shè)備，使用時(shí)只需將由電纜收放裝置引出的電纜上下端分別 連接地面信息處理機(jī)的地面電纜和井下信息處理機(jī)即可，由于本發(fā)明中用于 傳輸數(shù)據(jù)的被下入井內(nèi)的電纜基本被全部巻繞在電纜筒內(nèi)，因此電纜上端與地面電纜的連接處不必巻入電纜筒內(nèi)，這樣在接續(xù)鉆柱時(shí)，可隨時(shí)解開電纜 連接處，在鉆柱接續(xù)完畢后再將電纜連接起來，這樣在續(xù)接鉆柱時(shí)，不必將 全部電纜上提或下入井內(nèi)，不需中斷正常施工作業(yè)，占用鉆機(jī)時(shí)間非常短。 相對(duì)于已知有纜傳輸設(shè)備，因全部的電纜是由地面絞盤所盤繞，如果根據(jù)本 發(fā)明的前述構(gòu)思，通過將地面電纜斷開再連接的方式來達(dá)到方便接續(xù)鉆柱的 操作的目的，會(huì)出現(xiàn)因現(xiàn)有設(shè)備缺少本發(fā)明的電纜收放裝置，使得地面上的 電纜達(dá)接頭會(huì)隨著井深增加而必須被下入井內(nèi)，這樣經(jīng)過多次接鉆柱的操作 以后，處于井內(nèi)的電纜將產(chǎn)生多處接頭， 一方面嚴(yán)重影響了電纜強(qiáng)度和傳輸 信息的穩(wěn)定性，是不可行的；另一方面，電纜也不能旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，仍然必須上 提電纜，還是存在需中斷正常施工作業(yè)、占用鉆機(jī)時(shí)間長的缺陷。相應(yīng)的，本發(fā)明提供了一種井下信息傳輸方法，通過電纜來使井下信息 處理機(jī)和地面信息處理機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以進(jìn)行隨鉆測量，在接續(xù)鉆柱 時(shí)包括如下步驟先將井口附近以上的電纜斷開；再接續(xù)鉆柱；在接續(xù)鉆柱 完畢后，再將被斷開的電纜連接起來。根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明提供了一種包含前述電纜收放裝置的井下信息傳 輸裝置，包括供電系統(tǒng)、井下信息處理機(jī)、地面信息處理機(jī)以及用于在井下 信阜處理機(jī)和地面信息處理機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的電纜，使電纜上端與地面信息 處理機(jī)之間采用無線通訊或有纜可拆卸連接，電纜下端連接井下信息處理機(jī)。在本發(fā)明中，能實(shí)現(xiàn)電纜上端與地面信息處理機(jī)之間的通訊且不影響續(xù) 接鉆柱的方式，可以理解為本發(fā)明中將井口附近以上的電纜"斷開"的方案， 包括兩種第一種是無線傳輸方式，即電纜上端與地面信息處理機(jī)之間采用無線通 訊，可以理解為將上部電纜永久的斷開。具體方案是還包括有一無線轉(zhuǎn)發(fā) 器，連接在所述電纜收放裝置上，所述無線轉(zhuǎn)發(fā)器與所述電纜上端相連接， 電纜上端通過所述無線轉(zhuǎn)發(fā)器與地面信息處理機(jī)之間進(jìn)行無線通訊；所述井 下信息處理機(jī)包括井下收發(fā)器，所述地面信息處理機(jī)包括天線陣列；電纜下端與所述井下收發(fā)器相連接，以使無線轉(zhuǎn)發(fā)器與井下收發(fā)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸，所述井下收發(fā)器進(jìn)一步通過信號(hào)線與井下測量裝置相連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸；所述無線轉(zhuǎn)發(fā)器與地面信息處理機(jī)的天線陣列之間進(jìn)行通訊；所述供電 系統(tǒng)為井下供電系統(tǒng)，所述井下供電系統(tǒng)給井下收發(fā)器供電，并通過所述電 纜給無線轉(zhuǎn)發(fā)器供電。無線傳輸方式中，可以仍然使用低頻信號(hào)傳輸。但最優(yōu)選的是無線轉(zhuǎn)發(fā) 器與井下收發(fā)器均采用高頻信號(hào)傳輸。在該優(yōu)選的方案中，隨著電纜收放裝 置的浮筒的上下浮動(dòng)，使電纜筒內(nèi)的電纜自由伸出或縮回，從而能將鉆柱內(nèi) 的無線收發(fā)器從井底延伸至井口附近，由于縮短了鉆柱內(nèi)的無線收發(fā)器與位 于地面上天線陣列的距離，因此高頻信號(hào)的衰減將不再那么嚴(yán)重，可以用高 頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)高速通訊，突破了長期以來在井下信息無線傳輸中所存在的通訊 速率較低這一問題的困擾，可以將井下信息傳輸速率提高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn) 高達(dá)數(shù)萬bps甚至百萬bps的高速通訊。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種利用前述電纜收放裝置完成的井下信息傳輸 方法，使一無線轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)在電纜收放裝置上并與電纜收放裝置引出的電纜上 端相連接，隨電纜收放裝置的上下浮動(dòng)，電纜收放裝置自動(dòng)伸出和縮回其中 的電纜，從而將無線收發(fā)器從井底延伸至井口附近，以縮短鉆柱內(nèi)的無線收 發(fā)器與地面天線陣列的距離，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)高速通訊。第二種是有纜傳輸方式，即電纜上端與地面信息處理機(jī)之間采用有纜可 拆卸連接，可以理解為將上部電纜臨時(shí)反復(fù)斷開。具體方案是從電纜收放 裝置上端引出的電纜穿經(jīng)浮筒、鎖緊筒、從所述鎖緊裝置的推桿的頂端引出 而構(gòu)成井下對(duì)接通訊接頭，所述電纜上端通過該井下對(duì)接通訊接頭與地面信 息處理機(jī)之間構(gòu)成有纜可拆卸連接，從電纜收放裝置下端引出的電纜與所述 井下信息處理機(jī)相連接；所述供電系統(tǒng)為地面供電系統(tǒng)；所述地面信息處理 機(jī)包括地面電纜及與地面電纜相連接的對(duì)接裝置，所述對(duì)接裝置與該井下對(duì) 接通訊接頭可拆卸的對(duì)接以實(shí)現(xiàn)有纜傳輸，且在需要時(shí)將二者斷開。優(yōu)選的，所述對(duì)接裝置包括 一殼體，在殼體的頂端設(shè)有連接頭，地面 電纜經(jīng)由水龍頭的側(cè)入接頭、循環(huán)頭與該殼體頂端的連接頭相連接，該連接 頭的另一端連接依次設(shè)在殼體內(nèi)的對(duì)接控制與驅(qū)動(dòng)模塊、對(duì)接馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)軸、 對(duì)接通訊接頭，對(duì)接控制與驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)有對(duì)接感應(yīng)器，該對(duì)接通訊接頭與處 于井內(nèi)的推桿頂端的井下對(duì)接通訊接頭可自動(dòng)對(duì)接或脫離。優(yōu)選的，該對(duì)接通 訊接頭為可旋轉(zhuǎn)接頭，在與井下對(duì)接通訊接頭連接后，相對(duì)于殼體仍可自由 旋轉(zhuǎn)，這樣可以保證鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)也可用。該方案的效果是顯著的通過該對(duì)接 裝置與井下對(duì)接通訊接頭之間的自動(dòng)對(duì)接或斷開，構(gòu)成了一種靈活的、具有較 高通訊質(zhì)量的有纜傳輸裝置，不僅定向時(shí)可用，鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)也可用，且在接單 根時(shí)可由對(duì)接裝置保證上部電纜自動(dòng)脫離，由于上部電纜較短，上提和下放上 部電纜幾乎不占用鉆機(jī)時(shí)間，具有更高的靈活性和適用性。


