CN105658899B - 使用仪表式切割元件的接近检测 - Google Patents

Abstract

公开的是一种钻探系统。所述钻探系统包括钻柱和联接至所述钻柱的钻具。所述钻具包括圆柱形本体。所述钻具还包括位于所述圆柱形本体的外侧部分上的多个刀片。另外地，所述钻具包括位于所述多个刀片中的一个上的仪表式切割元件。所述仪表式切割元件包括切割台和联接至所述切割台的衬底。所述衬底包括空腔。所述仪表式切割元件还包括位于所述空腔中的芯和联接至所述衬底的电连接器。所述仪表式切割元件还包括联接至所述电连接器和所述芯的周围部分的线圈导线。所述线圈导线被配置来响应于所述仪表式切割元件接近可磁化材料生成信号。

Description

使用仪表式切割元件的接近检测

技术领域

本公开总体涉及井下钻探工具，并且更具体地说，涉及使用仪表式切割元件的接近检测。

背景技术

各种类型的井下钻探工具，包括但不限于旋转式钻头、钻孔器、芯钻头以及其他井下工具已经用于在相关联的井下地层中形成井筒。这样的旋转式钻头的实例包括但不限于，固定切割器钻头、刮刀钻头、多晶金刚石复合片(PDC)钻头以及与形成延伸通过一个或多个井下地层的油气井相关联的基体钻头。诸如PDC钻头的固定切割器钻头可包括各自包括多个切割元件的多个刀片。

在典型的钻探应用中，可在定向和水平钻探中使用钻头。通常在定向和水平钻探中，钻头将竖直地钻至特定的开始位置，在所述开始位置钻头将开始转变至地层，并且在特定的点，钻头可开始水平钻探。定向和水平钻探的目的中的一个是增加进入井筒的储层的排水并且增加井的产量。

然而，在定向和水平钻探期间，可能存在无意地接触或者钻入横穿钻头的路径的现有井或者其他井下障碍物的增加的风险。可能很难确定钻头何时冲击或者即将冲击现有井或者其他井下障碍物。此外，在无意的接触之后可能很难最小化对钻头或者现有井的套管或尾管的损害。在其他的情况中，可期望接触或者钻入现有井，诸如钻探减压井。在这种情况中，可有利的是确定钻头何时与现有井发生接触。

附图说明

为了更完全地理解本公开和其特征与优点，现结合附图来参阅以下描述，附图中：

图1示出根据本公开的一些实施方案的被配置来钻入一个或多个地质构造的钻探系统的示例性实施方案；

图2A示出根据本公开的一些实施方案的以通常用于建模或者设计固定切割器钻头的方式向上定向的旋转式钻头的等距图；

图2B示出根据本公开的一些实施方案的被配置来通过第一地层层面进入第二地层层面形成井筒的钻头的钻头面轮廓；

图4示出根据本公开的一些实施方案的被配置来定位在仪表式切割元件中的检测器的分解图；

图5A示出根据本公开的一些实施方案的在基本上不存在外部可磁化材料(例如，现有井和/或其他井下障碍物)的情况下可发生在图4中示出的检测器的操作期间的示例性磁场；

图5B示出根据本公开的一些实施方案的在钻头可接触现有井的情况下图4中示出的检测器的示例性磁场；

图5C示出根据本公开的一些实施方案的在检测器漂移接近以及远离可磁化材料时所述检测器的示例性随时间变化的响应的图；

图5D示出根据本公开的一些实施方案的在检测器漂移接近以及远离可磁化材料时的示例性随时间变化的电压响应的图；

图6示出根据本公开的一些实施方案的被配置来定位在仪表式切割元件中并且起到电感传感器功能的检测器的分解图；

图7A–图7C示出根据本公开的一些实施方案的用于与检测器和切割台一起使用的芯帽的实例；

图8示出根据本公开的一些实施方案的切割台的具有用于与图7A–图7C中示出的检测器一起使用的芯帽的面的实例；

图9A示出根据本公开的一些实施方案的位于利用U形芯的仪表式切割元件中的检测器的图；

图9B示出根据本公开的一些实施方案的显示U形芯的位置的仪表式切割元件的外部的图；

图9C示出根据本公开的一些实施方案的利用偏移U形芯的仪表式切割元件的图；

图10A示出根据本公开的一些实施方案的在基本上不存在现有井和/或其他井下障碍物的情况下可发生在图9A中示出的检测器的操作期间的示例性磁场；

图10B示出根据本公开的一些实施方案的基于图9A中示出的检测器的操作的储能电路电压的示例性曲线；

图10C示出根据本公开的一些实施方案的在钻头可接触现有井的情况下图9A中示出的检测器的示例性磁场；

图11示出根据本公开的一些实施方案的位于具有应变仪的仪表式切割元件中的检测器的图；

图12示出根据本公开的一些实施方案的位于具有多个应变仪的仪表式切割元件中的检测器的图；并且

图13示出根据本公开的一些实施方案的确定并形成图4、图6、图7A–图7C或图9A的仪表式切割元件的示例性方法的流程图。

具体实施方式

公开能够在钻探时检测井下障碍物，诸如以检测井下钻探工具何时接触或者接近现有井和/或其他井下障碍的外部的钻探工具和相关联的方法。所公开钻探系统可被配置来响应于检测，诸如通过自动生成警报和/或降低钻头的功率或者脱离钻头，来最小化对井下钻探工具以及现有井和/或其他井下障碍的损坏。在一个示例性应用中，钻工可在钻探时应用本公开的教导以便避免与现有井、或者自然形成或人为的井下障碍的交叉。在另一个示例性应用中，钻工可具体地应用本公开的教导以便与现有井交叉，诸如在钻探减压井的情况中。在又一个示例性应用中，钻工可应用本教导以便跟随相邻或者目标井–但不与其相交，诸如以便有助于在与相邻或者目标井的相对距离处引导被钻探的井。

如下文进一步描述，钻探系统可包括钻探工具，诸如联接至钻柱的下端并且具有一个或多个仪表式切割元件的钻头。仪表式切割元件可包括各种电子部件，包括但不限于接近传感器(本文中被替代地称为“接近检测器”或者简称“检测器”)。在特定的示例性实施方案中，仪表式切割元件可包括具有线圈导线的内芯，所述线圈导线被配置来响应于仪表式切割元件接近可磁化材料生成信号。仪器可被特别配置来响应于井下钻探工具接触和/或接近现有井、其他井下障碍和/或其他人为结构生成信号。在一个特定的应用中，例如，仪表式切割元件可以响应于目标井的金属套管，或者响应于在钻探工具的仪表式切割元件接触套管时形成的岩屑。例如，可通过流入线圈的电流的增加并因此线圈的电压输出的变化来证实磁通密度的变化。可由定位在钻头和/或BHA中的检测电路检测所述电流。当检测电路检测到切屑、套管和/或其他可磁化或人造材料的存在时，所述检测电路可通过BHA和/或任何其他井下遥测系统的部件将数据传输至井场。所述传输可被用来生成警报和或调整钻头的功率。

如下文结合所示出的示例性实施方案所进一步公开，可存在用于钻头中的各种接近检测器的类型、定位和组装。接近检测器可定位在一个或多个切割元件和/或刀片中。在一些实施方案中，每切割元件可存在多个接近检测器以便实现多方向的感测和/或检测。尽管参考旋转式钻头和开口工具论述，检测器和其他相关联的仪器可被定位在和/或接近切割元件，所述切割元件安装在任何孔打开或切割结构上，诸如扩孔器、钻孔器、可延伸/可缩回管下钻孔器切割结构、三牙轮钻头、套管/尾管钻头、稳定器和/或任何其他合适的井下钻探部件。参考图1至图13进一步描述本公开的特定示例性实施方案，其中相同的参考数字符号用来指示相同和对应的部分。

图1是被配置来钻入一个或多个地质构造的示例性钻探系统100的正视图。钻探系统100可包括井表面，有时被称为“井场”106。各种类型的钻探装备，诸如旋转台、泥浆泵和泥浆槽(未明确地示出)可定位在井表面或井场106。例如，井场106可包括钻机102，所述钻机102可具有与“陆地钻机”相关联的各种特性和特征。然而，并入有本公开的教导的井下钻探工具可令人满意地与钻探装备一起使用，所述钻探装备定位在海上平台、钻探船、半潜式装置和/或钻探驳船(未明确地示出)上。

钻探系统100可包括与钻头101相关联的钻柱103，所述钻头101可被用来形成多种井筒或者钻孔，诸如大体竖直井筒、大体水平井筒和/或竖直下降并且随后以如图1所示的预定角度下降的井筒。各种定向钻探技术和钻柱103的底孔组件(BHA)120的相关联部件可被用来形成井筒114。例如，横向力可在接近开始位置113施加给钻头101以便形成井筒114的从井筒114的大体竖直部分延伸的倾斜部分。

BHA 120可由被配置来形成井筒114的多种部件形成。例如，BHA 120的部件122a、122b和122c可包括但不限于，钻头(例如，钻头101)，钻挺，旋转导向工具，定向钻探工具，井下钻探马达，用于钻柱的重量、扭矩、弯曲和弯曲方向测量的钻探参数传感器以及其他振动和旋转相关传感器，任何诸如钻孔器、管下钻孔器或扩孔器的孔放大装置，稳定器，包含井筒测量装备的随钻测量(MWD)部件，用于测量地层参数的随钻测井(LWD)传感器，用于通信的短途和长距离遥测系统，和/或任何其他合适的井下装备。诸如被包括在BHA 120中的钻挺和不同类型的部件122的部件的数量可取决于所预测的井下钻探情况和将由钻柱103和旋转钻头101形成的井筒的类型。

井筒114可部分地由套管柱110限定，所述套管柱110可从井场106延伸至所选择的井下位置。如在图1中所示，井筒114的不包括套管柱110的部分可被描述为“裸井”。此外，尾管部分(未明确地示出)可存在并且可与相邻的套管或尾管部分相连接。尾管部分(未明确地示出)可不延伸至井场106。尾管部分可从先前尾管或套管定位成接近底部、或者井下。尾管部分可延伸至井筒114的末端。各种类型的钻探液可从井表面106泵送通过钻柱103到达钻头101，所述钻柱103可包含用于钻探液流动的内部通道。这样的钻探液可被引导来从钻柱103流动至被包括在旋转钻头100中的相应的喷嘴(未明确地示出)。钻探液可通过部分地由钻柱103的外径112和井筒114的内径118限定的环空108循环返回到井表面106。内径118可被称为井筒114的“侧壁”或者“孔壁”。环空108也可由钻柱103的外径112和套管柱110的内径111限定。裸井环空116可被限定为侧壁118和外径112。

在井筒114的钻探期间，钻头101可接近和/或接触现有井136来进行钻探。现有井136可从井场132延伸并且可以是任何类型的运行井、或者是不再提取任何类型的材料的井，所述运行井例如可操作来提取任何类型的材料或者插入(注入)任何类型的材料或流体。现有井136可包括侧壁或套管134，所述侧壁或套管134可由任何类型的可磁化材料、铁质材料、铁磁材料、过渡金属材料、金属合金材料、和/或任何其他合适的材料构成。

此外，在钻探操作期间，钻头101可接近和/或接触相邻的裸井或水泥浇筑的孔中的已废弃的钻柱(未明确地示出)或者活性钻柱(未明确地示出)来进行钻探。已废弃的钻柱可被称为“孔中的落鱼”并且可表示钻柱的某一分段，例如，由于在井喷事件、井筒的部分或者完全坍塌或者井筒中的膨胀收缩期间被卡住或者废弃的可已经在井筒中丢失的分段。所述已废弃的钻柱或者落鱼的一部分或者所有部分也可驻留在外套管和/或尾管部分内。

钻探系统100可包括旋转钻头(“钻头”)101。钻头101可以是各种类型的固定切割器钻头中的任一种，包括可操作来形成延伸通过一个或多个井下地层的井筒114的PDC钻头、刮刀钻头、基体钻头和/或钢体钻头。钻头101可根据本公开的教导来设计和形成，并可根据钻头101的特定应用而具有许多不同设计、配置和/或尺寸。钻头101可被总体地称为“钻具”。

钻头101可包括一个或多个刀片126，所述刀片126可从钻头101的旋转钻头体124的外侧部分向外设置。旋转钻头体124可具有大体圆柱形的本体并且刀片126可以是从旋转钻头体124向外延伸的任何合适类型的突出。钻头101可在由方向箭头105限定的方向上相对于钻头旋转轴线104旋转。

多个刀片126中的每个可包括接近或者朝向钻头旋转轴线104设置的第一末端以及接近或者朝向钻头101的外侧部分设置(即，大体远离钻头旋转轴线104并且朝向钻头101的井上部分设置)的第二末端。在本申请中，术语“井下”和“井上”可用来描述钻探系统100的各种部件相对于井筒的底部或末端的位置。例如，被描述为从第二部件处于“井上”的第一部件可距离井筒114的远端比第二部件更远。类似地，被描述为从第二部件处于“井下”的第一部件可定位成距离井筒114的远端比第二部件更近。

