用于测量和钻探控制的双向钻柱遥测技术的利记博彩app

专利名称：用于测量和钻探控制的双向钻柱遥测技术的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及钻探和生产碳氢化合物井的技术领域，并涉及井底地层性 质的测量，以及涉及井底与地面设备之间的测量和控制信息的双向通信。
背景技术：
随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)的出现，以及特殊钻井方法 比如定向钻井的地面控制的发展，己经在钻井和生产碳氢化合物井的技术 领域取得了重要的进步。这些方法需要在地面与井底测量及钻井设备之间 在两个方向上都进行通信。目前，泥浆脉冲遥测技术是在钻井的同时迸行 井底设备与地面之间的通信这个方面普遍商业使用的唯一技术。[除非另外 地说明，全文中涉及到的"钻井的同时"或"随钻"等是表示钻柱处在钻 井中或部分地处在钻井中，作为包括钻井、中止和/或起下钻(tripping) 的整个钻井操作的一部分，而不必要求钻头正在旋转。]在泥浆脉冲遥测 技术中，数据作为压力脉冲在钻井液中传输。不过，泥浆脉冲遥测技术具 有公知的局限，包括相对较慢的通信，低的数据速率和差的可靠性。当前 的泥浆脉冲遥测技术仅能够以大约每秒12位(bit)的速率发送MWD/LWD 数据。在许多情况下，该速率不足以发送由LWD下井仪器串(tool string) 收集的所有数据，或者在想要的下井仪器串的构造方面存在限制。此外， 泥浆脉冲技术在延伸到达的井孔中不能良好地工作。为了控制工序比如定 向钻井和钻具运行而通过调节泥浆泵流实现从井上到井底的信号传递也 很慢，且具有非常低的信息速率。此外，在特定的情况下，例如采用气体 或泡沫钻探流体的欠平衡的钻井情况下，当前的泥浆脉冲遥测技术不起作 用。近年来己经有各种尝试来开发泥浆脉冲遥测技术的替代技术，这些技 术更快，具有更高的数据速率，并且不需要特殊类型的钻探流体的存在。例如，已经提出了声学遥测，其通过钻柱发送声波。数据速率估算为大约 比泥浆脉冲遥测高一个数量级，但仍有限，且噪声是个问题。声学遥测还 未实现商业化利用。另一个例子是穿过地表的电磁遥测。该技术被认为具 有有限的范围，取决于钻井周围的地层的性质尤其是电阻系数，并也具有 有限的数据速率。长期以来提出在钻杆中设置用于传送信号的电线。 一些早期的针对有线的钻柱的建议披露在U.S.专利No. 4126848, U.S.专利No.3957118和 U.S.专利No.3807502和出版物"用于MWD的四个不同的系统"("Four Different Systems Used for MWD") ， W丄Mcdonald, The Oil and Gas Journal, 115-124页，1978年4月3日。还已经提出比如在管接头处使用感应耦合器的构思。以下文献披露了 在钻柱中使用感应耦合器U.S.专利No.4605268，俄罗斯联邦公布的1997 年12月18日提交的专利申请2140527，俄罗斯联邦公布的1992年2月 14日提交的专利申请2040691，以及WO出版物90A4497A2，以及参见 U.S.专利No.5052941, U.S.专利No.4806928, U.S,专利No.4901069, U.S.专 利No.5531592, U.S.专利No.5278550,以及U.S.专利No.5971072。U.S.专利6641434描述了一种有线钻管接头，其在有线(wired)钻杆 技术领域对于以高的数据速率在地面站与钻井所处的位置之间双向地、可 靠地传输测量数据有显著的进步。'434专利披露了一种低损耗的有线钻管 接头，其中导电层通过减少在每一个感应耦合器处的电阻损耗和通量损耗 而减少了整个钻柱长度之上的信号能量损耗。有线钻管接头是耐用的，因 为它在导电层中存在缝隙的情况下也保持可操作。钻柱遥测技术领域中的 性能以及这些和其他进步在以下方面提供了创新的机会应用范围、速度 以及数据速率方面的现有缺点在以前已经限制了系统的性能。本发明的其中一个目的是利用与先进双向钻柱遥测技术的协同配合， 提供改进的测量和地层测井操作，以及钻井参数的改进控制和优化，迄今 为止这些都由于各种原因而不能实现。发明内容本发明具有这样的特征，这些特征尤其充分利用了钻柱遥测技术中的新近进步。有利地，在其实施例中，基本上采用了实时双向通信，以改进 钻井(以及中止和起下钻)工序过程中的测量和控制，从而实现改进的操 作和决策。本发明的一种形式应用于与钻探地表井的操作结合使用，该操作使 用钻机；钻柱，其大致上端可机械地结合在钻机上并悬挂在钻机上；以 及邻近钻柱下端的井底钻具组件，该井底钻具组件包括在其下端处的钻 头。提出一种用于获得关于在井底钻具组件处检测的至少一个参数的信息 的方法，包括以下步骤在井底钻具组件中提供至少一个测量装置，所述 至少一个测量装置产生代表在井底钻具组件处的测量条件的测量数据；在地表面处提供井上处理器系统；提供与所述至少一个测量装置相耦合且与 井上处理器系统相耦合的钻柱遥测系统；以及将所述数据从测量装置经由 钻柱遥测系统传输到井上处理器系统。(如这里所用，所提到的地表面包 括适于陆上或海上钻井的任何陆地、水或冰表面处或附近的地点)。在其实施例中，井底钻具组件的测量条件是测得的包围井底钻具组件 的地层的性质，且在井底钻具组件中提供至少一个测量装置的步骤包括在 井底钻具组件中提供随钻测井装置。在该实施例中，提供随钻测井装置的 步骤包括提供从由电阻率测量装置、定向电阻率测量装置、声波测量装置、 核测量装置、核磁共振测量装置、压力测量装置、地震测量装置、成像装 置和地层采样装置构成的组中选择的装置。在其另一个实施例中，在井底钻具组件处的测量条件是测得的钻井特 性，且在井底钻具组件中提供至少一个测量装置的步骤包括在井底钻具组 件中提供随钻测量装置。在该实施例中，提供随钻测量装置的步骤包括提 供从由钻压(wdght-on-bit)测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、 冲击测量装置、粘滑测量装置、方向测量装置和倾度测量装置构成的组中 选择的装置。在其另一个实施例中，井底钻具组件包括定向钻井子系统，且在地面 处理器处产生控制信号的步骤包括产生导向控制信号。在该实施方式中， 该定向钻井子系统包括旋转导向系统，且在地面处理器处产生控制信号的 步骤包括产生用于旋转导向系统的导向控制信号。在本发明的一种形式中，在井底钻具组件中提供至少一个测量装置的步骤包括在井底钻具组件中提供多个测量装置，该多个测量装置产生代表 井底钻具组件处的多个条件的测量数据。