專利名稱：跨間隙的信號傳播的制作方法
跨間隙的信號傳播相關(guān)申請本專利申請要求2008年12月3日提交的美國臨時專利申請S/N. 61/119，519的權(quán)益，其通過援引整體納入于此。存在用于連接諸如管道部分(包括鉆探管鉆井管道的預布線部分)之類的管狀構(gòu)件以傳播電磁信號的各種方案。這些方案中的一些方案利用導電性，而其他方案利用感應(yīng)。 一些方案利用跨管道部分之間的不導電間隙的遙測技術(shù)。附圖簡述

圖1解說了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的間隔開的間隙和間隙狀況感測。圖2解說了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的各種間隙選擇布置。圖3解說了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的裝置和系統(tǒng)。圖4是解說根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的若干方法的流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的制品的框圖。詳細描述在其中各種實施例被使用的環(huán)境包括離岸鉆井，其中鉆孔為導電結(jié)構(gòu)并且外殼達 20，000英尺或更多。電磁(EM)信號沿著外殼的距離從井下傳播到地面或者朝相反的方向傳播，EM遙測中繼器可被用來提供信號提升能力以維持信號跨大距離的保真度。數(shù)據(jù)率在從約2-5比特/秒到最多約30-50比特/秒之間變動。這些中繼器可以間隔約5000英尺。 單工和雙工中繼器設(shè)計可被使用。除了中繼器本身的設(shè)計之外，中繼器的使用還提出了一些一般的設(shè)計考慮。具體地，應(yīng)當選取信令方法以防止等待時間的增加和數(shù)據(jù)率的減小。例如，在一些情形中，脈沖調(diào)制可能是不實用的。單邊帶調(diào)制可促成頻率復用，但可能遭受對接收機和放大器提出苛刻性能要求的振幅變動。另一方面，具有相對恒定的包絡(luò)振幅的相位調(diào)制或頻率調(diào)制對于信號傳播而言可以是有用的機制。為了減少中繼器的使用，可以(例如，使用刷子或滾筒來)建立和維持與外殼的直接電接觸。在此情形中，信號衰減可被顯著減少。即，在相對于鉆柱直接驅(qū)動外殼時。在一些情形中，EM信號跨鉆柱管道部分中的間隙傳播。中繼器可被用來在跨越各體間隙之前或在這之后提升信號。由于鉆柱中的間隙從外殼之外進入打開的鉆孔，因而這些間隙有時會經(jīng)歷在其中接收到的或所傳送的信號被高度衰減的“死區(qū)”。在一些情形中，該死區(qū)從外殼的末端延伸約6米。在許多實施例中，可以通過提供間隔至少6米的允許相關(guān)聯(lián)的中繼器選擇提供最強信號的間隙(即不是位于死區(qū)內(nèi)的間隙)的多個間隙來避免因死區(qū)導致的衰減。以此方式，可以維持連續(xù)的系統(tǒng)操作。不僅如此，如果一個間隙在電氣上發(fā)生故障，那么其他間隙可被用于信令。圖1解說了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的間隔開的間隙和間隙狀況感測。鉆柱110 示出間隔開的EM信號發(fā)射機間隙，和位于鉆柱110的相對端上的間隔開的EM信號接收機間隙。因此，多個可選擇的間隙的使用解決了在鉆柱移動通過死區(qū)時跨諸間隙的傳播，并為電氣間隙故障提供了冗余度。因此，在EM工具的一些實施例中，可以使用冗余的可切換間隙來取代發(fā)生電氣故障的間隙。因此，為了提供更可靠的用于在管道的諸部分與其他管狀構(gòu)件之間傳導電流和信號的機制，本文中公開的許多實施例提供對不導電間隙的選擇(例如，鉆柱部分之間的不導電間隙，因為這些間隙從外殼之外進入打開的鉆孔)。對間隙的選擇可通過選擇被用來跨這些間隙傳播信號的EM遙測中繼器來發(fā)生?？梢钥紤]數(shù)個中繼器設(shè)計配置。在一個實施例中，中繼器模塊包括兩個廣泛分開的間隙集合(間隔100-300英尺)。每個間隙包括不導電材料以切斷該間隙以上和以下的導電管狀部分之間的電連接。為了使這些間隙可被電切換，繼電器或其他形式的開關(guān)可被用來在電氣上使未被選擇的間隙“短路”，而與所選擇的間隙相關(guān)聯(lián)的開關(guān)保持打開。圖2 中所示的裝置150解說了這種類型的間隙選擇。有時，多個間隙被選擇以或許通過使用較少的中繼器來節(jié)省功率。在一些實施例中，不同寬度的間隙可被選取和/或多個間隔相對較小的間隙可被選擇以便有效地提供較寬的間隙。例如，如鉆柱150中所示，鉆環(huán)100具有多個絕緣的間隙 200、210、220、230、240、250。