如在图2A中进一步详细地论述的，刀片126可包括从每个刀片126的外侧部分向外设置的一个或多个切割元件128。例如，切割元件128的一部分可直接地或间接地联接到刀片126的外侧部分，而切割元件128的另一部分可远离刀片126的外侧部分突出。刀片126还可包括被配置来控制切割元件128的切割深度的一个或多个切割深度控制器(DOCC)(未明确地示出)。刀片126还可包括设置在刀片126上的一个或多个保径垫(未明确地示出)。

图2A示出根据本公开的一些实施方案的以通常用于建模或者设计固定切割器钻头的方式向上定向的旋转式钻头101的等距图。钻头101可以是各种类型的固定切割器钻头中的任一种，包括可操作来形成延伸通过一个或多个井下地层的井筒114的PDC钻头、刮刀钻头、基体本体钻头、钢体钻头和/或包括固定切割元件和牙轮钻头的组合钻头。钻头101可根据本公开的教导来设计和形成，并可根据钻头101的特定应用而具有许多不同设计、配置和/或尺寸。

钻头101可包括可从旋转钻头体124的外侧部分向外设置的一个或多个刀片126a–126g(总称为刀片126)。旋转钻头体124可具有大体圆柱形的本体并且刀片126可以是从旋转钻头体124向外延伸的任何合适类型的突出。例如，刀片126的一部分可直接地或间接地联接到钻头本体124的外侧部分，而刀片126的另一部分可远离钻头本体124的外侧部分突出。根据本公开的教导形成的刀片126可具有多种配置，包括但不限于基本拱形、螺旋状、螺旋形、锥形、会聚式、发散式、对称的和/或非对称的。

在一些情况中，刀片126可具有基本上拱形的配置，大体上螺旋状的配置、螺旋形配置或者适用于每个井下钻探工具的任何其他配置。一个或多个刀片126可具有从接近钻头101的旋转轴线104延伸的基本上拱形的配置。拱形配置可部分地由从接近钻头旋转轴线104延伸的大体凹陷的、凹入成型的部分限定。拱形配置还可部分地由设置在每个刀片的凹陷的、凹入部分与外侧部分之间的大体凸出的、向外弯曲的部分限定，所述外侧部分大体上与旋转钻头的外径相对应。

刀片126可具有从旋转轴线104径向延伸的大体弓形配置。刀片126的弓形配置可彼此配合以便部分地限定设置成邻近钻头旋转轴线并且从其径向向外延伸的大体上锥形或凹入部分。刀片126的外侧部分、切割元件128和其他合适的元件可被描述为形成钻头面的部分。

刀片126a–126g可包括围绕钻头旋转轴线设置的主刀片。例如，在图2A中，刀片126a、126c和126e可以是主刀片或者主要刀片，因为刀片126a、126c和126e中的每个的相应第一末端141可紧密邻近相关联的钻头旋转轴线104设置。在一些实施方案中，刀片126a–126g还可包括设置在主刀片之间的至少一个次刀片。在图2A中示出的位于钻头101上的刀片126b、126d、126f和126g可以是次刀片或次要刀片，因为相应的第一末端141可设置在距离相关联的钻头旋转轴线104一定距离的井下末端151上。次刀片和主刀片的数量和位置可以变化使得钻头101包括更多或者更少的次刀片和主刀片。刀片126可相对于彼此和钻头旋转轴线104对称地或者非对称地设置，其中所述设置可基于钻探环境的井下钻探情况。在一些情况中，刀片126和钻头101可以在由方向箭头105限定的方向上围绕旋转轴线104旋转。

每个刀片可具有在钻头101的旋转方向上设置在刀片的一侧上的前导(或者前)表面，和远离钻头101旋转方向设置在刀片的相反侧上的尾随(或者后)表面。刀片126可沿着钻头本体124定位使得它们具有相对于旋转轴线104的螺旋形配置。在其他的实施方案中，刀片126可以以大体平行的配置相对于彼此和钻头旋转轴线104沿着钻头本体124定位。

刀片126可包括从每个刀片126的外侧部分向外设置的一个或多个切割元件128。例如，切割元件128的一部分可直接地或间接地联接到刀片126的外侧部分，而切割元件128的另一部分可远离刀片126的外侧部分突出。切割元件128可以是被配置来切进地层中的任何合适的设备，包括但不限于主切割元件、备用切割元件、次切割元件或其任何组合。例如但不限于，切割元件128可以是适用于多种钻头101的各种类型的切割器、压缩件、按钮件、插入件和保径切割器。

切割元件128可包括相应衬底，其中一层硬切割材料(例如，切割台162)设置在每个相应衬底(例如，衬底164)的一端上。每个切割元件128的切割台162可提供切割表面，所述切割表面可接合井下地层的相邻部分以形成井筒114。切割元件128的每个衬底164可具有各种配置，并可由与形成用于旋转钻头的切割元件相关联的具有诸如钴的粘合剂的碳化钨或其他材料形成。碳化钨可包括但不限于碳化一钨(WC)、碳化二钨(W2C)、大结晶碳化钨和凝结或烧结碳化钨。衬底164也可使用其他硬材料形成，所述硬材料可包括各种金属合金和水泥，诸如金属硼化物、金属碳化物、金属氧化物和金属氮化物。对于一些应用来说，切割台162可由与衬底164基本上相同的材料形成。在其他的应用中，切割台162可由不同于衬底164的材料形成。用来形成切割台162的材料的实例可包括多晶金刚石材料，包括合成的多晶金刚石。刀片126可包括可被配置来接收切割元件128的凹部或钻头凹窝166。例如，钻头凹窝166可以是位于刀片126上的凹形切口。

在一些实施方案中，刀片126还可包括被配置来控制切割元件128的切割深度的一个或多个DOCC(未明确地示出)。DOCC可包括冲击制动器、备用切割元件和/或改性金刚石加强件(MDR)。刀片126、切割元件128和DOCC(未明确地示出)的外侧部分可形成钻头面的多个部分。

刀片126还可包括被设置在刀片126上的一个或多个保径垫(未明确地示出)。保径垫可以是设置在刀片126的外侧部分上的保径、保径分段或者保径部分。保径垫可通常接触由钻头101形成的井筒114的相邻部分。刀片126的外侧部分和/或相关联的保径垫可以以相对于井筒114的大体竖直部分的相邻部分的各种角度(正、负和/或平行)设置。保径垫可包括一或多层的表面硬化材料。

钻头101的沿井上端150可包括具有形成在其上的钻杆螺纹155的柄部152。在图1中示出，螺纹155可被用来使钻头101与BHA 120可释放地接合，由此钻头101可相对于钻头旋转轴线104旋转。钻头101的井下端151可包括具有设置在其中的相应排屑槽或液体流动路径140的多个刀片126a–126g。另外地，钻探液可被传送至一个或多个喷嘴156。

在一些实施方案中，检测器(未明确地示出)可放置在一个或多个切割元件128中。检测器可被配置来检测现有井(诸如图1中示出的现有井134)和/或其他井下障碍的存在。如下文参考图7A–图7C更详细地论述的，芯帽160可与一个或多个切割元件128的切割台162集成在一起。

图2B示出根据本公开的一些实施方案的被配置来通过第一地层层面302进入第二地层层面304形成井筒的钻头101的钻头面轮廓300。刀片的外侧部分(未明确地示出)、切割元件128和DOCC(未明确地示出)可旋转地突出到径向平面上以便形成钻头面轮廓300。在示例性的实施方案中，在与井下地层层面304相比较时，地层层面302可被描述为“更松软”或者“硬度较小”。

如在图2B中所示，钻头101的与井下地层的相邻部分接触的外侧部分可被描述为“钻头面”。钻头101的钻头面轮廓300可包括各种区域或者分段。由于钻头面轮廓300的旋转突出，钻头面轮廓300可以是围绕钻头旋转轴线104基本上对称的，使得旋转轴线104的一侧的区域或者分段可以是基本上类似于位于旋转轴线104的相对侧上的区域或者分段。

例如，钻头面轮廓300可包括保径区域306a、相对定位的保径区域306b，轴肩区域308a、相对定位的轴肩区域308b，鼻状区域310a、相对定位的鼻状区域310b，以及锥体区域312a、相对定位的锥体区域312b。包括在每个区域中的切割元件128可被称为那个区域的切割元件。例如，包括在保径区域306中的切割元件128g可被称为保径切割元件，包括在轴肩区域308中的切割元件128s可被称为轴肩切割元件，包括在鼻状区域310中的切割元件128n可被称为鼻区切割元件，并且包括在锥体区域312中的切割元件128c可被称为锥体切割元件。

锥体区域312通常可以是凹陷的，并且可在钻头101的每个刀片(例如，如在图2A中示出的刀片126)的外侧部分上邻近钻头旋转轴线104并且从其延伸出来形成。鼻状区域310通常可以是凸出的，并且可在钻头101的每个刀片的外侧部分上邻近每个锥体区域312并且从其延伸形成。轴肩区域308可在每个刀片126的外侧部分上从相应的鼻状区域310延伸形成并且可接近相应的保径区域306终止。

在一些实施方案中，下文参考图4详细地论述，检测器(未明确地示出)可定位在和/或接近一个或多个区域或分段中的切割元件128。例如，包含检测器的切割元件可定位在轴肩区域308a和308b中。作为另一实例，包含检测器的切割元件可基于实现方案定位在轴肩区域308a和308b、鼻状区域310a和310b和/或任何其他适当的区域中。

图3示出根据本公开的一些实施方案的钻探或开孔工具320的等距图。工具320可以是被利用来打开和/或钻探井筒的任何类型的稳定器、钻孔器、管下钻孔器和/或任何其他类型的工具。例如，可变保径管下钻孔器可包括径向延伸的刀片和/或保持固定的刀片。工具320可根据本公开的教导来设计和形成，并可根据工具320的特定应用而具有许多不同设计、配置和/或尺寸。

工具320包括具有贯穿其中的纵向轴向空腔322的管状体324。管状体324可以安装在钻柱(未明确地示出)的两个部分之间。工具320可在由方向箭头340限定的方向上相对于纵向轴线330旋转。

工具320可包括一个或多个刀片326，所述刀片326可从工具320的管状体324的外侧部分向外设置。管状体324可具有大体圆柱形的本体并且刀片326可以是从管状体324向外延伸的任何合适类型的突出。例如，刀片326的一部分可直接地或间接地联接到管状体324的外侧部分，而刀片326的另一部分可远离管状体324的外侧部分突出。刀片326的数量和位置可以变化，使得工具320包括比图中示出的更多或者更少的刀片326。刀片326可相对于彼此和纵向轴线330对称地或者非对称地设置，其中所述设置可基于钻探环境的井下钻探情况。刀片326可沿着管状体324定位使得它们具有相对于纵向轴线330的螺旋形配置。在其他的实施方案中，刀片326可以以大体平行的配置相对于彼此和纵向轴线330沿着管状体324定位。

多个刀片326中的每个可包括具有朝向纵向轴线330倾斜的井下端的前部332，基本上平行于轴线330的中部334以及具有朝向轴线330倾斜的井上端的后部336。前部332可被设计用于在工具320下降期间产生钻孔的管下扩孔。中部334可被设计用于相对于管下扩孔的使工具320稳定。后部336可被设计用于在抬升钻柱时产生钻孔的管下扩孔。每个刀片326可包括在工具320的旋转方向上设置在刀片的一侧上的前导表面342，和远离工具320旋转方向设置在刀片的相反侧上的尾随表面或者后表面344。

刀片326可包括从每个刀片326的外侧部分向外设置的一个或多个切割元件328。例如，切割元件328的一部分可直接地或间接地联接到刀片326的外侧部分，而切割元件328的另一部分可远离刀片326的外侧部分突出。切割元件328可以是被配置来切进地层中的任何合适的设备，包括但不限于主切割元件、备用切割元件、次切割元件或其任何组合。例如但不限于，切割元件328可以是适用于多种工具320的各种类型的切割器、压缩件、按钮件、插入件和保径切割器。

切割元件328可包括相应衬底，其中一层硬切割材料(例如，切割台362)设置在每个相应衬底(例如，衬底364)的一端上。每个切割元件328的切割台362可提供切割表面，所述切割表面可接合井下地层的相邻部分以形成井筒114。切割元件328的每个衬底364可具有各种配置，并可由与形成用于旋转钻头的切割元件相关联的具有诸如钴的粘合剂的碳化钨或其他材料形成。碳化钨可包括但不限于碳化一钨(WC)、碳化二钨(W2C)、大结晶碳化钨和凝结或烧结碳化钨。衬底364也可使用其他硬材料形成，所述硬材料可包括各种金属合金和水泥，诸如金属硼化物、金属碳化物、金属氧化物和金属氮化物。对于一些应用来说，切割台362可由与衬底364基本上相同的材料形成。在其他的应用中，切割台362可由不同于衬底364的材料形成。用来形成切割台362的材料的实例可包括多晶金刚石材料，包括合成的多晶金刚石。

