專利名稱：用于測(cè)量和鉆探控制的雙向鉆柱遙測(cè)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆探和生產(chǎn)碳?xì)浠衔锞募夹g(shù)領(lǐng)域，并涉及井底地層性 質(zhì)的測(cè)量，以及涉及井底與地面設(shè)備之間的測(cè)量和控制信息的雙向通信。
背景技術(shù)：
隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)的出現(xiàn)，以及特殊鉆井方法 比如定向鉆井的地面控制的發(fā)展，己經(jīng)在鉆井和生產(chǎn)碳?xì)浠衔锞募夹g(shù) 領(lǐng)域取得了重要的進(jìn)步。這些方法需要在地面與井底測(cè)量及鉆井設(shè)備之間 在兩個(gè)方向上都進(jìn)行通信。目前，泥漿脈沖遙測(cè)技術(shù)是在鉆井的同時(shí)迸行 井底設(shè)備與地面之間的通信這個(gè)方面普遍商業(yè)使用的唯一技術(shù)。[除非另外 地說明，全文中涉及到的"鉆井的同時(shí)"或"隨鉆"等是表示鉆柱處在鉆 井中或部分地處在鉆井中，作為包括鉆井、中止和/或起下鉆(tripping) 的整個(gè)鉆井操作的一部分，而不必要求鉆頭正在旋轉(zhuǎn)。]在泥漿脈沖遙測(cè) 技術(shù)中，數(shù)據(jù)作為壓力脈沖在鉆井液中傳輸。不過，泥漿脈沖遙測(cè)技術(shù)具 有公知的局限，包括相對(duì)較慢的通信，低的數(shù)據(jù)速率和差的可靠性。當(dāng)前 的泥漿脈沖遙測(cè)技術(shù)僅能夠以大約每秒12位(bit)的速率發(fā)送MWD/LWD 數(shù)據(jù)。在許多情況下，該速率不足以發(fā)送由LWD下井儀器串(tool string) 收集的所有數(shù)據(jù)，或者在想要的下井儀器串的構(gòu)造方面存在限制。此外， 泥漿脈沖技術(shù)在延伸到達(dá)的井孔中不能良好地工作。為了控制工序比如定 向鉆井和鉆具運(yùn)行而通過調(diào)節(jié)泥漿泵流實(shí)現(xiàn)從井上到井底的信號(hào)傳遞也 很慢，且具有非常低的信息速率。此外，在特定的情況下，例如采用氣體 或泡沫鉆探流體的欠平衡的鉆井情況下，當(dāng)前的泥漿脈沖遙測(cè)技術(shù)不起作 用。近年來己經(jīng)有各種嘗試來開發(fā)泥漿脈沖遙測(cè)技術(shù)的替代技術(shù)，這些技 術(shù)更快，具有更高的數(shù)據(jù)速率，并且不需要特殊類型的鉆探流體的存在。例如，已經(jīng)提出了聲學(xué)遙測(cè)，其通過鉆柱發(fā)送聲波。數(shù)據(jù)速率估算為大約 比泥漿脈沖遙測(cè)高一個(gè)數(shù)量級(jí)，但仍有限，且噪聲是個(gè)問題。聲學(xué)遙測(cè)還 未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化利用。另一個(gè)例子是穿過地表的電磁遙測(cè)。該技術(shù)被認(rèn)為具 有有限的范圍，取決于鉆井周圍的地層的性質(zhì)尤其是電阻系數(shù)，并也具有 有限的數(shù)據(jù)速率。長(zhǎng)期以來提出在鉆桿中設(shè)置用于傳送信號(hào)的電線。 一些早期的針對(duì)有線的鉆柱的建議披露在U.S.專利No. 4126848, U.S.專利No.3957118和 U.S.專利No.3807502和出版物"用于MWD的四個(gè)不同的系統(tǒng)"("Four Different Systems Used for MWD") ， W丄Mcdonald, The Oil and Gas Journal, 115-124頁(yè)，1978年4月3日。還已經(jīng)提出比如在管接頭處使用感應(yīng)耦合器的構(gòu)思。以下文獻(xiàn)披露了 在鉆柱中使用感應(yīng)耦合器U.S.專利No.4605268，俄羅斯聯(lián)邦公布的1997 年12月18日提交的專利申請(qǐng)2140527，俄羅斯聯(lián)邦公布的1992年2月 14日提交的專利申請(qǐng)2040691，以及WO出版物90A4497A2，以及參見 U.S.專利No.5052941, U.S.專利No.4806928, U.S,專利No.4901069, U.S.專 利No.5531592, U.S.專利No.5278550,以及U.S.專利No.5971072。U.S.專利6641434描述了一種有線鉆管接頭，其在有線(wired)鉆桿 技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ谝愿叩臄?shù)據(jù)速率在地面站與鉆井所處的位置之間雙向地、可 靠地傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)有顯著的進(jìn)步。'434專利披露了一種低損耗的有線鉆管 接頭，其中導(dǎo)電層通過減少在每一個(gè)感應(yīng)耦合器處的電阻損耗和通量損耗 而減少了整個(gè)鉆柱長(zhǎng)度之上的信號(hào)能量損耗。有線鉆管接頭是耐用的，因 為它在導(dǎo)電層中存在縫隙的情況下也保持可操作。鉆柱遙測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中的 性能以及這些和其他進(jìn)步在以下方面提供了創(chuàng)新的機(jī)會(huì)應(yīng)用范圍、速度 以及數(shù)據(jù)速率方面的現(xiàn)有缺點(diǎn)在以前已經(jīng)限制了系統(tǒng)的性能。本發(fā)明的其中一個(gè)目的是利用與先進(jìn)雙向鉆柱遙測(cè)技術(shù)的協(xié)同配合， 提供改進(jìn)的測(cè)量和地層測(cè)井操作，以及鉆井參數(shù)的改進(jìn)控制和優(yōu)化，迄今 為止這些都由于各種原因而不能實(shí)現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明具有這樣的特征，這些特征尤其充分利用了鉆柱遙測(cè)技術(shù)中的新近進(jìn)步。有利地，在其實(shí)施例中，基本上采用了實(shí)時(shí)雙向通信，以改進(jìn) 鉆井(以及中止和起下鉆)工序過程中的測(cè)量和控制，從而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的操 作和決策。本發(fā)明的一種形式應(yīng)用于與鉆探地表井的操作結(jié)合使用，該操作使 用鉆機(jī)；鉆柱，其大致上端可機(jī)械地結(jié)合在鉆機(jī)上并懸掛在鉆機(jī)上；以 及鄰近鉆柱下端的井底鉆具組件，該井底鉆具組件包括在其下端處的鉆 頭。提出一種用于獲得關(guān)于在井底鉆具組件處檢測(cè)的至少一個(gè)參數(shù)的信息 的方法，包括以下步驟在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置，所述 至少一個(gè)測(cè)量裝置產(chǎn)生代表在井底鉆具組件處的測(cè)量條件的測(cè)量數(shù)據(jù)；在地表面處提供井上處理器系統(tǒng)；提供與所述至少一個(gè)測(cè)量裝置相耦合且與 井上處理器系統(tǒng)相耦合的鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)；以及將所述數(shù)據(jù)從測(cè)量裝置經(jīng)由 鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)骄咸幚砥飨到y(tǒng)。(如這里所用，所提到的地表面包 括適于陸上或海上鉆井的任何陸地、水或冰表面處或附近的地點(diǎn))。在其實(shí)施例中，井底鉆具組件的測(cè)量條件是測(cè)得的包圍井底鉆具組件 的地層的性質(zhì)，且在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置的步驟包括在 井底鉆具組件中提供隨鉆測(cè)井裝置。在該實(shí)施例中，提供隨鉆測(cè)井裝置的 步驟包括提供從由電阻率測(cè)量裝置、定向電阻率測(cè)量裝置、聲波測(cè)量裝置、 核測(cè)量裝置、核磁共振測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、地震測(cè)量裝置、成像裝 置和地層采樣裝置構(gòu)成的組中選擇的裝置。在其另一個(gè)實(shí)施例中，在井底鉆具組件處的測(cè)量條件是測(cè)得的鉆井特 性，且在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置的步驟包括在井底鉆具組 件中提供隨鉆測(cè)量裝置。在該實(shí)施例中，提供隨鉆測(cè)量裝置的步驟包括提 供從由鉆壓(wdght-on-bit)測(cè)量裝置、扭矩測(cè)量裝置、振動(dòng)測(cè)量裝置、 沖擊測(cè)量裝置、粘滑測(cè)量裝置、方向測(cè)量裝置和傾度測(cè)量裝置構(gòu)成的組中 選擇的裝置。在其另一個(gè)實(shí)施例中，井底鉆具組件包括定向鉆井子系統(tǒng)，且在地面 處理器處產(chǎn)生控制信號(hào)的步驟包括產(chǎn)生導(dǎo)向控制信號(hào)。在該實(shí)施方式中， 該定向鉆井子系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，且在地面處理器處產(chǎn)生控制信號(hào)的 步驟包括產(chǎn)生用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的導(dǎo)向控制信號(hào)。在本發(fā)明的一種形式中，在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置的步驟包括在井底鉆具組件中提供多個(gè)測(cè)量裝置，該多個(gè)測(cè)量裝置產(chǎn)生代表 井底鉆具組件處的多個(gè)條件的測(cè)量數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一種形式中，鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)是雙向的且包括在至少一部分 鉆柱中的有線鉆桿。在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，在鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與井上處 理器之間設(shè)有無(wú)線耦合。