專利名稱：用于在有線鉆桿中確定故障位置的方法和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及在穿過地球的鉆井井筒中使用的設備的信號遙 測技術(shù)的領(lǐng)域，更特別地，本發(fā)明涉及在用于這種遙測技術(shù)的所謂"有 線"鉆桿中確定故障位置的方法和設備。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中已知用于在通過地球地層鉆探井筒時測量各種鉆井參 數(shù)和地球地層的物理性質(zhì)的裝置，這些裝置通稱為用于測量各種鉆井參 數(shù)如井筒軌跡、施加于鉆桿柱(或鉆具)的應力和鉆桿柱的動作的鉆井時測量("MWD")設備，這些裝置還通稱為測量地層的各種物理性質(zhì) 如電阻率、天然伽馬輻射放射、音速、容積密度和其它性質(zhì)的鉆井時測 井("LWD")設備。各種MWD和LWD裝置在"鉆桿柱"的底端附 近連接，"鉆桿柱"是多個鉆桿段和在最下端與鉆頭螺紋首尾相連的其 他鉆井工具的組件。在鉆桿柱的操作過程中，鉆桿柱懸掛在井筒中以使 得其重量的一部分傳遞到鉆頭，并且鉆頭旋轉(zhuǎn)以通過地球地層進行鉆 探。各種MWD和LWD裝置上的傳感器能在鉆井操作中進行相應的測 量。鉆井筒的操作者普遍發(fā)現(xiàn)當在實際的鉆井筒的過程中獲得MWD和 LWD的測量結(jié)果時，MWD和LWD的測量結(jié)果是特別有^介值的。例如， 可以將在鉆井過程中獲得的電阻率和伽馬輻射的測量結(jié)果與從附近井 筒獲得的類似測量結(jié)果進行比較，以便在任何時候及時確定哪個地球地 層被井筒穿透。井筒操作者可以利用這類測量結(jié)果確定井筒已經(jīng)被鉆到 實施另外的操作所需的特定深度，所述另外的操作例如是下套管或增加 在鉆井操作中使用的鉆井流體的密度。 一般而言，在井底組件和地面之 間，可以通過遙測:忮術(shù)將MWD和LWD的測量結(jié)果向地面?zhèn)魉?。井?組件中的遙測裝置或工具將數(shù)據(jù)進行編碼并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?。常常?現(xiàn)的情況是，遙測頻帶寬度不能容納被收集的全部MWD和LWD數(shù)據(jù)， 因而，通常僅僅將數(shù)據(jù)的選定部分向地面?zhèn)魉?，而全部的MWD和LWD 數(shù)據(jù)可以存4渚在井下部件之一 中。最通常用于MWD和LWD裝置的信號遙測技術(shù)是所謂的"泥漿脈
沖，，遙測。通過以一種方式調(diào)節(jié)MWD或LWD裝置附近的鉆井流體的 流動以引起鉆井流體在地球表面的壓力和/或流量的可檢測變化，來產(chǎn)生 泥漿脈沖遙測。利用一些技術(shù)如曼徹斯特碼或移相鍵控法，所述調(diào)節(jié)通 常被執(zhí)行以表現(xiàn)為二進制數(shù)字代碼。本領(lǐng)域中眾所周知，鉆井流體流動 調(diào)節(jié)僅僅能以每秒幾個比特的速度進行傳輸，因而，對于大多數(shù)MWD 和LWD應用，僅僅將所獲得的數(shù)據(jù)總量中的選定部分傳輸?shù)降孛?，?將收集到的數(shù)據(jù)存儲在記錄裝置中，記錄裝置設置于MWD和LWD裝 置中的一個或多個內(nèi)或者另 一個用于存儲數(shù)據(jù)的裝置內(nèi)。為了給MWD和LWD裝置提供更高速的遙測系統(tǒng)，已經(jīng)作出了相 當大的努力，這種努力進行了相當長的時間，并已導致許多不同的高速 遙測方法。例如，授予Denison的美國專利第4126848號披露了一種鉆 桿柱遙測系統(tǒng)，其中用鎧裝的電纜("線纜")將數(shù)據(jù)從井筒底部附近 傳輸?shù)姐@桿柱的中間位置，并用具有絕緣導電體的特殊鉆桿柱將信息從 中間位置傳輸?shù)降厍虮砻?。相似地，授予Barry等人的美國專利第 3957118號披露了一種用于井筒遙測的電纜系統(tǒng)，授予Heilhecker等人 的美國專利第3807502號披露了用于在鉆桿柱中安裝導電體的方法。最近地，在授予Hall等人的美國專利第6670880號中描述了 "有線，， 鉆桿的備選形式。在6670880專利中披露的系統(tǒng)是用于通過設置在井筒 中的一串部件傳輸數(shù)據(jù)。