CN110114551B

CN110114551B - 用于相邻钻孔之间数据遥测的系统和方法

Info

Publication number: CN110114551B
Application number: CN201780081182.1A
Authority: CN
Inventors: 阿伦·W·洛根; 柯蒂斯·K·L·韦斯特; 贾森·B·瓦克特; 文森特·雷蒙德·马丁; 迈赫迪·尤塞菲科佩依
Original assignee: Evolution Engineering Inc
Current assignee: Evolution Engineering Inc
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: US10961843B2; RU2019120155A3; WO2018119520A1; RU2755609C2; CA3045755C; CA3045755A1; RU2019120155A; CN110114551A; EP3559412A4; EP3559412A1; US20190353031A1

Abstract

位于钻孔中的有源井下天线接收来自相邻钻孔中的源的电磁(EM)遥测传输。该天线包括能够操作成对所接收的传输进行解码并对所接收的传输的信噪比进行测量的处理器。使用高速数据通信网络将在有源天线处接收的数据发送至地面。有源天线可以处理来自多个井下EM遥测发射器的数据通信。

Description

用于相邻钻孔之间数据遥测的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年12月30日提交的美国专利申请第62/440618号的优先权。就美国的情形而言，本申请根据35U.S.C§119要求于2016年12月30日提交的题为“SYSTEM ANDMETHOD FOR DATA TELEMETRY AMONG ADJACENT BOREHOLES”的美国专利申请第62/440618号的权益，该美国专利申请出于所有目的通过引用并入本文中。

技术领域

本申请涉及地下钻取，具体地涉及数据遥测。实施方式提供了用于在井下工具与地面设备之间传送信息如测井信息、随钻测量信息的系统和方法。实施方式可应用于回收油气的钻井。

背景技术

从地下区域回收油气通常涉及钻取井眼。

使用地面定位的钻取设备来制成井眼，该钻取设备驱动钻柱从地面设备最终延伸至所关注的地层(formation)或地下区域。钻柱可以延伸到地面下方数千英尺或数米处。钻柱的末端包括用于钻取井眼(或使井眼延伸)的钻头。通常为钻取“泥浆”形式的钻取流体通常被泵送通过钻柱。钻取流体对钻头进行冷却和润滑并且还将钻屑带回至地面。钻井流体也可以用于帮助控制井底压力，以抑制油气从地层流入井眼以及地面处潜在的井喷。

井底组件(BHA)是对位于钻柱末端处的设备指定的名称。除了钻头以外，BHA可以包括例如以下元件：用于引导钻取方向的装置(例如，可转向井下泥浆马达或旋转可转向系统)；用于测量周围地质层的性质的传感器(例如，用于在测井中使用的传感器)；用于在钻进过程中测量井下情况的传感器；用于将数据遥测至地面的一个或更多个系统；稳定器；加重钻铤；脉冲装置等。BHA通常通过金属管柱(钻管)而前进至井眼中。

现代钻取系统可以包括BHA中或其他井下位置处的各种各样的机械/电子系统中的任何机械/电子系统。这样的系统可以包括在井下工作的任何有源机械、电子和/或机电系统。这样的系统可以提供包括但不限于以下各种功能中的任何功能：数据采集；测量周围地质层的性质(例如，测井)；在钻进过程中测量井下情况；控制井下设备；监测井下设备的状态；定向钻取应用；随钻测量(MWD)应用；随钻测井(LWD)应用；测量井下流体的性质等。可以从传感器；获取图像；测量流体流量；确定方向；发射信号、粒子或场以供其他设备检测的设备等获得数据，所述传感器可以包括以下中的一个或更多个：振动传感器、磁力计、倾斜计、加速度计、核粒子探测器、电磁探测器、声学探测器等。

可以通过一个或更多个遥测系统在井下设备与地面设备之间的一个或两个方向上传送数据。遥测信息对于高效钻取操作来说会是非常宝贵的。例如，遥测信息可以被钻机操作人员使用，以做出关于控制和操纵钻头的决定，从而基于数个因素(包括法定边界、现有井的位置、地层性质、油气尺寸和位置等)来优化钻取速度和轨迹。操作人员可以基于在钻进过程中从井下传感器收集并且通过遥测传送至地面的信息，根据需要有意偏离计划的路径。从井下位置获得并传送可靠数据的能力允许相对更经济且更高效的钻取操作。

