本公開大體上涉及用于井系統(tǒng)中的裝置。更具體地說，但并非以限制的方式，本公開涉及跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信。

背景

井系統(tǒng)(例如，用于從地下地層中提取流體或氣體的石油或天然氣井)可包括井筒中的各種鉆井工具。在鉆井工具之間傳送數(shù)據(jù)是所期望的。在一些實例中，電纜可用于在鉆井工具之間傳輸數(shù)據(jù)。然而，因為井部件旋轉(zhuǎn)和振動以在井筒中執(zhí)行功能，所以電纜可能磨損或故障。在其他實例中，鉆井工具可彼此無線地傳輸數(shù)據(jù)。然而，無線通信的功率傳輸效率可取決于可能不切實際或不可控制的各種因素。例如，無線通信的功率傳輸效率可取決于地下地層的導(dǎo)電特性。在鉆井工具之間有效地進行無線通信可能是具有挑戰(zhàn)性的。

附圖簡述

圖1描繪根據(jù)一個實例的包括帶隙收發(fā)器的井系統(tǒng)，所述帶隙收發(fā)器用于跨具有改進的外部的鉆井工具來進行帶隙通信。

圖2a是根據(jù)一個實例的用于與收發(fā)器一起使用的換能器的剖視端視圖。

圖2b是根據(jù)一個實例的用于與收發(fā)器一起使用的圖2a的換能器的剖視側(cè)視圖。

圖3是根據(jù)一個實例的用于與收發(fā)器一起使用的換能器的剖視側(cè)視圖。

圖4描繪根據(jù)一個實例的包括帶隙收發(fā)器的另一井系統(tǒng)，所述帶隙收發(fā)器用于跨具有改進的外部的鉆井工具來進行帶隙通信。

圖5是根據(jù)一個實例的具有改進的外部的鉆井工具的剖視圖。

圖6是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信的功率傳輸效率的曲線圖。

圖7是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信的電壓的曲線圖。

圖8是根據(jù)一個實例的具有改進的外部的鉆井工具的剖視圖。

圖9是根據(jù)一個實例的具有改進的外部的鉆井工具的剖視圖。

圖10是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信的功率傳輸效率的曲線圖。

圖11是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的在高頻下的帶隙通信的功率傳輸效率的曲線圖。

圖12是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信的電壓的曲線圖。

圖13是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的在高頻下的帶隙通信的電壓的曲線圖。

圖14是可跨具有改進的外部的鉆井工具進行通信的收發(fā)器的框圖。

圖15是根據(jù)一個實例的示出用于生產(chǎn)具有改進的外部的鉆井工具的過程實例的流程圖。

詳細描述

本公開的某些方面和特征涉及跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信。帶隙通信可在兩個收發(fā)器之間進行。一個收發(fā)器可包括圍繞鉆井工具的子系統(tǒng)定位(例如，圍繞其同軸定位)的圓柱形帶。另一收發(fā)器可包括圍繞鉆井工具的另一子系統(tǒng)定位的圓柱形帶。

收發(fā)器可通過圓柱形帶彼此電磁通信(例如，使用電磁場進行無線通信)。例如，功率可供應(yīng)到一個收發(fā)器的圓柱形帶。功率可在圓柱形帶與相關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的外殼之間產(chǎn)生電壓。電壓可引起圓柱形帶將電磁場輻射穿過井筒中的流體和周圍地層(例如，地下地層)。電壓還可引起圓柱形帶將電流傳輸?shù)骄仓械牧黧w和周圍地層中。如果流體和地層具有高電阻率，那么傳輸?shù)搅黧w和地層中的電流可衰減，并且另一收發(fā)器可檢測由所述收發(fā)器發(fā)射的電磁場。如果流體和地層具有低電阻率，那么由收發(fā)器發(fā)射的電磁場可衰減，并且另一收發(fā)器可檢測傳輸穿過流體和地層的電流。收發(fā)器可在低電阻率和高電阻率的井下環(huán)境中進行無線通信(例如，無線耦合)。

在一些實例中，所述帶的圓柱形狀可提升通信系統(tǒng)的功率傳輸效率。例如，一個子系統(tǒng)可以與另一子系統(tǒng)不同的速度并且在與另一子系統(tǒng)不同的方向上旋轉(zhuǎn)。如果收發(fā)器使用例如定位在子系統(tǒng)上的非對稱形狀的電極，那么電極可能由于子系統(tǒng)的不同的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向而旋轉(zhuǎn)成彼此不對準。當(dāng)電極不對準時，電極之間的電磁通信可能無效，因為由不對準的收發(fā)器所接收的信號可能無法被適當(dāng)檢測。這可在子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)期間導(dǎo)致所接收信號強度的意外波動，從而降低通信系統(tǒng)的信號檢測效率。相反地，圓柱形帶不會旋轉(zhuǎn)成彼此不對準，因為圓柱形帶中的每一個都橫越其相關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的整個圓周。這可允許無線通信行進較短距離而不受鉆井工具的干擾。這可提高通信系統(tǒng)的信號檢測效率，并且提供更穩(wěn)定的通信系統(tǒng)。

