專利名稱:監(jiān)視鉆孔的方法和裝置的制作方法
在鉆孔過程中，過去采用了各種方法來確定鉆孔參數(shù)如方向、壓力，或與相鄰構(gòu)造的關(guān)系，并從孔中把數(shù)據(jù)收回。美國專利3，771，118討論過一種方法;周期地把鉆桿從孔中拉出來。替換某些測量工具。它們記錄了數(shù)據(jù)，如同記在膠片上一樣，或者通過電纜把數(shù)據(jù)傳到工作面。
在美國專利3，790，930，和4，001，773中曾建議采用另一種方法，在其中數(shù)據(jù)由鉆桿從孔內(nèi)傳出來，無論在鉆孔過程中或是在暫停期內(nèi)，由扭矩波傳出。
也有人建議以二進(jìn)制形式產(chǎn)生數(shù)據(jù)，及利用這些信號(hào)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行移頻調(diào)制。這些音頻信號(hào)可以用增者器通過鉆管傳送，例如在美國專利4，019，148，4293936和4，390，975中就是如此。
在文獻(xiàn)中都列出了，在音頻數(shù)據(jù)搖測中所用的元件。如美國專利4，021，773中的指音器，美國專利4，066995中的聲隔離器，美國專利4283780中的諧振聲傳感器。在美國專利4391336中給出一種特殊系統(tǒng)，用于給第二個(gè)孔導(dǎo)向，使之和第一個(gè)孔平行。在美國專利4386664號(hào)中透露一種近于水平孔的鉆孔方向的控制方法，如煤層的甲烷排出孔。
最后，坎波寫的“從用戶的觀點(diǎn)來看孔內(nèi)搖測”的文中，公布了一種孔內(nèi)搖測方法。此文發(fā)表在1983年10月的《石油技術(shù)》雜志第1792-1796頁。
本發(fā)顯的目的是提供一種無線鉆孔數(shù)據(jù)搖測發(fā)送器。它既結(jié)實(shí)又便于操作和維修。在此以前大部份系統(tǒng)的使用，解碼和維修都相當(dāng)復(fù)雜，所以存在一種從事測井記錄的專家職業(yè)。
在本發(fā)明中有一種井孔數(shù)據(jù)搖測系統(tǒng)，借此數(shù)據(jù)被編成二進(jìn)制碼，以音頻脈沖的形式傳送。它們從自帶電源的發(fā)送器中發(fā)出來，通過一系列鉆管傳到工作面后再解碼。脈沖是由電磁錘產(chǎn)生的，無和鉆桿之間有聲合。在一種推薦的實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)傳輸周期是由發(fā)送器檢測到鉆孔機(jī)預(yù)定的間欲后起動(dòng)的。在另一種推薦的方案中，當(dāng)發(fā)送器檢測到較長的停鉆期后，斷開敏感元件的電源。
圖1是本發(fā)明的搖測裝置在水平孔中的示意圖，一部份是側(cè)視圖，一部分是剖面圖。
圖2是本發(fā)明的發(fā)送器的剖面圖。
圖3是適合本發(fā)明的線路方塊圖。
參看附圖，特別是圖1，其中示出一種鉆孔機(jī)械10，它在輪子12上，或裝在履帶上，以便產(chǎn)生向前的推力。鉆孔機(jī)10在采掘出的14中，它有頂面16和底面18。鉆機(jī)10指向鄰近的側(cè)壁是水平伸展的擴(kuò)層端面，譬如是煤層，在這礦層中正在鉆水平孔。按照鉆孔工藝要求，首先鉆一個(gè)大孔徑的孔22，然后插入一金屬套筒24。在孔22以內(nèi)，金屬套筒24以外的環(huán)狀套間壓入水泥26，從而把套筒24固緊定位。鉆機(jī)上套上一節(jié)或多節(jié)鉆桿28，在前端裝有導(dǎo)向發(fā)送器30，遠(yuǎn)端馬達(dá)32，旋轉(zhuǎn)鉆頭34。在鉆桿28進(jìn)入金屬套筒24的入口裝有密封盤36。在圖中未畫高壓水源。高壓水通過軟管38和接頭40進(jìn)入鉆桿中的空心腔。高壓水經(jīng)過鉆桿達(dá)到遠(yuǎn)端馬達(dá)32，是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)32及鉆頭34的動(dòng)力，排出的水，經(jīng)過鉆桿28以外環(huán)形空臟42流回孔外。并將鉆出的廢屑帶出。接頭44裝在套筒24上，排水管46與接頭44連接，廢水和鉆屑通過他們排出。最后如同壓電加速度計(jì)一類的聲檢測器48裝在鉆桿28上，通過電纜50和讀出顯示器裝顯相聯(lián)。