井上處理器系統(tǒng)可以大致位于鉆機(jī)的附近，或者 可以在遠(yuǎn)離所述鉆機(jī)的位置。該鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)可以是包括多種不同類型的 遙測(cè)媒介的混合遙測(cè)系統(tǒng)。在所披露的實(shí)施例中，混合鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)包括 有線鉆桿的一部分，以及從由電纜媒介、光纜媒介和無(wú)線傳輸媒介構(gòu)成的 組中選擇的遙測(cè)媒介的至少一部分。在該實(shí)施例中，所述有線鉆桿的一部 分包括相連接的鉆桿，每一個(gè)鉆桿包括具有帶有導(dǎo)電環(huán)的感應(yīng)耦合器的陽(yáng)螺紋端部(pin end)、具有帶有導(dǎo)電環(huán)的感應(yīng)耦合器的陰螺紋端部(box end),以及聯(lián)接在所述陽(yáng)螺紋端部感應(yīng)耦合器與陰螺紋端部感應(yīng)耦合器之 間的至少一個(gè)導(dǎo)體，從而相鄰的鉆桿在它們相連接的陽(yáng)螺紋和陰螺紋端部 處感應(yīng)耦合。為傳播得更遠(yuǎn)，可以在鉆桿之間的接頭處設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)器子系統(tǒng)。 然而，在本發(fā)明的一種形式中，也可以在所述相連接的鉆桿的大于大約 2000 ft的長(zhǎng)度上提供所述有線鉆桿的一部分而不用任何轉(zhuǎn)發(fā)器。在本發(fā)明的使用上述類型的有線鉆桿部分的實(shí)施例中，傳輸數(shù)據(jù)的步 驟包括在具有小于大約500 KHz的頻率的載體上傳輸所述數(shù)據(jù)。在該實(shí)施 例中，數(shù)據(jù)以至少每秒100比特的速率傳輸，且基本上實(shí)時(shí)地進(jìn)行雙向傳 輸。在本發(fā)明的一種形式中，控制信號(hào)在井上處理器處產(chǎn)生并經(jīng)由鉆柱遙 測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)骄足@具組件。在本發(fā)明該形式的實(shí)施例中，井底鉆具組件 包括定向鉆井子系統(tǒng)，且控制信號(hào)是導(dǎo)向控制信號(hào)。在該實(shí)施例中，控制 信號(hào)響應(yīng)于測(cè)量數(shù)據(jù)而產(chǎn)生。通過結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更 加容易理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例且能夠用于實(shí)踐本發(fā)明的方法的實(shí)施例的 系統(tǒng)的圖表，部分地以示意圖形式且部分地以方塊圖形式表示。圖2A是能夠與本發(fā)明實(shí)施例相結(jié)合地使用的無(wú)線收發(fā)器子系統(tǒng)電子 裝置的方塊圖。圖2B是利用無(wú)線收發(fā)器的地面界面的圖表，部分地以橫截面形式且部分地以方塊圖形式表示，其電子裝置和天線安裝在鉆柱上。圖3是感應(yīng)耦合有線鉆桿且披露于U.S.專利號(hào)6641434中的橫截面 圖，其可用作本發(fā)明實(shí)施例中采用的鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的至少一部分。圖4是圖3的一對(duì)面對(duì)的電流回路(current-lo叩)感應(yīng)耦合器元件的 部分切除透視圖。圖5A是圖4所示的該對(duì)面對(duì)的電流回路感應(yīng)耦合器元件的橫截面圖， 它們鎖在一起作為運(yùn)作鉆柱的一部分，包括包圍兩個(gè)芯的閉合的高導(dǎo)電低 導(dǎo)磁率的環(huán)形路徑的橫截面圖。圖5B是更詳細(xì)地表示圖5A所示的電流回路感應(yīng)耦合器元件的電磁 元件的裝配的放大橫截面圖。圖5C是圖5B所示的陰螺紋端部電流回路感應(yīng)耦合器的部分切除透視 圖，詳細(xì)地表示線圈和內(nèi)部電纜。圖6是本發(fā)明方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中的一種類型的地層電阻測(cè)井裝置 的圖表，所述裝置用作隨鉆測(cè)井(LWD)裝置或者一套LWD裝置的一部 分。圖7是本發(fā)明方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中的一種類型的定向電阻裝置的圖 表，所述裝置用作隨鉆測(cè)井(LWD)裝置或一套LWD裝置的一部分。圖8是本發(fā)明方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中的一種類型的聲波測(cè)井裝置的圖 表，所述裝置用作隨鉆測(cè)井(LWD)裝置或一套LWD裝置的一部分。圖9A—9D是本發(fā)明方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中的一種類型的地震測(cè)井裝 置的圖表，所述裝置用作隨鉆測(cè)井(LWD)裝置或一套LWD裝置的一部 分。圖10是是本發(fā)明方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中的一種類型的核測(cè)井裝置的 圖表，所述裝置用作隨鉆測(cè)井(LWD)裝置或一套LWD裝置的一部分。圖11是本發(fā)明的方法和系統(tǒng)實(shí)施例中的一種類型的核磁測(cè)井裝置的 圖表，所述裝置用作隨鉆測(cè)井(LWD)裝置或一套LWD裝置的一部分。圖12是本發(fā)明的方法和系統(tǒng)實(shí)施例中的一種類型的壓力測(cè)量測(cè)井裝置的圖表，所述裝置用作隨鉆測(cè)井(LWD)裝置或一套LWD裝置的一部分。
具體實(shí)施方式
圖1表示可以釆用本發(fā)明的鉆井系統(tǒng)。井場(chǎng)可以在陸上或者海上。在 該示例系統(tǒng)中，鉆井11通過以公知方式旋轉(zhuǎn)鉆探而形成在地表下的地層30中。本發(fā)明的實(shí)施例也可以使用定向鉆井，如后文所述的那樣。鉆柱12懸掛在鉆井11內(nèi)并具有井底鉆具組件100，該井底鉆具組件 100包括在其下端的鉆頭105。地面系統(tǒng)包括位于鉆井11之上的平臺(tái)和鉆 塔裝置IO，該裝置10包括旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)16、方鉆桿17、吊鉤18和水龍頭 19。鉆柱12通過由未示出的裝置供給能量的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)16驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，該 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)16與鉆柱上端處的方鉆桿17相接合。通過允許鉆柱相對(duì)吊鉤 旋轉(zhuǎn)的方鉆桿17和水龍頭19，鉆柱12懸掛在連接到游動(dòng)滑車(也沒有示 出)的吊鉤18上，水龍頭19允許鉆柱相對(duì)吊鉤旋轉(zhuǎn)。如公知的那樣，可 選地可使用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，地面系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)在形成于井位處的凹坑27中的 鉆探流體或泥漿26。泵29將鉆探流體26經(jīng)由水龍頭19中的端口輸送到 鉆柱12的內(nèi)部，使得鉆探流體向下流過鉆柱12，如方向箭頭8所示。鉆 探流體經(jīng)由鉆頭105的端口流出鉆柱12，然后經(jīng)過鉆柱外側(cè)與鉆井壁之間 的環(huán)狀區(qū)域向上循環(huán)，如方向箭頭9所示。在該公知方式中，鉆探流體潤(rùn) 滑鉆頭15并在它返回到凹坑27以便再循環(huán)時(shí)將地層巖屑運(yùn)送到地面上。 如本技術(shù)領(lǐng)域公知的那樣，傳感器可設(shè)置在井場(chǎng)周圍以收集有關(guān)井場(chǎng) 操作以及井場(chǎng)條件的數(shù)據(jù)，優(yōu)選地實(shí)時(shí)收集。例如，這種地面?zhèn)鞲衅骺梢?設(shè)置用來測(cè)量參數(shù)比如豎管壓力、吊鉤載荷、深度、地面扭矩、每分鐘轉(zhuǎn) 速以及其他。所示實(shí)施例的井底鉆具組件100包括界面部件110、隨鉆測(cè)井(LWD) 模塊120、隨鉆測(cè)量(MWD)模塊130、用于定向鉆井的旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向系統(tǒng) 和電動(dòng)機(jī)150以及鉆頭105。LWD模塊120封裝在特殊類型的鉆鋌中，如本領(lǐng)域所公知的那樣， 并可以包含一個(gè)或多個(gè)已知類型的測(cè)井工具。也可以理解可使用超過一個(gè)LWD和/或MWD模塊，例如用120A表示。(全文中，提及120位置處的 模塊也可以可選地指120A位置處的模塊。)LWD模塊包括用于測(cè)量、處 理和存儲(chǔ)信息的能力，以及用于與地面設(shè)備通信的能力。在本實(shí)施例中， LWD模塊可包括例如一個(gè)或多個(gè)以下類型的測(cè)量地層性質(zhì)的測(cè)井裝置 電阻率測(cè)量裝置、定向電阻率測(cè)量裝置、聲波測(cè)量裝置、核測(cè)量裝置、核 磁共振測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、地震測(cè)量裝置、成像裝置以及地層采樣 裝置。MWD模塊130也封裝在特殊類型的鉆鋌中，如本領(lǐng)域所公知的那樣， 并可以包含一個(gè)或多個(gè)用于測(cè)量鉆柱和鉆頭的性質(zhì)的裝置。MWD設(shè)備還 可以包括用于給井下鉆井系統(tǒng)發(fā)電的裝置(未示出)。這通?？梢园ㄓ?鉆探流體的流動(dòng)提供動(dòng)力的泥漿渦輪發(fā)電機(jī)，也可以采用其他的動(dòng)力和/ 或電池系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，MWD模塊包括一個(gè)或多個(gè)以下類型的測(cè)量 裝置鉆壓測(cè)量裝置、扭矩測(cè)量裝置、振動(dòng)測(cè)量裝置、沖擊測(cè)量裝置、粘 滑測(cè)量裝置、方向測(cè)量裝置，以及傾度測(cè)量裝置。