[发明专利]结合晶体谐振器的测量的系统和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及远程感测，并且更具体地涉及使用基于晶体谐振器的传感器来感测温度和/或压力。

背景技术

在资源开采中，有用的是，在远离观测者的位置处监测多种状况。特别是，可能有用的是提供对于位于钻孔(borehole)底部或者靠近钻孔底部处的状况的监测，其中钻孔是出于勘探或生产的目而被钻探的。由于该钻孔可能延伸数英里，提供对于这种监测的有线通信系统并非总是实际的。

发明内容

本发明实施例的一个方面包括电磁能的源，其可操作以在钻孔中发送电磁信号；传感器模块，其包括无源谐振电路，所述无源谐振电路包括具有谐振频率的晶体，该谐振频率随着井下环境状况的变化而改变，从而响应于钻井中井下环境状况返回激励信号的谐波。

实施例的一个方面包括探测单元，其探测返回的电磁信号的一部分，所述返回的电磁信号的一部分位于包括晶体的谐振频率的谐波的频率范围内。

实施例的一个方面包括定向耦合器，其被配置和安排来将所述电磁能从源发送到钻孔并且将所返回的电磁信号传递给探测电路，所述探测电路包括滤波器，所述滤波器选择谐振频率的谐波并将滤波信号发送到鉴别器(discriminator)，所述鉴别器将鉴别信号输出给频率计数器。

实施例的一个方面包括定向耦合器，其被配置和安排来将所述电磁能从源发送到钻孔并且将所返回的电磁信号的一部分传递给探测电路，该探测电路包括滤波器，所述滤波器选择谐振频率的谐波并将滤波信号发送到超外差接收机。

附图说明

在这里所描述的其他特征对于本领域技术人员来说，在结合附图阅读以下详细说明书时将会更加明显，其中:

图1是根据本发明的实施例用于询问(interrogate)表面下的钻孔中的井下环境的系统的示意图；

图2是根据本发明的实施例的结合压力或者温度传感器的传感器封装的示意图；

图3是根据本发明的实施例的结合基于晶体振荡器的传感器的电路的示意图；

图3A是根据本发明的实施例的结合基于晶体振荡器的传感器和电容式传感器的电路的示意图；

图4是根据本发明的一个或者多个实施例的结合多个传感器的封装的示意图；

图5是根据本发明的实施例的将激励频率信号与谐振频率信号及其谐波相比较的振幅与频率的关系图；

图6是根据本发明的实施例的结合定向偶合器，滤波器以及鉴别器来产生数字脉冲以用于测量谐振频率的探测电路的示意图；以及

图7是根据本发明的实施例结合超外差探测器以用于测量谐振频率的探测电路的示意图。

具体实施方式

图1示出了装置100的示例，其用于监测表面下钻孔中的状况。装置100包括电磁透射介质(例如导电线路102)，其用于通过钻孔来传导电磁能。本领域技术人员应该理解到导电线路102可以采取不同的形式或者不同的实施例，其取决于钻孔的状态。因而，例如，导电线路102可以包括在已完成的钻孔中的生产油管柱(production tubing string)或在建中的钻孔中的钻柱(drill string)。在导电线路102的顶部附近，设置变压器104以将导电导管(conductive pipe)耦合到电磁能的源。可以使用变压器104的替代耦合方法。例如，间隙接头(gap sub)(即，包括电绝缘特性的管接头(tubing sub)组件)与油管柱结合可以形成传输线，该传输线可以直接耦合到同轴电缆或任何其它合适的电缆。

在所示的示例实施例中，变压器104包括铁氧体环(ferrite ring)106的堆叠，以及绕在环周围的线108。线108包括导线110，其可以被耦合到可以被配置来产生连续波信号的振荡器112。线108可以进一步耦合到接收机114。接收机114可以实施为计算机，所述计算机包括从装置100接收信号用于存储，处理和/或显示的总线。在这方面，计算机114可以设置有显示器118，其可以包括例如图形用户接口。

计算机114可以被编程来处理所述返回信号以提供对于感测特性的测量。计算机114可以对所探测的信号执行任何期望的处理，包括但不限于对于调制振动频率的统计(例如，傅立叶)分析、信号的去卷积、与另一信号相关等。商业产品容易获得并且对于本领域技术人员来说是已知的，其可以用于执行任何合适的频率探测。可替代地，计算机可以在存储器或者可访问的储存装置中设置有查找表，其将接收到的频率与感测的井眼状况进行相关。