在一些實例中，中間子系統(tǒng)(例如，泥漿馬達)可定位在收發(fā)器之間。因為中間子系統(tǒng)可能較長(例如，40英尺或更長)，所以收發(fā)器之間的距離可導(dǎo)致收發(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。另外，在電磁場和/或電流穿過流體和地層時，電磁場和/或電流可與中間子系統(tǒng)的殼體發(fā)生電相互作用。例如，電流的一部分可電短路穿過中間子系統(tǒng)的殼體，從而減少到達接收收發(fā)器的電流的量。這可導(dǎo)致電磁場和/或電流衰減，從而降低通信系統(tǒng)的功率傳輸效率。

在一些實例中，為了減少收發(fā)器之間由距離導(dǎo)致的衰減，可改進中間子系統(tǒng)的外部。例如，外部可包括絕緣層，所述絕緣層圍繞中間子系統(tǒng)的外殼定位(例如，圍繞其同軸定位)并且橫越中間子系統(tǒng)的整個縱向長度。這可防止電流穿過中間子系統(tǒng)的外殼而電短路。金屬套筒可圍繞絕緣層定位(例如，以保護絕緣層免受損壞)。在一些實例中，絕緣層可包括定位在中間子系統(tǒng)的外殼與金屬套筒之間的多個絕緣環(huán)(例如，o形環(huán))。絕緣環(huán)可在中間子系統(tǒng)與金屬套筒之間形成空間。這可使金屬套筒與中間子系統(tǒng)的外殼電絕緣。金屬套筒可用作電屏蔽，從而防止電流與中間子系統(tǒng)的外殼發(fā)生電相互作用。在一些實例中，絕緣緩沖器可圍繞中間子系統(tǒng)的外殼定位，并且鄰近金屬套筒的每個縱向端。這可有助于防止金屬套筒接觸鄰近金屬套筒的金屬部件(例如管狀接頭)以及中間子系統(tǒng)，從而保持金屬套筒的電隔離。

在一個實例中，鉆井工具可包括隨鉆測井工具，并且中間子系統(tǒng)可包括泥漿馬達。泥漿馬達可包括改進的外部，所述改進的外部包括圍繞泥漿馬達的外殼定位的絕緣體。金屬套筒可圍繞絕緣體定位。為了傳輸電磁通信，一個收發(fā)器可向其圓柱形帶施加電壓。這可生成與可通過井筒傳播的無線通信相關(guān)聯(lián)的電磁波和電流。泥漿馬達的改進的外部可減少由于與泥漿馬達的外殼發(fā)生電相互作用而導(dǎo)致的電磁波和電流的衰減。在較少衰減的情況下，與每個通信相關(guān)聯(lián)的更多能量可由另一收發(fā)器所接收。以這種方式，收發(fā)器可在提高功率傳輸效率的情況下跨泥漿馬達進行通信。

在一些實例中，提高功率傳輸效率可降低由收發(fā)器消耗的功率。這可增加收發(fā)器(其可在電池電源下操作)的使用期限。提高功率傳輸效率還可提高在收發(fā)器之間通信的信號的信噪比。這可增強信號質(zhì)量，并且減少與信號相關(guān)聯(lián)(例如，從信號衍生)的數(shù)據(jù)誤差。

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

圖1描繪根據(jù)一個實例的包括帶隙收發(fā)器118a、118b的井系統(tǒng)100，所述帶隙收發(fā)器118a、118b用于跨具有改進的外部的鉆井工具114來進行帶隙通信。井系統(tǒng)100包括延伸穿過各種地球巖層的井筒102。井筒102延伸穿過含烴的地下地層104。套管柱106從地面108延伸到地下地層104。套管柱106可提供管道，地層流體(諸如從地下地層104產(chǎn)生的生產(chǎn)流體)可通過所述管道從井筒102行進到地面108。

井系統(tǒng)100還可包括至少一個鉆井工具114(例如，地層測試工具)。鉆井工具114可聯(lián)接到可例如使用絞盤112而部署到井筒102中的鋼纜、鋼絲繩或盤管110。

鉆井工具114可包括定位在鉆井工具114的子系統(tǒng)116上的收發(fā)器118a。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或多個電極。例如，換能器可包括圍繞子系統(tǒng)116的外圓周定位的多個電極。作為另一實例，換能器可包括圍繞子系統(tǒng)116同軸定位的圓柱形帶。換能器可包含任何合適的導(dǎo)電材料(例如不銹鋼、鉛、銅或鈦)。

鉆井工具114還可包括定位在另一子系統(tǒng)117上的另一收發(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的外圓周同軸定位的圓柱形帶。

鉆井工具114還可包括中間子系統(tǒng)119。在一些實例中，中間子系統(tǒng)119可包括泥漿馬達。收發(fā)器118a、118b可跨中間子系統(tǒng)119進行電磁通信(例如，使用電磁場進行無線通信)。

