本公開(kāi)總體涉及用于在井系統(tǒng)中使用的裝置。更具體地，但并不進(jìn)行限制，本公開(kāi)涉及電磁耦合的帶隙收發(fā)器。

背景

井系統(tǒng)(例如，用于從地下地層提取流體或氣體的油井或氣井)可包括位于井筒中的各種井工具。在井工具之間傳送數(shù)據(jù)可能是令人希望的。在一些實(shí)例中，電纜可用來(lái)在井工具之間傳輸數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)井部件旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)以在井筒中執(zhí)行功能時(shí)電纜可能磨損或發(fā)生故障。在其他實(shí)例中，井工具可無(wú)線(xiàn)地彼此傳輸數(shù)據(jù)。然而，無(wú)線(xiàn)通信的功率傳輸效率可取決于控制可能是不切實(shí)際的或不可行的多種因素。例如，無(wú)線(xiàn)通信的功率傳輸效率可取決于地下地層的導(dǎo)電特性。在井工具之間高效地進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信可能是充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的。

附圖簡(jiǎn)述

圖1描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)例的包括用于使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器的系統(tǒng)的井系統(tǒng)。

圖2描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)例的包括用于使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器的系統(tǒng)的另一個(gè)井系統(tǒng)。

圖3a是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的用于與收發(fā)器或耦合器一起使用的換能器的橫截面端視圖。

圖3b是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的圖3a的用于與收發(fā)器或耦合器一起使用的換能器的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的用于與收發(fā)器或耦合器一起使用的換能器的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的描繪使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器的功率傳輸效率的圖。

圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的描繪使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器接收的電壓的圖。

圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的描繪使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器的與電磁傳輸相關(guān)聯(lián)的電壓的圖。

圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的可電磁耦合的帶隙收發(fā)器的框圖。

圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的示出用于使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器的過(guò)程的實(shí)例的流程圖。

詳述

本公開(kāi)的某些方面和特征涉及通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)包括可操作來(lái)在井筒中的井工具部件(例如，子系統(tǒng))之間傳輸數(shù)據(jù)的電磁耦合的帶隙收發(fā)器。電磁耦合的帶隙收發(fā)器可包括具有圍繞井工具的子系統(tǒng)定位(例如，圍繞所述子系統(tǒng)同軸地定位)的圓柱形帶的收發(fā)器。電磁耦合的帶隙收發(fā)器還可包括具有圍繞井工具的另一個(gè)子系統(tǒng)定位的圓柱形帶的另一個(gè)收發(fā)器。

收發(fā)器可通過(guò)圓柱形帶與彼此電磁通信(例如，使用電磁場(chǎng)無(wú)線(xiàn)地通信)。例如，可向一個(gè)收發(fā)器的圓柱形帶供應(yīng)功率。功率可在圓柱形帶與相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)的外殼體之間生成電壓。電壓可致使圓柱形帶穿過(guò)井筒中的流體和周?chē)貙?例如地下地層)發(fā)射電磁場(chǎng)。電壓還可致使圓柱形帶將電流傳輸?shù)骄仓械牧黧w和周?chē)貙又?。如果流體和地層具有高的電阻率，那么傳輸?shù)搅黧w和地層中的電流可衰減并且另一個(gè)收發(fā)器可檢測(cè)由所述收發(fā)器發(fā)射的電磁場(chǎng)。如果流體和地層具有低的電阻率，那么由收發(fā)器發(fā)射的電磁場(chǎng)可衰減并且另一個(gè)收發(fā)器可檢測(cè)傳輸穿過(guò)流體和地層的電流。以此方式，收發(fā)器可在低電阻率和高電阻率的井下環(huán)境中無(wú)限地通信(例如，無(wú)線(xiàn)地耦合)。

在一些實(shí)例中，帶的圓柱形形狀可提高通信系統(tǒng)的功率傳輸效率。例如，一個(gè)子系統(tǒng)可以與另一個(gè)子系統(tǒng)不同的速度和在與所述另一個(gè)子系統(tǒng)不同的方向上旋轉(zhuǎn)。如果收發(fā)器例如使用定位在子系統(tǒng)上的非對(duì)稱(chēng)形狀的電極，那么所述電極可由于子系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)的不同速度和方向而與彼此不對(duì)準(zhǔn)地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電極未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，電極之間的電磁通信可能不是有效的，因?yàn)橛晌磳?duì)準(zhǔn)的收發(fā)器接收的信號(hào)可能不能被適當(dāng)?shù)貦z測(cè)到。這可在旋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)期間引起所接收信號(hào)強(qiáng)度的意想不到的波動(dòng)，這可減弱通信系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)效率。相反，圓柱形帶不能與彼此不對(duì)準(zhǔn)地旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閳A柱形帶中的每一個(gè)橫貫其相關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的整個(gè)圓周。這可允許無(wú)線(xiàn)通信行進(jìn)更短距離并且不會(huì)受到來(lái)自井工具的干擾。這可提高通信系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)效率并且提供更加穩(wěn)定的通信系統(tǒng)。

在一些實(shí)例中，中間子系統(tǒng)可定位在收發(fā)器之間。因?yàn)橹虚g子系統(tǒng)可能是長(zhǎng)的(例如，40英尺或更多)，所以收發(fā)器之間的距離可致使收發(fā)器之間的電磁通信衰減。這可影響通信系統(tǒng)的功率傳輸效率。