在本发明的一种形式中，钻柱遥测系统是双向的且包括在至少一部分 钻柱中的有线钻杆。在本发明的该实施方式中，在钻柱遥测系统与井上处 理器之间设有无线耦合。井上处理器系统可以大致位于钻机的附近，或者 可以在远离所述钻机的位置。该钻柱遥测系统可以是包括多种不同类型的 遥测媒介的混合遥测系统。在所披露的实施例中，混合钻柱遥测系统包括 有线钻杆的一部分，以及从由电缆媒介、光缆媒介和无线传输媒介构成的 组中选择的遥测媒介的至少一部分。在该实施例中，所述有线钻杆的一部 分包括相连接的钻杆，每一个钻杆包括具有带有导电环的感应耦合器的阳螺纹端部(pin end)、具有带有导电环的感应耦合器的阴螺纹端部(box end),以及联接在所述阳螺纹端部感应耦合器与阴螺纹端部感应耦合器之 间的至少一个导体，从而相邻的钻杆在它们相连接的阳螺纹和阴螺纹端部 处感应耦合。为传播得更远，可以在钻杆之间的接头处设置转发器子系统。 然而，在本发明的一种形式中，也可以在所述相连接的钻杆的大于大约 2000 ft的长度上提供所述有线钻杆的一部分而不用任何转发器。在本发明的使用上述类型的有线钻杆部分的实施例中，传输数据的步 骤包括在具有小于大约500 KHz的频率的载体上传输所述数据。在该实施 例中，数据以至少每秒100比特的速率传输，且基本上实时地进行双向传 输。在本发明的一种形式中，控制信号在井上处理器处产生并经由钻柱遥 测系统传输到井底钻具组件。在本发明该形式的实施例中，井底钻具组件 包括定向钻井子系统，且控制信号是导向控制信号。在该实施例中，控制 信号响应于测量数据而产生。通过结合附图参考以下详细说明，本发明的其他特征和优点将变得更 加容易理解。


图1是根据本发明实施例且能够用于实践本发明的方法的实施例的 系统的图表，部分地以示意图形式且部分地以方块图形式表示。图2A是能够与本发明实施例相结合地使用的无线收发器子系统电子 装置的方块图。图2B是利用无线收发器的地面界面的图表，部分地以横截面形式且部分地以方块图形式表示，其电子装置和天线安装在钻柱上。图3是感应耦合有线钻杆且披露于U.S.专利号6641434中的横截面 图，其可用作本发明实施例中采用的钻柱遥测系统的至少一部分。图4是图3的一对面对的电流回路(current-lo叩)感应耦合器元件的 部分切除透视图。图5A是图4所示的该对面对的电流回路感应耦合器元件的横截面图， 它们锁在一起作为运作钻柱的一部分，包括包围两个芯的闭合的高导电低 导磁率的环形路径的横截面图。图5B是更详细地表示图5A所示的电流回路感应耦合器元件的电磁 元件的装配的放大横截面图。图5C是图5B所示的阴螺纹端部电流回路感应耦合器的部分切除透视 图，详细地表示线圈和内部电缆。图6是本发明方法和系统的实施例中的一种类型的地层电阻测井装置 的图表，所述装置用作随钻测井(LWD)装置或者一套LWD装置的一部 分。图7是本发明方法和系统的实施例中的一种类型的定向电阻装置的图 表，所述装置用作随钻测井(LWD)装置或一套LWD装置的一部分。图8是本发明方法和系统的实施例中的一种类型的声波测井装置的图 表，所述装置用作随钻测井(LWD)装置或一套LWD装置的一部分。图9A—9D是本发明方法和系统的实施例中的一种类型的地震测井装 置的图表，所述装置用作随钻测井(LWD)装置或一套LWD装置的一部 分。图10是是本发明方法和系统的实施例中的一种类型的核测井装置的 图表，所述装置用作随钻测井(LWD)装置或一套LWD装置的一部分。图11是本发明的方法和系统实施例中的一种类型的核磁测井装置的 图表，所述装置用作随钻测井(LWD)装置或一套LWD装置的一部分。图12是本发明的方法和系统实施例中的一种类型的压力测量测井装置的图表，所述装置用作随钻测井(LWD)装置或一套LWD装置的一部分。
具体实施方式
图1表示可以釆用本发明的钻井系统。井场可以在陆上或者海上。在 该示例系统中，钻井11通过以公知方式旋转钻探而形成在地表下的地层30中。本发明的实施例也可以使用定向钻井，如后文所述的那样。钻柱12悬挂在钻井11内并具有井底钻具组件100，该井底钻具组件 100包括在其下端的钻头105。地面系统包括位于钻井11之上的平台和钻 塔装置IO，该装置10包括旋转工作台16、方钻杆17、吊钩18和水龙头 19。钻柱12通过由未示出的装置供给能量的旋转工作台16驱动旋转，该 旋转工作台16与钻柱上端处的方钻杆17相接合。通过允许钻柱相对吊钩 旋转的方钻杆17和水龙头19，钻柱12悬挂在连接到游动滑车(也没有示 出)的吊钩18上，水龙头19允许钻柱相对吊钩旋转。如公知的那样，可 选地可使用顶部驱动系统。在本实施例中，地面系统还包括存储在形成于井位处的凹坑27中的 钻探流体或泥浆26。泵29将钻探流体26经由水龙头19中的端口输送到 钻柱12的内部，使得钻探流体向下流过钻柱12，如方向箭头8所示。钻 探流体经由钻头105的端口流出钻柱12，然后经过钻柱外侧与钻井壁之间 的环状区域向上循环，如方向箭头9所示。在该公知方式中，钻探流体润 滑钻头15并在它返回到凹坑27以便再循环时将地层岩屑运送到地面上。 如本技术领域公知的那样，传感器可设置在井场周围以收集有关井场 操作以及井场条件的数据，优选地实时收集。例如，这种地面传感器可以 设置用来测量参数比如竖管压力、吊钩载荷、深度、地面扭矩、每分钟转 速以及其他。所示实施例的井底钻具组件100包括界面部件110、随钻测井(LWD) 模块120、随钻测量(MWD)模块130、用于定向钻井的旋转式导向系统 和电动机150以及钻头105。LWD模块120封装在特殊类型的钻铤中，如本领域所公知的那样， 并可以包含一个或多个已知类型的测井工具。也可以理解可使用超过一个LWD和/或MWD模块，例如用120A表示。(全文中，提及120位置处的 模块也可以可选地指120A位置处的模块。)LWD模块包括用于测量、处 理和存储信息的能力，以及用于与地面设备通信的能力。在本实施例中， LWD模块可包括例如一个或多个以下类型的测量地层性质的测井装置 电阻率测量装置、定向电阻率测量装置、声波测量装置、核测量装置、核 磁共振测量装置、压力测量装置、地震测量装置、成像装置以及地层采样 装置。MWD模块130也封装在特殊类型的钻铤中，如本领域所公知的那样， 并可以包含一个或多个用于测量钻柱和钻头的性质的装置。MWD设备还 可以包括用于给井下钻井系统发电的装置(未示出)。这通常可以包括由 钻探流体的流动提供动力的泥浆涡轮发电机，也可以采用其他的动力和/ 或电池系统。