該多個間隙由至少一個開關(guān)(例如，開關(guān)300、310、320、330、 340,350)來接通或斷開。當所有開關(guān)都閉合時，所有間隙被短路，并且與這些間隙相關(guān)聯(lián)的發(fā)射機/接收機被有效地從系統(tǒng)移除。當希望從系統(tǒng)消除暫時不必要的中繼器時，這可以是有用的。由于具有不同電阻率的區(qū)域由鉆柱150穿透，或者由于鉆柱150從外殼露出，因而可使用較少的中繼器(如在其他深度處所采用的)。使所有間隙短路也是用于在不同中繼器之間進行選擇的機制。例如，當除了開關(guān)300之外的所有開關(guān)均閉合時，間隙200是活躍的。如果相反開關(guān)310也是打開的，那么間隙200和210串聯(lián)地動作以得到較大的有效間隙。注意，使開關(guān) 300和340打開而開關(guān)310、320、330和350閉合也是可能的。在此情形中，以串聯(lián)方式有效地添加間隙200和M0。當在外殼內(nèi)嘗試檢測或啟動信號時，這可以是有利的。更加寬的有效間隙可通過使更多開關(guān)打開的方式來達成。在每種情形中，跨打開的間隙接收到的(或跨打開的間隙形成的)信號出現(xiàn)在端口 400處?？梢詤⒄請D2的鉆柱160以類似方式選擇一個或更多個間隙。在這種情形中，所選擇的間隙中的一個或多個間隙可具有不同于其他間隙中的一個、一些、或所有間隙的寬度。 即，間隙600、610、620和630都可具有不同的寬度，或許被設(shè)計成具有算術(shù)的、平方的或?qū)?shù)的寬度累進以使得能夠選擇各種逐漸更大地累積的間隙距離。在鉆柱150和160的情形中，繼電器可被用來可切換地選擇諸間隙。EM信號可通過跨所選擇的間隙的電壓差來檢測，并且EM信號可通過施加跨該被選擇的間隙的電壓差來生成。在全單工系統(tǒng)或雙工系統(tǒng)中，一個間隙可被用于接收，而另一間隙可被用于(較佳地用不同的載波頻率來)傳送。電纜或有線鉆探管配置被用來覆蓋這些間隙集合之間的距離。替換地，“短跳躍”通信鏈路可被用來覆蓋該距離。一種提議的短跳躍技術(shù)將圓環(huán)用于感生鉆柱中的電流。另一種中繼器設(shè)計將圓環(huán)用作用于(可能地使用不同的或可選擇的繞組來)接收和重傳的主要機制。
在許多實施例中，大多數(shù)間隙阻抗是電阻性的，帶有較少的電感性組件。表面配置的變化可被觀察為間隙阻抗的變化。諸間隙可用不導電的材料來涂覆。EM遙測中繼器中的間隙可表示結(jié)構(gòu)弱點。間隙定義鉆柱中的點，該點阻止鉆柱壁中的軸向電流，或者至少極大地減小該電流的幅值。因為鋼是相對導電的，所以需要油管壁中的破裂。為了提供此破裂并同時保持鉆柱的結(jié)構(gòu)完整性相對較高，可以如圖中所示的那樣(參見圖1，組裝件13 使用過盈配合。部分A的凸出部件(銷124)涂覆有薄的絕緣層，并且直徑略微大于連接件的內(nèi)凹部分中的部件B的空腔(盒128)的直徑。內(nèi)凹部件被加熱以將空腔直徑膨脹到足以容納冷的凸出部件，這兩個部件快速地配合在一起，并且內(nèi)凹部件被允許冷卻。在結(jié)果得到的連接件中，大的摩擦力緣自緊密的配合。為了擴展絕緣層的有效大小，絕緣材料的外套筒可被放置在接頭上。絕緣層在部分A與B之間被高度壓縮，并且由于組裝件132中的接頭經(jīng)歷來自鉆井過程的應(yīng)力載荷和熱循環(huán)，因而該絕緣層可能降級，從而最終允許電流流過該連接件。雖然間隙阻抗可由發(fā)射機或接收機電子設(shè)備電監(jiān)視，但是電氣故障可能是相當突然和不可預測的。因此，本發(fā)明的許多實施例提供機械應(yīng)力傳感器以檢測在試運轉(zhuǎn)和鉆井過程期間施加到接頭的應(yīng)力。工具電子設(shè)備可監(jiān)視應(yīng)力歷史并預測中繼器中的間隙的至故障剩余壽命。應(yīng)力歷史在與熱循環(huán)歷史相組合時可提供比單單間隙阻抗更準確的剩余壽命預測器。當剩余壽命預測落在閾值以下時，系統(tǒng)可操作以指示應(yīng)當在下一機會時執(zhí)行中繼器的替換。間隙應(yīng)力傳感器將因此通過減少未被注意的組件故障的機會來實現(xiàn)更穩(wěn)健的遙測系統(tǒng)性能。例如，在一些實施例中，監(jiān)視EM信號可跨其傳播的間隙的健康的自行監(jiān)視機制可提供數(shù)個益處，包括其中關(guān)注井底組裝件的分離的那些情形。例如，應(yīng)變儀可被用來以或許比常規(guī)的阻抗監(jiān)視更大的靈敏度來監(jiān)視間隙健康。如圖1中所示，應(yīng)變傳感器可被嵌入到鉆柱元件120的諸部分中，包括嵌入到鉆柱組裝件132的銷124(未示出)或盒128(示出)，因為應(yīng)力傳感器與配合在一起的鉆柱組裝件132的兩個部分A和B —起工作。