[发明专利]跨钻柱中的电绝缘间隙发送数据

说明书

描述了用于提供井孔内的本地以及远程数据遥测的一系列设备和方法。这些设备和方法可以以多种方式组合。在一些实施方式中，利用较高频率的信号来跨钻柱中的间隙来发送数据，对于该较高频率，间隙或跨间隙连接的滤波器的电阻抗低。可以跨间隙施加低频EM遥测信号。间隙以及跨间隙连接的任意滤波器对于低频EM遥测信号呈现高阻抗。所描述的技术可以应用于在井下子器件包之间传送传感器读数。在一些实施方式中，传感器跨钻柱中的电绝缘间隙电连接。

技术领域

本公开内容总体上涉及地下钻井。实施方式提供了用于在互相电绝缘的钻柱的部件之间发送数据的方法和设备。例如，一些实施方式应用本教导来跨间隙接头组件发送数据。一些实施方式提供了适用于在随钻测量(MWD)和/或随钻测井(LWD)应用中提供电磁遥测的间隙接头组件。

背景技术

从地下区域回收烃依赖于钻井井孔。在地下钻井中，位于地面的钻井设备驱动钻柱从地面设备向关注的地层或地下区域延伸。钻柱通常由金属管组成。钻柱可以在地面以下延伸数千英尺或数千米。钻柱的终端包括用于钻井孔或延伸井孔的钻头。

地面设备通常包括某种钻井流体体系。在大多数情况下钻井“泥浆”通过钻柱的内部被泵送。钻井泥浆冷却并润滑钻头，离开钻头并且将岩屑运送回到地面。泥浆还帮助控制井底压力并且防止烃从地层涌入到井孔中以及可能在地面的喷出。

定向钻井允许使井孔的路径转向。可以应用定向钻井来使井从竖直转向到与目标终点相交或使井转向为遵循指定路径。在钻柱的末端处的井底组件(BHA)可以包括：1)钻头；2)旋转可转向系统的可转向井下泥浆马达；3)用于随钻测井(LWD)和/或随钻测量(MWD)的勘测装置的传感器，该勘测装置用于随着钻井进行评估井下状况；4)用于至地面的数据的遥测的装置；以及5)诸如稳定器或重型钻铤的其他控制设备。

MWD设备可以用于以近乎实时模式在钻井时提供井下传感器和地面处的状态信息。钻井队员可以使用该信息来基于包括租赁边界(lease boundaries)、现有井、地层特性、烃规模和位置的大量因素来作出关于控制和转向井的决定以优化钻井速度和轨迹。这些决定可以包括：基于在钻井过程期间从井下传感器收集的信息，在必要的情况下作出相对于计划井孔有意的偏离。在其获取实时数据的能力方面，MWD允许相对更经济和有效的钻井操作。

可以使用各种遥测方法来将数据从MWD或LWD发送回到地面。这样的遥测方法包括但不限于：硬连线钻杆的使用、声学遥测、光纤电缆的使用、泥浆脉冲(MP)遥测和电磁(EM)遥测。

EM遥测包括在行进穿过地(earth)并且在地面处被检测的井孔处的电磁波的生成。

相对于MP遥测，EM遥测的优点一般包括：较快速的数据传输速率，没有移动靠井下部分而引起的增加的可靠性，对循环漏失材料(LCM)使用的高抵抗，以及对空气/负压钻井的适用性。EM系统可以在没有连续流体柱的情况下发送数据；因此EM遥测可以在不存在泥浆流动的情况下使用。这在钻井队员增加新钻杆区段时是有利的，因为EM信号可以在钻井队员增加新杆时发送定向勘测。

EM遥测的缺点包括：较低的深度能力，与一些地层(例如，高盐地层和高电阻率对比度的地层)不兼容，以及较旧已确立方法的接受而引起的某种市场阻力。另外，由于EM发送在穿过地球地层的长距离上强烈衰减，所以需要相对大量的电力以使得信号在地面处被检测到。较高频率的信号比低频信号更快速地衰减。

通常通过借助本领域称为“间隙接头”的绝缘接头或连接器来将钻柱分成两个导电区段来将金属管用作EM遥测工具的偶极天线。

WO 2010/121344和WO 2010/121345描述了钻头组件系统，其包括穿过钻头头部与栓体(pin body)之间的电隔离间隙的通道，以提供线的馈通，该线可以运送用于来自钻头的上行链路通信或来自井下EM间隙接头组件的下行链路通信的信息。WO 2009/086637描述了一种间隙接头，其具有延伸穿过该间隙接头的绝缘线。