在本实施例中，MWD模块包括一个或多个以下类型的测量 装置钻压测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、粘 滑测量装置、方向测量装置，以及倾度测量装置。在本发明中，釆用了钻柱遥测系统，在所示的实施例中，该系统包括 从地面部件185延伸到井底钻具组件中的界面部件110的电感耦合有线钻 杆180系统。根据包括钻柱长度在内的因素，继电器部件或转发器可以每 隔一段距离地设置在有线钻杆的柱中， 一个例子表示为182。继电器部件 可以设有传感器，在共同待审的U.S.专利申请号(文件号19.0410/11) 中有进一步的说明，该申请与本申请在同一日提交，并属于与本申请相同 的受让人。界面部件110提供LWD和MWD模块与钻柱遥测系统之间的通信电 路的界面，在该实施例中，该钻柱遥测系统包括具有感应耦合器的有线钻 杆。界面部件IIO，其也可以设有传感器，在共同审理中的U.S.专利申请 序列号(文件19.0410/11)中有进一步的说明。该申请与本申请在同一 日提交，并属于与本申请相同的受让人。在有线钻柱的顶部，是地面部件或地面界面185。当使用有线钻杆系 统时，必须在最上面的有线钻杆与地面处理器之间具有通信链环(除其他 以外，该通信链环通常执行一个或多个以下功能接收和/或发送数据、记 录信息和/或控制去往和/或来自井底与地面设备的信息、执行计算和分析，并且与操作人员及与远程地址通信)。已经建议了各种方法，其中的一些总结在U.S.专利7040415中，包括使用滑环装置，以及使用基于电感或所 谓变压器效应的旋转电耦合器。这些技术被统称为旋转水龙头技术。滑环(也称作电刷接触面)是公知的设计成将电流或信号从固定电线传送到旋 转装置的电连接器。通常，它由支承在非旋转部件中(例如，支承在方钻 管接头的上部)的在旋转金属环的外径上摩擦的固定的石墨或金属接触件(电刷)构成。随着金属环旋转，电流或信号通过固定电刷传导至金属环， 形成了连接。已知的作为旋转变压器的基于电感(变压器效应)的旋转电 耦合器，提供了对于基于旋转与固定电路之间的传导的滑环和接触电刷的 可选替代，所以直接接触不是必需的。变压器绕组包括固定线圈和旋转线 圈，两者都与旋转轴同心。任一个线圈都能用作初级绕组而另一个用作次 级绕组。本段所述的这些类型的方案可以用作图1所示的地面部件185。目前，无线方案是更优选的，例如在U.S.专利申请序列号_ (文件19.0403/32)中所进一步说明的这种类型，该申请与本申请在同一日提交，并属于与本申请相同的受让人。如所提及的专利申请序列号_ (文件19.0403/32)的实施例中所述，地面部件185形式的井上界面与电子装 置35耦合，所述电子装置随着方钻杆17旋转并包括与测井及控制单元4 的天线和收发器双向通信的收发器和天线，测井及控制单元4在本实施例 中包括井上处理器系统。通信链环175示意性地表示在井上界面与测井及 控制单元4的电子装置和天线之间。因此，该实施例的构造提供了从测井 及控制单元4通过通信链环175至地面部件185、通过有线钻杆遥测系统 至井底界面110和井底钻具组件的部件、以及与之相反的用于双向操作的 通信连接。图2A表示一种类型的能够用作图1的电子装置30的无线收发器子系 统电子装置。也可以参考U.S.专利7040415。来自/去往最上面的有线钻 杆的顶部接头的感应耦合器的信号与WDP调制解调器联接。WDP调制解 调器221反过来与无线调制解调器231联接。还设置电池250和电源255以供给调制解调器电力。在以上提及的U.S.专利申请序列号_ (文件19.0403/32)中描述了其他可能更优选的发电装置。WDP地面调制解调器202适用于与井下工具中的一个或多个调制解调器、转发器或其他界面经由有线钻杆遥测系统通信。优选地，调制解调 器提供双向通信。调制解调器与位于井下工具中的另一个调制解调器或转 发器或其他部件通信。任何种类的数字和模拟调制方案都可以使用，比如双相频移键控(FSK)、正交相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)、 离散多频声调(DMT)等。这些方案可以与任何种类的数据复用技术比如 时分复用(TDM)，频分复用(FDM)等结合使用。调制解调器可以包括 用于钻杆诊断和井下工具诊断的功能。图2B表示在所提及的共同待审U.S.申请序列号_ (文件19.0403/32)描述的实施例，其中在方钻杆250与最上面的有线钻杆181 之间设置了特殊的保护接头240。保护接头240在其下端处具有与最上面 的有线钻杆的感应耦合器相耦合的感应耦合器241。连接到感应耦合器241 的电缆215穿过密封端口引出保护接头240，并在方钻杆250的外部延伸 到收发器子系统230，该收发器子系统包括天线235。在保护接头240上 的电缆的引出位置，可以设置连接器246。沿着方钻杆250的外部延伸的 电缆可以密封在方钻杆中的槽中，且例如由环氧或PEEK材料保护。可在 收发器子系统电子装置处设置另一个连接器。电缆215设有至少一个线对。可参考共同待审的U.S.专利申请序列号_ (文件19.0403/32)的更多实施例和收发器子系统构造，以及与收发器子系统相联系的冗余的多个 天线的说明，以及由旋转的收发器子系统使用的安全发电的说明。如所提及的共同待审的U.S.专利申请序列号_ (文件19.0410/11)所述，尽管在一个井场只表示了一个地面单元4，但也可以横跨一个 或多个井场设置一个或多个地面单元。这些地面单元可以用有线或无线连 接经由一个或多个通信线路连接到一个或多个地面界面。地面界面与地面 系统之间的通信拓扑可以是点对点，点对多点或多点对点。有线连接包括 使用任何类型的电缆(使用任何类型的协议(串行的，以太网，等)的电 线)和光纤。无线技术可以是任何种类的标准无线通信技术，比如IEEE 802.11规范，Bluetooth, zigbee或者任何非标准的RF或者使用任何种类 的调制方案的光通信技术，比如FM， AM， PM， FSK， QAM， DMT， OFDM等，与任何种类的数据复用技术比如TDMA， FDMA， CDMA等 相结合。作为一个例子，用于无线连接的天线可放在部件的外层中。可在界面中设置一个或多个传感器204以测量不同的钻井参数，比如 温度、压力(竖管、泥浆等)、泥流、噪声、振动、钻探力学(即，扭矩、 重量、加速度、管旋转，等)等。这些传感器也可以连接到模拟前端以便 进行信号调节和/或连接到处理器以便处理和/或分析数据。传感器也可以 用来执行诊断。