在一些實例中，物體可定位在一個子系統(tǒng)116與中間子系統(tǒng)119之間和/或另一子系統(tǒng)117與中間子系統(tǒng)119之間。物體可以是流體、另一鉆井工具、鉆井工具114的部件、地下地層104的一部分等。收發(fā)器118a、118b的無線耦合可允許收發(fā)器118a、118b之間的通信路徑，所述通信路徑否則可能被物體阻礙。例如，這種通信路徑在傳統(tǒng)的有線通信系統(tǒng)中可能是不可能的，因為物體可能阻礙電線在子系統(tǒng)116、117、119之間穿過。

在一些實例中，子系統(tǒng)116、117、119中的一個或多個可相對于彼此旋轉(zhuǎn)。收發(fā)器118a、118b的無線耦合可在收發(fā)器118a、118b之間產(chǎn)生通信路徑。這種通信路徑在傳統(tǒng)的有線通信系統(tǒng)中可能是不可能的，因為子系統(tǒng)116、117、119的旋轉(zhuǎn)可能會切斷電線或者否則阻止電線在子系統(tǒng)116、117、119之間穿過。

圖2a是根據(jù)一個實例的用于與收發(fā)器一起使用的換能器202的剖視端視圖。在此實例中，換能器202包括圓柱形帶。換能器202可圍繞鉆井工具200(例如，鉆井工具200的殼體206)定位。在一些實例中，絕緣體204可定位在換能器202與鉆井工具200的殼體206之間。這可防止換能器202將電力直接傳導(dǎo)到鉆井工具200。絕緣體204可包含任何合適的電絕緣材料(例如，橡膠、peek、塑料或介電材料)。

換能器202的直徑可大于鉆井工具200的殼體206的直徑。例如，換能器202的直徑可以是4.75英寸，并且鉆井工具200的殼體206的直徑可以是3.2英寸。在一些實例中，換能器202的厚度212可比絕緣體204的厚度208、鉆井工具200的殼體206的厚度210或兩者更厚或更薄。例如，換能器202可具有0.2英寸的厚度。

在一些實例中，隨著換能器202的長度(例如，圖2b中描繪的長度211)增加，功率傳輸效率可增加。然而，空間限制(例如，由于鉆井工具200的配置)可能限制換能器202的長度。在一些實例中，考慮到空間限制，換能器202的長度可以是最大的可行長度。例如，換能器202的長度可以是15.240cm。這可允許換能器202裝配在鉆井工具200的部件之間。絕緣體204的長度可與換能器202的長度相同或更大。

在一些實例中，通信系統(tǒng)中的每個換能器118可具有彼此相同或不同的特性(例如，長度、厚度和直徑)。例如，收發(fā)器可包括具有彼此不同的直徑的換能器118。

圖2b是根據(jù)一個實例的用于與收發(fā)器一起使用的圖2a的換能器202的剖視側(cè)視圖。在一些實例中，收發(fā)器可向換能器202施加電力，以傳輸無線信號。例如，收發(fā)器可包括ac信號源216。ac信號源216的正極引線可聯(lián)接到換能器202，并且ac信號源216的負極引線可聯(lián)接到鉆井工具200的殼體206。ac信號源216可在換能器202與鉆井工具200的殼體206之間產(chǎn)生電壓214。

電壓214可引起換能器202將電磁場輻射穿過井筒中的流體和地層(例如，地下地層)。電壓214還可引起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電阻率，那么電流可衰減，并且電磁場可以高功率傳輸效率傳播通過流體和地層。這可產(chǎn)生主要呈電磁場形式的無線耦合。如果流體和地層具有低電阻率，那么電磁場可衰減，并且電流可以高功率傳輸效率傳播通過流體和地層。這可產(chǎn)生主要呈流過流體和地層的電流形式的無線耦合。

電磁場和電流的組合可允許換能器202在低電阻率和高電阻率這兩種井下環(huán)境中與另一換能器202無線通信(例如，無線耦合)。此外，電磁場和電流的組合可允許換能器202可將換能器202與殼體206之間的電壓211傳遞到另一換能器202。這種基于電壓的無線耦合可不同于可使用基于線圈的感應(yīng)來進行無線通信的傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)。

圖3是根據(jù)一個實例的用于與收發(fā)器一起使用的換能器302的剖視側(cè)視圖。在一些實例中，鉆井工具300的殼體306可包括凹進區(qū)域304。換能器302可定位在凹進區(qū)域304內(nèi)。絕緣體303可定位在凹進區(qū)域304內(nèi)，并且在換能器302與鉆井工具300的殼體306之間。在一些實例中，換能器302可與關(guān)于圖2描述的換能器302類似地進行操作。

在一些實例中，將換能器302定位在凹進區(qū)域304內(nèi)允許鉆井工具300和換能器302占據(jù)井系統(tǒng)中的較少總空間。此外，將換能器302定位在凹進區(qū)域304內(nèi)可保護換能器302免受損壞。例如，可使換能器302的較少部分暴露于井下流體、溫度和與其他井系統(tǒng)部件的撞擊。

圖4描繪根據(jù)一個實例的包括帶隙收發(fā)器118a、118b的另一井系統(tǒng)400，所述帶隙收發(fā)器118a、118b用于跨具有改進的外部的鉆井工具402來進行帶隙通信。在此實例中，井系統(tǒng)400包括井筒401。鉆井工具402(例如，隨鉆測井工具)可定位在井筒401中。鉆井工具402可包括各種子系統(tǒng)406、408、410、412。例如，鉆井工具402可包括子系統(tǒng)406，所述子系統(tǒng)406包括通信子系統(tǒng)。鉆井工具402還可包括子系統(tǒng)410，所述子系統(tǒng)410包括回收器子系統(tǒng)或旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng)。管狀區(qū)段或中間子系統(tǒng)408(例如，泥漿馬達或隨鉆測量模塊)可定位在其他子系統(tǒng)406、410之間。在一些實例中，鉆井工具402可包括用于鉆探井筒401的鉆頭414。鉆頭412可聯(lián)接到另一管狀區(qū)段或中間子系統(tǒng)412(例如，隨鉆測量模塊或旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng))。

鉆井工具402還可包括管狀接頭416a、416b。管狀接頭416a可防止電線在一個子系統(tǒng)406與中間子系統(tǒng)408之間穿過。管狀接頭416b可防止電線在另一子系統(tǒng)410與中間子系統(tǒng)408之間穿過。

井筒401可包含流體420。流體420(例如，泥漿)可在定位在鉆井工具402與井筒401的壁之間的環(huán)418中流動。在一些實例中，流體420可接觸收發(fā)器118a、118b。這種接觸可允許收發(fā)器118a、118b之間的無線通信。

在一些實例中，一個收發(fā)器118a可將電壓施加到相關(guān)聯(lián)的換能器，以傳輸電磁通信。這可引起換能器將電磁場輻射穿過井筒401中的流體和地層。電壓還可引起圓柱形帶將電流422傳輸?shù)骄仓械牧黧w和地層中。在一些實例中，在電磁場和/或電流422穿過流體和地層時，電磁場和/或電流422可與管狀區(qū)段或中間子系統(tǒng)408的殼體424發(fā)生電相互作用。例如，電流422的一部分可電短路穿過中間子系統(tǒng)408的殼體424。這可導(dǎo)致電磁場和/或電流422衰減，從而降低通信系統(tǒng)的功率傳輸效率。

在一些實例中，管狀區(qū)段或中間子系統(tǒng)408的殼體424可被改進成包含絕緣體。這可防止電磁場和/或電流422與殼體424發(fā)生電相互作用，從而可提高收發(fā)器118a、118b的功率傳輸效率。以下描述對管狀區(qū)段或中間子系統(tǒng)408的改進的實例。

圖5是根據(jù)一個實例的具有改進的外部的鉆井工具500的實例的剖視圖。鉆井工具500可定位在井筒501中。鉆井工具500可包括子系統(tǒng)506、另一子系統(tǒng)508和定位在子系統(tǒng)506、508之間的管狀接頭510(例如，類似于圖3的示例性構(gòu)型)。

流體520可流過井筒501。流體520可接觸聯(lián)接到子系統(tǒng)506的換能器502。換能器502可圍繞鉆井工具500的外殼524同軸定位。在一些實例中，換能器502可定位在鉆井工具500的外殼524中的凹進區(qū)域內(nèi)。

在一些實例中，鉆井工具500可被完全或部分地絕緣，以用于減少由換能器502輸出的電流和/或電磁波的衰減。例如，絕緣體503可圍繞鉆井工具500的內(nèi)部心軸504定位。內(nèi)部心軸504可包含金屬材料。絕緣體503可包括絕緣套筒，所述絕緣套筒圍繞鉆井工具500的內(nèi)部心軸504同軸定位。絕緣體503可包含任何合適的電絕緣材料(例如，橡膠、peek、塑料或介電材料)。在一些實例中，絕緣體503可包括絕緣漆、涂層或套筒。絕緣體503可橫越鉆井工具402的縱向長度。例如，絕緣體503可橫越一個子系統(tǒng)506、另一子系統(tǒng)508以及子系統(tǒng)506、508之間的管狀接頭510的縱向長度。

在一些實例中，外殼524(例如，金屬套筒)可圍繞絕緣體503定位。因為絕緣體503可能不能經(jīng)受井下的惡劣環(huán)境，所以外殼524可保護絕緣體503(例如，對抗化學(xué)和機械磨損)。與外殼524組合的絕緣體503可形成鉆井工具500的改進的外部。

絕緣體503可將鉆井工具500的外殼524與鉆井工具500的內(nèi)部心軸504電絕緣。這可防止來自換能器502的電流和/或電磁波與內(nèi)部心軸504發(fā)生電相互作用而導(dǎo)致衰減。圖6-7中描述由于改進鉆井工具500的外部而導(dǎo)致的功率傳輸效率和電壓增益的實例。

