[发明专利]一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法，其电能和光信号在同一介质上传输，系统包括脉冲器、发电机、发电机外筒、过流短节、电子仓本体、电子仓外筒、导电光缆、光电接触环、光电分合器。本发明方法先进，结构合理而紧凑，在将电能与光信号加载到同一传输介质上传输到各个井下节点的过程中，由于其通过光电转换产生光信号，在导光介质中实现井下数据的双向传输，该数据传输方式具有抗干扰能力强和传输速率快，不产生电磁干扰的优点，同时，该导光介质也具有良好导电性，将电能传输到井下各个节点，因此，本发明不受井下发电机和液压模块电机的干扰，信号正常并实时的传输，也不会通过电磁干扰井下其他节点的正常工作。

技术领域

本发明涉及旋转导向钻井工具配件技术领域，具体涉及一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法。

背景技术

近年来，难动用油藏、特殊油藏的勘探开发对满足适用复杂地层条件、暴露更多储层、以期获得更大产能的钻井井眼轨迹控制提出了更高要求。特别是对水平井技术、大位移钻井技术、薄油层钻水平井的技术、水平分支井等技术提出了越来越复杂的井眼轨迹要求和提高钻井效率、降低昂贵的钻井成本和减少钻井井下作业的风险的需求。常规定向井技术采用弯螺杆定向技术，整个钻具主要以滑动钻进方式工作，具有摩阻与扭矩大、井眼净化效果差、位移延伸能力弱、井眼轨迹平滑度低、轨迹调控难的缺点，导致钻井风险高，油藏整体开发效益低的缺陷。旋转导向技术在旋转的过程中动态控制井眼轨迹，旋转导向钻井系统钻进过程中，钻柱连续旋转减小了摩阻，可钻出更长的水平位移，水平段延伸能力强；清洁井眼，减少卡钻的风险；无需起下钻调整工具面，提高了钻井效率；及时调整作业提高了轨迹控制的精度；导向时可以使用最优钻压值，提高了机械钻速，发挥钻头最佳效能。

目前旋转导向钻井工具的井下动力与双向通讯系统采用的单总线进行电能和双向通讯，使用加载到电源线上的双频载波进行信号半双工双向通讯，其利用电源线作为信号传输载体，该种传输方式的数据传输抗干扰能力差，且受导向头电机负载变化影响大，同时加载到电源线上的高频载波信号也对磁通门的传感器的测量造成干扰，影响井眼轨迹测量精度。多数采用的载波单总线的传输方式，速率较慢(一般为9600bit/s左右)，多节点轮询周期长，导致控制矢量参数调整跟不上旋转变化，造成控制矢量波动大，影响井眼轨迹精度，也增加了电机载荷突变，降低系统寿命。

发明内容

本发明提供了一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法，克服了上述现有技术之不足，在旋转导向钻井系统中，井下电子系统采用电能和光信号在同一介质上传输的随钻井下动力与双向通讯方法及系统，使用既能传输电能，又能传输光的传输介质时，其能有效解决现有采用电源线载波的单总线传输方式抗干扰能力低、干扰其他电磁测量仪器及传输速率低的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种井下动力与双向通讯系统，包括脉冲器、发电机、发电机外筒、过流短节、电子仓本体、电子仓外筒、导电光缆、光电接触环、光电分合器；发电机、发电机外筒、电子仓外筒、电子仓本体自上而下依序固定安装在一起；发电机下端通过螺纹连接在过流短节上，发电机出来的电线通过7芯圆插与电子仓本体中的井下动力与双向通讯电路连接，发电机外筒通过螺纹与电子仓本体连接；电子仓外筒固定在发电机外筒与电子仓本体之间的槽内，电子仓外筒其端面和内部有O型密封圈；发电机内引出三相交流电线3根以及过线2根；在发电机外筒上端面有一环形槽，下端内部有接触环槽，发电机外筒上端面环形槽和发电机外筒下端内部的接触环槽分别与电子仓本体中的井下动力与双向通讯电路通过小孔连通，发电机外筒上端面环形槽通过发电机外筒壁上的细长孔与发电机外筒下端内部的接触环槽相通；电子仓本体上部有接触环，电子仓本体下端面有接触环槽，该电子仓本体下端面接触环槽通过小孔与电子仓本体相通；电子仓本体由环形均布的四个上部槽和下部槽构成，上部槽内安装有整流、稳压及滤波电路，滤波电路输出端与下部槽内的电源管理模块的输入端及导电光缆总线连接，下部槽内安装的中央控制电路与下传解码板、上传编码电路及光电分合器连接。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：