在一些實施例中，監(jiān)視鉆柱中鄰近間隙的應(yīng)變可以結(jié)合間隙阻抗監(jiān)視來使用以確定間隙健康。使用集成間隙應(yīng)力傳感器，每個間隙的應(yīng)力歷史和熱循環(huán)歷史可被監(jiān)視以預測每個中繼器的剩余有效壽命，從而或許導致提高的操作可靠性。具有窄間隙的EM遙測中繼器可提供改善的性能。窄間隙較不傾向于機械故障并且較易于構(gòu)造。由于窄間隙的使用，因而還期望有小的空間節(jié)省。窄間隙是諸鉆探管部分之間在IOmm或更小數(shù)量級上的間隙，并且看似基于系統(tǒng)的消耗性波導行為，尤其是以諸如在海底以下所觀察到的那些高度導電結(jié)構(gòu)之類的高度導電結(jié)構(gòu)來工作。圖3解說了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的裝置200和系統(tǒng)沈4?？梢耘c以上所描述的且在圖1和圖2中所示的裝置110、120、150和160類似或相同的裝置200可包括作為井下鉆井操作的一部分的鉆柱208的諸部分。例如，可以看到系統(tǒng)264可如何形成位于井206的表面204處的鉆機202的一部分。鉆機202可提供對鉆柱208的支持。鉆柱208操作以穿透用于鉆出通過地表下結(jié)構(gòu) 214的鉆孔212的轉(zhuǎn)盤210。鉆柱208可包括方鉆探管216、鉆探管218和或許位于鉆探管 218的下部的井底組裝件220。鉆柱208可包括有線和無線的鉆探管，以及有線和無線的繞性油管，包括分段的鉆探管、外殼和繞性油管。井底組裝件220可包括鉆環(huán)222、井下工具2M和鉆頭226。鉆頭2 可操作以通過穿透表面204和地表下結(jié)構(gòu)214來創(chuàng)生鉆孔212。井下工具2 可包括數(shù)種不同類型的工具中的任何一種，這些工具包括鉆井時測量(MWD)工具、鉆井時記錄(LWD)工具和其他工具。在鉆井操作期間，鉆柱208(或許包括方鉆探管216、鉆探管218和井底組裝件 220)可通過轉(zhuǎn)盤210來旋轉(zhuǎn)。補充地或替換地，井底組裝件220還可通過位于井下的電動機(例如，井下馬達)來旋轉(zhuǎn)。鉆環(huán)222可被用來將重量添加至鉆頭226。鉆環(huán)222還可使井底組裝件220變硬以允許井底組裝件220向鉆頭2 傳遞所添加的重量，并進而輔助鉆頭226穿透表面204和地表下結(jié)構(gòu)214。在鉆井操作期間，抽泥泵232可將鉆井液(有時被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為“鉆探泥漿”)從泥漿池234通過軟管236泵入到鉆探管218中并向下泵至鉆頭226。鉆井液可從鉆頭2 流出并通過鉆探管218與鉆孔212側(cè)面之間的環(huán)狀區(qū)域240返回到表面204。鉆井液可以隨后返回到泥漿池234，其中此類鉆井液被過濾。在一些實施例中，鉆井液可被用來冷卻鉆頭226以及在鉆井操作期間提供對鉆頭2 的潤滑。另外，鉆井液可被用來移除通過操作鉆頭2 所創(chuàng)生的地表下結(jié)構(gòu)214的鉆屑。因此，現(xiàn)在參照圖1和圖2，可見在一些實施例中，系統(tǒng)264可包括鉆環(huán)222、和/ 或井下工具224、以及與一個或多個裝置200附連的鉆柱208。井下工具2M可包括LWD工具或MWD工具。鉆柱208可機械地耦合至井下工具224。在一些實施例中，則諸如具有可選擇的信號傳播間隙和/或中繼器的管狀構(gòu)件耦合系統(tǒng)之類的系統(tǒng)264可包括井下工具270以耦合至具有銷末端、盒末端或這兩者的組合的一個或多個管狀構(gòu)件(例如，鉆探管部分218可包括一個或多個環(huán)狀構(gòu)件)以附連至或包括一個或多個裝置200。所有附圖中所示的所有元件可在本文中被表征為“模塊”。此類模塊可包括硬件電路系統(tǒng)、處理器、存儲器電路、軟件程序模塊和對象、和固件、以及其組合，如由裝置110、 120、150、160、200和系統(tǒng)沈4的架構(gòu)所期望的，并且適合于各種實施例的特定實現(xiàn)。例如， 在一些實施例中，此類模塊可被包括在裝置和/或系統(tǒng)操作模擬包中，諸如軟件電信號模擬包、對準和同步模擬包、和/或被用于模擬各種潛在實施例的操作的軟件和硬件的組合。應(yīng)當理解，除了用于鉆井和記錄操作之外，各種實施例的裝置和系統(tǒng)可在諸應(yīng)用中使用，并且各種實施例并不因此被限定。對裝置110、120、150、160和200以及系統(tǒng)沈4 的解說旨在提供對各種實施例的結(jié)構(gòu)的一般理解，并且它們并不旨在用作對可能利用本文中所描述的結(jié)構(gòu)的裝置和系統(tǒng)的所有元件和特征的完整描述?？