本申請要求2014年6月18日提交的題目為MWD SYSTEMS,METHODS AND APPARATUS的美國專利申請No.62/013995的優(yōu)先權(quán)。就美國而言，本申請根據(jù)35U.S.C.§119要求2014年6月18日提交的題目為MWD SYSTEMS,METHODS AND APPARATUS的美國專利申請No.62/013995的權(quán)益，其在此出于所有目的通過引用被合并至本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及地下鉆井，具體地，涉及從井下傳感器獲取信息。實施方式適用于用于回收烴類的鉆井。

背景技術(shù)：

從地下區(qū)域回收烴類通常涉及鉆制井筒。井筒使用位于地面的鉆井裝備來制成，該鉆井裝備驅(qū)動鉆柱，鉆柱從地面裝備最終延伸至所關(guān)注的地層或地下區(qū)域。鉆柱可以在地面下方延伸數(shù)千英尺或數(shù)千米。鉆柱的末端包括用于鉆制井筒(或使井筒延伸)的鉆頭。通常呈鉆井“泥漿”形式的鉆井流體通常被泵送通過鉆柱。鉆井流體對鉆頭進行冷卻和潤滑并且還將鉆屑運載返回地面。鉆井流體還可以用于輔助控制井底壓力以抑制烴類從地層涌入井筒以及地面處可能的井噴。

井底組件(BHA)是賦予位于鉆柱末端處的裝備的名稱。除了鉆頭以外，BHA還可以包括以下元件如：用于對鉆井方向進行轉(zhuǎn)向的設(shè)備(例如，可轉(zhuǎn)向井下泥漿電機或旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng))；用于測量周圍地質(zhì)構(gòu)造的特性的傳感器(例如，用于在測井時使用的傳感器)；用于在鉆井進行時測量井下情況的傳感器；用于將數(shù)據(jù)遙測至地面的一個或更多個系統(tǒng)；穩(wěn)定裝置；重型鉆鋌；脈沖裝置等。BHA通常通過金屬管狀柱(鉆桿)被推進至井筒中。

現(xiàn)代鉆井系統(tǒng)可以在BHA中或在其他井下位置處包括各種各樣的機械/電子系統(tǒng)中的任意系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)可以被稱作“井下工具”。井下工具可以包括在井下工作的任何有源機械、電子和/或機電系統(tǒng)。井下工具可以提供各種各樣的功能中的任意功能，包括但不限于：數(shù)據(jù)采集；測量地質(zhì)構(gòu)造的特性(例如，測井)；在鉆井進行時測量井下情況；控制井下裝備；監(jiān)視井下裝備的狀態(tài)；定向鉆井應(yīng)用；隨鉆測量(MWD)應(yīng)用；隨鉆測井(LWD)應(yīng)用；測量井下流體的特性等。井下系統(tǒng)可以包括用于以下的一個或更多個系統(tǒng)：將數(shù)據(jù)遙測至地面；借助于傳感器(例如，用于在測井中使用的傳感器)來采集數(shù)據(jù)，所述傳感器可以包括以下中的一個或更多個：振動傳感器、磁力計、傾斜計、加速度計、核粒子探測器、電磁探測器、聲學(xué)探測器等；獲取圖像；測量流體流量；確定方向；發(fā)射信號、粒子或場以供其他裝置檢測；與其他井下裝備對接；對井下流體進行取樣等。

井下工具可以通過遙測向地面?zhèn)魉透鞣N各樣的信息。遙測信息對于高效鉆井操作來說非常寶貴。例如，鉆機操作人員可以使用遙測信息來做出關(guān)于對鉆頭進行控制和轉(zhuǎn)向的決定，以基于數(shù)個因素包括法定邊界、現(xiàn)有井的位置、地層特性、烴類大小和位置等來優(yōu)化鉆井速度和軌跡。操作人員可以在鉆井進行期間基于從井下傳感器收集并且通過遙測傳輸至地面的信息在必要時作出與計劃路徑的有意偏離。從井下位置獲得并傳輸可靠數(shù)據(jù)的能力允許相對更經(jīng)濟且更有效的鉆井操作。

很多井下工具不包括遙測發(fā)送器。這樣的井下工具可以存儲信息以供當(dāng)該工具返回地面時進行檢索或者由下降至井下工具在導(dǎo)線上的位置的電纜工具檢索。另外地或替代地，這樣的井下工具可以與包括向地面裝備發(fā)送數(shù)據(jù)的遙測發(fā)送器的另一系統(tǒng)對接。

各種各樣的井下工具由各種各樣的制造商提供。不同的井下工具可以以不同的格式和/或使用不同的協(xié)議使數(shù)據(jù)可用。這使得創(chuàng)建使用來自不同制造商的井下工具以提供所選擇的功能的井下系統(tǒng)困難或者非期望地昂貴。

不同的遙測技術(shù)包括通過在鉆孔中的流體中產(chǎn)生振動來傳輸信息(例如，聲學(xué)遙測或泥漿脈沖(MP)遙測)以及借助于至少部分地通過地球傳播的電磁信號來傳輸信息(EM遙測)。其他遙測技術(shù)使用硬接線的鉆桿、光纖線纜或鉆鋌聲學(xué)遙測將數(shù)據(jù)運送至地面。