在一些實例中，換能器502可產(chǎn)生橫向電磁波(tem波)。tem波可以是其中電場或磁場橫向于波的傳輸方向的電磁波。通過將絕緣體503定位(例如夾入)在外殼524與內(nèi)部心軸504之間，外殼524和內(nèi)部心軸504可用作波導(dǎo)管。tem波可從外殼524和內(nèi)部心軸504反射(例如，反彈)，以朝向接收換能器傳播。以這種方式，tem波可此外或可替代地用來在收發(fā)器之間進行無線通信。

圖6是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信的功率傳輸效率的曲線圖。在一些實例中，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，電磁通信的傳輸路徑中的流體的導(dǎo)電性(和地下地層的導(dǎo)電性)可影響電磁通信的功率傳輸效率。圖6描繪在傳輸路徑(例如，泥漿和地下地層)具有高電阻率(例如，20歐姆-米)時并且當(dāng)傳輸路徑具有低電阻率(例如，1歐姆-米)時的功率傳輸效率的實例。

如圖6所示，當(dāng)鉆井工具具有完全絕緣的外部(例如，如圖5所示)時，當(dāng)通過高電阻率傳輸路徑通信時以及當(dāng)通過低電阻率傳輸路徑通信時，功率傳輸效率大約為-5db。這可比當(dāng)鉆井工具具有暴露的外部(例如，當(dāng)鉆井工具不具有絕緣層)并且電磁通信以低頻率(例如，5khz)傳輸時的功率傳輸效率高30db。這還可比當(dāng)鉆井工具具有暴露的外部并且電磁通信以高頻率(例如，1mhz)傳輸時的功率傳輸效率高180db。

圖7是根據(jù)一個實例的描繪跨具有完全絕緣的外部的鉆井工具的帶隙通信的電壓的曲線圖。如圖7所示，當(dāng)鉆井工具具有完全絕緣的外部時，當(dāng)通過高電阻率傳輸路徑通信時以及當(dāng)通過低電阻率傳輸路徑通信時，由收發(fā)器接收的電磁通信的電壓在5db與8db之間。這可比當(dāng)鉆井工具具有暴露的外部(例如，當(dāng)鉆井工具沒有絕緣層時)并且電磁通信以低頻率(例如，1khz)傳輸時由收發(fā)器接收的電磁通信的電壓高15db。這還可比當(dāng)鉆井工具具有暴露的外部并且電磁通信以高頻率(例如，1mhz)傳輸時由收發(fā)器接收的電磁通信的電壓高95db。

在一些實例中，用來接收可識別的電磁通信(例如，不太嘈雜的電磁通信)的最小電壓電平可以是-30db。如圖7所示，在具有完全絕緣的外部的情況下，可識別的電磁通信的傳輸頻率可以是10mhz或更高。在一些實例中，通過能夠以高頻率傳輸可識別的電磁通信，收發(fā)器可在更短的時間段內(nèi)傳送更多數(shù)據(jù)(例如，超過30bps)。

圖8是根據(jù)一個實例的具有改進的外部的鉆井工具800的剖視圖。鉆井工具800可包括子系統(tǒng)808。子系統(tǒng)808可聯(lián)接到管狀接頭810。

在一些實例中，鉆井工具800可包括內(nèi)部心軸802。內(nèi)部心軸802可包含金屬材料。絕緣體804可圍繞內(nèi)部心軸定位。絕緣體804可包含任何合適的電絕緣材料(例如，橡膠、peek、塑料或介電材料)。

外殼812(例如，金屬套筒)可圍繞絕緣體804定位并且在絕緣緩沖器806a、806b之間。絕緣緩沖器806a、806b(例如，o形環(huán))可圍繞內(nèi)部心軸802定位(例如，圍繞其同軸定位)，并且靠近內(nèi)部心軸802的縱向端。例如，絕緣緩沖器806a、806b可鄰近外殼812的任一端定位。絕緣緩沖器806a、806b可包含任何合適的電絕緣材料(例如，橡膠、peek、塑料或介電材料)。絕緣緩沖器806a、806b可包含或可不包含與絕緣體804相同的絕緣材料。絕緣緩沖器806a、806b和絕緣體804可將外殼812與內(nèi)部心軸802和管狀接頭810電隔離。外殼812可防止電流和/或電磁波與內(nèi)部心軸802發(fā)生電相互作用而導(dǎo)致衰減。

圖9是根據(jù)一個實例的具有改進的外部的鉆井工具900的剖視圖。鉆井工具900可包括子系統(tǒng)808。子系統(tǒng)808可聯(lián)接到管狀接頭810。鉆井工具800可包括內(nèi)部心軸802。絕緣緩沖器806a、806b(例如，o形環(huán))可圍繞內(nèi)部心軸802定位(例如，圍繞其同軸定位)。絕緣緩沖器806a、806b可鄰近外殼812定位。至少一個絕緣緩沖器806a也可鄰近管狀接頭810定位。