砂ǜ鞣N實施例的新穎的裝置和系統(tǒng)的應(yīng)用可包括在高速計算機中使用的電子電路系統(tǒng)、通信和信號處理電路系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器、處理器模塊、嵌入式處理器、數(shù)據(jù)開關(guān)、和包括多層多芯片模塊的專用模塊。此類裝置和系統(tǒng)還可進一步被包括為諸如電視、個人計算機、工作站、包括飛行器和船的車輛以及蜂窩電話之類的各種電子系統(tǒng)內(nèi)的子組件。 一些實施例包括數(shù)個方法。例如，圖4是解說根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的若干方法411的流程圖。在一些實施例中，方法411可在框419處開始，其中監(jiān)視位于井下的鉆柱的第一選定間隔上的與傳送或接收結(jié)構(gòu)中和/或鉆柱上的信號相關(guān)聯(lián)的第一狀況。方法411可繼續(xù)行進至框423，其中監(jiān)視鉆柱的第二選定間隔上的與傳送或接收結(jié)構(gòu)中和/或鉆柱上的信號相關(guān)聯(lián)的第二狀況。被監(jiān)視的狀況可包括接頭溫度和循環(huán)歷史、電信號強度、磁信號強度、對與間隙相關(guān)聯(lián)的機械應(yīng)力或電阻抗的近似測量、等等。方法411可隨后行進至框433，其中將第一狀況與第二狀況相比較以提供比較結(jié)果。比較結(jié)果可與經(jīng)由使電信號強度和/或磁信號強度最大化來優(yōu)化信號的接收相關(guān)聯(lián)， 或者與經(jīng)由施加除間隙阻抗之外的阻抗以向結(jié)構(gòu)、鉆柱或結(jié)構(gòu)和鉆柱兩者傳遞最大功率量來優(yōu)化信號的傳輸相關(guān)聯(lián)。基于比較結(jié)果，方法411可通過選擇第一選定間隔或第二選定間隔中的一者來行進至框439或框443以傳送或接收結(jié)構(gòu)中和/或鉆柱上的信號。其他方法可被實現(xiàn)。應(yīng)當注意，本文中所描述的方法不必按所描述的次序或者任何特定的次序來執(zhí)行。不僅如此，參照本文中標識的方法所描述的各種動作可以按迭代、重復、串行或并行的方式來執(zhí)行。包括參數(shù)、命令、操作數(shù)和其他數(shù)據(jù)的信息可以按一個或多個載波的形式來發(fā)送和接收?！┳x取和理解了本公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解軟件程序可從基于計算機的系統(tǒng)中的計算機可讀介質(zhì)啟動以執(zhí)行該軟件程序中定義的功能的方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解可被用來創(chuàng)生被設(shè)計成實現(xiàn)和執(zhí)行本文中所公開的方法的一個或多個軟件程序的各種編程語言。這些程序可以按面向?qū)ο蟮母袷绞褂弥T如Java或C++之類的面向?qū)ο笳Z言來構(gòu)造。替換地，這些程序可以按面向過程的格式使用諸如匯編或C之類的過程語言來構(gòu)造。軟件組件可使用任何數(shù)目的對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言公知的機制來通信，諸如應(yīng)用程序接口或包括遠程過程調(diào)用的進程間通信技術(shù)。各種實施例的教導不限于任何特定的編程語言或環(huán)境。因此，其他實施例可被實現(xiàn)。例如，圖5是解說根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的制品 500的框圖。在一些實施例中，制品500可包括計算機、存儲器系統(tǒng)、磁盤或光盤、其他某個存儲設(shè)備、和/或任何類型的電子設(shè)備或系統(tǒng)。因此，制品500可包括耦合至諸如其上存儲有相關(guān)聯(lián)的信息591 (例如，計算機程序指令和/或數(shù)據(jù))的存儲器之類的計算機可讀介質(zhì) 589(可移除的存儲介質(zhì)以及包括電導體、光導體或電磁導體的任何存儲器)的計算機587， 該信息591在被執(zhí)行時導致該計算機執(zhí)行關(guān)于以上方法所描述的任何動作。許多實施例可以因此被實現(xiàn)。例如，在一實施例中，一種方法包括監(jiān)視位于井下的鉆柱的第一選定間隔上的與傳送或接收結(jié)構(gòu)中和/或鉆柱上的信號相關(guān)聯(lián)的第一狀況；監(jiān)視該鉆柱的第二選定間隔上的與傳送或接收該結(jié)構(gòu)中和/或該鉆柱上的信號相關(guān)聯(lián)的第二狀況；將第一狀況與第二狀況相比較以提供比較結(jié)果；以及基于該比較結(jié)果，選擇第一選定間隔或第二選定間隔中的一者來傳送或接收該結(jié)構(gòu)中和/或該鉆柱上的信號。