本發(fā)明涉及石油與天然氣鉆井工程領域，涉及一種隨鉆信息傳輸系統，尤其涉及一種串接式井下聲波信號地面接收顯示系統。

背景技術：

由目前世界油氣資源開采時遭遇的地質條件及自然環(huán)境條件可知，未來的石油鉆井行業(yè)將遭遇地質條件更復雜、自然環(huán)境更惡劣的嚴峻挑戰(zhàn)，因此，對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現井下過程精確監(jiān)測的關鍵，是實現快速、優(yōu)質鉆井的關鍵技術。目前已提出并應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場應用中會存在以下問題：

(1)有線傳輸：雖然能夠實現井下信息的快速、大量傳輸，但在鉆井過程中鉆柱的旋轉易導致傳輸電纜磨斷或絞斷，影響正常鉆進。

(2)鉆井液脈沖傳輸：利用鉆井液的壓力波作為傳輸載體，對鉆井液有很強的依賴性，且存在傳輸速率較慢、易受井下噪聲干擾、不能實現信息雙向傳輸等缺點。

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

相比之下，井下信息聲波傳輸方式在應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，以聲波作為信號載體進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差異，也不受地層內磁性物質的干擾，為井下信息的高速、穩(wěn)定傳輸提供了條件。聲信號接收端作為井下信息聲傳輸系統的關鍵組成部分，是實現井口鉆柱中聲信號有效檢測識別的關鍵。因此，為了早日實現井下信息聲波傳輸技術的現場應用，井下聲波信號地面接收顯示裝置是亟需研發(fā)的裝備之一。

技術實現要素：

本發(fā)明針對地面旋轉鉆柱部分，提供了一種串接式井下聲波信號地面接收顯示系統，能夠在鉆井液正常循環(huán)、不改變鉆柱外部尺寸及內部流道結構的前提下，實現對鉆柱信道中聲信號的精確實時檢測識別及快速解碼顯示。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是：

串接式井下聲波信號地面接收顯示系統，包括設置于井口鉆柱頂部的聲波信號接收轉換裝置和設置于鉆臺表面的無線信號接收顯示器；所述聲波信號接收轉換裝置設置于鉆井液流道的外部，包括依次連接的信號解碼電路，信號轉換電路，無線信號發(fā)射電路，還包括與信號解碼電路連接的聲信號接收元件；聲信號接收元件接收來自鉆柱下部的聲信號傳輸至信號解碼電路進行解碼，解碼后的信號傳輸至信號轉換電路轉換成無線信號，無線信號發(fā)射電路將轉換后的無線信號通過無線電方式傳輸至無線信號接收顯示器，再通過地面計算機進行處理，實現對鉆柱中聲信號的實時、精確檢測識別。

進一步的，所述聲波信號轉換裝置還包括套設于鉆井流道外部的內筒，和套設于內筒外部的外筒，內筒與外筒形成環(huán)空的表面設置有第一安裝槽和第二安裝槽，所述信號解碼電路、信號轉換電路和無線信號發(fā)射電路安裝于第一安裝槽內，所述聲信號接收元件安裝于第二安裝槽內。

進一步的，所述外筒包括用于保護上述電路的內筒保護筒；內筒保護筒上方依次設置有用于與上部鉆桿連接的上部鉆桿連接扣，與內筒上部配合密封的上部密封配合面，以及與內筒軸向配合進行相對位置固定的軸向支撐配合面；內筒保護筒下部依次設置有與內筒下部配合密封的下部密封配合面以及與內筒連接的內筒連接扣。

進一步的，所述內筒包括設置于上部的與所述上部密封配合面配合的上部密封面，上部密封面下方設置有支撐體，支撐體具有軸向支撐面和徑向支撐面；支撐體下方的內筒表面依次設置有第一安裝槽和第二安裝槽，第二安裝槽下方設置有與所述下部密封配合面配合的下部密封面；上部密封面和下部密封面表面均設置有安裝密封材料的密封安裝槽。