人們會(huì)以為上面說明是利用遠(yuǎn)端馬達(dá)來轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭34，于是操作鉆孔機(jī)僅需要做軸向運(yùn)動(dòng)，或者由鉆機(jī)10對(duì)鉆桿施加推力。然而本發(fā)明的導(dǎo)向系統(tǒng)也可對(duì)旋轉(zhuǎn)孔同樣有用，在此鉆機(jī)不僅給出軸向推力，而且也轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿28和鉆頭34，在這種情況中當(dāng)然不需要遠(yuǎn)端馬達(dá)。
現(xiàn)在參看圖2，更充份地說明導(dǎo)向發(fā)送器30，發(fā)送器被加工成與一般鉆桿聯(lián)結(jié)，而且最好與鉆桿28外徑相同。為此分別在兩端制出相應(yīng)的內(nèi)螺紋62。正如圖1所示，在它的前端或者說是遠(yuǎn)端，通過螺紋62與馬達(dá)32和鉆頭34接合。供給馬達(dá)的高壓水，從鄰近的鉆桿的中心腔，由左面進(jìn)入部件30。水先進(jìn)入軸線上的孔64，然后進(jìn)入一些輻射狀的孔66，向外流進(jìn)環(huán)形腔68，環(huán)形腔位于外殼70以內(nèi)，內(nèi)套管72以外。內(nèi)套管72是全密封的，即兩端是封閉的。沒有開口，甚至沒有穿電線的通道的內(nèi)套管由外殼70內(nèi)的一些中心定位架74固定。高壓水通過支架74后進(jìn)入馬達(dá)的中心入口，以便供給動(dòng)力。在圖2中，左邊的鉆桿和右邊的馬達(dá)都沒畫出。
在內(nèi)套管72內(nèi)，包含一自帶電源的敏感器一發(fā)送器的組合件。它的元件排列如圖2所示。它們的工作原理將結(jié)合圖3說明。從遠(yuǎn)端62開始，敏感器80，伽馬(磁場)檢測器86，電池組88，和電磁錘組合件90，在一種推薦的實(shí)施方案中，內(nèi)套管72和外殼770在敏感器80外圍的那部份區(qū)域是非磁性材料做成的。內(nèi)套管72被絕緣的接頭92分成幾節(jié)，這樣可以便于換電池88。包括電磁錘90的那節(jié)內(nèi)套管是防爆的，外殼70是能承受鉆孔的推力及扭矩。
現(xiàn)在參考圖3說明敏感器一發(fā)送器的工作原理。圖3的整個(gè)電路由電池組88供電。圖3中未畫電池，它如圖2所示，最好是一些可充電的電池串聯(lián)而成?；顒?dòng)監(jiān)視器100檢測鉆孔的噪音，來判定鉆孔活動(dòng)是否在進(jìn)行，它包括一個(gè)靈敏的加速度計(jì)。在檢測到一般予定的寂靜期后(不開鉆機(jī))監(jiān)視器100通過驅(qū)動(dòng)器112和電磁錘傳送編好碼的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是電路的其余部份收集和貯存的，是接在先前傳送數(shù)據(jù)期之后的鉆孔活動(dòng)期內(nèi)進(jìn)行的。敏感器80包括X，Y與Z三個(gè)相互垂直的方向的加速度計(jì)和X′，Y′與Z′三個(gè)相似方向的磁場強(qiáng)度計(jì)。振動(dòng)加速計(jì)也產(chǎn)生一信號(hào)給峰值保持放大器104。