在該方法的一些實施例中，比較結(jié)果與經(jīng)由使電信號強度和/或磁信號強度最大化來優(yōu)化信號的接收和/或經(jīng)由施加除間隙阻抗之外的阻抗以向結(jié)構(gòu)、鉆柱或結(jié)構(gòu)和鉆柱兩者傳遞最大功率量來優(yōu)化信號傳輸中的至少一者相關(guān)聯(lián)。在一些實施例中，鉆柱的第一選定間隔或第二選定間隔中的至少一者可包括電絕緣間隙，并且選擇第一選定間隔或第二選定間隔中的一者包括選擇該電絕緣間隙。在該方法的一些實施例中，第一狀況或第二狀況中的至少一者可包括信號的電信號強度或信號的磁信號強度中的至少一者。在一些實施例中，第一狀況或第二狀況中的至少一者包括對分別與第一間隔內(nèi)的第一間隙或第二間隔內(nèi)的第二間隙中的一者相關(guān)聯(lián)的機械應(yīng)力或電阻抗的近似測量。該方法的一些實施例包括接收作為信號的一部分的鉆井時記錄數(shù)據(jù)。一些實施例包括通過經(jīng)由信號從表面記錄設(shè)備向井下工具發(fā)送命令的方式來操作該井下工具。該方法的一些實施例包括選擇鉆柱中的間隙以傳播來自從多個不同寬度的間隙的信號。一些實施例包括選擇鉆柱中的多個間隙以傳播信號，其中基于數(shù)個間隙的有效組合寬度來確定該多個間隙的數(shù)目。在一實施例中，一種裝置包括圓筒，該圓筒包括使用N-I個過盈配合間隙來耦合在一起的N個部分，該N-I個過盈配合間隙包括第一間隙集合和第二間隙集合；至少一個電開關(guān)，其可切換地選擇來自第一間隙集合的第一間隙和來自第二間隙集合的第二間隙，對第一間隙和第二間隙的選擇基于將與關(guān)聯(lián)于跨第一間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第一狀況和與關(guān)聯(lián)于跨第二間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第二狀況相比較。圓筒可包括包含導體的預布線鉆探管的至少一部分。電開關(guān)可包括繼電器，該繼電器用于分別使第一間隙集合或第二間隙集合中不是第一間隙或第二間隙的至少一個間隙電氣短路。該裝置的一些實施例包括至少一個電磁遙測中繼器以跨第一間隙或第二間隙中的一者傳送或接收信號。在一些實施例中，該裝置包括導體，該導體包括至一兩根導線以將信號從第一間隙集合傳導至第二間隙集合。該裝置的一些實施例包括無線通信鏈路以在第一間隙集合與第二間隙集合之間傳播信號。一些實施例包括電子模塊以確定比較的結(jié)果并操作電子開關(guān)。該電子模塊可包括處理器和用于存儲程序的存儲器，該程序在被執(zhí)行時使該處理器確定結(jié)果并操作電子開關(guān)。一些實施例包括存儲器和用于在該存儲器中存儲與第一間隙或第二間隙中的至少一者相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力歷史、熱循環(huán)歷史、或間隙阻抗歷史的至少一者的處理器。該裝置的一些實施例包括一個或更多個傳感器以提供與第一狀況或第二狀況相關(guān)聯(lián)的值。這些傳感器可包括電信號強度傳感器、磁信號強度傳感器、機械應(yīng)變傳感器、電阻抗傳感器、或熱傳感器中的一者或多者。在一實施例中，一種系統(tǒng)包括鉆柱，該鉆柱包括使用N-I個過盈配合間隙來耦合在一起的N個部分，該N-I個過盈配合間隙包括第一間隙集合和第二間隙集合；以及至少一個電開關(guān)，其可切換地選擇來自第一間隙集合的第一間隙和來自第二間隙集合的第二間隙，對第一間隙和第二間隙的選擇基于將與關(guān)聯(lián)于跨第一間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第一狀況和與關(guān)聯(lián)于跨第二間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第二狀況相比較。該系統(tǒng)還可包括用于耦合至鉆柱的井下工具。該井下工具可包括LWD工具。在一些實施例中，該系統(tǒng)包括表面設(shè)備以接收或傳送信號。一些實施例可包括附連至鉆柱的電磁中繼器以向表面設(shè)備傳送信號或從表面設(shè)備接收信號。一些實施例可包括一組圓環(huán)以在第一間隙集合與第二間隙集合之間傳播信號。