用于測量地下地層的特征的可旋轉(zhuǎn)傳感器的制造方法
【專利摘要】本文描述了用于測量地下地層的各向同性特征、各向異性特征或方向相關(guān)特征的傳感器組件。傳感器組件可包括部署在工具管柱上的傳感器。所述傳感器中的一者或多者可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。使一個或多個傳感器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)可提供關(guān)于所述地下地層在所述工具管柱周圍的多個點的數(shù)據(jù)。
【專利說明】
用于測量地下地層的特征的可旋轉(zhuǎn)傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明整體涉及用于地下地層中的井筒的裝置，并且更具體來說，涉及用于測量地下地層的各向異性特征的傳感器組件。
【背景技術(shù)】
[0002]可將各種裝置放置在橫穿含烴地下地層的井中。一些裝置可包括能夠測量地下地層的屬性(例如，電阻率)的傳感器。測量值可用于確定地下地層的特征(例如，組成)。在一些操作中，可獲得的測量值的數(shù)量有限。更多的測量值可提供更詳細(xì)的分析，這可能導(dǎo)致井操作更有效或更成本有效。
[0003]附圖簡述
[0004]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了鉆井系統(tǒng)的圖。
[0005]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了具有可旋轉(zhuǎn)天線的井底傳感器組件的一個示例的圖。
[0006]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了圖2的井底傳感器組件的另一圖。
[0007]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了具有取向傳感器的井底傳感器組件的一個示例的圖。
[0008]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了具有多個接收天線的井底傳感器組件的一個示例的圖。
[0009]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了其中接收天線以不同傾斜角取向的井底傳感器組件的一個示例的圖。
[0010]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了可旋轉(zhuǎn)傳感器組件的一個示例的圖。
[0011]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了具有兩個馬達(dá)的井底傳感器組件的一個示例的圖。
[0012]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了可旋轉(zhuǎn)近鉆頭傳感器組件的一個示例的圖。
[0013]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了具有傳感器組件的井底傳感器組件的一個示例的圖，所述傳感器組件各自具有三個地層傳感器。
[0014]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的具有可旋轉(zhuǎn)傳感器的井底傳感器組件的控制系統(tǒng)的框圖。
[0015]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的可旋轉(zhuǎn)傳感器組件的控制系統(tǒng)的框圖。
[0016]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖示了用于測量地下地層的各向異性特征的示例方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的某些方面和示例涉及用于測量地下地層的各向異性特征或方向相關(guān)特征的傳感器組件。傳感器組件可包括部署在工具管柱上的傳感器。所述傳感器中的一者或多者可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。使一個或多個傳感器相對于工具管柱旋轉(zhuǎn)可提供關(guān)于地下地層在工具管柱周圍的多個區(qū)域處的數(shù)據(jù)。
[0018]在一個示例中，鉆柱上的可旋轉(zhuǎn)天線可圍繞鉆柱旋轉(zhuǎn)以發(fā)射或接收信號，從而確定地層中各種角度的電阻率?？尚D(zhuǎn)天線的旋轉(zhuǎn)，獨立于鉆柱的任何旋轉(zhuǎn)，可提供多個角度的電阻率讀數(shù)，而不管鉆柱是否正在旋轉(zhuǎn)鉆井。多個定向電阻率數(shù)據(jù)可指示鉆柱附近地層的邊界。鉆柱操作人員可利用這些讀數(shù)，以便對為了相對于邊界、斷層、方解石晶狀體或者其他天然或人造地下結(jié)構(gòu)的位置進(jìn)行最優(yōu)井筒放置而鉆出的新的鉆孔的方向轉(zhuǎn)向進(jìn)行引導(dǎo)輔助。
[0019]給出這些說明性例子以向讀者介紹這里討論的一般主題，并且不意圖限制所公開概念的范圍。以下參照描述了各種其他方面和實施例，在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件，并且定向描述用于描述說明性方面。以下關(guān)于附圖中所描繪的說明性方面使用定向描述諸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“左”、“右”、“井下”等，井下方向朝向的井趾部。與說明性方面相同，以下內(nèi)容中所包括的標(biāo)號和定向描述不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明。此外，以下使用術(shù)語“或”表示術(shù)語通過“或”隔開的選項的任意組合，包括其中僅使用了這些選項中的一個的組合和其中使用了這些選項中的超過一個(并且在某些情況下，全部)的組合。
[0020]圖1示意性地描繪了具有井底傳感器組件114的井系統(tǒng)100的一個示例。井系統(tǒng)100可包括鉆孔，所述鉆孔是延伸穿過各種地球巖層的井筒102。井筒102可延伸穿過含烴地下地層110。套管柱104可從地面106延伸到地下地層110。套管柱104可提供管道，地層流體(諸如從地下地層110產(chǎn)生的生產(chǎn)流體)可從井筒102經(jīng)由所述管道行進(jìn)到地面106。
[0021]井筒102內(nèi)的工具管柱112可從地面延伸進(jìn)入地下地層110。在一些方面，工具管柱112可包括鉆頭116，所述鉆頭被引入井系統(tǒng)100中，以穿過各種地球巖層鉆出井筒102。在其他方面，工具管柱112可在無鉆頭116的情況下被引入。作為無鉆頭116的工具管柱112的一個非限制性示例，套管柱112可以是用于井下井操作的鋼絲繩工具的一部分。工具管柱112可包括井底(或井下)傳感器組件114。盡管圖1描繪了位于井筒102的基本上垂直的部分中的井底傳感器組件114，但井底傳感器組件114也可另外地或替代地定位在井筒102的具有其他取向(包括基本上水平)的部分中。在一些方面，井底傳感器組件114可設(shè)置在較簡單的井筒(諸如無套管柱104的井筒102)中。
[0022]在一些方面，工具管柱112可包括彎曲殼體118。彎曲殼體118的示例包括固定彎曲殼體或可調(diào)彎曲殼體。彎曲殼體118可為鉆頭116提供轉(zhuǎn)向。彎曲殼體118可允許響應(yīng)于工具管柱112的旋轉(zhuǎn)而在某個方向上繼續(xù)向前鉆井。工具管柱112停止旋轉(zhuǎn)可允許彎曲殼體118改變工具管柱112的鉆井方向。當(dāng)工具管柱112向前滑動穿過地層110時，馬達(dá)120可使鉆頭116旋轉(zhuǎn)，而工具管柱112和彎曲殼體118并不旋轉(zhuǎn)。當(dāng)馬達(dá)120使鉆頭116在井底旋轉(zhuǎn)時，工具管柱112可在彎曲殼體118正面對的方向上(通向稱為工具面)滑動，而工具管柱212和彎曲殼體118并不旋轉(zhuǎn)。使工具管柱112滑動可允許在鉆井路徑上進(jìn)行行程調(diào)整。工具管柱212恢復(fù)旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致工具管柱212停止行程調(diào)整并且在調(diào)整過的方向上繼續(xù)移動。
[0023]不同類型的井底傳感器組件114可用于圖1所描繪的井系統(tǒng)100。例如，圖2是根據(jù)一個方面的具有可旋轉(zhuǎn)天線216、218的井底傳感器組件214的一個示例的截面?zhèn)纫晥D。井底傳感器組件214可包括工具管柱212、可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216、可旋轉(zhuǎn)接收天線218、馬達(dá)222、第一角度位置傳感器224和第二角度位置傳感器225。
[0024]可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218可與工具管柱212可旋轉(zhuǎn)地耦接?？尚D(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218可相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)?？尚D(zhuǎn)發(fā)射天線216和可旋轉(zhuǎn)接收天線218可共同測量地層210的區(qū)域內(nèi)的特征?？尚D(zhuǎn)發(fā)射天線216可將信號發(fā)射到地層210中?？尚D(zhuǎn)接收天線218可檢測地層210中對所發(fā)射信號的響應(yīng)。敏感體積226可限定地層210的其中可旋轉(zhuǎn)接收天線218可檢測對由可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216所發(fā)射的信號的相對最大部分響應(yīng)的區(qū)域。
[0025]可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216和可旋轉(zhuǎn)接收天線218可為感應(yīng)式天線。由感應(yīng)式天線發(fā)射到地層210中或從地層210接收的信號的方向可取決于感應(yīng)式天線的等效偶極的取向。傾斜角可表示偶極取向與工具管柱212的軸向方向的偏差。感應(yīng)式天線對的傾斜角可能會影響所述感應(yīng)式天線對所測量的敏感體積的位置。例如，敏感體積226相對于工具管柱212的位置可取決于可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216的傾斜角和可旋轉(zhuǎn)接收天線218的傾斜角，如圖2所示。
[0026]感應(yīng)式天線的示例包括螺線管、磁力計和線圈。螺線管天線的傾斜角可通過調(diào)整螺線管中的鐵磁芯的仰角而產(chǎn)生。磁力計天線的傾斜角可根據(jù)磁力計天線安裝到井底傳感器組件214之上或之中的取向而產(chǎn)生。線圈天線的傾斜角可通過使線圈相對于工具管柱212的軸向方向以一定角度纏繞而產(chǎn)生。例如，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216可包括導(dǎo)線繞組215，導(dǎo)線繞組215布置在與導(dǎo)線繞組215的等效偶極近似垂直而取向的導(dǎo)線繞組217的平面上，如圖2所示?？尚D(zhuǎn)接收天線218可包括導(dǎo)線繞組213，導(dǎo)線繞組213布置在與導(dǎo)線繞組213的等效偶極近似垂直而取向的導(dǎo)線繞組219的平面上，如圖2所示。