在一個方面，該系統(tǒng)包括在每個鉆桿柱部件兩 端處的第一和第二導磁的電絕緣元件。每個元件都包括第一U形槽，第 一U形槽具有底部、第一和第二側(cè)面以及兩個側(cè)面之間的開口。導電線 圈位于每個槽中。導電體連接于每個部件中的線圈。在工作中，施加到 一個部件中第 一線圈的隨時間變化的電流在第 一導磁的電絕緣元件中 產(chǎn)生隨時間變化的磁場，該隨時間變化的磁場被引導向相連部件的第二 導磁的電絕緣元件，從而在相連部件的第二導磁的電絕緣元件中產(chǎn)生隨 時間變化的^茲場，從而該i茲場在相連部件的第二線圈中產(chǎn)生隨時間變化 的電流。在授予Clark等人并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利第7096961號 中披露了另一種有線鉆桿遙測系統(tǒng)。在7096961專利中披露的有線鉆桿 遙測系統(tǒng)包括地面計算機；和包括多個有線鉆桿的鉆桿柱遙測連接件， 每個有線鉆桿都具有遙測部分，所述多個有線鉆桿中的至少一個具有電 連接所述遙測部分的診斷模塊，且其中診斷模塊包括適合與有線鉆桿遙 測部分對接的線路接口 ；適合在有線鉆桿遙測部分和診斷模塊之間傳送 信號的收發(fā)機；和與收發(fā)機操作地相連并且適合控制收發(fā)機的控制器。7096961專利描述了許多為了成功實現(xiàn)有線鉆桿("WDP")遙測 系統(tǒng)而必須處理的問題。對于典型井筒中的鉆井操作，使大量管段首尾 相連以形成從位于地球表面的鉆井裝置上的凱氏方鉆桿(Kelley)(或 頂部驅(qū)動器)和井筒中的各種鉆井MWD和LWD裝置伸出的在端部帶 有鉆頭的管柱。例如，如果每個鉆桿段是大約30英尺(9.14米)長， 則15000英尺(5472米)的井筒通常具有大約500個鉆桿段。在這種 WDP鉆桿柱中管對管連接的絕對數(shù)量引起對系統(tǒng)可靠性的關(guān)注.商業(yè)上 可接受的鉆井系統(tǒng)希望具有大約500小時或更高的平均故障間隔時間 ("MTBF")。如果WDP鉆桿柱中的任一個電連接部發(fā)生故障，則整 個WDP遙測系統(tǒng)都會發(fā)生故障。因而，在15000英尺(5472米)的鉆 井中有500個WDP鉆桿段的場合，每個WDP都必須具有至少大約 250000小時(28.5年)的MTBF以便整個WDP系統(tǒng)具有大約500小時 的MTBF。這意味著每個WDP段都將具有小于每小時4x 10—6的故障 率。這種要求超出了 WDP技術(shù)的當前狀態(tài)。因而，需要可用于測試WDP 段與鉆桿柱的可靠性和用于迅速識別任何故障的方法。當前，沒有幾種測試能用來確保WDP可靠性。在將WDP段帶到鉆 井裝置上之前，可以在一見覺上對它們進4亍;險查，并且可以用測試箱測試 管的銷和孔連接部的電連續(xù)性?？赡艹霈F(xiàn)下面的情況兩個WDP部分 可以單獨通過連續(xù)性測試，但當將它們連接在一起時它們可能發(fā)生故 障。這種故障例如可能由連接部中損壞了電感耦合器的碎屑引起。 一旦 將WDP段連接起來(例如，組成"架子")，則在鉆井裝置上對銷和 孔連接部進行視覺檢查和用測試箱測試電連續(xù)性即使不是不可能，也將 是很困難的，這限制了這種WDP檢查方法的實用性。另外，WDP遙測連接物可能遭受難以識別的間歇故障。例如，如 果故障是由震動、井下壓力或井下溫度引起的，則當鉆井停止時，或當 從井孔起出鉆桿柱時，有故障的WDP部分可能在條件改變時恢復。這 使得確定有故障的WDP部分的位置即使不是不可能的，也將極為困 難。鑒于上述問題，依舊需要用于對WDP遙測系統(tǒng)的完整性進行診斷 和/或用于監(jiān)測WDP遙測系統(tǒng)的完整性的技術(shù)和裝置。 發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明一個方面的用于確定有線鉆桿的電狀況的方法包括在有線鉆桿的至少一個接合部中感生(或感應形成) 一電》茲場。；險測流入 所述至少一個有線鉆桿接合部內(nèi)的至少一個導電體中的電流所感生的 電壓。所述電流由所述感生電》茲場感生。才艮據(jù);險測到的電壓確定電狀 況。根據(jù)本發(fā)明另 一 個方面的用于確定有線鉆桿柱的電狀況的方法包 括使一儀器沿著由多個首尾相連的有線鉆桿接合部組成的柱移動。