進一步的，所述下部密封面下方設置有用于與外筒連接的外筒連接扣；外筒連接扣下方設置有用于連接下部鉆桿的下部鉆桿連接扣。

進一步的，所述第一安裝槽包括用于安裝電源的電源安裝槽和用于安裝信號解碼電路、信號轉換電路和無線信號發(fā)射電路的電路安裝槽，電源安裝槽內設置固定架，固定架上安裝有電源倉，電源倉內安裝有為信號解碼電路、信號轉換電路和無線信號發(fā)射電路供電的供電模塊。

優(yōu)選的，所述電源安裝槽表面設置有垂直于內筒表面的固定架安裝板，所述固定架通過安裝孔安裝于固定架安裝板上。

進一步的，所述電路安裝槽的上部和下部還設置有用于分類、固定導線的導線固定槽。

進一步的，所述第二安裝槽內設置有安裝孔，聲信號接收元件通過一個或多個螺紋孔安裝于上述安裝孔中。

優(yōu)選的，所述外筒和內筒均采用無磁材料。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于：

1、本發(fā)明的串接式井下聲波信號地面接收顯示系統能夠實現正常鉆井的同時，實時、準確檢測、識別井底鉆井信息，并將信息無線傳輸至地面計算機進行處理；

2、本發(fā)明的串接式井下聲波信號地面接收顯示系統通過外筒和內筒形成的環(huán)形空間，將聲信號接收元件、信號解碼電路、信號轉換電路、無線信號發(fā)射電路和供電模塊安裝于環(huán)形空間內部，實現了將聲信號接收和轉換的各個功能部件單元化后高度集中在一短節(jié)內，長度極短，使用時不影響鉆具配合，現場應用時安裝方便、適用性強；

3、本發(fā)明的串接式井下聲波信號地面接收顯示系統的內筒與外筒上部下部都具有密封面，通過與鉆柱的上下連接，能夠實現從鉆柱軸向對聲信號進行接收，避免由接收端引起的聲信號能量衰減及誤碼，且聲信號接收元件集成在系統內部，抗噪聲能力強，尤其是抗井口噪聲干擾能力強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的串接式井下聲波信號地面接收顯示系統的使用示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例的聲波信號接收轉換裝置結構示意圖；

圖3為本發(fā)明一實施例的外筒結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例的內筒結構示意圖；

圖5為圖4a-a剖面圖；

圖6為圖4b-b剖面圖；

圖7為圖4c-c剖面圖；

以上各圖中：

1、外筒，101、上部鉆桿連接扣，102、流道，103、上部密封配合面，104、軸向支撐配合面，105、內筒保護筒，106、下部密封配合面，107、內筒連接扣；

2、內筒，21、第一安裝槽，22、第二安裝槽，201、上部密封面，202、密封安裝槽，203、軸向支撐面，204、徑向支撐面，205、固定架，206、電源倉，207、固定架安裝板，208、電源安裝槽，209、導線固定槽，210、電路安裝槽，211、安裝孔，212、螺紋孔，213、下部密封面，214、流道，215、外筒連接扣，216、下部鉆桿連接扣；

3、聲信號接收元件，4、信號解碼電路，5、信號轉換電路，6、無線信號發(fā)射電路，7、供電模塊，8、無線信號接收顯示器。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發(fā)明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，鉆井中鉆柱的方向為圖1中的豎直方向；術語“上”、“下”、“頂部”、“底部”等指示的方位或位置關系為基于圖1所示的位置關系，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

參見圖1，圖1是本發(fā)明一實施例的串接式井下聲波信號地面接收顯示系統的使用示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的串接式井下聲波信號地面接收顯示系統，包括設置于井口鉆柱頂部的聲波信號接收轉換裝置和設置于鉆臺表面的無線信號接收顯示器8，聲波信號接收轉換裝置為柱狀短節(jié)，在軸向上通過螺紋與鉆柱緊密連接，從而實現從鉆柱軸向對聲信號進行接收，避免由接收端引起的聲信號能量衰減及誤碼。同時上述聲波信號接收轉換裝置將接收的聲波信號轉換為無線信號發(fā)射，由無線信號接收顯示器8進行接收，并將信息無線傳輸至地面計算機進行處理，從而在正常鉆井的同時實現實時、準確檢測、識別井底鉆井信息。