刀片326可包括可被配置来接收切割元件328的凹部或钻头凹窝366。钻头凹窝366可以是位于刀片326上的凹形切口。钻头凹窝366可以是倾斜的，使得钎焊到钻头凹窝366中的切割元件328可以以机械上合适的方式被固定。此外，可接近钻头凹窝366形成有导线路径(未明确地示出)，以便传送来自切割元件328的信号。工具320可包括在任何合适的方向上钎焊到刀片326的钻头凹窝366中的切割元件328。例如，被配置作为稳定器的特定工具320可包括设置在前部332、中部334和/或后部336上的切割元件328。作为另一实例，被配置作为可变保径管下钻孔器的特定工具320可具有安装在刀片326的前导表面342上的切割元件328。刀片326可延伸出来以便随着管下钻孔器旋转切入井筒中。

在一些实施方案中，工具320可包括中央传感器电子装置(未明确地示出)，所述中央传感器电子装置可包括用于操作检测器和收集数据的处理器和存储器，如下文参考图4更详细地论述的。工具320可通信地联接至BHA，诸如图1中示出的BHA 120。所收集的数据可通过允许与钻柱和/或BHA遥感系统通信的遥感通信接口系统被传递至长距离遥感系统。例如，遥感系统可包括泥浆脉冲、电磁、声学、扭转、管套管或者有线管道遥感系统。此外，传感器电子装置可分布在BHA和/或钻柱的长度上使得检测器可以分开地寻址，数据采样率可被修改，和/或其他合适的通信可发生。

图4示出根据本公开的一些实施方案的被配置来定位在仪表式切割元件428中的检测器400的分解图。包括检测器400的特定的切割元件可被称为仪表式切割元件428。在本实施方案中，切割台404(类似于图2A中示出的切割台162和/或图3中示出的切割台362)可以是PDC切割台。衬底402(类似于图2A中示出的衬底164和/或图3中示出的衬底364)可以由具有钴粘合剂的碳化钨构成。衬底402可包括空腔422。在衬底402中，空腔422可以部分地基于衬底402的导电性、硬度和/或任何其他特性机械加工，通过使用电火花加工(EDM)过程形成，和/或通过任何其他合适的方法制造。

在一些实施方案中，永磁体408可定位在空腔422内邻近和/或接近切割台404。永磁体408可以是能够经受将切割台404联接至衬底402时经历的钎焊温度的任何合适的磁体。例如，永磁体408可以是具有大约400摄氏度的最大操作温度的钐-钴(SmCo₅)磁体。作为另一实例，永磁体408可以是具有大约540摄氏度的最大操作温度的铝镍钴(Alnico)磁体，其例如主要由铁和铝(Al)、镍(Ni)和钴(Co)组成。永磁体408还可包括其他过渡金属以及过渡金属合金，具体地为包括铁基或钴基合金。永磁体408可包括多于一种类型的合金以便提供不同的磁通密度。永磁体408还可被罩住(未明确地示出)以便最小化和/或防止与衬底402直接接触和/或以便鼓励在轴向方向上(例如，沿着感测轴线424)的磁通源流出切割台404。另外地，通过诸如酸浸和/或选择浸出的方法在切割台404的制造中最小化钴还可改善来自磁通源的磁通量在轴向方向上从切割台404泄漏。

在一些实施方案中，为了最小化磁干扰，可能有利的是最小化在检测器400的制造中使用的其他材料的磁导率。磁导率可以是材料支持其内部的磁场的形成能力的测量。也就是说，磁导率可以是材料响应于外部施加的磁场获取的磁化的程度。作为实例，可在衬底402中被用作粘合剂的钴可具有大约70的相对磁导率μ_r。钴可在检测器400的操作中用作磁通短路(例如，导致磁干扰)。结果，衬底402的至少一部分可最佳地包含不同的粘合剂。由于切割台404的制造过程，将钴从接近切割台404的衬底402中消除可能是具有挑战性的。例如，钴可在形成期间芯吸(wick up)接近和/或进入切割台404。弱磁性或非磁性(例如，具有大约等于1的μ_r)的其他材料可以在衬底402的形成中替代钴。例如，其他轻微磁性的粘合剂可包括包含Ni-Fe粘合剂的钨合金，和/或相对非磁性粘合剂可包括包含Ni-Cu的钨合金。这些钨合金可在诸如ASTM B777-07的各种美国材料实验协会(ASTM)标准和/或汽车工程协会(SAE)技术标准AMS-T-21014中被限定。钨合金仅是示例性的并且基于实现方案可利用其他合金。作为另一实例，可利用诸如奥氏体不锈钢或钛之类的非磁性材料来制造衬底402。

在一些实施方案中，还可利用低磁性或非磁性粘合剂来制造切割台404。使用低磁性或非磁性粘合剂可在检测器400的操作期间进一步降低磁通短路或者磁干扰的可能性。例如，Cu-Mn-Ni-Zn合金可被利用为用于切割台404的粘合剂。Cu-Mn-Ni-Zn合金是非磁性/低磁性粘合剂。此外，Cu-Mn-Ni-Zn合金还可被利用为衬底402中的粘合剂。

芯412可被配置来支持线圈410并且可定位成接近永磁体408和/或与其相接触。芯412可由可具有高磁导率的材料构成。例如，芯412可由磁性过渡金属和过渡金属合金，具体地由退火(软)铁或者坡莫合金(有时被称为“高导磁率合金”(MuMetal))构成，这些是Ni-Fe-Mo合金、铁氧体或展现铁磁特性的任何其他合金的族。芯412可包括多于一种类型的合金以便在暴露于磁路的磁阻中的变化时支持可变磁通密度(Wb/m²)。

在一些实施方案中，部分的芯412可以是永磁体和/或其他部分可以是高磁导材料。在一些实施方案中，芯412可以是永磁体。作为实例，现有的永磁体408可被延伸来部分地和/或完全地替代芯412以便支持线圈410，或者可替代地，可利用单独永磁体。在任一种情况中，永磁体408的磁极和芯412的磁极的定向可随后以北-南-北-南轴向布置或以相反的顺序组织，以便确保磁通以最小的通量泄漏延伸通过两个永磁体。在一些实施方案中，当芯412部分地或者全部地为永磁体时，芯412可由类似于永磁体408的材料来构造。在所述情况中，芯412可被称为磁通源。

在芯412部分地或全部地为永磁体的配置中，永磁体408可以是类似于参考芯412论述的材料的高渗透材料。因此，磁源在磁路中的位置可定位在所期望的磁通路径中的任何位置。永磁体源可以是钐-钴(SmCo₅)磁体，铝镍钴磁体(例如，主要由铁、铝(Al)、镍(Ni)和钴(Co)构成)和/或任何其他合适的磁体。此外，在一些实施方案中，永磁体408和/或芯412可以是包括高导磁芯和磁化绕组(未明确地示出)以借助磁通给磁路充能的电磁体。

在一些实施方案中，检测器400可用作“磁阻传感器”。在操作期间，当仪表式切割元件428的切割台404接近外部的可磁化材料(例如，现有井)时，可降低用于永磁体408的磁通路径(或磁路)的磁性阻力或“磁阻”。当检测器400被利用来感测磁阻时，检测器400可被称为“磁阻传感器”。减少的磁阻可允许更高体积的磁通从围绕磁路的永磁体408发射出来。当利用具有更高磁导率的芯412时，用作磁阻传感器的检测器400可具有对磁场变化的增加的灵敏度。更高磁导率可支持用于给定的磁路磁阻的更大起伏的磁通量。可测量存在于磁路中的磁通量(以韦伯为单位)。

线圈410可被设置成围绕芯412。为了易于制造，线圈410可安装在线轴(未明确地示出)或直接缠绕在芯412上。线圈410可以是磁导线，因为它用于检测绕组中的磁通量变化。在一些实施方案中，线圈410可被配置来最大化线轴(未明确地示出)和/或芯412上的匝数以便优化检测器400的性能。例如，线圈410可以以层的形式形成以便大致填充空腔422中的径向空间。线圈410可包括绝缘体和导体。例如，线圈410可以是涂清漆的包圆铜线。作为另一实例，线圈410可包括在其上具有薄绝缘涂层(类似PEEK(聚酰亚胺)、聚四氟乙烯)的方形银或铜拉制线、GORE绝缘线、诸如在CERMAWIRE中利用的陶瓷和/或任何其他合适的导线和绝缘体。线圈410材料的选择可部分地基于与仪表式切割元件428的组装相关联的高温度，例如钎焊温度。例如，在仪表式切割元件428的组装期间，CERMAWIRE可适宜地承受钎焊温度。基于导体的增加的面积，与圆形导体相比，利用方形截面导体可降低每匝的线圈电阻，然而方形截面导体可成本很高。在一些实施方案中，当钎焊或其他连接操作发生来连接切割台404和衬底402时，线圈410可利用诸如陶瓷管的热绝缘体来保护检测器400内部的线圈410和其他部件。在一些实施方案中，绝缘材料可以是中空管的形状以便允许导体连接至连接器帽406上的连接器418。线圈410的材料的选择可取决于应用特定因素，诸如温度、振动和/或可影响线圈410的性能的任何其他因素。

在检测器400的操作期间，存在于由永磁体408发射的磁路中的随时间变化的磁通量可导致线圈410中的电流和电压被测量。具有更高磁导率的芯412可允许磁路中的每单元区域的增加的磁通能力的更大范围。芯412中的磁通量的随时间变化的变化的更高速率可导致来自围绕芯412的线圈410更高电压读数。线圈410可基于下述公式生成电压：

V(t)＝N×dφ/dt (1)

其中，N＝线圈上的匝数，

φ＝在给定的时间t(以秒为单位)测量到的线圈410的直径内部的磁通量(以韦伯为单位)，以及

dφ/dt＝线圈410的直径内部磁通量随时间的变化速率(以韦伯每秒为单位)。

因此，在线圈410中测量到的电压可直接取决于线圈410的直径内部的磁通量随时间变化的变化速率。

间隔件414可定位成接近芯412和/或与其相接触。间隔件414可由可不干扰由检测器400形成的磁场的材料构成。例如，间隔件414可由非磁性材料构成，诸如铍铜(BeCu)和/或任何其他合适的材料。间隔件414可被利用来鼓励从芯412的接近永磁体408的末端的磁通泄漏。在一些实施方案中，间隔件414可以是芯412的一部分或延伸。此外，间隔件414可被配置来向芯412提供轴向支持，例如沿着感测轴线424提供支持。间隔件414可包括提供用于一个或多个线圈导线420从线圈410移动到连接器帽406上的连接器418的路径的中空中心。此外，一个或多个其他电子装置也可定位在间隔件414内部，所述电子装置例如为温度传感器、电容器、放大器电路、重量/力传感器、振动传感器和/或支持检测器400的功能的任何其他合适的电子装置。

连接器帽406可定位成接近间隔件414和/或衬底402和/或与其相接触。连接器帽406可包括一个或多个电连接器418。连接器帽406可利用电连接器418来提供线圈导线420之间的电子连接和一个信号或多个信号以及参考图2A论述的钻头凹窝166中和/或参考图3论述的钻头凹窝366中的对应连接。线圈导线420可与连接器帽406上的电连接器418通信地联接。电连接器418可接合用于切割元件428的凹窝中的一个或多个配套连接器，所述凹窝例如为参考图2A论述的钻头凹窝166和/或参考图3论述的钻头凹窝366。连接器帽406可以以任何合适的方式焊接、螺纹连接、密封和/或连接至衬底402的大致与切割台404相对定位的末端。

在一些实施方案中，连接器帽406(作为仪表式切割元件428的一部分)可以在高温条件下被钎焊到钻头凹窝166中。连接器帽406可被设计来允许仪表式切割元件428与钻头凹窝166之间的钎焊材料的芯吸以便优化钎焊连接的强度。在一些实施方案中，在钎焊操作期间，可由保护边界和/或可最小化使连接器418短路的可能的其他合适材料最小化钎焊材料被芯吸入接近连接器418的区域。这样的连接可被称为“无钎焊”连接。例如，诸如陶瓷盘(未明确地示出)这样的保护边界材料可被放置在连接器418上。可利用另外的材料来帮助将陶瓷盘设定在连接器418的中心上，诸如利用放置在陶瓷盘与连接器418之间的顺应层，例如压缩玻璃纤维盘。作为另一实例，基本上无钎焊连接可通过利用接近连接器418的凹入插槽来实现，所述凹入插槽可与钻头凹窝166中的销钉相匹配以便实现连接。

在一些实施方案中，来自线圈410的单个导线420可利用通过钻头本体的相关联的接地回路被连接至连接器418，所述钻头本体例如参考图2A示出的钻头本体124和/或参考图3示出的管状体634。在另一实施方案中，来自线圈410的两个或者更多个导线420可被利用来提供单独的接地回路导线和/或协助控制传感器噪声。