.圖1為本發(fā)明的井下信息傳輸裝置的示意圖。圖2為本發(fā)明井下信息傳輸裝置釆用無線傳輸?shù)膶?shí)施例局部示意圖。 圖3為圖2中井下信息傳輸裝置的井下收發(fā)器與供電系統(tǒng)的示意圖。 圖4為本發(fā)明中換向半齒輪的主視圖。圖5為本發(fā)明的鎖緊裝置的一個(gè)實(shí)施例的局部示意圖。圖6為本發(fā)明井下信息傳輸裝置為有纜傳輸實(shí)施例的局部放大示意圖。圖7為本發(fā)明圖6中的電纜自動(dòng)對(duì)接裝置的示意圖。,8為本發(fā)明提供的電纜收放裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1如圖1所示，本發(fā)明提供了一種采用電纜和無線傳輸相結(jié)合的井下信息 傳輸裝置，其主要包括井下供電系統(tǒng)100、井下信息處理機(jī)101、地面信息處理機(jī)102、以及用于在井下信息處理機(jī)101和地面信息處理機(jī)102之間 傳輸數(shù)據(jù)的電纜103。本發(fā)明的改進(jìn)之處是還包括一個(gè)電纜收放裝置10，該 電纜收放裝置10設(shè)于井筒中的鉆柱104內(nèi)，以用于收巻電纜103。如圖2所示，該電纜收放裝置10包括電纜筒l，用于收放電纜103， 電纜筒l為空心柱體，在空心柱體內(nèi)設(shè)有電纜收巻機(jī)構(gòu)；浮筒2，與電纜筒 1相連，是一個(gè)用于給電纜筒1提供浮力的裝置，在浮筒2上浮時(shí)，電纜103 從電纜筒l下部被不斷巻出，在浮筒2下浮時(shí)，由電纜收巻機(jī)構(gòu)將電纜103 收巻入電纜筒l內(nèi)，浮筒2基本上呈一空心筒體，優(yōu)選的使浮筒2連接在電 纜筒1的上方，浮筒2上下兩端分別設(shè)有轉(zhuǎn)換接頭21、 22，在轉(zhuǎn)換接頭21、 22上設(shè)有通訊接頭210、 220，通訊接頭210、 220可由浮筒導(dǎo)線23連接， 該通訊接頭220再與電纜筒1上端蓋11上的通訊接頭110相連接。浮筒2 還可呈空心環(huán)形體，而環(huán)繞在電纜筒l的外環(huán)，只要能由浮筒2帶動(dòng)電纜筒 l浮動(dòng)即可。如圖2、 3所示，井下信息處理機(jī)101包括井下收發(fā)器5。本發(fā)明為使電 纜103上端與地面信息處理機(jī)102之間進(jìn)行無線傳輸，還包括一個(gè)無線轉(zhuǎn)發(fā) 器3，其連接在電纜收放裝置10上并與電纜103上端相連接，這樣電纜103 的上端就可通過該無線轉(zhuǎn)發(fā)器3與地面信息處理機(jī)102之間進(jìn)行無線通訊； 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可將無線轉(zhuǎn)發(fā)器3設(shè)在浮筒2上方，當(dāng)然無線轉(zhuǎn)發(fā) 器3顯然也可以設(shè)在電纜筒1和浮筒2之間，或者整合在電纜筒l內(nèi)，無線 轉(zhuǎn)發(fā)器3可以設(shè)在電纜收放裝置10任意方便的位置，只要能連接電纜收放 裝置10引出的電纜103上端即可。電纜收放裝置10下端伸出的電纜103與 井下收發(fā)器5相連接，以使無線轉(zhuǎn)發(fā)器3與井下收發(fā)器5之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸； 井下收發(fā)器5再通過信號(hào)線51與井下測量裝置(圖中未示)相連接以進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸。無線轉(zhuǎn)發(fā)器3設(shè)在一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器殼體31內(nèi)。無線轉(zhuǎn)發(fā)器3包括調(diào)制解調(diào) 器32、與調(diào)制解調(diào)器32相連接的無線電轉(zhuǎn)發(fā)模塊33、與無線電轉(zhuǎn)發(fā)模塊33相連接的發(fā)射天線34。轉(zhuǎn)發(fā)器殼體31的下端蓋35為轉(zhuǎn)換接頭，其上設(shè)有與 調(diào)制解調(diào)器32相連接的通訊接頭36，浮筒2上端蓋21上的通訊插頭210 通過轉(zhuǎn)發(fā)器殼體31的下端蓋35上的轉(zhuǎn)換接頭36與無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的調(diào)制解 調(diào)器32相連接，而浮筒2下端蓋22上的通訊插頭220則與電纜筒1頂部引 出的電纜103相連接。.轉(zhuǎn)發(fā)器殼體31優(yōu)選使用非屏蔽材料制成，否則發(fā)射 天線34需要引出。優(yōu)選的，在井口使用無磁鉆桿或非屏蔽鉆桿，可提高無 線接收信號(hào)強(qiáng)度。井下收發(fā)器5安裝在密封殼體52內(nèi)，并由密封端蓋53密封，密封殼體 52的下端蓋54為轉(zhuǎn)換接頭，其上設(shè)有通訊接頭540。該井下收發(fā)器5由相 連接的主控模塊55與調(diào)制解調(diào)器56組成，主控模塊55與下端蓋54上的通 訊插頭540連接，并通過信號(hào)線51與井下測量裝置進(jìn)行通訊并采集井下信 息，調(diào)制解調(diào)器56與從電纜收放裝置10下端伸出的電纜103相連接。井下供電系統(tǒng)100可以是井下液動(dòng)發(fā)電機(jī)，也可以是電池筒1001，以給 井下收發(fā)器5供電，并通過電纜103給無線轉(zhuǎn)發(fā)器3供電。地面信息處理機(jī)102的接收天線陣列包括對(duì)空天線105、埋地天線106、 導(dǎo)管天線107和水龍頭天線108。導(dǎo)管天線107接在井口導(dǎo)管上，參考圖7， 水龍頭天線108可接在水龍頭1091的非旋轉(zhuǎn)循環(huán)頭1092上，若屏蔽現(xiàn)象嚴(yán) 重，可將水龍頭天線108引入鉆柱104內(nèi)部。上行通訊時(shí)，將井下測量裝置采集的信息通過信號(hào)線51傳輸給井下收 發(fā)器5的主控模塊55，主控模塊55將信息編碼后通過調(diào)制解調(diào)器56發(fā)出， 經(jīng)過連接井下收發(fā)器5與無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的電纜103將信息發(fā)送給位于井口附 近上部鉆柱104內(nèi)的電纜收放裝置10內(nèi)的無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的調(diào)制解調(diào)器32， 再由無線電轉(zhuǎn)發(fā)模塊33進(jìn)行無線電調(diào)制并經(jīng)發(fā)射天線34發(fā)出，地面信息處 理機(jī)102將其感應(yīng)天線陣列的對(duì)空天線105、埋地天線106、導(dǎo)管天線107 和水龍頭天線108接收到的信號(hào)放大、濾波、解調(diào)及進(jìn)行其它處理。