[发明专利]随钻电磁发射天线、井下数据传输系统和方法

说明书

技术领域

本发明关于数据传输技术，特别关于在石油、矿山、地质勘探等随钻测量或非随钻测量钻井仪器设备中测量数据的传输技术，具体地讲关于一种随钻电磁发射天线、井下数据传输系统和方法。

背景技术

当前在石油、矿山、地质勘探等钻井工程中，为了能使钻井轨迹更准确地按照工程设计要求钻进，以及更及时准确地掌握地层信息，需要把定向传感器和采集地质信息的传感器安装在靠近钻头的位置。这些传感器随着钻机的钻进在井下进行测量，同时还要将传感器采集到的数据实时传输到地面，以使工程技术人员及时了解井筒的轨迹和地层信息的变化。

目前，钻井工程中井下测量信息的传输一般有两种方法，一种是“有线传输”；一种是“泥浆脉冲传输”。其中，

“有线传输”，是用一根铠装单芯电缆下端连接测量仪器通过钻柱的通道放入井下钻铤中，测量仪器获得的数据由这根铠装单芯电缆传输到地面。但这种方法不能在旋转钻井和井斜角大于45度的井中使用。因为电缆在钻柱的通道内如果钻柱旋转电缆会被绞断；另外井斜角大于45度时，仪器靠自身重量下放到井底将很困难。

“泥浆脉冲传输”，是利用安装在钻铤中的脉冲发生器，在钻柱通道内的泥浆中产生压力波，以这种压力波为载体将数据传上来。这种遥测方法只能用在以普通泥浆为介质的钻井施工中，如果用在欠平衡钻井中将无法传输井下数据，因为在欠平衡钻井中钻井液(介质)是气体或泡沫泥浆。气体和泡沫泥浆是可压缩的，在这种介质中产生的压力脉冲会严重变形导致接收传感器不能正确地提取信号。

中国专利号为200410005527.X，公开号为CN 1657742A的发明专利申请，揭示了一种随钻测量的电磁遥测方法及系统，现将其内容合并于此。

美国专利号为US 4630243的发明专利申请，揭示了一种，现将其内容合并于此。

在上述相关技术中，所揭示的井下发射天线都属于电磁感应式的发射天线，该电磁感应式天线是将调制好的信号通过一线圈感应到钻柱上。这种天线的传输功率是：

(P＝(U₀²)/R＝U₂·(N₀/N)²/R)

式中：P：天线发出的功率；U₀：偶极天线两端的电压；U：信号源电压；N₀：电磁感应式天线次边线匝，在这里次边线匝就是钻杆，相当于一匝线圈；N：原边线圈，N是大于1的整数；R：地层电阻。

所以，上述天线的传输功率是P＝(U²/N²)/R。因此，该传输功率受到原边线圈的影响，N越大传输功率越小。

因此，在气体钻井和泡沫钻井中要将井下传感器采集的数据上传到地面就必须寻找新传输信道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发射天线，通过该天线可传输井下数据，且传输功率高。

本发明的目的还在于提供一种井下数据传输系统，通过该系统可将井下数据传输至地面，不受钻井和钻井液的限制，传输功率高。

本发明的目的还在于提供一种井下数据传输方法，通过该方法可将井下数据传输至地面，而不受钻井类型和钻井液的限制，传输功率高。

为实现上述目的，本发明提供一种发射天线，该发射天线包括偶极子，所述偶极子包括中空的短节，以及与所述短节连接的上接头和下接头，所述上接头和下接头为所述偶极子的两极。

为实现上述目的，本发明还提高一种井下数据传输系统，该数据传输系统包括：

井下发射单元，所述井下发射单元用于采集井下数据并将所述井下数据调制为电磁信号，并将该电磁信号进行传送；

发射天线，所述发射天线与所述井下发射单元连接，设置于钻机的上钻铤和下钻铤之间，用于接收所述井下发射单元传送的电磁信号，并将该电磁信号通过由上钻铤、与所述上钻铤连接的钻柱、下钻铤、与所述下钻铤连接的钻头、地层构成的传导回路进行传送；

检测单元，该检测单元用于通过所述传导回路接收所述发射天线传送的电磁信号。

为实现上述目的，本发明还提供一种井下数据传输方法，该方法包括：

井下发射单元采集井下数据并将所述井下数据调制为电磁信号；

将所述电磁信号传送至设置于钻机的上钻铤和下钻铤之间的发射天线；

所述发射天线接收所述电磁信号，并通过由上钻铤、与所述上钻铤连接的钻柱、下钻铤、与所述下钻铤连接的钻头、地层构成的传导回路将所述电磁信号至检测单元。