本發(fā)明涉及石油與天然氣鉆井工程領(lǐng)域，涉及一種隨鉆信息傳輸系統(tǒng)，尤其涉及一種卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由目前世界油氣資源開采時(shí)遭遇的地質(zhì)條件及自然環(huán)境條件可知，未來的石油鉆井行業(yè)將遭遇地質(zhì)條件更復(fù)雜、自然環(huán)境更惡劣的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此，對(duì)油氣鉆井的井下過程監(jiān)測提出了更高的要求。

井下信息的高速傳輸和有效獲取是實(shí)現(xiàn)井下過程精確監(jiān)測的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)快速、優(yōu)質(zhì)鉆井的關(guān)鍵技術(shù)。目前已提出并應(yīng)用的井下信息傳輸方式主要有有線傳輸、鉆井液脈沖傳輸、電磁波傳輸及聲波傳輸四種。上述四種傳輸方式的前三種方式在現(xiàn)場應(yīng)用中會(huì)存在以下問題：

(1)有線傳輸：雖然能夠?qū)崿F(xiàn)井下信息的快速、大量傳輸，但在鉆井過程中鉆柱的旋轉(zhuǎn)易導(dǎo)致傳輸電纜磨斷或絞斷，影響正常鉆進(jìn)。

(2)鉆井液脈沖傳輸：利用鉆井液的壓力波作為傳輸載體，對(duì)鉆井液有很強(qiáng)的依賴性，且存在傳輸速率較慢、易受井下噪聲干擾、不能實(shí)現(xiàn)信息雙向傳輸?shù)热秉c(diǎn)。

(3)電磁波傳輸：雖然擺脫了對(duì)鉆井液的依賴，且能夠?qū)崿F(xiàn)井下信息的雙向傳輸，但存在對(duì)地層有依賴性、在地層中衰減較大、通用性差、成本高等缺點(diǎn)。

相比之下，井下信息聲波傳輸方式在應(yīng)用過程中相比上述三種方式具有優(yōu)勢，該傳輸方式利用鉆柱作為傳輸信道，以聲波作為信號(hào)載體進(jìn)行井下信息的無線傳輸，因此該方式不依賴于鉆井液的存在與否及性質(zhì)差異，也不受地層內(nèi)磁性物質(zhì)的干擾，為井下信息的高速、穩(wěn)定傳輸提供了條件。聲信號(hào)接收端作為井下信息聲傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，是實(shí)現(xiàn)井口鉆柱中聲信號(hào)有效檢測識(shí)別的關(guān)鍵。因此，為了早日實(shí)現(xiàn)井下信息聲波傳輸技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用，井下聲波信號(hào)地面接收顯示裝置是亟需研發(fā)的裝備之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)地面旋轉(zhuǎn)鉆柱部分，提供了一種卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)，通過鎖緊于鉆柱頂部，能夠在鉆井液正常循環(huán)、不改變鉆柱外部尺寸及內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆柱信道中聲信號(hào)的實(shí)時(shí)精確檢測識(shí)別及快速解碼顯示。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)，包括設(shè)置于井口鉆柱表面的聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置和設(shè)置于鉆臺(tái)表面的無線信號(hào)接收顯示器；所述聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置于鉆柱外部，包括依次連接的信號(hào)解碼電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，無線信號(hào)發(fā)射電路，還包括與信號(hào)解碼電路連接的聲信號(hào)接收元件；聲信號(hào)接收元件接收來自下部鉆柱的聲信號(hào)傳輸至信號(hào)解碼電路進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)傳輸至信號(hào)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成無線信號(hào)，無線信號(hào)發(fā)射電路將轉(zhuǎn)換后的無線信號(hào)通過無線電方式傳輸至無線信號(hào)接收顯示器，再通過地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆柱中聲信號(hào)的實(shí)時(shí)、精確檢測識(shí)別。

進(jìn)一步的，所述聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置還包括三塊沿鉆柱圓周依次設(shè)置的儀器安裝板，三塊儀器安裝板的板面均與鉆柱圓周表面平行，其中一塊儀器安裝板兩端分別通過連接拉桿與另外兩塊儀器安裝板相連，上述另外兩塊儀器安裝板的另一端分別連接對(duì)開拉桿，兩個(gè)對(duì)開拉桿通過螺栓連接；所述聲信號(hào)接收元件和信號(hào)解碼電路集成安裝于一塊儀器安裝板上，所述信號(hào)轉(zhuǎn)碼電路和無線信號(hào)發(fā)射電路集成安裝于另外兩塊儀器安裝板的任意一塊上。

