[发明专利]一种用于油气井的无线双向信息传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及油气开采领域的信息传输设备，具体涉及一种用于油气田井的无线双向信息传输装置。

背景技术

当前在石油、页岩气及煤层气注水和采油、采气井中，要获取井下传感器采集的数据或是由地面对井下的传感器进行启动及关断控制，一般采用两种方式，一种是用电缆传输信号，即通过电缆将井下传感器采集的数据传输到地面，同时将控制信号由地面传输到井下；另一种是用钢丝绳吊装的信号收发工具，即由钢丝绳吊装信号收发工具从油管内下放到井下与传感器对接来读取传感器采集的数据。

通常在采油、采气井中采油、采气工具连接在油管的尾端，传感器安装在采油、采气工具上，在注水井中配水器也是连接在油管的尾端，传感器安装在配水器内，所以由地面连接井下传感器的信号电缆在敷设时就需要随油管一同下入到井下，但这种作业方式存在以下的问题：由于电缆敷设在油管和套管之间，电缆在敷设作业时随油管下放的电缆可能与套管产生摩擦而导致电缆破损，尤其是电缆在井斜角较大的斜井中敷设时，以及电缆随油管通过大位移井的位移井段、水平井的曲率半径段和水平段时，因电缆自身重力产生拖垂使其与套管摩擦而造成破损甚至被卡断。由此看来这种有缆通讯的方式其作业成本和作业风险都是极高的。

若采用钢丝绳吊装的信号收发工具来获取井下传感器采集的数据，也存在以下几方面的问题：1.由地面下放的钢丝绳吊装信号收发工具必须与传感器对接好才能从传感器中读取数据，因此操作起来不但繁琐、费时、费力，而且一旦对接得不好数据很难成功地读出；2.当采油、采气及注水井的井斜角大于45。时，或是传感器位于水平井中的水平段上时，用钢丝绳吊装信号收发工具是几乎无法进行操作的；3.这种方式不具有数据的实时传输以及对传感器的实时控制性。从以上几个方面可以看出钢丝绳吊装信号收发工具的应用受到很大的限制。

目前在石油、页岩气及煤层气注水和采油采气井中还没有在无电缆情况下将井下信息实时上传到地面以及将地面控制信号传输到井下的双向传输技术。

发明内容

为解决当前油气开采环境中，井上、井下数据传输方面的困难和问题，本发明提供一种用于油气田井的无线双向信息传输装置。所述装置利用井内已有管柱作为信息传送载体，实现井上与井下双向无线信息传输功能，可将井下传感器采集的数据实时或定时传输到地面，也可以将由地面设备发出的控制信号传输到井下来控制井下传感器的开启、关断或运转。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种用于油气田井的无线双向信息传输装置。所述装置由九个部分组成，包括地面信号接收及下传电路、井口密封盖板、绝缘隔离套、井筒套管、油管、下隔离连接器、信号馈电短路短节、井下信号上传及接收电路和电路密封舱体。所述地面信号接收及下传电路与所述井口密封盖板和井筒套管相连接，所述绝缘隔离套将所述井口密封盖板、油管和井筒套管在井口处绝缘隔离开来，所述下隔离连接器在油管的尾部将油管与电路密封舱体绝缘隔离开来，所述信号馈电短路短节实现井筒套管与电路密封舱体之间的电连接，所述井下信号上传及接收电路位于所述电路密封舱体内部，并通过导线与电路密封舱体相连接，所述井筒套管在所述油管的外围，两者之间通过油管防贴靠扶正器隔开。

所述的地面信号接收及下传电路由变压器、+5V稳压电源、信号发射与接收控制器、功率放大器、小信号放大器、信号滤波器、信号整形器和信号隔离器组成。所述信号隔离器由一磁环和绕制在磁环上的三组线圈构成，第一组为输入/输出线圈，第二组为信号输入线圈，第三组为信号输出线圈。所述磁环的材质为铁氧体或坡莫合金。所述变压器的一端连接外部工频电源，另一端与所述+5V稳压电源相连接；所述+5V稳压电源的一端与所述变压器相连接，另一端与所述的信号发射与接收控制器相连接；所述信号发射与接收控制器的一端分别与所述+5V稳压电源和所述信号整形器相连接，另一端与所述的功率放大器相连接；所述功率放大器的一端与所述的信号发射与接收控制器相连接，另一端与所述信号隔离器的信号输出线圈相连接；所述信号整形器的一端与所述的信号发射与接收控制器相连接，另一端与所述信号滤波器相连接；所述信号滤波器的一端与所述的信号整形器相连接，另一端与所述小信号放大器相连接；所述小信号放大器的一端与所述的信号滤波器相连接，另一端与所述信号隔离器的信号输入线圈相连接；所述信号隔离器的信号输入线圈的一端与所述小信号放大器相连接，另一端接地；所述信号隔离器的信号输出线圈的一端与所述功率放大器相连接，另一端接地；所述信号隔离器的输入/输出线圈的一端与信号输入/输出线相连接，另一端与信号地线相连接。