[0027]發(fā)射天線和接收天線的各種相對布置是可能的。發(fā)射天線和接收天線可彼此垂直，以使得發(fā)射天線和接收天線的傾斜角相差基本上90度。發(fā)射天線和接收天線可彼此平行，以使得發(fā)射天線和接收天線的傾斜角基本上相同。發(fā)射天線或接收天線的傾斜角也可能基本上等于零。
[0028]雖然井底傳感器組件214在上文描述為包括可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216和可旋轉(zhuǎn)接收天線218，但井底傳感器組件214可替代地或另外地包括可相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)的一個或多個其他傳感器。在一些方面，可相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)的傳感器可以是方位角傳感器或方向相關(guān)的傳感器。方位角傳感器的非限制性示例包括以上提及的天線以及電阻率傳感器、伽馬射線傳感器、聲傳感器、核磁共振傳感器和密度傳感器。盡管如此這些方位角傳感器或其他傳感器具有適用性，但為了簡單和清楚起見，本文中的各方面主要相對于天線來描述。而且，盡管本文所述的很多方面包括可相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)的多個傳感器，但在一些方面，僅一個方位角傳感器可相對工具管柱212旋轉(zhuǎn)。
[0029]馬達(dá)222可與可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218耦接。在一個示例中，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216和可旋轉(zhuǎn)接收天線218可耦接到由馬達(dá)222驅(qū)動的軸230?？尚D(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218可響應(yīng)于馬達(dá)222的旋轉(zhuǎn)而相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)。在一些方面，馬達(dá)222可專用于使可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218旋轉(zhuǎn)。在其他方面，馬達(dá)222還可提供其他功能。在一個示例中，馬達(dá)222可與鉆柱的鉆頭部分耦接并且提供動力以使鉆頭旋轉(zhuǎn)而不會使鉆柱的剩余部分旋轉(zhuǎn)。
[0030]馬達(dá)222可以是任何合適形式的扭力單元。扭力單元的示例包括泥漿馬達(dá)、渦輪馬達(dá)、電動馬達(dá)、Tubodrill馬達(dá)、葉輪液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)和流體動力馬達(dá)。在一些方面，扭力單元可以是由液壓栗提供動力的液壓動力馬達(dá)。栗可通過任何合適的能源提供動力。這樣一種栗的合適能源的示例包括經(jīng)由管路(諸如有線管路或管路系統(tǒng)中的管路，諸如可以商品名ReelwellTM購得)輸送的電力、來自當(dāng)?shù)匕l(fā)電設(shè)施(諸如來自渦輪發(fā)電機或其他形式的井下能量采集裝置)的電力或來自能量儲存裝置(諸如電池、充電電池、電容器或超級電容器)的電力。
[0031]在一些方面，角度位置傳感器224、225可定位成分別使可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218旋轉(zhuǎn)。在一個示例中，第一角度位置傳感器224和可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216可定位在可相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)的共用殼體上。第一角度位置傳感器224可檢測可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216的取向。例如，第一角度位置傳感器224可與可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216具有一種已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系，這允許基于第一角度位置傳感器224的已知旋轉(zhuǎn)位置來確定可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216的取向。第二角度位置傳感器225可檢測可旋轉(zhuǎn)接收天線218的取向?？尚D(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218(或兩者)的取向可指示地層210中的敏感體積226在特定時間相對于工具管柱212的位置。
[0032]在一些方面，第一角度位置傳感器224或第二角度位置傳感器225可測量相對于工具管柱212靜止的天線的取向或角度位置。另外地或替代地，第一角度位置傳感器224或第二角度位置傳感器225可測量相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)的天線的變化的取向。在一個示例中，第一角度位置傳感器224可測量當(dāng)可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216響應(yīng)于馬達(dá)222的旋轉(zhuǎn)而相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)時的取向并且第二角度位置傳感器225可測量相對于工具管柱212靜止并且不隨馬達(dá)222旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)接收天線218的取向。
[0033]由角度位置傳感器224或225所檢測的取向可指示天線參考點相對于角度參考的徑向方向。角度位置傳感器224、225可使用任何合適的角度參考以指示可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218的取向。在一些方面，角度參考可以是相對于重力、工具管柱212的劃線、工具管柱212的另一參考特征或北進(jìn)諸如真北或磁北的。在相對于重力的角度參考的一個示例中，第一角度位置傳感器224可測量可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216相對于傾斜鉆孔的頂側(cè)(其也可稱為鉆孔的高側(cè))的取向。
[0034]角度位置傳感器224或225可包括一個或多個勘察方向傳感器。角度位置傳感器224或225可使用任何合適類型的或任何合適組合的勘察方向傳感器?？辈旆较騻鞲衅鞯氖纠铀俣扔嫛⒋帕τ嫼屯勇輧x。在一個示例中，角度位置傳感器224或225可包括沿著X-Y軸正交地取向的兩個加速度計，所述X-Y軸是相對于工具管柱212的縱軸的十字形平面。每個加速度計均可根據(jù)加速度計的取向來檢測地球重力場的一小部分。由加速度計檢測的值可指示角度位置傳感器224或225的取向，諸如與參考方向向上或向下的偏差。在另一個示例中，角度位置傳感器224或225可包括在X-Y軸上正交地取向的兩個磁力計。這些磁力計可從不同的取向測量地球磁場以確定磁北的方向和角度位置傳感器224或225與其的偏差。在另一個示例中，角度位置傳感器224或225可包括陀螺儀，所述陀螺儀測量角度位置傳感器224或225與地球自旋軸(例如，真北)或參考方向的偏差。在一些方面，勘察方向傳感器的組合可一起用于幫助進(jìn)一步分辨相對于鉆孔的水平面和垂直平面。在一個示例中，陀螺儀或X-Y磁力計布置可利用X-Y軸加速度計布置來補充。在一些方面，可包括其他相同類型或不同類型的勘察方向傳感器以提供其他取向信息。在一個示例中，可包括沿著Z軸(例如，沿著工具管柱212的縱軸)進(jìn)行測量的傳感器，以導(dǎo)致在分辨垂直平面或水平面(或兩者)相對于向下方向的方向時，諸如在其中在X軸、Y軸或兩者上分辨率很差的情況下，誤差減少。
[0035]圖3是根據(jù)一個方面的圖2的具有旋轉(zhuǎn)天線216、218的井底傳感器組件214的截面?zhèn)纫晥D。使馬達(dá)222旋轉(zhuǎn)(諸如圖3中的逆時針方向箭頭228所示)可導(dǎo)致可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)。使可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218旋轉(zhuǎn)可改變由可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216和可旋轉(zhuǎn)接收天線218所測量的地層210的敏感體積226的位置。例如，敏感體積226可從地層210中位于工具管柱212上方的位置(諸如圖2所示)旋轉(zhuǎn)到地層210中位于工具管柱212下方的位置(諸如圖3所示)。敏感體積226可在工具管柱212不旋轉(zhuǎn)的情況下移動。使敏感體積226的位置在工具管柱212不旋轉(zhuǎn)的情況下旋轉(zhuǎn)可提供與工具管柱212不旋轉(zhuǎn)的情況下另外提供的相比，更多關(guān)于地層210的數(shù)據(jù)。在一個示例中，可在工具管柱212滑動進(jìn)行行程調(diào)整時，在工具管柱212周圍的各個點獲得關(guān)于地層210的電阻率信息?？上蚬ぞ吖苤?12的操作人員呈現(xiàn)電阻率信息，以指示含水地層地球巖層與含烴地球巖層之間的邊界鄰近度。
[0036]在另一個示例中，使敏感體積226的位置在工具管柱212不旋轉(zhuǎn)的情況下旋轉(zhuǎn)可提供關(guān)于地下人造物體諸如另一井、另一鉆孔或遺失鉆柱的方向和距離的數(shù)據(jù)。例如，通過檢測周圍體積的變化(諸如電阻率變化)，可確定人造物體(諸如具有比周圍地層更低電阻率的導(dǎo)電套管)的位置。
[0037]在一些方面，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218可與工具管柱212選擇性可旋轉(zhuǎn)地耦接。在一個示例中，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216可鎖定到工具管柱212以防止可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)。在一些方面，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216胡可旋轉(zhuǎn)接收天線218可相對于工具管柱212在與其中工具管柱212在鉆井期間旋轉(zhuǎn)的方向相反的方向上旋轉(zhuǎn)。相反旋轉(zhuǎn)方向可允許可旋轉(zhuǎn)天線216、218相對于地層210的旋轉(zhuǎn)速率小于工具管柱212相對于地層210的旋轉(zhuǎn)速率。