存在若干已知的遥测技术。这些遥测技术包括通过在钻孔中的流体中产成振动(例如，声学遥测或泥浆脉冲(MP)遥测)来传送信息以及通过至少部分地传播通过地的电磁信号(EM遥测)来传送信息。其他遥测技术使用硬连线钻管、光纤线缆或钻铤声学遥测将数据携载至地面。

EM遥测相对于MP遥测的优点一般包括：更快的数据速率、由于不移动井下部分而引起的提高的可靠性、对堵漏材料(LCM)使用的高阻抗、以及对空气/欠平衡钻取的适应性。EM系统可以在没有连续流体柱的情况下传输数据；因此，当没有钻取流体流动时，EM系统是有用的。在钻取操作人员添加新钻管区段时EM系统是有利的，因为EM信号可以在钻取操作人员添加新管时传送信息(例如，定向信息)。

用于电磁遥测的典型布置使用钻柱的部分作为天线。通过在钻柱中包括绝缘接头或连接器(“间隙短节”)可以将钻柱划分成两个导电区段。间隙短节通常放置在井底组件的顶部处，使得在BHA上方的钻柱中的金属钻管用作一个天线元件，而在BHA中的金属区段用作另一天线元件。然后可以通过在两个天线元件之间施加电信号来传送电磁遥测信号。信号通常包括以对用于传输至地面的信息编码的方式来施加的甚低频AC信号。高频信号比低频信号衰减得更快。可以例如通过测量钻柱或延伸至地中的金属套管与一个或更多个接地杆之间的电位差来在地面处检测电磁信号。

仍然需要以更可靠且成本有效的方式来维持井下设备与地面设备之间的数据通信，并且需要对诸如自动钻取、数据密集测井等应用的高数据速率遥测。

发明内容

本发明具有可以一起使用、单独使用或在任何合适的组合中使用的许多方面。一些方面涉及用于接收和/或发送的系统和方法，其能够布置在一个井眼中并且可以用于提供与一个或更多个其他井眼中的井下工具的EM遥测通信。一些这样的系统和方法在井下位置处执行各种信号处理功能。一些方面涉及使用EM遥测信号来确定井眼的相对位置和轨迹。一些方面涉及使用井眼内的信号发射器和/或接收器(例如，发送和接收的信号可以包括电磁和/或声学信号)来估计井眼的轨迹。一些方面涉及使用EM遥测信号来确定地下层的特征。一些方面涉及共享在多个井眼中获取的数据。该数据可以用于主动调整钻取参数。一些方面涉及将下行链路遥测信号传送至井下工具。

本发明的另外方面以及示例性实施方式的特征在附图中被示出和/或在以下描述中描述。

附图说明

附图示出了本发明的非限制性示例实施方式。

图1是钻取操作的示意图。

图2示出了与第二钻孔中的有源EM遥测接收器通信的一个钻孔中的包括EM遥测信号生成器的示例性井下工具。

图3示出了包括电缆和沿着电缆间隔开的一个或更多个EM遥测接收器的示例性EM遥测接收器装置。

图4是示出可以布置在一个钻孔中以与另一钻孔中的井下工具进行通信的示例性EM遥测系统的功能部件的框图。

图5是示出EM遥测接收器或收发器的可能形状因子的正视图。

图6是示出了在垫上规划一组钻孔的钻取环境的示意性俯视图。

图7是示出用于优化到一个或更多个井下工具或从一个或更多个井下工具的遥测通信的示例性方法的流程图。

图8是示出一组相关钻孔的示意图。

图9示意性地示出了用于蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的一组井眼的一部分。

图10A、10B和10C示出了分别具有以下各者的套管钻孔：靠近套管下端的接地电极、靠近套管下端的EM遥测中继器和靠近套管下端的有源EM遥测接收器。

图11A和图11B示出了分别通过以下操作来为位于第一钻孔中的井下工具生成下行链路遥测信号：在第二钻孔中的套管与接地导体之间施加下行链路遥测信号；以及在第二钻孔中的套管与第三钻孔中的套管之间施加下行链路遥测信号。

具体实施方式

贯穿以下描述，对具体细节进行阐述以向本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，可能没有示出或详细地描述公知的元件以避免不必要地使本公开内容模糊。本技术的示例的以下描述不旨在是穷尽的或者将系统限制于任何示例性实施方式的确切形式。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的意义。