使電 流經(jīng)過所述^f義器上的發(fā)射才幾天線以在所述柱中感生一電^f茲場。檢測由于 流入所述管柱內(nèi)的至少一個導電體中的電流而在所述儀器上的接收機 天線中感生的電壓。所述電流由所述感生電》茲場感生。才艮據(jù)4企測到的電 壓確定所述發(fā)射機天線和接收機天線之間電狀況。然后在沿著所述管柱 的多個位置重復進行使電流經(jīng)過、檢測電壓和確定'清況。根據(jù)本發(fā)明另一個方面的用于鉆探井筒的方法包括將由多個首尾 相連的有線鉆桿接合部組成的柱懸桂在井筒中，所述管柱在其遠端具有 鉆頭。在從地面釋放鉆桿柱以將選定量的重量保持在鉆頭上的同時使鉆 頭旋轉(zhuǎn)。在管柱之外的第一選定位置在管柱中感生一電磁場。在位于管 柱之外并與第一選定位置間隔開的第二選定位置^r測電壓。所述電壓由 流入管柱內(nèi)的至少一個導電體中的電流產(chǎn)生。所述流動的電流由感生電 磁場產(chǎn)生。根據(jù)檢測到的電壓確定管柱的電狀況。在使鉆頭旋轉(zhuǎn)的同時 繼續(xù)釋放管柱。當管柱移動時重復進行感生、4全測和確定。從下面的說明和所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將顯而 易見。


圖1表示將在評估(或評價)WDP的一個或多個部分中使用的WDP 測試裝置的一個示例；圖2表示W(wǎng)DP測試裝置的一個示例的橫剖視圖；圖3和4表示在發(fā)射機和接收機之間具有可選跨距的WDP測試裝 置的另外的示例；圖5表示在WDP之外才乘作的WDP測試裝置的另 一個示例；
圖6表示圖5中所示的示例性裝置，它可以與鉆機一起使用；圖7表示另一個示例性故障定位裝置，其包括外部發(fā)射機線圈和可插入WDP之內(nèi)的可移動的接收機線圈；以及圖8表示使用圖7中所示的示例測量到的信號的示例性記錄，該記錄是關(guān)于井筒深度的。
具體實施方式
下面將參考圖1說明用于在有線鉆桿("WDP")遙測系統(tǒng)中確定 電氣故障位置的裝置和方法的一個示例。WDP的兩個螺紋連接的部分 或"接合部(或節(jié))，，總體上以附圖標記IO表示。每個WDP接合部10 都包括管心軸12，其在一端具有帶外螺紋的連接部("銷")18,而在 另一端具有帶內(nèi)螺紋的連接部("孔")16。銷18和孔16中的每一個上 的肩部20A可以包括凹槽或槽道20，其中可以設置環(huán)形變壓器線圈22。 在授予Clark等人并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利US7096961中說 明了這種環(huán)形變壓器線圈的結(jié)構(gòu)和從一接合部向另 一接合部傳輸信號 的操作，該美國專利在此并入作為參考。導電體24設置在接合部10內(nèi) 的合適的位置，如在一個縱向形成的孔或管子中(未示出)，以便保護 導體24不接觸鉆井流體，該鉆井流體通常被泵送通過WDP接合部10 中心的中心孔或通道14，該通道14與本領(lǐng)域中已知的鉆桿的傳統(tǒng)(非 有線的)接合部中存在的通道類似。當兩個WDP接合部10的銷18或 孔16螺紋連接(或耦合)時，環(huán)形變壓器線圈22中相應的環(huán)形變壓器 線圈的位置彼此靠近，使得信號可以從一個接合部IO被傳送到下一個 接合部。在本實施例中，故障定位裝置26可以插入通道14中并設置在其探 查的接合部IO之一中。在圖1中示出了示例性的故障定位裝置26,其 通過鎧裝的電纜32懸掛在接合部IO之內(nèi)，鎧裝的電纜可以從絞盤(未 示出)或本領(lǐng)域中已知的用于纏繞鎧裝的電纜的類似裝置伸出并縮回到 其上。如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的，通過從這種電纜32懸掛故障定 位裝置26,在一整串的WDP接合部10在將被鉆通地球地層的井筒中 配置時使用故障定位裝置26是可能的。因而，可以通過操作絞盤(未 示出)使故障定位裝置26沿著管柱內(nèi)部移動，來評估所述整串的WDP。應當理解，通過纜索進行輸送，如圖1中所示，不是可以使故障定 位裝置26通過WDP接合部的唯一的方式。本領(lǐng)域中已知的其它輸送方 法例如包括將故障定位裝置26連接到盤繞的管的端部、將該裝置連接 到一串螺紋連接的桿或生產(chǎn)油管的端部，或本領(lǐng)域中已知的用于將測量 工具配置到井筒里的任何其它輸送方式。