在一些实施方案中，例如，如果永磁体408被加热至高于其居里温度，那么将仪表式切割元件428与钻头凹槽166连接的钎焊操作可致使永磁体408处于非磁化状态。为了重新磁化永磁体408，在永磁体408从钎焊操作冷却时可施加外部磁场以便使磁体中的磁畴重新对准并且因此重新磁化。作为另一实例，在单独重新加热过程中可施加外部磁场，其中永磁体408可被加热至高于其居里温度但保持低于钎焊材料熔融温度。因此，在一些实施方案中，永磁体408可由具有高于钎焊温度的居里温度的材料制成，例如由钐钴磁体制成。

在一些实施方案中，可利用电磁体来替代永磁体408，所述电磁体可通过给围绕检测器400内的单独芯(未明确地示出)的第二线圈(未明确地示出)或围绕现有芯412的部分的单独线圈通电来充能(励磁)。单独芯的磁轴可大致与芯412重合和/或集成在一起。可利用直流向电磁体提供动力。第二线圈可被利用来感测磁路磁阻而不是永磁体408中的变化。在所述实施方案中，两个线圈导线420可被利用来将电路与连接器418连接。电磁体的操作可包括选择性地激活，例如，向单独线圈施加直流以便支持磁阻传感器。可替代地，单独芯可被单独线圈消磁(de-guassed)以便将磁化场变为接近零。在这种情况中，检测器400可随后被电子地重新配置来操作为电感传感器，如下文参考图6所论述的。

检测器400的配置可被变化来生成对接近检测器400的可磁化材料(例如参考图1示出的套管134)的存在的优化响应，如参考图5A和5B更详细地论述的。例如，永磁体408的位置、线圈410中的绕组的数量和/或检测器400的其他方面可被调整来生成磁路对接近现有井和/或其他可磁化材料的响应。作为另一实例，检测器400可通过变化检测器400中的可磁化材料的量和/或检测器400的形状被调谐至所期望的可检测距离或范围，例如以便随着外部可磁化材料进入检测器400的有效范围内实现磁通量的变化。因此，多个不同配置存在用于磁路的构建以及从可渗透流动路径进入检测器400周围环境的磁通的发射。

图5A示出根据本公开的一些实施方案的在基本上不存在外部可磁化材料(例如，现有井和/或其他井下障碍物)的情况下可发生在图4中示出的检测器400的操作期间的示例性磁场530。磁场530可包括限定磁源的磁矩的磁极，所述磁场530可以与可渗透芯和/或磁源共轴。在基本上不存在诸如铁磁材料的外部可磁化材料的情况下，磁场530可以是大体对称的。然而，磁场530可与图2A中示出的钻头本体124、刀片126和/或钻头101的其他部件，和/或图3中示出的管状体324、刀片326和/或工具320的其他部件交互，如果任何这样的部件包括可磁化材料的话。这样的交互可影响磁场530的形状、大小和/或对称度，和/或影响由外部可磁化材料的接近形成的磁路的磁通密度。磁通密度可以以韦伯每平方米(Wb/m²)的单位表示。

图5B示出根据本公开的一些实施方案的在钻头101和/或工具320可接触现有井536的情况下用于图4中示出的检测器400的示例性磁场530。在仪表式切割元件428变得接近和/或在接触点540接触现有井536的套管534时，磁场530可被改变。磁场530的改变可在可磁化材料(例如，套管534)存在的情况下发生。因此，套管534和来自套管534的切屑均可导致磁场530的变化。在操作期间，当仪表式切割元件428的切割台404接近外部可磁化材料(诸如套管534)时，永磁体408的磁路的磁阻可减少。减少的磁阻可允许更高体积的磁通从围绕由磁场530示出的磁路环的永磁体408发射出来。如果周围岩层是弱可磁化或非磁性的，那么当仪表式切割元件428不接近可磁化材料(例如，套管534)时，磁阻可增加。因此，取决于仪表式切割元件428相对于可磁化材料的位置，磁阻可变化。磁阻中的变化可致使通过磁路的磁通密度中的变化。

如上文所提及的，在一些实施方案中，在磁阻降低时，围绕磁路发射的磁通量可增加。在具有检测器400的仪表式切割元件428接近套管534时，套管534的磁化效应可减少磁阻并且存在于磁路中的磁通量增加。在具有检测器400的仪表式切割元件428远离套管534时，磁阻增加并且磁路中的磁通量降低。因此，磁路中的磁通量和磁通密度可基于时间变化并且可以部分地是钻头的旋转速度的函数。由于磁通量的大部分可移动通过芯412，存在由线圈410环绕的芯412中的磁通密度变化的随时间变化的速率。如参考上述的等式(1)所详述地，从线圈410产生的电压可取决于线圈410的匝数量乘以通过线圈410的磁通量变化的时间速率(dφ/dt)。因此，来自线圈410的电压可以与由可磁化目标(例如，套管534)形成的磁路效应中的变量相关，所述变量基本上取决于所述目标的相对磁导率(μ_r)。具有高磁导率的目标(例如，基于铁的材料，其可以是用于套管和钻柱的典型材料，可以具有高达大约3000的高磁导率)可降低磁路中的磁阻并且增加磁通量。

因此，磁场530的变化可改变磁路的磁阻，这改变了利用钻头101和/或工具320的每次旋转移动通过线圈410的内部区域的磁通量和磁通密度。磁路中的更高磁通密度或者磁通密度的时间变量可指示可磁化或铁磁材料(例如，套管534)的存在。另外地，磁通密度中的变量可通过线圈410中的增加内向流动证实和/或通过从线圈410末端导线读取的电压中的变化证实。磁场530中所示出的变化仅是示例性的，并且可以更多、更少和/或可由检测器400检测的变化的任何其他变量可发生。因此，通过线圈410末端导线的电压的存在可以是磁路磁阻中的变化的指示。变化的电压可构成指示接近检测器400的可磁化材料的存在以及不存在的信号。电压信号可随后类似于检测器400的芯412中的磁通密度的随时间的变化的衍生物。

图5C示出根据本公开的一些实施方案的在检测器400漂移接近以及远离可磁化材料时所述检测器400的示例性随时间变化的响应的曲线图550。曲线560可表示磁路通量密度中的时间变化。曲线570可表示由线圈410检测的随时间变化的电压。注意，电压(例如，曲线570)可以是芯412中的可变通量(例如，曲线560)的衍生信号。在操作中，感测的电压可类似于在检测器400接近可磁化材料时的瞬时峰值。所感测的电压可由井下处理器(例如，位于钻头101和/或工具320中)来数字化并分析，所述井下处理器可包括关于什么构成传感器400的检测范围内的可磁化本体的指令。

图5D示出根据本公开的一些实施方案的在检测器400漂移接近以及远离可磁化材料的示例性随时间变化的电压响应的图580。曲线590可以是来自线圈410的可变磁阻传感器电压输出的示例性响应。当传感器400随着钻头101和/或工具320旋转时，曲线590中的正峰值可说明在传感器400接近可磁化材料时的响应并且负峰值可说明在传感器400移动远离可磁化材料时的响应。

返回到图5B，在一些实施方案中，仪表式切割元件428中的磁通密度的变化可致使线圈410的电流和电压输出的变化。例如，可通过进入线圈410的电流的增加并因此线圈410的电压输出的变化证实磁通密度的变化。电流可由定位在图1中示出的钻头101和/或BHA120和/或在图3中示出的工具320的检测电路检测。检测电路可通过电子路径联接至仪表式切割元件428的连接器帽406上的电连接器418。当检测电路检测到切屑、套管534和/或其他可磁化或人造材料的存在时，所述检测电路可通过BHA 120和/或任何其他井下遥测系统的部件将数据传输至井场106。此传输可提示用户钻头101和/或工具320可与可磁化的障碍物相交，和/或可与现有井536、废弃的钻柱和/或其他可磁化或人造材料相交。替代性地或额外地，故障安全机构可被触发，所述故障安全机构可从钻柱103旋转至少暂时旋转地脱离钻头101和/或工具320，并且基本上或者完全地阻止进一步切入套管534中。例如，沿井身定位在钻头101和/或工具320上行的锁定转环可被激活，这可使扭矩脱离被传输至来自钻柱103的钻头101和/或工具320。锁定转环可响应于来自检测器400的信号而被内部控制器(未明确地示出)致动。内部控制器可以是可被通信地联接至钻柱103、钻头101和/或工具320的任何类型的合适控制器或处理器。内部控制器可向钻柱103和/或BHA 120的任何部件提供实时控制，包括对任何电动马达、离合器、扭矩控制和/或任何其他合适的部件的控制。在一些实施方案中，内部控制器可定位在表面。在一些实施方案中，内部控制器可定位在井下。内部控制器可包括可分布在钻柱103的元件内的一个或多个处理单元。内部控制器可控制钻柱103、BHA 120、钻头101和/或工具320的任何部件的电流、可用电压、马达速度、离合器接合和/或扭矩容量。

作为另一实例，在仅通过泥浆马达或者涡轮钻具叶轮马达的旋转的情况中，阀门可打开，将钻探液从泥浆马达或涡轮钻具的功率部分转移。作为另一实例，如果旋转功率由井下电动马达提供，那么供应至马达的功率可被自动或人工移除。可利用用于旋转地脱离钻头101和/或工具320的任何其他合适的方法。

此外，在钻头101和/或工具320的旋转期间，在检测器400扫过井筒的弧长分段时，可通过监测检测器400响应来确定可磁化或人造材料相对于井筒的高侧的方位角位置。井筒的高侧可以指相对于下行方向的孔的顶部。使用钻头101和/或工具320中的高侧参考传感器，诸如被定位来测量通过井筒的交叉轴线方向(X方向和Y方向)的一对竖直的加速度计，内部控制器可存储相对于旋转的弧长分段的传感器响应。这样的响应可协助监测可磁化和/或人造材料相对于井筒的高侧的方向。例如，仅在一个方向上，诸如向右方向上旋转，那么一个交叉轴线加速度计对于使钻头101和/或工具320的角度位置近似作为旋转期间的时间函数是必须的。检测器400值可被分组到旋转角度的分段弧长狭槽中，例如相对于参考点的旋转角度中的五度增量。内部控制器、检测器400和/或任何其他合适的部件可随后促进将可磁化材料和/或人造物体的方向传输至表面。此外，如果钻探继续进行，那么内部控制器可使用检测器400数据自主修改可控制的转向组件的井下转向。例如，转向组件可响应于可磁化和/或人造材料的所确定的近似位置基于预定或更新的指令引导自身。作为另一实例，如果陀螺仪在旋转钻头时保持参考方向，那么所述陀螺仪也可被利用来更新转向指令。陀螺仪的实例可包括速率陀螺仪，指北陀螺仪，和/或可被构造为诸如微电机器(MEM)、旋转质量、和/或任何其他陀螺仪传感器平台的固态陀螺仪的陀螺仪。通过利用定向感测部件，钻头101和/或工具320可转向以便相交、避免或者跟随可磁化材料和/或人造物体。

因此，仪表式切割元件428中的检测器400的使用可有助于检测套管、尾管、滤砂管和/或另一现有井和/或其他铁磁和/或仪表式切割元件428上的导电物体中的掉落在孔洞落鱼中的物体的存在。在其他的情境中，仪表式切割元件428中的检测器400可有助于避免如同现在正在钻探的相同井筒中的先前钻探的结构，例如，在掉落在孔洞落鱼中的物体存在于正在钻探的井的先前钻探的分段中的侧轨中和/或在至少一个分支井筒从中心井筒延伸的多个应用中。检测器400的使用可另外地提示用户钻头101和/或工具320将要钻入靠近表面的运行井中。此外，诸如铁磁材料的可磁化材料的检测可有助于防止钻头101和或工具320和/或即将被接触的物体的损坏。

值得注意的是，地层可也展现可磁化特性中的变化。例如，黄铁矿(FeS₂)可具有大约为三十的相对磁导率。在钻头101和/或工具320接近或离开黄铁矿床时，电压中的峰值可在磁阻传感器线圈410中观察到，因为磁路在仪表式切割元件428从一个地层移动进入具有可变磁导率的另一个地层时变化。然而，当转移通过黄铁矿区域，磁阻中没有可注意到的变化可被感测到。因此，磁阻传感器可被利用来通过磁阻传感器周期性地移动进入并且离开这样的地层来检测磁响应地层的围岩边界。例如，在围岩边界或者通过地层断层，可能存在钻头101和/或工具320的旋转的至少一部分，其展现由磁阻传感器感测的地层的磁导中的变化。