诊断学可用来定位有线钻杆系统中的错误的位置，测量噪 声和/或有线钻杆遥测系统的性质并执行钻井的其他诊断。不同类型的传感 器可结合到该部件中。 一种类型的传感器可以是地面传感器，用于测量钻 探力学，能够以高的采样率工作。传感器数据可记录在存储装置中。图3-5表示U.S.专利6641434中披露的有线钻杆，该专利通过引用被 合并。有线钻管接头310 (图3)具有第一电流回路感应耦合器元件321 和第二电流回路感应耦合器元件331，分别位于杆的每一端。图3还表示 有线钻管接头310包括具有轴向孔312的细长的管柄311、阴螺纹端部322 处的第一感应耦合器元件321和阳螺纹端部332处的第二感应耦合器元件 331。感应耦合器320表示为由第一感应耦合器元件321和相邻的有线钻 杆中的阳螺纹端部332'的第二感应耦合器元件331'组成。图3和4表示确定了内螺纹323的阴螺纹端部322和具有第一槽325 的环状内接触台肩324。图3和4还表示相邻的有线钻管接头的确定了外 螺纹333'的阳螺纹端部332'和具有第二槽335'的环状内接触管端334'。 (后面跟随着撇号的项目号表示属于相邻的有线钻管接头的项目)。图5A是相面对的一对图3所示的电流回路感应耦合器元件的横截面 图，它们锁在一起作为操作钻柱的一部分。提供了包围两个芯的闭合的高 导电率、低导磁率(permeability)的环形路径340的横截面图，且管道313 的横截面图形成了用于电连接有线钻管接头310的两个感应耦合器元件的 内部电缆314的通道。图5B是第一线圈348、第一高导磁率芯347和第一线圈绕组348的 装配的放大横截面图。图5B还表示包围内部电缆314的管道313。(为了 清晰起见在图5B和5C中，与阳螺纹尺寸相比，第一线圈328表示得比其 在优选实施例中大，在该优选实施例中钻杆的强度不能受损)。图5B还示出了确定了具有同心的面对(facing)部分326a和326b的 第一环状凹面326。第一环状凹面326上具有第一环状凹形的高导电、低导磁层327。层327确定了第一环状空腔。阴螺纹端部322包括固定地安 装在第一层327的同心面对部分327a和327b之间的第一环状空腔内的第 一线圈328。图5B还表示确定了具有同心面对部分336'a和336b'的第二环状凹面 36的第二槽335'。第二环状凹面336'上具有第二环状凹形的高导电、低 导磁层337。层337'确定了第二环状空腔。阳螺纹端部332'包括固定地安 装在第二层337'的同心面对部分337a'和337b'之间的第二环状空腔中的第 二线圈338'。图5B还表示包括第一高导电、低导磁层327的第一电流回路感应耦 合器元件321，以及包括第二高导电、低导磁层337'的第二电流回路感应 耦合器元件331，。每一层涂敷到或附加到它的槽的内表面上。第一线圈328 位于第一层327的同心的面对部分327a和327b之间。于是，第一高导电、 低导磁的成形层(或带)327部分地包围第一线圈328。类似地，第二高 导电、低导磁层(或带)337'部分地包围第二线圈338'。第一线圈328通过灌注材料342固定在其槽内的适当位置。第一线圈 328还通过保护性填充材料343优选RTV进一步保护。类似地，第二线圈 38'通过灌注材料352'固定在其槽内的适当位置并通过保护性填充材料 353进一步保护。图5C是图5B所示的阴螺纹端部的电流回路感应耦合器元件的放大横 截面图，表示第一线圈328的细节，该第一线圈包括第一高导磁率芯347 和第一线圈绕组348。芯347具有轴向伸长的横截面。图5B的第二线圈 338，、第二芯357，和第二线圈绕组358'是类似的结构。线圈绕组348优选地具有大量的圈数。在一个优选实施例中，圈数为 大约200。图5C所示的阴螺纹端部带设置成与相邻的第二管接头的第二 高导电、低导磁的阳螺纹端部带配合，以产生封闭的高导电、低导磁的环 形路径340，如图5A所示。当第一和第二管接头锁在一起成为可操作的 钻柱的一部分时，层327和337'形成路径340。该封闭路径包围了第一线 圈和第二线圈。低损耗的电流回路感应耦合器可视为通过路径340背对背 地连接的一对变压器。每一个线圈主要沿着覆盖槽的内表面的管接头的高导电、低导磁层感应管接头中的电流。导电材料的每一层连接到或涂敷到围绕芯的槽的内表 面。如，434专利所述，高导电、低导磁层可由具有基本上高于钢的导电率 的高导电、低导磁的材料制成，除了其他金属以外，例子有铜和铜合金。与路径340仅穿过钢制的管接头相比，高导电、低导磁层通过减少环 行路径340的电阻而减少了在整个管柱长度上的电阻损耗。高导电、低导 磁层还通过减少穿入到钢制的每一个有线管接头的磁通量而减少了整个 管柱长度上的通量损耗。尽管环形路径340理想地是封闭路径，但路径340 并不必须整个都是由导电层构成，因为在路径340的导电层中的任何缝隙 都会通过钢制的本地管端而连接。环形路径的导电层中的缝隙可能通过在 靠近接触管端的硬钢的接触点的较软的导电层上磨损而产生。在整个管柱 的长度上环形路径的导电层中的几个这种缝隙不会引起足以造成显著影 响的能量损耗。如'434专利中那样，图3-5D的系统描述了具有分别位于内台肩和内 管端处的第一和第二感应耦合器元件的双接触管接头。管接头的尺寸使得 外管端与内台肩之间的距离比外台肩与内管端之间的距离大较小的量。图 5A表示外管端341与环状内接触台肩324之间的距离D,和外台肩351'与 内接触管端334，之间的距离D2。距离D,比距离D2大较小的量。当两个管 接头适当地紧固(即，利用为实现端部341相对于相邻的有线杆的台肩351' 的适当管密封所需的扭矩来强制紧固)，则该较小的量允许相同的扭矩来 相对相邻的有线管接头的内管端334，自动上紧内台肩324，以便可靠地形 成封闭的高导电、低导磁的环形路径340。在该实施例中，图3-5C中以及'434专利中所述的类型的有线钻杆的 一部分，有助于提供长度大于大约1000 ft且小于大约7000 ft的连接的有 线钻杆的一部分，而不需要任何转发器。能够作为本发明系统和方法的LWD设备120或者作为LWD设备组120的一部分的一个例子，是标题为"用于在浅和深的深度确定地层电阻 率的测井装置和方法"的U.S.专利4899112中披露的双电阻率LWD设备， 该专利在此通过引用被合并。如图6所示，上和下发射天线Ti和T2在其 间具有上和下接收天线R,和R2。天线形成在修改的钻铤中的凹处并安装在绝缘材料中。接收器之间的电磁能的相移提供了在相对较浅的勘测深度 处的地层电阻率的指示，接收器之间的电磁能的衰减提供了在相对较深的勘测深主处的地层电阻率的指示。