為了減弱由于收發(fā)器之間的距離而產(chǎn)生的衰減，在一些實(shí)例中，兩個(gè)耦合器可定位在中間子系統(tǒng)上。耦合器中的每一個(gè)可包括圍繞中間子系統(tǒng)定位的圓柱形帶。一個(gè)耦合器可定位成處于中間子系統(tǒng)的縱向端部附近(例如，在所述縱向端部的一英尺內(nèi))并且鄰近于收發(fā)器中的一個(gè)。耦合器到收發(fā)器的鄰近度可允許收發(fā)器在低信號(hào)衰減下向耦合器電磁傳輸信號(hào)。耦合器可接收信號(hào)并且通過(guò)導(dǎo)體(例如，導(dǎo)線(xiàn))向另一個(gè)耦合器傳輸信號(hào)。另一個(gè)耦合器可定位成處于中間子系統(tǒng)的相對(duì)縱向端部附近并且鄰近于另一個(gè)收發(fā)器。另一個(gè)耦合器到另一個(gè)收發(fā)器的鄰近度可允許另一個(gè)耦合器在低信號(hào)衰減下向另一個(gè)收發(fā)器電磁傳輸信號(hào)。通過(guò)借助于耦合器進(jìn)行通信(而不是一個(gè)收發(fā)器與另一個(gè)收發(fā)器直接進(jìn)行電磁通信)，通信系統(tǒng)可具有改進(jìn)的功率傳輸效率。

在一個(gè)實(shí)例中，井工具可包括隨鉆測(cè)井工具并且中間子系統(tǒng)可包括泥漿馬達(dá)。收發(fā)器中的一個(gè)可向定位在泥漿馬達(dá)的一個(gè)縱向端部處的耦合器電磁(例如，無(wú)線(xiàn)地)傳輸數(shù)據(jù)。例如，收發(fā)器可向耦合器電磁傳輸與鉆頭的鉆探?jīng)_擊、振動(dòng)、溫度、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速以及鉆頭的傾斜角度相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。耦合器可接收數(shù)據(jù)并且通過(guò)導(dǎo)體向定位在泥漿馬達(dá)的相對(duì)縱向端部處的另一個(gè)耦合器傳輸數(shù)據(jù)。另一個(gè)耦合器可向另一個(gè)收發(fā)器電磁傳輸數(shù)據(jù)。以此方式，收發(fā)器可通過(guò)耦合器跨泥漿馬達(dá)通信。

在一些實(shí)例中，提高功率傳輸效率可減少由通信系統(tǒng)消耗的功率。這可增加收發(fā)器(其可靠電池功率操作)的使用期限。提高功率傳輸效率還可提高收發(fā)器之間傳輸?shù)男盘?hào)的信噪比。這可增強(qiáng)信號(hào)的質(zhì)量并且減少與信號(hào)相關(guān)聯(lián)(例如，源自所述信號(hào))的數(shù)據(jù)的誤差。

給出這些說(shuō)明性實(shí)例來(lái)將讀者引至本文所討論的一般主題，并且不意圖限制公開(kāi)概念的范圍。以下部分參考附圖描述了各種另外的特征和實(shí)例，其中相同的數(shù)字指示相同的元件，并且指向性說(shuō)明被用于描述說(shuō)明性方面但是如同所述說(shuō)明性方面其不應(yīng)當(dāng)被用于限制本公開(kāi)。

圖1描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)例的包括電磁耦合的帶隙收發(fā)器118a、118b的井系統(tǒng)100。井系統(tǒng)100包括延伸穿過(guò)各種地球巖層的井筒102。井筒102延伸穿過(guò)含烴地下地層104。套管柱106從表面108延伸到地下地層104。套管柱106可提供導(dǎo)管，穿過(guò)所述導(dǎo)管，從地下地層104產(chǎn)生的地層流體(諸如生產(chǎn)流體)可從井筒102行進(jìn)至表面108。

井系統(tǒng)100還可包括至少一個(gè)井工具114(例如，地層測(cè)試工具)。井工具114可耦合到可例如使用絞纜機(jī)112部署在井筒102中的線(xiàn)纜、鋼絲或盤(pán)管110。

井工具114可包括收發(fā)器118a，所述收發(fā)器118a定位在子系統(tǒng)116上。收發(fā)器118a可包括定位在子系統(tǒng)116上的換能器。換能器可包括圓柱形帶或一個(gè)或多個(gè)電極。例如，換能器可包括圍繞子系統(tǒng)116的外圓周定位的多個(gè)電極。作為另一個(gè)實(shí)例，換能器可包括圍繞子系統(tǒng)116同軸地定位的圓柱形帶。收發(fā)器可包括任何合適的導(dǎo)電材料(例如，不銹鋼、引線(xiàn)、銅或鈦)。

井工具114還可包括定位在另一個(gè)子系統(tǒng)117上的另一個(gè)收發(fā)器118b。收發(fā)器118b可包括定位在子系統(tǒng)117上的換能器。例如，換能器可包括圍繞子系統(tǒng)117的外圓周同軸地定位的圓柱形帶。在一些實(shí)例中，收發(fā)器118a、118b可與彼此直接進(jìn)行電磁通信。