另外地，特定类型的地层可被称为顺磁性的，这是因为它们没有强烈的磁性。例如，相对磁导率属于顺磁类型的地层可包括相对磁导率为大约十三的蒙脱石(粘土)，相对磁导率为大约六十五的绿脱石(富Fe粘土)，相对磁导率为大约一百的黑云母(硅酸盐砂)以及相对磁导率为大约一百的菱铁矿(碳酸盐)。因此，磁阻传感器可被校准来区别响应等级以便协助识别被钻探的地层的类型。地层类型的识别可允许基于磁阻传感器响应的“地质导向”，例如，基于感测为地质标记的边界层变化井筒114方向。此外，感测的边界信息可与用于所述区域的偏移井信息相比较，并且允许相对于周围地层分层准确确定井筒底部。还有其他类型的表现出相对来说较易于磁化的响应的地层，诸如铁矿石，例如，磁铁矿(Fe₃O₄)、赤铁矿(FeO₃)、针铁矿((Fe)(OH))、褐铁矿(FeO(OH).n(H₂O))或菱铁矿(FeCO₃)。

在一些实施方案中，检测器400可被利用在封隔器或者尾管吊架上。封隔器可被利用来隔离井筒或井套管内部的区域，例如桥塞，或者可被利用在套管或尾管的底部，例如水泥塞。可具有中心通孔的尾管吊架可被用来定位用于完井的管柱。管柱可被在低于井场的一些点被联接至另一管柱内部的尾管吊架。在一些实施方案中，检测器400可被利用来确定封隔器或尾管吊架是否处于正确的和/或合适的位置。用于封隔器或尾管吊架的吊箍可具有大于相关联的钻杆的壁厚的壁厚。因此，吊箍可展现更高的磁导率，相关联的钻杆和检测器400可协助确定封隔器或者尾管吊架是否处于例如相对于吊箍的适当位置，和/或确定封隔器或者尾管吊架是否部分地或者完全地相对于吊箍定位。例如，用来设置封隔器或者尾管吊架的工作管柱可配备有遥感接口模块以便允许通过泥浆脉冲、有线管道和/或任何其他方式的遥感来传输检测器400数据。此外，可由套管箍跟踪封隔器行进时封隔器或尾管吊架的位置，所述套管箍具有比井筒的其他部分更高的磁导率。因此，封隔器或者尾管吊架已经横穿的套管接头的数量可被监测。

图6示出根据本公开的一些实施方案的被配置来定位在仪表式切割元件628中并且用作电感传感器的检测器600的分解图。包括检测器600的特定的切割元件可被称为仪表式切割元件628。在钻头(例如，在图1中示出的钻头101和/或在图3中示出的工具320)的操作期间，仪表式切割元件628中的检测器600可允许位于仪表式切割元件628前面和周围的地层的电阻率和/或电导率的测量。当检测器600被利用来测量地层的电导率时，检测器600可被称为“电感传感器”(而不是参考图4、图5A和图5B论述的磁阻传感器，所述磁阻传感器可能需要诸如永磁体408的磁源)。

对于电感传感器来说，线圈610(和/或相关联的线轴)可被配置使得线圈610可由电流通电。电流源可随后被去除并且与线圈610并联的电容器可被切换到电路中。线圈610中产生的储能可被释放并且导致振幅衰减振铃效应，例如环上频率和振幅。振铃效应可由内部控制器或任何其他合适的部件测量、数字化和/或处理。与可增加至检测器600或者定位在钻头本体124中的电容器配合的振铃效应可形成电子储能电路。在电流从线圈610去除之后，振铃效应的频率和振幅特性可取决于岩层的周围环境电导率变化。除其他合适的变形之外，此方法上的多种变形可存在并且可包括热补偿。通过监测环上频率和振幅中的变化，可推断靠近仪表式切割元件628的岩石的电导率。储能电路可由线圈610和电容器(未明确地示出)构成。所述电路可由来自一个或多个开关的脉冲激发，所述一个或多个开关脱离并且接合以便允许电流在线圈610与电容器(未明确地示出)之间循环。来自储能电路的输出电压可被测量并且与周围地层的可磁化特性相关联。此外，可在周围地层内基于磁场的变化被激发并且测量涡转电流以便提供关于接近检测器600的地层的细节。

在本实施方案中，切割台604(类似于图2A中示出的切割台162和/或图3中示出的切割台362)可以是PDC切割台。衬底602(类似于图2A中示出的衬底164和/或图3中示出的衬底364)可以由具有钴粘合剂的碳化钨构成。衬底602可包括空腔622。在衬底602中，空腔622可以部分地基于衬底602的导电性、硬度和/或任何其他特性机械加工，通过电火花加工(EDM)过程的使用形成，利用套管来形成空腔622，和/或通过任何其他合适的方法制造。

空腔622可整个延伸通过衬底602，例如接触切割台604，或者空腔622可不延伸来接触切割台604并且可允许存在与切割台604接触的衬底602的非空腔分段。可替代地，通过将匹配空腔包括在切割台604中在切割台604的轴向长度的部分或全部，切割台604可使空腔延伸。

在一些实施方案中，为了最小化磁干扰，可能有利的是最小化在检测器600的制造中使用的其他材料的磁导率。例如，可被用作衬底602中的粘合剂的钴可在检测器600的操作中用作磁性短路(例如，导致磁干扰)。结果，衬底602的至少一部分可最佳地包含不同的粘合剂。由于切割台604的制造过程，将钴从接近切割台604的衬底602中消除可能是具有挑战性的。例如，钴可在形成期间芯吸接近和/或进入切割台604。弱磁性或非磁性(例如，具有大约等于1的相对磁导率μ_r)的其他材料可以在衬底602的形成中替代钴。例如，其他轻微磁性的粘合剂可包括包含Ni-Fe粘合剂的钨合金，和/或相对非磁性粘合剂可包括包含Ni-Cu的钨合金。如上文参考图4所提及的，可以以各种ASTM和SAE标准中限定这些钨合金。作为另一实例，衬底602可利用诸如奥氏体不锈钢的非磁性材料来制造。

在一些实施方案中，还可利用低磁性或非磁性粘合剂来制造切割台604。使用低磁性或非磁性粘合剂还可在检测器600的操作期间降低磁性短路或者磁干扰的可能性。例如，Cu-Mn-Ni-Zn合金可被利用为用于切割台604的粘合剂。Cu-Mn-Ni-Zn合金是非磁性/低磁性粘合剂。此外，Cu-Mn-Ni-Zn合金还可被利用为衬底602中的粘合剂。

在一些实施方案中，检测器600可不应用永磁体，诸如参考图4示出的永磁体408。在适当的位置，非导电帽630可放置在接近切割台604的空腔622中。芯612可插入非导电帽630中的中空中心或者可被平齐配置到非导电帽630的基本上与切割台604相对的末端。在另一实施方案中，非导电帽630可不包括在检测器600中。在这样的配置中，线圈610可接近切割台604放置，以便最大化在储能电路中的电流振荡时从切割台604退出的磁通密度。

在一些实施方案中，芯612可定位成接近和/或接触非导电帽630和/或切割面604。芯612可由可具有高磁导率的材料构成。例如，芯612可由铁氧体构成。芯612可包括多于一种类型的合金以便在暴露于储能电路的电流中的变化时支持可变磁通密度(Wb/m²)。

线圈610可围绕芯612定位。为了易于制造，线圈610可安装在线轴(未明确地示出)或直接缠绕在芯612上。线圈610可以是磁导线，因为它用于检测绕组中的磁通量变化。在一些实施方案中，线圈610可被配置来最大化线轴(未明确地示出)和/或芯612上的匝数以便优化检测器600的性能。线圈610可包括绝缘体和导体。例如，线圈610可以是涂清漆的包圆铜线。作为另一实例，线圈610可包括在其上具有薄绝缘涂层(类似PEEK(聚酰亚胺)、聚四氟乙烯)的方形银或铜拉制线、GORE绝缘线、诸如在CERMAWIRE中利用的陶瓷和/或任何其他合适的导线和绝缘体。线圈610材料的选择可部分地基于与仪表式切割元件628的组装相关联的高温度，例如钎焊温度。例如，在仪表式切割元件628的组装期间，CERMAWIRE可适宜地承受钎焊温度。基于导体的增加的面积，与圆形导体相比，利用方形导体可降低每匝的线圈电阻，然而方形导体成本很高。在一些实施方案中，当钎焊或其他连接操作发生来连接切割台604和衬底602时，线圈610可利用诸如陶瓷管的热绝缘体来保护检测器600内部的线圈610和其他部件。在一些实施方案中，绝缘材料可以是中空管的形状以便允许导体连接至连接器帽606上的连接器618。线圈610的材料的选择可取决于应用特定因素，诸如温度、振动和/或可影响线圈610的性能的任何其他因素。此外，尽管图6示出仅具有一层导线厚度的线圈610，但可利用多层绕组导线来实现用于检测器600的操作的优化电感。

间隔件614可定位成接近芯612和/或与其相接触。间隔件614可由可不干扰由检测器600形成的磁场的材料构成。例如，间隔件614可由非磁性材料构成，诸如铍铜(BeCu)和/或任何其他合适的材料。在一些实施方案中，基于将磁路调谐至所期望的频率响应，间隔件614可包括诸如铁氧体或铁的可磁化材料间隔件614可被利用来鼓励从芯612的接近切割台604的末端的磁通泄漏。在一些实施方案中，间隔件614可以是芯612的一部分或延伸。此外，间隔件614可被配置来向芯612提供轴向支持，例如沿着感测轴线624提供支持。间隔件614可包括提供用于一个或多个线圈导线620从线圈610移动到连接器帽606上的连接器618的路径的中空中心。此外，一个或多个其他电子装置还可被定位在间隔件614内部，诸如温度传感器、电容器、放大器电路、重量/力传感器、振动传感器和或任何合适的电子装置，以便支持检测器600的功能。

连接器帽606可定位成接近间隔件614和/或衬底602和/或与其相接触。连接器帽606可包括一个或多个电连接器618。连接器帽606可利用电连接器618来提供线圈导线620之间的电子连接和一个信号或多个信号以及参考图2A论述的钻头凹窝166中和/或参考图3论述的钻头凹窝366中的对应连接。线圈导线620可与连接器帽606上的电连接器618通信地联接。电连接器618可接合用于切割元件628的凹窝(例如，钻头凹窝166)中的一个或多个配套连接器。连接器帽606可以以任何合适的方式焊接、螺纹连接、密封和/或连接至衬底602的大致与切割台604相对定位的末端。连接器帽606由此可允许电信号和电能在检测器600与钻头101和/或工具320之间通过以便控制和监测系统。

在一些实施方案中，连接器帽606(作为仪表式切割元件628的一部分)可以以高温度被钎焊到钻头凹窝166中。连接器帽606可被设计来允许仪表式切割元件628与钻头凹窝166之间的钎焊材料的芯吸以便优化钎焊连接的强度。在一些实施方案中，在钎焊操作期间，可由保护边界和/或可最小化使连接器618短路的可能的其他合适材料最小化钎焊材料被芯吸入接近连接器618的区域。这样的连接可被称为“无钎焊”连接。例如，连接器618可包括的保护边界材料，诸如可放置在顺应部件640上的陶瓷盘642。顺应部件640可以是可协助将陶瓷盘640对准钻头凹窝(例如，钻头凹窝166)的压缩的纺织玻璃纤维盘。作为另一实例，基本上无钎焊连接(例如，芯吸到连接器618的面上的钎焊材料的减少)可通过利用接近连接器618的凹入插槽来实现，所述凹入插槽可与钻头凹窝166中的销钉相匹配以便实现连接，同时允许钎焊在检测器600的直径周围或连接器618的其他适当区域发生。

在一些实施方案中，来自线圈610的单个导线620可利用通过衬底602以及因此钻头本体的相关联的接地回路被连接至连接器618，所述钻头本体例如参考图2A示出的钻头本体124和/或参考图3示出的管状体324。类似的电子路径技术可被应用至参考图4示出的检测器400。在另一实施方案中，来自线圈610的两个或者更多个导线620可被利用来提供单独的接地回路导线和/或协助控制传感器噪声。

检测器600还可被配置来在孔的底部检测泥浆的性质变化，诸如泥丸的存在(高粘度材料的高浓度段塞)。例如，在泥浆流过检测器600时，用作电感传感器的检测器600可感测泥浆电导率。泥浆电导率中的变化可向操作者或其他实体指示泥丸已经到达钻头，例如，在图2A中示出的钻头101和/或在图3中示出的工具320。此外，检测器600可被配置来检测泥丸的质量。例如，泥浆电导率中所期望的变化可与泥浆电导率中的真实变化相比较，这可指示泥丸在从表面井下移动至钻头101和/或工具320时稀释的程度。如果在通常导电泥浆钻探系统中泥丸是高电阻的，那么检测器600还可检测泥浆电导率中的此变化。为了执行这样的测试，钻头101和/或工具320可从井筒114的底部分离(拉开)以便允许泥丸流动经过和/或围绕检测器600。

