[发明专利]跨越泥浆马达的井下通信

说明书

本发明公开了井下通信的系统和方法，所述系统和方法有助于跨越泥浆马达的通信。所述系统和方法可以采用磁滞制动器，所述磁滞制动器选择性地使涡轮轴减速，从而按照预定模式在钻井流体中产生局部压力脉冲。所述磁滞制动器可以通过提供相对小的控制电流来操作以产生相对大的反转矩，所述反转矩可以传输至所述涡轮轴。涡轮和所述磁滞制动器可以设置在泥浆马达下方，并且所述局部压力脉冲可以在所述泥浆马达操作时传输至安置在所述泥浆马达上方的接收器。所述磁滞制动器可以在其他通信系统发生故障时采用，并且因此可以提供备用系统以允许继续钻井操作。

发明背景

1.发明领域

本公开总体涉及与油气勘探和钻井操作相关的井下测量。更具体而言，本公开的实施方案涉及用于从泥浆马达下方向泥浆马达上方的目的地传达与井下测量相关的数据的系统和方法。

2.发明背景

在烃勘探和开采操作中，经常穿过地质层来钻探井筒。可以在井筒中进行与地质层的各种性质(例如，硬度、孔隙率等)，以及还有与井筒本身的性质(诸如方向或倾斜度)相关的测量。通常，在钻探井筒时进行这些测量。用于在钻井操作期间进行这些测量的系统可以被描述为随钻测井(LWD)或随钻测量(MWD)系统，并且通常包括由钻柱的井底组件(BHA)携带的各种传感器。这些测量在使钻井设备转向，例如以维持井筒的预定路径方面可能是有用的，和/或一旦完成井筒，就可以对这些测量进行评估以用于规划将来的操作。

LWD或MWD系统的传感器中的至少一些可以尽可能靠近BHA的井下端安置，以提供表示钻头正进行操作所处的条件的测量。由传感器提供的数据可以通过位于BHA中的遥测工具而往井上传送至表面位置或者钻柱的其他部分。遥测工具可以用各种技术来进行通信，包括例如泥浆脉冲、电磁和声学技术。在一些情况下，可以在BHA中包括泥浆马达来驱动钻头，并且可能需要跨越泥浆马达而在传感器与遥测工具之间进行通信。泥浆马达通常通过响应于有高压钻井流体流过通道而使轴转动来操作。部分由于泥浆马达的旋转性质，从安置在泥浆马达下方的传感器向泥浆马达上方的遥测单元传输信息可能具有挑战性。在一些系统中，将直接有线连接穿过泥浆马达来将传感器耦合至遥测单元。电线可能容易受到钻井流体的侵蚀，并且因此这些系统的可靠性可能是有限的。其他系统，诸如“短跳”电磁系统用于跨越泥浆马达来传达数据。这些系统可能会因地质层的电磁性质或者泥浆马达或BHA的其他部件的操作而受到不利影响。在烃钻井技术中仍然缺乏用于跨越泥浆马达来(在井上方向和井下方向两者上)传输数据的系统。

附图简述

在下文中基于附图所示的实施方案而详细地描述本公开，在其中：

图1是根据本公开的一个或多个示例性实施方案的钻井系统的示意性截面侧视图，所述钻井系统包括BHA，所述BHA具有井下泥浆马达以及用于跨越泥浆马达来传输数据的通信模块；

图2是图1的BHA的示意图，其示出了在BHA内限定的通信路径；

图3是图1的通信模块的示意性方框图，其示出了安置在通信模块的涡轮与发电机之间的机械制动系统；

图4是图1和图3的通信模块的示意性截面侧视图；并且

图5是示出采用图3和图4的井下通信模块的操作程序的流程图。

具体实施方式