在本發(fā)明中，釆用了鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)，在所示的實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括 從地面部件185延伸到井底鉆具組件中的界面部件110的電感耦合有線鉆 桿180系統(tǒng)。根據(jù)包括鉆柱長(zhǎng)度在內(nèi)的因素，繼電器部件或轉(zhuǎn)發(fā)器可以每 隔一段距離地設(shè)置在有線鉆桿的柱中， 一個(gè)例子表示為182。繼電器部件 可以設(shè)有傳感器，在共同待審的U.S.專利申請(qǐng)?zhí)?文件號(hào)19.0410/11) 中有進(jìn)一步的說明，該申請(qǐng)與本申請(qǐng)?jiān)谕蝗仗峤?，并屬于與本申請(qǐng)相同 的受讓人。界面部件110提供LWD和MWD模塊與鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)之間的通信電 路的界面，在該實(shí)施例中，該鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)包括具有感應(yīng)耦合器的有線鉆 桿。界面部件IIO，其也可以設(shè)有傳感器，在共同審理中的U.S.專利申請(qǐng) 序列號(hào)(文件19.0410/11)中有進(jìn)一步的說明。該申請(qǐng)與本申請(qǐng)?jiān)谕?日提交，并屬于與本申請(qǐng)相同的受讓人。在有線鉆柱的頂部，是地面部件或地面界面185。當(dāng)使用有線鉆桿系 統(tǒng)時(shí)，必須在最上面的有線鉆桿與地面處理器之間具有通信鏈環(huán)(除其他 以外，該通信鏈環(huán)通常執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)以下功能接收和/或發(fā)送數(shù)據(jù)、記 錄信息和/或控制去往和/或來自井底與地面設(shè)備的信息、執(zhí)行計(jì)算和分析，并且與操作人員及與遠(yuǎn)程地址通信)。已經(jīng)建議了各種方法，其中的一些總結(jié)在U.S.專利7040415中，包括使用滑環(huán)裝置，以及使用基于電感或所 謂變壓器效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電耦合器。這些技術(shù)被統(tǒng)稱為旋轉(zhuǎn)水龍頭技術(shù)?；h(huán)(也稱作電刷接觸面)是公知的設(shè)計(jì)成將電流或信號(hào)從固定電線傳送到旋 轉(zhuǎn)裝置的電連接器。通常，它由支承在非旋轉(zhuǎn)部件中(例如，支承在方鉆 管接頭的上部)的在旋轉(zhuǎn)金屬環(huán)的外徑上摩擦的固定的石墨或金屬接觸件(電刷)構(gòu)成。隨著金屬環(huán)旋轉(zhuǎn)，電流或信號(hào)通過固定電刷傳導(dǎo)至金屬環(huán)， 形成了連接。已知的作為旋轉(zhuǎn)變壓器的基于電感(變壓器效應(yīng))的旋轉(zhuǎn)電 耦合器，提供了對(duì)于基于旋轉(zhuǎn)與固定電路之間的傳導(dǎo)的滑環(huán)和接觸電刷的 可選替代，所以直接接觸不是必需的。變壓器繞組包括固定線圈和旋轉(zhuǎn)線 圈，兩者都與旋轉(zhuǎn)軸同心。任一個(gè)線圈都能用作初級(jí)繞組而另一個(gè)用作次 級(jí)繞組。本段所述的這些類型的方案可以用作圖1所示的地面部件185。目前，無(wú)線方案是更優(yōu)選的，例如在U.S.專利申請(qǐng)序列號(hào)_ (文件19.0403/32)中所進(jìn)一步說明的這種類型，該申請(qǐng)與本申請(qǐng)?jiān)谕蝗仗峤?，并屬于與本申請(qǐng)相同的受讓人。如所提及的專利申請(qǐng)序列號(hào)_ (文件19.0403/32)的實(shí)施例中所述，地面部件185形式的井上界面與電子裝 置35耦合，所述電子裝置隨著方鉆桿17旋轉(zhuǎn)并包括與測(cè)井及控制單元4 的天線和收發(fā)器雙向通信的收發(fā)器和天線，測(cè)井及控制單元4在本實(shí)施例 中包括井上處理器系統(tǒng)。通信鏈環(huán)175示意性地表示在井上界面與測(cè)井及 控制單元4的電子裝置和天線之間。因此，該實(shí)施例的構(gòu)造提供了從測(cè)井 及控制單元4通過通信鏈環(huán)175至地面部件185、通過有線鉆桿遙測(cè)系統(tǒng) 至井底界面110和井底鉆具組件的部件、以及與之相反的用于雙向操作的 通信連接。圖2A表示一種類型的能夠用作圖1的電子裝置30的無(wú)線收發(fā)器子系 統(tǒng)電子裝置。也可以參考U.S.專利7040415。來自/去往最上面的有線鉆 桿的頂部接頭的感應(yīng)耦合器的信號(hào)與WDP調(diào)制解調(diào)器聯(lián)接。WDP調(diào)制解 調(diào)器221反過來與無(wú)線調(diào)制解調(diào)器231聯(lián)接。還設(shè)置電池250和電源255以供給調(diào)制解調(diào)器電力。在以上提及的U.S.專利申請(qǐng)序列號(hào)_ (文件19.0403/32)中描述了其他可能更優(yōu)選的發(fā)電裝置。WDP地面調(diào)制解調(diào)器202適用于與井下工具中的一個(gè)或多個(gè)調(diào)制解調(diào)器、轉(zhuǎn)發(fā)器或其他界面經(jīng)由有線鉆桿遙測(cè)系統(tǒng)通信。優(yōu)選地，調(diào)制解調(diào) 器提供雙向通信。調(diào)制解調(diào)器與位于井下工具中的另一個(gè)調(diào)制解調(diào)器或轉(zhuǎn) 發(fā)器或其他部件通信。任何種類的數(shù)字和模擬調(diào)制方案都可以使用，比如雙相頻移鍵控(FSK)、正交相移鍵控(QPSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、 離散多頻聲調(diào)(DMT)等。這些方案可以與任何種類的數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)比如 時(shí)分復(fù)用(TDM)，頻分復(fù)用(FDM)等結(jié)合使用。調(diào)制解調(diào)器可以包括 用于鉆桿診斷和井下工具診斷的功能。圖2B表示在所提及的共同待審U.S.申請(qǐng)序列號(hào)_ (文件19.0403/32)描述的實(shí)施例，其中在方鉆桿250與最上面的有線鉆桿181 之間設(shè)置了特殊的保護(hù)接頭240。保護(hù)接頭240在其下端處具有與最上面 的有線鉆桿的感應(yīng)耦合器相耦合的感應(yīng)耦合器241。連接到感應(yīng)耦合器241 的電纜215穿過密封端口引出保護(hù)接頭240，并在方鉆桿250的外部延伸 到收發(fā)器子系統(tǒng)230，該收發(fā)器子系統(tǒng)包括天線235。在保護(hù)接頭240上 的電纜的引出位置，可以設(shè)置連接器246。沿著方鉆桿250的外部延伸的 電纜可以密封在方鉆桿中的槽中，且例如由環(huán)氧或PEEK材料保護(hù)?？稍?收發(fā)器子系統(tǒng)電子裝置處設(shè)置另一個(gè)連接器。電纜215設(shè)有至少一個(gè)線對(duì)?？蓞⒖脊餐龑彽腢.S.專利申請(qǐng)序列號(hào)_ (文件19.0403/32)的更多實(shí)施例和收發(fā)器子系統(tǒng)構(gòu)造，以及與收發(fā)器子系統(tǒng)相聯(lián)系的冗余的多個(gè) 天線的說明，以及由旋轉(zhuǎn)的收發(fā)器子系統(tǒng)使用的安全發(fā)電的說明。如所提及的共同待審的U.S.專利申請(qǐng)序列號(hào)_ (文件19.0410/11)所述，盡管在一個(gè)井場(chǎng)只表示了一個(gè)地面單元4，但也可以橫跨一個(gè) 或多個(gè)井場(chǎng)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)地面單元。這些地面單元可以用有線或無(wú)線連 接經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)通信線路連接到一個(gè)或多個(gè)地面界面。地面界面與地面 系統(tǒng)之間的通信拓?fù)淇梢允屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。有線連接包括 使用任何類型的電纜(使用任何類型的協(xié)議(串行的，以太網(wǎng)，等)的電 線)和光纖。無(wú)線技術(shù)可以是任何種類的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線通信技術(shù)，比如IEEE 802.11規(guī)范，Bluetooth, zigbee或者任何非標(biāo)準(zhǔn)的RF或者使用任何種類 的調(diào)制方案的光通信技術(shù)，比如FM， AM， PM， FSK， QAM， DMT， OFDM等，與任何種類的數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)比如TDMA， FDMA， CDMA等 相結(jié)合。作為一個(gè)例子，用于無(wú)線連接的天線可放在部件的外層中?？稍诮缑嬷性O(shè)置一個(gè)或多個(gè)傳感器204以測(cè)量不同的鉆井參數(shù)，比如 溫度、壓力(豎管、泥漿等)、泥流、噪聲、振動(dòng)、鉆探力學(xué)(即，扭矩、 重量、加速度、管旋轉(zhuǎn)，等)等。這些傳感器也可以連接到模擬前端以便 進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)和/或連接到處理器以便處理和/或分析數(shù)據(jù)。傳感器也可以 用來執(zhí)行診斷。診斷學(xué)可用來定位有線鉆桿系統(tǒng)中的錯(cuò)誤的位置，測(cè)量噪 聲和/或有線鉆桿遙測(cè)系統(tǒng)的性質(zhì)并執(zhí)行鉆井的其他診斷。不同類型的傳感 器可結(jié)合到該部件中。 一種類型的傳感器可以是地面?zhèn)鞲衅?，用于測(cè)量鉆 探力學(xué)，能夠以高的采樣率工作。傳感器數(shù)據(jù)可記錄在存儲(chǔ)裝置中。