在一些實(shí)例中，井工具114還可包括耦合器120a，所述耦合器120a定位在中間子系統(tǒng)119的縱向端部124處或其附近(例如，所述縱向端部124的1英尺內(nèi))。井系統(tǒng)114可包括另一個(gè)耦合器120b，所述另一個(gè)耦合器120b定位在中間子系統(tǒng)119的相對(duì)縱向端部126處或其附近。耦合器120a、120b中的每一個(gè)可包括定位在中間子系統(tǒng)119上的換能器。例如，耦合器120a、120b中的每一個(gè)可包括圍繞中間子系統(tǒng)119的外圓周同軸地定位的圓柱形帶。耦合器120a、120b的換能器可包括相同的導(dǎo)電材料或與收發(fā)器118a、118b的換能器不同的導(dǎo)電材料。

耦合器120a、120b可由導(dǎo)體122電耦合。導(dǎo)體122可包括導(dǎo)線(xiàn)。所述導(dǎo)線(xiàn)可以是絕緣的。導(dǎo)體122可定位在中間子系統(tǒng)119的殼體內(nèi)。例如，導(dǎo)線(xiàn)可處于中間子系統(tǒng)119殼體的內(nèi)部直徑內(nèi)或嵌入在中間子系統(tǒng)119殼體的結(jié)構(gòu)內(nèi)。導(dǎo)體122可橫貫中間子系統(tǒng)119的縱向長(zhǎng)度。

收發(fā)器118a可與耦合器120a電磁耦合。另一個(gè)收發(fā)器118b可與另一個(gè)耦合器120b電磁耦合。這可在收發(fā)器118a、118b之間形成通信路徑。例如，收發(fā)器118a可向耦合器120a電磁傳輸數(shù)據(jù)(例如，使用電磁場(chǎng)無(wú)線(xiàn)地傳輸數(shù)據(jù))。耦合器120a可接收數(shù)據(jù)并且通過(guò)導(dǎo)體122向另一個(gè)耦合器120b傳輸數(shù)據(jù)。另一個(gè)耦合器120b可向另一個(gè)收發(fā)器118b電磁傳輸數(shù)據(jù)。以此方式，收發(fā)器118a可通過(guò)耦合器120a、120b向另一個(gè)收發(fā)器118b傳輸數(shù)據(jù)。作為另一個(gè)實(shí)例，收發(fā)器118b可向耦合器120b電磁傳輸數(shù)據(jù)。耦合器120b可接收數(shù)據(jù)并且通過(guò)導(dǎo)體122向另一個(gè)耦合器120a傳輸數(shù)據(jù)。另一個(gè)耦合器120a可向另一個(gè)收發(fā)器118a電磁傳輸數(shù)據(jù)。收發(fā)器118a可接收數(shù)據(jù)并且例如通過(guò)線(xiàn)纜向井口傳輸數(shù)據(jù)。以此方式，收發(fā)器118b可通過(guò)耦合器120a、120b向另一個(gè)收發(fā)器118a傳輸數(shù)據(jù)。

在一些實(shí)例中，可在子系統(tǒng)116、117、119中的一個(gè)或多個(gè)之間定位對(duì)象。對(duì)象可以是流體、另一種井工具、井工具114的部件、地下地層104的一部分等。收發(fā)器118a與耦合器120a以及另一個(gè)收發(fā)器118b與另一個(gè)耦合器120b的無(wú)線(xiàn)耦合可在收發(fā)器118a、118b之間允許否則可受對(duì)象阻擋的通信路徑。例如，這種通信路徑可能在傳統(tǒng)的有線(xiàn)通信系統(tǒng)中是不可能的，因?yàn)閷?duì)象可阻擋導(dǎo)線(xiàn)在子系統(tǒng)116、117、119之間經(jīng)過(guò)。

在一些實(shí)例中，子系統(tǒng)116、117、119中的一個(gè)或多個(gè)可相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。收發(fā)器118a與耦合器120a以及另一個(gè)收發(fā)器118b與另一個(gè)耦合器120b的無(wú)線(xiàn)耦合可在收發(fā)器118a、118b之間生成通信路徑。這種通信路徑可能在傳統(tǒng)的有線(xiàn)通信系統(tǒng)中是不可能的，因?yàn)樽酉到y(tǒng)116、117、119的旋轉(zhuǎn)可切斷導(dǎo)線(xiàn)或者以其他方式防止導(dǎo)線(xiàn)在子系統(tǒng)116、117、119之間經(jīng)過(guò)。

圖2描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)例的包括用于使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器118a、118b的系統(tǒng)的另一個(gè)井系統(tǒng)200。在這個(gè)實(shí)例中，井系統(tǒng)200包括井筒102。井工具202(例如，隨鉆測(cè)井工具)可定位在井筒102中。井工具202可包括各種子系統(tǒng)206、208、210、212。例如，井工具202可包括子系統(tǒng)206，所述子系統(tǒng)206可包括通信子系統(tǒng)。井工具202還可包括子系統(tǒng)210，所述子系統(tǒng)210可包括收集器子系統(tǒng)或旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng)。管狀區(qū)段或中間子系統(tǒng)208(例如，泥漿馬達(dá)或隨鉆測(cè)量模塊)可定位在其他子系統(tǒng)206、210之間。在一些實(shí)例中，井工具202可包括用于鉆探井筒102的鉆頭214。鉆頭212可耦合到另一個(gè)管狀區(qū)段或子系統(tǒng)212(例如，隨鉆測(cè)量模塊或旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng))。