電磁遙測的典型布置使用鉆柱的部分作為天線?？梢酝ㄟ^在鉆柱中包括絕緣接頭或連接器(“間隙短節(jié)(gap sub)”)將鉆柱分成兩個導(dǎo)電區(qū)段。間隙短節(jié)一般被放置在井底組件的頂部，使得鉆柱中BHA上方的金屬鉆桿用作一個天線元件以及BHA中的金屬區(qū)段用作另一天線元件。然后可以通過在兩個天線元件之間施加電信號來傳輸電磁遙測信號。信號通常包括以對信息進行編碼以供傳輸?shù)降孛娴姆绞绞┘拥某皖lAC信號。(高頻信號比低頻信號衰減得更快。)可以例如通過測量鉆柱或延伸至地下的金屬套管與一個或更多個接地柱之間的電勢差來在地面處檢測電磁信號。

仍然需要能夠容易地從其他井下工具獲取數(shù)據(jù)的井下系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明具有多個方面，包括：用于在井下環(huán)境中傳輸數(shù)據(jù)的方法、用于提供至井下工具的數(shù)據(jù)接口的方法及設(shè)備、以及操作用于在井下工具之間傳送數(shù)據(jù)的井下系統(tǒng)。

一個示例方面提供一種井下系統(tǒng)，其包括第一井下工具、第二井下工具和第三井下工具。第一井下工具通過第二井下工具與第三井下工具進行數(shù)據(jù)通信。第一井下工具通過近距離數(shù)據(jù)連接與第二井下工具進行數(shù)據(jù)通信，以及第二井下工具通過短跳無線數(shù)據(jù)通信鏈路與第三井下工具進行數(shù)據(jù)通信，短跳無線數(shù)據(jù)通信鏈路的范圍大于近距離數(shù)據(jù)連接的范圍。第一井下工具和第二井下工具被設(shè)置在鉆柱的相鄰區(qū)段中。

第二井下工具可以例如具有與鉆柱成直線聯(lián)接的短節(jié)或位于鉆柱的腔孔內(nèi)的探管的形式要素。在一些實施方式中，第一井下工具和第二井下工具各自具有彼此相鄰的與鉆柱成直線聯(lián)接的短節(jié)的形式要素(form factor)。

近距離數(shù)據(jù)連接可以包括第一井下工具的感應(yīng)回路或線圈與第二井下工具的感應(yīng)回路或線圈之間的數(shù)據(jù)連接。在其他實施方式中，近距離數(shù)據(jù)連接包括直接有線連接或光學(xué)連接、短距離無線連接等。

在一些實施方式中，第二井下工具具有包括位于一端的第一聯(lián)接件和位于另一端的第二聯(lián)接件的短節(jié)的形式，以及第二井下工具包括與第一聯(lián)接件相鄰的第一數(shù)據(jù)接口以及與第二聯(lián)接件相鄰的第二數(shù)據(jù)接口。第二井下工具能夠操作用于通過第一數(shù)據(jù)接口或第二數(shù)據(jù)接口與第一井下工具進行通信。在一些實施方式中，第二井下工具能夠被配置成通過第一數(shù)據(jù)接口與第一井下工具進行通信以及通過第二數(shù)據(jù)接口與另一井下工具進行通信。

在第二井下工具具有探管的形式要素的情況下，第二井下工具可以著落在(landed in)與短節(jié)聯(lián)接的鉆柱區(qū)段中。鉆柱區(qū)段可以非常短(例如，其長度可以為3英尺(約1米)或更短)。在一些實施方式中，探管被支承在第一支架與第二支架之間的腔孔中，每個支架由鉆柱區(qū)段中的對應(yīng)著落部(landing)支承。探管相對于鉆柱區(qū)段的軸向位置可調(diào)節(jié)。在示例實施方式中，在第一支架和第二支架中之一或兩者與對應(yīng)著落部之間設(shè)置間隔件，間隔件能夠移動以對探管相對于短節(jié)的軸向定位進行調(diào)整。在一些實施方式中，探管從鉆柱區(qū)段軸向突出至短節(jié)中。在一些實施方式中，至少探管的突出至短節(jié)中的一端能夠移動并且朝向短節(jié)偏移。

短跳無線數(shù)據(jù)通信鏈路可以例如包括第二井下工具中的發(fā)送器，該發(fā)送器被連接成跨第一電絕緣間隙部分施加電壓，該第一電絕緣間隙部分將鉆柱的井上導(dǎo)電部分和井下導(dǎo)電部分與第一間隙部分分隔開。第三井下工具可以包括第二電絕緣間隙部分，該第二電絕緣間隙部分將鉆柱的井上導(dǎo)電部分和井下導(dǎo)電部分與第二間隙部分分隔開，以及第三井下工具包括短跳遙測接收器，該短跳遙測接收器被連接成監(jiān)視跨第二間隙部分的電壓。第三井下工具可以通過跨第二間隙部分應(yīng)用遙測信號來向地面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)。在其他實施方式中，短跳無線數(shù)據(jù)通信鏈路可以包括射頻數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