下行通訊時(shí)，地面信息處理機(jī)102可由同樣的通道向井下發(fā)送指令信息，先由地面信息處理機(jī)102將信號(hào)進(jìn)行無線電調(diào)制，通過其天線陣列發(fā)出，位 于鉆柱104內(nèi)井口附近的無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的發(fā)射天線34感應(yīng)到信號(hào)，該信號(hào)經(jīng) 過無線電轉(zhuǎn)發(fā)模塊33的放大、濾波、解調(diào)后，再經(jīng)調(diào)制解調(diào)器32調(diào)制到電 纜103中傳輸?shù)轿挥诰椎木滦畔⑻幚頇C(jī)101的井下收發(fā)器5，以實(shí)現(xiàn)雙向 通訊。本發(fā)明的重點(diǎn)改進(jìn)之處是電纜收放裝置10，能將處于井內(nèi)的電纜103 自動(dòng)收放。如前所述，該電纜收放裝置10主要包括電纜筒1和浮筒2，并且 可以進(jìn)一步包括鎖緊裝置4和密封裝置6，該鎖緊裝置4和密封裝置6雖然 不是必須的結(jié)構(gòu)，但優(yōu)選的包括這些結(jié)構(gòu)。電纜筒1的空心柱體包括數(shù)個(gè)支 撐板，即上端蓋ll(第一支撐板)、設(shè)在空心柱體內(nèi)鄰近上端蓋ll的第二支 撐板12、第三支撐板13以及下端蓋14，在該空心體內(nèi)設(shè)置的電纜收巻機(jī)構(gòu) 包括繞線軸15、自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7和換向排繞機(jī)構(gòu)8。其中繞線軸15，沿空心柱體的軸向可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，用于排繞電纜103，電纜 103的兩端分別從空心柱體的上下兩端伸出，法蘭盤150固定于繞線軸15 的兩端，可與繞線軸15 —起旋轉(zhuǎn)，電纜103在繞線軸15內(nèi)通過滑環(huán)與導(dǎo)線 151連接到空心柱體上端蓋11上的通訊接頭110，以進(jìn)一步連接浮筒2下端 的轉(zhuǎn)換接頭22上的通訊接頭220。自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7，設(shè)在繞線軸15的下端，該自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7與繞線軸15 的下端相連動(dòng)而可驅(qū)動(dòng)所述繞線軸15旋轉(zhuǎn)，該自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7包括設(shè)在繞 線軸15下端的被動(dòng)齒輪71，與該被動(dòng)齒輪71嚙合的中間齒輪72，與該中間 齒輪72嚙合的主動(dòng)齒輪73，主動(dòng)齒輪73的齒輪軸穿過空心柱體的下端蓋14 且在齒輪軸的下端面設(shè)有單向棘輪74，該單向棘輪74配合有一能傳遞扭矩的 扭力柔桿75，扭力柔桿75從空心柱體的槽口中伸出且在扭力柔桿75伸出的 外端設(shè)有摩擦輪76，摩擦輪76與樞接在空心柱體的筒壁上的搖臂77相連接， 搖臂77連接有彈性壓縮元件78例如壓縮彈簧，以向外頂撐搖臂77。自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7還可以進(jìn)一步包括有巻纜緊度調(diào)節(jié)裝置9，以控制電纜103的巻入速度，該巻纜緊度調(diào)節(jié)裝置9包括與所述中間齒輪72相連接的 彈性支撐元件91，所述彈性支撐元件91的彈力使中間齒輪72保持在與所述 主動(dòng)齒輪73嚙合的位置，所述彈性支撐元件91還連接至一滑輪92，電纜 103繞置在滑輪92上，由電纜103的張力帶動(dòng)滑輪92移動(dòng)，滑輪92再帶動(dòng) 彈性支撐元件91移動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)中間齒輪72遠(yuǎn)離主動(dòng)齒輪73而處于非 嚙合狀態(tài)，在滑輪的下方設(shè)有一對(duì)導(dǎo)繩輥93，用于壓緊電纜103。自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7的工作原理是當(dāng)鉆柱104內(nèi)液面相對(duì)于鉆柱下降時(shí)， 帶有無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的電纜收放裝置IO在自身重量的作用下，相對(duì)于鉆柱104 向下移動(dòng)，摩擦輪76在摩擦力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)與其連接的扭力柔桿75 轉(zhuǎn)動(dòng)，單向棘輪74鎖緊，帶動(dòng)主動(dòng)齒輪73旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)齒輪73與中間齒輪 72嚙合，中間齒輪72與被動(dòng)齒輪71嚙合，帶動(dòng)繞線軸15旋轉(zhuǎn)，電纜103 被巻入電纜筒l。當(dāng)巻入速度過快時(shí)，電纜103張力增大，巻纜緊度調(diào)節(jié)裝 置9的滑輪92在電纜103的張力作用下，克服彈性支撐元件91的支撐彈力 向左下方移動(dòng)，彈性支撐元件91將中間齒輪72向下推，與主動(dòng)齒輪73脫 離嚙合，電纜103暫停巻入；當(dāng)電纜103松弛時(shí)，彈性支撐元件91的彈性 回復(fù)力將中間齒輪72上推，再度與主動(dòng)齒輪73恢復(fù)嚙合，電纜103繼續(xù)巻 入。設(shè)計(jì)最小巻入速度要比電纜103松弛速度稍快，就可以確保電纜103被 及時(shí)巻入電纜筒1而不會(huì)發(fā)生繞結(jié)，同時(shí)也可確保上浮時(shí)不會(huì)發(fā)生單向棘輪 74鎖緊問題。換向排繞機(jī)構(gòu)8，與繞線軸15的上端相連動(dòng)，用于在電纜103從繞線軸 15 —端排繞至另一端時(shí)變換排繞方向，以使電纜103被逐層排繞在繞線軸 15上。換向排繞機(jī)構(gòu)8包括換向機(jī)構(gòu)81及排繞機(jī)構(gòu)82。其中換向機(jī)構(gòu)81，設(shè)在繞線軸15上與自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7相對(duì)的一端且位于在 上端蓋11與第二支撐板12之間，換向機(jī)構(gòu)81包括切換齒輪組83、加速齒 輪組84和減速齒輪組85;其中切換齒輪組83包括雙聯(lián)半齒輪831和設(shè)在 雙聯(lián)半齒輪831兩側(cè)的第一、第二雙聯(lián)切換齒輪832、 833，雙聯(lián)半齒輪831、第一、第二雙聯(lián)切換齒輪832、 833分別具有小徑齒部和大徑齒部，第一、 第二雙聯(lián)切換齒輪832、 833的小徑齒部當(dāng)中的一者與雙聯(lián)半齒輪831的小 徑齒部嚙合，而第一、第二雙聯(lián)切換齒輪832、 833的大徑齒部相嚙合。