CN101529276B - 用于监视钻井的遥测装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统、方法和设备可用于监视钻井中的条件。能量被传送到紧邻待通过传感器询问的位置的脉冲生成器。该脉冲生成器存储该能量，然后在电磁能量脉冲中将该能量释放，将该能量提供给并入该传感器的谐振电路。该谐振电路调制该电磁能量并且发射该调制能量，由此可以接收和处理该调制能量以便于获得所需的测量结果。

Description

用于监视钻井的遥测装置和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求在2006年9月8日提交的美国临时专利申请No.60/842,936的优先权，其整体内容在此处并入作为参考。

技术领域

本发明通常涉及远程感测并且更具体地，涉及通过调制的反射率无源地传递远程情况。

背景技术

在资源开采中，有用的是，在远离观察者的位置监视多种条件。特别地，有用的是，在用于勘探或生产目的的已钻探的钻井底部或钻井底部附近提供条件监视。由于该钻井可能延伸数英里，因此实际上不总是能够提供用于这样的监视的有线通信系统。

美国专利No.6,766,141(Briles等人)公开了一种用于远程井下遥测的系统。该遥测通信用于位于气或油开采管道的底部附近的油井监视和记录仪器。描述了用于监视井下条件的调制的反射比。

如美国专利No.6,766,141中描述的，射频(RF)生成器/接收器基站通过管道电气地通信。RF频率被描述为3Hz和30GHz之间的电磁辐射。具有反射天线的井下电子模块自RF生成器/接收器接收辐射的载波信号。该电子模块上的天线可以具有抛物线或其他聚焦形状。辐射的载波信号随后以调制的方式被反射，该调制响应于该电子模块执行的测量。反射的调制信号通过管道被发射到井表面，RF生成器/接收器可以在那里检测该信号。

发明内容

本发明的实施例的一个方面包括一种用于感测钻井特性的装置。该装置包括传输线，其被构造和设置为在钻井中传送电磁信号；和探针，其可安置在感测钻井特性并且可以接收经由传输线传播的能量的钻井中的位置。该探针包括能量存储电路元件，其被配置为接收并存储通过传输线传送的能量；脉冲生成器，其被配置为自能量存储电路元件接收存储的能量并且释放该能量以生成电磁能量脉冲；谐振电路部分，其被配置和设置为接收来自电磁能量脉冲的能量并且产生表示钻井特性的调制电磁信号；和耦合器，其被配置为使该调制电磁信号耦合到传输线并且经由该传输线传送表示该调制电磁信号的信号。

本发明的实施例的一个方面包括一种用于感测钻井特性的装置，该装置可安置在感测钻井特性并且可以接收沿钻井传播的电磁能量的钻井中的位置。该装置包括能量存储电路元件，其被配置为接收并存储电磁能量；脉冲生成器，其被配置为自能量存储电路元件接收存储的能量并且释放该能量以生成电磁能量脉冲；谐振电路部分，其被配置和设置为接收来自电磁能量脉冲的能量并且产生表示钻井特性的调制电磁信号用于分析。

本发明的实施例的一个方面包括一种用于感测钻井特性的方法，该方法包括在紧邻感测钻井特性的钻井中的位置接收电磁能量，存储接收的电磁能量，然后释放存储的能量以在钻井中生成电磁脉冲，在谐振电路中接收来自电磁脉冲的能量以在该谐振电路中产生电信号，调制该电信号以产生表示钻井特性的调制电磁信号，并且传送该调制电磁信号用于分析。