第二井下工具可以包括控制器和工具庫?？刂破鞅慌渲贸桑和ㄟ^近距離數(shù)據(jù)連接從第一井下工具獲得信號，對信號進行處理以識別信號的一個或更多個屬性，使用一個或更多個屬性在工具庫中查找一個或更多個通信參數(shù)的集合，以及根據(jù)所述一個或更多個通信參數(shù)對近距離數(shù)據(jù)連接進行配置。信號的一個或更多個屬性可以包括信號頻率。第二井下工具可以可選地被配置成：在近距離數(shù)據(jù)連接上從第一井下工具接收數(shù)據(jù)，并且通過短跳無線數(shù)據(jù)通信鏈路將所接收的數(shù)據(jù)的子集傳遞至第三井下工具。

在一些實施方式中，第二井下工具被配置成：在近距離數(shù)據(jù)連接上從第一井下工具接收數(shù)據(jù)，并且通過短跳無線數(shù)據(jù)通信鏈路僅將所接收的數(shù)據(jù)的子集傳遞至第三井下工具。

本發(fā)明的另外方面以及示例性實施方式的特征在附圖中被示出和/或在以下描述中被描述。

附圖說明

附圖示出了本發(fā)明的非限制性示例實施方式。

圖1是鉆井操作的示意圖。

圖2是示例井下系統(tǒng)的框圖。

圖2A是另一示例井下系統(tǒng)的框圖。

圖3A是穿過包括以下短節(jié)的鉆柱區(qū)段的示意性橫截面立視圖，該短節(jié)包含被耦接以與容納在鉆柱的腔孔中的探管中所包含的工具進行通信的電子器件。

圖3B和圖3C是穿過包括以下第一短節(jié)和第二短節(jié)的鉆柱的示意性橫截面立視圖，該第一短節(jié)和第二短節(jié)包括被布置成彼此通信的電子器件和/或傳感器。

圖3D是被配置成與一個或兩個相鄰短節(jié)進行通信的短節(jié)的示意圖。所示出的短節(jié)可以提供短跳遙測或長距離遙測以將數(shù)據(jù)從一個或兩個相鄰短節(jié)傳送至地面裝備和/或其他井下裝備。

圖3E是包括以下短節(jié)的鉆柱區(qū)段的示意圖，該短節(jié)包括被布置成與容納在鉆柱的腔孔內(nèi)的基于探管的工具進行通信的電子器件。

圖4是示例井下工具的框圖。

圖4A是用于與井下工具建立數(shù)據(jù)通信(特別是短距離數(shù)據(jù)通信)的配置方法的框圖。

圖5示出了根據(jù)示例實施方式的井下系統(tǒng)。

具體實施方式

貫穿以下描述，對具體細(xì)節(jié)進行闡述以向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供更透徹的理解。然而，公知的元件可能沒有被示出或詳細(xì)描述以避免不必要地模糊公開內(nèi)容。本技術(shù)的示例的以下描述不意在是詳盡的或者將系統(tǒng)限于任何示例實施方式的確切形式。因此，要在說明性意義上而不是在限制性意義上來看待描述和附圖。

圖1示意性地示出了示例鉆井操作。鉆機10驅(qū)動鉆柱12，鉆柱12包括延伸至鉆頭14的鉆桿區(qū)段。所示出的鉆機10包括用于支承鉆柱的井架10A、鉆臺10B和絞車10C。鉆頭14在直徑上大于鉆頭上方的鉆柱。環(huán)繞鉆柱的環(huán)形區(qū)域15通常填充有鉆井流體。鉆井流體通過鉆柱中的腔孔13被泵送至鉆頭，并且運載因鉆井操作產(chǎn)生的鉆屑通過環(huán)形區(qū)域15返回地面。在鉆井時，可以在井筒中形成套管16。在套管的頂端處支承有防噴器17。圖1所示出的鉆機僅為示例。本文中所描述的方法和設(shè)備不特定于任何特定類型的鉆機。

本發(fā)明的一個方面提供一種包括遙測發(fā)送器以及可選地一系列傳感器的井下工具。該井下工具被配置成與其他井下工具如現(xiàn)成的中子密度計、電阻率計、伽馬頻譜儀、持油/水率計等進行通信。在一些實施方式中，井下工具包括MWD傳感器(例如，提供關(guān)于鉆柱中井下工具所位于的部分的傾斜和/或方向的信息的傳感器)。

圖2是示出了示例工具20的功能部件的框圖。工具20包括短節(jié)21或者與短節(jié)21一起使用。工具20包括遙測發(fā)送器22。在所示出的實施方式中，遙測發(fā)送器22是跨由短節(jié)21提供的電絕緣間隙部分23耦接的EM遙測發(fā)送器(“基于間隙的”EM遙測發(fā)送器)。間隙部分23提供短節(jié)21的井上部分與短節(jié)21的井下部分之間的電絕緣。工具20還包括尤其控制遙測發(fā)送器22來發(fā)送數(shù)據(jù)的控制器24以及多個傳感器26。