進(jìn)一步的，所述聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置還包括為信號(hào)解碼電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和無線信號(hào)發(fā)射電路供電的供電模塊，所述供電模塊安裝于空置的一塊儀器安裝板上。

進(jìn)一步的，所述三塊儀器安裝板均為矩形板，矩形板遠(yuǎn)離鉆柱的表面設(shè)置有儀器保護(hù)罩，儀器保護(hù)罩通過多個(gè)儀器保護(hù)罩安裝孔固定于矩形板上，儀器保護(hù)罩內(nèi)分別設(shè)置有上述聲信號(hào)接收元件和信號(hào)解碼電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和無線信號(hào)發(fā)射電路以及供電模塊。

優(yōu)選的，所述矩形板的四角板面伸出，四角各設(shè)置一個(gè)用于通過銷釘連接對(duì)開拉桿和連接拉桿的銷釘安裝孔。

更優(yōu)選的，平行于鉆柱流道方向的矩形板邊沿還設(shè)置有0個(gè)或1個(gè)或多個(gè)用于通過銷釘連接對(duì)開拉桿或連接拉桿的銷釘安裝孔。

進(jìn)一步的，所述矩形板中部朝向緊鄰鉆柱的表面平行于鉆柱流道方向設(shè)置有兩排凸起，凸起的端面與鉆柱的表面接觸。

優(yōu)選的，凸起的端面為與鉆柱表面配合的曲面或與鉆柱表面相切的傾斜面。

進(jìn)一步的，所述連接拉桿兩端均設(shè)置有銷釘安裝孔；所述對(duì)開拉桿一端設(shè)置有銷釘安裝孔，另一端設(shè)置螺栓連接板，螺栓連接板上設(shè)置有用于安裝螺栓的螺栓連接孔。

優(yōu)選的，所述儀器安裝板和儀器保護(hù)罩均采用無磁材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

1、本發(fā)明的卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常鉆井的同時(shí)，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測、識(shí)別井底鉆井信息，并將信息無線傳輸至地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；

2、本發(fā)明的卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)通過將聲信號(hào)接收的各個(gè)功能部件單元化后高度集中后單獨(dú)安裝，結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)便捷，且該系統(tǒng)使用時(shí)不影響鉆具配合，現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)安裝方便、適用性強(qiáng)；

3、本發(fā)明的卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在強(qiáng)噪聲干擾條件下對(duì)鉆柱中微弱聲信號(hào)進(jìn)行有效檢測、識(shí)別，抗噪聲干擾能力強(qiáng)；

4、本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，不依賴于鉆井液的存在與否，可用于不同鉆井方式，如平衡壓力鉆井、欠平衡壓力鉆井及空氣鉆井等；

5、本發(fā)明的聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置使用方便，可根據(jù)鉆井實(shí)際需要，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)安裝于鉆柱上，并且安裝在鉆柱上的位置可以隨時(shí)更換，顯著降低了成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)的使用示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的儀器安裝板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3A-A剖面圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的連接拉桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5A-A剖面圖；

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的對(duì)開拉桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為圖7A-A剖面圖；

圖9為圖7B-B剖面圖；

以上各圖中：

1、儀器安裝板，101、儀器保護(hù)罩安裝孔，102、銷釘安裝孔，103、凸起的端面，104、拉桿配合面，105、儀器保護(hù)罩；

2、連接拉桿，201、銷釘安裝孔，202、儀器安裝板配合面；

3、對(duì)開拉桿，301、銷釘安裝孔，302、拉桿連桿，303、螺栓連接板，304、螺栓連接孔，305、儀器安裝板配合面；

4、銷釘，5、螺栓，6、聲信號(hào)接收元件，7、信號(hào)解碼電路，8、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，9、無線信號(hào)發(fā)射電路，10、供電模塊，11、無線信號(hào)接收顯示器。

具體實(shí)施方式

下面，通過示例性的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進(jìn)一步敘述的情況下，一個(gè)實(shí)施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實(shí)施方式中。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，鉆井中鉆柱的方向?yàn)閳D1中的豎直方向；術(shù)語“上”、“下”、“頂部”、“底部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于圖1所示的位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

參見圖1，圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)的使用示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)，包括設(shè)置于井口鉆柱表面的聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置和設(shè)置于鉆臺(tái)表面的無線信號(hào)接收顯示器11，聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置于鉆柱外部，與鉆柱緊密接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下部鉆柱中聲信號(hào)進(jìn)行接收，避免由接收端引起的聲信號(hào)能量衰減及誤碼。同時(shí)上述聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置將接收的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)發(fā)射，由無線信號(hào)接收顯示器11進(jìn)行接收，并將信息無線傳輸至地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而在正常鉆井的同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測、識(shí)別井底鉆井信息。