圖3-5表示U.S.專利6641434中披露的有線鉆桿，該專利通過引用被 合并。有線鉆管接頭310 (圖3)具有第一電流回路感應(yīng)耦合器元件321 和第二電流回路感應(yīng)耦合器元件331，分別位于桿的每一端。圖3還表示 有線鉆管接頭310包括具有軸向孔312的細(xì)長(zhǎng)的管柄311、陰螺紋端部322 處的第一感應(yīng)耦合器元件321和陽(yáng)螺紋端部332處的第二感應(yīng)耦合器元件 331。感應(yīng)耦合器320表示為由第一感應(yīng)耦合器元件321和相鄰的有線鉆 桿中的陽(yáng)螺紋端部332'的第二感應(yīng)耦合器元件331'組成。圖3和4表示確定了內(nèi)螺紋323的陰螺紋端部322和具有第一槽325 的環(huán)狀內(nèi)接觸臺(tái)肩324。圖3和4還表示相鄰的有線鉆管接頭的確定了外 螺紋333'的陽(yáng)螺紋端部332'和具有第二槽335'的環(huán)狀內(nèi)接觸管端334'。 (后面跟隨著撇號(hào)的項(xiàng)目號(hào)表示屬于相鄰的有線鉆管接頭的項(xiàng)目)。圖5A是相面對(duì)的一對(duì)圖3所示的電流回路感應(yīng)耦合器元件的橫截面 圖，它們鎖在一起作為操作鉆柱的一部分。提供了包圍兩個(gè)芯的閉合的高 導(dǎo)電率、低導(dǎo)磁率(permeability)的環(huán)形路徑340的橫截面圖，且管道313 的橫截面圖形成了用于電連接有線鉆管接頭310的兩個(gè)感應(yīng)耦合器元件的 內(nèi)部電纜314的通道。圖5B是第一線圈348、第一高導(dǎo)磁率芯347和第一線圈繞組348的 裝配的放大橫截面圖。圖5B還表示包圍內(nèi)部電纜314的管道313。(為了 清晰起見在圖5B和5C中，與陽(yáng)螺紋尺寸相比，第一線圈328表示得比其 在優(yōu)選實(shí)施例中大，在該優(yōu)選實(shí)施例中鉆桿的強(qiáng)度不能受損)。圖5B還示出了確定了具有同心的面對(duì)(facing)部分326a和326b的 第一環(huán)狀凹面326。第一環(huán)狀凹面326上具有第一環(huán)狀凹形的高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁層327。層327確定了第一環(huán)狀空腔。陰螺紋端部322包括固定地安 裝在第一層327的同心面對(duì)部分327a和327b之間的第一環(huán)狀空腔內(nèi)的第 一線圈328。圖5B還表示確定了具有同心面對(duì)部分336'a和336b'的第二環(huán)狀凹面 36的第二槽335'。第二環(huán)狀凹面336'上具有第二環(huán)狀凹形的高導(dǎo)電、低 導(dǎo)磁層337。層337'確定了第二環(huán)狀空腔。陽(yáng)螺紋端部332'包括固定地安 裝在第二層337'的同心面對(duì)部分337a'和337b'之間的第二環(huán)狀空腔中的第 二線圈338'。圖5B還表示包括第一高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁層327的第一電流回路感應(yīng)耦 合器元件321，以及包括第二高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁層337'的第二電流回路感應(yīng) 耦合器元件331，。每一層涂敷到或附加到它的槽的內(nèi)表面上。第一線圈328 位于第一層327的同心的面對(duì)部分327a和327b之間。于是，第一高導(dǎo)電、 低導(dǎo)磁的成形層(或帶)327部分地包圍第一線圈328。類似地，第二高 導(dǎo)電、低導(dǎo)磁層(或帶)337'部分地包圍第二線圈338'。第一線圈328通過灌注材料342固定在其槽內(nèi)的適當(dāng)位置。第一線圈 328還通過保護(hù)性填充材料343優(yōu)選RTV進(jìn)一步保護(hù)。類似地，第二線圈 38'通過灌注材料352'固定在其槽內(nèi)的適當(dāng)位置并通過保護(hù)性填充材料 353進(jìn)一步保護(hù)。圖5C是圖5B所示的陰螺紋端部的電流回路感應(yīng)耦合器元件的放大橫 截面圖，表示第一線圈328的細(xì)節(jié)，該第一線圈包括第一高導(dǎo)磁率芯347 和第一線圈繞組348。芯347具有軸向伸長(zhǎng)的橫截面。圖5B的第二線圈 338，、第二芯357，和第二線圈繞組358'是類似的結(jié)構(gòu)。線圈繞組348優(yōu)選地具有大量的圈數(shù)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圈數(shù)為 大約200。圖5C所示的陰螺紋端部帶設(shè)置成與相鄰的第二管接頭的第二 高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁的陽(yáng)螺紋端部帶配合，以產(chǎn)生封閉的高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁的環(huán) 形路徑340，如圖5A所示。當(dāng)?shù)谝缓偷诙芙宇^鎖在一起成為可操作的 鉆柱的一部分時(shí)，層327和337'形成路徑340。該封閉路徑包圍了第一線 圈和第二線圈。低損耗的電流回路感應(yīng)耦合器可視為通過路徑340背對(duì)背 地連接的一對(duì)變壓器。每一個(gè)線圈主要沿著覆蓋槽的內(nèi)表面的管接頭的高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁層感應(yīng)管接頭中的電流。導(dǎo)電材料的每一層連接到或涂敷到圍繞芯的槽的內(nèi)表 面。如，434專利所述，高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁層可由具有基本上高于鋼的導(dǎo)電率 的高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁的材料制成，除了其他金屬以外，例子有銅和銅合金。與路徑340僅穿過鋼制的管接頭相比，高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁層通過減少環(huán) 行路徑340的電阻而減少了在整個(gè)管柱長(zhǎng)度上的電阻損耗。高導(dǎo)電、低導(dǎo) 磁層還通過減少穿入到鋼制的每一個(gè)有線管接頭的磁通量而減少了整個(gè) 管柱長(zhǎng)度上的通量損耗。盡管環(huán)形路徑340理想地是封閉路徑，但路徑340 并不必須整個(gè)都是由導(dǎo)電層構(gòu)成，因?yàn)樵诼窂?40的導(dǎo)電層中的任何縫隙 都會(huì)通過鋼制的本地管端而連接。環(huán)形路徑的導(dǎo)電層中的縫隙可能通過在 靠近接觸管端的硬鋼的接觸點(diǎn)的較軟的導(dǎo)電層上磨損而產(chǎn)生。在整個(gè)管柱 的長(zhǎng)度上環(huán)形路徑的導(dǎo)電層中的幾個(gè)這種縫隙不會(huì)引起足以造成顯著影 響的能量損耗。如'434專利中那樣，圖3-5D的系統(tǒng)描述了具有分別位于內(nèi)臺(tái)肩和內(nèi) 管端處的第一和第二感應(yīng)耦合器元件的雙接觸管接頭。管接頭的尺寸使得 外管端與內(nèi)臺(tái)肩之間的距離比外臺(tái)肩與內(nèi)管端之間的距離大較小的量。圖 5A表示外管端341與環(huán)狀內(nèi)接觸臺(tái)肩324之間的距離D,和外臺(tái)肩351'與 內(nèi)接觸管端334，之間的距離D2。距離D,比距離D2大較小的量。當(dāng)兩個(gè)管 接頭適當(dāng)?shù)鼐o固(即，利用為實(shí)現(xiàn)端部341相對(duì)于相鄰的有線桿的臺(tái)肩351' 的適當(dāng)管密封所需的扭矩來強(qiáng)制緊固)，則該較小的量允許相同的扭矩來 相對(duì)相鄰的有線管接頭的內(nèi)管端334，自動(dòng)上緊內(nèi)臺(tái)肩324，以便可靠地形 成封閉的高導(dǎo)電、低導(dǎo)磁的環(huán)形路徑340。在該實(shí)施例中，圖3-5C中以及'434專利中所述的類型的有線鉆桿的 一部分，有助于提供長(zhǎng)度大于大約1000 ft且小于大約7000 ft的連接的有 線鉆桿的一部分，而不需要任何轉(zhuǎn)發(fā)器。能夠作為本發(fā)明系統(tǒng)和方法的LWD設(shè)備120或者作為L(zhǎng)WD設(shè)備組120的一部分的一個(gè)例子，是標(biāo)題為"用于在淺和深的深度確定地層電阻 率的測(cè)井裝置和方法"的U.S.專利4899112中披露的雙電阻率LWD設(shè)備， 該專利在此通過引用被合并。如圖6所示，上和下發(fā)射天線Ti和T2在其 間具有上和下接收天線R,和R2。天線形成在修改的鉆鋌中的凹處并安裝在絕緣材料中。接收器之間的電磁能的相移提供了在相對(duì)較淺的勘測(cè)深度 處的地層電阻率的指示，接收器之間的電磁能的衰減提供了在相對(duì)較深的勘測(cè)深主處的地層電阻率的指示?？蓞⒖忌厦嫣峒暗腢.S.專利4899112以 獲得更多的細(xì)節(jié)。在操作中，代表衰減的信號(hào)和代表相位的信號(hào)耦合到處 理器，其輸出可耦合到遙測(cè)電路，該電路在本領(lǐng)域中調(diào)制泥漿脈沖，并且 在本系統(tǒng)的實(shí)施例中，調(diào)制鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的載體。與結(jié)合泥漿脈沖遙測(cè)的 雙電阻率技術(shù)的現(xiàn)有應(yīng)用不一樣，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可提供更多的數(shù)據(jù) 且基本上實(shí)時(shí)地提供數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的一個(gè)特別有益的使用是與受控導(dǎo)向或"定向鉆井"相結(jié)合。 在該實(shí)施例中，設(shè)置旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向子系統(tǒng)150 (圖1)，該子系統(tǒng)適于經(jīng)由鉆 柱遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。定向鉆井是故意地背離鉆井自然會(huì)采取的路線。