图1示意性地示出了示例钻取操作。钻机10驱动钻柱12，该钻柱12包括延伸通过钻孔11到钻头14的钻管的区段。所示出的钻机10包括用于支承钻柱的井架10A、钻台10和绞车10C。

钻头14的直径大于钻头上方的钻柱的直径。围绕钻柱的环形区域15通常填充有钻取流体。钻取流体通过钻柱中的腔孔被泵送至钻头，并且携载因钻取操作产生的钻屑通过环形区域15返回地面。在钻井时，可以在井眼中形成套管16。在套管的顶端处支承有防喷器17。图1所示的钻机仅是示例。本文中所描述的方法和装置不特定于任何特定类型的钻机。

钻柱12包括井下工具13，该井下工具13包括电磁(EM)遥测发射器或收发器。在一些实施方式中，EM发射器通过间隙短节20来发送EM信号。间隙短节20可以被放置在例如BHA的井口端处或靠近BHA的井口端。间隙短节20将钻柱划分成彼此电绝缘的两个导电部分。这两个导电部分形成双极子天线结构。例如，双极子的一部分可以由BHA至电绝缘间隙形成，并且双极子的另一部分可以由从间隙延伸至地面的钻柱的部分来形成。

甚低频交流(AC)电信号19A由EM遥测信号生成器18生成并且被施加间隙短节20两端。甚低频AC对地通电并且产生通过地传播的电场19A。这样的EM遥测信号通常由地面设备检测，该地面设备检测钻柱12的顶部与一个或更多个接地电极(例如接地杆或接地板)之间的可测量的电压差。电信号19A以对用于通过遥测传输的信息编码的方式而变化。

实现EM遥测系统的一个挑战是EM传输在穿过地层的长距离上强烈衰减。当期望在大深度处特别是在钻取井眼的深水平区段时使用EM遥测时，这尤其是挑战。EM信号的衰减很大程度上取决于这些信号传播通过的地层类型。具有高电导率的地层可以非常强烈地使EM遥测传输衰减。

本发明的实施方式提供了用于EM遥测传输的有源接收器，该有源接收器位于与EM遥测发射器所在的钻孔相邻的钻孔中。图2示出了包括EM遥测信号生成器18的井下工具13被设置在钻孔11A中的钻柱12中的示例性实施方式。EM遥测接收器28被设置在第二钻孔11B中。钻孔11B可以被称为“通信钻孔”，因为钻孔11B被用于通信(钻孔11B可以可选地具有其他应用以及通信)。

钻孔11A与钻孔11B彼此相邻。在一些实施方式中，钻孔11A与钻孔11B彼此相距10米内。在一些实施方式中，钻孔11A与钻孔11B彼此相距100米内。在一些实施方式中，钻孔11A与钻孔11B彼此相距10千米内。

EM遥测接收器28设置有到地面的可靠数据连接。在一些实施方式中，EM遥测接收器28具有到地面的有线连接。例如，EM遥测接收器可以悬挂在电缆上，该电缆包括多个信号导体并且还优选地包括向EM遥测接收器28提供电力的电力导体。信号导体可以包括例如电导体和/或光纤。所提供的电力导体可以是独立的或执行双重功能，即向EM遥测接收器28提供电力以及向EM遥测接收器28和/或从EM遥测接收器28传送信号。

作为另一示例，EM遥测接收器28可以通过有线钻管、高速井下数据通信系统(例如VAST^TM或XACT^TM)、声学遥测系统等连接至地面设备。这样的系统可能太昂贵而不能确保布置在每个钻孔中，但是在钻孔11B中布置这样的系统并且使用该系统来接收来自一个或更多个相邻钻孔中的井下工具的通信和/或将数据传送至一个或更多个相邻钻孔中的井下工具可能是有成本效益的。可以在钻取钻孔11B时使用这样的系统。在一些实施方式中，可以在钻取钻孔11A和钻孔11B两者时使用该系统。在钻取钻孔11B之后，系统可以保持安装在钻孔11B中，并且可以用于从和/或向其他附近钻孔中的数据遥测系统接收和/或发送遥测信号。

在地面设备与EM遥测接收器28之间的数据通信由钻柱所支承的系统提供的情况下，EM遥测接收器28可选地可移除地附接至钻柱。EM遥测接收器28与通信系统之间的耦接可以通过湿连接提供，该湿连接包括钻柱与EM遥测接收器28上的配合连接器。这种构造可以允许EM遥测接收器独立于钻柱从井眼11B取回。