加 速齒輪組84包括齒輪841 843，第一雙聯(lián)切換齒輪832與雙聯(lián)齒輪842的 小徑齒部相嚙合、再經(jīng)雙聯(lián)齒輪842的大徑齒部嚙合雙聯(lián)齒輪843的小徑齒 部、雙聯(lián)齒輪843的大徑齒部與輸出齒輪841嚙合，而該輸出齒輪841與排 電纜絲杠821固接，從而可使二者同步轉(zhuǎn)動(dòng)，該加速齒輪組84用于在換向 后使排纜絲杠821加速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)然，如果第一雙聯(lián)切換齒輪832直接與輸出 齒輪841嚙合能夠達(dá)到加速比要求，可以省略雙聯(lián)齒輪842、 843，此時(shí)該加 速齒輪組84將僅包括一個(gè)與排纜絲杠821固接的輸出齒輪841，但通常受限 于電纜筒1的可用空間，建議在傳動(dòng)鏈中增加中間過渡齒輪即雙聯(lián)齒輪842、 843,以獲得更大的加速比同時(shí)減小對(duì)電纜筒直徑尺寸的要求。減速齒輪組 85包括齒輪852 855，其中雙聯(lián)齒輪852的小徑齒部與雙聯(lián)半齒輪831的 大徑齒部相嚙合，雙聯(lián)齒輪852的大徑齒部與雙聯(lián)齒輪853的小徑齒部嚙合、 雙聯(lián)齒輪853的大徑齒部與雙聯(lián)齒輪854的小徑齒部嚙合、雙聯(lián)齒輪854的 大徑齒部與齒輪855嚙合，而齒輪855與繞線軸15固接從而隨繞線軸15轉(zhuǎn) 動(dòng)，該減速齒輪組85的目的是為了使雙聯(lián)半齒輪831轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)較慢，以保 證在電纜103從繞線軸15 —端排繞到另一端時(shí)，雙聯(lián)半齒輪831剛剛好轉(zhuǎn) 動(dòng)半周，以變換排纜方向；與所述前面的加速齒輪組84類似，如果雙聯(lián)半 齒輪831僅經(jīng)過一個(gè)雙聯(lián)齒輪852的大徑齒部直接嚙合齒輪855就能夠達(dá)到 預(yù)定的減速比，也可以省略雙聯(lián)齒輪853、 854，但為了保證適應(yīng)的減速比， 建議采用中間過渡的雙聯(lián)齒輪853、 854。換向過程是雙聯(lián)半齒輪831的小 徑齒部與左側(cè)的第一雙聯(lián)切換齒輪832的小徑齒部嚙合傳動(dòng)時(shí)，由該第一雙 聯(lián)切換齒輪832的大徑齒部經(jīng)加速齒輪組84驅(qū)動(dòng)排纜絲杠821加速轉(zhuǎn)動(dòng)， 此時(shí)第一雙聯(lián)切換齒輪832的大徑齒部同時(shí)也與雙聯(lián)半齒輪831右側(cè)的第二 雙聯(lián)切換齒輪833嚙合，雙聯(lián)半齒輪831的大徑齒部與減速齒輪組85連動(dòng)，繞線軸15的高速轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速齒輪組85減速后驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)半齒輪831轉(zhuǎn)動(dòng)，例 如當(dāng)電纜103從繞軸線15的上端排繞到下端時(shí)，雙聯(lián)半齒輪831剛好旋轉(zhuǎn) 半周，雙聯(lián)半齒輪831的小徑齒部的無齒部分將鄰近第一雙聯(lián)切換齒輪832 而與其脫離嚙合，雙聯(lián)半齒輪831的小徑齒部的有齒部分切換為與第二雙聯(lián) 切換齒輪833嚙合，這樣經(jīng)第二雙聯(lián)切換齒輪833的大徑齒部的反向旋轉(zhuǎn)即 可變塊第一雙聯(lián)切換齒輪832的旋轉(zhuǎn)方向，從而變換排纜絲杠821的旋轉(zhuǎn)方 向，使電纜103開始由下端向上端排繞，這個(gè)過程中，繞線軸15依原方向 持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)減速齒輪組85驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)半齒輪831的依原方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)， 當(dāng)電纜103從繞軸線15的下端排繞到上端時(shí)，雙聯(lián)半齒輪831又剛好旋轉(zhuǎn) 半周，接著再度切換與其左側(cè)的第一雙聯(lián)切換齒輪832嚙合。這樣周而復(fù)始， 持續(xù)將電纜103巻入電纜筒1內(nèi)的繞線軸15上。在此，雙聯(lián)齒輪是指具有 兩個(gè)可以同步動(dòng)作的齒部的齒輪，雙聯(lián)齒輪可以是一體的，也可以是兩個(gè)齒 輪固定連接構(gòu)成的。設(shè)置適當(dāng)?shù)募铀?、減速傳動(dòng)比，取決于排纜絲杠821的 螺距、繞線軸15的長度、電纜103的直徑等因素，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際要求來設(shè)計(jì)傳動(dòng)比，不再詳述。排繞機(jī)構(gòu)82，該排繞機(jī)構(gòu)82包括所述排纜絲杠821、排纜滑塊822及 固定滑桿823;其中排纜絲杠821穿過第二支撐板12而延伸至繞線軸15的 底端，且排纜絲杠821的下端樞接在一第三支撐板13上；固定滑桿823固 定在第二、第三支撐板12、 13之間且與所述排纜絲杠821平行；固定滑塊 822例如為螺母，套設(shè)在所述排纜絲杠821上，同時(shí)滑動(dòng)地套置在固定滑桿 823上，所述排纜滑塊822隨著排纜絲杠821的轉(zhuǎn)動(dòng)而沿著固定滑桿823在 繞線軸15的兩端往復(fù)移動(dòng)，以將電纜103逐層排繞在所述繞線軸上。在所 述固定滑塊822上設(shè)有排纜滑輪824和排纜導(dǎo)輪825，用于導(dǎo)引電纜103。在本發(fā)明中，雖然詳細(xì)描述了電纜收巻機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)，但顯然本發(fā)明 中的電纜收巻機(jī)構(gòu)并不局限于上述結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)中其它能夠?qū)崿F(xiàn)隨浮筒2 上下浮動(dòng)來自動(dòng)巻收或放出電纜103的結(jié)構(gòu)均可采用。出口密封裝置6設(shè)在所述空心柱體的底端蓋14上，包括具有錐形密 封腔室的密封座61，密封座61連接在空心柱體的底端蓋14上； 一個(gè)錐形的密封膠塞62配合在所述密封腔室內(nèi)，在密封膠塞62與空心柱體的底端蓋14 之間設(shè)有彈性壓縮元件63例如彈簧，該彈性壓縮元件63以向朝密封座61 外部的方向頂持密封膠塞62，所述錐形密封腔室和錐形的密封膠塞62的錐 形孔徑沿密封座61外部指向里部的方向漸漸縮??；在密封膠塞62的外側(cè)設(shè) 有卡固元件64例如為卡簧，能將密封膠塞62限制在密封腔室內(nèi)；電纜103 經(jīng)過彈性壓縮元件63后從密封膠塞62中穿伸而出。當(dāng)泥漿泵109開泵循環(huán) 時(shí)(見圖l)，由于鉆柱104內(nèi)流體壓力升高，密封膠塞62在壓力差的作用 下向上移動(dòng)，密封膠塞62被密封座61擠緊，緊緊抱住電纜103，液體不會(huì) 流入；停泵時(shí)，由于鉆柱104內(nèi)流體壓力降低，密封膠塞62在彈性壓縮元 件63的作用下向外推出直到被卡固元件64例如卡簧所擋住，電纜103被松 開，可以自由進(jìn)出，但密封膠塞62仍然保留一定的密封力，可以阻止外部 流體進(jìn)入。在本發(fā)明中，優(yōu)選的采用了這種隨著流體壓力增加而使密封性能增加的 密封裝置，保證了可靠的密封性能。當(dāng)然其它密封裝置，例如密封圈、間隙 密封等密封形式均可采用，不作限制。