背景技術(shù)：

本公開總體涉及鉆井操作，并且更具體地，涉及旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)部分中的近鉆頭伽馬射線傳感器。

碳?xì)浠衔铮T如油和氣體，常見地從可位于陸上或者海上的地下地層獲得。涉及將碳?xì)浠衔飶牡叵碌貙右瞥牡叵虏僮骱瓦^程的發(fā)展是復(fù)雜的。通常，地下操作涉及許多不同步驟，例如像在所期望的井場(chǎng)處鉆探井眼，處理所述井眼以便優(yōu)化碳?xì)浠衔锏纳a(chǎn)，以及執(zhí)行必要步驟以便生產(chǎn)并處理來自地下地層的碳?xì)浠衔铩?/p>

鉆探井眼可包括將鉆頭引入地層中并且利用鉆柱使鉆頭旋轉(zhuǎn)。在某些操作中，旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng)(rss)可以并且用于通過相對(duì)于井眼改變鉆頭的軸線而在地層中精確地定位鉆頭—在垂直和水平方向兩者上。擺動(dòng)鉆頭系統(tǒng)通常是指這樣的rss：其中相對(duì)于rss的軸線改變鉆頭的軸線。推動(dòng)鉆頭系統(tǒng)通常是指這樣的rss：其中液壓或其他流體控制的活塞從rss延伸并接觸鉆孔的壁。

鉆探井眼還可包括收集可指導(dǎo)鉆探操作的地下地層的測(cè)量值。示例性測(cè)量值包括但不限于：電阻率、伽馬射線、聲波、核磁共振和地震測(cè)量值。對(duì)于轉(zhuǎn)向應(yīng)用，在鉆頭處或附近收集測(cè)量值可促進(jìn)更快且更準(zhǔn)確的鉆探?jīng)Q策。然而，根據(jù)可耦接到鉆頭或直接位于鉆頭上方的rss的構(gòu)型，在鉆頭處或附近產(chǎn)生測(cè)量值可能是有問題的。

附圖簡(jiǎn)述

可通過部分地參考以下描述和附圖來理解本公開的一些具體示例性實(shí)施方案。

圖1是示出根據(jù)本公開的各方面的示例性鉆探系統(tǒng)的圖。

圖2是根據(jù)本公開的各方面的示例性rss的一部分的圖。

圖3是根據(jù)本公開的各方面的處于殼體內(nèi)的示例性伽馬射線傳感器的圖。

圖4是根據(jù)本公開的各方面的包括內(nèi)套筒和外套筒的示例性殼體的圖。

圖5是根據(jù)本公開的各方面的包括內(nèi)套筒和外套筒的另一個(gè)示例性殼體的圖。

圖6是根據(jù)本公開的各方面的包括內(nèi)套筒和外套筒的另一個(gè)示例性殼體的圖。

雖然本公開的實(shí)施方案已經(jīng)得以描繪和描述并且通過參考本公開的示例性實(shí)施方案來加以限定，但是所述參考并不暗示對(duì)本公開的限制，并且不能推斷出這樣的限制。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員以及受益于本公開的人員將想到，所公開的主題能夠在形式和功能上存在許多修改、變更和等效形式。所公開的實(shí)施方案僅以舉例的方式提供，并且并非是對(duì)本公開范圍的窮盡性說明。

具體實(shí)施方式

本公開總體涉及鉆井操作，并且更具體地，涉及旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)部分中的近鉆頭伽馬射線傳感器。

為了清楚起見，在本說明書中并未描述實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的所有特征。當(dāng)然應(yīng)理解的是，在任何這種實(shí)際實(shí)施方案的開發(fā)中，做出許多實(shí)現(xiàn)方式特定的決策以獲得特定的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，這些目標(biāo)因不同的實(shí)現(xiàn)方式而不同。此外，應(yīng)理解的是，這種開發(fā)努力可能是復(fù)雜的且耗時(shí)的，但是仍將是受益于本公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)任務(wù)。

為了促進(jìn)更好理解本公開，給出某些實(shí)施方案的以下實(shí)例。以下實(shí)例決不應(yīng)被理解為限制或限定本發(fā)明的范圍。本公開的各實(shí)施方案可適用于任何類型的地下地層中的水平、垂直、偏斜或其他非線性井眼。各實(shí)施方案可適用于注入井以及生產(chǎn)井，包括碳?xì)浠衔锞?。各?shí)施方案可以使用被制造成適合于沿著地層的部分進(jìn)行測(cè)試、取回和采樣的工具來實(shí)現(xiàn)。各實(shí)施方案可以利用例如可通過管狀柱中的流動(dòng)通道傳送的工具或使用線纜、鋼絲繩、連續(xù)油管、井下機(jī)器人等來實(shí)現(xiàn)。

以下在石油鉆探和生產(chǎn)操作的上下文中討論某些系統(tǒng)和方法，在所述石油鉆探和生產(chǎn)操作中獲取與井下參數(shù)和條件相關(guān)的信息。存在幾種用于井下信息收集的方法，包括隨鉆測(cè)井(“l(fā)wd”)和隨鉆測(cè)量(“mwd”)。在lwd中，數(shù)據(jù)通常在鉆探過程期間收集，從而避免移除鉆探組件以插入線纜測(cè)井工具的任何需要。因此lwd允許鉆機(jī)做出精確實(shí)時(shí)的修改或校正以優(yōu)化性能同時(shí)最小化停機(jī)時(shí)間。mwd是用于當(dāng)鉆探繼續(xù)時(shí)，測(cè)量井下關(guān)于鉆探組件的運(yùn)動(dòng)和位置條件的術(shù)語。lwd更注重于地層參數(shù)測(cè)量。雖然在mwd和lwd之間可能存在區(qū)別，但是術(shù)語mwd和lwd經(jīng)常互換地使用。為了本公開的目的，使用術(shù)語lwd時(shí)應(yīng)理解這個(gè)術(shù)語包含地層參數(shù)的收集和與鉆探組件運(yùn)動(dòng)和位置相關(guān)的信息的收集。

為了本公開的目的，信息處理系統(tǒng)可包括可操作來計(jì)算、分類、處理、發(fā)送、接收、檢索、發(fā)起、切換、存儲(chǔ)、顯示、證明、檢測(cè)、記錄、再現(xiàn)、處理或利用任何形式的信息、智能或數(shù)據(jù)用于商業(yè)、科學(xué)、控制或其他目的的任何工具或工具的集合。例如，信息處理系統(tǒng)可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)裝置或任何其他合適的裝置，并且可以在尺寸、形狀、性能、功能和價(jià)格上改變。信息處理系統(tǒng)可包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、諸如中央處理單元(cpu)或硬件或軟件控制邏輯的一個(gè)或多個(gè)處理資源、rom和/或其他類型的非易失性存儲(chǔ)器。信息處理系統(tǒng)的附加部件可包括一個(gè)或多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器、用于與外部裝置通信的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口以及各種輸入和輸出(i/o)裝置(諸如鍵盤、鼠標(biāo)和視頻顯示器)。信息處理系統(tǒng)還可包括可操作來在各種硬件部件之間傳輸通信的一個(gè)或多個(gè)總線。它還可包括能夠?qū)⒁粋€(gè)或多個(gè)信號(hào)傳輸?shù)娇刂破鳌⒅聞?dòng)器或類似裝置的一個(gè)或多個(gè)接口單元。

為了本公開的目的，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括可保留數(shù)據(jù)和/或指令達(dá)一段時(shí)間的任何工具或工具的集合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括例如但不限于：存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如直接存取存儲(chǔ)裝置(例如，硬盤驅(qū)動(dòng)器或軟盤驅(qū)動(dòng)器)、順序存取存儲(chǔ)裝置(例如，磁帶磁盤驅(qū)動(dòng)器)、光盤、cd-rom、dvd、ram、rom、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eeprom)和/或閃存；以及通信介質(zhì)，諸如導(dǎo)線、光纖、微波、無線電波和其他電磁和/或光載體；和/或前述各項(xiàng)的任何組合。

如本文所使用的，術(shù)語“耦接”可包括直接或間接連接。例如，當(dāng)機(jī)械耦接涉及兩個(gè)裝置之間的緊密或直接物理接觸時(shí)，兩個(gè)機(jī)械耦接的裝置可以直接機(jī)械耦接，或當(dāng)兩個(gè)裝置各自耦接到中間部件或結(jié)構(gòu)時(shí)，兩個(gè)機(jī)械耦接的裝置可以間接機(jī)械耦接。如本文所使用的，術(shù)語“通信地耦接”通常是指兩個(gè)元件可以通過其電子地(或流體地)連通的電子(或在一些情況下，流體)連接。電子耦接通常能夠?qū)崿F(xiàn)元件之間的電功率和/或數(shù)據(jù)流動(dòng)。這種電子連接可包括例如使用wifi、藍(lán)牙或其他無線協(xié)議、lan、同軸布線、光纖布線、硬連線物理連接、電路板跡線或任何其他電子信號(hào)介質(zhì)或其組合的有線和/或無線連接。與直接和間接物理連接一樣，第一裝置可諸如通過直接電子連接直接通信地耦接到第二裝置，或者通過中間裝置和/或連接間接通信地耦接到第二裝置。

圖1是根據(jù)本公開的各方面的包括示例性rss124的地下鉆探系統(tǒng)100的圖。鉆探系統(tǒng)100包括定位在地面104處的鉆探平臺(tái)102。在所示的實(shí)施方案中，地面104包括包含一個(gè)或多個(gè)巖石層或巖層106a-d的地層106的頂部，并且鉆探平臺(tái)102可與地面104接觸。在其他實(shí)施方案中，諸如在海上鉆探操作中，地面104可通過一定體積的水與鉆探平臺(tái)102分離。

鉆探系統(tǒng)100包括由鉆探平臺(tái)102支撐并且具有用于升高和降低鉆柱114的行進(jìn)塊138的井架108。方鉆桿136可以在鉆柱114通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)142降低到鉆孔110中時(shí)支撐所述鉆柱114。泵130通過進(jìn)料管道134將鉆井液循環(huán)到方鉆桿136，向井下穿過鉆柱114的內(nèi)部，穿過鉆頭118中的孔，通過由鉆柱114形成的環(huán)空140和鉆孔110的壁回到地面。一旦在地面處，鉆井液就可以通過管道144離開環(huán)空140并進(jìn)入保留坑132。鉆井液將鉆屑從鉆孔110輸送到坑132中，并且?guī)椭S持鉆孔110的完整性。

鉆探系統(tǒng)100可包括在鉆頭118附近耦接到鉆柱114的井底組件(bha)116。bha116可包括lwd/mwd工具122和遙測(cè)元件120。lwd/mwd工具122可包括接收器和/或發(fā)射器(例如，能夠接收和/或發(fā)送一個(gè)或多個(gè)電磁信號(hào)的天線)。當(dāng)鉆孔110通過鉆探穿過地層106而延伸時(shí)，lwd/mwd工具122可收集與各種地層性質(zhì)以及工具取向和位置以及各種其他鉆探條件相關(guān)的測(cè)量值。

遙測(cè)接頭120可以將測(cè)量值從bha116傳遞到地面接收器146和/或從地面接收器146接收命令。測(cè)量值可包括來自lwd/mwd工具122和/或來自rss124的測(cè)量值，如以下將描述的。遙測(cè)接頭120可通過一個(gè)或多個(gè)有線或無線通信信道(例如，有線管道或電磁傳播)傳輸測(cè)量值或數(shù)據(jù)?？商娲?，遙測(cè)接頭120可以將數(shù)據(jù)作為鉆井液流動(dòng)內(nèi)的一系列壓力脈沖或調(diào)制(例如，泥漿脈沖或泥漿警報(bào)遙測(cè))來傳輸，或者作為通過介質(zhì)(諸如鉆柱114)傳播到地面的一系列聲脈沖來傳輸。在遙測(cè)接頭120處接收的命令可以被發(fā)送到命令所針對(duì)的bha116的元件。

在某些實(shí)施方案中，鉆探系統(tǒng)100可包括定位在地面104處的信息處理系統(tǒng)148。信息處理系統(tǒng)148可以可通信地耦接到地面接收器146，并且可以通過地面接收器146從bha116接收測(cè)量值和/或向bha116發(fā)送命令。當(dāng)信息處理系統(tǒng)148在地面102處被取回時(shí)，所述信息處理系統(tǒng)148還可以從bha116的元件接收測(cè)量值。在某些實(shí)施方案中，信息處理系統(tǒng)148可以處理測(cè)量值以確定地層106的某些特性，并且可以向bha116的一個(gè)或多個(gè)元件發(fā)送至少部分地基于所確定的地層特性的命令。

鉆頭118可以通過井下馬達(dá)(未示出)和/或鉆柱114的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)，以便在地層106中鉆出鉆孔110。在某些實(shí)施方案中，井下馬達(dá)(未示出)可以并入位于鉆頭118正上方的bha116，并且可以使用由鉆井液穿過鉆柱114的流動(dòng)而提供的動(dòng)力來使鉆頭118旋轉(zhuǎn)。在鉆頭118由鉆柱114的旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)的實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)臺(tái)142可賦予鉆柱114扭矩和旋轉(zhuǎn)，所述扭矩和旋轉(zhuǎn)然后通過鉆柱114和bha116中的元件被傳輸?shù)姐@頭118。

在某些實(shí)施方案中，bha116還可包括轉(zhuǎn)向組件，諸如rss124。rss124可以耦接到鉆頭118，并且可以通過控制rss124的縱向軸線126相對(duì)于鉆孔110的軸線的角度以及鉆頭118的縱向軸線128的相對(duì)于rss124的角度中的至少一個(gè)來控制鉆探系統(tǒng)100的鉆探方向。改變這些角度中的一個(gè)或兩者可以使鉆頭118的工具面180偏移，以使得其與鉆孔110的底部不平行，從而致使鉆探組件在相對(duì)于緊接鉆孔的前一部分具有方向偏移的情況下進(jìn)一步鉆出鉆孔。在某些實(shí)施方案中，rss124可以響應(yīng)于由信息處理系統(tǒng)148發(fā)送的命令來改變鉆探系統(tǒng)100的鉆探方向。

在所示的實(shí)施方案中，rss124包括擺動(dòng)鉆頭系統(tǒng)，其中rss124的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)軸(未示出)旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)鉆頭并且偏轉(zhuǎn)到鉆頭118的縱向軸線128相對(duì)于rss124的角度。根據(jù)本公開的各方面，至少一個(gè)伽馬射線傳感器(未示出)可旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸，以在鉆頭118處或附近產(chǎn)生地層106的伽馬射線測(cè)量值。如以下將詳細(xì)描述的，所述至少一個(gè)伽馬射線傳感器可在與內(nèi)部驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)時(shí)以及在靜止時(shí)都產(chǎn)生測(cè)量值，從而提供寬范圍的測(cè)量值，根據(jù)這些測(cè)量值可以做出轉(zhuǎn)向決策。可以在信息處理系統(tǒng)148處通過經(jīng)由遙測(cè)接頭120實(shí)現(xiàn)的傳輸以及地面接收器146或者當(dāng)在地面處取回rss124時(shí)接收這些測(cè)量值，并且對(duì)這些測(cè)量值進(jìn)行處理以指導(dǎo)轉(zhuǎn)向決策。

圖2是根據(jù)本公開的各方面的示例性rss200的一部分的圖。在所示的實(shí)施方案中，rss200包括外殼體202以及至少部分地位于外殼體202內(nèi)并且獨(dú)立于所述外殼體202旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸204。驅(qū)動(dòng)軸204可在一端耦接到鉆頭206，并且在另一端耦接到扭矩源(未示出)。示例性扭矩源包括井下馬達(dá)以及通過頂部驅(qū)動(dòng)器從地面旋轉(zhuǎn)的鉆柱。在鉆探操作期間，扭矩源可以使驅(qū)動(dòng)軸204旋轉(zhuǎn)，這繼而使鉆頭206旋轉(zhuǎn)并且致使鉆頭206鉆入地層中，而外殼體202可保持大體上不旋轉(zhuǎn)。在所示的實(shí)施方案中，鉆頭206的縱向軸線可以使用耦接到外殼體202以在操作期間使驅(qū)動(dòng)軸204在殼體202內(nèi)徑向偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)組件208(諸如偏心環(huán))來改變。

根據(jù)本公開的各方面，rss200可包括在外殼體202內(nèi)旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸204的至少一個(gè)伽馬射線傳感器210。至少一個(gè)伽馬射線傳感器210可包括通常用于井下測(cè)量的任何伽馬射線傳感器類型，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本公開將理解的。示例性傳感器包括一個(gè)或多個(gè)geiger-müller管以及具有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)傳感器(諸如光電倍增管、光電池、pin二極管、光電二極管或基于量子點(diǎn)石墨烯的光子傳感器)的光電傳感器矩陣閃爍晶體。

在所示的實(shí)施方案中，至少一個(gè)伽馬射線傳感器210包括位于殼體214中的至少一個(gè)加壓腔212內(nèi)的多個(gè)伽馬射線傳感器。至少一個(gè)加壓腔212可以維持在大氣壓力下以確保傳感器210的適當(dāng)功能。在某些實(shí)施方案中，多個(gè)伽馬射線傳感器210可以圍繞殼體214以相等的角間隔隔開，或者捆束在一起以提供具有改進(jìn)的方向靈敏度的測(cè)量值。另外，多個(gè)伽馬射線傳感器210可以位于圍繞殼體214以相等的角間隔隔開的多個(gè)加壓腔內(nèi)，如以下將詳細(xì)描述的。

在所示的實(shí)施方案中，傳感器210與外殼體202縱向平行并且包括相同的長(zhǎng)度。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本公開將理解的，伽馬射線傳感器的靈敏度可以與其尺寸正相關(guān)。因此，可基于所需的測(cè)量靈敏度和rss200的物理約束來縮放傳感器210和殼體214/容納傳感器210的壓力腔212的長(zhǎng)度。在其他實(shí)施方案中，傳感器210的長(zhǎng)度可以是不均勻的和/或傳感器210可以在殼體214內(nèi)不同地定向。