從感器80來的六個(gè)信號(hào)和從放大器104來的一個(gè)信號(hào)由多路器106順序收集，以模擬形式傳送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器108。這個(gè)數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳給微型計(jì)算機(jī)110，微機(jī)也接收放大器偏磁源84的信號(hào)。伽馬探測器82所探測的信號(hào)供給偏磁源。敏感器80可由例如加里佛尼亞的桑尼維爾的德維洛克公司的106470-05型Pevelco孔敏感器構(gòu)成。電磁錘可是紐約的Clifron spnings的G、W、Lisk股份有限公司的L12AMSLE124PZ4型線性電磁鐵。我們對(duì)這種電磁鐵稍加修改，在鐵芯的未端加一法蘭盤狀的金屬園筒，并且在線圈體和法蘭盤之間裝一輕的壓縮或返回彈簧。線圈體與內(nèi)套管72緊密裝配一起，與內(nèi)套管及外殼有聲合。電磁線圈每次通電就發(fā)出聲音，當(dāng)鐵15被拉入線圈體時(shí)發(fā)出金屬敲擊響聲“當(dāng)”。這聲音沿著位于煤層孔中的2-7/8時(shí)直徑的鉆桿傳送2800英呎，然后迅速被檢測出來。一個(gè)電池組合件包括12第串聯(lián)密封可充電的鉛酷D一電池，它供電給敏感器，電磁錘和其他相關(guān)聯(lián)的線路，微機(jī)，電池在真實(shí)的鉆孔操作中可持續(xù)250個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送及加接鉆桿的循環(huán)。
如上所述，監(jiān)視器100檢測到予定的寂靜間隔后，驅(qū)動(dòng)器112和電磁錘傳輸數(shù)據(jù)串，在正常情況下，鉆孔到一節(jié)鉆桿的長度后停鉆，以便加接新的一節(jié)鉆桿。數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式發(fā)送，即驅(qū)動(dòng)器112激發(fā)電磁錘90產(chǎn)生“當(dāng)”的一聲響表示“1”，沒有“當(dāng)”的一聲響表示“0”。再看圖1中的拾音器48，它有利地置于鉆機(jī)10附近。它可以是一麥克風(fēng)用磁力吸在鉆桿28上。檢出的“當(dāng)”聲響信號(hào)由電線50傳給顯示器52，當(dāng)收到予定的“起動(dòng)”碼后，按編好的碼翻譯數(shù)據(jù)碼。按時(shí)向順序分配到相應(yīng)的與/或數(shù)字顯示盤，以便給鉆機(jī)操作員導(dǎo)向。所收到的數(shù)據(jù)也能記錄在磁帶上，作為孔的參數(shù)永久記錄。
下面列出一種合適的二進(jìn)制數(shù)據(jù)串作為例子，它最好以1到10Hz的速率來傳輸。
位數(shù) 數(shù)據(jù)合意
1-3 1-0-1起動(dòng)碼
4-13 10位伽馬檢測數(shù)據(jù)
14-23 10位X軸加速度
24-33 10位Y軸加速度
34-43 10位Z軸加速度
44-53 10位X軸磁場強(qiáng)度
54-63 10位Y軸磁場強(qiáng)度
64-73 10位Z軸磁場強(qiáng)度
74-83 10位振動(dòng)加速度峰值
84-85 2位X軸加速度(最低有效值)
86-92 7位校驗(yàn)和
檢驗(yàn)和是所有傳輸?shù)亩M(jìn)制的“1”的和，以二進(jìn)制表示，使接收器對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。