圖1中所示的故障定位裝置26的功能部件包括電磁發(fā)射機天線28 和電磁接收機天線30,天線28、 30可以呈縱向巻繞的線圈(或線巻) 的形式，或可以是能在電能穿過發(fā)射機天線28時在WDP接合部10中 感生(或感應)電磁場并能由于穿過發(fā)射機天線28的電流在WDP接合 部10中感生的電》茲場而在接收機天線30中產(chǎn)生可4全測的電壓的任何其 他天線結(jié)構(gòu)。在圖1所示的示例中，連接到發(fā)射機天線28的電路(將 參考圖2更詳細地說明)使得在WDP接合部10中感生出電磁場。電磁 場在由導電體24和WDP接合部10的每個端部處的環(huán)形變壓器線圈22 所形成的電路回if各中感生出電流?？梢酝ㄟ^測量在4妄收才幾天線30中的 感應電壓來檢測由電路回路中的這種電流所產(chǎn)生的電磁場?；跈z測到 的電壓的性質(zhì)，可以確定WDP接合部10的電的完整性。現(xiàn)在將參考圖2更詳細地說明故障定位裝置26的一個示例。故障 定位裝置26可以包括構(gòu)形成橫穿WDP(圖1中的附圖標記IO)內(nèi)部的 承壓外殼34,外殼34可以限定一可密封的內(nèi)腔34A，在內(nèi)腔34A中可 以設置故障定位裝置26的電子元件。天線28、 30如之前說明的可以是 縱向巻繞的線圏，它們每個可以設置在形成于外殼34的外表面上的相 應的凹槽或凹入部28A、 30A中。每個天線線圈28、 30的導線可以通過 壓力密封的、電饋通的悶頭(或殼壁)46進入腔34A。本實施例中的電 子元件可以包括電力調(diào)節(jié)電路48，其可以接收從地球表面沿著電纜32 傳輸?shù)碾娔埽娎|32沿著一個或多個絕緣的導電體(未單獨示出)。 一個或多個導電體(未單獨示出)也可以用來將在故障定位裝置26中 所產(chǎn)生的信號傳送到地球表面?？刂破?6可以是基于微處理器的系統(tǒng) 控制器，其可以提供操作命令信號以驅(qū)動裝置26的其他主要元件。例 如，模擬接收機放大器40可以與接收機天線30電連接，以檢測和放大 在接收機天線30中的感應電壓?？梢栽谀?shù)轉(zhuǎn)換器("ADC，， ) 38中 將檢測到并被放大的電壓數(shù)字化，以使得電壓關(guān)于時間的大小呈數(shù)字代 碼的形式，每個數(shù)字代碼都代表電壓的大小。可以將ADC38的輸出引 導到控制器36用以存儲起來和/或作進一步處理?？刂破?6可以存儲一
個或多個呈數(shù)字代碼形式的電流波形。電流波形是將會通過發(fā)射機天線28的交變電流的波形。在本實施例中，可以引導電流波形代碼通過數(shù)模 轉(zhuǎn)換器("DAC，， ) 42以產(chǎn)生模擬電流波形。可以將模擬電流波形引導 到發(fā)射機功率放大器44,用以驅(qū)動發(fā)射機天線28。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，圖2中所示的電流產(chǎn)生和信號檢測的實 現(xiàn)方式包括數(shù)字信號處理電路，這僅僅是本發(fā)明的故障定位裝置的 一種 可能的實現(xiàn)方式。使用才莫擬電路以產(chǎn)生電流和檢測感應電壓也在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。在本示例中，通過發(fā)射機天線28的電流使得在WDP接合部中，具 體地說，在由環(huán)形線圈(圖1中的附圖標記22)和導電體(圖1中的附 圖標記24)所形成的電流回3各中，感生電；茲場。在關(guān)于電地完好(或電 聲測)的WDP接合部中，會在接收機天線30中感生電壓，其與從接地 到金屬管心軸(圖1中的附圖標記12)合適地互相連接并絕緣的整個電 流回路相對應。然后在ADC 38中將檢測到的電壓數(shù)字化，且隨后將其 傳送給控制器36,在那里可以將數(shù)字化的檢測到的電壓通知給任何已知 的遙測裝置以傳送到地球表面。圖2中所示的示例在發(fā)射機天線28和接收才幾天線30之間可以具有 縱向跨距50,以使得天線28、 30可以在探查過程中在每個WDP接合 部(圖1中的附圖標記10)中的環(huán)形線圏(圖2中的附圖標記22)中 相應的環(huán)形線圏附近間隔開。當故障定位裝置移動通過每個WDP管接 合部(圖1中的附圖標記IO)時，對接收機天線30所檢測到的電壓進 行記錄。