參見圖2，圖2為本發(fā)明的聲波信號接收轉換裝置結構示意圖，聲波信號接收轉換裝置設置于鉆井液流道的外部，包括依次連接的信號解碼電路4，信號轉換電路5，無線信號發(fā)射電路6，還包括與信號解碼電路4連接的聲信號接收元件3；聲信號接收元件3接收來自下部鉆柱的聲信號傳輸至信號解碼電路4進行解碼，解碼后的信號傳輸至信號轉換電路5轉換成無線信號，無線信號發(fā)射電路6將轉換后的無線信號通過無線電方式傳輸至無線信號接收顯示器8。上述聲信號接收和轉換的各個功能部件單元化后高度集中在一短節(jié)內，長度極短，使用時不影響鉆具配合，現場應用時安裝方便、適用性強，能夠實時、準確、高效的進行聲信號的接收、轉換和發(fā)射。

結合圖2所示，作為優(yōu)選的實施例，所述聲波信號接收轉換裝置還包括套設于鉆井流道外部的內筒2，和套設于內筒2外部的外筒1，內筒2與外筒1形成環(huán)空的表面設置有第一安裝槽21和第二安裝槽22，所述信號解碼電路4、信號轉換電路5和無線信號發(fā)射電路6安裝于第一安裝槽21內，所述聲信號接收元件3安裝于第二安裝槽22內。外筒1和內筒2通過螺紋緊密配合，內部的鉆井液流道與鉆柱流道是貫通的，不影響鉆井液的正常流通，作為優(yōu)選的方案，聲信號接收元件3安裝于環(huán)空的下部，可以理解的是，聲信號接收元件3也可安裝于其他位置，且聲信號接收元件3可以為一個或多個，但是均與信號解碼電路4相連，作為優(yōu)選的實施例，聲信號接收元件為聲信號接收加速度傳感器，但是其他常用的聲信號接收的元件同樣適用。

具體的，參見圖3，圖3為外筒結構示意圖，結合圖2。外筒1包括用于保護上述電路的內筒保護筒105；內筒保護筒105上方依次設置有用于與上部鉆桿連接的上部鉆桿連接扣101，與內筒上部配合密封的上部密封配合面103，以及與內筒軸向配合進行相對位置固定的軸向支撐配合面104；內筒保護筒105下部依次設置有與內筒下部配合密封的下部密封配合面106以及與內筒連接的內筒連接扣107。內筒保護筒105內部的流道102與鉆井流道同軸貫通，用于鉆井液的流通，通過上部鉆桿連接扣101與上部鉆桿連接，外筒的上部密封配合面103以及下部密封配合面106與內筒配合密封，同時上部軸向支撐內筒，可以避免由接收端引起的聲信號能量衰減及誤碼，保證聲信號接收元件的信號接收。

參見圖4，圖4為內筒結構示意圖，內筒2包括設置于上部的與所述上部密封配合面103配合的上部密封面201，上部密封面201下方設置有支撐體，支撐體具有軸向支撐面203和徑向支撐面204；支撐體下方的內筒2表面依次設置有第一安裝槽21和第二安裝槽22，第二安裝槽22下方設置有與所述下部密封配合面106配合的下部密封面213；上部密封面201和下部密封面213表面均設置有用于安裝密封材料的密封安裝槽202。作為可選的實施例，此處的密封配合還可以使用其他能夠達到密封效果的配合方式來提升外筒1和內筒2的接觸面的密封配合效果。第一安裝槽21和第二安裝槽22的設置為上述電路模塊等元件提供集成空間，整個空間長度極短，使用時不影響鉆具配合，現場應用時安裝方便、適用性非常強。