在所示出的實施方式中，傳感器26包括傾斜傳感器26A、方向傳感器26B、壓力傳感器26C、溫度傳感器26D、沖擊與振動傳感器26E以及其他傳感器26F。其他實施方式可以具有不同的傳感器組26。傳感器26被耦接至控制器24，使得控制器24可以從傳感器26讀取值并且可以處理這些值和/或通過遙測發(fā)送器22發(fā)送這些值。一些實施方式可以不包括任何傳感器26。

被設(shè)計成提供控制器24與另一井下工具之間的通信的數(shù)據(jù)接口28耦接至控制器24。接口28可以例如包括圍繞短節(jié)20的腔孔延伸的感應(yīng)回路或線圈。圖2示出了另一相鄰工具30，其具有與其連接的數(shù)據(jù)通信接口32。數(shù)據(jù)通信接口32可以包括例如另一感應(yīng)回路。工具30可以通過對感應(yīng)回路32中的電流進行調(diào)制以對表示傳感器讀數(shù)的數(shù)據(jù)進行編碼來向工具20的控制器24傳送信息例如來自工具30中的傳感器的傳感器讀數(shù)。這些調(diào)制由將編碼數(shù)據(jù)提供至控制器24的接口28得到(picked up)。然后，在在工具20處首先處理數(shù)據(jù)或者不首先處理數(shù)據(jù)的情況下，控制器24可以存儲從工具30檢索的編碼數(shù)據(jù)以及/或者通過EM遙測發(fā)送器22(或另一遙測發(fā)送器如MP遙測發(fā)送器)發(fā)送編碼數(shù)據(jù)。

控制器24可以另外通過接口32向工具30發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，控制器24能夠通過遙測接收器23接收可以包括用于工具30的命令的下行鏈路數(shù)據(jù)。然后，控制器24可以通過接口32向工具30傳遞這些命令或其他數(shù)據(jù)。

希望一起使用井下遙測工具的用戶所面臨的一個問題是這樣的工具往往會很長。這些工具通常以容納在鉆柱的腔孔內(nèi)的探管的形式來提供。在典型情況下，具有遙測能力的探管用于發(fā)送來自包括各種傳感器的井下測量工具的數(shù)據(jù)。遙測探管一般著落在通常由非磁性材料(以不干擾測量工具中的磁性傳感器)制成的現(xiàn)成的鉆鋌中的著落部(landing)上。著落部通常位于軸環(huán)(collar)的一端(井上端或井下端)。非磁性鉆鋌沒有標(biāo)準(zhǔn)長度，因此，在不同的工作中，現(xiàn)成的遙測探管可以相對于預(yù)期從其接收數(shù)據(jù)的測量工具著落在完全不同的位置處。這會使得難以在可接受公差內(nèi)使遙測工具的感應(yīng)回路與另一工具如測量工具的感應(yīng)回路對齊。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常需要使用間隔件來調(diào)整遙測探管的定位和/或總長度以實現(xiàn)期望的對準(zhǔn)。即便如此，感應(yīng)回路的顯著不對準(zhǔn)也是常見的。這會導(dǎo)致通信劣化和/或在感應(yīng)回路之間傳輸數(shù)據(jù)信號需要使用更多功率。

圖2A是除了工具20現(xiàn)在通過包括部件29A和29B的短跳通信鏈路29與工具30進行通信以外與圖2所示出的系統(tǒng)類似的系統(tǒng)的框圖。對于從工具30到工具20的單向通信，部件29B可以是發(fā)送器以及部件29A可以是接收器。一些實施方式提供工具20與工具30之間的雙向通信。在這樣的實施方式中，部件29A和部件29B每個可以包括數(shù)據(jù)收發(fā)器或包括至少一個數(shù)據(jù)發(fā)送器和至少一個數(shù)據(jù)接收器的系統(tǒng)。

短跳部件29B和通信接口28可以被組合在單獨的工具33中。工具33可以具有其自己的外殼和電源。圖2A的布置的一個優(yōu)點是其消除了對工具20和工具30的位置的限制。每個工具可以位于該工具所期望的位置，只要工具20和工具30均在通信鏈路29的范圍內(nèi)即可。另一個優(yōu)點是工具33可以被設(shè)計成便于數(shù)據(jù)接口28和數(shù)據(jù)接口32彼此對準(zhǔn)。

在一些實施方式中，短跳通信鏈路29使用電磁信號在部件29A與部件29B之間進行通信。在一些情況下，這些信號可以具有比向地面裝備進行EM遙測通信所使用的頻率高得多的頻率。在示例實施方式中，短跳通信鏈路使用在PCT公布WO 2015/031973中所描述的技術(shù)來提供，其在此出于所有目的通過引用被合并至本文中。

工具33可以具有各種形式要素。在一些實施方式中，工具33具有容納在鉆柱的腔孔13內(nèi)的探管的形式。在這樣的實施方式中，工具33可以結(jié)合被設(shè)計成支承工具33的短節(jié)來使用，以用于與工具30進行最佳數(shù)據(jù)通信。在一些實施方式中，工具33可以呈鉆柱區(qū)段或形成鉆柱的一部分的“短節(jié)”的形式。在任一種情況下，特別是由于工具33需要提供僅有限的功能(例如，工具33無需包括任何大的傳感器)，所以與工具20和/或工具30相比，工具33會非常緊湊。在一些實施方式中，工具33為3英尺(約1m)長或更短。