本发明的实施例的一个方面包括一种用于监视钻井特性的系统，该系统包括传送器，其被配置和设置为将电磁信号发射到钻井中；传输线，其被构造和设置为引导电磁信号在钻井中的传播；探针，其可安置在感测钻井特性并且可以接收经由传输线传播的能量的钻井中的位置，该探针部分包括能量存储电路元件，其被配置为接收并存储通过传输线发射的能量；火花生成器，其被配置为自能量存储电路元件接收存储的能量并且具有由间隙隔开的电极，该火花生成器被进一步配置和设置为，当跨越该间隙的电压超过探针所处介质的击穿电压时，电极之间的火花放电生成电磁脉冲；谐振电路部分，其被配置和设置为接收来自电磁脉冲的能量并且产生表示钻井特性的调制电磁信号；耦合器部分，其被配置为接收该调制电信号并且经由传输线发射表示该调制电磁信号的射频信号；接收机，其被配置和设置为接收表示该调制电信号的射频信号并且输出表示该接收的射频信号的电信号；和处理器，其被配置和设置为接受接收机输出的电信号作为输入并且处理该接收电信号以确定与监视特性相关的信息。

附图说明

在结合附图阅读下面的详细描述时，此处描述的其他特征对于本领域的技术人员将是更加显而易见的，其中：

图1A～1D示出了用于感测钻井特性的装置的实施例；

图2A示出了用于在图1中说明的装置的实施例中使用的谐振空腔的实施例；

图2B示出了被形成为用于执行电谐振的磁耦合电谐振机械结构的谐振网络设备的示例；

图2C说明了井口(wellhead)连接的可替换的示例；

图3示出了谐振空腔的实施例的底视图；

图4示出了谐振空腔的可替换的实施例；

图5示出了用于检测特性的电路的实施例；

图6示意性地说明了用于感测钻井特性的方法的实施例；并且

图7是根据本发明的实施例的脉冲生成器的示例。

具体实施方式

图1说明了用于感测钻井特性的装置100的示例。该钻井可以是任何空腔，以任何取向配置，具有诸如材料组分、温度、压力、流速、或者其他特性的特性，上述特性可以沿钻井的长度变化。

装置100包括用于通过钻井传导电磁能量的电磁透射介质，诸如传导管道102。耦合(例如连接)到传导管道102的输入104被提供用于将电磁能量施加到传导管道。在实施例中，电磁能量可以具有任何所需的频率，该频率例如，被选择为钻井中的待测特性的函数或者钻井的长度和尺寸的函数。

入口包括与传导管道102耦合的连接器106。连接器106可被形成为例如，共轴连接器，该共轴连接器具有电气耦合到传导管道102的第一(例如，内部)导体，并且具有耦合到中空钻井套管111的第二(例如，外部)传导套管。例如PTFE或者尼龙材料的绝缘体可用于使内部导体与外部传导套管分离。

入口可以包括电感隔离器，诸如铁氧体电感器108或者其他电感器或部件，用于使入口与输入104附近的位置处的第一电位(例如，钻井套管111的返回电流路径的电位，诸如公共地)电气隔离。装置100可以包括电磁能量源，诸如信号生成器105，其耦合到入口用于生成待施加到传导管道或者其他类型的传输线的电磁能量。信号生成器105可被配置为按照要求或需要产生脉冲的或连续的波信号。

中空钻井套管111可被安放到钻井中，其中将测量该钻井的特性。中空钻井套管111可以例如，被配置为钢或者其他适当的材料。在典型的钻探应用中，钻井套管111可以是在普通钻探应用中用于向钻井提供结构支撑的标准套管，并且没有必要提供任何额外的外部传导介质。

传导管道102可以位于中空钻井套管中并且使用衬套116与该中空钻井套管电气隔离。该衬套可以例如，被配置为保持传导管道102与中空钻井套管111的内壁的分离距离的绝缘定中心装置(centralizer)。这些绝缘衬套可被配置为由任何适当的材料形成的圆盘(disk)，该材料包括，但不限于，尼龙或PTFE。如将认识到的，传导管道102与套管111结合在一起，形成了共轴传输线。同样地，考虑到可以使用传输线的可替换的实施例，诸如单个传导线、成对传导线、或者波导管。例如，套管可单独用作用于特定频率的电磁波的波导管。而且，可以在所有该线中或者部分该线中可以使用一段共轴线缆。当在套管111中不能使用介电流体时(例如，当盐水或其他传导流体出现在套管111中时)，该共轴线缆是特别有用的。

装置100包括脉冲生成器109，用于生成通过传导管道102传输的电脉冲。可替换地，该脉冲生成器可以生成通过地传输到地上天线的电磁脉冲。该脉冲生成器可以附连或者另外磁耦合到传导管道102。该脉冲生成器109可以是任何设备，包括，但不限于，用于接收电磁能量并且由该电磁能量生成谐振信号的电子结构。在图5中示意性地说明了并且在图7中更具体地说明了脉冲生成器109的示例性实施例。如图2B中示出的，脉冲生成器109可以与下文描述的谐振网络设备120堆叠在一起。

如图5中示意性地说明的，脉冲生成器109可以包括诸如吸能器110的部件，用于存储通过传导管道102传输的电磁能量。吸能器110将电脉冲存储在电容器、电池或者其他电能存储装置中。

吸能器110还可以包括转换器，诸如整流器112，用于将电脉冲转换为恒定功率或者直流能量。整流器112在其输出上向电能存储设备114提供直流能量。

脉冲生成器109还可以包括诸如电火花放电隙118的脉冲生成器，用于使用电能存储设备114中存储的能量生成电磁脉冲。本领域的普通技术人员将认识到，在容纳在玻璃外罩中的两个电极之间可以形成电火花放电隙118，该玻璃外罩可以填充有惰性气体。随着电存储设备114中存储的能量的增加，电火花放电隙的击穿电位也增加，当击穿电位达到其极限时，生了跨越电火花放电隙118的能量电弧。在由于电火花生成的过程部分地消耗电极的情况中，有用的是，包括将额外的电极材料馈送到电火花生成区域中的馈送机构。例如，一段传导线可以用作电极并且可以连续地或者间歇地被馈送到外罩中以便于随时间补充电极。

脉冲生成器109包括反应部件，诸如响应电火花放电隙118的脉冲的谐振网络设备120，用于在被调制为钻井特性的函数的频率处谐振。谐振电路118可以包括由电感性和电容性元件组成的谐振器L/C电路，该电路被配置和设置为产生振铃(ringing)输出。谐振网络设备120可以是例如，任何电声学设备或者其他设备，包括，但不限于，用于执行电谐振的任何磁耦合电谐振的机械结构，诸如图2A的谐振空腔，图2B的储能电路、或者任何其他适当的设备。谐振网络设备120可以连接到或者机械耦合到传导管道102。在实施例中，谐振网络设备120可以包括通过环形铁芯形成并且磁耦合到传导管道102的电感器。该环形铁芯是被形成为包含和/或增强磁场的介质的磁铁芯。例如，谐振网络设备120可以是绕铁氧体芯缠绕的具有一英寸截面的单匝线圈，或者具有可使用的任何适当的形状、尺寸和结构的任何其他适当的设备。

谐振网络设备产生的振铃信号包括所关注的信息，这是因为该振铃信号是通过电容器、电感器之一或此两者中的改变而被调制的，因此该电容器和电感器用作传感器。例如，振铃的频率由L/C电路的电容和/或电感值的漂移确定。应当注意，该频率被选择为与输入充电频率(典型地为300kHz)的频率不同，以便于不会引起数据解读的混乱。作为示例，L/C电路的电容器可被配置为电容压力传感器，其中电容器极板之间的距离随着压力的增加而减少，反之亦然。同样地，可以使用电感位移传感器，其中电感根据体积中的压力或者结构中的应力的改变，随着透磁铁芯的运动而改变。

信号能量的强度使得大部分能量能够通过地自身透射。信号与周围岩层的交互可以产生关于该岩层自身的重要信息。事实上，信号可由远离井位置的分离的地上表面天线接收，并且该信号可以通过多种方法解读。信号的频率、衰减、延迟和回波效应的漂移可以给出有价值的地下信息。