可参考上面提及的U.S.专利4899112以 获得更多的细节。在操作中，代表衰减的信号和代表相位的信号耦合到处 理器，其输出可耦合到遥测电路，该电路在本领域中调制泥浆脉冲，并且 在本系统的实施例中，调制钻柱遥测系统的载体。与结合泥浆脉冲遥测的 双电阻率技术的现有应用不一样，本发明的系统和方法可提供更多的数据 且基本上实时地提供数据。本系统的一个特别有益的使用是与受控导向或"定向钻井"相结合。 在该实施例中，设置旋转式导向子系统150 (图1)，该子系统适于经由钻 柱遥测系统进行控制。定向钻井是故意地背离钻井自然会采取的路线。换 句话说，定向钻井是这样来控制钻柱的方向，以使得它在想要的方向上行 进。定向钻井，例如，在海上钻井是有利的，因为它使得能从单个平台上 钻多个井。定向钻井还能够水平地钻过水库。水平钻井使得更长的钻井能 够跨过水库，这提高了井的生产速率。定向钻井系统还可用在垂直钻井操 作中。通常钻头会转离计划的钻井轨迹，因为所穿过的地层有不可预料的 自然条件或者钻头经受变化的力。当这种偏离出现时，定向钻井系统可用 来把钻头放回到规定的路程中。定向钻井的已知方法包括旋转导向系统("RSS")。在RSS中，钻柱从地面旋转，且向下钻井装置使得钻头在想 要的方向上钻探。使钻柱旋转极大地减少了钻井过程中钻柱意外停机或卡 塞的发生。用于在陆地中钻出偏离的井的旋转导向钻井系统一般地归为"对准钻头"系统或者"推进钻头"系统。在对准钻头系统中，在新井孔 的基本方向上钻头的旋转轴偏离井底钻具组件的本地轴线。井孔根据由上 和下稳定器触点和钻头确定的习惯的三点几何学而扩展。与钻头和下稳定 器之间的有限距离相耦合的钻头轴线的偏离角度导致产生曲线所需要的 非共线条件。这有许多方法可以实现，包括在靠近下稳定器的井底钻具组 件中的一个点处的固定弯或分布在上下稳定器之间的钻头驱动轴的弯曲。 在其理想化形式中，不需要钻头横向切割，因为钻头轴线在弯曲的井孔的 方向上连续地旋转。对准钻头型旋转导向系统的例子以及它们的操作方式在U.S.专利申请公开No.2002/0011359; 2001/0052428和U.S.专利No.6394193; 6364034; 6244361; 6158529; 6092610和5113953中有所说 明，所有这些文件都通过引用合并于此。在推动钻头型旋转导向系统中， 必需的非共线条件通过使上或下稳定器中的一个或两个或者其他机构在 偏向于井孔的扩展方向的方向上施加偏心力或位移。同样，这也有许多方 法来实现，包括非旋转(关于井孔)的偏心稳定器(基于位移的方案)和 在想要的导向方向上施加力到钻头上的偏心致动器。同样，通过在钻头和 至少两个其它触点之间产生非共线性来实现导向。在其理想形式中钻头需 要横向切割以便产生弯曲的孔。推动钻头型旋转导向系统的例子，以及它 们的操作方式在U.S.专利No. 5265 682; 5553678; 5803185; 6089332; 5695015; 5685379; 5706905; 5553679; 5673763; 5520255; 5603385; 5582259; 5778992; 5971085中有所说明，所有这些文件通过引用合并于此。从地面 导向控制可以至少部分地基于使用例如结合图6和7所述的电阻率测井装 置得到的地层电阻率测量值。已经指出，因为常规的LWD设备只检查地层中的相对较短的距离， 因此它们在检测到接触或地层界面之前从接触或地层界面缓慢前进，从而 几乎没有留下用于地理导向调整的时间。勘探的浅的深度可能会导致不够 理想的反应性地理导向，其中轨迹仅在钻头钻离生产层的顶部或底部之外 时才会改变。反应性地理导向会导致更低的生产发现、起伏的钻井路线以 及难以完井。(参见L. Chou等，"向着提高产量的导向控制"，Oilfidd Review, 2005，通过引用结合于此。)本发明的基本上实时的双向钻柱遥 测能够提高地理导向反应时间和精度。当与作为图1所示的LWD设备120的一部分的定向深读取的随钻测 井的设备相结合地使用时，本发明的双向遥测技术与地理导向应用的组合 更加引人注目。来自具有轴向对准的圆柱形对称线圈的设备的信号不是方 向敏感的。图7所示的设备提供倾斜的且横向的线圈以获得方向敏感的测 量。(同样参见Chou等，Oilfield Review, 2005， supra。)传感器阵列包 括六个发射器天线和四个接收器天线。五个发射器天线(T,至Ts)沿着设 备的长度轴向地布置。第六个发射器天线(T6)相对设备轴线横向地定向。 接收器天线位于设备的每一个端部。接收器天线对(R3和R4)夹住发射 器，且这些接收器中的每一个相对于设备轴线倾斜45度。另一对接收器天线(R,和R2)位于发射器阵列的中心，轴向地布置并能获得常规类型 的传播电阻率测量值。所述的布置产生了对于设备的一侧上的导电性的优 先灵敏性。随着设备旋转，它的传感器能够检测附近的导电区并记录能测 得最大导电率的方向。磁力计和加速计可为设备提供参考的方向定向数据。除了它的定向能力以外，设备提供比最常见的LWD电阻率设备相对 更深的测量。本发明的基本上实时双向钻柱遥测技术，结合所述的定向电 阻率测量设备，通过增加地面处的数据量提高了地理导向的性能并提高了 定向钻井控制的速度和精度。能够作为LWD设备120的设备或者LWD设备组120的一部分的另 外的例子，是U.S.专利No.6308137中所述的这种类型的在钻井的同时进 行声波测井的设备，该专利通过引用结合于此。在所披露的实施例中，如 图8所示，采用海上钻探设备810，且在水面附近配置声波发射源或阵列 814。可选地，任何其他合适类型的井上或井下源或发射器都可以设置。 井上处理器控制发射器814的点火。井上设备也可以包括声波接收器和用 于捕捉声源附近的参考信号的记录仪。在现有技术中，井上设备还包括泥 浆脉冲遥测设备，用于接收来自向下钻井设备的MWD信号。遥测设备和 记录仪通常耦合到处理器以使得记录能够利用井上和井下时钟被同步化。 井下LWD模块800至少包括声音接收器831和832，它们耦合到信号处 理器以使得记录可以与信号源的点火同步地由接收器检测到的信号组成。 在本发明中，有线钻杆、或者另外的高速钻柱遥测技术，能够使来自井上 处理器的井下和井上的计时信号高速同步，在需要时从井上处理器控制， 以及使测井数据和/或计算的参数高速地传输到地面，当相对大量的数据可 从声波和/或地震测井技术获得时，这尤其有用。