用于向和从钻孔11B中的EM遥测接收器28传送数据的数据通信技术的选择可以取决于钻孔11B是先前已经被钻取还是当前正在被钻取。在钻孔11B当前正在被钻取的情况下，遥测接收器28可选地包含或被连接以接收来自随钻测量(MWD)传感器和/或测井传感器的数据并将该数据中继到地面设备。这样的数据可以帮助正在操作设备以钻取钻孔11B的人。在其他实施方式中，用于钻取钻孔11B的钻柱可以具有用于收集MWD和/或测井数据的工具，所述工具与EM遥测接收器28分开但共享EM遥测接收器28也使用的与地面的数据通信通道。

EM遥测接收器28是有源接收器，这表示EM遥测接收器28包括一些井下电子器件，用于接收和处理源自EM遥测信号生成器18的EM遥测信号。例如，图3示出了示例EM遥测接收器28'，其包括与相应电极29B-1和电极29B-2电接触的一对输入29A-1和输入29A-2。

输入29A-1和输入29A-2连接至模拟信号处理级29C，该模拟信号处理级29C可以包括例如放大器29D和电噪声滤波器29E。来自信号处理级29C的输出由模数转换器(ADC)29F进行数字化。来自ADC 29F的数字化信号被提供给数字处理级29G。数字处理级29G可以包括例如数字滤波器29H和解码级29I。解码级29I处理所接收的信号以获得由EM遥测信号生成器18发送的EM遥测信号中编码的数字值。解码级29I可以可选地通过识别在发送信号中编码的数据的结构(例如帧)并检查诸如校验和、奇偶校验位或在发送信号中编码的其他数据验证信息的值来检查所接收的信号的准确性。在替选实施方式中，所接收的信号被数字化并且被发送到井口以供地面设备进行解码/处理。

示例EM遥测接收器28'包括接口29J，该接口29J例如通过EM遥测接收器28'所连接的电缆中的一个或更多个信号导体将已解码的数字值发送至地面。控制处理器29K控制EM遥测接收器28'的整体操作。

如本文更详细讨论的，EM遥测接收器可以具有多通道接收能力，使得其可以接收来自两个或更多个井下工具13(井下工具可以位于同一相邻钻孔11A中或位于不同的相邻钻孔11A中)的通信。在这样的情况下，EM遥测接收器28可以区分其通过频率检测的不同信号。可以为每个井下工具13指定不同的通信频率。EM遥测接收器28可以应用有源滤波(模拟滤波或数字滤波或模拟滤波和数字滤波的组合)以分离来自不同井下工具13的信号。

在一些实施方式中，在钻孔11B中设置有两个或更多个接收器28。每个接收器28可以可选地能够接收多个通道中的遥测数据。当使用如本文所述的系统时，可以选择特定井下工具13将使用的频率或多个频率来发送用于在钻孔11B中接收的数据，以便优化以下中的一个或更多个：SNR、数据速率、井下工具13处的功耗等。在钻孔11B中存在两个或更多个接收器28的情况下，还可以基于相同的因素选择接收器28中的一个用于接收来自特定井下工具13的信号。在存在多个井下工具13的情况下，可以跨所有井下工具13执行优化。在这样的情况下，可以以导致来自一个井下工具13的通信的SNR或其他度量稍差的方式指定通道和/或接收器，以获得用于接收来自另一井下工具13的通信的更好性能。在一些实施方式中，首先针对接收是最差的井下工具13执行接收器28和/或频率的选择，并且在剩余的频率和/或接收器28可用时将剩余的频率和/或接收器28分配给接收更好的其他井下工具13。

在示例性实施方式中，该系统被配置成测量针对多个不同频率中的每一个从井下工具13发送并在接收器28处接收的信号的SNR。例如，这可以通过使每个井下工具13发送测试信号并在接收器28处接收测试信号来完成。在存在两个或更多个接收器28的情况下，可以在两个或更多个接收器中的每一个处接收来自每个井下工具13的测试信号，并且可以确定所接收信号中的每一个的SNR。可以通过识别提供最佳SNR(或信号质量的其他度量)的可用通道来选择供特定井下工具13使用的特定通道。