一些實施例包括其上存儲有指令的計算機可讀介質(zhì)，這些指令在由計算機執(zhí)行時使該計算機執(zhí)行包括以下動作的方法監(jiān)視與關(guān)聯(lián)于跨鉆柱中的第一間隙傳播信號的傳播狀況相對應(yīng)的第一狀況；將第一狀況和與關(guān)聯(lián)于跨鉆柱中的第二間隙傳播信號的傳播狀況相對應(yīng)的第二狀況相比較以提供比較結(jié)果；以及基于該比較結(jié)果來選擇第一間隙或第二間隙中的一者以用作用于接收或傳送信號的傳播間隙。在一些實施例中，計算機可讀介質(zhì)中的指令在由計算機執(zhí)行時使計算機執(zhí)行包括以下動作的方法對跨包括第一間隙的第一間隙集合的電氣短路連接進行排序；測量第一間隙集合中除第一間隙之外的所有間隙被短路時的第一狀況的值；以及測量第一間隙集合中除另一間隙之外的包括第一間隙在內(nèi)的所有間隙被短路時的第一狀況的值。在一些實施例中，計算機可讀介質(zhì)中的指令在由計算機執(zhí)行時使該計算機執(zhí)行包括以下動作的方法基于指示與信號相關(guān)聯(lián)的信號強度的比較結(jié)果來選擇第一間隙或第二間隙中的一者。在一些實施例中，計算機可讀介質(zhì)中的指令在由計算機執(zhí)行時使該計算機執(zhí)行包括以下動作的方法使用基本上恒定包絡(luò)的相位或頻率調(diào)制技術(shù)來調(diào)制信號。使用本文中公開的耦合裝置、系統(tǒng)和方法可提供改善的EM遙測信號傳播?？蓪е孪到y(tǒng)操作成本降低。構(gòu)成本文的一部分的附圖藉由解說而非限定示出了在其中可實踐主題內(nèi)容的具體實施例。所解說的實施例是以充分詳細以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本文中所公開的教導的方式來描述的?？蓮谋竟_文本中使用并推導出其他實施例，由此可進行結(jié)構(gòu)性的或邏輯性的替代和改變，而不脫離本公開的范圍。因此，本詳細描述不具有限定意義，并且各種實施例的范圍僅由所附權(quán)利權(quán)利要求連同這些權(quán)利要求授權(quán)的等效物的全部范圍來定義。在本描述中，闡述了諸如邏輯實現(xiàn)、偽代碼、指定操作數(shù)的手段、資源劃分、共享和復制實現(xiàn)、系統(tǒng)組件的類型和相互關(guān)系、以及邏輯劃分/整合選擇之類的多個具體細節(jié)，以提供對各種實施例的更透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當領(lǐng)會，沒有這些具體細節(jié)也可實踐本發(fā)明的諸實施例。在其他實例中，未詳細示出控制結(jié)構(gòu)、門級電路以及完整軟件指令序列，以免使本發(fā)明的實施例難以理解。發(fā)明的主題內(nèi)容的此類實施例可在本文中被個體地和/或集合地由術(shù)語“發(fā)明” 來述及，這僅僅出于便利目的，而不旨在將本申請的范圍限制到任何單個發(fā)明或發(fā)明概念 (若一個以上發(fā)明或發(fā)明概念實際上已被公開)。因此，雖然在本文中解說并描述了特定實施例，但應(yīng)當領(lǐng)會，被打算成達成相同目的的任何布置可被用于替代所示出的特定實施例。 本公開旨在覆蓋各種實施例的所有改變或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了以上描述之后將熟知上述實施例的組合以及在此沒有特別描述的其他實施例。提供本公開的摘要以遵循37C. F. R. § 1.72(b)節(jié)，其要求將允許讀者能快速明白技術(shù)公開的本質(zhì)的摘要。應(yīng)理解，它將不用于解讀或限制權(quán)利要求的范圍或含義。此外，在前述的詳細描述中，為使本公開更為流暢的目的，可將各種特征編組在單個實施例中。本公開的方法不應(yīng)被解讀為反映所要求保護的實施例需要比在每一項權(quán)利要求中明確表述的特征更多的特征的意圖。相反，如以下權(quán)利要求反映的，各發(fā)明性主題內(nèi)容可在于比單個公開實施例的全部特征更少的特征。因此，以下權(quán)利要求被納入詳細描述中，其中每一項權(quán)利要求獨自作為單獨的實施例。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括監(jiān)視位于井下的鉆柱的第一選定間隔上的與傳送或接收結(jié)構(gòu)中和/或鉆柱上的信號相關(guān)聯(lián)的第一狀況；監(jiān)視所述鉆柱的第二選定間隔上的與傳送或接收所述結(jié)構(gòu)中和/或所述鉆柱上的所述信號相關(guān)聯(lián)的第二狀況；將所述第一狀況與所述第二狀況相比較以提供比較結(jié)果；以及基于所述比較結(jié)果，選擇所述第一選定間隔或所述第二選定間隔中的一者來傳送或接收所述結(jié)構(gòu)中和/或所述鉆柱上的所述信