在鉆孔過程中，安排一些予定的暫停期間，當(dāng)工作人員換班或夜間時(shí)有較長的停鉆時(shí)間，在一種推薦方案中，監(jiān)視器100及有關(guān)電路，不僅當(dāng)檢測出1到幾分鐘的停鉆期間后起動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，而且當(dāng)檢測出五分鐘到半小時(shí)的長期停鉆后，就把敏感器80，探測器82等其他電路的電源斷開。這種自動(dòng)斷電措施，可以使發(fā)送器在每次充電后，在孔里保持較長的工作期。監(jiān)視器100及有關(guān)電路將連續(xù)供電，當(dāng)檢測出鉆孔重新開始后，恢復(fù)整個(gè)監(jiān)視及發(fā)送的工作循環(huán)。
所需要的維修工作僅是而用充好電的電池替換電池組合件，分成幾段的內(nèi)套簡使這工作很方便。在工作面，從顯示器52迅速地連續(xù)地得到孔數(shù)據(jù)。訓(xùn)練鉆機(jī)操作人員正確使用及判讀數(shù)據(jù)工作，由此變得容易了，基于這理由，采用本發(fā)明就不需要錄錄專家在現(xiàn)場。
正如這個(gè)說明書及后附的權(quán)項(xiàng)申請(qǐng)書所透露的一樣，本發(fā)明的內(nèi)容在所述的精神和范圍以內(nèi)，可以有很大的變動(dòng)。
權(quán)利要求
1、沿著一串鉆孔管子把數(shù)據(jù)由發(fā)送器傳送到接收器的系統(tǒng)包括
(1)敏感裝置它位于上述鉆管的孔內(nèi)遠(yuǎn)端，它用于測量鉆孔參數(shù)并產(chǎn)生相應(yīng)的模擬信號(hào)。
(2)轉(zhuǎn)換裝置，它與敏感裝置相聯(lián)，用來把上述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。
(3)信號(hào)貯存裝置，將上述轉(zhuǎn)換裝置輸出的數(shù)字信號(hào)貯存起來。
(4)電源裝置
(5)電磁鐵裝置，它與上述的電源和信號(hào)貯存裝置聯(lián)結(jié)，并且與上述可完成的鉆桿的孔內(nèi)末端有聲的合，它由上述電源供電，以便產(chǎn)生聲脈沖沿鉆桿傳播，這聲脈沖與上述貯存信號(hào)相對(duì)應(yīng)。
2、權(quán)項(xiàng)1的系統(tǒng)還進(jìn)一步包括
(1)檢測裝置，用于確定孔管的活動(dòng)是否在進(jìn)行。
(2)計(jì)算機(jī)裝置與上述檢測裝置相聯(lián)。上述檢測裝置確定出予定的停鉆期，在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，這個(gè)計(jì)算機(jī)裝置使上述電磁鐵處于激發(fā)狀態(tài)。
3、權(quán)項(xiàng)2的系統(tǒng)中，上述的敏感裝置測量上述孔內(nèi)鉆管的末端端的指向方位。
專利摘要
在鉆孔的同時(shí)，測量孔的參數(shù)并把數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)處的接收器，在這過程中所采用的方法和裝置。數(shù)據(jù)以音頻二進(jìn)制脈沖的形式傳輸，它們由電磁鐵發(fā)出。電磁鐵和鉆管之間有聲合。在推薦的實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)傳輸是在鉆孔過程的停鉆期間自動(dòng)進(jìn)行的。
文檔編號(hào)E21B47/12GK85103582SQ85103582
公開日1986年11月5日 申請(qǐng)日期1985年5月8日
發(fā)明者博霍斯特, 克里斯托弗, 勞爾 申請(qǐng)人:康諾科有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan