[发明专利]用于沿钻柱传输信息的包括脉冲发生器的泥浆脉冲遥测系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月23日提交的美国申请No.14/628,902的优先权和权益，上述申请的全部公开内容通过参引并入本申请。

技术领域

本发明涉及用于沿钻柱传输信息的包括脉冲发生器的泥浆脉冲遥测系统、用于沿钻柱传输信息的方法以及用于组装这种脉冲发生器的方法。

背景技术

钻井系统被设计成在土地中钻出孔以瞄准烃源。钻井操作者依靠精确的操作信息来尽可能高效地管控钻井系统并到达目标烃源。在钻井系统中，被称为井底组件的钻柱的井下端部可以包括设计成用来获得钻柱及钻头的操作信息和在某些情况下的地层特征的专用工具。在随钻测量(MWD)应用中，井底组件中的传感模块提供了有关钻井方向的信息。例如，可以使用该信息来控制旋转式可转向的钻柱中的钻头的前进方向。

在“随钻测井(LWD)”应用中，获得了待被钻孔的地层的特征。例如，可以使用电阻率传感器来传输穿过传感器周围的地层的高频波长信号(例如，电磁波)并且然后接收该高频波长信号。其它传感器与磁共振成像(MRI)结合使用。此外，其它传感器包括用于确定地层的天然放射性的伽马闪烁器以及用于确定地层的孔隙度及密度的核检测器。在LWD和MWD两种应用中，由传感器收集的信息可以传输到地面以用于分析。一种用于在地面与井下位置之间传输数据的技术是“泥浆脉冲遥测技术”。在泥浆脉冲遥测系统中，来自传感器模块的信号被容置于井底组件中的模块接收并在该模块中被编码。控制器对也包含在井底组件中的脉冲发生器进行致动，该脉冲发生器在流过钻柱并从钻头中流出的钻井流体中产生压力脉冲。该压力脉冲包含编码的信息。该压力脉冲从钻井流体柱向上行进到地面，在该地面处，压力脉冲被压力传感器检测到。然后，来自压力传感器的数据根据需要被解码和分析。

发明内容

本公开的一实施方式是旋转式脉冲发生器，该旋转式脉冲发生器构造成将来自在土质地层中形成的井眼中的井下位置的信息通过穿过钻柱的钻井流体而朝向地面传输。脉冲发生器包括壳体、定子和转子，该壳体构造成沿着钻柱的内表面被支承，并且该定子和转子被支承在壳体中。定子限定了井上端部、与该井上端部在纵向方向上间隔开的井下端部、沿着纵向方向延伸穿过定子的多个通道以及至少一个突出部，所述至少一个突出部由井下端部承载并布置成邻近于所述多个通道中相应的至少一个通道。转子被可旋转地支承为与井下端部邻近并且该转子包括沿与纵向方向垂直的径向方向向外延伸的多个叶片。此外，转子构造成在至少打开位置至关闭位置之间转换，在打开位置中，所述多个叶片从所述多个通道偏移，在关闭位置中，所述多个叶片部分地阻挡所述多个通道并且所述叶片中的至少一叶片沿着至少一个突出部排布。当钻井流体流过多个通道时，转子在打开位置与关闭位置之间的转换产生了具有被编码的待被传输的信息的一系列脉冲。

本公开的另一实施方式是一种系统，该系统构造成在钻井操作期间将来自在土质地层中形成的井眼中的井下位置的信息通过穿过钻柱的钻井流体而朝向地面传输。该系统包括至少一个传感器和旋转式脉冲发生器，所述至少一个传感器配置成获得关于钻井操作的信息。该旋转式脉冲发生器包括壳体、定子和转子，该壳体构造成沿着钻柱的内表面被支承并且该定子被支承在壳体中。该定子限定了井上端部、与该井上端部在纵向方向上间隔开的井下端部、沿着纵向方向延伸穿过定子的多个通道以及至少一个突出部，所述至少一个突出部由井下端部承载并布置成邻近于所述多个通道中相应的至少一个通道。转子被可旋转地支承为与井下端部邻近并且该转子包括沿与纵向方向垂直的径向方向向外延伸的多个叶片。该转子构造成在至少打开位置至关闭位置之间转换，在至少打开位置中，所述多个叶片从所述多个通道偏移，在关闭位置中，所述多个叶片部分地阻挡所述多个通道并且所述叶片中的至少一个叶片沿着至少一个突出部排布。当钻井流体流过多个通道时，转子在打开位置与关闭位置之间的转换产生了具有被编码的待被传输的信息的一系列脉冲。该系统可以包括构造成检测该一系列脉冲的检测装置。