[0038]盡管井底傳感器組件214在圖2至圖3中描繪為其中一個可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216和一個可旋轉(zhuǎn)接收天線218由一個馬達(dá)222旋轉(zhuǎn)，但其他布置也是可能的。例如，井底傳感器組件可包括可旋轉(zhuǎn)的發(fā)射天線和不可旋轉(zhuǎn)的接收天線，反之亦然。其中僅天線之一可旋轉(zhuǎn)的天線對仍可提供敏感體積，所述敏感體積在工具管柱不旋轉(zhuǎn)的情況下，可相對于工具管柱旋轉(zhuǎn)。井底傳感器組件214可包括多個接收天線、多個發(fā)射天線、多個馬達(dá)、多個角度位置傳感器或它們的任意組合。
[0039]盡管井底傳感器組件214在圖2至圖3中描繪為其中角度位置傳感器224、225分別定為在共用殼體上，以隨著可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216和可旋轉(zhuǎn)接收天線218旋轉(zhuǎn)，但其他布置也是可能的。例如，在一些方面，與天線相關(guān)的角度位置傳感器224或225可包括勘察方向傳感器，所述勘察方向傳感器并不與天線以相同的速度或方向旋轉(zhuǎn)。在至少這樣的布置中，角度位置傳感器還可包括取向傳感器，所述取向傳感器檢測天線相對于包含勘察方向傳感器的物體的取向。所述取向傳感器可檢測天線與由勘察方向傳感器所測量的取向的其他偏移，以便確定天線相對于角度參考的取向。例如，圖4是根據(jù)一個方面的具有取向傳感器368的井底傳感器組件314的一個示例的截面后視圖。
[0040]井底傳感器組件314可包括工具管柱312、殼體356和角度位置傳感器324。殼體356可相對于工具管柱312旋轉(zhuǎn)，諸如圖4中所描繪的彎曲箭頭328所示。工具管柱212可包括鉆孔301。在一些方面，鉆孔301提供流動路徑以供流體(諸如鉆井流體或生產(chǎn)流體)流過工具管柱212。在另外或替代方面，馬達(dá)、軸、齒輪或其他用于使殼體356相對于工具管柱212旋轉(zhuǎn)的組件可定位在鉆孔301內(nèi)。(此類組件的一些示例布置在下文相對于圖7進(jìn)行描述)。殼體356可承載天線316。使殼體356相對于工具管柱312旋轉(zhuǎn)可使天線316相對于工具管柱312旋轉(zhuǎn)。角度位置傳感器324可提供關(guān)于天線316相對于與工具管柱312分離的角度參考的取向的信息。角度參考的非限制性示例包括真北、磁北和與其中地球重力施加最大拉力的方向相對應(yīng)的向下方向。
[0041 ]角度位置傳感器324可包括勘察方向傳感器325?？辈旆较騻鞲衅骺啥ㄎ辉诠ぞ吖苤?12之上或之中而不是殼體356上?？辈旆较騻鞲衅骺蓹z測工具管柱312相對于與工具管柱312分離的角度參考的角度位置?？辈旆较騻鞲衅?24還可包括取向傳感器368。取向傳感器368可檢測天線316相對于勘察方向傳感器325的角度位置。天線316相對于角度參考的取向可基于取向傳感器368和勘察方向傳感器325的讀數(shù)來確定。例如，天線316與勘察方向傳感器325的角度偏移(如取向傳感器368所測量)可與勘察方向傳感器325與角度參考的角度偏移(如勘察方向傳感器325所測量)相結(jié)合產(chǎn)生天線316與角度參考的總角度偏移。作為一個說明性示例，勘察方向傳感器325可以是檢測工具管柱312與真北399的偏差的陀螺儀?？辈旆较騻鞲衅?25可以檢測到，工具管柱312相對于真北399以30度的向東偏差397來取向。取向傳感器368可以檢測到，天線316相對于勘察方向傳感器325在工具管柱312上的位置以60度的向東偏差395來取向。在這樣一種場景下，結(jié)合起來的讀數(shù)表明，天線316相對于真北399以90度的總向東偏差393來取向。
[0042]在一些方面，取向傳感器368可包括磁鐵335、345。磁鐵335、345可圍繞工具管柱212的圓周以規(guī)則間隔布置。磁鐵335、345可布置成其中偶極在X-Y平面上在工具管柱212的徑向方向上對準(zhǔn)。零點磁鐵345可相對于剩余磁鐵335具有倒轉(zhuǎn)取向。例如，如果剩余磁鐵335被布置成其中在徑向向內(nèi)方向上為北南取向，則零點磁鐵345可被布置成其中在徑向向內(nèi)方向上為南北取向。零點磁鐵345可與勘察方向傳感器325對準(zhǔn)(或處于已知偏移)。例如，零點磁鐵345可與工具管柱312的劃線327對準(zhǔn)或處于已知偏移。劃線327可識別勘察方向傳感器325相對于工具管柱312的參考取向位置。例如，勘察方向傳感器325的零點可與劃線327處于已知固定偏移。在一些方面，可在井底傳感器組件314完全組裝后，測量與劃線327的已知固定偏移。
[0043]取向傳感器368還可包括一個或多個磁力計365(諸如霍爾效應(yīng)傳感器)。當(dāng)磁力計365在相鄰磁鐵335、345之間移動時，磁力計365可檢測磁場強度的變化。例如，每當(dāng)磁力計365與磁鐵335、345對準(zhǔn)時，磁力計365可檢測磁強幅值的峰值。零點磁鐵345的倒轉(zhuǎn)對準(zhǔn)可導(dǎo)致與剩余磁鐵335在相反方向上出現(xiàn)峰值。自零點磁鐵345的相反峰值以來的峰值數(shù)量可提供磁力計365已行進(jìn)經(jīng)過零點磁鐵345多遠(yuǎn)的一般指示。與最近峰值的幅值差可指示磁力計365從所述峰值行進(jìn)多遠(yuǎn)并且當(dāng)磁力計365位于磁鐵335、345之間時，提供更精確的位置信息。在一些方面，陀螺儀或間隔計時器可與磁力計365—起使用，以基于所感測的旋轉(zhuǎn)速度對時間來提供磁鐵335、345之間的中間位置的其他近似程度。
[0044]雖然取向傳感器368在圖4中描繪成其中磁鐵335、345由工具管柱312承載并且磁力計365由殼體356承載，但其他布置是可能的。在一些方面，磁力計365由工具管柱312承載并且磁鐵335、345由殼體356承載。在一些方面，磁鐵335、345和磁力計365的組合可定位在工具管柱312和與殼體356耦接的馬達(dá)軸的組合上以使殼體356相對于工具管柱312旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)軸可定位在鉆孔301中并且以任何合適的方式耦接到殼體356，包括以下相對于圖7所描述的示例布置。其中取向傳感器368監(jiān)測馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)的布置可基于馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)與殼體的旋轉(zhuǎn)之間的已知關(guān)系來提供關(guān)于天線的角度位置的替代的或其他的指示。
[0045]在一些方面，取向傳感器368可通過減少井底傳感器組件314中所使用的勘察方向傳感器325的數(shù)量來降低井底傳感器組件314的生產(chǎn)成本。在一些方面，將一個或多個勘察方向傳感器325定位成隨每個旋轉(zhuǎn)天線316旋轉(zhuǎn)可降低井底傳感器組件314的復(fù)雜度或增大其精度。例如，隨天線316—起旋轉(zhuǎn)的勘察方向傳感器325可直接提供天線316相對于角度參考的取向的信息。直接獲取取向信息可減少或消除布置在勘察方向傳感器325與天線316之間的組件間的對準(zhǔn)變化的不精確性，諸如可能由于鉆柱扭轉(zhuǎn)、鉆井期間的螺紋連接固緊過度、馬達(dá)傳動系扭轉(zhuǎn)、齒輪間隙變化或其他失準(zhǔn)因素而發(fā)生。
[0046]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的具有多個接收天線418、420的井底傳感器組件414的截面?zhèn)纫晥D。井底傳感器組件414可包括工具管柱412、可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線416、第一可旋轉(zhuǎn)接收天線418、第二可旋轉(zhuǎn)接收天線420和馬達(dá)422。
[0047]第一可旋轉(zhuǎn)接收天線418和第二可旋轉(zhuǎn)接收天線420可沿著工具管柱412在離可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線416不同的長度處定位。不同長度可導(dǎo)致第一可旋轉(zhuǎn)接收天線418和第二可旋轉(zhuǎn)接收天線420與可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線416以不同方式對準(zhǔn)。對準(zhǔn)差異可允許可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線416在地層410中利用第一可旋轉(zhuǎn)接收天線418產(chǎn)生第一敏感體積426并且利用第二可旋轉(zhuǎn)接收天線420產(chǎn)生第二敏感體積428。第一敏感體積426可定位在與第二敏感體積428的調(diào)查深度不同的調(diào)查深度處。
[0048]在一些方面，井底傳感器組件414可同時提供不同的調(diào)查深度。例如，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線416可發(fā)射多個頻率以同時獲得多個調(diào)查深度。在一些方面，井底傳感器組件414可連續(xù)地提供不同的調(diào)查深度。例如，井底傳感器組件414可始終經(jīng)由可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線416來廣播頻率。井底傳感器組件414可通過啟動第一可旋轉(zhuǎn)接收天線418而不啟動第二可旋轉(zhuǎn)接收天線420來獲得第一調(diào)查深度。井底傳感器組件414可通過禁用第一可旋轉(zhuǎn)接收天線418并且啟動第二可旋轉(zhuǎn)接收天線420來獲得第二調(diào)查深度。
[0049]可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線416、第一可旋轉(zhuǎn)接收天線418和第二可旋轉(zhuǎn)接收天線420可響應(yīng)于馬達(dá)422的旋轉(zhuǎn)而相對于工具管柱412旋轉(zhuǎn)。使第一敏感體積426和第二敏感體積428相對于工具管柱412旋轉(zhuǎn)可提供更多樣化的調(diào)查深度、改進(jìn)的數(shù)據(jù)垂直分辨率、對數(shù)據(jù)變化的補償或它們的任意組合。
[0050]圖6是根據(jù)一個方面的其中接收天線518、520以不同傾斜角取向的井底傳感器組件514的一個示例的截面?zhèn)纫晥D。井底傳感器組件514可包括沿著工具管柱512定位的可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516、第一可旋轉(zhuǎn)接收天線518和第二可旋轉(zhuǎn)接收天線520。
[0051 ]工具管柱512可具有井下端部546。在一些方面，鉆頭可定位在井下端部546處。工具管柱512可在穿過地層510的方向上行進(jìn)。例如，工具管柱512可在基本水平方向上行進(jìn)，如圖6中的向右箭頭所示。
[0052]第一可旋轉(zhuǎn)接收天線518可被取向成其中繞組519的平面以與可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516的繞組517的平面基本上垂直的傾斜角定位。所述垂直取向可產(chǎn)生定位在可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516與第一可旋轉(zhuǎn)接收天線518之間的第一敏感體積526。第一敏感體積526可提供關(guān)于地層510的相對于工具管柱512橫向定位的一部分的信息。例如，第一敏感體積526可定位在工具管柱512的水平行進(jìn)方向下方，如圖6所示。