圖3示出了以下示例實施方式：工具33具有由支承件33-2支承在腔孔13中的探管33-1的形式，支承件33-2可以例如呈支架(類輻條盤或有孔盤)的形式，支承件33-2使得流體能夠通過工具33同時將探管33-1的主體牢固地支承在腔孔13中。支承件33-2接合短節(jié)12-1中的對應(yīng)著落部。探管33-1的端33-3從短節(jié)12-1的腔孔伸出至工具30的腔孔，在該實施方式中，工具30具有構(gòu)成鉆柱12的一部分的短節(jié)12-2的形式。這種布置將數(shù)據(jù)通信接口28與數(shù)據(jù)通信接口32緊密對準(zhǔn)。數(shù)據(jù)接口可以呈感應(yīng)線圈至線圈、硬接線連接器或到工具30的物理附接件的形式。

在圖3的實施方式中，短節(jié)12-1包括電絕緣部分(“間隙”)35，以及工具33可以通過跨間隙35施加電壓而與工具20(其可以相對于工具33位于井上或井下)進行通信。電壓可以例如通過支承件33-2來施加，支承件33-2可以是導(dǎo)電的以及可以著落在間隙35的相對側(cè)上。

有時需要重新切割短節(jié)或其他鉆柱區(qū)段的螺紋聯(lián)接件。單次重新切割可能不會非常不利地影響數(shù)據(jù)通信接口28與數(shù)據(jù)通信接口32的對準(zhǔn)。在一些實施方式中，短節(jié)12-1被設(shè)計成使得數(shù)據(jù)通信接口28最初相對于數(shù)據(jù)通信接口32較高，使得將短節(jié)12-1和短節(jié)12-2聯(lián)接的聯(lián)接件的螺紋的初始重新切割將改善數(shù)據(jù)通信接口28與數(shù)據(jù)通信接口32的對準(zhǔn)。在一些實施方式中，設(shè)置間隔件33-5以使得能夠容易地調(diào)整通信接口28和通信接口32的對準(zhǔn)。如果重新切割短節(jié)12-1和12-2的螺紋聯(lián)接件妨礙對準(zhǔn)(導(dǎo)致這些短節(jié)中的一個或兩個更短)，則間隔件33-5中的一個或更多個會從最靠近短節(jié)12-2的著落部移動至遠(yuǎn)離短節(jié)12-2的著落部。作為又一替選，探管33-1可以被構(gòu)造成使得能夠沿著探管33-1的主體調(diào)整(例如，借助于螺紋聯(lián)接件、間隔件、銷等)聯(lián)接件33-2的位置。

作為又一替選，探管可以是可伸縮的或裝有彈簧的，使得探管的一端相對于鉆柱能夠移動或整個探管相對于鉆柱能夠移動。探管可以包括與工具30的鄰接表面鄰接的表面，使得探管的支承到工具30的接口的一端與鄰接表面自動具有固定的空間關(guān)系。通過使用調(diào)整間隔件和/或可伸縮部件和/或裝有彈簧的部件，探管的一端會具有到工具30的頂部的固定附接件。固定附接件可以提供工具33與工具30之間的額定壓力連接或惡劣環(huán)境直接電連接。

在另一種實施方式中，工具33具有短節(jié)12-3的形式要素。電子器件可以被裝入短節(jié)的壁中的隔室中。在該實施方式中，接口28可以包括位于限定短節(jié)12-3內(nèi)的腔孔13的壁內(nèi)或壁上的感應(yīng)回路或線圈。例如，回路或線圈可以位于電子器件模塊或位于短節(jié)12-3的壁中的隔室中的可移動筒盒內(nèi)。隔室可以包括圍繞短節(jié)12-3的腔孔延伸的環(huán)形隔室、短節(jié)12-3的壁中的袋形構(gòu)造(pocket)等?；芈坊蚓€圈不一定圍繞短節(jié)12-3的腔孔延伸。回路或線圈可以具有各種取向。在一些實施方式中，回路或線圈被取向成使得回路或線圈的軸相對于短節(jié)12-3徑向延伸。在這樣的實施方式中，回路或線圈可以用于通過位于短節(jié)12-3的腔孔內(nèi)的探管或另一附近井下工具內(nèi)的一個或更多個對應(yīng)回路或線圈便于數(shù)據(jù)通信。在一些實施方式中，回路或線圈的軸大致平行于短節(jié)12-3的縱向軸而延伸。

具有短節(jié)的形式要素的工具33可以用于與具有探管的形式要素的工具30或與具有短節(jié)的形式要素的工具30或這兩者進行通信。圖3B示出了以下示例實施方式：工具33包括其通信接口28被設(shè)置在短節(jié)12-3中。在圖3B中，工具30被設(shè)置在短節(jié)12-2中，短節(jié)12-2鄰近短節(jié)12-3被聯(lián)接至鉆柱12中。