該鎖緊裝置4設(shè)在無線轉(zhuǎn)發(fā)器3上方，即轉(zhuǎn)發(fā)器殼體31位于鎖緊裝置4 和浮筒2之間。由該鎖緊裝置4可將電纜收放裝置10把持在井口附近的鉆 柱104內(nèi)，以避免在開泵循環(huán)時(shí)電纜收放裝置10被流體沖走。所述鎖緊裝 置4包括有鎖緊筒41，鎖緊筒41設(shè)有上蓋板411和下蓋板412，下蓋板412 為轉(zhuǎn)換接頭，其上設(shè)有通訊接頭4120，以用于在不包括無線轉(zhuǎn)發(fā)器3時(shí)由通 訊接頭4120接續(xù)浮筒2頂部的通訊接頭210。在鎖緊筒41內(nèi)設(shè)置開有槽口 的固緊上壓筒413和固緊支撐筒414。在固緊上壓筒413設(shè)有槽口的筒壁上 設(shè)有多個(gè)曲柄42，曲柄42通過曲柄軸421樞接在固緊上壓筒413的槽口的 筒壁處，開有槽口的固緊上壓筒413與開有槽口的固緊支撐筒414用于固定曲柄軸421;在鎖緊筒41上蓋板411上滑動(dòng)的貫穿有一推桿43，在推桿43 穿出鎖緊筒41的上端固定有壓盤44，在推桿位于鎖緊筒41內(nèi)的部分由上至 下固定有錐形推盤45和壓板46，壓板46連接解鎖彈性壓縮元件461以給壓 板46提供向上的回復(fù)力；各曲柄42內(nèi)端與錐形推盤45的錐面配合，外端 從槽口中伸出至鎖緊筒41之外且設(shè)有摩擦輪47，在各摩擦輪47上設(shè)有鎖孔 48，多個(gè)與各鎖孔48配合的鎖銷49分別通過鎖緊鋼絲491連接在壓板46 上。如圖5所示，是鎖銷49和鎖孔48的一個(gè)實(shí)施例的局部示意圖，由鎖緊 鋼絲491和將鎖銷49連接在鎖孔48內(nèi)的彈性元件492共同牽制鎖銷49進(jìn) 入鎖孔48和從鎖孔48中退出。本發(fā)明的鎖緊裝置4也并不局于所舉出的具體結(jié)構(gòu)，其它能夠?qū)㈦娎|收 放裝置10把持在井口附近的鉆柱104內(nèi)的結(jié)構(gòu)均可采用，例如可以采用簡 易的吸盤或掛鉤等，當(dāng)然，也可不設(shè)置鎖緊裝置4，由人工扶持也是可以的。鎖緊裝置4的工作原理是開泵時(shí)，壓盤44在流體壓力和沖擊力的作用 下推動(dòng)錐形推盤45與壓板46向下移動(dòng)，錐形推盤45推動(dòng)曲柄42繞其曲柄 軸421向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，將摩擦輪47緊緊地推到鉆柱104內(nèi)壁上。壓板46拉動(dòng) 鎖緊鋼絲491 ，鎖緊鋼絲491拉動(dòng)鎖銷49，鎖銷49插入摩擦輪47的鎖孔48 內(nèi)，摩擦輪47無法轉(zhuǎn)動(dòng)。因此鎖緊裝置4就將帶有無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的電纜收 放裝置10緊緊地鎖定在鉆柱104的內(nèi)壁上，不會(huì)上下移動(dòng)。停泵后，壓盤 44上流體壓力消失，解鎖彈性壓縮元件(彈簧)461推動(dòng)壓板46與錐形推 盤45向上移動(dòng)，曲柄42在壓板46的推動(dòng)下向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦輪47離開鉆 柱10:4內(nèi)壁，鎖緊鋼絲491松開鎖銷49，鎖銷49退出摩擦輪47的鎖孔48， 摩擦輪47又可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)了。根據(jù)上述方案，下鉆時(shí)，液面相對(duì)于鉆柱104上升，當(dāng)浮筒2帶動(dòng)裝有 無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的整個(gè)電纜收放裝置10在鉆柱104內(nèi)流體浮力的作用下上浮 時(shí)，電纜103在其張力的作用下帶動(dòng)繞線軸15旋轉(zhuǎn)，電纜103不斷被巻出， 當(dāng)浮筒2帶動(dòng)載有無線轉(zhuǎn)發(fā)器3的整個(gè)電纜收放裝置10上浮到鉆柱104內(nèi)液面附近時(shí)，浮力與整個(gè)電纜收放裝置10的自重基本平衡時(shí)，電纜103的 張力減小，當(dāng)不足以帶動(dòng)繞線軸15轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)電纜收放裝置10不再上浮。 這樣，隨著電纜收放裝置10的浮筒2的上下浮動(dòng)，使電纜筒1內(nèi)的電纜103 自由伸縮，能將鉆柱104內(nèi)的無線收發(fā)器3從井底延伸至井口附近，由于縮 短了鉆柱104內(nèi)的井下收發(fā)器5與位于地面上接收天線陣列的距離，因此高 頻信號(hào)的衰減將不再那么嚴(yán)重，可以用高頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)高速通訊。電纜103上 端的無線電轉(zhuǎn)發(fā)器3有效解決了接單根與連續(xù)電纜的矛盾，與井底電磁波傳 輸相比，大大提高無線電的可用帶寬和通訊速率；可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)雙相 通訊。本發(fā)明所提供的通訊通道可以提供的通訊速率高達(dá)幾十kbps甚至到 1Mbps。本發(fā)明中的電纜103優(yōu)選采用高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能超細(xì)電纜， 一般其直徑 不超過lmm。單芯或多芯均可。舉例說明，當(dāng)繞線軸15直徑為lOmra，長度 1000mm，法蘭盤150直徑30mm，電纜103直徑0. 5mm時(shí)，繞線軸15可盤電 纜長度為2500m，因此使用長度2000mm的繞線軸15即可滿足5000m井深的 需要；如果使用的電纜直徑為0. 3mm，則在繞線軸15長度仍為1000mm的情 況下，可容電纜接近7000m，完全滿足目前多數(shù)情況下的應(yīng)用。若電纜103 不能夠足夠細(xì)，繞線軸15可容電纜103有限，可使用多個(gè)電纜收放裝置10， 由各電纜收放裝置10上端的推桿43頂端的井下對(duì)接通訊接頭98 (見圖6) 和鄰接的另一個(gè)電纜收放裝置10下端引出的電纜103依序串接，實(shí)現(xiàn)電纜 接力，以滿足更大的井深需求。在該實(shí)施方式中，揭示了一種井下信息傳輸方法，能使無線轉(zhuǎn)發(fā)器3隨 電纜收放裝置10的上下浮動(dòng)，而將無線收發(fā)器3從井底延伸至井口附近， 以縮短鉆柱104內(nèi)的無線收發(fā)器3與地面天線陣列的距離，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)高 速通訊。實(shí)施方式2如圖6、 7所示，該實(shí)施方式與實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)、原理和效果基本相同。區(qū)別僅在于電纜上端與地面信息處理機(jī)102之間采用有纜可拆卸連接而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的有纜傳輸?；诖朔桨福梢允÷詫?shí)施方式1中的無線轉(zhuǎn)發(fā)器3，將電纜收放裝置IO上方引出的電纜103上端構(gòu)成一個(gè)井下對(duì)接通訊接 頭98，從而可依需要隨時(shí)與地面信息處理機(jī)102的對(duì)接裝置99對(duì)接或脫離， 其它結(jié)構(gòu)和原理與實(shí)施方式l完全相同，不再重述。