殼體214可旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸204，以使得殼體212和伽馬射線傳感器210以與驅(qū)動(dòng)軸204相同的速度和方向旋轉(zhuǎn)。在所示的實(shí)施方案中，殼體214通過形成在驅(qū)動(dòng)軸204的外表面和殼體214的內(nèi)表面上的一系列縱向花鍵216旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸204。使用殼體214和花鍵216將伽馬射線傳感器210旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸204不旨在是限制性的，因?yàn)榭梢允褂闷渌麢C(jī)構(gòu)。

在所示的實(shí)施方案中，傳感器210和殼體212位于偏轉(zhuǎn)組件208的鉆頭側(cè)，以允許傳感器210更靠近鉆頭206定位。這可以提高所得到的測(cè)量值和速度的準(zhǔn)確度，利用所述測(cè)量值和速度可以做出所得到的轉(zhuǎn)向決策。在其他實(shí)施方案中，傳感器210可位于沿著驅(qū)動(dòng)軸204的其他位置，包括在偏轉(zhuǎn)組件208的與鉆頭206相對(duì)的一側(cè)上。

殼體210還可包括與傳感器210相關(guān)聯(lián)的電子器件。所述電子器件可包括控制單元218、電源220和位置傳感器222中的至少一個(gè)。電源220可包括例如電池組或電容器組。在其他實(shí)施方案中，電源220可位于殼體214的外部，并且可以通過一個(gè)或多個(gè)電耦合器(未示出)將電力提供給殼體，所述電耦合器諸如殼體214與外殼體202之間的電感耦合器。位置傳感器222可包括例如加速度計(jì)、磁力計(jì)或可用于識(shí)別井眼內(nèi)殼體214的旋轉(zhuǎn)位置的任何其他傳感器，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本公開將理解的。在某些實(shí)施方案中，位置傳感器222可以繪制外殼體202的旋轉(zhuǎn)位置作為參考，所述外殼體202在使用期間可保持基本上不旋轉(zhuǎn)。

控制單元218可以耦接到電源220、位置傳感器222和伽馬射線傳感器210?？刂茊卧?18可以從電源220汲取電力并且從位置傳感器222和伽馬射線傳感器210兩者接收測(cè)量值，并且可以使用從位置傳感器222接收的測(cè)量值來處理從伽馬射線傳感器210接收的測(cè)量值，如以下將描述的?？刂茊卧?18可包括處理器，其實(shí)例包括微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專用集成電路(asic)或被配置來解釋和/或執(zhí)行程序指令和/或過程數(shù)據(jù)的任何其他數(shù)字或模擬電路?？刂茊卧?18還可包括可通信地耦接到處理器的存儲(chǔ)器元件。處理器可以被配置來解釋和/或執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序指令和/或數(shù)據(jù)。示例性存儲(chǔ)器元件包括非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其可包括被配置來保持和/或容納一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器模塊的任何系統(tǒng)、裝置或設(shè)備；例如，存儲(chǔ)器可包括只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、固態(tài)存儲(chǔ)器或基于盤的存儲(chǔ)器。每個(gè)存儲(chǔ)器模塊可包括被配置來保留程序指令和/或數(shù)據(jù)達(dá)一段時(shí)間的任何系統(tǒng)、設(shè)備或裝置(例如，計(jì)算機(jī)可讀非暫態(tài)介質(zhì))。

圖3是根據(jù)本公開的各方面的處于殼體302內(nèi)的示例性伽馬射線傳感器300的圖。在所示的實(shí)施方案中，殼體302包括旋轉(zhuǎn)地耦接到rss的驅(qū)動(dòng)軸306的內(nèi)套筒304以及旋轉(zhuǎn)地耦接到內(nèi)套筒304的外套筒308。內(nèi)套筒304可通過形成在內(nèi)套筒304的內(nèi)表面和驅(qū)動(dòng)軸306的外表面上的多個(gè)花鍵310旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸306。外套筒308可通過托架(未示出)或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本公開將理解的任何其他附接機(jī)構(gòu)而旋轉(zhuǎn)地耦接到內(nèi)套筒304。內(nèi)套筒304和外套筒308可至少部分地限定伽馬射線傳感器300位于其中的至少一個(gè)壓力腔312。在其他實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)壓力腔312可包括部分地由內(nèi)殼體304和/或外殼體308的特征限定的多個(gè)壓力腔，其中多個(gè)伽馬射線傳感器300成角度地隔開。

圖4是根據(jù)本公開的各方面的包括內(nèi)套筒402和外套筒404的示例性殼體400的圖。在所示的實(shí)施方案中，內(nèi)套筒402和外套筒404都具有圓形橫截面，并且協(xié)作來至少部分地限定單個(gè)環(huán)形壓力腔406，其中多個(gè)伽馬射線傳感器408成角度地隔開。角間距可包括均勻的角間隔，如圖所示。在其他實(shí)施方案中，角間距可以是不均勻的，例如，傳感器408以第一角間隔聚集在一起，并且傳感器組406以第二角間隔圍繞殼體400隔開。