检测器600还可被利用来检测泥饼的有效性和/或渗透深度。可基于侧壁的孔隙度来测量泥饼的深度。基于所述测量，可作出调整以便增加或者减小泥饼的深度。在这样情况中，在具有适当游离铁(诸如溶解盐)的基于水的泥浆中，随着泥饼的积累，最接近侧壁的地层的电阻随着非导电泥饼充满岩石中的孔并且取代导电液体变化。在旋转期间，随着钻头移动经过先前测量的点(当上下分离或者移动钻柱时)，通过检测器600的测量可在相同的位置随着时间重复以便检测侧壁的电导率的差。此外，此测量方法可被利用来测量被感测的地层的液体迁移率和/或孔隙度。类似地对于基于油或非导电性泥浆，随着泥浆进入包含具有游离铁的水(诸如盐水含水层)的区域中的岩石的孔中，地层阻力可增加。

在一些实施方案中，在钻头101和/或工具320保持在井下时，仪表式切割元件628中的检测器600可允许切割台604磨损和/或切割台604形状变化的准确检测和/或传输。检测器600可被配置使得衬底602可以是磁路的部件。随着切割台604的磨损，降低的电感可由检测器600检测。磁路中降低的电感可增加电感储能电路的自然频率。随时间比较电感传感器的值可以是切割台经受多少磨损的指示。例如，可与已知的磨损模型作出比较以便确定特定频率转换可以表示的磨损量。

此外，基于钻头101和/或工具320钻入井筒114中的方向，检测器的感测轴线可定位在不同的方向，例如，以便利用以下事实：井筒114的方向可以以大致交叉轴线或垂直于仪表式切割元件的感测轴线前进。例如，检测器400定向可被配置在钻头101和/或工具320的钻头的旋转方向上。作为另一实例，检测器400定向可被配置在被切割的新的孔的方向上。作为再一实例，与离开切割器的面的磁通对准的检测器可仅感测位于钻头101和/或工具320的前面的物体的部分，因为感测轴线424可被聚焦来与井筒方向相切。因此，确定检测器定向可将检测器的感测轴线的角度和钻头的方向考虑在内。总之，检测器400和600在仪表式切割元件428和628中的放置可分别允许当前不可用的多种井下情况的检测和传输。

图7A–图7C示出根据本公开的一些实施方案的用于与检测器700和切割台704一起使用的芯帽708的实例。作为仪表式切割元件728的部分的检测器700可以类似于参考图4、图5A和图5B示出的检测器400和仪表式切割元件428和/或类似于参考图6示出的检测器600和仪表式切割元件628。在一些实施方案中，总体被称为切割台704的切割台704a–704c可包括总体被称为台孔740的台孔740a–740c，总体被称为芯帽748的芯帽748a–748c可定位在这些台孔中。芯帽748可包括与总体被称为衬底702的衬底702a–702c类似的材料，例如具有粘合剂的碳化钨，诸如钴或另一合适材料。在一些实施方案中，芯帽748可以是切割台自身的延续(不具有台孔740)。对于磁阻传感器来说，例如类似于检测器400，芯帽748可由磁导性材料构成，所述磁导性材料可具有耐磨损性和高屈服强度。例如，芯帽748可由铁或者诸如CoFe基合金的铁合金、具有钴粘合剂的碳化钨和/或任何其他合适的材料构成。芯帽748的使用可使永磁体的磁路延伸，允许与固体切割台704相反的芯帽748传导磁场，所述固体切割台704可能不能提供任何传导帮助。允许在和切割台704相同的平面中传导磁场可增加磁通密度，可增加检测器700的灵敏度和范围，和/或检测器700检测可磁化材料的能力。

在钻头101和/或工具320的操作中，部分地由于热量致使衬底702以不同于切割台704的速率扩展，切割台704会变得与衬底702分层或分开。另外地，切割台704(来自制造过程)中的钴的存在可引起热膨胀应力，所述热膨胀应力可导致切割台704的部分从衬底702脱离。因此，扩展速率的不同可引起切割台704与衬底702之间的接口上的应力。在一些实施方案中，引入台孔740可缓解环绕台孔740的区域中的应力。

此外，芯帽748可被定位成与台内径740具有足够的间隙，使得随着芯帽748的扩展，不能将基本应力引入切割台704内。切割台704与芯帽748之间的任何空间可充满填料(未明确地示出)，所述填料可以是在扩展发生时产生并压缩的低抗压强度材料。例如，填料可以是高温环氧树脂、聚四氟乙烯、PEEK、橡胶和/或任何其他合适的材料。可在检测器700已经被钎焊至钻头101和/或工具320之前或者之后安装填料。另外地，对于芯帽748的轴向支持可通过在切割台704与芯帽748之间放置绝缘间隔件(未明确地示出)来提供。将芯帽748钎焊至衬底702和/或永磁体708可提供对芯帽748的支持。轴向支持还可通过在芯帽748与衬底702之间放置支持间隔件(未明确地示出)来提供。支持间隔件可以是绝缘的或不绝缘的并且可被钎焊至衬底402和/或任何其他合适的支持方法或装置。

在图7A中，芯帽748a可被定位来基本上平齐抵靠永磁体708a。芯帽748a可包括对应于切割台704a中的凹口744a的延伸部分742a。延伸部分742a和凹口744a可被配置来向芯帽748a提供轴向支持。

在图7B中，芯帽748b可被配置有与切割台704b平齐定位的延伸部分742b。在所述实施方案中，切割台704b可包括单一孔并且不需要凹口。

在图7C中，芯帽748c可被配置有延伸部分742c。延伸部分742c可对应于衬底702c中的凹口744c。在此实施方案中，切割台704c可包括单一孔并且不需要凹口。此外，芯帽748c可另外地被配置来移动通过衬底702c中的孔746c。

图8示出根据本公开的一些实施方案的具有用于与图7A–图7C中示出的检测器700一起使用的芯帽848的切割台804的面的实例。应注意，图8示出的多个配置中的每个还可被定位在衬底702(在图7A–图7C中示出)中并且可能不延伸通过切割台804的面。可参考总体被称为切割台804的切割台804a–804e，以各种形状和位置来配置总体被称为芯帽848的芯帽848a–848e。例如，芯帽848a和848b可以基本上是圆形的。尽管芯帽848a可大致定位在切割台804a的中心，但芯帽848b也可定位成相对于切割台804b远离中心。芯帽848b的远离中心并且进一步从切割台804b的切割边缘的放置(1)可允许芯帽848b展现比芯帽848a更小的磁通密度中的灵敏度变化，以及(2)可允许检测器(例如，来自图7A-图7C的检测器700)在切割台804b的磨损到达芯帽848b之前的延长时间段在切割元件728中操作。另外，切割台804b中示出的配置可能需要相关联的空腔(例如，在图7A–图7C中示出的空腔722)从中心偏移。

芯帽848c和848d可以是伸长的圆形并且可大致通过切割台804c和804d的中心定位。将芯帽848c和848d配置为伸长的圆形可增加从芯帽848c和848d产生的磁场的尺寸。芯帽848c可基本上相对于切割台804c的放置平行定向，而芯帽848d可基本上相对于切割台804d的放置是垂直的。芯帽848e可基本上是圆形的并且可基本上平行地邻近并且大致位于切割台804e的中心定位。因此，芯帽848可以无须接近仪表式切割元件的中心定位，并且可以无须是圆形的而是可假定呈任何几何形状。

图9A示出根据本公开的一些实施方案的位于利用U形芯912的仪表式切割元件928中的检测器900的图。在本实施方案中，切割台904(类似于图2A中示出的切割台162和/或图3中示出的切割台362)可以是PDC切割台。衬底902(类似于图2A中示出的衬底164和/或图3中示出的衬底364)可以由具有钴粘合剂的碳化钨和/或任何其他合适的材料构成。

衬底902可包括检测器壳体932，或者检测器壳体932可以是衬底902的继续、或者可以是通过焊接、钎焊、螺纹连接、摩擦焊接和/或连接任何其他合适的方式联接至衬底902的单独材料。检测器壳体932可包括空腔922。检测器壳体932可具有U形芯912和被插入所述U形芯912中的线圈910。检测器壳体932可以由与衬底902相同的材料制成或由更简单地进行机械加工的不同材料(诸如，非磁性材料)制成。非磁性材料的使用可改善检测器900对导电和磁化材料(诸如铁、过渡金属和/或过渡金属合金，具体地铁基或钴基合金)的存在的灵敏度，因为通过钴的磁通损失可基本消除。检测器壳体932可通过合适的方式钎焊、焊接和/或附接至衬底902。在监测器壳体932中，空腔922可以部分地基于监测器壳体932的导电性、硬度和/或任何其他特性机械加工，通过使用电火花加工(EDM)过程形成，和/或通过任何其他合适的方法制造。空腔922的形成可基于U形芯912的大小、形状或其他特性。一旦检测器900的所有部件处于适当位置，空腔922可被填料充满以便基本上防止检测器900的部件移动或损坏。例如，空腔922可填充有合适量的封装化合物，诸如树脂、硬化的陶瓷混合物和/或任何其他合适的材料。

芯912可定位在检测器壳体932中的空腔922内。芯912可由可具有高磁导率的材料构成。例如，如果检测器900将作为电感传感器进行操作，那么芯912可由铁氧体、一些其他磁导性材料和/或任何其他合适的材料构成。在一些实施方案中，至少部分地基于检测器的所期望的操作频率，芯912可由非磁性、非导电材料构成。作为另一实例，如果检测器900将作为磁阻传感器进行操作，那么芯912的一部分可以是钐-钴(SmCo₅)磁体或铝镍钴磁体(例如，主要由铁和铝(Al)、镍(Ni)和钴(Co)组成)或电磁体，其可被用来给磁路充能。芯912的其他部分可由其他过渡金属以及过渡金属合金，具体地铁基或钴基合金构成。芯912的端点可覆盖有防腐帽(未明确地示出)，所述防腐帽可以是导磁的。作为另一实例，芯912的端点可覆盖有防腐材料，诸如PDC、碳化钨或包含例如钴的可磁化粘合剂的其他合适的材料。在一些实施方案中，防腐帽可以是非磁性的。芯912可包括多于一种类型的合金以便提供不同的磁通密度。芯912可设置在U形配置中，以便鼓励沿着感测轴线924的磁通泄漏。当芯912的两端大致指向仪表式切割元件928与外部可磁化材料(例如，现有井的套管)接触的方向时，U形配置中的芯912的使用可提供方向灵敏度。

线圈910可围绕芯912的所有或部分定位。为了易于制造，线圈910可安装在线轴(未明确地示出)或直接缠绕在芯912上。尽管在三个截面示出了线圈910，所述线圈910可以是围绕芯912的一个连续缠绕的线圈。在一些实施方案中，也可利用多个线圈910。线圈910可以是磁导线，因为它用于检测绕组中的磁通量变化。在一些实施方案中，线圈910可被配置来最大化线轴(未明确地示出)和/或芯912上的匝数以便优化检测器900的性能。线圈910可包括绝缘体和导体。例如，线圈910可以是涂清漆的包圆铜线。作为另一实例，线圈910可包括在其上具有薄绝缘涂层(类似PEEK(聚酰亚胺)、聚四氟乙烯)的方形银或铜拉制线、GORE绝缘线、诸如在CERMAWIRE中利用的陶瓷和/或任何其他合适的导线和绝缘体。线圈610材料的选择可部分地基于与仪表式切割元件628的组装相关联的高温度，例如钎焊温度。例如，在仪表式切割元件628的组装期间，CERMAWIRE可适宜地承受钎焊温度。基于导体的增加的面积，与圆形导体相比，利用方形导体可降低每匝的线圈电阻，然而方形导体成本很高。作为又一实例，当钎焊或其他连接操作发生来连接切割台904、衬底902和/或检测器壳体932时，线圈910可利用诸如陶瓷管的热绝缘体来保护检测器900内部的线圈910和其他部件。在一些实施方案中，绝缘材料可呈中空管的形状以便允许导体连接至连接器帽906上的连接器918。线圈910的材料的选择可取决于应用特定因素，诸如温度、振动和/或可影响线圈910的性能的任何其他因素。此外，尽管图9示出仅具有一层导线厚度的线圈910，但可利用多层导线来实现检测器900的优化操作。

连接器帽906可定位成接近传感器器壳体932和/或与其相接触。连接器帽906可利用电连接器918来提供线圈导线920之间的电子连接和一个信号或多个信号以及参考图2A论述的钻头凹窝166中和/或参考图3论述的钻头凹窝366中的对应连接。线圈导线920可与连接器帽906上的电连接器918通信地联接。电连接器918可接合用于切割元件928的凹窝(例如，钻头凹窝166)中的一个或多个配套连接器。连接器帽906可通过任何合适的方式焊接、螺纹连接、密封和/或连接至衬底902的大致与切割台904相对定位的末端。

顶帽930可定位成接近芯912和/或与其相接触。顶帽930可由诸如铍铜(BeCu)的非磁性材料和/或磁性材料构成。顶帽930还可包括过渡金属以及过渡金属合金，具体地，包括铁基或钴基合金。顶帽930可被配置来向芯912提供轴向支持，例如沿着感测轴线924提供支持。一旦检测器900的所有部件处于适当位置，顶帽930可被钎焊或焊接到仪表式切割元件928上。检测器900的最后加工可进行来确保外直径大致平滑以允许对钻头凹窝的强力钎焊。