換 句話說，定向鉆井是這樣來控制鉆柱的方向，以使得它在想要的方向上行 進(jìn)。定向鉆井，例如，在海上鉆井是有利的，因?yàn)樗沟媚軓膯蝹€(gè)平臺(tái)上 鉆多個(gè)井。定向鉆井還能夠水平地鉆過水庫(kù)。水平鉆井使得更長(zhǎng)的鉆井能 夠跨過水庫(kù)，這提高了井的生產(chǎn)速率。定向鉆井系統(tǒng)還可用在垂直鉆井操 作中。通常鉆頭會(huì)轉(zhuǎn)離計(jì)劃的鉆井軌跡，因?yàn)樗┻^的地層有不可預(yù)料的 自然條件或者鉆頭經(jīng)受變化的力。當(dāng)這種偏離出現(xiàn)時(shí)，定向鉆井系統(tǒng)可用 來把鉆頭放回到規(guī)定的路程中。定向鉆井的已知方法包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)("RSS")。在RSS中，鉆柱從地面旋轉(zhuǎn)，且向下鉆井裝置使得鉆頭在想 要的方向上鉆探。使鉆柱旋轉(zhuǎn)極大地減少了鉆井過程中鉆柱意外停機(jī)或卡 塞的發(fā)生。用于在陸地中鉆出偏離的井的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)一般地歸為"對(duì)準(zhǔn)鉆頭"系統(tǒng)或者"推進(jìn)鉆頭"系統(tǒng)。在對(duì)準(zhǔn)鉆頭系統(tǒng)中，在新井孔 的基本方向上鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸偏離井底鉆具組件的本地軸線。井孔根據(jù)由上 和下穩(wěn)定器觸點(diǎn)和鉆頭確定的習(xí)慣的三點(diǎn)幾何學(xué)而擴(kuò)展。與鉆頭和下穩(wěn)定 器之間的有限距離相耦合的鉆頭軸線的偏離角度導(dǎo)致產(chǎn)生曲線所需要的 非共線條件。這有許多方法可以實(shí)現(xiàn)，包括在靠近下穩(wěn)定器的井底鉆具組 件中的一個(gè)點(diǎn)處的固定彎或分布在上下穩(wěn)定器之間的鉆頭驅(qū)動(dòng)軸的彎曲。 在其理想化形式中，不需要鉆頭橫向切割，因?yàn)殂@頭軸線在彎曲的井孔的 方向上連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。對(duì)準(zhǔn)鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的例子以及它們的操作方式在U.S.專利申請(qǐng)公開No.2002/0011359; 2001/0052428和U.S.專利No.6394193; 6364034; 6244361; 6158529; 6092610和5113953中有所說 明，所有這些文件都通過引用合并于此。在推動(dòng)鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)中， 必需的非共線條件通過使上或下穩(wěn)定器中的一個(gè)或兩個(gè)或者其他機(jī)構(gòu)在 偏向于井孔的擴(kuò)展方向的方向上施加偏心力或位移。同樣，這也有許多方 法來實(shí)現(xiàn)，包括非旋轉(zhuǎn)(關(guān)于井孔)的偏心穩(wěn)定器(基于位移的方案)和 在想要的導(dǎo)向方向上施加力到鉆頭上的偏心致動(dòng)器。同樣，通過在鉆頭和 至少兩個(gè)其它觸點(diǎn)之間產(chǎn)生非共線性來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向。在其理想形式中鉆頭需 要橫向切割以便產(chǎn)生彎曲的孔。推動(dòng)鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的例子，以及它 們的操作方式在U.S.專利No. 5265 682; 5553678; 5803185; 6089332; 5695015; 5685379; 5706905; 5553679; 5673763; 5520255; 5603385; 5582259; 5778992; 5971085中有所說明，所有這些文件通過引用合并于此。從地面 導(dǎo)向控制可以至少部分地基于使用例如結(jié)合圖6和7所述的電阻率測(cè)井裝 置得到的地層電阻率測(cè)量值。已經(jīng)指出，因?yàn)槌Ｒ?guī)的LWD設(shè)備只檢查地層中的相對(duì)較短的距離， 因此它們?cè)跈z測(cè)到接觸或地層界面之前從接觸或地層界面緩慢前進(jìn)，從而 幾乎沒有留下用于地理導(dǎo)向調(diào)整的時(shí)間?？碧降臏\的深度可能會(huì)導(dǎo)致不夠 理想的反應(yīng)性地理導(dǎo)向，其中軌跡僅在鉆頭鉆離生產(chǎn)層的頂部或底部之外 時(shí)才會(huì)改變。反應(yīng)性地理導(dǎo)向會(huì)導(dǎo)致更低的生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)、起伏的鉆井路線以 及難以完井。(參見L. Chou等，"向著提高產(chǎn)量的導(dǎo)向控制"，Oilfidd Review, 2005，通過引用結(jié)合于此。)本發(fā)明的基本上實(shí)時(shí)的雙向鉆柱遙 測(cè)能夠提高地理導(dǎo)向反應(yīng)時(shí)間和精度。當(dāng)與作為圖1所示的LWD設(shè)備120的一部分的定向深讀取的隨鉆測(cè) 井的設(shè)備相結(jié)合地使用時(shí)，本發(fā)明的雙向遙測(cè)技術(shù)與地理導(dǎo)向應(yīng)用的組合 更加引人注目。來自具有軸向?qū)?zhǔn)的圓柱形對(duì)稱線圈的設(shè)備的信號(hào)不是方 向敏感的。圖7所示的設(shè)備提供傾斜的且橫向的線圈以獲得方向敏感的測(cè) 量。(同樣參見Chou等，Oilfield Review, 2005， supra。)傳感器陣列包 括六個(gè)發(fā)射器天線和四個(gè)接收器天線。五個(gè)發(fā)射器天線(T,至Ts)沿著設(shè) 備的長(zhǎng)度軸向地布置。第六個(gè)發(fā)射器天線(T6)相對(duì)設(shè)備軸線橫向地定向。 接收器天線位于設(shè)備的每一個(gè)端部。接收器天線對(duì)(R3和R4)夾住發(fā)射 器，且這些接收器中的每一個(gè)相對(duì)于設(shè)備軸線傾斜45度。另一對(duì)接收器天線(R,和R2)位于發(fā)射器陣列的中心，軸向地布置并能獲得常規(guī)類型 的傳播電阻率測(cè)量值。所述的布置產(chǎn)生了對(duì)于設(shè)備的一側(cè)上的導(dǎo)電性的優(yōu) 先靈敏性。隨著設(shè)備旋轉(zhuǎn)，它的傳感器能夠檢測(cè)附近的導(dǎo)電區(qū)并記錄能測(cè) 得最大導(dǎo)電率的方向。磁力計(jì)和加速計(jì)可為設(shè)備提供參考的方向定向數(shù)據(jù)。除了它的定向能力以外，設(shè)備提供比最常見的LWD電阻率設(shè)備相對(duì) 更深的測(cè)量。本發(fā)明的基本上實(shí)時(shí)雙向鉆柱遙測(cè)技術(shù)，結(jié)合所述的定向電 阻率測(cè)量設(shè)備，通過增加地面處的數(shù)據(jù)量提高了地理導(dǎo)向的性能并提高了 定向鉆井控制的速度和精度。能夠作為L(zhǎng)WD設(shè)備120的設(shè)備或者LWD設(shè)備組120的一部分的另 外的例子，是U.S.專利No.6308137中所述的這種類型的在鉆井的同時(shí)進(jìn) 行聲波測(cè)井的設(shè)備，該專利通過引用結(jié)合于此。在所披露的實(shí)施例中，如 圖8所示，采用海上鉆探設(shè)備810，且在水面附近配置聲波發(fā)射源或陣列 814?？蛇x地，任何其他合適類型的井上或井下源或發(fā)射器都可以設(shè)置。 井上處理器控制發(fā)射器814的點(diǎn)火。井上設(shè)備也可以包括聲波接收器和用 于捕捉聲源附近的參考信號(hào)的記錄儀。在現(xiàn)有技術(shù)中，井上設(shè)備還包括泥 漿脈沖遙測(cè)設(shè)備，用于接收來自向下鉆井設(shè)備的MWD信號(hào)。遙測(cè)設(shè)備和 記錄儀通常耦合到處理器以使得記錄能夠利用井上和井下時(shí)鐘被同步化。 井下LWD模塊800至少包括聲音接收器831和832，它們耦合到信號(hào)處 理器以使得記錄可以與信號(hào)源的點(diǎn)火同步地由接收器檢測(cè)到的信號(hào)組成。 在本發(fā)明中，有線鉆桿、或者另外的高速鉆柱遙測(cè)技術(shù)，能夠使來自井上 處理器的井下和井上的計(jì)時(shí)信號(hào)高速同步，在需要時(shí)從井上處理器控制， 以及使測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和/或計(jì)算的參數(shù)高速地傳輸?shù)降孛?，?dāng)相對(duì)大量的數(shù)據(jù)可 從聲波和/或地震測(cè)井技術(shù)獲得時(shí)，這尤其有用。能夠作為L(zhǎng)WD設(shè)備120，或者能夠作為L(zhǎng)WD設(shè)備組的一部分的設(shè)備 的另一個(gè)例子，是如P. Breton等，"定位井的地震測(cè)量(Well Positioned Seismic Measurement)", Oilfield Review, pp.32-45，春季，2002所述的用 于獲得地震測(cè)量的設(shè)備，將其引用結(jié)合于此。井下LWD設(shè)備可具有單個(gè) 接收器(如圖9A和9B所示)，或者多個(gè)接收器(如圖9C和9D所示)， 并且可與在地面處的單個(gè)地震源(如圖9A和9C所示)或在地面處的多 個(gè)地震源(如圖9B和9D所示)結(jié)合使用。因此，包括離開地層邊界的反射并被稱為"零井源距"垂直地震剖面布置的圖9A，使用單個(gè)源和單個(gè)接收器；包括離開地層邊界的反射并被稱為"變井源距"垂直地震剖面 布置的圖9B，使用多個(gè)源和單個(gè)接收器；包括穿過鹽丘邊界的折射并被 稱為"鄰近鹽巖區(qū)"垂直地震剖面的圖9C，使用單個(gè)源和多個(gè)接收器； 而包括一些離開地層邊界的反射并被稱為"斜井"垂直地震剖面，使用多 個(gè)源和多個(gè)接收器。