[发明专利]跨间隙的信号传播

说明书

相关申请

本专利申请要求2008年12月3日提交的美国临时专利申请S/N.61/119,519的权益，其通过援引整体纳入于此。

背景

存在用于连接诸如管道部分(包括钻探管钻井管道的预布线部分)之类的管状构件以传播电磁信号的各种方案。这些方案中的一些方案利用导电性，而其他方案利用感应。一些方案利用跨管道部分之间的不导电间隙的遥测技术。

附图简述

图1解说了根据本发明的各种实施例的间隔开的间隙和间隙状况感测。

图2解说了根据本发明的各种实施例的各种间隙选择布置。

图3解说了根据本发明的各种实施例的装置和系统。

图4是解说根据本发明的各种实施例的若干方法的流程图。

图5是根据本发明的各种实施例的制品的框图。

详细描述

在其中各种实施例被使用的环境包括离岸钻井，其中钻孔为导电结构并且外壳达20,000英尺或更多。电磁(EM)信号沿着外壳的距离从井下传播到地面或者朝相反的方向传播，EM遥测中继器可被用来提供信号提升能力以维持信号跨大距离的保真度。数据率在从约2-5比特/秒到最多约30-50比特/秒之间变动。这些中继器可以间隔约5000英尺。单工和双工中继器设计可被使用。

除了中继器本身的设计之外，中继器的使用还提出了一些一般的设计考虑。具体地，应当选取信令方法以防止等待时间的增加和数据率的减小。例如，在一些情形中，脉冲调制可能是不实用的。单边带调制可促成频率复用，但可能遭受对接收机和放大器提出苛刻性能要求的振幅变动。另一方面，具有相对恒定的包络振幅的相位调制或频率调制对于信号传播而言可以是有用的机制。

为了减少中继器的使用，可以(例如，使用刷子或滚筒来)建立和维持与外壳的直接电接触。在此情形中，信号衰减可被显著减少。即，在相对于钻柱直接驱动外壳时。

在一些情形中，EM信号跨钻柱管道部分中的间隙传播。中继器可被用来在跨越各体间隙之前或在这之后提升信号。

由于钻柱中的间隙从外壳之外进入打开的钻孔，因而这些间隙有时会经历在其中接收到的或所传送的信号被高度衰减的“死区”。在一些情形中，该死区从外壳的末端延伸约6米。在许多实施例中，可以通过提供间隔至少6米的允许相关联的中继器选择提供最强信号的间隙(即不是位于死区内的间隙)的多个间隙来避免因死区导致的衰减。以此方式，可以维持连续的系统操作。不仅如此，如果一个间隙在电气上发生故障，那么其他间隙可被用于信令。

图1解说了根据本发明的各种实施例的间隔开的间隙和间隙状况感测。钻柱110示出间隔开的EM信号发射机间隙，和位于钻柱110的相对端上的间隔开的EM信号接收机间隙。因此，多个可选择的间隙的使用解决了在钻柱移动通过死区时跨诸间隙的传播，并为电气间隙故障提供了冗余度。因此，在EM工具的一些实施例中，可以使用冗余的可切换间隙来取代发生电气故障的间隙。

因此，为了提供更可靠的用于在管道的诸部分与其他管状构件之间传导电流和信号的机制，本文中公开的许多实施例提供对不导电间隙的选择(例如，钻柱部分之间的不导电间隙，因为这些间隙从外壳之外进入打开的钻孔)。对间隙的选择可通过选择被用来跨这些间隙传播信号的EM遥测中继器来发生。

可以考虑数个中继器设计配置。在一个实施例中，中继器模块包括两个广泛分开的间隙集合(间隔100-300英尺)。每个间隙包括不导电材料以切断该间隙以上和以下的导电管状部分之间的电连接。为了使这些间隙可被电切换，继电器或其他形式的开关可被用来在电气上使未被选择的间隙“短路”，而与所选择的间隙相关联的开关保持打开。图2中所示的装置150解说了这种类型的间隙选择。有时，多个间隙被选择以或许通过使用较少的中继器来节省功率。

在一些实施例中，不同宽度的间隙可被选取和/或多个间隔相对较小的间隙可被选择以便有效地提供较宽的间隙。例如，如钻柱150中所示，钻环100具有多个绝缘的间隙200、210、220、230、240、250。该多个间隙由至少一个开关(例如，开关300、310、320、330、340、350)来接通或断开。当所有开关都闭合时，所有间隙被短路，并且与这些间隙相关联的发射机/接收机被有效地从系统移除。当希望从系统消除暂时不必要的中继器时，这可以是有用的。