鉆井工具900還可包括多個內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e。內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e(例如，o形環(huán))可圍繞內(nèi)部心軸802定位(例如，圍繞其同軸定位)。在一些實例中，內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e可沿著內(nèi)部心軸802的經(jīng)度均勻間隔。內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e可包含任何合適的電絕緣材料(例如，橡膠、peek、塑料或介電材料)。內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e可在內(nèi)部心軸802與圍繞內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e定位的外殼812之間形成空間902?？臻g902可將外殼812與內(nèi)部心軸802電絕緣。這可防止電流和/或電磁波與內(nèi)部心軸802發(fā)生電相互作用而導(dǎo)致衰減。

在一些實例中，外殼812可包括凹槽904(例如，狹槽)。凹槽904可接收內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e。凹槽904可幫助定位內(nèi)部絕緣緩沖器906a-e的支座。

圖10是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信的功率傳輸效率的曲線圖。線1002描繪當(dāng)鉆井工具具有暴露的(例如，未絕緣的)外殼時并且當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時的功率傳輸效率的實例。線1004描繪當(dāng)鉆井工具具有暴露的外殼時并且當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時的功率傳輸效率的實例。線1006描繪當(dāng)鉆井工具具有部分絕緣的外殼(例如，如圖8-9所示)時并且當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時的功率傳輸效率的實例。線1008描繪當(dāng)鉆井工具具有部分絕緣的外殼時并且當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時的功率傳輸效率的實例。

當(dāng)鉆井工具具有部分絕緣的外殼時并且當(dāng)使用高達1mhz的頻率來傳輸電磁通信時，功率傳輸效率可在-32db與-18db之間。相反地，當(dāng)鉆井工具具有暴露的外殼時并且當(dāng)使用高達1mhz的頻率來傳輸電磁通信時，功率傳輸效率可在-180db與-60db之間。此外，如圖11所示，當(dāng)鉆井工具具有部分絕緣的外殼時并且當(dāng)使用高達100mhz的頻率來傳輸電磁通信時，功率傳輸效率可在-95db與-50db之間。

圖12是根據(jù)一個實例的描繪跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信的電壓的曲線圖。線1202描繪當(dāng)使用具有暴露的外殼的鉆井工具時并且當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時所接收的電磁信號的電壓。線1204描繪當(dāng)使用具有暴露的外殼的鉆井工具時并且當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時所接收的電磁信號的電壓。線1206描繪當(dāng)使用部分絕緣的外殼時并且當(dāng)傳輸路徑包括高電阻率時所接收的電磁信號的電壓。線1208描繪當(dāng)使用部分絕緣的外殼時并且當(dāng)傳輸路徑包括低電阻率時所接收的電磁信號的電壓。當(dāng)鉆井工具包括部分絕緣的外殼時，收發(fā)器可以比在鉆井工具包括暴露的外殼時更高的頻率(例如，大于1mhz的頻率)來接收具有更高電壓的電磁信號。當(dāng)傳輸路徑具有低電阻率時以及當(dāng)傳輸路徑具有高電阻率時，這都可發(fā)生。

在一些實例中，用來接收可識別的電磁通信(例如，不太嘈雜的無線通信)的最小電壓電平可以是-30db。如圖12所示，在使用具有部分絕緣的外殼的鉆井工具的情況下，當(dāng)通過具有低電阻率或高電阻率的傳輸路徑進行通信時，可識別的電磁通信的傳輸頻率可高于10mhz。如圖13所示，在使用具有部分絕緣的外殼的鉆井工具的情況下，當(dāng)通過高電阻率的傳輸路徑進行通信時，可識別的電磁通信的傳輸頻率可高于200mhz。當(dāng)通過低電阻率的傳輸路徑進行通信時，可識別的電磁通信的傳輸頻率可高于15mhz。在一些實例中，通過能夠以高頻率傳輸可識別的電磁通信，收發(fā)器可在更短的時間段內(nèi)傳送更多數(shù)據(jù)(例如，超過30bps)。

圖14是可跨具有改進的外部的鉆井工具傳輸通信的收發(fā)器的框圖。在一些實例中，圖14中所示的部件(例如，計算裝置1402、電源1412和換能器202)可整合到單一結(jié)構(gòu)中。例如，所述部件可在單個殼體內(nèi)。在其他實例中，圖14中所示的部件可分布(例如，在單獨的殼體中)并且彼此電通信。

收發(fā)器118可包括計算裝置1402。計算裝置1402可包括處理器1404、存儲器1408和總線1406。處理器1404可執(zhí)行用于操作收發(fā)器的一個或多個操作。處理器1404可執(zhí)行存儲在存儲器1408中的指令1410來執(zhí)行操作。處理器1404可包括一個處理裝置或多個處理裝置。處理器1404的非限制性實例包括現(xiàn)場可編程門陣列(“fpga”)、專用集成電路(“asic”)、微處理器等。