[0053]第二可旋轉(zhuǎn)接收天線520可具有以與可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516的繞組517的平面的傾斜角基本上平行的傾斜角取向的繞組521的平面。所述平行取向可產(chǎn)生第二敏感體積528和第三敏感體積529。第二敏感體積528可包括延伸越過可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516并且離開第二可旋轉(zhuǎn)接收天線520的部分532。例如，第二敏感體積528可包括相對于可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516向前延伸(例如，在圖6中顯示為向右)的部分532。在一些方面，來自平行取向的第二敏感體積528可在工具管柱512的井下端部546之前延伸。在一個示例中，平行取向可提供關(guān)于在鉆柱中位于鉆頭之前的區(qū)域的信息。在一些方面，將天線更靠近工具管柱512的井下端部546定位可使得在井下端部546之前可以檢測到的距離增大。例如，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516可相對于馬達(dá)522向井下定位，這導(dǎo)致一個或多個天線相對于工具管柱512旋轉(zhuǎn)。第三敏感體積529可包括延伸越過第二可旋轉(zhuǎn)接收天線520并且離開可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線516的部分533。例如，第三敏感體積529可包括相對于第二可旋轉(zhuǎn)接收天線520向后延伸(例如，在圖6中顯示為向左)的部分533。
[0054]垂直傾斜角取向可提供比通過平行傾斜角取向所提供的第二敏感體積528更小的第一敏感體積526。較小尺寸的第一敏感體積526可提供比由第二敏感體積528所提供的讀數(shù)，分辨率更高的讀數(shù)。較大尺寸的第二敏感體積528可提供比由第一敏感體積526所提供的讀數(shù)，與工具管柱512相距更遠(yuǎn)的地層510的區(qū)域相對應(yīng)的讀數(shù)。將第一敏感體積526的較淺讀數(shù)和第二敏感體積528的較深讀數(shù)相結(jié)合可提供徑向地圍繞工具管柱512的地層510的特征曲線。地層510的特征曲線可改進(jìn)地層510中的不同層的邊界的解釋或識別。
[0055]圖7是根據(jù)一個方面的可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650的一個示例的截面?zhèn)纫晥D?？尚D(zhuǎn)傳感器組件650可使傳感器諸如以上相對于圖2至圖6所述的可旋轉(zhuǎn)傳感器相對于工具管柱612旋轉(zhuǎn)?？尚D(zhuǎn)傳感器組件650可包括本體652、軸654和殼體656。
[0056]本體652可以是工具管柱612的一部分。本體652可包括耦接特征658a、658b，以用于與工具管柱612的其他部分660a、660b連接。例如，耦接特征658a、658b可以是螺紋表面。
[0057]軸654可定位在本體652內(nèi)。軸654可由支承組件662a、662b相對于本體652來支撐。支承組件662a、662b可允許軸654相對于本體652旋轉(zhuǎn)。在一些方面，支承組件662a、662b可限制流體通過。在一個示例中，支承組件662a、662b密封軸654周圍的腔室664。在另一示例中，支承組件662a、662b允許流體在某種程度上通過以使組件在腔室664內(nèi)潤滑。在一些方面，軸654可包括內(nèi)部通道666。通道666可允許流體從腔室664的一端穿過軸654流到另一端。例如，通道666可提供路徑供鉆井流體在鉆井操作中到達(dá)泥漿馬達(dá)并且為泥漿馬達(dá)提供動力。
[0058]軸654可耦接到馬達(dá)，諸如以上相對于圖2所述的馬達(dá)222。在一個示例中，軸654可經(jīng)由連續(xù)速度萬向節(jié)668連接到泥漿馬達(dá)。在另一示例中，軸654可以是馬達(dá)的轉(zhuǎn)子。軸654可響應(yīng)于馬達(dá)操作而旋轉(zhuǎn)。軸654可將馬達(dá)的扭轉(zhuǎn)運動傳達(dá)到其他物體。在一些方面，軸654可與親接件670相連以將扭轉(zhuǎn)運動傳達(dá)到相對于軸654定位在軸向方向上的物體。在一個示例中，軸654可由耦接件670相連以導(dǎo)致另一可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650的軸654旋轉(zhuǎn)，從而使得可旋轉(zhuǎn)傳感器組件的旋轉(zhuǎn)同步。
[0059]殼體656可與軸654扭轉(zhuǎn)地耦接以使得軸654的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致殼體656旋轉(zhuǎn)。例如，軸654可與殼體656經(jīng)由一個或多個齒輪670a、670b而扭轉(zhuǎn)地親接。殼體656可包括齒輪表面672以用于嚙合齒輪670a、670b。在一個示例中，附連到軸654的齒輪670a可嚙合行星齒輪670b。行星齒輪670b可附連到由本體652支撐的行星齒輪軸674。雖然在圖7僅顯示了一個行星齒輪670b和一個行星齒輪軸674，但可將多行星齒輪670b和行星齒輪軸674徑向地定位在軸654周圍。一個或多個行星齒輪670b可以嚙合殼體656上的齒輪表面672和附連到軸654的齒輪670a，以在軸654與殼體656之間傳遞旋轉(zhuǎn)運動。
[0060]在一些方面，支承件676可定位在殼體656與本體652之間。支承件676可以是徑向支承件、軸向支承件或它們的某種組合。軸向支承件和徑向支承件的組合可允許殼體656在無負(fù)載施加在殼體上(這可能另外阻礙旋轉(zhuǎn))的情況下繼續(xù)相對于本體652旋轉(zhuǎn)。在一些方面，彈簧678或其他偏置對準(zhǔn)裝置可定位在支承件676內(nèi)以使支承件676在施加了外部負(fù)載的情況下保持處于適當(dāng)位置。
[0061 ] 殼體656可包括地層傳感器680、本體角度位置傳感器682、軸角度位置傳感器684、勘察方向傳感器686、電子封裝688和通信裝置690。盡管殼體656在圖7中示為具有全部這些組件，但在一些方面，可將這些組件中的一者或多者從殼體656中省去。
[0062]地層傳感器680可檢測地層610的特征。例如，地層傳感器680可以是如以上相對于圖2所述的可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218。在一些方面，地層傳感器680是可在發(fā)射模式與接收模式之間切換的收發(fā)機。在一些方面，地層傳感器680可以是定向傳感器而不是用于檢測地層中的阻力的天線。這樣一個替代地層傳感器680的非限制性示例包括伽馬射線傳感器、聲傳感器、核磁共振傳感器和密度傳感器。另外地或替代地，所有此類傳感器均可用于感測地層的特征或相對于地層內(nèi)所感測的人造物體諸如另一井筒、井筒管柱或遺失鉆柱的方向和距離。盡管可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650在圖7中示為具有單個地層傳感器680，但其他布置也是可能的。在一些方面，可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650可包括多個地層傳感器680或多個距離和方向范圍傳感器。這些多個地層傳感器680或距離和范圍傳感器可具有彼此相同或不同的類型。
[0063]本體角度位置傳感器682可檢測地層傳感器680相對于可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650的本體652的角度位置。例如，本體角度位置傳感器682可在光學(xué)上檢測定位在本體652的圓周周圍的標(biāo)記物692。在特定時間所檢測的標(biāo)記物692可指示地層傳感器680在特定時間相對于本體652的角度位置。
[0064]軸角度位置傳感器684可檢測地層傳感器680相對于可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650的軸654的角度位置。例如，軸角度位置傳感器684可檢測與軸654或行星齒輪軸674耦接(示為與圖7中的行星齒輪軸674耦接)的一個或多個磁鐵694的磁場。在特定時間所檢測的磁場強度可指示地層傳感器680在特定時間相對于軸654的角度位置。
[0065]勘察方向傳感器686可檢測勘察方向傳感器686相對于與可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650不同的角度參考的角度位置。例如，角度位置可基于重力、真北或磁北諸如通過一個或多個加速度計、陀螺儀或磁力計來檢測。由這些組件中的一者或多者在特定時間所檢測的讀數(shù)的強度或方向可指示勘察方向傳感器686相對于角度參考的角度位置或取向。
[ΟΟ??] 將勘察方向傳感器686與地層傳感器680—起定位在殼體656上可導(dǎo)致由勘察方向傳感器686所檢測的角度位置與地層傳感器680的角度位置直接相對應(yīng)。例如，地層傳感器680與角度參考的角度偏轉(zhuǎn)可等于由勘察方向傳感器686所檢測的角度偏轉(zhuǎn)或者可偏移與其中勘察方向傳感器686和地層傳感器680在殼體656上相對于彼此對準(zhǔn)的方式相對應(yīng)的已知量。
[0067]在一些方面，勘察方向傳感器686可定位在不同于殼體656的位置，諸如工具管柱612中的任何地方。在至少此類布置中，本體角度位置傳感器682或軸角度位置傳感器684可確定地層傳感器680相對于勘察方向傳感器686的角度位置，盡管取向傳感器368(以上相對于圖4所述)可確定天線316相對于勘察方向傳感器325的角度位置。地層傳感器680相對于勘察方向傳感器686的這個角度位置可與勘察方向傳感器686的角度位置相結(jié)合以確定地層傳感器680相對于角度參考的取向，盡管天線316相對于角度參考的取向可基于取向傳感器368和勘察方向傳感器325(如以上相對于圖4所述)的讀數(shù)來確定。
[0068]電子封裝688可針對以上描述的各種數(shù)據(jù)生產(chǎn)傳感器(例如，本體角度位置傳感器682、軸角度位置傳感器684、勘察方向傳感器686、地層傳感器680或它們的某種組合)來發(fā)送或接收信息。電子封裝688還可提供集中時間保持功能，用于使數(shù)據(jù)生產(chǎn)傳感器的讀數(shù)計時同步或合成。在一些方面，數(shù)據(jù)生產(chǎn)傳感器中的一者或多者集成到電子封裝688中。
[0069]電子封裝688可包括信息處理系統(tǒng)的一個或多個組件。如本文所使用，術(shù)語“信息處理系統(tǒng)”指的是一種包括與非暫時性存儲裝置耦接的一個或多個處理器的系統(tǒng)。存儲裝置的非限制性示例包括RAM和ROM。所述存儲裝置可存儲可由一個或多個處理器執(zhí)行的機械可讀指令。當(dāng)由處理器執(zhí)行時，所述指令可導(dǎo)致處理器執(zhí)行功能，所述功能可包括本文所描述的各種功能。作為一個說明性示例，信息處理系統(tǒng)可被配置成執(zhí)行相對于以上段落和本文其他地方相對于電子封裝688所描述的功能。此外，術(shù)語“信息處理系統(tǒng)”并不僅僅限于參照圖7所述的電子封裝688。信息處理系統(tǒng)的另外的非限制性示例包括微控制器、模擬電子器件、定位在地面上的計算系統(tǒng)和它們的組合。