在一些实施方式中，可以周期性地重复向井下工具13指定发送通道。在这样的实施方式中，特定的井下工具13可以最初被设置为以一个频率发送，并且可以随后被设置为以提供更好的SNR(或其他信号质量度量)的不同的可用频率进行发送。在这样的系统中，来自特定井下工具13的信号最初可以在钻孔11B中的一个接收器28处接收，并且随后可以在钻孔11B中的第二接收器28处接收。第一接收器28和第二接收器28可以沿钻孔11B彼此间隔开。

EM遥测接收器28不必包括图3所示的示例EM遥测接收器28'的所有部件。例如，在一些实施方式中，EM遥测接收器28与地面设备进行高速数字通信。在一些这样的实施方式中，由ADC 29F输出的数字化信号可以被发送至地面设备。可以在地面设备处执行进一步的处理和解码。井下EM遥测接收器28对所接收的信号执行充分处理以产生可以在基本上没有保真度损失的情况下传送至地面设备的数据。可以在地面设备处执行诸如频率滤波、解码、测量SNR或其他信号质量度量、向井下工具13指定通道和/或向井下工具13指定接收器28的处理。

EM遥测接收器28可以可选地与EM遥测发射器29配对或组合，以利于使用EM遥测信号与井下工具13的双向数据通信。在这样的实施方式中，用于传输至井下工具13的数据可以经由电缆传送至EM遥测发射器29，并且从钻孔11B中的EM遥测发射器29的井下位置被发送至钻孔11A中的井下工具13。

图4示出了示例EM遥测系统40，该EM遥测系统40可以布置在一个钻孔11B中以与另一钻孔11A中的井下工具13进行通信。EM遥测系统40包括井下接收器28，该井下接收器28可以如上所述支承在电缆42上。电缆42从绞盘44被馈入钻孔11B中。电缆42足够长以将EM遥测接收器28降低到钻孔11B中的所需深度。可以通过操作绞盘44来向上或向下调节钻孔11B中的EM遥测接收器28的位置。

地面设备45接收来自井下工具13的数据并且可以执行以下中的任何一个或更多个：

·解码数据；

·存储数据；

·显示数据；

·将数据分发到需要该数据的位置；

·确定用于接收来自不同井下工具13的信号的最佳通道和/或接收器和/或导体元件；

·控制井下工具13以使用指定的通道或频率进行发送；以及

·进一步处理数据。

在图4的示例性实施方式中，地面设备45包括：接口45A，该接口被连接成从电缆42接收信号；电源45B，该电源通过电缆42为EM遥测接收器28提供电力；处理器/控制器45C，其通过程序存储装置45D中的软件指令来配置以适当地处理所接收的数据；显示器45E，处理器45C可以在其上显示数据；地面通信接口45F，通过该地面通信接口可以将所接收的数据发送至其他设备，例如远离地面设备45的显示器、云存储装置、手持设备等；数据存储装置45G，该数据存储装置可以存储所接收的数据；用户接口45H，通过该用户接口用户可以与地面设备45交互并且控制地面设备45的操作。

地面通信接口45F可以包括一个或更多个有线或无线接口，所述一个或更多个有线或无线接口可以包括诸如WiFi、蓝牙(Bluetooth^TM)、ZigBee^TM、Ubiquiti^TM、3G、4G、LTE或其他的无线接口以及/或者诸如以太网等的有线接口。

装置40和井下工具13可以以各种方式进行调整，以优化装置40与井下工具13之间的通信。这些调整包括：

·调整钻孔11B中的EM遥测接收器28的位置；

·调整由特定EM遥测接收器28使用的电极的位置，以从井下工具13拾取EM遥测信号；

·从多个EM遥测接收器28中选择一个来接收来自井下工具13的信号；和/或

·调整从井下工具13发送的EM遥测信号的性质。

在一些实施方式中，可以自动执行这些调整中的一些或全部。在典型的应用中，钻孔11A中的井下工具13的位置随时间(例如，随钻孔11A被钻得更深)而变化。在这样的情况下，可以周期性地或连续地执行上述调整，以保持从工具13到地面设备45的有效数据通信。这样的连续或周期性调整可以自动地进行。

调整钻孔11B中的EM遥测接收器28的位置可能涉及在钻孔11B中向上或向下物理地移动EM遥测接收器28(例如，使用绞盘来升高或降低支承钻孔11B中的EM遥测接收器28的电缆)和/或选择在钻孔11B中彼此间隔开的多个EM遥测接收器中的一个以与井下工具13进行通信。