在該實(shí)施方式中-如圖2、 6所示，因沒有無線轉(zhuǎn)發(fā)器3，所以鎖緊裝置4直接連接在浮筒 2上端，鎖緊裝置4的推桿43套置在一導(dǎo)桿981外，由定位螺母982將壓盤 44壓在推桿43上端，保護(hù)套57 (如圖2所示)用于保護(hù)導(dǎo)桿58上端的通 訊接頭98，導(dǎo)桿981內(nèi)有導(dǎo)線，導(dǎo)桿981內(nèi)的導(dǎo)線連接其上端的通訊接頭 98以及其下端的位于下蓋板412上的通訊接頭4120，以用于使導(dǎo)桿981上 端的通訊接頭98與浮筒2上端的通訊接頭210連接，從而連接電纜103上 端。當(dāng)然，在圖2所示的實(shí)施例中，采用無線轉(zhuǎn)發(fā)器3與地面信息處理機(jī)102 之間進(jìn)行通訊，導(dǎo)桿981上端的通訊接頭98和下蓋板412上的通訊接頭4120 將不起作用，僅用于在有纜傳輸時(shí)備用。地面信息處理機(jī)102包括地面電纜991及與地面電纜991相連接的對(duì)接 裝置99。此時(shí)，供電系統(tǒng)100采用地面供電系統(tǒng)，不再需要井下供電系統(tǒng)。如圖7所示，對(duì)接裝置99包括有一殼體992，在殼體992的頂端設(shè)有連 接頭993，地面電纜991穿經(jīng)由水龍頭1091的側(cè)入接頭1093、由水龍頭1091 上的循環(huán)頭1092進(jìn)入鉆柱104內(nèi)與對(duì)接裝置99的連接頭993連接，當(dāng)泥槳 泵109開始循環(huán)工作時(shí)，側(cè)入接頭1093自動(dòng)在流體壓力作用下自動(dòng)密封。 該連接頭993的另一端依次連接設(shè)在殼體992內(nèi)的對(duì)接控制與驅(qū)動(dòng)模塊998、 對(duì)接馬達(dá)994、驅(qū)動(dòng)軸995、對(duì)接通訊接頭996，對(duì)接控制與驅(qū)動(dòng)模塊998 設(shè)有對(duì)接感應(yīng)器997，該對(duì)接通訊接頭996與處于鉆柱104的推桿43頂端的 井下對(duì)接通訊接頭98對(duì)接或脫離。其中對(duì)接通訊接頭996優(yōu)選為可旋轉(zhuǎn)接 頭，在與井下對(duì)接通訊接頭98連接后，相對(duì)于殼體992仍可自由旋轉(zhuǎn)，這樣可以保證鉆柱104旋轉(zhuǎn)時(shí)也可用；顯然如果對(duì)接通訊接頭996為不可旋轉(zhuǎn)式 的接頭，就需要使鉆柱104停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但仍然能達(dá)到在接續(xù)鉆柱104時(shí)不需 上提或下入電纜103的效果。井下信息處理機(jī)101包括井下收發(fā)器5，電纜收放裝置10下端引出的電 纜103與井下收發(fā)器5連接，而從電纜收放裝置10上端引出的電纜103穿 經(jīng)浮筒2、鎖緊筒4、從所述鎖緊裝置4的推桿43的頂端引出而構(gòu)成為前述 井下對(duì)接通訊接頭98。需要對(duì)接時(shí)，電纜991下放，對(duì)接裝置99的對(duì)接通訊接頭996接近電 纜收放裝置10上端的井下對(duì)接通訊接頭98，對(duì)接感應(yīng)器997引導(dǎo)對(duì)接通訊 頭996與井下對(duì)接通訊接頭98相連接，對(duì)接控制與驅(qū)動(dòng)模塊998驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 994旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸995旋轉(zhuǎn)以使對(duì)接接通訊頭996進(jìn)行對(duì)接與脫離，對(duì) 接感應(yīng)器997還負(fù)責(zé)檢測對(duì)接是否完成，完成對(duì)接后才接通電源。通過該對(duì) 接裝置99的對(duì)接通訊接頭996以與井下對(duì)接通訊接頭98之間的自動(dòng)對(duì)接或 斷開，構(gòu)成了一種靈活的、具有較高通訊質(zhì)量的有纜傳輸裝置，不僅定向時(shí) 可用，鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)也可用，且在接單根時(shí)可由對(duì)接裝置99保證上部電纜自 動(dòng)脫離，由于上部電纜較短，上提和下放上部電纜幾乎不占用鉆機(jī)時(shí)間，具 有更高的靈活性和適用性。這與常規(guī)的有線隨鉆根本不同，常規(guī)有線隨鉆在 接單根時(shí)必須提出，會(huì)占用大量鉆機(jī)時(shí)間。實(shí)施方式3如圖8所示，該實(shí)施方式提供了一種電纜收放裝置10，該電纜收放裝置 10的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1、 2中的電纜收放裝置基本相同，區(qū)別是浮筒2上 端未設(shè)置鎖緊裝置4;自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)7不包括巻纜緊度調(diào)節(jié)裝置9;下端蓋 14上設(shè)置的密封裝置6采用了簡單的密封圈結(jié)構(gòu);浮筒2上未設(shè)置通訊接頭， 電纜筒1上端引出的103直接穿經(jīng)浮筒2后引出，用于與地面電纜連接，可 用于改造現(xiàn)有的有纜傳輸設(shè)備。其它與實(shí)施方式l、 2當(dāng)中相同的細(xì)部結(jié)構(gòu)，不再重述。以上具體實(shí)施方式
及發(fā)明內(nèi)容中的舉例說明僅用于說明本發(fā)明，而非用于限制本發(fā)明，本發(fā)明附圖中的機(jī)構(gòu)不局限于所列出的形狀，凡是具有類似 功能及類似原理的其它形狀的機(jī)構(gòu)均視為本發(fā)明所涵蓋的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種電纜收放裝置，其特征在于，該電纜收放裝置設(shè)于井筒內(nèi)的空心鉆柱內(nèi)，包括電纜筒，用于收放電纜，所述電纜筒包括一空心柱體，電纜的兩端分別從空心柱體伸出，在空心柱體內(nèi)設(shè)有電纜收卷機(jī)構(gòu)；浮筒，與所述電纜筒相連，用于給電纜筒提供浮力，在浮筒上浮時(shí)，電纜被不斷卷出，在浮筒下浮時(shí)，由所述電纜收卷機(jī)構(gòu)將電纜收卷入電纜筒內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的電纜收放裝置，其特征在于，該電纜收巻機(jī)構(gòu) 包括繞線軸，沿空心柱體的軸向可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，用于排繞電纜，電纜的兩端 分別從空心柱體的兩端伸出；自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)，設(shè)在所述繞線軸的一端，該自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)與所述繞線軸 的一端相連動(dòng)而可驅(qū)動(dòng)所述繞線軸旋轉(zhuǎn)，以將電纜巻繞在所述繞線軸之上；換向排繞機(jī)構(gòu)，與所述繞線軸的另一端相連動(dòng)，用于在電纜從繞線軸一 端排繞至另一端時(shí)變換排繞方向，以使電纜被逐層排繞在繞線軸上；在浮筒上浮時(shí)，由電纜帶動(dòng)繞線軸旋轉(zhuǎn)而使電纜被不斷巻出，在浮筒下 浮時(shí)，由自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)帶動(dòng)繞線軸旋轉(zhuǎn)，并在換向排繞機(jī)構(gòu)的配合下，共同 將電纜逐層排繞在繞線軸之上。