井工具202還可包括管狀接頭216a、216b。管狀接頭216a可防止導(dǎo)線(xiàn)在子系統(tǒng)206與中間子系統(tǒng)208之間經(jīng)過(guò)。管狀接頭216b可防止導(dǎo)線(xiàn)在子系統(tǒng)210與中間子系統(tǒng)208之間經(jīng)過(guò)。

井筒102可包括流體220。流體220可在定位于井工具202與井筒102的壁之間的環(huán)形體218中流動(dòng)。在一些實(shí)例中，流體220可接觸收發(fā)器118a、118b和耦合器120a、120b。這種接觸可允許電磁通信，如參考圖3b更加詳細(xì)所述。

一個(gè)收發(fā)器118a可耦合到一個(gè)子系統(tǒng)206并且另一個(gè)收發(fā)器118b可耦合到另一個(gè)子系統(tǒng)210。一個(gè)耦合器120a可定位在中間子系統(tǒng)208的縱向端部處或其附近并且鄰近于收發(fā)器118a(例如，以用于與收發(fā)器118a電磁通信)。另一個(gè)耦合器120b可定位在中間子系統(tǒng)208的相對(duì)縱向端部處或其附近并且鄰近于收發(fā)器118b(例如，以用于與收發(fā)器118b電磁通信)。導(dǎo)體122可使耦合器120a與另一個(gè)耦合器120b電耦合。

在一些實(shí)例中，一個(gè)收發(fā)器118a可與另一個(gè)收發(fā)器118b直接進(jìn)行電磁通信。在其他實(shí)例中，所述一個(gè)收發(fā)器118a可通過(guò)耦合器120a、120b與另一個(gè)收發(fā)器118b間接通信。這可提高通信系統(tǒng)(例如，收發(fā)器118a、118b和耦合器120a、120b)的總的功率傳輸效率。例如，一個(gè)收發(fā)器118a可向相關(guān)聯(lián)的耦合器120a傳輸無(wú)線(xiàn)信號(hào)。因?yàn)槭瞻l(fā)器118a與耦合器120a之間的距離可能較小(例如，1英尺或更少)，所以可能存在無(wú)線(xiàn)信號(hào)的低衰減。耦合器120a可接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)，將無(wú)線(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)向另一個(gè)耦合器120b傳輸電信號(hào)。可能存在電信號(hào)的最小衰減，原因是電信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行傳輸。另一個(gè)耦合器120b可接收電信號(hào)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成無(wú)線(xiàn)信號(hào)，并且向另一個(gè)收發(fā)器118b傳輸無(wú)線(xiàn)信號(hào)。因?yàn)榱硪粋€(gè)耦合器120b與另一個(gè)收發(fā)器118b之間的距離可能較小，所以可能存在無(wú)線(xiàn)信號(hào)的低衰減。以此方式，一個(gè)收發(fā)器118a可通過(guò)耦合器120a、120b與另一個(gè)收發(fā)器118b間接通信以提高通信系統(tǒng)的功率傳輸效率。

圖3a是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的用于與收發(fā)器或耦合器一起使用的換能器302的橫截面端視圖。在這個(gè)實(shí)例中，換能器302包括圓柱形帶。換能器302可圍繞井工具300(例如，井工具300的殼體306)定位。在一些實(shí)例中，絕緣體304可定位在換能器302與井工具300的殼體306之間。這可防止換能器302向井工具300直接導(dǎo)電。絕緣體304可包括任何合適的電絕緣材料(例如，橡膠、peek或塑料)。

換能器302的直徑可大于井工具300的殼體306的直徑。例如，換能器302的直徑可以是4.75英寸并且井工具300的殼體306的直徑可以是3.2英寸。在一些實(shí)例中，換能器302的厚度312可厚于或薄于絕緣體304的厚度310、井工具300的殼體306的厚度310，或兩者。例如，換能器302可具有0.2英寸的厚度312。

在一些實(shí)例中，當(dāng)換能器302的長(zhǎng)度(例如，圖3b中描繪的長(zhǎng)度311)增加時(shí)，功率傳輸效率可增加。然而，空間限制(例如，歸因于井工具300的配置)可限制換能器302的長(zhǎng)度。在一些實(shí)例中，鑒于空間限制，換能器302的長(zhǎng)度可以是最大可行長(zhǎng)度。例如，換能器302的長(zhǎng)度可以是6英寸。絕緣體304的長(zhǎng)度可以與換能器302的長(zhǎng)度相同或大于換能器302的長(zhǎng)度。

在一些實(shí)例中，通信系統(tǒng)中的換能器302中的每一個(gè)可具有與彼此相同或不同的特性(例如，長(zhǎng)度、厚度和直徑)。例如，收發(fā)器可包括具有彼此不同直徑的換能器302。作為另一個(gè)實(shí)例，耦合器可包括具有彼此不同直徑的換能器302。