圖5是根據(jù)本公開的各方面的包括內(nèi)套筒502和外套筒504的另一個(gè)示例性殼體500的圖。在所示的實(shí)施方案中，內(nèi)套筒502包括正方形橫截面，并且外套筒504包括圓形橫截面。內(nèi)套筒502和外套筒504仍協(xié)作來形成單個(gè)壓力腔506，但是由于內(nèi)套筒502的正方形橫截面，所述腔包括不均勻的形狀。由于壓力腔506的不均勻形狀，伽馬射線傳感器508可以被分成圍繞殼體500隔開的組。所述組的間距以及所述組內(nèi)傳感器508的間距可以為由傳感器508產(chǎn)生的測(cè)量值提供改進(jìn)的方向分辨率。

圖6是根據(jù)本公開的各方面的包括內(nèi)套筒602和外套筒604的另一個(gè)示例性殼體600的圖。在所示的實(shí)施方案中，內(nèi)套筒602包括從內(nèi)套筒602的中心徑向向外延伸的多個(gè)肋610。肋610可以圍繞內(nèi)套筒602以相等的角間隔或以任何其他角間距定位。在某些實(shí)施方案中，肋610可接觸外套筒604并抵靠所述外套筒604密封，以在殼體600內(nèi)形成多個(gè)壓力腔。在其他實(shí)施方案中，如圖所示，肋610可以不抵靠外套筒604密封，而是在單個(gè)壓力腔608內(nèi)形成多個(gè)凹穴。

如同參照?qǐng)D5所描述的殼體，由肋610的存在導(dǎo)致的傳感器608的不均勻間距可以為由傳感器608產(chǎn)生的測(cè)量值提供改進(jìn)的方向分辨率。在某些實(shí)施方案中，內(nèi)套筒604可包括伽馬射線屏蔽或吸收材料612，用于聚焦傳感器608的角靈敏度和方向性。在所示的實(shí)施方案中，伽馬射線屏蔽或吸收材料612以薄層沉積在內(nèi)套筒602的外表面上，以使得每組傳感器608的角靈敏度遠(yuǎn)離伽馬射線屏蔽或吸收材料612向外聚焦。示例性伽馬射線屏蔽或吸收材料包括：具有高電子/質(zhì)量密度的材料，諸如鉛，所述材料可以在不顯著減小殼體內(nèi)傳感器的間隙的情況下以薄層沉積；以及z級(jí)屏蔽材料，即由高密度到低密度的梯度材料組成的層合物。類似的伽馬射線屏蔽材料可以與本文所述的任何實(shí)施方案一起使用，包括將伽馬射線屏蔽材料應(yīng)用于本文所述的任何內(nèi)套筒和/或外套筒構(gòu)型。另外，伽馬射線屏蔽材料可以短角度片段應(yīng)用于內(nèi)套筒和/或外套筒上，以增加所得到的測(cè)量值的角靈敏度。

盡管上述殼體的實(shí)施方案包括內(nèi)套筒上的不同的橫截面和特征以便有利于通過伽馬射線傳感器進(jìn)行的角度聚焦測(cè)量，但是還可能的是，此類橫截面和特征也可位于外套筒上。例如，圖6中的肋610可以形成在外套筒604的內(nèi)表面上，而不是形成在內(nèi)套筒602的外表面上。另外，可以在內(nèi)套筒與外套筒之間插入單獨(dú)的元件，諸如單獨(dú)形成的肋。

當(dāng)使用時(shí)，類似于上述rss的rss可位于地下地層內(nèi)，其中可以由伽馬射線傳感器取得測(cè)量值。例如，當(dāng)伽馬射線傳感器與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，或者當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸暫時(shí)停止并且伽馬射線傳感器靜止時(shí)，可以取得測(cè)量值。這些測(cè)量值可以在與伽馬射線傳感器相關(guān)聯(lián)的控制單元處與位置信息一起被接收，并且由控制單元處理和/或收集，并且通過耦接到rss的遙測(cè)系統(tǒng)被傳輸?shù)降孛嫘畔⑻幚硐到y(tǒng)。地面信息處理系統(tǒng)可至少部分地基于所接收的測(cè)量值來確定一個(gè)或多個(gè)地層特性。示例地層特性包括直接圍繞耦接到rss的鉆頭的地層中的巖石類型，其可以用于確定地層邊界的位置以及如何使鉆頭如何轉(zhuǎn)向。在其他實(shí)施方案中，測(cè)量值可以被傳輸?shù)絩ss內(nèi)的單獨(dú)的控制單元，所述控制單元可至少部分地基于所接收的測(cè)量值來確定一個(gè)或多個(gè)地層特性，并且至少部分地基于所確定的地層特性做出自動(dòng)轉(zhuǎn)向決策。