3. 如權(quán)利要求2所述的電纜收放裝置，其特征在于，所述自動(dòng)收纜機(jī) 構(gòu)包括設(shè)在繞線軸下端的被動(dòng)齒輪，與該被動(dòng)齒輪嚙合的中間齒輪，與該 中間齒輪嚙合的主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪的齒輪軸穿過空心柱體的下端蓋且在齒 輪軸的下端面設(shè)有單向棘輪，該單向棘輪配合有一扭力柔桿，在空心柱體上 設(shè)有槽口，所述扭力柔桿從所述槽口中伸出，在扭力柔桿伸出的外端設(shè)有摩 擦輪，所述摩擦輪與樞接在空心柱體的筒壁上的搖臂相連接，所述搖臂連接 有彈性壓縮元件，以向外頂撐搖臂。
4. 如權(quán)利要求3所述的電纜收放裝置，其特征在于，所述自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)還包括有巻纜緊度調(diào)節(jié)裝置，能控制電纜巻入速度，確保電纜被及時(shí)巻入 而不會(huì)發(fā)生繞結(jié)，所述巻纜緊度調(diào)節(jié)裝置包括與所述中間齒輪相連接的彈 性支撐元件，所述彈性支撐元件的彈力使中間齒輪保持在與所述主動(dòng)齒輪嚙 合的位置，所述彈性支撐元件還連接至一滑輪，電纜繞置在滑輪上，由電纜 的張力帶動(dòng)滑輪移動(dòng)，滑輪再帶動(dòng)彈性支撐元件移動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)中間齒輪 遠(yuǎn)離主動(dòng)齒輪而處于非嚙合狀態(tài)，在所述滑輪的下方設(shè)有一對(duì)導(dǎo)繩輥，用于 壓緊電纜。
5.如權(quán)利要求2所述的電纜收放裝置，其特征在于，所述換向排繞機(jī) 構(gòu)包括換向機(jī)構(gòu)，位于所述繞線軸上與自動(dòng)收纜機(jī)構(gòu)相對(duì)的一端，且位于上端 蓋與第二支攆板之間，該換向機(jī)構(gòu)包括換向齒輪組，換向齒輪組包括雙聯(lián)半齒輪和設(shè)在其兩側(cè)的第一、第 二雙聯(lián)切換齒輪，雙聯(lián)半齒輪、第一、第二雙聯(lián)切換齒輪分別具有小徑 齒部和大徑齒部，第一、第二雙聯(lián)切換齒輪的小徑齒部當(dāng)中的一者與雙 聯(lián)半齒輪的小徑齒部嚙合，第一、第二雙聯(lián)切換齒輪的大徑齒部相嚙合；加速齒輪組，與第一雙聯(lián)切換齒輪相連動(dòng)，加速齒輪組的輸出齒輪連接一排纜絲杠，用于在換向后使排纜絲杠加速轉(zhuǎn)動(dòng)；減速齒輪組，與雙聯(lián)半齒輪的大徑齒部相連動(dòng)，減速齒輪組的輸入 齒輪與繞線軸連接而可隨繞線軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由該減速齒輪組確保在電纜從繞 線軸一端排繞至另一端時(shí)，雙聯(lián)半齒輪剛好旋轉(zhuǎn)半周以切換排纜絲杠的旋轉(zhuǎn)方向；以及排繞機(jī)構(gòu)，該排繞機(jī)構(gòu)包括所述排纜絲杠，該排纜絲杠穿過第二支撐板而延伸至繞線軸的底端，所述排纜絲杠的下端樞接在第三支撐板上；固定滑桿，固定在第二、第三支撐板之間且與所述排纜絲杠平行； 排纜滑塊，同時(shí)套設(shè)在所述排纜絲杠和固定滑桿上，在所述排纜滑塊設(shè)有排纜滑輪和排纜導(dǎo)輪，用于導(dǎo)引電纜，所述排纜滑塊隨著排纜絲 杠的轉(zhuǎn)動(dòng)而沿著固定滑桿在繞線軸的兩端往復(fù)移動(dòng)，以將電纜逐層排繞 在所述繞線軸上。
6. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的電纜收放裝置，其特征在于，所述浮筒連接在所述電纜筒的上端。
7. 如權(quán)利要求6所述的電纜收放裝置，其特征在于，所述空心柱體的 下端蓋上設(shè)有出口密封裝置，所述出口密封裝置的密封性隨鉆井用流體的壓 力增加而增加。
8. 如權(quán)利要求7所述的電纜收放裝置，其特征在于，所述出口密封裝 置包括具有錐形密封腔室的密封座，所述密封座連接在空心柱體的下端蓋 上； 一個(gè)錐形的密封膠塞配合在所述密封腔室內(nèi)，在密封膠塞與空心柱體的 下端蓋之間設(shè)有彈性壓縮元件，該彈性壓縮元件以向朝密封座外部的方向頂 持密封膠塞，所述錐形密封腔室和錐形的密封膠塞的錐形孔徑沿密封座外部 指向里部的方向漸漸縮小；在密封膠塞的外側(cè)設(shè)有卡固元件，能將密封膠塞 限制在密封腔室內(nèi)；電纜穿經(jīng)彈性壓縮元件后從密封膠塞中穿伸而出。
9. 如權(quán)利要求8所述的電纜收放裝置，其特征在于，在所述浮筒的上 端連接有鎖緊裝置，在注入流體時(shí)由所述鎖緊裝置將電纜收放裝置把持在井 口附近的鉆柱內(nèi)壁上。
10. 如權(quán)利要求9所述的電纜收放裝置，其特征在于，所述鎖緊裝置包 括具有多個(gè)槽口的鎖緊筒；在鎖緊筒上端滑動(dòng)的貫穿有一推桿，在推桿穿 出鎖緊筒的上端固定有壓盤，在推桿位于鎖緊筒內(nèi)的部分由上至下固定有錐 形推盤和壓板，該壓板連接有解鎖彈簧以給壓板提供向上的回復(fù)力；在鎖緊 筒具有多個(gè)槽口的位置沿周向分別樞接有曲柄，各曲柄內(nèi)端與錐形推盤的錐 面配合，外端從各槽口中伸出至鎖緊筒之外且設(shè)有摩擦輪，在各摩擦輪上設(shè) 有鎖孔，多個(gè)與各鎖孔配合的鎖銷分別通過鎖緊鋼絲連接在壓板上。
11. 一種井下信息傳輸裝置，包括供電系統(tǒng)、井下信息處理機(jī)、地面信息處理機(jī)以及用于在井下信息處理機(jī)和地面信息處理機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的電纜，其特征在于，該井下信息傳輸裝置包括了權(quán)利要求1 10中任意一項(xiàng)的電纜收放裝置，由電纜收放裝置引出的電纜上端與地面信息處理機(jī)之間采用 無線通訊或有纜可拆卸連接，電纜下部連接井下信息處理機(jī)。
12. 如權(quán)利要求11所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，還包括有 一無線轉(zhuǎn)發(fā)器，連接在所述電纜收放裝置上，所述無線轉(zhuǎn)發(fā)器與所述電纜上 端相連接，電纜上端通過所述無線轉(zhuǎn)發(fā)器與地面信息處理機(jī)之間進(jìn)行無線通 訊；所述井下信息處理機(jī)包括井下收發(fā)器，所述地面信息處理機(jī)包括有天線 陣列;電纜下端與所述井下信息處理機(jī)的井下收發(fā)器相連接，以使無線轉(zhuǎn)發(fā) 器與井下收發(fā)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述無線轉(zhuǎn)發(fā)器與地面信息處理機(jī)的天 線陣列之間進(jìn)行通訊；所述供電系統(tǒng)為井下供電系統(tǒng)，所述井下供電系統(tǒng)給 井下收發(fā)器供電，并通過所述電纜給無線轉(zhuǎn)發(fā)器供電。
13. 如權(quán)利要求12所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述無線 轉(zhuǎn)發(fā)器與井下收發(fā)器均采用高頻信號(hào)傳輸。