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述比較結(jié)果與經(jīng)由使電信號強度和/或磁信號強度最大化來優(yōu)化所述信號的接收和/或經(jīng)由施加除間隙阻抗之外的阻抗以向所述結(jié)構(gòu)、所述鉆柱或所述結(jié)構(gòu)和所述鉆柱兩者傳遞最大功率量來優(yōu)化所述信號的傳輸中的至少一者相關(guān)聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉆柱的所述第一選定間隔或所述第二選定間隔中的至少一者包含電絕緣間隙，并且其中選擇所述第一選定間隔或所述第二選定間隔中的一者包括選擇所述電絕緣間隙。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一狀況或所述第二狀況中的至少一者包括所述信號的電信號強度或所述信號的磁信號強度中的至少一者。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一狀況或所述第二狀況中的至少一者包括對分別與所述第一間隔內(nèi)的第一間隙或所述第二間隔內(nèi)的第二間隙中的一者相關(guān)聯(lián)的機械應(yīng)力或電阻抗的近似測量。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括接收作為所述信號的一部分的鉆井時記錄數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括通過經(jīng)由所述信號從表面記錄設(shè)備向井下工具發(fā)送命令來操作所述井下工具。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括選擇所述鉆柱中的間隙來傳播來自多個不同寬度的間隙的信號。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括選擇所述鉆柱中的多個間隙來傳播所述信號，其中所述多個間隙的數(shù)目是基于所述多個間隙的有效組合寬度來確定的。
10.一種裝置，包括圓筒，其包括使用N-I個過盈配合間隙來耦合在一起的N個部分，所述N-I個過盈配合間隙包括第一間隙集合和第二間隙集合；以及至少一個電開關(guān)，其可切換地選擇來自所述第一間隙集合的第一間隙和選擇來自所述第二間隙集合的第二間隙，對所述第一間隙和所述第二間隙的所述選擇基于將與關(guān)聯(lián)于跨所述第一間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第一狀況和與關(guān)聯(lián)于跨所述第二間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第二狀況相比較。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進一步包括至少一個電磁遙測中繼器，其跨所述第一間隙或所述第二間隙中的一者傳送或接收所述信號。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述電開關(guān)包括繼電器，用于分別使所述第一間隙集合或所述第二間隙集合中不是所述第一間隙或所述第二間隙的至少一個間隙電氣短路。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進一步包括導體，其包括至少一根導線以將所述信號從所述第一間隙集合傳導到所述第二間隙集I=I O
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述圓筒包括 包括所述導體的預布線鉆探管的至少一部分。
15.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進一步包括無線通信鏈路，用于在所述第一間隙集合與所述第二間隙集合之間傳播所述信號。
16.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進一步包括 電子模塊，用于確定所述比較的結(jié)果并操作所述電開關(guān)。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述電子模塊包括 處理器；以及存儲器，用于存儲程序，所述程序在被執(zhí)行時使所述處理器確定所述結(jié)果并操作所述電開關(guān)。
18.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進一步包括至少一個傳感器，用于提供與所述第一狀況或所述第二狀況相關(guān)聯(lián)的值。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述至少一個傳感器包括電信號強度傳感器、磁信號強度傳感器、機械應(yīng)變傳感器、電阻抗傳感器、或熱傳感器中的一者。