如果任何WDP接合部具有斷路，以致上述電流回路沒有完成， 則檢測到的電壓的大小將會比較小或為零。如果WDP接合部具有短 路，則當相應的天線28、 30設置在WDP接合部的端部附近時，檢測到 的電壓將是小的或為零。將會了理解，在這種情況下，可能難以區(qū)別 WDP接合部中的斷路和短路。因而，本發(fā)明的故障定位裝置的其他示 例在發(fā)射機天線和接收機天線之間可以具有不同的和/或可選擇的3爭 距。作為選擇，如果具有斷路，則對于整個待調(diào)查的管段，檢測到的信 號將近似為零。然而，如果在導體之間有短路，則將在該管段的上部中 感生電流，且會有非零信號直到接收機移動越過短路的位置為止。在這 方面，檢測到的信號能用來識別故障的類型(短路或斷路)和在短路的
情況下故障在管段內(nèi)的位置。圖3表示故障定位裝置26A的另一個可能的示例，其在發(fā)射機天線 28和接收機天線30之間具有可選擇的縱向3爭距。在圖3的示例中，外 殼由兩個可滑動地接合的外殼部分34A、 34B構(gòu)成。發(fā)射機天線28可以 形成或固定在一個部分34A上，而接收機天線30可以形成或固定在另 一個部分30B上，通過使一個部分34B相對于另一個部分34A滑動， 改變發(fā)射機天線28和接收機天線30之間的縱向跨距是可能的。在圖4中示出了在發(fā)射機天線和接收機天線之間具有可選擇跨距的 故障定位裝置26B的另一個示例。在圖4的實施例中，外殼34可以與 參考圖2說明的外殼相似。然而，故障定位裝置26B可以包括多個在沿 縱向隔開的位置處設置或固定在外殼34上的接收才幾天線，它們以附圖 標記30A、 30B、 30C、 30D表示。可以在接收機放大器(圖2中的附圖 標記40)之前加上多路復用器(未示出)或類似轉(zhuǎn)換開關(guān)以在任何時間 點選擇待詢問的接收機天線30A-30D中的一個?？梢酝瑫r使用接收機天 線30A-30D中的一個或多個以詢問WDP的一部分。在一個特別的示例 中，最初將發(fā)射機到接收機的跨距設定成與典型的WDP接合部中的環(huán) 形線圈(圖1中的附圖標記22)之間的跨距相匹配。當任一個或多個接 合部的探查表明檢測f ij的接收機電壓低或沒有4全測5 'j的接收機電壓 時，則可以如圖3中那樣通過使外殼部分34B滑動以縮短跨距直到發(fā)現(xiàn) 可檢測的電壓為止，或如圖4中所示那樣通過相繼選擇隔開距離較短的 接收機天線30D、 30C、 30B、 30A直到發(fā)現(xiàn)可檢測的電壓為止，來選擇 發(fā)射才幾天線28和接收才幾天線之間的跨距。WDP 4妻合部中短路的位置可 以這才羊確定。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，故障定位裝置26的縱向跨距(圖2中 的附圖標記50)不是僅僅局限于圖1中所示的一個WDP接合部的端部 之間的跨距。顯然，提供跨距為兩個或更多WDP接合部(圖1中的附 圖標記10)長度的故障定位裝置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，故障定位 裝置的跨距可以大約等于三段WDP接合部的長度。以這種方式，故障 定位裝置可以用來縮窄WDP系統(tǒng)中故障的定位。要注意的是，跨距為 兩個或四個或更多個段的故障定位裝置也是可能的。通過使用在WDP之外操作的裝置來確定一個或多個WDP接合部 中的故障也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖5表示這種故障定位裝置26C的另一
個示例。心軸34B在本實施例中可以由不導電的非》茲性材沖十如玻璃纖維 增強塑料制成，心軸34B可以包括發(fā)射才幾天線28A和接收機天線30B, 發(fā)射機天線28A和接收機天線30B可以是基本上如參考圖2說明的那樣 的縱向巻繞的線圈。在圖5中未示出的是啟動(或致動)發(fā)射機天線28B 和接收機天線30B的電路，發(fā)射機天線28B和接收機天線30B也可以 基本上如參考圖2說明的那樣。圖5中所示的實施例可以特別應用在鉆 井裝置的鉆臺上或附近，以使得當WDP柱被裝配或"被組成"并被下 降到井筒中時，WDP的各個接合部在向井筒中"下鉆桿"的過程中將 穿過圖5中所示的裝置以進行^r查。當從井筒收回WDP柱時可以再次 探查WDP接合部。