[ΟΟΤ?]電子封裝688還可經(jīng)由通信裝置690發(fā)送或接收信息。在一個示例中，通信裝置690可以是環(huán)形線圈，所述環(huán)形線圈用于通過無線網(wǎng)絡(luò)向井底鉆具組件中其他裝置諸如井底傳感器組件214或在鉆柱中的任何中間點提供短跳通信。通信裝置690的其他示例包括電感耦接器或滑環(huán)。
[0071]電子封裝688、數(shù)據(jù)生產(chǎn)傳感器和通信裝置690(或它們的任意組合)可由任何合適的電源供電。在一個示例中，電源可以是殼體656中的電子封裝688中所包含的電池。在另一個示例中，電源可遠(yuǎn)離殼體656(諸如，在井底鉆具組件中的任何地方)定位并且通過滑環(huán)轉(zhuǎn)移到殼體656以將電力從本體652傳達(dá)到殼體656。
[0072]圖8是根據(jù)一個方面的具有兩個馬達(dá)722、736的井底傳感器組件714的一個示例的截面?zhèn)纫晥D。井底傳感器組件714可包括沿工具管柱712定位的第一馬達(dá)722、第二馬達(dá)736、第一可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716、第二可旋轉(zhuǎn)傳感器組件718、第三可旋轉(zhuǎn)傳感器組件720、可旋轉(zhuǎn)近鉆頭傳感器組件738和鉆頭746 ο在一些方面，第一可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716、第二可旋轉(zhuǎn)傳感器組件718和第三可旋轉(zhuǎn)傳感器組件720可各自與以上相對于圖7所述的可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650類似。
[0073]第一可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716可與第一馬達(dá)722耦接。第一馬達(dá)722可導(dǎo)致第一可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716獨立于工具管柱712或第二馬達(dá)736旋轉(zhuǎn)。在一個示例中，第二馬達(dá)736可使鉆頭746旋轉(zhuǎn)。第一馬達(dá)722可允許第一可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716獨立于鉆頭746的旋轉(zhuǎn)速率而以一定速率旋轉(zhuǎn)。獨立旋轉(zhuǎn)可允許第一可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716的掃描速率諸如基于正鉆出的井的穿透速率而最優(yōu)化。
[0074]第二馬達(dá)736可與第二可旋轉(zhuǎn)傳感器組件718、第三可旋轉(zhuǎn)傳感器組件720、可旋轉(zhuǎn)近鉆頭傳感器組件738和鉆頭746耦接。使多個可旋轉(zhuǎn)傳感器組件718、720、738與共用馬達(dá)736耦接可允許可旋轉(zhuǎn)傳感器組件718、720、738同步旋轉(zhuǎn)。同步旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)井底傳感器組件714的簡化配置，諸如數(shù)量減少的馬達(dá)或角度位置傳感器的配置。
[0075]可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716、718、720或738中的一者或多者可包括多個傳感器780a、780b。多個傳感器780a、780b可相對于彼此傾斜，以使得可利用第一傳感器780a進(jìn)行與第二傳感器780b不同的測量。在一個示例中，多個傳感器780a、780b可以是在彼此傾斜的繞組平面上布置的天線繞組。可基于接收天線和發(fā)射天線的相應(yīng)取向來在第一繞組平面中的第一位置和第二繞組平面中的第二位置確定地下地層的特征。在一些方面，多個傳感器780a、780b可基本上彼此垂直布置。
[0076]可旋轉(zhuǎn)傳感器組件716、718、720或738中的多個傳感器780a、780b可提供更大數(shù)量的數(shù)據(jù)點用于計算地層特征。例如，交叉天線可從不同的發(fā)射器和接收器組合提供多個信道(即測量值)O交叉天線還可允許諸如通過對來自交叉天線中的每一者的響應(yīng)進(jìn)行加權(quán)平均來將從偶極角度獲得的物理上不一定存在的測量值合成。
[0077]可旋轉(zhuǎn)近鉆頭傳感器組件738可不同于以上相對于圖7所述的可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650。例如，圖9是根據(jù)一個方面的可旋轉(zhuǎn)近鉆頭傳感器組件838的一個示例的截面?zhèn)纫晥D?？尚D(zhuǎn)近鉆頭傳感器組件838可包括本體852、軸854和電子殼體或插入件856。在一些方面，可旋轉(zhuǎn)近鉆頭傳感器組件838可定位在工具管柱的井下端部附近，以提供可旋轉(zhuǎn)傳感器，用于相對于工具管柱的井底端部向前查看或相對于鉆柱中的鉆頭向前查看。
[0078]本體852可與軸854耦接。軸854可由馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。軸854可包括鉆井流體可流過其中的通道866。本體852可具有限定腔室864的中空內(nèi)部。本體852可包括用于與其他工具諸如鉆頭、其他傳感器或轉(zhuǎn)向工具連接的耦接特征858。在一個示例中，耦接特征858可以是螺紋表面。流過軸854的鉆井流體可流過腔室864并且流過耦接特征858。本體852可包括地層傳感器880和通信裝置890。
[0079]插入件856可安裝到腔室864中。插入件可包括中心鉆孔896。鉆孔896可提供路徑供鉆井流體從軸854流過耦接特征858。插入件856可包括密封體積898。密封體積898可包含電子封裝888。插入件856安裝到腔室864中可在電子封裝888與地層傳感器880之間建立電子通信。插入件856安裝到腔室864中可在電子封裝888與通信裝置890之間建立電子通信。在一些方面，電子封裝888可包括一個或多個角度位置傳感器886，用于確定地層傳感器880的角度位置。電子封裝888可將信息從地層傳感器880經(jīng)由通信裝置890傳輸出來。
[0080]圖10是根據(jù)一個方面的具有傳感器組件916、918、920、938的井底傳感器組件914的一個示例的截面?zhèn)纫晥D，所述傳感器組件各自具有三個地層傳感器980a、980b、980c。傳感器組件916、918、920、938可包括任何數(shù)量的交叉?zhèn)鞲衅?80a、980b、980c。具有三個交叉?zhèn)鞲衅?80a、980b、980c的配置(諸如圖10所示)可提供比具有較少交叉?zhèn)鞲衅?80a、780b的配置(諸如圖8所示)更多的信道和數(shù)據(jù)點。在一些方面，雖然其中三個交叉?zhèn)鞲衅?80a、980b、980c無旋轉(zhuǎn)的配置可提供充分的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確測量，但使傳感器組件916、918、920、938中的一者或多者旋轉(zhuǎn)可提供其他數(shù)據(jù)以降低噪聲或以其他方式改進(jìn)從可旋轉(zhuǎn)傳感器組件916、918、920、938獲得的信息的質(zhì)量。
[0081 ] 在一些方面，少于全部的傳感器組件916、918、920、938是可旋轉(zhuǎn)的。例如，與傳感器組件916、938耦接的馬達(dá)922可導(dǎo)致傳感器組件916、938在傳感器組件918、920保持靜止時旋轉(zhuǎn)。減少旋轉(zhuǎn)傳感器的數(shù)量可通過減少移動零件的數(shù)量來降低井底傳感器組件914的復(fù)雜度。在一些方面，旋轉(zhuǎn)傳感器組件916、938進(jìn)行發(fā)射并且靜止傳感器組件918、920進(jìn)行接收。在其他方面，靜止傳感器組件918、920進(jìn)行發(fā)射并且旋轉(zhuǎn)傳感器組件916、938進(jìn)行接收。井底傳感器組件914可包括用于發(fā)射和接收的靜止傳感器組件或旋轉(zhuǎn)傳感器組件的任意組合。在一些方面，可旋轉(zhuǎn)傳感器組件(諸如圖10所示的傳感器組件916、938)可鎖定到工具管柱912以停止或防止旋轉(zhuǎn)并且將可旋轉(zhuǎn)傳感器組件臨時轉(zhuǎn)化成靜止傳感器組件。
[0082]圖11是根據(jù)一個方面的用于具有可旋轉(zhuǎn)傳感器的井底傳感器組件的控制系統(tǒng)1000的框圖。井底傳感器組件可包括系統(tǒng)控制中心1002、發(fā)射器1004a至1004η、接收器1006a至1006m、數(shù)據(jù)采集單元1008、數(shù)據(jù)緩沖器1010、數(shù)據(jù)處理單元1012和通信單元1014、時間同步器1020和馬達(dá)控制器1022。
[0083]系統(tǒng)控制中心1002可形成信息處理系統(tǒng)的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息處理系統(tǒng)或與本文所述的其他信息處理系統(tǒng)界面結(jié)合。例如，系統(tǒng)控制中心1002可包括一個或多個處理器或模擬電子器件。系統(tǒng)控制中心1002可管理控制系統(tǒng)1000中的其他組件的操作。頻率范圍為IHz至1MHz的信號可由系統(tǒng)控制中心1002生成并且饋送到多個發(fā)射器1004a至1004η(可包括任意數(shù)量“η”個發(fā)射器1004a至1004η)。在一個示例中，發(fā)射器1004a至1004η可包括發(fā)射天線，所述發(fā)射天線可響應(yīng)于穿過天線的電流而將電磁波發(fā)射到井筒地層中。在一些方面，發(fā)射器1004a至1004η中的任一者可包括多個發(fā)射天線，所述多個發(fā)射天線經(jīng)由多路分用器連接到單個發(fā)射器，所述多路分用器經(jīng)由系統(tǒng)控制中心1002來控制。這可使得發(fā)射器1004a至1004η的總數(shù)量、電子器件的尺寸和控制系統(tǒng)1000的復(fù)雜度減小。