如上所述，有線鉆桿或其他高速鉆柱遙測(cè)技術(shù)，能夠 使來自井上處理器的井下和井上的計(jì)時(shí)信號(hào)高速同步，并能夠?qū)崿F(xiàn)在需要 時(shí)從井上處理器進(jìn)行控制，以及使測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和/或計(jì)算的參數(shù)高速地傳輸?shù)?地面，當(dāng)相對(duì)大量的數(shù)據(jù)可從聲波和/或地震測(cè)井技術(shù)獲得時(shí)，這尤其有用。 圖10表示U.S.專利Re. 36012中所披露的隨鉆測(cè)井的核裝置，將該專 利引用結(jié)合于此，其利用了基于加速計(jì)的源，可以理解的是其他類型的核 LWD設(shè)備也可以用作LWD設(shè)備120或者LWD設(shè)備組120的一部分。在 圖10中，鉆鋌部分1040表示成包圍不銹鋼設(shè)備底盤1054。在底盤1054 至其縱向軸線的一側(cè)(在該圖中不可見)形成了縱向延伸的泥漿通道，用 于通過鉆柱向下輸送鉆探流體。偏心至底盤1054另一側(cè)的是中子加速計(jì) 1058，它的相關(guān)控制和高壓電子裝置封裝1060以及共軸對(duì)準(zhǔn)的近間隔 (near-spaced)的檢測(cè)器1062。近間隔檢測(cè)器1062主要響應(yīng)于具有最小 地層影響的加速計(jì)輸出。檢測(cè)器1062優(yōu)選地在除了鄰近加速計(jì)1058以外 的所有表面上都由組合中子調(diào)制一中子吸收材料防護(hù)罩1064包圍。鄰近 的檢測(cè)器1062的輸出用來使其他檢測(cè)器的輸出針對(duì)源強(qiáng)度波動(dòng)來標(biāo)準(zhǔn)化。 縱向鄰近于近間隔的檢測(cè)器1062的是多個(gè)檢測(cè)器或檢測(cè)器陣列，其中 1066a和1066d表示在該視圖中。檢測(cè)器1066a是帶有后防護(hù)罩的，如1068a 處所示。該陣列包括至少一個(gè)，優(yōu)選地多于一個(gè)，超熱中子檢測(cè)器和至少 一個(gè)伽馬射線檢測(cè)器，在本例中以1084表示，其具有防護(hù)罩1086。也可 以包括一個(gè)或多個(gè)熱中子檢測(cè)器。上面提及的U.S.專利Re.36012可用來 參考進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。除了其他以外，檢測(cè)器信號(hào)可用來確定地層密度、多 孔性和巖性。在本實(shí)施例中，代表這些測(cè)量的信號(hào)有利地經(jīng)由有線鉆桿或 其他雙向鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)以高速傳輸?shù)降孛?，且來自地面的控制信?hào)也以高 速和高精度傳送到井下。圖11表示U.S.專利5629623中所述的一種類型的裝置的實(shí)施例，用于利用脈沖激發(fā)的核磁共振(NMR)在鉆井的同時(shí)進(jìn)行地層評(píng)估，該專利通過引用合并于本文，可以理解的是其他類型的NMR/LWD設(shè)備也能用作 LWD設(shè)備120或LWD設(shè)備組120的一部分。如'623專利中所述，該裝置 的一種構(gòu)造的實(shí)施例包括改造的具有填充有陶瓷絕緣體的軸向槽1150的 鉆鋌，并包含RF天線1126，天線1126由非磁性的蓋1146保護(hù)，并產(chǎn)生 和接收脈沖激發(fā)的RF電磁能。RF天線的導(dǎo)體在一端接地到鉆鋌。在另一 端，導(dǎo)體經(jīng)由壓力饋入裝置1152和1153耦合到RF變壓器1156。變壓器 1156保持直徑上對(duì)置的RF導(dǎo)體中的電流之間的180°相位差。圓柱形磁 體1122在地層中產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)。RF天線也可布置成使得鉆鋌自身產(chǎn)生振 蕩的RF磁場(chǎng)。在地層中激發(fā)核子物質(zhì)的振蕩RF磁場(chǎng)是軸向?qū)ΨQ的，以 有助于鉆柱的旋轉(zhuǎn)過程中的測(cè)量。在本實(shí)施例中，代表這些測(cè)量值的信號(hào) 有利地經(jīng)由有線鉆桿或其他雙向鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)以高速傳輸?shù)降乇砻?，且?自地面地控制信號(hào)也以高速和高精度傳送到并下。圖12是U.S.專利6986282中披露的一種類型的測(cè)井裝置的簡(jiǎn)化圖， 該專利通過引用合并于此，用于確定鉆井操作期間的包括環(huán)形壓力、地層 壓力和孔隙壓力的井下壓力，可以理解的是其他類型的NMR/LWD設(shè)備也 能用作LWD設(shè)備120或LWD設(shè)備組120的一部分。該裝置形成為改型 的具有貫穿其中的用于鉆探流體的通道1215的穩(wěn)定器環(huán)1200。流體流過 該設(shè)備產(chǎn)生了內(nèi)壓P,。鉆鋌的外部暴露于周圍的井的環(huán)形壓力PA。內(nèi)壓 Pi與環(huán)形壓力PA之間的壓差SP用來激活壓力組件1210。兩個(gè)典型的壓 力測(cè)量組件表示為1210a和1210b，分別安裝在穩(wěn)定器葉片上。當(dāng)設(shè)置成 與井壁相接合時(shí)壓力組件1210a用來監(jiān)控井孔中的環(huán)形壓力和/或周圍地 層的壓力。在圖12中，壓力組件1210a處于與井壁1201非接合狀態(tài)，因 此，可在需要時(shí)測(cè)量環(huán)形壓力。當(dāng)移動(dòng)以與井壁1201接合時(shí)，壓力組件 1210a可用來測(cè)量周圍地層的孔隙壓力。如圖12中可見，壓力組件1210b 可利用液壓控制1225從穩(wěn)定器葉片1214延伸，用于與泥餅(mudcake) 1205和/或井壁1201的密封接合以便測(cè)量周圍的地層。上面提及的U.S. 專利6986282可用來參考進(jìn)一步細(xì)節(jié)。電路(本圖中未示出)將代表壓力 的信號(hào)耦合到處理器/控制器，其輸出可耦合至遙測(cè)電路，該遙測(cè)電路在本 領(lǐng)域中調(diào)制泥漿脈沖且，在該系統(tǒng)的實(shí)施例中，調(diào)制鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的載體。在本實(shí)施例中，代表這些測(cè)量值的信號(hào)有利地經(jīng)由有線鉆桿或其他雙向鉆 柱遙測(cè)系統(tǒng)以高速傳輸?shù)降乇砻?，且來自地面的控制信?hào)也以高速和高精 度傳送到井下。近來已經(jīng)公開了采用懸掛在測(cè)井電纜上的設(shè)備以便于利用鎖閉機(jī)構(gòu)、 伸縮機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、橫向鉆軸、容積式泵和鉆頭精確地橫向地鉆探輔助孔。 該泵用來使流體在橫向孔中循環(huán)以清潔鉆探刀具?？蓞⒖糚CT國(guó)際公開No.W02004/072437、 PCT國(guó)際公開No.W02005/071208、 PCT國(guó)際公開 No. U.S.2006/010877和US專利申請(qǐng)公開No. U.S.2005/0252688,所有這些 文件通過引用合并于本文中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，精確的橫向鉆探工具 用在與鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)協(xié)作的鉆柱上。
權(quán)利要求
1.一種用于獲得關(guān)于在井底鉆具組件處檢測(cè)的至少一個(gè)參數(shù)的信息的方法，用于鉆探地表井的操作中，該操作使用鉆機(jī)；其大致上端可機(jī)械耦合鉆機(jī)和從鉆機(jī)懸掛的鉆柱；以及鄰近鉆柱下端的井底鉆具組件，該井底鉆具組件包括在其下端處的鉆頭；該方法包括以下步驟在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置，所述至少一個(gè)測(cè)量裝置產(chǎn)生代表在井底鉆具組件處的測(cè)量條件的測(cè)量數(shù)據(jù)；在地表面處提供井上處理器系統(tǒng)；提供與所述至少一個(gè)測(cè)量裝置相耦合且與所述井上處理器系統(tǒng)相耦合的鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)；以及將所述數(shù)據(jù)從所述測(cè)量裝置經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)剿鼍咸幚砥飨到y(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在井底鉆具組件處的所述測(cè)量條件 是測(cè)得的包圍井底鉆具組件的地層的性質(zhì)，且在井底鉆具組件中提供至少 一個(gè)測(cè)量裝置的所述步驟包括在井底鉆具組件中提供隨鉆測(cè)井裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中提供隨鉆測(cè)井裝置的所述步驟包括 提供從由電阻率測(cè)量裝置、定向電阻率測(cè)量裝置、聲波測(cè)量裝置、核測(cè)量 裝置、核磁共振測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、地震測(cè)量裝置、成像裝置和地 層采樣裝置構(gòu)成的組中選擇的裝置。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在井底鉆具組件處的所述測(cè)量條件 是測(cè)得的鉆井特性，且在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置的所述步 驟包括在井底鉆具組件中提供隨鉆測(cè)量裝置。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中提供隨鉆測(cè)量裝置的所述步驟包括 提供從由鉆壓測(cè)量裝置、扭矩測(cè)量裝置、振動(dòng)測(cè)量裝置、沖擊測(cè)量裝置、 粘滑測(cè)量裝置、方向測(cè)量裝置和傾度測(cè)量裝置構(gòu)成的組中選擇的裝置。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè) 量裝置的所述步驟包括在井底鉆具組件中提供多個(gè)測(cè)量裝置，所述多個(gè)測(cè) 量裝置產(chǎn)生代表在井底鉆具組件處的多個(gè)條件的測(cè)量數(shù)據(jù)。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包括提供雙向鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)。
8. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中提供鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包括 提供雙向鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)。
9. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中提供鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包括 提供雙向鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中提供鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包 括在鉆柱的至少一部分中提供有線鉆桿。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中提供與所述至少一個(gè)測(cè)量裝置耦 合且與所述井上處理器耦合的鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包括提供所述鉆 柱遙測(cè)系統(tǒng)與所述井上處理器之間的無(wú)線耦合。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供井上處理器系統(tǒng)的所述步驟 在鉆機(jī)的大致附近的位置處提供所述井上處理器系統(tǒng)。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供井上處理器系統(tǒng)的所述步驟 包括在遠(yuǎn)離所述鉆機(jī)的位置處提供所述井上處理器系統(tǒng)。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)是包括多個(gè)不 同類型的遙測(cè)媒介的混合遙測(cè)系統(tǒng)。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中提供混合鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步 驟包括提供包括有線鉆桿的一部分和遙測(cè)媒介的至少一部分的混合遙測(cè) 系統(tǒng)，所述遙測(cè)媒介是從由電纜媒介、光纜媒介和無(wú)線傳輸媒介構(gòu)成的組 中選擇的至少一種。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包 括提供鉆柱的至少一部分作為相連接的鉆桿，每一個(gè)鉆桿包括具有帶有導(dǎo) 電環(huán)的感應(yīng)耦合器的陽(yáng)螺紋端部、具有帶有導(dǎo)電環(huán)的感應(yīng)耦合器的陰螺紋 端部，以及耦合在所述陽(yáng)螺紋端部感應(yīng)耦合器與陰螺紋端部感應(yīng)耦合器之 間的至少一個(gè)導(dǎo)體，從而相鄰的鉆桿在它們的相連接的陽(yáng)螺紋至陰螺紋端 部處感應(yīng)耦合。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中提供所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步 驟包括在鉆桿之間的接頭處提供至少一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器子系統(tǒng)。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述提供鉆柱的所述至少一部分 的步驟包括提供所述相連接的鉆桿的長(zhǎng)度大于大約2000 ft的所述部分而沒有任何轉(zhuǎn)發(fā)器。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中經(jīng)由鉆柱的所述至少一部分傳輸所述數(shù)據(jù)的所述步驟包括在具有小于大約500 KHz的頻率的載體上傳輸 所述數(shù)據(jù)。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中經(jīng)由鉆柱的所述至少一部分傳輸 所述數(shù)據(jù)的所述步驟包括在具有小于大約500 KHz的頻率的載體上傳輸 所述數(shù)據(jù)。
21. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中經(jīng)由鉆柱的所述至少一部分傳輸 所述數(shù)據(jù)的所述步驟包括以至少每秒100比特的速率傳輸所述數(shù)據(jù)。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中經(jīng)由鉆柱的所述至少一部分傳輸 所述數(shù)據(jù)的所述步驟包括以至少每秒100比特的速率傳輸所述數(shù)據(jù)。
23. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中經(jīng)由鉆柱的所述至少一部分傳輸 所述數(shù)據(jù)的所述步驟包括以至少每秒100比特的速率傳輸所述數(shù)據(jù)。
24. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在地面處理器處產(chǎn)生控制信號(hào) 的步驟和經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)將所述控制信號(hào)傳輸?shù)骄足@具組件的 步驟。
25. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在地面處理器處產(chǎn)生控制信號(hào) 的步驟和經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)將所述控制信號(hào)傳輸?shù)骄足@具組件的 步驟。
26. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在地面處理器處產(chǎn)生控制信號(hào) 的步驟和經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)將所述控制信號(hào)傳輸?shù)骄足@具組件的 步驟。
27. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述井底鉆具組件包括定向鉆井 子系統(tǒng)，且在地面處理器產(chǎn)生控制信號(hào)的所述步驟包括產(chǎn)生導(dǎo)向控制信 號(hào)。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中在地面處理器處產(chǎn)生控制信號(hào)的 所述步驟包括響應(yīng)于所述測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信號(hào)。
29. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，將所述控制信號(hào)傳輸?shù)剿鼍?底鉆具組件的所述步驟包括經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)基本上實(shí)時(shí)地將所述 控制信號(hào)傳輸?shù)剿鼍足@具組件。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述定向鉆井子系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo) 向系統(tǒng)，在地面處理器處產(chǎn)生控制信號(hào)的所述步驟包括產(chǎn)生用于所述旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)向系統(tǒng)的導(dǎo)向控制信號(hào)。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中產(chǎn)生控制信號(hào)的所述步驟包括產(chǎn) 生作為井底鉆具組件的測(cè)量深度的函數(shù)的信號(hào)。
32. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述定向鉆井子系統(tǒng)包括電力橫 向鉆井工具，在地面處理器處產(chǎn)生控制信號(hào)的所述步驟包括產(chǎn)生用于所述 電力橫向鉆井工具的導(dǎo)向控制信號(hào)。
33. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟提供所述鉆柱遙測(cè) 系統(tǒng)與所述地面處理器之間的地面界面，以及提供與所述地面界面協(xié)作的 地面測(cè)量傳感器，所述地面測(cè)量傳感器包括從由溫度傳感器、壓力傳感器、 泥流傳感器、噪聲傳感器、振動(dòng)傳感器、扭矩傳感器、加速度傳感器以及 旋轉(zhuǎn)傳感器組成的組中選擇的至少一種傳感器。
34. 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在鉆柱的有線鉆桿部分中提供 至少一個(gè)井下傳感器的步驟，所述至少一個(gè)傳感器與井上處理器經(jīng)由有線 鉆桿通信。
35. 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在鉆柱的有限鉆桿部分中的不 同位置處提供多個(gè)分布式的井下傳感器的步驟，所述傳感器與所述井上處 理器經(jīng)由所述有線鉆桿通信。
36. 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括提供所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與所述 地面處理器之間的地面界面的步驟，所述地面界面包括雙向地耦合旋轉(zhuǎn)的 鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與和所述地面處理器耦合的不旋轉(zhuǎn)部件之間的電信號(hào)的水 龍頭。