本领域的技术人员将认识到，磁铁芯是由于其分子结构中的可定向偶极子而受到其区域中的磁场的显著影响的材料。该材料由于其低的磁阻，可以抑制和/或加强所施加的磁场。井口铁氧体电感108可以提供范围为例如90～110欧姆的紧凑电感阻抗，作用在管道上的入口馈送点和井口法兰短接(flange short)之间。该阻抗与管道-套管传输线的示例性47欧姆的特性阻抗并联，对于50MHz的典型频带中心，可以使入口馈送点处的发射和接收信号减少例如，约～3dbV。铁氧体铁芯的导磁率的范围可以是～20到略高于100，或者更小或更大。同样地，对于空心电感器的给定电感，当插入铁芯材料时，固有电感可以以该相同的系数增加。选定的铁芯材料可用于例如，10～100MHz或者更小或更大的频率范围。

谐振网络设备120自电火花放电隙118接收能量，并且在其固有频率处产生“振铃”。传感器可以包括换能器，该换能器操作地与谐振网络设备120通信，并且耦合(例如，电容性耦合或磁耦合)到已知电位(例如，公共地)。该换能器可被配置为感应与钻井关联的特性，并且在电磁能量通过传导管道102传输并且自电火花放电隙118接收到能量脉冲时，该换能器可被配置为调制谐振网络设备120中感生的振动频率。该调制振动频率可被处理以提供钻井特性的测度。即，由脉冲感生的振动频率由感测的钻井特性调制，并且该振动调制可被处理以提供该特性的测度。

传感器可以包括处理器或者与处理器关联(例如，CPU或者CPU和关联的计算机的电子装置121)。处理器121可以提供表示待测量或监视的特性的信号。

处理器121可被编程为处理调制振动频率以提供感测特性的测度。该测量结果可以例如，经由图形用户接口(GUI)123被显示给用户。处理器121可以执行检测信号的任何所需的处理，包括，但不限于，调制振动频率的统计(例如，傅立叶)分析、信号的去卷积、与另一信号相关等。商用产品易于获得并且对于本领域的技术人员是公知的，其可用于执行任何适当的频率检测。例如，通过例如，可获得自Mathsoft Engineering&Education，Inc.的MATHCAD实现快速傅立叶变换，或者通过使接收自谐振网络设备的调制振铃去卷积的其他适当产品。该处理器可以与查找表格结合使用，该查找表格具有调制频率到感测特性(例如，温度、压力等)的转换的相关表格。

在实施例中，至少一部分中空钻井套管111处于第一电位(例如，公共地)。例如，中空钻井套管可以在入口104附近的位置以及在脉冲生成器109附近的位置处位于公共地电位。入口附近的中空钻井套管的接地是可选的，并且可以有助于建立关于传导管道的已知阻抗。脉冲生成器109附近的中空钻井套管的接地可以允许定义谐振长度。即，谐振空腔具有在中空钻井套管中的由螺旋线圈112之间的距离以及由谐振空腔的第二较低的末端处的地连接定义的长度。

脉冲生成器109的谐振网络设备120的换能器可被配置为包括无源电气部件，诸如电感器和/或电容器，由此不需要井下电力。可替换地，电力可以存储在电池或电容器中，用于在对有源部件供电时使用。在图1的装置100的组装过程中，传导管道可以分部分组装，并且在不同管道部分之间的每个接点处可以包括衬套。在将传导管道102和脉冲生成器109安放到钻井中之前，可以使用GUI 123和处理器121校准用于感测调制振动频率的换能器。

将通过参考图1B进一步描述图1A中说明的实施例的细节，图1B示出了该装置的遥测部件的示例。

如图1B中示出的，传导管道102和中空钻井套管111经由铁氧体电感108相互电气隔离。在谐振网络设备是固有谐振器的情况中，谐振“振铃”频率的波长可以指明该设备的尺寸(例如，长度)。本领域的技术人员将认识到，通过使该设备“加载”电感和/或电容可以影响该尺寸约束。例如，特定实现方案中使用的铁氧体的量可被选择为所需频率和尺寸考虑的函数。