圖3b是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的圖3a的用于與收發(fā)器或耦合器一起使用的換能器302的橫截面?zhèn)纫晥D。在一些實(shí)例中，收發(fā)器可向換能器302施加電力以傳輸電磁信號(hào)。例如，收發(fā)器可包括ac信號(hào)源316。ac信號(hào)源316的正引線(xiàn)可耦合到換能器302并且ac信號(hào)源316的負(fù)引線(xiàn)可耦合到井工具300的殼體306。ac信號(hào)源316可在換能器302與井工具300的殼體306之間生成電壓314。

電壓314可致使換能器302穿過(guò)井筒中的流體和地層(例如地下地層)傳輸電磁場(chǎng)。電壓314還可致使圓柱形帶將電流傳輸?shù)骄仓械牧黧w和地層中。如果流體和地層具有高的電阻率，那么電流可衰減并且電磁場(chǎng)可在高的功率傳輸效率下穿過(guò)流體和地層傳播。這可生成主要呈電磁場(chǎng)形式的無(wú)線(xiàn)耦合。如果流體和地層具有低的電阻率，那么電磁場(chǎng)可衰減并且電流可在高的功率傳輸效率下穿過(guò)流體和地層傳播。這可生成主要呈流動(dòng)穿過(guò)流體和地層的電流形式的無(wú)線(xiàn)耦合。

電磁場(chǎng)和電流的組合可允許換能器302無(wú)線(xiàn)通信(例如，在低電阻率井下環(huán)境和高電阻率井下環(huán)境兩者中與另一個(gè)換能器302進(jìn)行無(wú)線(xiàn)耦合)。另外，電磁場(chǎng)和電流的組合可允許換能器302將所述換能器302與殼體306之間的電壓314傳送給另一個(gè)換能器302。基于電壓的無(wú)線(xiàn)耦合可不同于傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，所述傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)可使用基于線(xiàn)圈的感應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信。

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的用于與收發(fā)器或耦合器一起使用的換能器402的橫截面?zhèn)纫晥D。在一些實(shí)例中，井工具400的殼體406可包括凹陷區(qū)域404。換能器402可定位在凹陷區(qū)域404內(nèi)。絕緣體403可定位在凹陷區(qū)域404內(nèi)并且在換能器402與井工具400的殼體406之間。

在一些實(shí)例中，導(dǎo)體422(例如，導(dǎo)線(xiàn)、絕緣導(dǎo)線(xiàn)或任何合適的導(dǎo)電材料)可將換能器402電耦接到另一個(gè)換能器402。導(dǎo)體422可嵌入在井工具400的殼體406內(nèi)。在一些實(shí)例中，導(dǎo)體422可定位在井工具400的殼體406內(nèi)側(cè)(例如，所述殼體406的內(nèi)部直徑內(nèi))或定位在井工具400的殼體406外側(cè)。

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的描繪使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器的功率傳輸效率的圖。在一些實(shí)例中，電磁通信的傳輸路徑中的障礙物可影響電磁通信的功率傳輸效率。例如，流體在電磁通信的傳輸路徑中的導(dǎo)電性(并且地下地層在所述傳輸路徑中的導(dǎo)電性)可影響電磁通信的功率傳輸效率。圖5描繪當(dāng)傳輸路徑具有高的電阻率(例如，20歐姆-米)時(shí)和當(dāng)傳輸路徑具有低電阻率(例如，1歐姆-米)時(shí)的功率傳輸效率的實(shí)例。

例如，線(xiàn)502描繪當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時(shí)，在收發(fā)器之間使用直接電磁通信的功率傳輸效率的實(shí)例。線(xiàn)504描繪當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時(shí)，在收發(fā)器之間使用直接電磁通信的功率傳輸效率的實(shí)例。線(xiàn)506描繪當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時(shí)，在收發(fā)器之間使用間接電磁通信(例如，通過(guò)耦合器通信)的功率傳輸效率的實(shí)例。線(xiàn)508描繪當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時(shí)，在收發(fā)器之間使用間接電磁通信的功率傳輸效率的實(shí)例。

當(dāng)傳輸路徑具有低電阻率時(shí)和當(dāng)傳輸路徑具有高電阻率時(shí)，使用耦合器都可提高功率傳輸效率(例如，在大于150khz的頻率下)。這可減少由收發(fā)器消耗的功率，這可增加收發(fā)器(其可靠電池功率操作)的使用期限。在一些實(shí)例中，提高功率傳輸效率還可提高所傳輸信號(hào)的信噪比。這可增強(qiáng)所傳輸信號(hào)的質(zhì)量并且減少與所傳輸信號(hào)相關(guān)聯(lián)(例如，源自所傳輸信號(hào))的數(shù)據(jù)的誤差。

圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的描繪使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器接收的電壓的圖。線(xiàn)602描繪當(dāng)在收發(fā)器之間使用直接電磁通信時(shí)和當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時(shí)所接收的電磁信號(hào)的電壓。線(xiàn)604描繪當(dāng)在收發(fā)器之間使用直接電磁通信時(shí)和當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時(shí)所接收的電磁信號(hào)的電壓。線(xiàn)606描繪當(dāng)使用間接電磁通信(例如，通過(guò)耦合器通信)時(shí)、當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時(shí)所接收的電磁信號(hào)的電壓。線(xiàn)608描繪當(dāng)使用間接電磁通信時(shí)、當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時(shí)所接收的電磁信號(hào)的電壓。使用間接電磁通信，收發(fā)器可在比當(dāng)使用直接電磁通信時(shí)更高的頻率(例如，大于1mhz的頻率)下接收具有更高電壓的電磁信號(hào)。這可在傳輸路徑具有低電阻率時(shí)和在傳輸路徑具有高電阻率時(shí)兩種情況下發(fā)生。

