[发明专利]用于沿钻柱传输信息的包括的脉冲发射器的泥浆脉冲遥测系统

说明书

本发明公开了一种旋转式脉冲发生器和方法，旋转式脉冲发生器包括壳体、由壳体支承的定子、与定子的井下端相邻的转子以及联接至转子的马达组件。控制器可以接收包括钻井信息的信号。控制器响应于接收到信号而致使马达组件使转子沿第一旋转方向旋转经过旋转周期。旋转周期a)使转子从第一位置旋转到第二位置，在第一位置中，转子不阻挡至少一个通道，在第二位置中，转子阻挡所述至少一个通道，以及b)使转子沿第一旋转方向从第二位置旋转到第三位置。转子的旋转在钻井流体中产生了压力脉冲。

技术领域

本公开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。其他传感器与磁共振成像(MRI)结合使用。此外，其他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。这种脉冲发生器具有相对低的数据速率并且会消耗大量的电能。

发明内容

本公开的实施方式包括旋转式脉冲发生器，其构造成沿着钻柱定位，钻井流体流动通过该钻柱。旋转式脉冲发生器包括构造成被支承在钻柱的内部通道中的壳体和由壳体支承的定子。定子包括井上端部、与井上端部间隔开的井下端部以及从井上端部延伸至井下端部的至少一个通道。旋转式脉冲发生器还包括与定子的井下端部相邻的转子以及联接至转子的马达组件。马达组件能够被操作以使转子相对于定子旋转。旋转式脉冲发生器还包括构造成接收包括钻井信息的信号的控制器。控制器可以响应于接收信号而致使马达组件使转子沿第一旋转方向旋转经过旋转周期，以便：a)使转子沿第一旋转方向从第一位置旋转至第二位置，在第一位置中，转子不阻挡所述至少一个通道，在第二位置中，转子阻挡所述至少一个通道，以及b)使转子沿第一旋转方向从第二位置旋转到第三位置。当钻井流体流动通过钻柱时，转子经过旋转周期的旋转在钻井流体中产生了包含该信息的压力脉冲。

本公开的实施方式包括旋转式脉冲发生器，其构造成沿着钻柱定位，钻井流体流动通过该钻柱。旋转式脉冲发生器包括构造成被支承在钻柱的内部通道中的壳体和由壳体支承的定子。定子包括井上端部、与井上端部间隔开的井下端部以及从井上端部延伸至井下端部的至少一个通道。另外，旋转式脉冲发生器还包括与定子的井下端部相邻的转子以及联接至转子的马达组件。马达组件能够被操作以使转子相对于定子旋转，以便选择性地阻挡该至少一个通道。此外，旋转式脉冲发生器包括构造成向马达组件提供能量的电源。旋转式脉冲发生器还包括构造成接收包括钻井信息的信号的控制器。控制器可以响应于接收信号而致使马达组件使转子沿第一旋转方向旋转经过旋转周期，以在钻井流体中产生压力脉冲。该旋转周期可以包括转子阻挡钻井流体流动通过所述至少一个通道的中间阶段。马达组件在使转子旋转经过旋转周期以产生压力脉冲时可以从电源获得不大于约6.0焦耳的电能来旋转。