工具33包括感應(yīng)回路28以及工具30包括感應(yīng)回路32。感應(yīng)回路28與感應(yīng)回路32之間的間距D是固定的，由線圈28與短節(jié)20的端部處的聯(lián)接件之間的距離以及線圈32與工具30的端部處的聯(lián)接件之間的距離給定，以及可以相對較短(例如，小于2英尺(大約0.6米))。提供感應(yīng)回路28與感應(yīng)回路32之間的相對較小的間距D可以使得能夠以比更寬間隔的感應(yīng)回路所要求的功率低得多的功率在感應(yīng)回路28與感應(yīng)回路32之間交換數(shù)據(jù)。

在圖3B中，工具33相對于工具30位于井上。圖3C是工具33相對于工具30位于井下的另一示例實施方式。通過比較圖3B和圖3C可以看出，取決于短節(jié)12-2被聯(lián)接至短節(jié)12-3的公扣(pin)端還是母扣(box)端，感應(yīng)回路28應(yīng)該靠近短節(jié)12-3的公扣端還是母扣端。

在圖3D為示例的一些實施方式中，包含工具33的短節(jié)12-5包括位于短節(jié)12-5的兩端附近的感應(yīng)回路28。在圖3D中示出了靠近公扣端12A的感應(yīng)回路28A和靠近母扣端12B的感應(yīng)回路28B。工具33的控制器34可以對感應(yīng)回路28A和感應(yīng)回路28B中的哪一個將用于與工具30進行通信進行選擇。圖3D所示的包含工具33的短節(jié)12-5可以結(jié)合相對于短節(jié)12-5位于井上或者井下的工具30來使用。在短節(jié)12-5在兩個工具30(其可以提供不同的功能)之間被聯(lián)接至鉆柱12中的情況下，工具33的控制器34可以通過感應(yīng)回路28A與工具30中的井上工具進行通信，以及工具33的控制器34還可以通過感應(yīng)回路28B與工具中的另一個工具進行通信。

在圖3E中，工具30被設(shè)置在著落在與短節(jié)12-3相鄰定位的鉆柱區(qū)段12-4中的探管37中。如上所述，工具33被設(shè)置在短節(jié)12-3中。工具33包括感應(yīng)回路28。工具30包括位于感應(yīng)回路28附近的感應(yīng)回路32。

本文中所描述的工具33可以適用于與多個工具30中的任意工具進行通信，多個工具30中的每一個可以使用不同的頻率和協(xié)議進行通信。工具30中的每一個可以提供不同的數(shù)據(jù)值。這些數(shù)據(jù)值可以在井下被處理，用作井下處理的控制輸入和/或被傳輸至地面裝備。如圖4所示，工具33可以可選地包括工具庫38。工具庫38將已知工具30的可發(fā)現(xiàn)的特征與工具33與這些工具30進行通信要使用的通信協(xié)議進行相互對照。工具庫38還可以包括對從每個工具30可得到的數(shù)據(jù)值進行識別的信息。如果來自工具30的信號被加密，則工具庫38可以包括用于對信號進行解密的密鑰。

工具庫38可以包括能夠由控制器34訪問的數(shù)據(jù)存儲器，該數(shù)據(jù)存儲器包括包含上述信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

圖4A是示出了工具33可以執(zhí)行用于與工具30建立數(shù)據(jù)通信的方法的流程圖。框42涉及從工具30獲得信號。這可以通過接口28來完成?？?2可以涉及通過接口28被動收聽信號和/或向工具30發(fā)送信號。在一些實施方式中，工具33向工具30發(fā)送一系列不同的喚醒信號。信號可以例如在頻率、通信協(xié)議和/或內(nèi)容方面不同。

塊44對在塊42中獲得的信號進行分析。塊44可以例如確定以下中的一個或更多個：在其上發(fā)送信號的一個或多個頻率；對信號進行編碼的方法(工具33可以嘗試各種方式對信號進行解碼并且查看哪種(哪些)有效以及/或者可以觀察信號的特征如信號看來如何被調(diào)制)。

塊46使用在塊44中得到的信息在工具庫38中查找工具30。假定來自塊44的信息與已知工具30匹配，則方法40進行至塊47，塊47使用來自工具庫38的信息對數(shù)據(jù)通信接口28進行配置以與已知工具30進行通信。

在可選框48中，工具33對其自身進行配置以選擇來自工具30的數(shù)據(jù)的子集來發(fā)送。例如，工具33可以將其自身配置成向工具20發(fā)送由工具30提供的第一參數(shù)的每第N個值以及第二參數(shù)的每第M個值。在此，M和N是可以相同或不同的整數(shù)?？梢詰?yīng)用該能力來減少工具33的井上數(shù)據(jù)流量并且還通過減少要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來降低工具33的功率要求?？梢栽诠ぞ邘?8中提供為特定工具30指定選擇哪些數(shù)據(jù)的信息。在其他實施方式中，工具33被手動配置成供特定工具30使用。手動配置可以從工具庫38中的大量配置中挑選和/或可以對指定工具33處理(獲得、處理和/或發(fā)送)來自工具30的數(shù)據(jù)的方式的特定參數(shù)進行設(shè)置。