在一些實(shí)例中，用來(lái)接收可識(shí)別的電磁通信(例如，不太嘈雜的電磁通信)的最小電壓電平可以是-30db。如圖6所示，使用間接電磁通信，當(dāng)通信穿過(guò)具有低電阻率的傳輸路徑時(shí)，可識(shí)別的電磁通信的傳輸頻率可以是3mhz或更高。如由圖7的線(xiàn)606所示，使用間接電磁通信，當(dāng)通信穿過(guò)高電阻率傳輸路徑時(shí)，可識(shí)別的電磁通信的傳輸頻率可高于200mhz。在一些實(shí)例中，通過(guò)能夠在高頻率下傳輸可識(shí)別的電磁通信，收發(fā)器可在更短的時(shí)間段中通信更多的數(shù)據(jù)(例如，多于30比特/秒)。

圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的可電磁耦合的帶隙收發(fā)器118的實(shí)例的框圖。在一些實(shí)例中，可將圖8中所示的部件(例如，計(jì)算裝置802、電源812和換能器302)整合到單一結(jié)構(gòu)中。例如，所述部件可處于單一殼體內(nèi)。在其他實(shí)例中，圖8中所示的部件可以是分布式的(例如，處于單獨(dú)殼體中)并且與彼此電通信。

電磁耦合的帶隙收發(fā)器118可包括計(jì)算裝置802。計(jì)算裝置802可包括處理器804、存儲(chǔ)器808和總線(xiàn)806。處理器804可執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)操作以用于操作電磁耦合的帶隙收發(fā)器118。處理器804可執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器808中以執(zhí)行操作的指令810。處理器804可包括一個(gè)或多個(gè)處理裝置或多個(gè)處理裝置。處理器804的非限制性實(shí)例包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(“fpga”)、專(zhuān)用集成電路(“asic”)、微處理器等。

處理器804可以通過(guò)總線(xiàn)806通信地耦合到存儲(chǔ)器808。非易失性存儲(chǔ)器808可包括當(dāng)斷電時(shí)保留所存儲(chǔ)信息的任意類(lèi)型的存儲(chǔ)器裝置。存儲(chǔ)器808的非限制性實(shí)例包括電可擦寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器(“eeprom”)、閃存存儲(chǔ)器或任意其他類(lèi)型的非易失性存儲(chǔ)器。在一些實(shí)例中，存儲(chǔ)器808中的至少一些可包括處理器804可從其讀取指令810的介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括能夠向處理器804提供計(jì)算機(jī)可讀指令或其他程序代碼的電子存儲(chǔ)裝置、光學(xué)存儲(chǔ)裝置、磁性存儲(chǔ)裝置或其他存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的非限制性實(shí)例包括(但不限于)磁盤(pán)、存儲(chǔ)器芯片、rom、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“ram”)、asic、已配置的處理器、光學(xué)存儲(chǔ)裝置或計(jì)算機(jī)處理器可從其讀取指令的任何其他介質(zhì)。所述指令可包括由編譯程序或解釋程序從以任何合適的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言(例如包括c、c++、c#等)寫(xiě)入的代碼生成的處理器專(zhuān)用指令。

電磁耦合的帶隙收發(fā)器118可包括電源812。電源812可與計(jì)算裝置802和換能器302進(jìn)行電通信。在一些實(shí)例中，電源812可包括電池(例如，用于對(duì)電磁耦合的帶隙收發(fā)器118供電)。在其他實(shí)例中，電磁耦合的帶隙收發(fā)器118可耦合到電纜(例如，線(xiàn)纜)并且由所述電纜供電。

另外或可替代地，電源812可包括ac信號(hào)生成器。計(jì)算裝置802可操作電源812以向換能器302施加傳輸信號(hào)。例如，計(jì)算裝置802可致使電源812向換能器302施加一連串調(diào)制的電壓。所述一系列調(diào)制的電壓可與將要傳輸至另一個(gè)換能器302(例如，與耦合器或另一個(gè)電磁耦合的帶隙收發(fā)器118相關(guān)聯(lián)的換能器302)的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。另一個(gè)換能器302可接收所述一系列調(diào)制的電壓并且將所述數(shù)據(jù)傳輸至又一個(gè)換能器302。在其他實(shí)例中，計(jì)算裝置802(而不是電源812)可向換能器302施加傳輸信號(hào)。

電磁耦合的帶隙收發(fā)器118可包括換能器302。如上文所述，可向換能器302施加電壓(例如，通過(guò)電源812)以致使換能器302向另一個(gè)換能器302(例如，與耦合器相關(guān)聯(lián)的換能器302)傳輸數(shù)據(jù)。