處理器1404可通過總線1406通信地聯(lián)接到存儲器1408。非易失性存儲器1408可包括當(dāng)斷電時保持存儲的信息的任何類型的存儲裝置。存儲器1408的非限制性實例包括電可擦可編程只讀存儲器(“eeprom”)、閃速存儲器或任何其他類型的非易失性存儲器。在一些實例中，存儲器1408中的至少一些可包括介質(zhì)，處理器1404可從所述介質(zhì)讀取指令1410。計算機可讀介質(zhì)可包括能夠向處理器1404提供計算機可讀指令或其他程序代碼的電子、光學(xué)、磁性或其他存儲裝置。計算機可讀介質(zhì)的非限制性實例包括(但不限于)磁盤、存儲芯片、rom、隨機存取存儲器(“ram”)、asic、配置的處理器、光學(xué)存儲器或計算機處理器可從其讀取指令的任何其他介質(zhì)。指令可包括由編譯器或解譯器從以任何合適的計算機編程語言(包括例如c、c++、c#等)編寫的代碼生成的處理器專用指令。

收發(fā)器118可包括電源1412。電源1412可與計算裝置1402和換能器202電通信。在一些實例中，電源1412可包括(例如，用于為收發(fā)器118供電的)電池。在其他實例中，收發(fā)器118可聯(lián)接到電纜(例如，鋼纜)并由電纜供電。

此外或可替代地，電源1412可包括ac信號發(fā)生器。計算裝置1402可操作電源1412，以將傳輸信號施加到換能器202。例如，計算裝置1402可引起電源1412將一系列調(diào)制的電壓施加到換能器202。一系列調(diào)制的電壓可與將要傳輸?shù)搅硪皇瞻l(fā)器118的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。換能器202可接收一系列調(diào)制的電壓，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粨Q能器202。在其他實例中，計算裝置1402而非電源1412可將傳輸信號施加到換能器202。

收發(fā)器118可包括換能器202。如上所述，電壓可(例如，通過電源1412)施加到換能器202，以引起換能器202將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粨Q能器202(例如，與另一收發(fā)器相關(guān)聯(lián)的換能器202)。

在一些實例中，換能器202可接收電磁傳輸。換能器202可將與電磁傳輸相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)(例如，電壓)傳送到計算裝置1402。在一些實例中，計算裝置1402可分析數(shù)據(jù)并執(zhí)行一種或多種功能。例如，計算裝置1402可基于所述數(shù)據(jù)來生成響應(yīng)。計算裝置1402可引起與響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)信號被傳輸?shù)綋Q能器202。換能器202可將響應(yīng)傳送到另一收發(fā)器118。以這種方式，計算裝置1402可接收、分析和響應(yīng)來自另一收發(fā)器118的通信。

圖15是根據(jù)一個實例的示出用于生產(chǎn)具有改進的外部的鉆井工具的過程實例的流程圖。

在方框1502中，圓柱形帶將無線信號(例如，電磁信號)傳輸?shù)搅硪粓A柱形帶。一個圓柱形帶可與一個子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，并且另一圓柱形帶可與另一子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。子系統(tǒng)可以是鉆井工具子系統(tǒng)。在一些實例中，圓柱形帶可輻射電磁場以傳輸無線信號。在其他實例中，圓柱形帶可將電流施加到(例如，在井筒中并且在圓柱形帶之間的)流體和地層以傳輸無線信號。

在方框1504中，可使內(nèi)部心軸的一部分絕緣以免與無線信號發(fā)生電相互作用。在一些實例中，絕緣可包括完全消除無線信號與內(nèi)部心軸的電相互作用。在其他實例中，絕緣可包括實質(zhì)上減少但不完全消除無線信號與內(nèi)部心軸的電相互作用。

內(nèi)部心軸的部分可通過圍繞內(nèi)部心軸的一部分定位的絕緣體而被絕緣，以免與無線信號發(fā)生電相互作用。內(nèi)部心軸可與可定位在其他子系統(tǒng)之間的中間子系統(tǒng)(例如，泥漿馬達)相關(guān)聯(lián)。圓柱形帶可跨中間子系統(tǒng)傳輸無線信號，由于絕緣體而具有減小的衰減。

在一些方面，根據(jù)以下一個或多個實施例提供跨具有改進的外部的鉆井工具的帶隙通信：

實施例#1：通信系統(tǒng)可包括鉆井工具的第一子系統(tǒng)。所述第一子系統(tǒng)可包括第一圓柱形帶，所述第一圓柱形帶圍繞所述第一子系統(tǒng)定位并且可操作來與第二圓柱形帶電磁耦合。所述通信系統(tǒng)還可包括所述鉆井工具的第二子系統(tǒng)。所述第二子系統(tǒng)可包括圍繞所述第二子系統(tǒng)定位的所述第二圓柱形帶。所述通信系統(tǒng)還可包括定位在所述第一子系統(tǒng)與所述第二子系統(tǒng)之間的中間子系統(tǒng)。所述中間子系統(tǒng)可包括圍繞所述中間子系統(tǒng)同軸定位的絕緣體。

實施例#2：如實施例#1所述的通信系統(tǒng)可以所述中間子系統(tǒng)為特征，所述中間子系統(tǒng)包括泥漿馬達和定位在所述第一子系統(tǒng)與所述中間子系統(tǒng)之間的管狀接頭。

實施例#3：如實施例#1-2中任一項所述的通信系統(tǒng)可以圍繞所述絕緣體同軸定位的金屬套筒為特征。

實施例#4：如實施例#3所述的通信系統(tǒng)可以定位在所述中間子系統(tǒng)的內(nèi)部心軸與所述金屬套筒之間的多個絕緣體中所包括的所述絕緣體為特征。