能够作为LWD设备120，或者能够作为LWD设备组的一部分的设备 的另一个例子，是如P. Breton等，"定位井的地震测量(Well Positioned Seismic Measurement)", Oilfield Review, pp.32-45，春季，2002所述的用 于获得地震测量的设备，将其引用结合于此。井下LWD设备可具有单个 接收器(如图9A和9B所示)，或者多个接收器(如图9C和9D所示)， 并且可与在地面处的单个地震源(如图9A和9C所示)或在地面处的多 个地震源(如图9B和9D所示)结合使用。因此，包括离开地层边界的反射并被称为"零井源距"垂直地震剖面布置的图9A，使用单个源和单个接收器；包括离开地层边界的反射并被称为"变井源距"垂直地震剖面 布置的图9B，使用多个源和单个接收器；包括穿过盐丘边界的折射并被 称为"邻近盐岩区"垂直地震剖面的图9C，使用单个源和多个接收器； 而包括一些离开地层边界的反射并被称为"斜井"垂直地震剖面，使用多 个源和多个接收器。如上所述，有线钻杆或其他高速钻柱遥测技术，能够 使来自井上处理器的井下和井上的计时信号高速同步，并能够实现在需要 时从井上处理器进行控制，以及使测井数据和/或计算的参数高速地传输到 地面，当相对大量的数据可从声波和/或地震测井技术获得时，这尤其有用。 图10表示U.S.专利Re. 36012中所披露的随钻测井的核装置，将该专 利引用结合于此，其利用了基于加速计的源，可以理解的是其他类型的核 LWD设备也可以用作LWD设备120或者LWD设备组120的一部分。在 图10中，钻铤部分1040表示成包围不锈钢设备底盘1054。在底盘1054 至其纵向轴线的一侧(在该图中不可见)形成了纵向延伸的泥浆通道，用 于通过钻柱向下输送钻探流体。偏心至底盘1054另一侧的是中子加速计 1058，它的相关控制和高压电子装置封装1060以及共轴对准的近间隔 (near-spaced)的检测器1062。近间隔检测器1062主要响应于具有最小 地层影响的加速计输出。检测器1062优选地在除了邻近加速计1058以外 的所有表面上都由组合中子调制一中子吸收材料防护罩1064包围。邻近 的检测器1062的输出用来使其他检测器的输出针对源强度波动来标准化。 纵向邻近于近间隔的检测器1062的是多个检测器或检测器阵列，其中 1066a和1066d表示在该视图中。检测器1066a是带有后防护罩的，如1068a 处所示。该阵列包括至少一个，优选地多于一个，超热中子检测器和至少 一个伽马射线检测器，在本例中以1084表示，其具有防护罩1086。也可 以包括一个或多个热中子检测器。上面提及的U.S.专利Re.36012可用来 参考进一步的细节。除了其他以外，检测器信号可用来确定地层密度、多 孔性和岩性。在本实施例中，代表这些测量的信号有利地经由有线钻杆或 其他双向钻柱遥测系统以高速传输到地面，且来自地面的控制信号也以高 速和高精度传送到井下。图11表示U.S.专利5629623中所述的一种类型的装置的实施例，用于利用脉冲激发的核磁共振(NMR)在钻井的同时进行地层评估，该专利通过引用合并于本文，可以理解的是其他类型的NMR/LWD设备也能用作 LWD设备120或LWD设备组120的一部分。如'623专利中所述，该装置 的一种构造的实施例包括改造的具有填充有陶瓷绝缘体的轴向槽1150的 钻铤，并包含RF天线1126，天线1126由非磁性的盖1146保护，并产生 和接收脉冲激发的RF电磁能。RF天线的导体在一端接地到钻铤。在另一 端，导体经由压力馈入装置1152和1153耦合到RF变压器1156。变压器 1156保持直径上对置的RF导体中的电流之间的180°相位差。圆柱形磁 体1122在地层中产生静态磁场。RF天线也可布置成使得钻铤自身产生振 荡的RF磁场。在地层中激发核子物质的振荡RF磁场是轴向对称的，以 有助于钻柱的旋转过程中的测量。在本实施例中，代表这些测量值的信号 有利地经由有线钻杆或其他双向钻柱遥测系统以高速传输到地表面，且来 自地面地控制信号也以高速和高精度传送到并下。图12是U.S.专利6986282中披露的一种类型的测井装置的简化图， 该专利通过引用合并于此，用于确定钻井操作期间的包括环形压力、地层 压力和孔隙压力的井下压力，可以理解的是其他类型的NMR/LWD设备也 能用作LWD设备120或LWD设备组120的一部分。该装置形成为改型 的具有贯穿其中的用于钻探流体的通道1215的稳定器环1200。流体流过 该设备产生了内压P,。钻铤的外部暴露于周围的井的环形压力PA。内压 Pi与环形压力PA之间的压差SP用来激活压力组件1210。两个典型的压 力测量组件表示为1210a和1210b，分别安装在稳定器叶片上。当设置成 与井壁相接合时压力组件1210a用来监控井孔中的环形压力和/或周围地 层的压力。在图12中，压力组件1210a处于与井壁1201非接合状态，因 此，可在需要时测量环形压力。当移动以与井壁1201接合时，压力组件 1210a可用来测量周围地层的孔隙压力。如图12中可见，压力组件1210b 可利用液压控制1225从稳定器叶片1214延伸，用于与泥饼(mudcake) 1205和/或井壁1201的密封接合以便测量周围的地层。上面提及的U.S. 专利6986282可用来参考进一步细节。电路(本图中未示出)将代表压力 的信号耦合到处理器/控制器，其输出可耦合至遥测电路，该遥测电路在本 领域中调制泥浆脉冲且，在该系统的实施例中，调制钻柱遥测系统的载体。在本实施例中，代表这些测量值的信号有利地经由有线钻杆或其他双向钻 柱遥测系统以高速传输到地表面，且来自地面的控制信号也以高速和高精 度传送到井下。近来已经公开了采用悬挂在测井电缆上的设备以便于利用锁闭机构、 伸縮机构、电动机、横向钻轴、容积式泵和钻头精确地横向地钻探辅助孔。 该泵用来使流体在横向孔中循环以清洁钻探刀具。可参考PCT国际公开No.W02004/072437、 PCT国际公开No.W02005/071208、 PCT国际公开 No. U.S.2006/010877和US专利申请公开No. U.S.2005/0252688,所有这些 文件通过引用合并于本文中。在本发明的实施例中，精确的横向钻探工具 用在与钻柱遥测系统协作的钻柱上。
权利要求
1.一种用于获得关于在井底钻具组件处检测的至少一个参数的信息的方法，用于钻探地表井的操作中，该操作使用钻机；其大致上端可机械耦合钻机和从钻机悬挂的钻柱；以及邻近钻柱下端的井底钻具组件，该井底钻具组件包括在其下端处的钻头；该方法包括以下步骤在井底钻具组件中提供至少一个测量装置，所述至少一个测量装置产生代表在井底钻具组件处的测量条件的测量数据；在地表面处提供井上处理器系统；提供与所述至少一个测量装置相耦合且与所述井上处理器系统相耦合的钻柱遥测系统；以及将所述数据从所述测量装置经由所述钻柱遥测系统传输到所述井上处理器系统。