可以提供仪器信号端口112用于接纳探针106。如图1B中示出的井口配置短路到中空钻井套管。铁氧体电感器108因此使耦合到传导管道102的入口的传导探针与井口的顶部隔离，在实施例中，该井口处于公共地电位。在示例性实施例中，由于井口经由井口法兰124与公共地的短路而接地，因此铁氧体电感器使短路的井口法兰与用于自探针向谐振空腔传送脉冲的传导管道隔离。

如上文提及的，传导管道102与套管111一起形成用作传输线的共轴线，用于诸如换能器的井下电子装置与诸如处理器的表面电子装置的通信。

图1C说明了谐振空腔及其中包括的换能器的电气表示。在图1C中，环形铁芯125被表示为由铁氧体材料配置的电感器部分，用于使传导管道102与谐振空腔120连接。如可在图1C中看到的，对于被配置为谐振空腔的谐振网络设备，谐振空腔120的上部132与环形铁芯125的下部重合，并且在示例性实施例中，谐振空腔120的上部132处于比传导管道102和套管111之间的阻抗相对要高的阻抗。例如，谐振空腔的顶部处的阻抗可以约为2000欧姆，或者更小或更大的量级。对于基于磁铁芯的磁耦合谐振网络，这些措施可以具有小的相关性或者没有相关性。

相对于谐振空腔上方的传导管道的谐振空腔顶部处的该相对大的差分阻抗至少部分地提供了使该空腔响应脉冲谐振或“振铃”的能力，并且由此提供了测量所关注的特性时的高的灵敏度。此外，通过将谐振空腔的下端设置在公共地电位处，有助于换能器提供相对高的灵敏度的能力。

图1C是关于由传导管道和钻井套管形成的共轴空腔的谐振网络设备的电气表示，包括谐振网络电阻128和谐振网络电感130的表示。在图1C中说明了由公共地连接114定义的空腔的下部，由此该空腔由环形铁芯112的底部和地连接114定义。与该谐振空腔关联的套的阻抗被表示为套电容134。

根据待测特性作用的用于调制脉冲感生的振动频率的与谐振空腔关联的换能器被表示为换能器136。

对于谐振空腔的配置，谐振空腔的底部可以包括封隔器密封，用于防止传导管道102接触中空钻井套管111。如图1C和图1A中说明的，封隔器138可以包括暴露导体140，暴露导体140可以与谐振空腔和中空钻井套管111的传导部分接驳以实现谐振空腔的下端处的公共地连接114。

图1D说明了传导管道102的上端处包括的井遥测部件的另一细节。在图1D中，探针106与传导管道102的连接被示出为在入口104中通过中空钻井套管111。图1D示出了探针106经由铁氧体电感器108与短路的井口法兰124隔离。

图2A示出了被形成为谐振空腔的谐振网络设备120的细节的示例。在图2A中，中空钻井套管111可被视为容纳传导管道102。说明了环形铁芯112，该环形铁芯112的底部在向下进入钻井的方向上构成了谐振空腔的上端。换能器136被示出为位于一部分谐振空腔中，并且与传导传感器套202关联，该传导传感器套202的电容在图1C中被表示为套电容134。

铁氧体环形铁芯112可被配置为滑到塑料端件中的环形铁芯。该铁氧体材料是易于获得的，诸如可获得自Fair-Rite Incorporated的被配置为低μ的射频类型的材料的铁芯，或者任何其他适当的材料。说明了安装螺钉204，并且该安装螺钉204可用于将传感器套和换能器保持在沿传导管道102的长度的适当的位置处。图2中没有示出与封隔器和中空钻井套管的公共地连接重合的谐振空腔的底部。

图2B说明了被形成为储能电路的谐振网络120的示例性细节。在图2B中，在封隔器处或者封隔器附近可以包括与多个传感器封装关联的多个谐振网络设备206。在图2B的实施例中，提供了使用电容传感器和铁氧体耦合变压器的谐振器。再一次地，中空钻井111可被视为容纳传导管道102。每个谐振网络设备可被配置为具有关联的线圈谐振器210的环形铁芯208。不需要实现针对现有井柱的大的阻抗匹配或者管道-套管短接的修改。共轴井柱结构可以使用如图2B中说明的铁氧体环形谐振器承载直接针对封隔器处短接的电流，不需要如谐振空腔配置的匹配部分。