在某些實(shí)施方案中，由伽馬射線傳感器產(chǎn)生的測(cè)量值可包括大量伽馬射線測(cè)量值。當(dāng)伽馬射線傳感器與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以產(chǎn)生大量伽馬射線測(cè)量值。每個(gè)伽馬射線傳感器可以在相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的所有角取向上感測(cè)由地層發(fā)射的伽馬射線?？梢跃奂瘉碜远鄠€(gè)伽馬射線傳感器中的每一個(gè)的所得到的測(cè)量值，以識(shí)別針對(duì)地層的特定深度的總伽馬射線測(cè)量值或平均伽馬射線測(cè)量值?？傎ゑR射線測(cè)量值或平均伽馬射線測(cè)量值可用于識(shí)別rss處輻射水平的趨勢(shì)，其可以指示鉆頭附近的地層組成的變化，使得鉆探需要停止或鉆探井方向需要改變。另外，其可以指示需要進(jìn)行如下所述的方向測(cè)量，以確定增加的輻射水平是否歸因于在那個(gè)深度范圍處的所有地層，或者歸因于相對(duì)于rss位于特定角取向上的輻射源，例如當(dāng)鉆頭在地層邊界附近時(shí)可能是這種情況。

在某些實(shí)施方案中，當(dāng)伽馬射線傳感器與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)時(shí)以及在伽馬射線傳感器暫時(shí)停止時(shí)，可以利用伽馬射線傳感器取得方向測(cè)量值。當(dāng)暫時(shí)停止時(shí)，可以將來自伽馬射線傳感器的測(cè)量值與位置傳感器數(shù)據(jù)相關(guān)，以識(shí)別圍繞驅(qū)動(dòng)軸的角取向，所述角取向與伽馬射線測(cè)量值相對(duì)應(yīng)。角取向可以被分到“分區(qū)”中，每個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)于相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的一定范圍的角取向。分區(qū)的大小/角取向的范圍可以是任意的，或者可以部分地取決于耦接到驅(qū)動(dòng)軸的伽馬射線傳感器的方向性。例如，每個(gè)分區(qū)可以包括圍繞rss的90°象限，這對(duì)應(yīng)于圖6的構(gòu)型，其中伽馬射線傳感器被分到圍繞殼體的四個(gè)等距隔開的凹穴中。其他分區(qū)尺寸也是可能的，包括非均勻分區(qū)。當(dāng)伽馬射線傳感器旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以使用類似的分區(qū)技術(shù)。然而，在這些情況下，發(fā)射伽馬射線與接收伽馬射線之間的延遲時(shí)間以及伽馬射線傳感器的旋轉(zhuǎn)速度可能使發(fā)射伽馬射線的角取向與伽馬射線傳感器在檢測(cè)到伽馬射線時(shí)的角取向之間的對(duì)應(yīng)性偏斜。因此，可以在將伽馬射線測(cè)量值與特定分區(qū)相關(guān)聯(lián)之前對(duì)伽馬射線測(cè)量值的角定向進(jìn)行校正。

根據(jù)本公開的各方面，一種示例性設(shè)備包括外殼體和至少部分地位于所述外殼體內(nèi)并且獨(dú)立于所述外殼體旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸。鉆頭可耦接到驅(qū)動(dòng)軸。至少一個(gè)伽馬射線傳感器可在外殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸。在某些實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的殼體，其中所述殼體包括至少一個(gè)加壓腔；并且所述至少一個(gè)伽馬射線傳感器位于所述至少一個(gè)加壓腔內(nèi)。

在某些實(shí)施方案中，殼體包括旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的內(nèi)套筒和旋轉(zhuǎn)地耦接到所述內(nèi)套筒的外套筒；并且所述內(nèi)套筒和所述外套筒至少部分地限定至少一個(gè)壓力腔。在某些實(shí)施方案中，內(nèi)套筒包括圓形橫截面和正方形橫截面中的至少一個(gè)。在某些實(shí)施方案中，內(nèi)套筒和外套筒至少部分地限定圍繞殼體成角度地隔開的多個(gè)壓力腔。