參見圖4，為了保證內筒2和外筒1的配合密封，內筒2的下部密封面213下方設置有用于與外筒1連接的外筒連接扣215；外筒連接扣215下方設置有用于連接下部鉆桿的下部鉆桿連接扣216。外筒連接扣215實現了內筒2下部與外筒的連接，而下部鉆桿連接扣216與下部鉆桿連接，從而實現了與鉆桿的串接式連接的同時保持流道214的暢通，實現了聲波信號的有效傳遞。

參見圖4，結合圖5，圖5為圖4a-a剖面圖，所述第一安裝槽21包括用于安裝電源的電源安裝槽208和用于安裝信號解碼電路、信號轉換電路和無線信號發(fā)射電路的電路安裝槽210，電源安裝槽208內設置有固定架205，固定架205上安裝有電源倉206，電源倉206內安裝有為信號解碼電路4、信號轉換電路5和無線信號發(fā)射電路6供電的供電模塊7。上述供電單元和電路的模塊化設置充分利用了內筒表面的環(huán)空的空間，各部件鏈接緊密有序，能夠在較小的空間內高效的完成聲波信號的轉換。

參見圖6，圖6為圖4b-b剖面圖，作為優(yōu)選的實施例，為了保證電源安裝的穩(wěn)定性和更換的便利性，電源安裝槽208表面設置有垂直于內筒2表面的固定架安裝板207，所述固定架205通過安裝孔安裝于固定架安裝板上207。上述設置保證了電源的穩(wěn)定安裝和可拆卸的安裝，從而更利于為電路模塊提供電力。優(yōu)選的，固定架205為環(huán)繞內筒2的兩個半圓，兩端分別于固定架安裝板207連接，固定架205上設置有若干個電源倉206用來放置供電模塊7。

參見圖4和圖5，在實際應用過程中，由于導線眾多，作為優(yōu)選的實施例，電路安裝槽210的上部和下部還設置有用于分類、固定導線的導線固定槽209?？梢岳斫獾氖牵瑢Ь€固定槽209分別設置于上部和下部更為合理的利用空間，但是其它導線眾多的位置也可以設置導線固定槽209，導線固定槽209的數量可以為一個或多個，但是空間有限不宜過多，保證導線的條理固定即可。

參見圖7，圖6為圖4c-c剖面圖，作為優(yōu)選的實施例，第二安裝槽22內設置有安裝孔211，聲信號接收元件3通過一個或多個螺紋孔212安裝于上述安裝孔211中。上述設置可以使得聲信號接收元件的安裝更為穩(wěn)定，但是可以理解的是，上述僅是一種安裝方式，聲信號接收元件3可以以其他的方式安裝于上述第二安裝槽22內，而且安裝數量可以為一個或多個。

作為優(yōu)選的實施例，本發(fā)明的聲波信號轉換裝置的外筒1和內筒2均采用無磁材料，保證信號的傳輸、轉換和發(fā)射。

本發(fā)明的串接式井下聲波信號地面接收顯示系統的具體使用過程如下：

將外筒與上部鉆柱連接，內筒與外筒上部和下部通過密封面配合密封，內筒下部外表面與外筒螺紋連接，內筒下部與下部鉆柱連接。外筒與內筒形成的環(huán)形空間內依次安裝有聲信號接收元件、信號解碼電路、信號轉換電路、無線信號發(fā)射電路、供電模塊，上述模塊均固定安裝在內筒表面。聲信號接收元件測得來自下部鉆柱中的有效聲信號傳輸至信號解碼電路中進行解碼，解碼后的信號傳輸至信號轉換電路進行信號轉換，最終通過無線信號發(fā)射電路將轉換后的信號通過無線電方式傳輸至井口無線信號接收顯示器，并將信息無線傳輸至地面計算機進行處理，實現對鉆柱中聲信號的精確、實時檢測識別。上述使用過程可以保證正常鉆井的同時，實時、準確檢測、識別井底鉆井信息。