在电气示意性表示中，传导管道可以被有效地表示为变压器构造中的单匝绕组214，并且数个次级绕组216可以堆叠在单个初级电流路径上。封隔器短接的质量不太重要或者无关紧要。可替换地可以使用金属齿封隔器。可以检测使用该变压器方法的返回信号，而不需要使用下封隔器短接阻抗。

在图2B的实施例中，多个谐振网络设备206之间的间距可被选择为所需应用的函数。谐振网络设备206可被充分地分离以减轻或消除机械约束。此外，分离可被选择为减轻或消除设备206之间的耦合。

在实施例中，一个振铃宽度的距离可以降低关于典型应用的耦合。通过增加线圈匝数可以改变每个谐振网络设备的电感和/或电容，并且该匝数可被选择为该应用的函数。例如，匝数将部分地设定每个谐振网络设备的振铃频率。特定的实施例的匝数约为3～30的数量级，或者更小或更大。

在特定实施例中，用于谐振网络设备的频率可以约为3MHz～100MHz的数量级，或者按照需要更小或更大。该频率可被选择为传导管道的材料(例如，钢)特性的函数。透入深度可以限制高于特定点的高频的使用，并且可用频率范围的下端可被选择为谐振网络设备构造的简化的函数。然而，如果所选的频率过低，则应考虑井口连接短接的去耦。

因此，使用铁氧体磁材料可以在机械上简化井下谐振网络设备，并且可以允许针对传统井部件的较少的改变。使用铁氧体磁环形体可以允许磁材料在非常局部化的紧凑区域中在电流路径中增强磁场，并且因此提高电感。因此，可以实现钻井下远程位置处的多个谐振网络设备的堆叠，且多个设备之间的交互影响最小。可以包括多个传感器设备以感测多个特性。如图2C中示出的，铁氧体磁环形体的使用还可用于实现井口连接处的相对短的隔离距离，用于将信号线缆耦合到传导管道102。

图2C说明了井口连接的实施例，其中提供了线轴218以容纳(accommodate)铁氧体隔离器和信号连接。线轴例如，高度可以约为8～12英寸的数量级，或者可以具有用于适应具体应用的任何其他适当的尺寸。该线轴用于针对管柱的信号连接。

由“环形线轴”配置的谐振网络设备可以是分离的并且其操作基本上独立于传感器封装，该传感器封装具有相似配置并且被安放在线轴218附近。环形体线轴的宽度中的增加的电感可用于隔离井口连接处的信号馈送点。如图2C中所示的，管道表面上的电流将在铁氧体环形体中感生磁场，用于管道电流路径的感性增强。

图3说明了从图2中的钻井的底部向上看到的图2A和图2B的设备的视图。在图3中，换能器136可被视为经由例如，电线302连接到传感器套202和传导管道102。该传感器套依次经由套电容134电容耦合到中空钻井套管111。

图4说明了其中封隔器已被修改为包括进入关注区域的线管延伸402的实施例，其中在该关注区域中测量钻井特性。在示例性实施例中，该延伸402可以是用于使用针对传感器的中间流体感测例如，温度或压力的直接端口。

在特定实施例中，诸如电容换能器的换能器被安装在谐振空腔的顶部附近，作为传感器套的电气元件。远程参数可以经由通过并进入密封感测单元的线管被带到谐振空腔中的传感器。然后可以远程监视所需参数的测量。使用机械机构可以使该监视从传感器进一步延伸，以在谐振空腔中将传感器重新安置在沿传导管道102的长度的不同的位置。在图4中，传感器线管404被提供给待测的压力或温度区域。

图6是使用装置100的遥测数据采集的方法的框图，将通过参考图7中说明的脉冲生成器109的实施例来解释该框图序列。在600处，例如具有射频辐射的形式的电磁能量由脉冲生成器109接收。在示例中，该电磁能量可以以300kHz的频率输入，然而，本领域的普通技术人员将认识到可以使用范围广泛的频率。