2. 如权利要求1所述的方法，其中在井底钻具组件处的所述测量条件 是测得的包围井底钻具组件的地层的性质，且在井底钻具组件中提供至少 一个测量装置的所述步骤包括在井底钻具组件中提供随钻测井装置。
3. 如权利要求2所述的方法，其中提供随钻测井装置的所述步骤包括 提供从由电阻率测量装置、定向电阻率测量装置、声波测量装置、核测量 装置、核磁共振测量装置、压力测量装置、地震测量装置、成像装置和地 层采样装置构成的组中选择的装置。
4. 如权利要求1所述的方法，其中在井底钻具组件处的所述测量条件 是测得的钻井特性，且在井底钻具组件中提供至少一个测量装置的所述步 骤包括在井底钻具组件中提供随钻测量装置。
5. 如权利要求4所述的方法，其中提供随钻测量装置的所述步骤包括 提供从由钻压测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、 粘滑测量装置、方向测量装置和倾度测量装置构成的组中选择的装置。
6. 如权利要求1所述的方法，其中在井底钻具组件中提供至少一个测 量装置的所述步骤包括在井底钻具组件中提供多个测量装置，所述多个测 量装置产生代表在井底钻具组件处的多个条件的测量数据。
7. 如权利要求1所述的方法，其中提供钻柱遥测系统的所述步骤包括提供双向钻柱遥测系统。
8. 如权利要求3所述的方法，其中提供钻柱遥测系统的所述步骤包括 提供双向钻柱遥测系统。
9. 如权利要求5所述的方法，其中提供钻柱遥测系统的所述步骤包括 提供双向钻柱遥测系统。
10. 如权利要求7所述的方法，其中提供钻柱遥测系统的所述步骤包 括在钻柱的至少一部分中提供有线钻杆。
11. 如权利要求IO所述的方法，其中提供与所述至少一个测量装置耦 合且与所述井上处理器耦合的钻柱遥测系统的所述步骤包括提供所述钻 柱遥测系统与所述井上处理器之间的无线耦合。
12. 如权利要求1所述的方法，其中提供井上处理器系统的所述步骤 在钻机的大致附近的位置处提供所述井上处理器系统。
13. 如权利要求1所述的方法，其中提供井上处理器系统的所述步骤 包括在远离所述钻机的位置处提供所述井上处理器系统。
14. 如权利要求1所述的方法，其中所述钻柱遥测系统是包括多个不 同类型的遥测媒介的混合遥测系统。
15. 如权利要求14所述的方法，其中提供混合钻柱遥测系统的所述步 骤包括提供包括有线钻杆的一部分和遥测媒介的至少一部分的混合遥测 系统，所述遥测媒介是从由电缆媒介、光缆媒介和无线传输媒介构成的组 中选择的至少一种。
16. 如权利要求1所述的方法，其中提供钻柱遥测系统的所述步骤包 括提供钻柱的至少一部分作为相连接的钻杆，每一个钻杆包括具有带有导 电环的感应耦合器的阳螺纹端部、具有带有导电环的感应耦合器的阴螺纹 端部，以及耦合在所述阳螺纹端部感应耦合器与阴螺纹端部感应耦合器之 间的至少一个导体，从而相邻的钻杆在它们的相连接的阳螺纹至阴螺纹端 部处感应耦合。
17. 如权利要求16所述的方法，其中提供所述钻柱遥测系统的所述步 骤包括在钻杆之间的接头处提供至少一个转发器子系统。
18. 如权利要求16所述的方法，其中所述提供钻柱的所述至少一部分 的步骤包括提供所述相连接的钻杆的长度大于大约2000 ft的所述部分而没有任何转发器。
19. 如权利要求16所述的方法，其中经由钻柱的所述至少一部分传输所述数据的所述步骤包括在具有小于大约500 KHz的频率的载体上传输 所述数据。
20. 如权利要求18所述的方法，其中经由钻柱的所述至少一部分传输 所述数据的所述步骤包括在具有小于大约500 KHz的频率的载体上传输 所述数据。
21. 如权利要求16所述的方法，其中经由钻柱的所述至少一部分传输 所述数据的所述步骤包括以至少每秒100比特的速率传输所述数据。
22. 如权利要求18所述的方法，其中经由钻柱的所述至少一部分传输 所述数据的所述步骤包括以至少每秒100比特的速率传输所述数据。
23. 如权利要求19所述的方法，其中经由钻柱的所述至少一部分传输 所述数据的所述步骤包括以至少每秒100比特的速率传输所述数据。
24. 如权利要求7所述的方法，还包括在地面处理器处产生控制信号 的步骤和经由所述钻柱遥测系统将所述控制信号传输到井底钻具组件的 步骤。
25. 如权利要求8所述的方法，还包括在地面处理器处产生控制信号 的步骤和经由所述钻柱遥测系统将所述控制信号传输到井底钻具组件的 步骤。
26. 如权利要求9所述的方法，还包括在地面处理器处产生控制信号 的步骤和经由所述钻柱遥测系统将所述控制信号传输到井底钻具组件的 步骤。
27. 如权利要求24所述的方法，其中所述井底钻具组件包括定向钻井 子系统，且在地面处理器产生控制信号的所述步骤包括产生导向控制信 号。
28. 如权利要求27所述的方法，其中在地面处理器处产生控制信号的 所述步骤包括响应于所述测量数据产生控制信号。
29. 如权利要求24所述的方法，其中，将所述控制信号传输到所述井 底钻具组件的所述步骤包括经由所述钻柱遥测系统基本上实时地将所述 控制信号传输到所述井底钻具组件。
30. 如权利要求27所述的方法，其中所述定向钻井子系统包括旋转导 向系统，在地面处理器处产生控制信号的所述步骤包括产生用于所述旋转 导向系统的导向控制信号。
31. 如权利要求30所述的方法，其中产生控制信号的所述步骤包括产 生作为井底钻具组件的测量深度的函数的信号。
32. 如权利要求27所述的方法，其中所述定向钻井子系统包括电力横 向钻井工具，在地面处理器处产生控制信号的所述步骤包括产生用于所述 电力横向钻井工具的导向控制信号。
33. 如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤提供所述钻柱遥测 系统与所述地面处理器之间的地面界面，以及提供与所述地面界面协作的 地面测量传感器，所述地面测量传感器包括从由温度传感器、压力传感器、 泥流传感器、噪声传感器、振动传感器、扭矩传感器、加速度传感器以及 旋转传感器组成的组中选择的至少一种传感器。
34. 如权利要求10所述的方法，还包括在钻柱的有线钻杆部分中提供 至少一个井下传感器的步骤，所述至少一个传感器与井上处理器经由有线 钻杆通信。
35. 如权利要求10所述的方法，还包括在钻柱的有限钻杆部分中的不 同位置处提供多个分布式的井下传感器的步骤，所述传感器与所述井上处 理器经由所述有线钻杆通信。