20.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進一步包括 存儲器；以及處理器，用于在所述存儲器中存儲與所述第一間隙或所述第二間隙中的至少一者相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力歷史、熱循環(huán)歷史、或間隙阻抗歷史中的至少一者。
21.—種系統(tǒng)，包括鉆柱，其包括使用N-I個過盈配合間隙來耦合在一起的N個部分，所述N-I個過盈配合間隙包括第一間隙集合和第二間隙集合；以及至少一個電開關(guān)，其可切換地選擇來自所述第一間隙集合的第一間隙和選擇來自所述第二間隙集合的第二間隙，對所述第一間隙和所述第二間隙的所述選擇基于將與關(guān)聯(lián)于跨所述第一間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第一狀況和與關(guān)聯(lián)于跨所述第二間隙傳播信號的傳播狀況對應(yīng)的第二狀況相比較；以及井下工具，用于耦合至所述鉆柱。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井下工具包括 鉆井時記錄(LWD)工具。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于。包括 表面設(shè)備，用于接收或傳送所述信號。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括附連至所述鉆柱的電磁中繼器，用于向所述表面設(shè)備傳送所述信號或從所述表面設(shè)備接收所述信號。
25.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一組圓環(huán)，用于在所述第一間隙集合與所述第二間隙集合之間傳播所述信號。
26.一種其上存儲有指令的計算機可讀介質(zhì)，所述指令在由計算機執(zhí)行時使所述計算機執(zhí)行包括以下動作的方法監(jiān)視與關(guān)聯(lián)于跨鉆柱中的第一間隙傳播信號的傳播狀況相對應(yīng)的第一狀況；將所述第一狀況和與關(guān)聯(lián)于跨鉆柱中的第二間隙傳播信號的傳播狀況相對應(yīng)的第二狀況相比較以提供比較結(jié)果；以及基于所述比較結(jié)果來選擇所述第一間隙或所述第二間隙中的一者以用作用于接收或傳送所述信號的傳播間隙。
27.如權(quán)利要求沈所述的計算機可讀介質(zhì)，其特征在于，所述指令在由所述計算機執(zhí)行時使所述計算機執(zhí)行進一步包括以下動作的所述方法對跨包括所述第一間隙的第一間隙集合的電氣短路連接進行排序；測量所述第一間隙集合中除所述第一間隙之外的所有間隙被短路時的所述第一狀況的值；以及測量所述第一間隙集合中除另一間隙之外的包括所述第一間隙在內(nèi)的所有間隙被短路時的所述第一狀況的值。
28.如權(quán)利要求沈所述的計算機可讀介質(zhì)，其特征在于，所述指令在由所述計算機執(zhí)行時使所述計算機執(zhí)行進一步包括以下動作的所述方法基于指示與所述信號相關(guān)聯(lián)的信號強度的所述比較結(jié)果來選擇所述第一間隙或第二間隙中的一者。
29.如權(quán)利要求沈所述的計算機可讀介質(zhì)，其特征在于，所述指令在由所述計算機執(zhí)行時使所述計算機執(zhí)行進一步包括以下動作的所述方法使用基本上恒定包絡(luò)的相位或頻率調(diào)制技術(shù)來調(diào)制所述信號。
全文摘要
在一些實施例中，一種裝置和系統(tǒng)以及方法和制品可用于監(jiān)視位于井下的鉆柱的第一選定間隔上的與傳送或接收結(jié)構(gòu)中和/或鉆柱上的信號相關(guān)聯(lián)的第一狀況；監(jiān)視該鉆柱的第二選定間隔上的與傳送或接收該結(jié)構(gòu)中和/或該鉆柱上的信號相關(guān)聯(lián)的第二狀況；將第一狀況與第二狀況相比較以提供比較結(jié)果；以及基于該比較結(jié)果來選擇第一選定間隔或第二選定間隔中的一者來傳送或接收該結(jié)構(gòu)中和/或該鉆柱上的信號。還公開了附加的裝置、系統(tǒng)和方法。
文檔編號G01V3/00GK102239430SQ200980149047
公開日2011年11月9日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者C·D·梅尼澤斯, P·F·羅得尼 申請人:哈里伯頓能源服務(wù)公司