關(guān)于圖5中所示裝置的改變包括用于改變發(fā)射機天 線28B和接收才幾天線30B之間的縱向S,距(圖2中的附圖標記50)的 特征，上述改變也可以用于圖5中所示的示例性故障定位裝置26C。參考圖6,將更詳細地說明可以如上所述使用圖5中所示實施例的 方式。示出了首尾相連的一串WDP接合部10，其通過頂部驅(qū)動器52 (或這樣配備的鉆井單元(鉆井裝置)上的凱氏方鉆桿(kelly))懸掛 著。連接到提升系統(tǒng)的吊鉤48可以使頂部驅(qū)動器52升高和降低，該提 升系統(tǒng)包括絞車50、鉆纜線55、本領(lǐng)域已知類型的上滑輪51和下滑輪 53。所有上述部件都與鉆井單元46相關(guān)聯(lián)?；旧先鐓⒖紙D5說明的 故障定位裝置26可以相對于鉆井單元46設置在方便的位置，以使得當 管柱向上或向下移動時，各個WDP接合部10可以移動通過裝置26以 進行評估。鉆頭40設置在該串WDP接合部10的下端并通過地下的地球地層 41鉆出井筒42。通過操作頂部驅(qū)動器52以轉(zhuǎn)動管柱，或作為選擇通過 將流體泵送過鉆井馬達(未示出)，來使鉆頭40旋轉(zhuǎn)，該鉆井馬達通 常位于鉆頭40附近的管柱中。當鉆頭40在地層41上鉆孔時，通過操 作絞車50以釋放鉆纜線55來連續(xù)降低管柱。這種操作將管柱的重量的 選定部分保持在鉆頭40上。當管柱相應地移動時，WDP接合部10中 的接續(xù)接合部移動通過故障定位裝置26C的內(nèi)部。 一旦在內(nèi)部中，就可 以起動發(fā)射機和接收機天線以詢問設置在故障定位裝置26C內(nèi)的WDP 部分。當從井筒42收回管柱時，評估可以繼續(xù)?？梢詫㈦娐啡鐓⒖紙D2 i兌明的電路設置在記錄單元54中，記錄單元54可以包括用于記錄由故
障定位裝置26進行測量的譯碼的其他系統(tǒng)(未示出)。在如圖6中所示的鉆井操作過程中，如果WDP遙測裝置發(fā)生故障， 則在一個示例中，可以使如圖2中所示的裝置，在電纜的端部在管柱之 內(nèi)下降，基本上如參考圖l和2說明的。通過在管柱懸掛在井筒42中 時使用如圖2中所示和如上說明的處于管柱內(nèi)的裝置，能確定特定的 WDP接合部IO的位置，在該特定的WDP接合部10，故障被確定位置。 這種定位可以消除從井筒42取出整個管柱并單獨測試每個WDP接合部 IO的需要。作為選擇，在從井筒42收回管柱時可以使用圖6中所示的 故障定位裝置26,直到確定發(fā)生故障的WDP接合部IO的位置為止。在圖7中示出了另一個示例性的故障定位裝置。圖7中所示的示例 性裝置包括與在圖6中所示和參考圖6說明的示例相似的發(fā)射機26A。 該發(fā)射機26A可以設置在鉆井單元的鉆臺下面(或任何其他方便的位 置)并可以設置在WDP接合部IO之外。接收機26B可以包括一個或多 個設置在探測器心軸上的接收機線圈26C,通過連接到接收機26B的一 端的鎧裝的電纜27可以使接收機26B沿著WDP接合部10內(nèi)部移動。 在圖7中所示裝置的操作過程中，可以如上面參考其他示例性裝置所說 明的給發(fā)射機通電，并可以對在一個或多個接收機線圈26C中感應的電 壓的深度進行記錄?？梢詮碾妷簻y量的記錄推斷故障如斷路或短路的位 置?，F(xiàn)在將參考圖8說明圖7中所示的示例測量的信號的可能譯碼。圖 8是以附圖標記80表示的檢測到的電壓關(guān)于接收機(圖7中的附圖標記 26B)的井筒中的深度的圖(或"測井曲線圖")。檢測到的電壓振幅 80表現(xiàn)出了減幅的峰值82、 84、 86、 88、 90，它們與沿著連續(xù)的WDP 接合部(圖7中的附圖標記10)之間的連接部的WDP的位置相對應。 在圖8中還能觀察到，信號的振幅隨著深度減小，相應地，當發(fā)射機(圖 7中的附圖標記26A)和接收機(圖7中的附圖標記26B)變得間隔得 更開時，信號的振幅減小。在一個示例中，在開始鉆井筒時，測井曲線 圖可以由接收機信號構(gòu)成。在鉆井操作過程中，測井曲線圖可以由選定 的時間的接收機信號構(gòu)成。在選定的閾值之上的連續(xù)測井曲線圖之間的 信號振幅的變化可以表明需要千預的WDP中即將發(fā)生的故障。用來移動通過一串WDP的內(nèi)部的前述示例中的4壬一個都可以具有 由鎧裝的電纜供應到其上的電能，或可以包括內(nèi)部電能，該內(nèi)部電能例