實施例#5：如實施例#4所述的通信系統(tǒng)可以包括用于接收所述多個絕緣體的多個凹槽的所述金屬套筒為特征。所述多個絕緣體可以可操作來在所述內(nèi)部心軸與所述金屬套筒之間形成空間。

實施例#6：如實施例#3-5中任一項所述的通信系統(tǒng)可以兩個絕緣緩沖器為特征，所述兩個絕緣緩沖器圍繞內(nèi)部心軸定位并且彼此處于所述金屬套筒的相反縱向末端處。

實施例#7：如實施例#6所述的通信系統(tǒng)可以鄰近管狀接頭定位的兩個絕緣緩沖器中的一個為特征。

實施例#8：如實施例#1-3中任一項所述的通信系統(tǒng)可以兩個絕緣緩沖器為特征，所述兩個絕緣緩沖器圍繞所述中間子系統(tǒng)的內(nèi)部心軸定位并且彼此處于所述金屬套筒的相反縱向末端處。所述絕緣體可在所述兩個絕緣緩沖器之間沿著所述內(nèi)部心軸的整個縱向長度延伸。所述兩個絕緣緩沖器中的一個可鄰近管狀接頭定位。

實施例#9：如實施例#1-8中任一項所述的通信系統(tǒng)可以可操作來使金屬套筒與所述中間子系統(tǒng)電絕緣的所述絕緣體為特征。

實施例#10：如實施例#1-9中任一項所述的通信系統(tǒng)可以可操作來使金屬套筒與所述中間子系統(tǒng)的內(nèi)部心軸分離的所述絕緣體為特征。

實施例#11：組件可包括定位在鉆井工具的中間子系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)部心軸。所述組件還可包括圍繞所述內(nèi)部心軸同軸定位的絕緣體。所述組件還可包括金屬套筒，所述金屬套筒圍繞所述絕緣體同軸定位，并且組成所述中間子系統(tǒng)的外殼。所述組件還可包括兩個絕緣緩沖器，所述兩個絕緣緩沖器圍繞所述內(nèi)部心軸同軸定位并且彼此處于所述金屬套筒的相反縱向末端處。

實施例#12：如實施例#11所述的組件可以包括泥漿馬達的所述中間子系統(tǒng)以及鄰近管狀接頭定位的所述兩個絕緣緩沖器中的一個為特征。

實施例#13：如實施例#11-12中任一項所述的組件可以定位在所述內(nèi)部心軸與所述金屬套筒之間的多個絕緣體中所包括的所述絕緣體為特征。

實施例#14：如實施例#11-13中任一項所述的組件可以包括用于接收多個絕緣體的多個凹槽的所述金屬套筒為特征。所述多個絕緣體可以可操作來在所述內(nèi)部心軸與所述金屬套筒之間形成空間。

實施例#15：如實施例#11-14中任一項所述的組件可以可操作來使所述金屬套筒與所述中間子系統(tǒng)電絕緣的所述絕緣體為特征。

實施例#16：如實施例#11-15中任一項所述的組件可以可操作來使所述金屬套筒與所述內(nèi)部心軸分離的所述絕緣體為特征。

實施例#17：如實施例#11-16中任一項所述的組件可以圍繞所述鉆井工具的第一子系統(tǒng)定位的第一圓柱形帶為特征。所述第一圓柱形帶可以可操作來與第二圓柱形帶電磁耦合。所述第二圓柱形帶可圍繞所述鉆井工具的第二子系統(tǒng)定位。所述中間子系統(tǒng)可定位在所述第一子系統(tǒng)與所述第二子系統(tǒng)之間。

實施例#18：方法可包括通過與鉆井工具的第一子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的圓柱形帶來將電磁信號傳輸?shù)脚c所述鉆井工具的第二子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的另一圓柱形帶。所述方法還可包括通過圍繞定位在所述第一子系統(tǒng)與所述第二子系統(tǒng)之間的中間子系統(tǒng)定位的絕緣體來使所述中間子系統(tǒng)的內(nèi)部心軸的一部分絕緣以免與所述電磁信號發(fā)生電相互作用。

實施例#19：如實施例#18所述的方法可以圍繞所述中間子系統(tǒng)的所述內(nèi)部心軸同軸定位的多個絕緣體內(nèi)所包括的所述絕緣體為特征。金屬套筒可圍繞所述多個絕緣體同軸定位，并且可包括用于接收所述多個絕緣體的多個凹槽。所述多個絕緣體可使所述內(nèi)部心軸與所述金屬套筒分離。

實施例#20：如實施例#18-19中任一項所述的方法可以包括泥漿馬達的所述中間子系統(tǒng)為特征。所述方法還可以圍繞所述絕緣體同軸地定位在金屬套筒的相反縱向末端處的兩個絕緣緩沖器為特征。所述兩個絕緣緩沖器中的一個可鄰近管狀接頭定位。

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