[0084]接收器1006a至1006m(可包括任意數(shù)量“m”個接收器1006a至1006m)可從井筒地層接收電磁波信號。在一個示例中，接收器1006a至1006m包括天線。所接收的信號可被引向系統(tǒng)控制中心1002。與具有多個發(fā)射天線的發(fā)射器1004a至1004η類似，為提高效率，可將多個接收天線經(jīng)由多路分用器連接到相同接收器1006a至1006m?？赏瑫r發(fā)射和接收多個頻率以在有限時間窗口內(nèi)提高功能性。在一個示例中，方形時間波形或其他時間波形可在發(fā)射器1004a至1004η上同時激發(fā)多個頻率。這些頻率可在數(shù)據(jù)采集單元1008中的接收端處通過濾波器分離?？稍谒薪邮掌?006a至1006m上接收來自每個發(fā)射器1004a至1004η的信號并將所述信號記錄。時間同步器1020可包括時鐘或在發(fā)射和接收各種信號時進(jìn)行追蹤的一致時間基準(zhǔn)的其他裝置。數(shù)據(jù)緩沖器1010可存儲所接收的信號進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理單元1012可對數(shù)據(jù)執(zhí)行處理或反轉(zhuǎn)以將信號信息轉(zhuǎn)換成關(guān)于井筒信息特征的信號信息。所述反轉(zhuǎn)可在井下執(zhí)行，或可在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到地面1016后，在地面1016上的計算機中執(zhí)行。通信單元1014可將數(shù)據(jù)或結(jié)果傳達(dá)到地面1016，諸如傳達(dá)到定位在地面1016上的控制系統(tǒng)。在一個示例中，可使用數(shù)據(jù)或結(jié)果，以諸如通過經(jīng)由地面上的可視化裝置向鉆柱操作人員提供信息或通過向自動鉆柱導(dǎo)引系統(tǒng)提供信息而在鉆井操作中引導(dǎo)鉆柱的方向。另外地或替代地，通信單元1014可將數(shù)據(jù)或結(jié)果傳達(dá)到其他井下工具，例如，以改進(jìn)定位和提取烴的各方面。通信單元1014可包括適當(dāng)組件或其組合，以通過任何合適形式的遙測技術(shù)進(jìn)行通信，所述遙測技術(shù)包括但不限于電子脈沖、模擬信號、振幅調(diào)制模式、頻率調(diào)制模式或電磁波的任意組合，它們中的任一者均可通過有線傳輸、無線傳輸或泥漿脈沖傳輸?shù)娜我饨M合來傳送。
[0085]馬達(dá)控制器1022可控制用于使發(fā)射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的任一者旋轉(zhuǎn)的一個或多個馬達(dá)。馬達(dá)控制器1022可形成信息處理系統(tǒng)的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息處理系統(tǒng)或與本文所述的其他信息處理系統(tǒng)界面結(jié)合。馬達(dá)控制器1022可通過控制相關(guān)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速率來調(diào)整發(fā)射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m的旋轉(zhuǎn)速率。在一些方面，馬達(dá)控制器1022可在特定點停止旋轉(zhuǎn)，以將發(fā)射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的一者或多者在具體方向上取向，從而測量井筒地層中的特定所感興趣區(qū)域。
[0086]在一些方面，發(fā)射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的一者或多者可與可旋轉(zhuǎn)傳感器組件1028相對應(yīng)。例如，可旋轉(zhuǎn)傳感器組件1028可以是以上相對于圖7所述的可旋轉(zhuǎn)傳感器組件650。圖12是根據(jù)一個方面的用于可旋轉(zhuǎn)傳感器組件1028的控制系統(tǒng)1100的框圖?？刂葡到y(tǒng)1100可形成信息處理系統(tǒng)的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息處理系統(tǒng)或與本文所述的其他信息處理系統(tǒng)界面結(jié)合?？刂葡到y(tǒng)1100可包括控制器1102、存儲器1104、勘察方向傳感器1106、地層傳感器1108、電源1110、軸位置傳感器1112、通信裝置1114、殼體位置傳感器1116、時間同步器1118和速率控制器1120。雖然用于可旋轉(zhuǎn)傳感器組件1028的控制系統(tǒng)1100在圖12中描述為具有這些所列出組件的全部，但在一些方面，可將這些組件中的一者或多者可省去或直接并入作為圖11所示控制系統(tǒng)1000的一部分。
[0087]控制器1102可形成信息處理系統(tǒng)的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息處理系統(tǒng)或與本文所述的其他信息處理系統(tǒng)界面結(jié)合。例如，控制器1102可包括處理器。存儲器1104可存儲可由控制器1102存取的機械可讀指令。存儲器1104可存儲在井操作完成后可恢復(fù)的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)存儲在存儲器1104中可使得在操作期間傳達(dá)到地面的數(shù)據(jù)量減少。地層傳感器1108可從井筒地層接收信號并且向控制器1102提供有關(guān)數(shù)據(jù)。例如，地層傳感器1108可以是以上相對于圖7所述的地層傳感器680。
[0088]電源1110可為控制系統(tǒng)1100的各種電子器件提供電力。電源1110可以是任何合適的電源(包括電池、滑環(huán)或相對于通往地面上或工具管柱中的另一電源的導(dǎo)線或其他管道的其他連接件)或通過鉆井流體或井底鉆具組件與傳感器殼體之間的差動旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動的發(fā)電機(諸如交流發(fā)電機)。
[0089]在一些方面，存儲器1104還可存儲將要進(jìn)行組織和分析的數(shù)據(jù)。例如，隨著地層傳感器680的旋轉(zhuǎn)，可將方位角測量取向建倉到存儲器1104中并且分成方向倉對時間或深度(或兩者)。鉆孔深度可以是方位角測量時已知的或隨后基于可在地面上測量的深度對時間數(shù)據(jù)來添加。建倉數(shù)據(jù)可用于使測量值與深度和取向相關(guān)。這樣一來，可在方位角地層傳感器680旋轉(zhuǎn)時測量在工具管柱或鉆孔的圓周周圍的地層特征的角度曲線。
[0090]勘察方向傳感器1106可向控制器1102提供關(guān)于地層傳感器1108的取向的信息。軸位置傳感器1112可向控制器1102提供關(guān)于地層傳感器1108相對于旋轉(zhuǎn)軸(諸如以上相對于圖7所述的軸654)的位置的信息，所述旋轉(zhuǎn)軸導(dǎo)致地層傳感器1108旋轉(zhuǎn)。殼體位置傳感器1116可向控制器1102提供關(guān)于殼體(諸如以上相對于圖7所述的殼體656)相對于工具管柱的角度位置的信息，所述殼體支撐地層傳感器1108。在一些方面，勘察方向傳感器1106可提供關(guān)于地層傳感器1108的取向的直接信息，與以上相對于圖2至圖3所述的方式類似，其中角度位置傳感器224或225可被定位成分別隨可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218—起旋轉(zhuǎn)以指示它的角度位置。在一些方面，勘察方向傳感器1106可提供關(guān)于可地層傳感器1108的取向的間接信息，可通過軸位置傳感器1112或殼體位置傳感器1116的信息來補充，與以上相對于圖5所述的方式類似，其中來自勘察方向傳感器325的數(shù)據(jù)可與來自取向傳感器368的數(shù)據(jù)相結(jié)合以確定天線316的角度位置。
[0091]時間同步器1118可包括時鐘或其他時間參考裝置。時間同步器可為控制器1102提供常見的時間標(biāo)度，以合成從各種組件所接收的各種測量值?？刂破?102可經(jīng)由控制器1120控制地層傳感器1108的旋轉(zhuǎn)速率。例如，速率控制器1120可控制使地層傳感器1108旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速率。速率控制器1120可形成信息處理器系統(tǒng)的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息處理系統(tǒng)或與本文所述的其他信息處理系統(tǒng)界面結(jié)合。
[0092]通信裝置1114可針對控制器1102傳達(dá)信息。例如，通信裝置1114可將信息從控制器傳達(dá)到地面或傳達(dá)到工具管柱中的另一工具。通信裝置1114的一個示例是用于進(jìn)行短跳通信的環(huán)形線圈，如以上相對于圖7所述。所述環(huán)形線圈可周向地纏繞在環(huán)形線圈的載體周圍。在一些方面，通信裝置1114可向系統(tǒng)控制中心1002(以上相對于圖11所述)傳達(dá)關(guān)于地層傳感器1108的合成的信息或原始數(shù)據(jù)作為關(guān)于發(fā)射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的一者或多者的信息。
[0093]圖13是根據(jù)一個方面的圖示了用于測量地下地層的各向異性特征的示例方法1200的流程圖。所述方法可使用如本文所述的井底傳感器組件，諸如以上相對于圖2至圖3所述的井底傳感器組件214或其變體，諸如相對于本文中的其他附圖所述。
[0094]在塊1210中，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)射第一信號。例如，可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216可將信號發(fā)射到地層210中。在塊1220中，經(jīng)由接收天線接收與第一信號相關(guān)的第二信號。當(dāng)發(fā)射天線或接收天線相對于工具管柱旋轉(zhuǎn)時，可發(fā)射第一信號或可接收第二信號。例如，可旋轉(zhuǎn)接收天線218可從地層210的敏感體積226接收與地層210對由可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216所發(fā)射的第一信號的響應(yīng)相對應(yīng)的信號。可旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線216或可旋轉(zhuǎn)接收天線218可在發(fā)射或接收信號時旋轉(zhuǎn)。
[0095]在塊1230中，當(dāng)發(fā)射天線或接收天線相對于工具管柱旋轉(zhuǎn)時，檢測發(fā)射天線或接收天線的角度位置。例如，在塊1230中，角度位置傳感器224或225可檢測角度位置。
[0096]在塊1240中，第二信號和角度位置可用于確定地下地層在相對于井底鉆具組件的位置處的特征。例如，第二信號可指示敏感體積226中的地層210的電阻率并且角度位置可指示敏感體積226相對于工具管柱212的位置。
[0097]在一些方面，可將多個發(fā)射器和接收器對的信號結(jié)合起來使用以確定地下地層的特征?？赏ㄟ^以下操作來進(jìn)行確定:利用地層特征值進(jìn)行模擬以產(chǎn)生建模信號;計算建模信號與來自發(fā)射器和接收器的信號之間的差；以及調(diào)整地層特征值直到實現(xiàn)最小差?？山邮芘c最小差相對應(yīng)的地層特征值作為對由發(fā)射器和接收器對的信號所測量的地層特征的最終解釋。
[0098]在一些方面，可提供一種井底鉆具組件，所述井底鉆具組件包括工具管柱和方位角傳感器，所述方位角傳感器與所述工具管柱可旋轉(zhuǎn)地耦接以使得方位角傳感器可相對于工具管柱旋轉(zhuǎn)。在一些方面，一種方法可包括使方位角傳感器相對于工具管柱旋轉(zhuǎn)。
[0099]在一些方面，根據(jù)以下實施例中的一個或多個實施例來提供井底鉆具組件、井下系統(tǒng)、工具或方法。在一些方面，在這些實施例的一個或多個實施例中描述的工具、組件或系統(tǒng)可用于執(zhí)行在其他實施例之一中描述的方法。