在一些實(shí)例中，換能器302可接收無(wú)線(xiàn)傳輸。換能器302可向計(jì)算裝置802通信與無(wú)線(xiàn)傳輸相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)(例如，電壓)。在一些實(shí)例中，計(jì)算裝置802可分析所述數(shù)據(jù)并且執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)功能。例如，計(jì)算裝置802可基于所述數(shù)據(jù)生成響應(yīng)。計(jì)算裝置802可致使與所述響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)信號(hào)傳輸至換能器302。換能器302可向另一個(gè)電磁耦合的帶隙收發(fā)器118通信所述響應(yīng)。以此方式，計(jì)算裝置802可從另一個(gè)電磁耦合的帶隙收發(fā)器118接收通信、分析所述通信并且對(duì)所述通信作出響應(yīng)。

圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)例的示出用于使用電磁耦合的帶隙收發(fā)器的過(guò)程的實(shí)例的流程圖。

在塊902中，圓柱形帶向耦合器傳輸無(wú)線(xiàn)信號(hào)(例如，電磁信號(hào))。所述第二圓柱形帶可圍繞井工具的子系統(tǒng)定位。耦合器可圍繞井工具的中間子系統(tǒng)定位(例如圍繞井工具的中間子系統(tǒng)的外殼體同軸地定位)并且定位在井工具的中間子系統(tǒng)的縱向端部處。在一些實(shí)例中，圓柱形帶可發(fā)射電磁場(chǎng)以傳輸無(wú)線(xiàn)信號(hào)。在其他實(shí)例中，圓柱形帶可向流體和地層施加電流以傳輸無(wú)線(xiàn)信號(hào)。

在塊904中，耦合器可通過(guò)導(dǎo)體(例如，導(dǎo)線(xiàn))向另一個(gè)耦合器傳輸與無(wú)線(xiàn)信號(hào)相關(guān)聯(lián)的電信號(hào)。另一個(gè)耦合器可圍繞井工具的中間子系統(tǒng)定位(例如圍繞井工具的中間子系統(tǒng)的外殼體同軸地定位)并且定位在井工具的中間子系統(tǒng)的另一個(gè)縱向端部處。導(dǎo)體可處于中間子系統(tǒng)內(nèi)側(cè)、外側(cè)或嵌入在所述中間子系統(tǒng)內(nèi)(例如，子系統(tǒng)的殼體內(nèi))。

在塊906中，另一個(gè)耦合器可向另一個(gè)圓柱形帶傳輸另一個(gè)無(wú)線(xiàn)信號(hào)(例如，與電信號(hào)相關(guān)聯(lián)的無(wú)線(xiàn)信號(hào))。圓柱形帶可圍繞井工具的另一個(gè)子系統(tǒng)定位。圓柱形帶可接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)。在一些實(shí)例中，圓柱形帶可向計(jì)算裝置、另一個(gè)井工具子系統(tǒng)和/或井口傳輸所接收的無(wú)線(xiàn)信號(hào)。

在一些方面，根據(jù)以下實(shí)例中的一個(gè)或多個(gè)提供用于電磁耦合的帶隙收發(fā)器的系統(tǒng)：

實(shí)施例#1：用于在井筒中使用的通信系統(tǒng)可包括第一圓柱形帶。所述第一圓柱形帶可圍繞井工具的第一子系統(tǒng)的第一外殼體定位。所述第一圓柱形帶可以可操作來(lái)通過(guò)電磁場(chǎng)或通過(guò)穿過(guò)所述井筒中的流體向第二圓柱形帶傳輸電流來(lái)與所述第二圓柱形帶電磁耦合。所述第二圓柱形帶可圍繞所述井工具的第二子系統(tǒng)的第二外殼體定位。

實(shí)施例#2：實(shí)施例#1所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：所述第一圓柱形帶可操作來(lái)響應(yīng)于所述流體的電阻率低于閾值而通過(guò)所述電磁場(chǎng)與所述第二圓柱形帶電磁耦合。所述第一圓柱形帶可進(jìn)一步可操作來(lái)響應(yīng)于所述流體的所述電阻率高于所述閾值而通過(guò)傳輸穿過(guò)所述流體的電流與所述第二圓柱形帶電磁耦合。

實(shí)施例#3：實(shí)施例#1-2中任一項(xiàng)所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：所述第二子系統(tǒng)包括泥漿馬達(dá)。所述第一圓柱形帶和所述第二圓柱形帶可被定位用于跨定位于所述第一子系統(tǒng)與所述泥漿馬達(dá)之間的管狀接頭進(jìn)行電磁耦合。

實(shí)施例#4：實(shí)施例#1-3中任一項(xiàng)所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：泥漿馬達(dá)定位在所述第一子系統(tǒng)與所述第二子系統(tǒng)之間。所述第一圓柱形帶可以可操作來(lái)跨所述泥漿馬達(dá)與所述第二圓柱形帶電磁通信。

實(shí)施例#5：實(shí)施例#1-4中任一項(xiàng)所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：所述第二圓柱形帶耦合到所述第二子系統(tǒng)的縱向端部并且耦合到嵌入在所述第二外殼體內(nèi)的導(dǎo)體。所述導(dǎo)體可耦合到圍繞所述第二外殼體定位并且定位在所述第二子系統(tǒng)的相對(duì)側(cè)向端部處的第三圓柱形帶。