如图7中说明的，基于低频铁氧体铁芯的多重缠绕电感器702接受来自电磁能量的输入能量，并且在脉冲生成器109的部件中产生电流。可选地，使用整流器112对该电流进行整流602(图5中示意性说明)。

在604处，该能量用于对存储设备充电，在图7中该存储设备是电容器704。本领域的技术人员将认识到，电能存储设备可以是电容器、电池、或者任何其他适当的设备，并且整流器可以是二极管(例如，如图7中示出的二极管706)。

在能量存储设备充分充电之后(即，达到阈值之后，该阈值可以是例如，电荷阈值或者电压阈值)，在电火花放电隙708中的电极(未说明)之间生成(606)能量脉冲。作为示例，对于由电介质(例如，空气或惰性气体)隔开的电极对，在达到介电击穿电压之后，生成火花。

火花的生成创建了电磁脉冲，谐振空腔120或多个谐振空腔120接收来自该电磁脉冲的能量。该谐振空腔或多个谐振空腔如上文所述调制(608)谐振信号。该调制信号具有由能量脉冲的强度确定的强度和部分地由被探测的钻井特性确定的频率分量。

在图7中说明的示例中，脉冲生成器109还包括低频电容器710，该低频电容器710可被选择为将铁芯702的铁芯绕组的谐振设定到低的驱动频率(例如，约为谐振空腔120的频率的1/20～1/30)，在生成器109中提供大的电压增益。电阻器712是定时电阻器，用于设定存储电容器704的充电定时。最后，单匝线圈714可以环形地通过谐振器120的铁芯，以便于将脉冲生成器109的电磁能量耦合到谐振器120。

根据实施例，能量可被无线发送到井下遥测/探测设备并且被存储。该能量可通过高能形式由电火花放电隙周期性地释放，因此增强了将在地上接收的信号。

该信号可以是能量充足的，使得远离井位置的井的管道结构或分离天线可被用作接收天线。因此传输也可以通过地自身发生。

数据带宽可以具有比不清楚的无线电信号脉冲方法(mudpulsing method)更高的频率。除了诸如井下温度和压力的数据的传输之外，该信号可用于探测局部岩层的结构。在穿地模式中，地下岩层结构引起频率漂移和衰减以及其他现象，该现象可被解读并且因此指出地下结构的特性。

无线系统使用的电路可以是非常鲁棒性的并且可被制造为耐受井下条件的高温和高压。例如，单个半导体设备(例如图7的二极管708)可用于功率整流。功率二极管可被选择为有足够强度以耐受典型的井下条件。

本领域的技术人员将认识到此处描述的公开实施例仅作为示例，并且将存在许多变化。本发明仅受权利要求的限制，该权利要求涵盖此处描述的实施例以及本领域的技术人员想到的变化。

Claims (22)

1.一种用于感测钻井特性的装置，包括：

传输线，其被构造和设置为在所述钻井中传送电磁信号；和

探针，其能够被安置在所述钻井中的、感测所述钻井特性并且能够接收经由所述传输线传播的能量的位置，所述探针包括：

能量存储电路元件，其被配置为接收并存储通过所述传输线传送的能量；

脉冲生成器，其被配置为从所述能量存储电路元件接收所存储的能量，并且释放所述能量以生成电磁能量脉冲；和

谐振电路部分，其被配置和设置为接收来自所述电磁能量脉冲的能量，并且产生表示所述钻井特性的调制电磁信号，并且经由所述传输线传送表示所述调制电磁信号的信号。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述脉冲生成器包括具有由间隙隔开的电极的火花生成器，所述火花生成器被进一步配置和设置为，当跨所述间隙的电压超过所述探针所处的介质的击穿电压时，所述电极之间的火花放电产生所述电磁脉冲。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述传输线包括共轴传输线。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述共轴传输线包括中心导体和外部导体，并且其中所述中心导体包括传导管道以及所述外部导体包括所述钻井的传导套管。