37. 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括提供所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與所述 地面處理器之間的地面界面的步驟，所述地面界面包括雙向地耦合旋轉(zhuǎn)的 鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與和所述地面處理器耦合的不旋轉(zhuǎn)部件之間的電信號(hào)的水 龍頭。
38. 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括提供所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與所述 地面處理器之間的地面界面的步驟，所述地面界面包括雙向地耦合旋轉(zhuǎn)的 鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與所述地面處理器之間的電信號(hào)的無(wú)線鏈環(huán)。
39. 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括提供所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與所述 地面處理器之間的地面界面的步驟，所述地面界面包括雙向地耦合旋轉(zhuǎn)的 鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)與所述地面處理器之間的電信號(hào)的無(wú)線鏈環(huán)。
40. —種用于獲得關(guān)于在井底鉆具組件處檢測(cè)的至少一個(gè)參數(shù)的信息 的方法，該方法用于欠平衡鉆探地表井的操作中，其中井相對(duì)于所鉆探的 地層保持在負(fù)壓差下，該操作使用鉆機(jī)；其大致上端可機(jī)械地耦合鉆機(jī) 和懸掛在鉆機(jī)上的鉆柱，以及鄰近鉆柱下端的井底鉆具組件，該井底鉆具 組件包括在其下端處的鉆頭；該方法包括以下步驟在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置，所述至少一個(gè)測(cè)量裝置 產(chǎn)生代表在井底鉆具組件處的測(cè)量條件的測(cè)量數(shù)據(jù)； 在地表面處提供井上處理器系統(tǒng)；提供與所述至少一個(gè)測(cè)量裝置相耦合且與所述井上處理器系統(tǒng)相 耦合的鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)；以及將所述數(shù)據(jù)從所述測(cè)量裝置經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)剿鼍?上處理器系統(tǒng)。
41. 一種用于獲得關(guān)于在井底鉆具組件處檢測(cè)的至少一個(gè)參數(shù)的信息 的裝置，該裝置用于鉆探地表井的操作中，該操作使用鉆機(jī)；其大致上 端可機(jī)械地耦合鉆機(jī)和懸掛在鉆機(jī)上的鉆柱，以及鄰近鉆柱下端的井底鉆 具組件，該井底鉆具組件包括在其下端處的鉆頭；該裝置包括在井底鉆具組件中的至少一個(gè)測(cè)量裝置，所述至少一個(gè)測(cè)量裝置可 操作來產(chǎn)生代表在井底鉆具組件處的測(cè)量條件的測(cè)量數(shù)據(jù)； 在地表面處的井上處理器系統(tǒng)；與所述至少一個(gè)測(cè)量裝置相耦合且與所述井上處理器系統(tǒng)相耦合 的鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)；以及用于將所述數(shù)據(jù)從所述測(cè)量裝置經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)剿?述井上處理器系統(tǒng)的發(fā)射器。
42. 如權(quán)利要求41所述的裝置，其中在井底鉆具組件處的所述測(cè)量條 件是測(cè)得的包圍井底鉆具組件的地層的性質(zhì)，且在井底鉆具組件中的所述 至少一個(gè)測(cè)量裝置包括在井底鉆具組件中的隨鉆測(cè)井裝置。
43. 如權(quán)利要求42所述的裝置，其中所述隨鉆測(cè)井裝置包括從由電阻6率測(cè)量裝置、定向電阻率測(cè)量裝置、聲波測(cè)量裝置、核測(cè)量裝置、核磁共 振測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、地震測(cè)量裝置、成像裝置和地層采樣裝置構(gòu) 成的組中選擇的裝置。
44. 如權(quán)利要求41所述的裝置，其中所述在井底鉆具組件處的所述測(cè)量條件是測(cè)得的鉆井特性，且在井底鉆具組件中的所述至少一個(gè)測(cè)量裝置 包括在井底鉆具組件中的隨鉆測(cè)量裝置。
45. 如權(quán)利要求44所述的裝置，其中所述隨鉆測(cè)量裝置包括從由鉆壓 測(cè)量裝置、扭矩測(cè)量裝置、振動(dòng)測(cè)量裝置、沖擊測(cè)量裝置、粘滑測(cè)量裝置、 方向測(cè)量裝置和傾度測(cè)量裝置構(gòu)成的組中選擇的裝置。
46. 如權(quán)利要求41所述的裝置，其中在井底鉆具組件中的所述至少一 個(gè)測(cè)量裝置包括在井底鉆具組件中的多個(gè)測(cè)量裝置，所述多個(gè)測(cè)量裝置可 操作來產(chǎn)生代表在井底鉆具組件處的多個(gè)條件的測(cè)量數(shù)據(jù)。
47. —種用于獲得關(guān)于在井底鉆具組件處檢測(cè)的至少一個(gè)參數(shù)的信息 和控制導(dǎo)向電動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)的方法，該方法用于鉆探地表井的操作中，該操 作使用鉆機(jī)；其大致上端可機(jī)械地耦合鉆機(jī)和懸掛在鉆機(jī)上的鉆柱；以 及鄰近鉆柱下端的井底鉆具組件，該井底鉆具組件包括導(dǎo)向鉆井子系統(tǒng)和 在該組件下端處的鉆頭；該方法包括以下步驟-在井底鉆具組件中提供定向電阻率設(shè)備，所述定向電阻率設(shè)備產(chǎn)生 代表井底鉆具組件區(qū)域中的定向地層電阻率的測(cè)量數(shù)據(jù)； 在地表面處提供井上處理器系統(tǒng)；提供與所述定向電阻率設(shè)備相耦合且與所述井上處理器系統(tǒng)相耦 合的雙向鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)；將所述測(cè)量數(shù)據(jù)從所述定向電阻率設(shè)備經(jīng)由所述雙向鉆柱遙測(cè)系 統(tǒng)傳輸?shù)剿鼍咸幚砥飨到y(tǒng)；以及將控制信號(hào)從所述處理器系統(tǒng)經(jīng)由所述雙向鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)?所述井底鉆具組件的導(dǎo)向鉆井子系統(tǒng)。
48. 如權(quán)利要求47所述的方法，其中提供鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包 括在至少一部分鉆柱中提供有線鉆桿。
49. 如權(quán)利要求47所述的方法，其中提供鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)的所述步驟包 括提供鉆柱的至少一部分作為相連接的鉆桿，每一個(gè)鉆桿包括具有帶有導(dǎo)電環(huán)的感應(yīng)耦合器的陽(yáng)螺紋端部、具有帶有導(dǎo)電環(huán)的感應(yīng)耦合器的陰螺紋 端部，以及耦合在所述陽(yáng)螺紋端部感應(yīng)耦合器與陰螺紋端部感應(yīng)耦合器之 間的至少一個(gè)導(dǎo)體，從而相鄰的鉆桿在它們相連接的陽(yáng)螺紋至陰螺紋端部 處感應(yīng)地耦合。
50. 如權(quán)利要求49所述的方法，其中經(jīng)由鉆柱的所述至少一部分傳輸 所述數(shù)據(jù)的步驟包括在具有小于大約500 KHz的頻率的載體上傳輸所述 數(shù)據(jù)。
51. 如權(quán)利要求49所述的方法，其中經(jīng)由鉆柱的所述至少一部分傳輸 所述數(shù)據(jù)的所述步驟包括以至少每秒100比特的速率傳輸所述數(shù)據(jù)。
52. 如權(quán)利要求48所述的方法，其中，將所述控制信號(hào)傳輸?shù)剿鼍?底鉆具組件的所述步驟包括經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)基本上實(shí)時(shí)地將所述 控制信號(hào)傳輸?shù)剿鼍足@具組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測(cè)量和鉆探控制的雙向鉆柱遙測(cè)技術(shù)，本發(fā)明與鉆探地表井的操作結(jié)合使用，該操作使用鉆機(jī)；其大致上端可機(jī)械地耦合和懸掛在鉆機(jī)上的鉆柱；以及鄰近鉆柱下端的井底鉆具組件，該井底鉆具組件包括在其下端處的鉆頭。提出一種用于獲得關(guān)于在井底鉆具組件處檢測(cè)的至少一個(gè)參數(shù)的信息的方法，該方法包括以下步驟在井底鉆具組件中提供至少一個(gè)測(cè)量裝置，所述至少一個(gè)測(cè)量裝置產(chǎn)生代表在井底鉆具組件處的測(cè)量條件的數(shù)據(jù)；在地表面處提供井上處理器系統(tǒng)；提供與所述至少一個(gè)測(cè)量裝置相耦合且與所述井上處理器系統(tǒng)相耦合的鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)；以及將所述數(shù)據(jù)從所述測(cè)量裝置經(jīng)由所述鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)剿鼍咸幚砥飨到y(tǒng)。
文檔編號(hào)E21B47/12GK101253304SQ200680029138
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者克里斯托弗·P·里德, 大衛(wèi)·桑多索, 布瑞·克拉克, 施亞姆·B·梅赫塔, 李啟明, 杰弗里·C·唐頓, 沃特·D·阿爾德雷德, 羅格·馬德哈文, 莉澤·哈瓦特姆, 讓-馬克·弗雷尼, 雷米·哈丁 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司