在前述兩段中描述的任一實(shí)施方案中，所述內(nèi)套筒和所述外套筒中的至少一個(gè)可包括伽馬屏蔽材料。在前述兩段中描述的任一實(shí)施方案中，所述殼體可通過花鍵旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸。在前述兩段中描述的任一實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)伽馬射線傳感器可包括在殼體內(nèi)成角度地隔開并且與外殼體的縱向軸線平行地定向的多個(gè)伽馬射線傳感器。在前述兩段中描述的任一實(shí)施方案中，與所述至少一個(gè)傳感器相關(guān)聯(lián)的控制單元、電源和位置傳感器中的至少一個(gè)可耦接到殼體。在前述兩段中描述的任一實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)伽馬射線傳感器可包括耦接到光學(xué)傳感器的geiger-müller管和閃爍晶體中的至少一個(gè)。

根據(jù)本公開的各方面，一種示例性方法包括將旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng)(rss)定位在地下地層內(nèi)，其中所述旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向系統(tǒng)包括至少部分地位于外殼體內(nèi)并且獨(dú)立于所述外殼體旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸?？梢越邮沼稍谕鈿んw內(nèi)旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的至少一個(gè)伽馬射線傳感器取得的測(cè)量值，并且可以至少部分地基于所接收的測(cè)量值來確定地層的特性。在某些實(shí)施方案中，接收由在外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的至少一個(gè)伽馬射線傳感器取得的測(cè)量值包括接收由位于外殼中的至少一個(gè)加壓腔內(nèi)、旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的多個(gè)伽馬射線傳感器取得的測(cè)量值。在某些實(shí)施方案中，殼體包括旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的內(nèi)套筒和旋轉(zhuǎn)地耦接到所述內(nèi)套筒的外套筒；并且所述內(nèi)套筒和所述外套筒至少部分地限定至少一個(gè)壓力腔。

在前述段落中描述的任一實(shí)施方案中，接收由旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的至少一個(gè)伽馬射線傳感器取得的測(cè)量值可包括接收在驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)由至少一個(gè)伽馬射線傳感器取得的測(cè)量值。在某些實(shí)施方案中，所述測(cè)量值包括由至少一個(gè)伽馬射線傳感器在相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的所有角取向上取得的測(cè)量值。在某些實(shí)施方案中，至少部分地基于所接收的測(cè)量值來確定地層的特性包括確定與取得所述測(cè)量值的一定深度的地層相關(guān)聯(lián)的總測(cè)量值或平均測(cè)量值。在某些實(shí)施方案中，至少部分地基于所接收的測(cè)量值來確定地層的特性包括將所述測(cè)量值分到多個(gè)分區(qū)中，每個(gè)分區(qū)包括圍繞所述rss的一定范圍的角取向。在某些實(shí)施方案中，將所述測(cè)量值分到多個(gè)分區(qū)中，每個(gè)分區(qū)包括圍繞所述rss的一定范圍的角取向，包括至少部分地基于所述至少一個(gè)伽馬射線傳感器的旋轉(zhuǎn)速度來校正每個(gè)測(cè)量值。

在前述兩個(gè)段落中描述的任一實(shí)施方案中，接收由旋轉(zhuǎn)地耦接到驅(qū)動(dòng)軸的至少一個(gè)伽馬射線傳感器取得的測(cè)量值可包括接收在驅(qū)動(dòng)軸不旋轉(zhuǎn)時(shí)由至少一個(gè)伽馬射線傳感器取得的測(cè)量值。在某些實(shí)施方案中，至少部分地基于所接收的測(cè)量來確定地層的特性包括以下中的至少一者：將測(cè)量值分到多個(gè)分區(qū)中的一個(gè)中，每個(gè)分區(qū)包括圍繞所述rss的一定范圍的角定向；以及確定與取得所述測(cè)量值的一定深度的地層相關(guān)聯(lián)的總測(cè)量值或平均測(cè)量值。

因此，本公開非常適合達(dá)到所提到的目的和優(yōu)點(diǎn)以及本文固有的那些目的和優(yōu)點(diǎn)。上文公開的具體實(shí)施方案只是說明性的，因?yàn)楸竟_可按照受益于本文教義的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的不同但等效的方式進(jìn)行修改和實(shí)踐。此外，除了以下權(quán)利要求書中所述之外，并不旨在限制本文示出的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，明顯的是，上文公開的具體說明性實(shí)施方案可加以改變或修改，并且所有這些變化都視為處于本公開的范圍和精神內(nèi)。另外，除非專利權(quán)人另外明確并清楚地定義，否則權(quán)利要求書中的術(shù)語具有其平常、普通的含義。如權(quán)利要求書中使用的不定冠詞“一個(gè)”在本文中定義為意為其引入的一個(gè)或多于一個(gè)元件。此外，如在具體實(shí)施方式或權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“耦接”或“耦接了”或任何常見變化并不旨在限于直接耦接。相反，兩個(gè)元件可以間接耦接并且仍然被認(rèn)為在詳述和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的耦接。