如可以由電池供應。作為選擇，這類裝置可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的用于MWD和/或LWD裝置的流體操作的渦輪/發(fā)生器組合提供動力。示 例可以包括內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，當從WDP內(nèi)部收回裝置時可以詢問內(nèi)部 數(shù)據(jù)存儲器，或在使用鎧裝的電纜的場合，由裝置產(chǎn)生的信號可以通過 鎧裝的電纜進行傳送。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將會理解，可以用多個發(fā)射機天線代替如圖4中 所示的多個接收機天線的示例，每個發(fā)射機天線或選定的發(fā)射機天線連 接到交流電源。參考圖7說明的示例也可以由接收機代替，接收機的位 置在鉆井平臺下方示出了發(fā)射機的位置，并且WDP內(nèi)的接收機可以由 一個或多個發(fā)射機代替。由于互易原理，這種可能性是本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員容易想到的，因而，在所進行的引用確定了特定天線的位置或通過 天線執(zhí)行的動作的場合，在說明書和隨后的權(quán)利要求中對于"發(fā)射機"、 "發(fā)射"或"發(fā)射機天線，，的引用可以由"接收機"、"接收"或"接 收機天線"代替。這里關(guān)于"接收機"、"接收"或"接收機天線"可 以進行對應的代替。盡管已經(jīng)關(guān)于有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但受益于本公開的 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，能想出不背離在這里披露的發(fā)明的范圍的其 他實施例，因而，本發(fā)明的范圍僅僅由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于確定有線鉆桿的電狀況的方法，它包括在有線鉆桿的至少一個接合部中感生電磁場；檢測流入所述有線鉆桿內(nèi)的至少一個導電體中的電流所感生的電壓，所述電流由所述感生電磁場感生；和根據(jù)檢測到的電壓確定所述電狀況。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述有線鉆桿包括有線 鉆桿段。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述有線鉆桿包括多個 互相連接的有線鉆桿段。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述管接合部的一端 附近執(zhí)行所述電J茲場的感生和在所述管接合部的另 一 端附近執(zhí)行檢測。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，檢測電壓包括在沿著所 述有線鉆桿長度的多個位置檢測由多個導電體中流動的電流所感生的 電壓。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，從所述管接合部內(nèi)部執(zhí) 4亍所述電；茲場的感生和所述4全測。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在所述管之外執(zhí)行所述 電》茲場的感生和所述;f全測。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述電磁場的感生包括 <吏交變電流通過發(fā)射才幾天線。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述檢測電壓包括測量 在接收機天線上存在的電壓。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括通過在基本 上維持執(zhí)行感生的位置的同時沿著所述管接合部改變執(zhí)行才企測的位 置，來沿著所述至少一個接合部確定故障的位置。
