[发明专利]用于与地下测量仪器密封装置进行数据通信的方法和设备

说明书

                    发明背景

发明领域

本发明总的涉及发送和接收地下活动的数据，更具体地，涉及在地面发射机/接收机和地下电子测量装置(诸如用于检测地下钻探设备的位置和状态的传感器)之间的数据通信。

在向下钻孔的钻井中，钻头组可以包括在钻头附近的测量仪器密封装置，以便监视钻探设备的地下部分在运行期间的位置和条件。由测量仪器密封装置产生的数据被发送到地面，以供操作者使用。

现有技术描述

从地下装置发送数据有几种方式。在所谓的有线结构中，来自测量仪器密封装置的数据是通过从测量仪器密封装置经过钻头组到地面的接收机的电线传输的。电线可以是使用钻头组作为返回通路的单个导体，或是诸如同轴电缆的双导线。电线可被使用来由地面的电源向测量仪器密封装置供电。典型地，这可达到至少约1200bps(每秒比特)的数据速率。

然而，除了其它缺点以外，有线结构对于电线连接故障特别脆弱。在钻探设备安装和运行期间必须细心地处理电线，以避免电线受到缠结或断开。而且，电线会由于扭曲、振动、反复弯曲和扭转、以及与钻探设备运行有关的其它机械力而被损坏。另外，有线结构可能需要旋转的电气连接，这趋于减小可靠度。

另一个传统的方法即泥浆脉冲遥测技术，依靠流过钻探设备的泥浆流的调制。在钻头运行期间，泥浆或钻探液体流过钻井。设置在钻头组末端附近的机构通过打开和闭合一个孔径而调制泥浆流。泥浆流中的调制被地面上的机构检测到。

由于泥浆脉冲遥测技术不需要在钻头组中有测量仪器密封装置与接收机之间的有线连接，它避免与有线连接有关的许多问题。然而，泥浆脉冲遥测技术只具有1-2bps的数据速率。而且，该技术需要机械运动部件，这就减小了可靠度。

另一个传统的方法使用无线的或电磁(EM)的结构，其中来自地下钻孔的测量仪器密封装置的数据作为电磁信号或脉冲被发送。测量仪器密封装置包括一个电源，它把电压施加在绝缘的缝隙上，由此而产生电磁场。该缝隙典型地是千分之几英寸宽，以及可以通过把一个绝缘外套提供在钻头组的两部分之间的连接面上而形成缝隙。EM脉冲被发送到钻探设备周围的电阻性的土壤中，以及被地面上的接收机接收。

由于EM结构像泥浆脉冲遥测技术一样，不需要在测量仪器密封装置与接收机之间的通过钻头组的有线连接，它避免与有线连接有关的许多问题。然而，EM结构也有许多缺点。

例如，因为被使用来提供电源以便产生EM脉冲的电池电源位于钻探设备的地下部分，而不是在地面，它不容易被接近以便进行充电或替换。而且，用于电源的电池增加了测量仪器密封装置的体积和重量。

另外，通过土壤发送EM脉冲需要较大的功率，以及它比起通过电线的传输，其数据速率低得多。采用EM结构的系统典型地只达到约5-20bps的数据速率。从实际考虑施加在电源上的体积和重量限制来看，这是特别不利的。

因此，需要一种发送地下活动的数据的改进的系统。

发明概要

本发明总的目的是提供用于与地下电子装置进行通信的数据通信系统，它克服传统的有线系统和电磁系统的缺点。

本发明的另一个目的是提供不需要有线连接的数据通信系统，有线连接可能被钻探设备缠结或断裂，或可能遇到由于与钻探设备运行有关的机械力而发生的故障。

本发明的另一个目的是提供数据通信系统，其中通信电源位于地面，而不是在钻探设备的地下部分，这样，它容易接近，以便充电和替换，以及不增加地下电子装置的体积和重量。

本发明的另一个目的是提供具有可与传统的有线系统的数据速率相比较的或超过它的数据速率的数据通信系统。

按照上述的目的，本发明的一个方面提供了用于与被设置在钻探设备上的测量仪器密封装置通信的数据通信系统。该钻探设备具有在第一和第二导电段之间的绝缘段。数据通信系统包括被连接到钻探设备的第一导电段和地的电源。接收机被连接来测量流过电源的电流。电通路被提供在钻探设备的第一和第二导电段之间。一个开关根据由测量仪器密封装置产生的数据来断开和闭合电通路。

本发明的另一个方面提供用于与地下电子装置通信的数据通信系统。数据通信系统包括第一导电段、被放置在地下和被电连接到电子装置的第二导电段、以及被放置在第一和第二导电段之间和连接第一和第二导电段的绝缘段。电源被连接到第一导电段和地。接收机测量流过电源的电流。一个开关被提供在第一和第二导电段之间的电通路中。该开关根据由电子装置产生的数据来断开和闭合电通路。