36. 如权利要求3所述的方法，还包括提供所述钻柱遥测系统与所述 地面处理器之间的地面界面的步骤，所述地面界面包括双向地耦合旋转的 钻柱遥测系统与和所述地面处理器耦合的不旋转部件之间的电信号的水 龙头。
37. 如权利要求5所述的方法，还包括提供所述钻柱遥测系统与所述 地面处理器之间的地面界面的步骤，所述地面界面包括双向地耦合旋转的 钻柱遥测系统与和所述地面处理器耦合的不旋转部件之间的电信号的水 龙头。
38. 如权利要求3所述的方法，还包括提供所述钻柱遥测系统与所述 地面处理器之间的地面界面的步骤，所述地面界面包括双向地耦合旋转的 钻柱遥测系统与所述地面处理器之间的电信号的无线链环。
39. 如权利要求5所述的方法，还包括提供所述钻柱遥测系统与所述 地面处理器之间的地面界面的步骤，所述地面界面包括双向地耦合旋转的 钻柱遥测系统与所述地面处理器之间的电信号的无线链环。
40. —种用于获得关于在井底钻具组件处检测的至少一个参数的信息 的方法，该方法用于欠平衡钻探地表井的操作中，其中井相对于所钻探的 地层保持在负压差下，该操作使用钻机；其大致上端可机械地耦合钻机 和悬挂在钻机上的钻柱，以及邻近钻柱下端的井底钻具组件，该井底钻具 组件包括在其下端处的钻头；该方法包括以下步骤在井底钻具组件中提供至少一个测量装置，所述至少一个测量装置 产生代表在井底钻具组件处的测量条件的测量数据； 在地表面处提供井上处理器系统；提供与所述至少一个测量装置相耦合且与所述井上处理器系统相 耦合的钻柱遥测系统；以及将所述数据从所述测量装置经由所述钻柱遥测系统传输到所述井 上处理器系统。
41. 一种用于获得关于在井底钻具组件处检测的至少一个参数的信息 的装置，该装置用于钻探地表井的操作中，该操作使用钻机；其大致上 端可机械地耦合钻机和悬挂在钻机上的钻柱，以及邻近钻柱下端的井底钻 具组件，该井底钻具组件包括在其下端处的钻头；该装置包括在井底钻具组件中的至少一个测量装置，所述至少一个测量装置可 操作来产生代表在井底钻具组件处的测量条件的测量数据； 在地表面处的井上处理器系统；与所述至少一个测量装置相耦合且与所述井上处理器系统相耦合 的钻柱遥测系统；以及用于将所述数据从所述测量装置经由所述钻柱遥测系统传输到所 述井上处理器系统的发射器。
42. 如权利要求41所述的装置，其中在井底钻具组件处的所述测量条 件是测得的包围井底钻具组件的地层的性质，且在井底钻具组件中的所述 至少一个测量装置包括在井底钻具组件中的随钻测井装置。
43. 如权利要求42所述的装置，其中所述随钻测井装置包括从由电阻6率测量装置、定向电阻率测量装置、声波测量装置、核测量装置、核磁共 振测量装置、压力测量装置、地震测量装置、成像装置和地层采样装置构 成的组中选择的装置。
44. 如权利要求41所述的装置，其中所述在井底钻具组件处的所述测量条件是测得的钻井特性，且在井底钻具组件中的所述至少一个测量装置 包括在井底钻具组件中的随钻测量装置。
45. 如权利要求44所述的装置，其中所述随钻测量装置包括从由钻压 测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、粘滑测量装置、 方向测量装置和倾度测量装置构成的组中选择的装置。
46. 如权利要求41所述的装置，其中在井底钻具组件中的所述至少一 个测量装置包括在井底钻具组件中的多个测量装置，所述多个测量装置可 操作来产生代表在井底钻具组件处的多个条件的测量数据。
47. —种用于获得关于在井底钻具组件处检测的至少一个参数的信息 和控制导向电动机子系统的方法，该方法用于钻探地表井的操作中，该操 作使用钻机；其大致上端可机械地耦合钻机和悬挂在钻机上的钻柱；以 及邻近钻柱下端的井底钻具组件，该井底钻具组件包括导向钻井子系统和 在该组件下端处的钻头；该方法包括以下步骤-在井底钻具组件中提供定向电阻率设备，所述定向电阻率设备产生 代表井底钻具组件区域中的定向地层电阻率的测量数据； 在地表面处提供井上处理器系统；提供与所述定向电阻率设备相耦合且与所述井上处理器系统相耦 合的双向钻柱遥测系统；将所述测量数据从所述定向电阻率设备经由所述双向钻柱遥测系 统传输到所述井上处理器系统；以及将控制信号从所述处理器系统经由所述双向钻柱遥测系统传输到 所述井底钻具组件的导向钻井子系统。
48. 如权利要求47所述的方法，其中提供钻柱遥测系统的所述步骤包 括在至少一部分钻柱中提供有线钻杆。
49. 如权利要求47所述的方法，其中提供钻柱遥测系统的所述步骤包 括提供钻柱的至少一部分作为相连接的钻杆，每一个钻杆包括具有带有导电环的感应耦合器的阳螺纹端部、具有带有导电环的感应耦合器的阴螺纹 端部，以及耦合在所述阳螺纹端部感应耦合器与阴螺纹端部感应耦合器之 间的至少一个导体，从而相邻的钻杆在它们相连接的阳螺纹至阴螺纹端部 处感应地耦合。
50. 如权利要求49所述的方法，其中经由钻柱的所述至少一部分传输 所述数据的步骤包括在具有小于大约500 KHz的频率的载体上传输所述 数据。
51. 如权利要求49所述的方法，其中经由钻柱的所述至少一部分传输 所述数据的所述步骤包括以至少每秒100比特的速率传输所述数据。
52. 如权利要求48所述的方法，其中，将所述控制信号传输到所述井 底钻具组件的所述步骤包括经由所述钻柱遥测系统基本上实时地将所述 控制信号传输到所述井底钻具组件。
全文摘要
本发明公开了一种用于测量和钻探控制的双向钻柱遥测技术，本发明与钻探地表井的操作结合使用，该操作使用钻机；其大致上端可机械地耦合和悬挂在钻机上的钻柱；以及邻近钻柱下端的井底钻具组件，该井底钻具组件包括在其下端处的钻头。提出一种用于获得关于在井底钻具组件处检测的至少一个参数的信息的方法，该方法包括以下步骤在井底钻具组件中提供至少一个测量装置，所述至少一个测量装置产生代表在井底钻具组件处的测量条件的数据；在地表面处提供井上处理器系统；提供与所述至少一个测量装置相耦合且与所述井上处理器系统相耦合的钻柱遥测系统；以及将所述数据从所述测量装置经由所述钻柱遥测系统传输到所述井上处理器系统。
文档编号E21B47/12GK101253304SQ200680029138
公开日2008年8月27日 申请日期2006年8月4日 优先权日2005年8月4日
发明者克里斯托弗·P·里德, 大卫·桑多索, 布瑞·克拉克, 施亚姆·B·梅赫塔, 李启明, 杰弗里·C·唐顿, 沃特·D·阿尔德雷德, 罗格·马德哈文, 莉泽·哈瓦特姆, 让-马克·弗雷尼, 雷米·哈丁 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司