在一些實施方式中，如圖2所示，不提供工具33，以及工具30與工具20直接通信。在一些這樣的實施方式中，工具20是緊湊的(特別是在長度上)。在圖1至圖3E所描繪的實施方式中的任意實施方式中，可以直接用工具20代替工具33。例如，工具20可以以緊鄰工具30被聯(lián)接至鉆柱中或者被布置成與工具30進行通信的短節(jié)的形式來提供，該工具30具有位于鉆柱的腔孔13內(nèi)的探管的形式要素。在一些實施方式中，探管可以穿過短節(jié)的腔孔。在圖3E中示出了該結(jié)構(gòu)的示例(使用工具20代替工具33)。

作為另一示例，包含工具20(或工具33)的短節(jié)可以在鉆柱內(nèi)的任何位置處直接聯(lián)接至包含工具30的短節(jié)的端部，從而自動將工具20的感應(yīng)回路28放置成與工具30的感應(yīng)回路32相距距離D。

在一些實施方式中，工具33提供除了上面討論的功能以外的功能。例如，工具33可以包括一個或更多個傳感器。工具33可以將來自一個或更多個信號的輸出傳輸至工具20或其他井下工具。

圖4示出了包括如上所述的短節(jié)20和懸掛在鉆柱的腔孔13中的探管的鉆柱區(qū)段12。探管30具有感應(yīng)回路32，當(dāng)探管30被安裝在鉆柱的腔孔中時，該感應(yīng)回路32與短節(jié)20的對應(yīng)感應(yīng)回路28大致對準(zhǔn)(例如，在+/-3英尺(約1米)內(nèi)對準(zhǔn))。

在一些實施方式中，工具20可以具有減少的或最少的功能。例如，工具20可以主要用于從工具33接收數(shù)據(jù)并且使用EM遙測或一些其他遙測方式將所接收的數(shù)據(jù)直接或間接發(fā)送至地面裝備。

并不強制數(shù)據(jù)接口28、數(shù)據(jù)接口32由感應(yīng)回路或線圈提供。另外地或替選地，本文中所描述的遙測短節(jié)可以包括提供直接有線連接或光學(xué)連接或替選的短距離無線數(shù)據(jù)連接的數(shù)據(jù)接口如間隙至間隙電磁遙測(例如，如在PCT公布WO2105/031973中所描述的)或遙測短節(jié)與靠近該遙測短節(jié)位于鉆柱中的井下工具之間的聲學(xué)數(shù)據(jù)連接。例如，替選的短距離無線連接可以包括其他形式的電磁數(shù)據(jù)通信如藍(lán)牙、WiFi或在100Hz至1GHzy范圍內(nèi)的電磁通信頻率下進行工作的定制設(shè)計的無線發(fā)送器等。在一些這樣的實施方式中，數(shù)據(jù)接口28、32由市場上可買到的無線通信裝置如單芯片無線LAN收發(fā)器芯片提供。這樣的芯片可從供應(yīng)商如Texas Instruments、Atmel和Broadcomm獲得。在一些實施方式中，根據(jù)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)如802.11n或802.11b/g提供無線通信。

在本文中所描述的其中短節(jié)20包括基于間隙的EM遙測發(fā)送器以及便于與另一井下工具進行數(shù)據(jù)通信的接口(例如，28)的各種實施方式中，短節(jié)20可以通過接口28從另一井下工具接收數(shù)據(jù)，然后通過基于間隙的EM遙測發(fā)送器重新發(fā)送數(shù)據(jù)。可以在地面裝備處直接接收數(shù)據(jù)，或者通過接收并然后重新發(fā)送數(shù)據(jù)的一個或更多個中間節(jié)點將數(shù)據(jù)傳遞至地面裝備。

可以根據(jù)涉及以下的方法來使用這樣的設(shè)備：在井下工具處生成數(shù)據(jù)(如來自旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、伽馬傳感器、電阻率傳感器、方向傳感器等的數(shù)據(jù))并且使用基于短距離線圈的遙測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)(通過例如根據(jù)要發(fā)送的數(shù)據(jù)對回路或線圈中的電流進行調(diào)制)。在本文中所描述的設(shè)備的對應(yīng)線圈或回路處接收數(shù)據(jù)，并且然后使用基于間隙的EM遙測系統(tǒng)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。重新發(fā)送數(shù)據(jù)可以涉及：對數(shù)據(jù)進行解碼并且然后對數(shù)據(jù)進行重新編碼?？梢栽诘孛嫜b備處接收或者在遠(yuǎn)離鉆柱的節(jié)點處接收重新發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以使用基于間隙的EM遙測、泥漿脈沖遙測或另一適當(dāng)?shù)倪b測方式從該節(jié)點再次重新發(fā)送所述重新發(fā)送的數(shù)據(jù)。