[0100]實施例#1:可提供一種井下組件，所述井下組件包括:工具管柱;方向相關(guān)發(fā)射器，所述方向相關(guān)發(fā)射器與所述工具管柱耦接；以及方向相關(guān)接收器，所述方向相關(guān)接收器與所述工具管柱耦接，其中所述方向相關(guān)接收器和所述方向相關(guān)發(fā)射器中的至少一者可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。
[0101]實施例#2:可提供實施例#1的井下組件，進(jìn)一步包括至少一個角度位置傳感器，所述至少一個角度位置傳感器被布置成與可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)的所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者具有一種已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系。所述接收器可接收具有信號信息的信號。所述至少一個角度位置傳感器可檢測所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者的角度位置。所述信號信息和所述角度位置可指示地下地層在相對于所述工具管柱的位置處的特征。
[0102]實施例#3:可提供實施例#1至#2中任一項的井下組件，進(jìn)一步包括與所述接收器和所述至少一個角度位置傳感器通信地耦接的通信單元。所述通信裝置可與所述接收器通信地耦接以發(fā)射所述信號信息。所述通信裝置可與所述至少一個角度位置傳感器通信地耦接以用于發(fā)射所述角度位置。
[0103]實施例#4:可提供實施例#1至#2中任一項的井下組件，進(jìn)一步包括與所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者耦接的馬達(dá)，其中所述發(fā)射器或所述接收器可響應(yīng)于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。
[0104]實施例#5:可提供實施例#1至#4中任一項的井下組件，進(jìn)一步包括第二馬達(dá)和可響應(yīng)于所述第二馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的鉆頭，其中與所述發(fā)射器或所述接收器耦接的所述馬達(dá)可獨立于所述第二馬達(dá)而旋轉(zhuǎn)。
[0105]實施例#6:可提供實施例#1至#4中任一項的井下組件，其中所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述馬達(dá)向井上定位。
[0106]實施例#7:可提供實施例#1至#4中任一項的井下組件，其中所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述馬達(dá)向井下定位。
[0107]實施例#8:可提供實施例#1至#2中任一項的井下組件，進(jìn)一步包括馬達(dá)和可響應(yīng)于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的鉆頭，其中所述發(fā)射器或所述接收器定位在所述鉆頭處或鄰近所述鉆頭定位。
[0108]實施例#9:可以提供實施例#1至#2中任一項的井下組件，其中所述發(fā)射器或所述接收器可相對于所述工具管柱在與所述工具管柱的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上旋轉(zhuǎn)。
[0109]實施例#10:可提供實施例#1至#2中任一項的井下組件，其中所述發(fā)射器可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)并且所述接收器可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。
[0110]實施例#11:可提供實施例#1至#10中任一項的井下組件，進(jìn)一步包括與所述發(fā)射器和所述接收器耦接的馬達(dá)，其中所述發(fā)射器和所述接收器可響應(yīng)于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而一起相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。
[0111]實施例#12:可提供實施例#1至#10中任一項的井下組件，其中所述至少一個角度位置傳感器包括第一角度位置傳感器和第二角度位置傳感器，所述井下組件進(jìn)一步包括:與所述發(fā)射器耦接的第一馬達(dá)，其中所述發(fā)射器可響應(yīng)于所述第一馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)并且所述第一角度位置傳感器被布置成與所述發(fā)射器具有第一已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系；以及與所述接收器耦接的第二馬達(dá)，其中所述接收器可響應(yīng)于所述第二馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)并且所述第二角度位置傳感器被布置成與所述接收器具有第二已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系。所述第一角度位置傳感器可檢測所述發(fā)射器相對于所述工具管柱的角度位置。所述第二角度位置傳感器可檢測所述接收器相對于所述工具管柱的角度位置。
[0112]實施例#13:可提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:工具管柱;發(fā)射器，所述發(fā)射器可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn);第一角度位置傳感器，所述第一角度位置傳感器可被布置成與所述發(fā)射器具有第一已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系;接收器，所述接收器可相對于工具管柱旋轉(zhuǎn);第二角度位置傳感器，所述第二角度位置傳感器被布置成與所述接收器具有第二已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系；以及信息處理系統(tǒng)，所述信息處理系統(tǒng)至少與所述接收器通信地耦接，所述信息處理系統(tǒng)包括處理器和與所述處理器耦接的存儲裝置，所述存儲裝置包含指令集，所述指令集在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于從所述接收器、所述第一角度位置傳感器和所述第二角度位置傳感器所接收的輸出來確定地下地層相對于所述工具管柱的特征。所述第一角度位置傳感器可檢測所述發(fā)射器的角度位置。所述第二角度位置傳感器可檢測所述接收器的角度位置。所述輸出可包括由所述接收器所接收的信號、所述發(fā)射器的角度位置和所述接收器的角度位置。
[0113]實施例#14:可提供實施例#13的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:馬達(dá)，所述馬達(dá)與所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者扭轉(zhuǎn)地耦接，以使一根或多根扭轉(zhuǎn)地耦接的天線旋轉(zhuǎn)；以及馬達(dá)控制器，所述馬達(dá)控制器與所述馬達(dá)和所述信息處理系統(tǒng)通信地耦接，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器指示所述馬達(dá)控制器通過控制所述馬達(dá)的速度來控制所述一根或多根扭轉(zhuǎn)地耦接的天線的速度。
[0114]實施例#15:可提供實施例#13的系統(tǒng)，其中所述接收器包括基本上平行于所述發(fā)射器的發(fā)射天線而取向的接收天線并且所述發(fā)射天線或所述接收天線中的至少一者相對于所述工具管柱的縱軸傾斜，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的所述指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于所述接收天線和所述發(fā)射天線的所述平行取向而確定所述地下地層在所述工具管柱的端部之前的位置處的特征。
[0115]實施例#16:可提供實施例#13的系統(tǒng)，其中所述接收器包括基本上垂直于所述發(fā)射器的發(fā)射天線而取向的接收天線，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的所述指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于所述接收天線和所述發(fā)射天線的所述垂直取向來確定所述地下地層在橫向于所述工具管柱的端部的行進(jìn)方向的方向上橫向于所述工具管柱的位置處的特征。
[0116]實施例#17:可提供實施例#13的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者包括天線，所述天線具有布置在第一繞組平面上的第一繞組和布置在第二繞組平面上的第二繞組，所述第一繞組相對于所述第二繞組傾斜，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的所述指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于所述接收器和所述發(fā)射器的相應(yīng)取向來確定所述地下地層在所述第一繞組平面上的第一位置處和所述第二繞組平面上的第二位置處的特征。
[0117]實施例#18:可提供一種方法，所述方法包括:經(jīng)由與地下地層中的工具管柱耦接的發(fā)射器發(fā)射第一信號;經(jīng)由與所述工具管柱耦接的接收器接收與所述第一信號相關(guān)的第二信號，其中所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)；當(dāng)所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)時，檢測所述發(fā)射器或所述接收器的角度位置；以及至少部分基于所述第二信號和所述角度位置來確定所述地下地層在相對于工具管柱的位置處的特征。
[0118]實施例#19:可提供實施例#18的方法，其中使用所述第二信號和所述角度位置來確定所述地下地層在相對于所述工具管柱的位置處的特征包括確定位于離所述工具管柱的某個距離處以及在所述工具管柱的一定方向上的地層區(qū)域的電阻率。
[0119]實施例#20:可提供實施例#18至#19中任一項的方法，進(jìn)一步包括:經(jīng)由與所述工具管柱耦接的第二接收器而在所述第一接收器與所述發(fā)射器之間的位置處接收與所述第一信號相關(guān)的第三信號，其中所述發(fā)射器或所述第二接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn);如果所述第二接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)，則當(dāng)所述第二接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)時，檢測所述接收器的第二角度位置;使用第一組合或第二組合以確定所述地層在相對于所述工具管柱的第二位置處的特征，所述第一組合包括所述第三信號和所述第一角度位置，所述第二組合包括所述第三信號和所述第二角度位置；以及至少部分基于所述地層在所述第一位置處的特征的確定和所述地層在所述第二位置處的特征的確定來創(chuàng)建所述地層的特征曲線。