參見圖2，圖2為本發(fā)明的聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖，聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置于鉆柱外部，包括依次連接的信號(hào)解碼電路7，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8，無線信號(hào)發(fā)射電路9，還包括與信號(hào)解碼電路7連接的聲信號(hào)接收元件6；聲信號(hào)接收元件6接收來自下部鉆柱的聲信號(hào)傳輸至信號(hào)解碼電路7進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)傳輸至信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8轉(zhuǎn)換成無線信號(hào)，無線信號(hào)發(fā)射電路9將轉(zhuǎn)換后的無線信號(hào)通過無線電方式傳輸至無線信號(hào)接收顯示器11。上述聲信號(hào)接收和轉(zhuǎn)換的各個(gè)功能部件使用時(shí)不影響鉆具配合，現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)安裝方便、適用性強(qiáng)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、高效的進(jìn)行聲信號(hào)的接收、轉(zhuǎn)換和發(fā)射。

繼續(xù)參見圖2，聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置還包括三塊沿鉆柱圓周依次設(shè)置的儀器安裝板1，三塊儀器安裝板1的板面均與鉆柱圓周表面平行，其中一塊儀器安裝板1兩端分別通過連接拉桿2與另外兩塊儀器安裝板1相連，上述另外兩塊儀器安裝板1的另一端分別連接對(duì)開拉桿3，兩個(gè)對(duì)開拉桿3通過螺栓5連接；所述聲信號(hào)接收元件6和信號(hào)解碼電路7集成安裝于一塊儀器安裝板上，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8和無線信號(hào)發(fā)射電路9集成安裝于另外兩塊儀器安裝板1的任意一塊上。三塊儀器安裝板1的各個(gè)電路元件之間通過導(dǎo)線連接。上述設(shè)置通過將聲信號(hào)接收的各個(gè)功能部件單元化后高度集中后單獨(dú)安裝，結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)便捷。

結(jié)合圖2所示，進(jìn)一步的，所述聲波信號(hào)接收轉(zhuǎn)換裝置還包括為信號(hào)解碼電路7、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8和無線信號(hào)發(fā)射電路9供電的供電模塊10，所述供電模塊10安裝于空置的一塊儀器安裝板1上。

作為優(yōu)選的實(shí)施例，參見圖3，結(jié)合圖2，所述三塊儀器安裝板1均為矩形板，矩形板遠(yuǎn)離鉆柱的表面設(shè)置有儀器保護(hù)罩105，儀器保護(hù)罩105通過多個(gè)儀器保護(hù)罩安裝孔101固定于矩形板上，儀器保護(hù)罩105內(nèi)分別設(shè)置有上述聲信號(hào)接收元件6和信號(hào)解碼電路7，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8和無線信號(hào)發(fā)射電路9以及供電模塊10。通過上述設(shè)置，三塊儀器安裝板呈等邊三角形固緊在鉆柱表面，拆卸方便，可根據(jù)鉆井實(shí)際需要，隨時(shí)安裝于鉆柱上，并且安裝在鉆柱上的位置可以隨時(shí)更換，顯著降低了成本；同時(shí)上述設(shè)置不依賴于鉆井液的存在與否，可用于不同鉆井方式，如平衡壓力鉆井、欠平衡壓力鉆井及空氣鉆井等。

作為優(yōu)選的實(shí)施例，參見圖3，結(jié)合圖4，為了保證三塊儀器安裝板1的連接，所述矩形板的四角板面伸出，四角各設(shè)置一個(gè)用于通過銷釘4連接對(duì)開拉桿3或連接拉桿2的銷釘安裝孔102，可以理解的是矩形板的四角設(shè)置的上述銷釘安裝孔內(nèi)安裝銷釘4，將連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3與儀器安裝板1連接起來，從而形成固緊鉆柱的結(jié)構(gòu)，保證能夠?qū)崟r(shí)接收來自下部鉆柱的聲波信號(hào)，對(duì)鉆柱中微弱聲信號(hào)進(jìn)行有效檢測、識(shí)別，抗噪聲干擾能力強(qiáng)。

作為更優(yōu)選的實(shí)施例，平行于鉆柱流道方向的矩形板邊沿還設(shè)置有0個(gè)或1個(gè)或多個(gè)用于通過銷釘4連接對(duì)開拉桿3或連接拉桿2的銷釘安裝孔102。通過上述方案矩形板的四角設(shè)置銷釘安裝孔102。作為不同的實(shí)施例，連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3的數(shù)量可以為一條或兩條，連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3為一條時(shí)，連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3的寬度為儀器安裝板1相鄰的銷釘安裝孔102間的寬度。連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3為兩條時(shí)，可以使得矩形板的上部和下部分別連接連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3，但是為了保證儀器安裝板的連接緊密性，鉆柱流道方向的矩形板邊緣也可設(shè)置銷釘安裝孔102，安裝多個(gè)連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3，從而使得三個(gè)儀器安裝板1的連接更為結(jié)實(shí)。銷釘安裝孔102所在的表面為拉桿配合面104，用于配合與其連接的連接拉桿2或?qū)﹂_拉桿3。

參見圖4，作為優(yōu)選的實(shí)施例，所述矩形板中部朝向緊鄰鉆柱的表面平行于鉆柱流道方向設(shè)置有兩排凸起，凸起的端面103與鉆柱的表面接觸。凸起用于接觸鉆柱，增大摩擦，起到固定作用。凸起的設(shè)置可以保證儀器安裝板能夠緊固于鉆柱而不造成在鉆柱上的滑動(dòng)，作為更優(yōu)選的實(shí)施例，凸起的端面為與鉆柱表面配合的曲面或與鉆柱表面相切的傾斜面，從而使得接觸的表面具有大的摩擦力，使得接觸更穩(wěn)定。但是可以理解的是，上述凸起的端面還可以為其它具有摩擦力的表面，例如齒形表面或者波浪形表面，也可以提高接觸表面的摩擦力，使得緊固的效果更好，另外，凸起的形狀也可以設(shè)置為其它凸起的形狀，例如錐形或半圓形等，凸起頂端與鉆柱表面接觸即可。

參見圖5，結(jié)合圖6，為連接拉桿的結(jié)構(gòu)示意圖，連接拉桿兩端均設(shè)置有銷釘安裝孔201，用于安裝銷釘4，從而與儀器安裝板1連接，銷釘安裝孔201所在表面為儀器安裝板配合面202，用于與儀器安裝板1的拉桿配合面104配合。

參見圖7，結(jié)合圖8和圖9，為對(duì)開拉桿的結(jié)構(gòu)示意圖，所述對(duì)開拉桿一端設(shè)置有銷釘安裝孔301，用于安裝銷釘4，從而與儀器安裝板1連接，另一端設(shè)置螺栓連接板303，螺栓連接板上設(shè)置有用于安裝螺栓的螺栓連接孔304，銷釘安裝孔301通過拉桿連桿302與螺栓連接板303相連，兩個(gè)螺栓連接板303通過螺栓5連接、調(diào)節(jié)，使得三個(gè)儀器安裝板1緊箍于鉆柱上；銷釘安裝孔301所在的表面為儀器安裝板配合面305，用于配合儀器安裝板1上的拉桿配合面104配合，并用銷釘進(jìn)行連接。

上述為優(yōu)選的實(shí)施方式，可以理解的是，其它的能夠調(diào)節(jié)的連接方式也可用于本發(fā)明中。

本發(fā)明的卡鎖式井下聲波信號(hào)地面接收顯示系統(tǒng)的具體使用過程如下：

兩個(gè)儀器安裝板分別與另外一個(gè)儀器安裝板與連接拉桿通過銷釘交替連接，安裝在井口鉆柱表面，兩個(gè)儀器安裝板并通過對(duì)開拉桿用螺栓進(jìn)行鎖緊，使得整個(gè)聲波接收信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，通過儀器安裝板凸起的曲面與井口鉆柱緊密、穩(wěn)定連接。聲信號(hào)接收元件與信號(hào)解碼電路集成在金屬保護(hù)罩內(nèi)安裝于儀器安裝板上；信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與無線信號(hào)發(fā)射電路集成安裝在金屬保護(hù)罩內(nèi)安裝于儀器安裝板上；供電模塊集成在金屬保護(hù)罩內(nèi)安裝于儀器安裝板上，用于為聲信號(hào)接收元件、信號(hào)解碼電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路及無線信號(hào)發(fā)射電路供電；無線信號(hào)接收顯示器用于接收由井下聲波信號(hào)地面接收裝置發(fā)射的無線信號(hào)并對(duì)其解碼顯示。井下信息聲信號(hào)通過下部鉆柱到達(dá)井口的聲信號(hào)接收元件，聲信號(hào)接收元件將測得來自下部鉆柱中的有效聲信號(hào)傳輸至信號(hào)解碼電路中進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)傳輸至信號(hào)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，最終通過無線信號(hào)發(fā)射電路將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過無線電方式傳輸至井口無線信號(hào)接收顯示器，并通過地面計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)正常鉆井的同時(shí)，對(duì)鉆柱中聲信號(hào)的實(shí)時(shí)、精確檢測識(shí)別及快速解碼顯示。