一些實施方式提供包括以下短節(jié)的鉆柱，該短節(jié)包括基于間隙的EM遙測發(fā)送器以及可以例如包括線圈或回路的短距離遙測接收器。短節(jié)緊鄰以下工具位于鉆柱中，該工具被配置成生成數(shù)據(jù)并且通過對回路或線圈中的電流進行調(diào)制以產(chǎn)生在短節(jié)處接收的短距離遙測信號來發(fā)送數(shù)據(jù)。鉆柱可選地包括被配置成接收由基于間隙的EM遙測發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)并重新發(fā)送所接收的數(shù)據(jù)的節(jié)點。在一些實施方式中，節(jié)點包括多個遙測發(fā)送器并且被配置成使用多個遙測發(fā)送器中的一個或更多個來重新發(fā)送所接收的數(shù)據(jù)。在一些實施方式中，節(jié)點包括鉆柱中的電絕緣間隙，并且被配置成通過監(jiān)視跨該間隙的電勢差來接收由基于間隙的EM遙測發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。在一些實施方式中，節(jié)點可以通過多個鉆柱區(qū)段與短節(jié)分隔開。

圖5示出了根據(jù)示例實施方式的示例井下系統(tǒng)50。井下系統(tǒng)50包括第一井下工具52、第二井下工具54和第三井下工具56。在該實施方式中，第三井下工具56與地面裝備具有雙向通信。第二井下工具54可選地具有接收源于地面裝備的下行鏈路遙測傳輸?shù)哪芰?。第一井下工?2依賴第二井下工具54來接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。第一井下工具52和第二井下工具54通過近距離數(shù)據(jù)連接55進行數(shù)據(jù)通信。該數(shù)據(jù)連接可以在非常短的范圍內(nèi)操作。第二井下工具54和第三井下工具56通過短跳數(shù)據(jù)連接57彼此進行數(shù)據(jù)連接。第一井下工具52可以例如包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS)。

雖然以上論述了多個示例性方面和實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到其特定修改、置換、添加和子組合。因此，意在將以下所附權(quán)利要求和下文中引入的權(quán)利要求解釋為包括在其真正的精神和范圍內(nèi)的全部這樣的修改、置換、添加和子組合中。

術(shù)語的解釋

除非上下文另外明確要求，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中：

·“包括”、“包含”等應(yīng)被解釋為包括的含義，而不是排他的或窮盡的含義；也就是說，為“包括但不僅限于”的意義。

·“連接”、“耦接”或其任何變型意味著在兩個或更多個元件之間的任何直接或間接的連接或耦接；元件之間的耦接或連接可以是物理的、邏輯的或其組合。

·“在本文中”、“以上”、“以下”以及類似含義的詞語在用于描述本說明書時應(yīng)當(dāng)指代本說明書整體而非本說明書的任何特定部分。

·在引用兩個或更多個項目的列表時，“或”涵蓋該詞語的以下全部解釋：列表中的項目中的任意項、列表中的項目中的全部項以及列表中的項目的任意組合。

·單數(shù)形式“一個”、“一種”以及“該”也包括任意適當(dāng)?shù)膹?fù)數(shù)形式的含義。

在本說明書和任何所附權(quán)利要求中使用的指示方向的詞語如“豎向”、“橫向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向內(nèi)”、“向外”、“豎向”、“橫向”、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂部”、“底部”、“下方”、“上方”、“下面”等(在存在的情況下)取決于所描述和說明的裝置的具體取向。本文中所描述的主題可以假定各種替選取向。因此，這些方向術(shù)語并未嚴(yán)格限定并且不應(yīng)做狹義解釋。

當(dāng)上面提及部件(例如，電路、模塊、組件、裝置、鉆柱部件、鉆機系統(tǒng)等)時，除非另有說明，否則對該部件的提及(包括對“裝置”的提及)應(yīng)當(dāng)被解釋為包括該部件的等同替代、執(zhí)行所描述的部件的功能的任意部件(即，功能性等同替代)、包括執(zhí)行本發(fā)明所示出的示例性實施方式中的功能的在結(jié)構(gòu)上不等同于公開結(jié)構(gòu)的部件。

出于說明的目的，在本文中已經(jīng)對系統(tǒng)、方法和設(shè)備的特定示例進行了描述。這些僅僅是示例。本文中提供的技術(shù)可以被應(yīng)用于除上述示例系統(tǒng)之外的系統(tǒng)。在本發(fā)明的實施范圍內(nèi)，很多變更、修改、添加、省略以及置換是可行的。本發(fā)明包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯見的對所描述的實施方式的變化，包括通過以下方式獲得的變化：用等同特征、元件和/或動作替換特征、元件和/或動作；混合和匹配不同實施方式的特征、元件和/或動作；將本文中所描述的實施方式的特征、元件和/或動作與其他技術(shù)的特征、元件和/或動作組合；以及/或者省略所描述的實施方式的組合特征、元件和/或動作。

因此，意在于以下所附權(quán)利要求以及此后引入的權(quán)利要求被解釋為包括能夠合理推斷出的全部這樣的修改、置換、添加、省略以及子組合。權(quán)利要求書的范圍不應(yīng)局限于示例中所闡述的優(yōu)選實施方式，而應(yīng)被賦予與說明書整體一致的最寬泛的解釋。