在一些实施方案中，检测器900可允许仪表式切割元件928被安装在伸长的凹窝中，诸如图2A上示出的伸长的钻头凹窝166和/或图3上示出的钻头凹窝366。伸长的凹窝可允许有额外空间用于比在标准钻头凹窝中所能允许的更大的U形芯912。

图9B示出根据本公开的一些实施方案的仪表式切割元件928的外部的图，其示出U形芯912的位置。芯912的末端可暴露于仪表式切割元件928的外部，以便增加对具有检测器壳体932的配置的灵敏度，所述检测器壳体932定位在芯912的末端与仪表式切割元件928的外部之间。然而，少量的检测器壳体932材料对保护芯912可以是必须的。在一些实施方案中，也可采用可渗透耐磨帽(未明确地示出)。此外，尽管芯912被示出为U形，但其他形状也是可能的，诸如T形或L形芯。在一些实施方案中，芯912的截面的形状可以是圆形的(如所示)，但任何截面的几何形状均可被用于检测器900的优化性能。例如，芯912的截面可以是方形的、椭圆形的或任何其他合适的形状。芯912的其他定向可被改变以便以任何期望的方向聚焦现有磁场。例如，芯912的端点可以是半U形，例如L形，其中芯912的一端向下延伸并且另一端保持与仪表式切割元件928的长轴一致。在一些实施方案中，芯912的直径大小可从芯912的一端变化到芯912的另一端以便协助磁通路径的分散或集中。

图9C示出根据本公开的一些实施方案的利用偏移U形芯912的仪表式切割元件928的图。芯912可被配置成，使得芯912的两端以彼此不同的径向角度定位。这样的配置可改善井筒(例如，参考图1示出的井筒114)中的区域的量，在降低深度灵敏度时，这可利用钻头101和/或工具320的每次旋转(例如，区域扫描)来对在图9A中示出的芯912的配置进行监测。例如，芯912可被配置使得两个极从平行的配置偏移大约四十五度。其他的变形是可能的并且可包括位于围绕或部分围绕传感器壳体932的不同角度位置的若干径向极。例如，芯912的径向极可以类似于由中心轴在中心连接的叶轮上的轮辐定位以便完成内部磁路。因此，多个芯极末端可被利用来大致同时在多个方向上进行感测。

图10A示出根据本公开的一些实施方案的在基本上不存在现有井和/或其他井下障碍物的情况下可发生在图9A中示出的检测器900的操作期间的示例性磁场1030。当电流通过线圈导线920和连接器帽906上的电连接器918被施加给线圈910(例如，线圈910a和910b)时，可生成磁场1030。在一些实施方案中，围绕U形芯912的中心的线圈910b可与围绕U形芯912的末端的线圈910a分开地被利用。在这种情况中，线圈910b可被周期性地通电以便感测磁阻变化。

在一些实施方案中，所有的线圈910可被联接在一起，以便操作为电感传感器。当检测器900操作为电感传感器时，其可通过线圈导线920和帽906中的电连接器918的线圈910而被电流通电、以及随后断电，并且可生成磁场1030。产生的电流可被释放并导致振铃效应，例如环上频率和振幅。与可定位在检测器900或图2A中示出的钻头本体124和/或图3中示出的管状体324中的电容器配合的振铃效应可形成电子储能电路。储能电路电压可经历指数式衰减，这可由以下公式描述：

y(t)＝A·e^-λt·(cos(ωt+φ))，其中：

y(t)＝以伏特为单位的储能电路的输出电压；

A＝以伏特为单位的所应用的脉冲电压的起始振幅；

ω＝以弧度/秒为单位的振铃的角度改变的速率；

φ＝以弧度为单位的相位。在所述实例中，它将被设置为零。

λ＝衰减常数；

t＝以秒为单位的时间；

f＝为ω÷2π的振铃的频率。增加脉冲时间用于重复的测量，频率f＝1/(4×Δt)。

图10B示出根据本公开的一些实施方案的基于图10A中示出的检测器900的操作的储能电路电压的示例性曲线1000。对于电感传感器来说，取决于离开以及重新进入芯912的磁通磁路的感测路径内的材料的所感测的电导率，频率可能改变。在一些实施方案中，第一过零交叉点1050和第一负峰值1060可被利用来确定材料检测器900的构成。作为实例，接近仪表式切割元件928的可磁化材料，诸如套管，可导致储能电路的频率降低以及负峰值1060的第一振幅增加。检测器900的响应可被校准并且存储在测量系统中。测量或所述测量的表示可进一步记录在井下存储器中并且可被传输至表面。井下控制系统也可响应于由检测器900作出的测量。例如，可通过诸如旋转转向工具的转向组件的自动控制基于周围地层的模型协助地质导向以便寻找预定的地层，例如含水层上面的含油砂。此外，在一些实施方案中，钻头101和/或工具320可基于对可磁化材料进行的检测，自动从扭矩的应用中脱离。

返回图10A，在基本不存在外部铁质材料的情况下，磁场1030通常会是椭圆形的。然而，磁场1030可与图2A中示出的钻头本体124、刀片126和/或钻头101的其他部件，和/或图3中示出的管状体324、刀片326和/或工具320的其他部件发生交互作用，如果任何这样的部件包括可磁化材料的话。这样的交互作用可影响磁场1030并因此在检测器900的操作中可被考虑到。此外，定向芯912的端点使得所述端点不指向钻头本体而是指向仪表式切割元件828的切割方向可以是最佳的。

图10C示出根据本公开的一些实施方案的在钻头101和/或工具320可接触现有井1036的情况下用于图9A中示出的检测器900的示例性磁场1030。在仪表式切割元件929接触现有井1036的套管1034时，磁场1030可被改变。磁场1030的改变可在可磁化或铁磁材料存在的情况下发生。因此，来自套管1034的切屑和套管1034本身均可导致磁场1030的变化。磁场1030的变化可改变磁路的磁阻，这改变了利用钻头101和/或工具320的每次旋转改变线圈910的磁通密度。磁场1030中所示出的变化仅是示例性的，并且可以发生更多、更少和/或可由检测器900检测的变化的任何其他变量。

在一些实施方案中，仪表式切割元件928中的磁通密度的变化可致使电流在线圈910中流动。电流可通过定位在钻头101和/或工具320(例如，在电子装置外壳中)，和/或在图1中示出的BHA 120的检测电路来检测。检测电路可通过电子路径联接至仪表式切割元件928的连接器帽906上的电连接器918。当检测电路检测到切屑和/或套管1034的存在时，所述检测电路可通过BHA 120和/或任何其他井下遥测系统的部件将数据传输至井场106。此传输可提示用户钻头101和/或工具320可能与包含可磁化材料的障碍物(例如，现有井1036)相交。替代性地或额外地，故障安全机构可被触发，所述故障安全机构可从钻柱103的旋转中，至少暂时旋转地脱离钻头101和/或工具320，基本上或者完全地阻止钻头101和/或工具320的旋转，并因此进一步切入套管1034中。

仪表式切割元件928中的检测器900的操作可有助于现有井的套管、其他可磁化材料和/或仪表式切割元件928中的导电物体的存在的检测。此外，基于钻头101和/或工具320钻入井筒114中的方向，检测器900的感测轴线924可定位在不同的方向，例如，以便利用以下事实：井筒114的方向可以以与仪表式切割元件928的轴线大致交叉的轴线前进。在一些实施方案中，检测器900的感测轴线924可被配置在钻头101和/或工具320的旋转方向上。作为另一实例，检测器900的感测轴线924可被配置在被切割的新的孔的方向上。另外地，仪表式切割元件928可以是主动或被动的传感器。作为被动传感器的仪表式切割元件928可被利用来检测可变的磁阻。作为主动传感器的仪表式切割元件928可被利用来检测电感和/或磁阻。主动传感器可持续地或周期性地向储能电路的电感器或电容器发送脉冲信号。其他的实施方案可包括将检测器400、600、700或900安装在钻头本体(诸如钻头本体124)中而不是安装在切割元件128中。

图11示出根据本公开的一些实施方案的位于具有应变仪1150的仪表式切割元件1128中的检测器1100的图。尽管未明确地示出，检测器1100可包括分别参考图4、图6中以及图7A-图7C中示出的检测器400、600或700论述的部件中的任一。另外地，检测器1100可包括诸如应变仪1150的传感器。应变仪1150可定位在衬底1102中、空腔1122的内壁上和/或任何其他合适的位置。由于放置在切割台1104和/或衬底1102上的负载，应变仪1150可被配置来测量检测器1100的变形。尽管图11示出仅一个应变仪1150，但可利用多个应变仪1150。应变仪1150可通过应变导线1152联接至连接器帽1106中的连接器1118。

在一些实施方案中，应变仪1150可被配置来感测施加至切割台1104的尖端的扭矩。当切割台1104接触地层时，应变仪1150可测量检测器1100经受的应变或弯曲。应变仪1150可与切割台1104的切割边缘对准。另外地，位置指示器可存在于仪表式切割元件1128的外部以便表示装置的方向以便实现应变仪1150的最佳操作。此外，在应变仪1150和检测器1100内部的任何其他部件的安装之后，空腔1122可被基本抽空空气和湿气并且充满封装化合物、干燥惰性空气(例如，氮分子N₂)和/或诸如油的非反应性且相容液体。

图12示出根据本公开的一些实施方案的位于具有多个应变仪1250的仪表式切割元件1228中的检测器1200的图。尽管未明确地示出，检测器1200可包括分别参考图4、6中以及图7A-图7C中示出的检测器400、600或700论述的部件中的任一。检测器1200可包括多个应变仪1250。多个应变仪1250可被利用来提供优于图11中示出的检测器1100的配置的测量准确性。应变仪1250可被安装在“惠斯顿电桥”配置中，其中应变仪1250围绕空腔1222的内壁彼此间隔大约九十度安装。可以采用应变仪1250的各种配置。例如，应变仪1250可定位成接近切割台1204以便提供重量和/或任何其他合适特性的检测。此外，在应变仪1250和检测器1200内部的任何其他部件的安装之后，空腔1222可被基本抽空空气和湿气并且充满封装化合物、干燥惰性空气(例如，氮分子N₂)和/或诸如油的非反应性且相容液体。

在一些实施方案中，另外的应变仪(未明确地示出)可被配置为垂直于检测器1200的轴向方向。在这样的配置中，应变仪可被利用来确定被施加至仪表式切割元件1228的轴向力。

此外，应变仪1250中的一个或多个可包括或者接近于温度传感器(未明确地示出)，例如，能够承受钎焊温度的热电偶。例如，温度传感器还可被安装至空腔1222的内壁。温度传感器可被用来基于由于操作期间温度产生的测量漂和/或基于先前的校准移调整检测器1200测量。此外，温度传感器可监测仪表式切割元件1228。例如，如果温度传感器检测出仪表式切割元件1228比最佳状态更热，那么升高的温度可指示接近仪表式切割元件1228的被封堵的喷射和/或提出关于接近仪表式切割元件1228的液体循环的问题。

图13示出根据本公开的一些实施方案的确定并形成图4、图6、图7A–图7C或图9A的分别的仪表式切割元件428、628、728或928的示例性方法1300的流程图。在示例性的实施方案中，钻头的切割结构(包括所有切割元件的至少位置和定向)可已经在先前被设计。然而在其他的实施方案中，方法1300可包括用于设计钻头的仪表式切割元件的步骤。出于示例性的目的，相对于图4的仪表式切割元件428以及图9A的仪表式切割元件928来描述方法1300；然而，方法1300可被用来确定并生成用于任何合适的钻头的仪表式切割元件。

方法1300的步骤可通过被配置来模拟和设计钻探系统、装置和设备的各种计算机程序、模型或其任何组合执行。程序和模型可包括存储在计算机可读介质上并且可操作来在被执行时进行如下所述的步骤中的一个或多个的指令。计算机可读介质可包括被配置来存储和检索程序或指令的任何系统、装置或设备，诸如硬盘驱动器、光盘、闪速存储器或任何其他合适的设备。程序与模型可被配置来引导处理器或其它合适的单元检索和执行来自计算机可读介质的指令。共同地，用于模拟和设计钻探系统的计算机程序和模型可被称为“钻探工程工具”或“工程工具”。

方法1300可开始，并且在步骤1305，工程工具可确定钻头(诸如图2A的钻头101和/或图3的工具320)上的仪表式切割元件的位置。例如，基于待钻探的井的特性(例如方向)，工程工具可确定仪表式切割元件可被定位为接近钻头的井下末端以便具有最佳机会在钻头基本上接触或者钻入现有井和/或其他结构之前检测所述现有井和/或其他结构。例如，工程工具可确定多个仪表式切割元件428可被最佳地定位在图2B上示出的轴肩区域308a和308b和/或鼻状区域310a和310b。

