[發明專利]跨間隙的信號傳播

有效

• 申請號: 200980149047.1
• 申請日: 2009-10-20
• 公開（公告）號: CN102239430A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: P·F·羅得尼;C·D·梅尼澤斯
• 申請（專利權）人: 哈里伯頓能源服務公司
• 主分類號: G01V3/00
• 分類號: G01V3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 亓云

相關申請

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的權益，其通過援引整體納入于此。

背景

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。一些方案利用跨管道部分之間的不導電間隙的遙測技術。

附圖簡述

圖1解說了根據本發明的各種實施例的間隔開的間隙和間隙狀況感測。

圖2解說了根據本發明的各種實施例的各種間隙選擇布置。

圖3解說了根據本發明的各種實施例的裝置和系統。

圖4是解說根據本發明的各種實施例的若干方法的流程圖。

圖5是根據本發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境包括離岸鉆井，其中鉆孔為導電結構并且外殼達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。數據率在從約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計可被使用。

除了中繼器本身的設計之外，中繼器的使用還提出了一些一般的設計考慮。具體地，應當選取信令方法以防止等待時間的增加和數據率的減小。例如，在一些情形中，脈沖調制可能是不實用的。單邊帶調制可促成頻率復用，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振幅的相位調制或頻率調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歷在其中接收到的或所傳送的信號被高度衰減的“死區”。在一些情形中，該死區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米的允許相關聯的中繼器選擇提供最強信號的間隙(即不是位于死區內的間隙)的多個間隙來避免因死區導致的衰減。以此方式，可以維持連續的系統操作。不僅如此，如果一個間隙在電氣上發生故障，那么其他間隙可被用于信令。

圖1解說了根據本發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遙測中繼器來發生。

可以考慮數個中繼器設計配置。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聯的開關保持打開。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(例如，開關300、310、320、330、340、350)來接通或斷開。當所有開關都閉合時，所有間隙被短路，并且與這些間隙相關聯的發射機/接收機被有效地從系統移除。當希望從系統消除暫時不必要的中繼器時，這可以是有用的。