14. 如權(quán)利要求12所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述井下 收發(fā)器設(shè)在一密封殼體內(nèi)，在密封殼體的下端設(shè)有轉(zhuǎn)換接頭，在轉(zhuǎn)換接頭上 設(shè)有通訊插頭，所述井下收發(fā)器包括相連接的主控模塊和調(diào)制解調(diào)器，所述 主控模塊與密封殼體下端的轉(zhuǎn)換接頭上的通訊插頭相連接，該通訊插頭與信 號(hào)線連接，所述調(diào)制解調(diào)器與電纜收放裝置下端引出的電纜相連接。
15. 如權(quán)利要求12所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述無線 轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)置在位于鎖緊裝置和浮筒之間的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器殼體內(nèi)；所述浮筒的上 下端蓋均為帶有通訊插頭的轉(zhuǎn)換接頭，在浮筒上下端蓋上的通訊插頭由浮筒 導(dǎo)線相連接；空心柱體的上端蓋為帶有通訊接頭的轉(zhuǎn)換接頭，所述電纜筒的 繞線軸內(nèi)設(shè)有電纜引出滑環(huán)，所述滑環(huán)通過連接導(dǎo)線與空心柱體上端的通訊 插頭相接，而該空心柱體上端的通訊接頭與浮筒下端蓋上的通訊插頭相連 接，浮筒上端蓋上的通訊插頭連接至無線轉(zhuǎn)發(fā)器。
16. 如權(quán)利要求15所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述無線轉(zhuǎn)發(fā)器包括與浮筒上端蓋上的通訊插頭相連接的調(diào)制解調(diào)器、與調(diào)制解調(diào) 器相連接的無線電轉(zhuǎn)發(fā)模塊、與無線電轉(zhuǎn)發(fā)模塊相連接的發(fā)射天線，所述轉(zhuǎn) 發(fā)器殼體由非屏蔽材料制成。
17. 如權(quán)利要求12所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述天線 陣列包括對(duì)空天線、埋地天線、導(dǎo)管天線和水龍頭天線。
18. 如權(quán)利要求11所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，從電纜收 放裝置上端引出的電纜穿經(jīng)浮筒、鎖緊筒后從所述鎖緊裝置的推桿的頂端引 出而構(gòu)成井下對(duì)接通訊接頭，所述電纜上端通過該井下對(duì)接通訊接頭與地面 信息處理機(jī)之間構(gòu)成有纜可拆卸連接，從電纜收放裝置下端引出的電纜與所 述井下信息處理機(jī)相連接；所述供電系統(tǒng)為地面供電系統(tǒng)；所述地面信息處 理機(jī)包括地面電纜及與地面電纜相連接的對(duì)接裝置，所述對(duì)接裝置與該井下 對(duì)接通訊接頭可拆卸的對(duì)接以實(shí)現(xiàn)有纜傳輸，且在需要時(shí)將二者斷開。
19. 如權(quán)利要求18所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述對(duì)接 裝置包括 一殼體，在殼體的頂端設(shè)有連接頭，地面電纜經(jīng)由水龍頭的側(cè)入 接頭、循環(huán)頭與該殼體頂端的連接頭相連接，該連接頭的另一端連接依次設(shè) 在殼體內(nèi)的對(duì)接控制與驅(qū)動(dòng)模塊、對(duì)接馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)軸、非旋轉(zhuǎn)式或旋轉(zhuǎn)式的 對(duì)接通訊接頭，對(duì)接控制與驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)有對(duì)接感應(yīng)器，該非旋轉(zhuǎn)式或旋轉(zhuǎn)式 的對(duì)接通訊接頭與處于井內(nèi)的推桿頂端的井下對(duì)接通訊接頭可自動(dòng)對(duì)接或 脫離。
20. 如權(quán)利要求18所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述電纜 收放裝置可以包括多個(gè)，其中置于下方的電纜收放裝置由位于其上部鎖緊裝 置上端的推桿頂端的井下對(duì)接通訊接頭和置于其上方的另一個(gè)電纜收放裝 置下端引出的電纜依序串接，以滿足更大的井深需求。
21. 如權(quán)利要求11所述的井下信息傳輸裝置，其特征在于，所述電纜 直徑小于lmm。
22. —種井下信息傳輸方法，通過電纜來使井下信息處理機(jī)和地面信息處理機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以進(jìn)行隨鉆測量，其特征在于，在接續(xù)鉆柱時(shí)包括如下步驟先將井口附近以上的電纜斷開；再接續(xù)鉆柱；在接續(xù)鉆柱完畢 后，再將被斷開的電纜連接起來。
23. —種利用權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)電纜收放裝置完成的井下信息傳 輸方法，通過電纜來使井下信息處理機(jī)和地面信息處理機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸，以進(jìn)行隨鉆測量，其特征在于，所述地面信息處理機(jī)設(shè)置接收天線陣列， 并在井內(nèi)電纜收放裝置上設(shè)置一無線轉(zhuǎn)發(fā)器，該無線轉(zhuǎn)發(fā)器與電纜收放裝置 引出的電纜上端相連接，隨電纜收放裝置的上下浮動(dòng)，由電纜收放裝置自動(dòng) 收放井內(nèi)的電纜，從而將無線收發(fā)器從井底延伸至井口附近，以縮短鉆柱內(nèi) 的無線收發(fā)器與地面接收天線陣列的距離，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)高速通訊。
全文摘要
一種井下信息傳輸裝置和方法，包括供電系統(tǒng)、井下信息處理機(jī)、地面信息處理機(jī)以及用于在井下信息處理機(jī)和地面信息處理機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的電纜，其特征是還包括一電纜收放裝置，設(shè)于井內(nèi)空心鉆柱內(nèi)，該電纜收放裝置包括電纜筒，用于收放所述電纜，所述電纜筒包括一空心柱體，電纜的上、下端分別從空心柱體伸出，電纜上端與地面信息處理機(jī)之間采用無線通訊或有纜可拆卸連接，電纜下端連接井下信息處理機(jī)，空心柱體內(nèi)設(shè)有電纜收卷機(jī)構(gòu)；浮筒，與所述電纜筒相連，用于給電纜筒提供浮力，在浮筒上浮時(shí)，電纜被不斷卷出，在浮筒下浮時(shí)，由所述電纜收卷機(jī)構(gòu)將電纜收卷入電纜筒內(nèi)。本發(fā)明能解決有纜傳輸裝置在接續(xù)鉆柱時(shí)必須反復(fù)上提或下入電纜而中斷正常施工作業(yè)、占用較多鉆機(jī)時(shí)間的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)H02G11/02GK101291050SQ20081011463
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者王家進(jìn), 樂 鄧 申請(qǐng)人:中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院