在步骤1310，工程工具可确定用于仪表式切割元件中的检测器的感测轴线的最佳方向。例如，工程工具可确定图4中示出的检测器400的感测轴线424的方向。在一个实施方案中，感测轴线424的方向可以基于钻头101和/或工具320可钻探的方向以及钻头101和/或工具320上的仪表式切割元件428的位置。每个检测器400可被配置成具有基本上相同的感测轴线424方向。在一些实施方案中，某组检测器400可被配置成具有指向不同方向的感测轴线424方向以便增加检测器400的扫描区域。在一些实施方案中，检测器可被设计来感测地层的特性。检测器可被定向为与被切割台(诸如切割台404)切割入地层中的槽或截口的顶点对准。任选地，检测器可被设计来测量与液体或泥浆混合的可磁化材料并且可利用朝向钻头的排屑槽区域的感测轴线来定向。作为另一实例，检测器可被设计来测量泥浆性质并且可定向来感测流出钻头的喷嘴或者被定位在钻头液体流动路径的内部的液体。检测器的不同定向和类型可被同时用来作出结合的和/或提取的测量。提取的测量可包括补偿用于噪声的各种来源的测量值。此外，检测器可在角度位置检测的协助下通过方位角定向聚合以便基于检测器响应确定井筒的方位角分布。因此，相对于钻头上的参考位置的钻头上的检测器的坐标布局可被利用来标出井筒底部和侧壁的周围导电和/或磁阻分布。

在步骤1315，工程工具可确定用于仪表式切割元件内的芯的最佳材料、位置和/或配置。例如，芯可以是圆柱形的形状，诸如芯412，并且可被放置在衬底402的中心。作为另一实例，圆柱形芯412可被放置在衬底402中远离中心的位置，在图8中由切割面804b示出。作为另一实例，芯可以是U形，类似于图9A中示出的芯912。芯的形状可以基于确保传感器的机械完整性的模型、磨损寿命、感测深度和/或其他合适的因素。例如，如果浅层、广阔区域被感测，那么磁路的离开点可通过更大或U形芯(诸如芯912)的使用被扩宽。如果更窄、更深的渗透聚焦区域被感测，那么芯可以更小，例如可利用芯412。芯材料可以基于如参考图4和图6论述的用于具体应用的最佳磁导率。例如，芯可以是铁氧体或相关的材料。

在步骤1320，工程工具可将空腔定位在仪表式切割元件的衬底或检测器壳体中。例如，基于芯412的形状和如在图4中示出的步骤1315中确定的最佳位置，空腔422可被定位在衬底402中。作为另一实例，如在图9A中所示，空腔922可在检测器壳体932中成形。

在步骤1325，工程工具可确定是否需要永磁体。磁源的使用可取决于检测器的所设计的使用。例如，如果检测器可主要起到磁阻传感器的作用，那么可利用磁源。可利用磁源(例如，永磁体408)，如在图4中所示。磁源可以是任何形状，然而永磁体偶极磁矩的定向可与芯同轴以便鼓励磁通导纳进入磁路。作为另一实例，如果检测器可起到电感传感器的作用，那么可不利用永磁体。在图6中示出的检测器600示出被配置来用作电感传感器的检测器。如果永磁体将被利用，那么方法1300可进行至步骤1330。如果永磁体将不被利用，那么方法1300可进行至步骤1335。

在步骤1330，工程工具可确定永磁体的适当材料和配置。例如，可采用参考图4论述的用于永磁体408的配置和材料。

在步骤1335，工程工具可确定是否需要芯帽。所述确定可基于所需要的测量灵敏度、将被使用的仪表式切割元件的数量、接触井下障碍物的可能性和/或任何其他合适的标准。例如，如果所选择的芯材料的耐久性不足以承受钻探磨损，那么可利用芯帽。作为另一实例，如果利用可替代的非可磁化材料更好地实现耐磨性性质，那么芯帽可具有最小化的磁导率。此外，芯帽可以是非可磁化或者可能不是必须的(如果由检测器形成的磁路足够的话)。如果检测器可起到磁阻传感器的作用，那么可被利用芯帽。然而，如果检测器可起到电感传感器的作用，那么可利用芯帽。例如，如果确定由检测器400形成的磁场不足够，那么可利用在图7A–图7C中示出的芯帽748。如果确定需要芯帽，那么方法1300可进行至步骤1340。如果不需要芯帽，那么方法1300可进行至步骤1345。

在步骤1340，工程工具可确定用于芯帽的适当材料和配置。例如，可采用参考图7A–图7C论述的用于芯帽748的配置和材料中的任一。

在步骤1345，工程工具可配置具有线圈的芯以用于安装。例如，参考图9A，工程工具可确定线圈910是否是一个连续的线圈或单独线圈并且可配置将安装在检测器壳体932中的U形芯。通过计算、建模、测试和/或任何其他合适的方法确定线圈的大小。可起到磁阻传感器作用的检测器可采用最大化检测器对移动通过其截面的磁通量变化的灵敏度的线圈。可起到电感传感器的作用的检测器可采用调谐线圈使得频率和减振响应处于感测周围环境的电导率的最佳范围。

因此，将被利用的线圈的特性可取决于多个因素，诸如用于线圈和绕组的可用空间、芯的磁导率、线圈所需要的匝数、芯上的导线长度的电阻和/或其他合适的因素。工程工具可对芯和线圈的多个配置建模以便最佳化这些因素。

在步骤1350，工程工具可确定是否需要间隔件。当利用圆柱形的芯412时，可使用诸如在图4中示出的间隔件414的间隔件。然而，如在图9A中所示，当利用U形芯912时，间隔件可能不是必须的。如果确定需要间隔件，那么方法1300可进行至步骤1355。如果不需要间隔件，那么方法1300可进行至步骤1360。

在步骤1355，工程工具可确定用于间隔件的适当材料和配置。例如，可采用在图4中示出的间隔件414，所述间隔件414可由可能不干扰由检测器400形成的磁场的材料构成。例如，基于检测器的所期望的感测特性，间隔件414可由非磁性材料构成，诸如铍铜(BeCu)和/或包括磁导材料的任何其他合适的材料。

在步骤1360，工程工具可配置线圈导线以便与帽上的电连接器联接。例如，参考图9A，工程工具可配置线圈导线920以便与连接器帽906上的电连接器918联接。作为另一实例，参考图4，工程工具可配置线圈导线420以便与连接器帽406上的电连接器418联接。连接器帽406可利用电连接器418以便提供线圈导线420之间的电子连接以及参考图2A论述的钻头凹窝166中和/或参考图3论述的钻头凹窝366中的对应连接。线圈导线420可与连接器帽406上的电连接器418通信地联接。

在步骤1365，工程工具可确定是否需要填料和顶帽。当利用U形芯912时，可使用具有填料的诸如在图9A中示出的顶帽930的顶帽。然而，如在图4中所示，当利用圆柱形芯412时，填料和顶帽可能不是必须的。如果利用填料和顶帽，那么方法1300可进行至步骤1370。如果不利用填料和顶帽，那么方法1300可进行至步骤1375。

在步骤1370，工程工具可确定用于填料和顶帽的适当材料和配置。例如，可采用在图9A中示出的顶帽930和诸如陶瓷的填料。空腔922可被填料充满以便基本上防止检测器900的部件移动或损坏。例如，空腔922可填充有合适量的封装化合物，诸如树脂、硬化的陶瓷混合物和/或任何其他合适的材料。在填料被塞入空腔922内之后，可放置顶帽930。顶帽930可由诸如铍铜(BeCu)的非磁性材料和/或磁性材料构成。顶帽930还可包括过渡金属以及过渡金属合金。顶帽930可被配置来向芯912提供轴向支持，例如沿着感测轴线924提供支持。一旦检测器900的所有部件处于适当位置，顶帽930可被钎焊或焊接到仪表式切割元件928上。

在步骤1375，工程工具可配置连接器帽以用于安装。例如，图4中示出的连接器帽406和电连接器418可安装在仪表式切割元件428上。作为另一实例，图9A中示出的连接器帽906和电连接器918可被配置来安装在仪表式切割元件928上。

在步骤1380，工程工具可配置仪表式切割元件以用于安装到钻头中。例如，图4中示出的仪表式切割元件428可安装在图2A中示出的钻头101和/或图3中示出的工具320中。作为另一实例，图9A中示出的仪表式切割元件928可安装在图2A中示出的钻头101和/或图3中示出的工具320中。

尽管已详细描述本公开和其优点，但应理解，可以在不脱离如由所附权利要求书界定的本公开的精神和范围的情况下，在本文中进行各种改变、替代和更改。

Claims (30)

1.一种钻探系统，其包括：

钻柱；以及

联接至所述钻柱的钻具，所述钻具包括：

圆柱形本体；

位于所述圆柱形本体的外侧部分上的多个刀片；以及

位于所述多个刀片中的一个上的仪表式切割元件，所述仪表式切割元件包括：

切割台；

联接至所述切割台的衬底，所述衬底包括空腔；

所述空腔中的芯；

联接至所述衬底的电连接器；以及

联接至所述电连接器和所述芯的周围部分的线圈导线，所述线圈导线被配置来响应于所述仪表式切割元件接近可磁化材料生成信号。

2.如权利要求1所述的钻探系统，其还包括：

通信地联接至所述钻柱的内部控制器；以及

检测电路，其通信地联接至所述仪表式切割元件并且被配置来检测所述信号并且向所述内部控制器提供命令。

3.如权利要求2所述的钻探系统，其中所述命令促进停止所述钻具的旋转。

4.如权利要求2所述的钻探系统，其中所述命令促进将所述钻具从所述钻柱脱离。

5.如权利要求2所述的钻探系统，其中所述命令促进所述钻具的钻探方向的变化。

6.如权利要求1所述的钻探系统，其中所述信号响应于所述可磁化材料的电导率。

7.如权利要求1所述的钻探系统，其中所述信号响应于所述可磁化材料的磁导率。

8.如权利要求1所述的钻探系统，其中所述信号响应于磁场的变化。

9.如权利要求1所述的钻探系统，其中所述可磁化材料包括人造可磁化材料。

10.如权利要求1所述的钻探系统，其中所述仪表式切割元件还包括联接至所述切割台和所述芯的永磁体。

11.如权利要求10所述的钻探系统，其中所述永磁体限定延伸通过所述切割台的感测轴线。

12.如权利要求1所述的钻探系统，其中所述芯被配置成U形并且限定垂直于所述仪表式切割元件的所述切割台延伸的感测轴线。

13.如权利要求1所述的钻探系统，其中所述芯包括磁导材料。

14.一种用于钻探井筒的方法，其包括：

配置钻具中的仪表式切割元件；

响应于所述仪表式切割元件接近可磁化材料，由所述仪表式切割元件生成信号；以及

由检测电路检测所述信号，并且向内部控制器提供命令。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述命令促进停止所述钻具的旋转。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述命令促进将所述钻具从钻柱脱离。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述命令促进所述钻具的钻探方向的变化。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述信号响应于所述可磁化材料的电导率。

19.如权利要求14所述的方法，其中所述信号响应于所述可磁化材料的磁导率。

20.如权利要求14所述的方法，其中所述信号响应于磁场的变化。

21.如权利要求14所述的方法，其中所述可磁化材料包括人造可磁化材料。

22.一种仪表式切割元件，其包括：

切割台；

联接至所述切割台的衬底，所述衬底包括空腔；

所述空腔中的芯；

联接至所述衬底的电连接器；以及

联接至所述电连接器和所述芯的周围部分的线圈导线，所述线圈导线被配置来响应于所述仪表式切割元件接近可磁化材料生成信号。

23.如权利要求22所述的仪表式切割元件，其还包括联接至所述切割台和所述芯的永磁体。

24.如权利要求23所述的仪表式切割元件，其中所述永磁体限定延伸通过所述切割台的感测轴线。

25.如权利要求22所述的仪表式切割元件，其中所述芯被配置成U形，并且限定垂直于所述仪表式切割元件的所述切割台延伸的感测轴线。

26.如权利要求22所述的仪表式切割元件，其中所述芯包括磁导材料。

27.一种配置钻具的仪表式切割元件的方法，其包括：

确定所述仪表式切割元件在所述钻具上的位置；

确定所述仪表式切割元件的感测轴线的方向；

基于所述仪表式切割元件的所述感测轴线和位置，配置所述仪表式切割元件中的芯，所述芯定位在衬底中的空腔中；

配置联接至所述衬底的电连接器；以及

配置联接至所述电连接器和所述芯的周围部分的线圈导线，所述线圈导线被配置来响应于所述仪表式切割元件接近可磁化材料生成信号。

28.如权利要求27所述的方法，其还包括基于延伸通过切割台的所述感测轴线，配置用于放置在所述仪表式切割元件中的永磁体。

29.如权利要求27所述的方法，其中配置所述芯还包括当确定用于所述感测轴线的方向垂直于所述仪表式切割元件的切割台延伸时，将所述芯配置成U形。

30.如权利要求27所述的方法，其中所述芯包括磁导材料。