[0120]本發(fā)明各方面(包括所示實施例)的以上描述只是出于說明和描述的目的而給出，并非窮盡的或者意圖將本發(fā)明局限于所公開的具體形式。在不背離本公開的范圍的情況下，許多修改、改進(jìn)及其使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
【主權(quán)項】
1.一種井下組件，包括: 工具管柱； 方向相關(guān)發(fā)射器，所述方向相關(guān)發(fā)射器與所述工具管柱耦接；以及 方向相關(guān)接收器，所述方向相關(guān)接收器與所述工具管柱耦接，其中所述方向相關(guān)接收器和所述方向相關(guān)發(fā)射器中的至少一者可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。2.如權(quán)利要求1所述的井下組件，進(jìn)一步包括: 至少一個角度位置傳感器，所述至少一個角度位置傳感器被布置成與可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)的所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者具有一種已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系。3.如權(quán)利要求2所述的井下組件，進(jìn)一步包括與所述接收器和所述至少一個角度位置傳感器通信地耦接的通信單元。4.如權(quán)利要求2所述的井下組件，進(jìn)一步包括: 馬達(dá)，所述馬達(dá)與所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者耦接，其中所述發(fā)射器或所述接收器可響應(yīng)于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。5.如權(quán)利要求4所述的井下組件，進(jìn)一步包括第二馬達(dá)和可響應(yīng)于所述第二馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的鉆頭，其中與所述發(fā)射器或所述接收器耦接的所述馬達(dá)可獨立于所述第二馬達(dá)而旋轉(zhuǎn)。6.如權(quán)利要求4所述的井下組件，其中所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述馬達(dá)向井上定位。7.如權(quán)利要求4所述的井下組件，其中所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述馬達(dá)向井下定位。8.如權(quán)利要求2所述的井下組件，進(jìn)一步包括馬達(dá)和可響應(yīng)于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的鉆頭，其中所述發(fā)射器或所述接收器定位在所述鉆頭處或鄰近所述鉆頭定位。9.如權(quán)利要求2所述的井下組件，其中所述發(fā)射器或所述接收器可相對于所述工具管柱在與所述工具管柱的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上旋轉(zhuǎn)。10.如權(quán)利要求2所述的井下組件，其中所述發(fā)射器可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)并且所述接收器可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。11.如權(quán)利要求10所述的井下組件，進(jìn)一步包括與所述發(fā)射器和所述接收器耦接的馬達(dá)，其中所述發(fā)射器和所述接收器可響應(yīng)于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而一起相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)。12.如權(quán)利要求10所述的井下組件，其中所述至少一個角度位置傳感器包括第一角度位置傳感器和第二角度位置傳感器，所述井下組件進(jìn)一步包括: 第一馬達(dá)，所述第一馬達(dá)與所述發(fā)射器耦接，其中所述發(fā)射器可響應(yīng)于所述第一馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)并且所述第一角度位置傳感器被布置成與所述發(fā)射器具有第一已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系；以及 第二馬達(dá)，所述第二馬達(dá)與所述接收器耦接，其中所述接收器可響應(yīng)于所述第二馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)并且所述第二角度位置傳感器被布置成與所述接收器具有第二已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系。13.—種系統(tǒng)，包括: 工具管柱； 發(fā)射器，所述發(fā)射器可相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)； 第一角度位置傳感器，所述第一角度位置傳感器被布置成與所述發(fā)射器具有第一已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系； 接收器，所述接收器可相對于工具管柱旋轉(zhuǎn)； 第二角度位置傳感器，所述第二角度位置傳感器被布置成與所述接收器具有第二已知旋轉(zhuǎn)關(guān)系；以及 信息處理系統(tǒng)，所述信息處理系統(tǒng)至少與所述接收器通信地耦接，所述信息處理系統(tǒng)包括處理器和與所述處理器耦接的存儲裝置，所述存儲裝置包含指令集，所述指令集在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于從所述接收器、所述第一角度位置傳感器和所述第二角度位置傳感器所接收的輸出來確定地下地層相對于所述工具管柱的特征。14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 馬達(dá)，所述馬達(dá)與所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者扭轉(zhuǎn)地耦接，以使一根或多根扭轉(zhuǎn)地耦接的天線旋轉(zhuǎn)；以及 馬達(dá)控制器，所述馬達(dá)控制器與所述馬達(dá)和所述信息處理系統(tǒng)通信地耦接，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的所述指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器指示所述馬達(dá)控制器通過控制所述馬達(dá)的速度來控制所述一根或多根扭轉(zhuǎn)地耦接的天線的速度。15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述接收器包括基本上平行于所述發(fā)射器的發(fā)射天線而取向的接收天線并且所述發(fā)射天線或所述接收天線中的至少一者相對于所述工具管柱的縱軸傾斜，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的所述指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于所述接收天線和所述發(fā)射天線的所述平行取向而確定所述地下地層在所述工具管柱的端部之前的位置處的特征。16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述接收器包括基本上垂直于所述發(fā)射器的發(fā)射天線而取向的接收天線，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的所述指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于所述接收天線和所述發(fā)射天線的所述垂直取向來確定所述地下地層在橫向于所述工具管柱的端部的行進(jìn)方向的方向上橫向于所述工具管柱的位置處的特征。17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器或所述接收器中的至少一者包括天線，所述天線具有布置在第一繞組平面上的第一繞組和布置在第二繞組平面上的第二繞組，所述第一繞組相對于所述第二繞組傾斜，其中所述信息處理系統(tǒng)的所述存儲裝置中所包含的所述指令集進(jìn)一步包括指令，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時，導(dǎo)致所述處理器至少部分基于所述接收器和所述發(fā)射器的相應(yīng)取向來確定所述地下地層在所述第一繞組平面上的第一位置處和所述第二繞組平面上的第二位置處的特征。18.一種方法，包括: 經(jīng)由與地下地層中的工具管柱耦接的發(fā)射器發(fā)射第一信號； 經(jīng)由與所述工具管柱耦接的接收器接收與所述第一信號相關(guān)的第二信號，其中所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)所述發(fā)射器或所述接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)時，檢測所述發(fā)射器或所述接收器的角度位置；以及 至少部分基于所述第二信號和所述角度位置來確定所述地下地層在相對于工具管柱的位置處的特征。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中使用所述第二信號和所述角度位置來確定所述地下地層在相對于所述工具管柱的位置處的特征包括確定位于離所述工具管柱的某個距離處以及在所述工具管柱的一定方向上的地層區(qū)域的電阻率。20.如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括: 經(jīng)由與所述工具管柱耦接的第二接收器而在所述第一接收器與所述發(fā)射器之間的位置處接收與所述第一信號相關(guān)的第三信號，其中所述發(fā)射器或所述第二接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)； 如果所述第二接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)，則當(dāng)所述第二接收器相對于所述工具管柱旋轉(zhuǎn)時，檢測所述接收器的第二角度位置； 使用第一組合或第二組合以確定所述地層在相對于所述工具管柱的第二位置處的特征，所述第一組合包括所述第三信號和所述第一角度位置，所述第二組合包括所述第三信號和所述第二角度位置;以及 至少部分基于所述地層在所述第一位置處的特征的確定和所述地層在所述第二位置處的特征的確定來創(chuàng)建所述地層的特征曲線。
【文檔編號】E21B47/04GK106062308SQ201480076672
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年4月1日
【發(fā)明人】R·T·海, B·都德睿希
【申請人】哈利伯頓能源服務(wù)公司