實(shí)施例#6：實(shí)施例#1-5中任一項(xiàng)所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：第三圓柱形帶可操作來(lái)與圍繞所述井工具的第三子系統(tǒng)的第三外殼體定位的第四圓柱形帶電磁耦合。

實(shí)施例#7：實(shí)施例#1-6中任一項(xiàng)所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：絕緣體定位在所述第一圓柱形帶與所述第一子系統(tǒng)的所述外殼體之間。

實(shí)施例#8：實(shí)施例#1-7中任一項(xiàng)所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：所述第二子系統(tǒng)的所述第二外殼體包括凹陷區(qū)域。所述第二圓柱形帶可定位在所述凹陷區(qū)域內(nèi)。

實(shí)施例#9：實(shí)施例#1-8中任一項(xiàng)所述的通信系統(tǒng)的特征可在于：絕緣體定位在所述凹陷區(qū)域內(nèi)并且在所述第二圓柱形帶與所述第二外殼體之間。

實(shí)施例#10：一種組件可包括井工具。所述組件還可包括圍繞外殼體定位并且定位在所述井工具的子系統(tǒng)的縱向端部處的第一圓柱形帶。所述第一圓柱形帶可操作來(lái)與收發(fā)器電磁耦合。所述組件還可包括圍繞所述外殼體定位并且定位在所述子系統(tǒng)的相對(duì)縱向端部處的第二圓柱形帶。所述第二圓柱形帶可以可操作來(lái)與另一個(gè)收發(fā)器電磁耦合。所述第一圓柱形帶可通過(guò)導(dǎo)體耦合到所述第二圓柱形帶。

實(shí)施例#11：實(shí)施例#10所述的組件的特征可在于：所述第一圓柱形帶可操作來(lái)響應(yīng)于井筒中的流體的電阻率低于閾值而通過(guò)電磁場(chǎng)與所述收發(fā)器電磁耦合。所述第一圓柱形帶還可操作來(lái)響應(yīng)于所述流體的所述電阻率高于所述閾值而通過(guò)傳輸穿過(guò)所述流體的電流與所述收發(fā)器電磁耦合。

實(shí)施例#12：實(shí)施例#10-11中任一項(xiàng)所述的組件的特征可在于：所述導(dǎo)體嵌入在所述外殼體內(nèi)。

實(shí)施例#13：實(shí)施例#10-12中任一項(xiàng)所述的組件的特征可在于：所述子系統(tǒng)包括泥漿馬達(dá)。所述第一圓柱形帶可被定位用于跨定位于所述泥漿馬達(dá)與另一個(gè)子系統(tǒng)之間的管狀接頭進(jìn)行電磁耦合。

實(shí)施例#14：實(shí)施例#10-13中任一項(xiàng)的所述的組件的特征可在于：絕緣體定位在所述第一圓柱形帶與所述外殼體之間。

實(shí)施例#15：實(shí)施例#10-14中任一項(xiàng)所述的組件的特征可在于：所述外殼體包括凹陷區(qū)域。所述第一圓柱形帶可定位在所述凹陷區(qū)域內(nèi)。

實(shí)施例#16：實(shí)施例#10-15中任一項(xiàng)所述的組件的特征可在于：絕緣體定位在所述凹陷區(qū)域內(nèi)并且在所述第一圓柱形帶與所述外殼體之間。

實(shí)施例#17：一種方法可包括由圓柱形帶向圍繞外殼體定位并且定位在井工具的子系統(tǒng)的縱向端部處的耦合器傳輸電磁信號(hào)。所述方法還可包括由所述耦合器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)向另一個(gè)耦合器傳輸與所述電磁信號(hào)相關(guān)聯(lián)的電信號(hào)。所述另一個(gè)耦合器可圍繞所述外殼體定位并且定位在所述子系統(tǒng)的另一個(gè)縱向端部處。所述方法還可包括由所述另一個(gè)耦合器向圍繞所述井工具的另一個(gè)子系統(tǒng)定位的另一個(gè)圓柱形帶傳輸另一個(gè)電磁信號(hào)。

實(shí)施例#18：實(shí)施例#17所述的方法的特征可在于：所述外殼體包括凹陷區(qū)域。所述耦合器可定位在所述凹陷區(qū)域內(nèi)。

實(shí)施例#19：實(shí)施例#17-18中任一項(xiàng)所述的方法的特征可在于：絕緣體定位在凹陷區(qū)域內(nèi)并且在所述耦合器與所述外殼體之間。所述導(dǎo)線(xiàn)可嵌入在所述外殼體中。

實(shí)施例#20：實(shí)施例#17-19中任一項(xiàng)所述的方法的特征可在于：所述子系統(tǒng)包括泥漿馬達(dá)。所述第一圓柱形帶和所述耦合器可被定位用于跨定位于所述圓柱形帶與所述耦合器之間的管狀接頭進(jìn)行電磁耦合。

某些實(shí)例(包括示出的實(shí)例)的前述說(shuō)明已經(jīng)僅僅出于說(shuō)明和描述的目的來(lái)呈現(xiàn)，并且并非旨在為詳盡的或者使本公開(kāi)限于所公開(kāi)的精確形式。在不背離本公開(kāi)的范圍的情況下，其大量修改、適配和使用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是明顯的。