5.如权利要求1所述的装置，其中所传送的、表示所述调制电磁信号的信号包括射频信号。

6.一种用于感测钻井特性的装置，所述装置能够被安置在所述钻井中的感测所述钻井特性并且能够接收沿所述钻井传播的电磁能量的位置，所述装置包括：

能量存储电路元件，其被配置为接收并存储所述电磁能量；

脉冲生成器，其被配置为从所述能量存储电路元件接收所存储的能量，并且释放所述能量以生成电磁能量脉冲；

谐振电路部分，其被配置和设置为接收来自所述电磁能量脉冲的能量，并且产生表示所述钻井特性的调制电磁信号用于分析。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述脉冲生成器包括具有由间隙隔开的电极的火花生成器，所述火花生成器被进一步配置和设置为，当跨所述间隙的电压超过所述探针所处的介质的击穿电压时，所述电极之间的火花放电产生所述电磁脉冲。

8.如权利要求6或7所述的装置，其中表示所述钻井特性的所述调制电磁信号包括用于经由传输线传送的电磁信号。

9.如权利要求6或7所述的装置，其中表示所述钻井特性的所述调制电磁信号包括用于无线传输的电磁信号。

10.如权利要求9所述的装置，其中用于无线传输的所述信号包括无线射频电磁辐射信号。

11.一种用于感测钻井特性的方法，包括：

在所述钻井中的邻近感测所述钻井特性的位置处接收电磁能量；

存储所接收的电磁能量，然后释放所存储的能量以在所述钻井中产生电磁脉冲；

在谐振电路中接收来自所述电磁脉冲的能量以在所述谐振电路中产生电信号；

调制所述电信号以产生表示所述钻井特性的调制电磁信号；以及

传送所述调制电磁信号用于分析。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述释放包括发起跨越电极之间的间隙的火花以产生所述电磁脉冲。

13.如权利要求11或12所述的方法，进一步包括：

接收所传送的信号；以及

分析所述信号以确定关于所述钻井特性的信息。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述分析包括执行傅立叶分析。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述分析包括使用所述钻井特性和调制频率之间的对应关系的查找表。

16.如权利要求11所述的方法，其中通过改变谐振电路的电路元件的特性来执行所述调制。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述改变包括电容性传感器的电容改变。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述改变包括电感性传感器的电感改变。

19.如权利要求11所述的方法，其中所述传送包括经由传输线传送。

20.如权利要求11所述的方法，其中所述传送包括无线传输。

21.如权利要求20所述的方法，进一步包括：

在所传送的信号通过至少一部分邻近所述钻井的地质岩层之后接收所传送的信号；以及

分析通过使所传送的信号通过所述地质岩层而加诸于所传送的信号上的对所传送的信号的调制。

22.一种用于监视钻井特性的系统，所述系统包括：

传送器，其被配置和设置为将电磁信号传送到钻井中；

传输线，其被构造和设置为引导所述电磁信号在所述钻井中的传播；

探针，其能够被安置在所述钻井中的、感测所述钻井特性并且能够接收经由所述传输线传播的能量的位置，所述探针包括：

能量存储电路元件，其被配置为接收并存储通过所述传输线传送的能量；

火花生成器，其被配置为从能量存储电路元件接收所存储的能量并且具有由间隙隔开的电极，所述火花生成器被进一步配置和设置为，当跨所述间隙的电压超过所述探针所处介质的击穿电压时，所述电极之间的火花放电产生电磁脉冲；

谐振电路部分，其被配置和设置为接收来自所述电磁脉冲的能量，并且产生表示所述钻井特性的调制电磁信号，并且经由所述传输线传送表示所述调制电磁信号的射频信号；

接收器，其被配置和设置为接收表示所述调制电磁信号的所述射频信号，并且输出表示所接收的射频信号的电信号；和

处理器，其被配置和设置为接受所述接收器输出的所述电信号作为输入，并且处理所接收的电信号以确定与所述监视特性相关的信息。

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