11. 一種用于確定有線鉆桿柱的電狀況的方法，它包括 使儀器沿著由多個首尾相連的有線鉆桿接合部組成的柱移動； 使電流經(jīng)過所述儀器上的發(fā)射機天線以在所述柱中感生電i茲場；4全測由于流入所述管柱內(nèi)的至少 一 個導電體中的電流而在所述4義 器上的接收機天線中感生的電壓，所述流動的電流由所述感生電》茲場感生；才艮據(jù)檢測到的電壓確定所述發(fā)射才幾天線和*接收才幾天線之間所述電y犬況；和在沿著所述管柱的多個位置重復進行使電流經(jīng)過、檢測電壓和確定 狀況。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，從所述管接合部內(nèi)部 執(zhí)行所述電；茲場的感生和所述纟企測中的至少 一個。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述管之外執(zhí)行所 述電》茲場的感生和所述;f僉測中的至少 一個。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其還包括改變所述發(fā) 射機天線和接收機天線之間的縱向距離以確定有關(guān)電的故障的位置。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述改變縱向距離包括沿著所述管柱內(nèi)部移動所述發(fā)射機天線和接收機天線中的至少一 個。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，其還包括在選定時間 重復進行使所述儀器移動、使電流經(jīng)過、檢測電壓、確定電狀況和沿著 所述內(nèi)部移動，以預料所述管柱中的電故障。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述改變縱向距離包 括改變所述儀器的長度。
18. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述改變縱向距離包 括下面中的至少一個從設置在所述儀器上的間隔開的位置處的多個接收機天線中選擇 特定的接收機天線和從設置在所述儀器上的間隔開的位置處的多個發(fā) 射機天線中選擇特定的發(fā)射機天線。
19. 一種用于鉆探井筒的方法，它包括將由多個首尾相連的有線鉆桿接合部組成的柱懸掛在井筒中，所述 柱在其下端具有鉆頭；在從地面釋放鉆桿柱以將選定量的重量保持在所述鉆頭上的同時 使所述鉆頭旋轉(zhuǎn)；在所述管柱之外的第一選定位置感生電；茲場；在位于所述管柱之外并與所述第一選定位置間隔開的第二選定位 置檢測電壓，所述電壓由流入所述管柱內(nèi)的至少一個導電體中的電流產(chǎn)生，所述流動的電流由所述感生電^f茲場產(chǎn)生； 根椐檢測到的電壓確定所述管柱的電狀況； 在使所述鉆頭旋轉(zhuǎn)的同時繼續(xù)釋放所述管柱；和 重復進行所述感生、檢測和確定。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述感生電磁場包括 使交變電流通過至少一個發(fā)射機天線。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述檢測電壓包括測 量在至少一個接收機天線上存在的電壓。
22. —種故障定位裝置，它包括 至少一個發(fā)射機；和 至少一個接收機；其中，所述至少一個發(fā)射機構(gòu)形成在至少一個有線鉆桿段中的導體 內(nèi)感生電流，和所述4矣收才幾構(gòu)形成響應由所述電流感生的石茲場。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于在有線鉆桿中確定故障位置的方法和設備，其中用于確定有線鉆桿的電狀況的方法包括在有線鉆桿的至少一個接合部中感生一電磁場，檢測流入至少一個有線鉆桿接合部內(nèi)的至少一個導電體中的電流所感生的電壓，電流由感生電磁場感生，根據(jù)檢測到的電壓確定電狀況。
文檔編號E21B47/00GK101210489SQ200710152760
公開日2008年7月2日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者D·倫杜薩拉, D·桑托索, H·納卡基馬, K·查德哈, L·瓦圖姆, R·馬德哈芬 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司