遥测接收器28可以可选地以各种方式处理所接收的信号。例如，遥测接收器28可以从所接收的信号中提取数据并且以数字形式将该数据传送至地面设备45。在一些实施方式中，遥测接收器28从所接收的遥测信号中提取数据和错误检测和/或纠错码，并且利用错误检测和/或纠错码处理所提取的数据，以检测和/或纠正数据中的错误。在检测到错误的情况下，遥测接收器28可以可选地采取措施，例如通过控制井下遥测发射器发送请求重新发送数据的信号，以获得无错误的数据。

钻孔11B不必定尺寸成用于生产油气或其他生产目的。在一些实施方式中，钻孔11B的直径可小于钻孔11A的直径。与较大直径的钻孔相比，这可以有利地使钻孔11B钻取地更快并且钻取更便宜。钻孔11B可以刚好足以接受接收器28。此外，钻孔11B可以填充有被选择为具有用于接收EM遥测信号的良好特性的流体。例如，钻孔11B中的流体可以提供高电阻率。例如，钻孔11B可以填充有合适的油基钻取流体。使钻孔11B的直径相对较小也有利地减少了(在期望填充钻孔11B时)填充钻孔11B所需的流体量。

在一些应用中，单个钻孔11B中的一个或更多个EM遥测接收器28可以从多个相邻钻孔中的井下工具13接收数据通信。在钻孔11B包括多个间隔开的EM遥测接收器28的情况下，可以通过EM遥测接收器28中的不同的EM遥测接收器将来自不同井下工具13的数据中继到地面。EM遥测接收器28可以将数据从一个或更多个相邻井眼中的一个或更多个井下工具13中继到地面。

可以通过提供多个电极并且选择一对或更多对电极来调整EM遥测接收器28处用于拾取EM遥测信号的电极的位置。然后可以通过监测所选择的一对(多对)电极之间的电压差来检测EM遥测传输。

图5示出了示例性实施方式，其中，EM遥测接收器28”包括细长探针50。探针50具有壳体52，该壳体52具有沿其间隔开的导电部分53。图示的探针50具有导电部分53A至导电部分53F。在其他实施方式中提供了更多或更少的导电部分53。

探针50包括选择机构，该选择机构可操作成选择监测哪一对(多对)导电部分53来检测来自井下工具13的EM遥测信号。在一些实施方式中，该选择机构允许使用相同或不同对的导电部分13来检测来自不同井下工具13的EM遥测信号。

该选择机构可以采用各种不同形式中的任何一种。这些形式包括：

·提供电控开关网络，该电控开关网络可以被配置成将任何一对导电区域53连接至差分放大器的输入；

·提供差分放大器和电控开关网络，该差分放大器的一个输入连接至导电部分53中的用作参考电极的一个导电部分，并且该电控开关网络可以被配置成将导电区域53中的任何其他一个连接至差分放大器的另一输入；

·提供多个差分放大器和电控开关网络，每个差分放大器被连接成监测一对导电区域53之间的电位差，并且该电控开关网络可以被配置成通过一个或更多个ADC连接差分放大器中的所选择的一个差分放大器的输出以转换到数字域；

·提供多个差分放大器，每个差分放大器被连接成监测一对导电区域53之间的电位差、数字化来自差分放大器的输出并且用软件选择要处理的数字化输出(多个输出)以对来自井下工具13的EM遥测信号进行解码；和/或

·使用一个或更多个ADC连同合适的放大和/或信号调节将参考电位与每个导电区域之间的电位差数字化、并且处理多对数字化信号以计算相关联的信号质量度量。

处理所接收的信号以及确定用于接收来自井下工具13的信号的导电区域对可以在井下(例如在探针50处或在接收器28处)执行或在地面设备处执行或使用井下与地面设备的组合来执行。

在图5所示的实施方式中，导电区域53由探针50的压力密封壳的壁的一部分提供。导电区域53通过电绝缘环54彼此分开。

在一些实施方式中，多个井下探针沿钻孔11B间隔开。井下探针可以例如沿电缆间隔开，该电缆提供将每个井下探针连接至地面设备的信号导体。每个井下探针可以包括壳，壳包含电子器件，该电子器件被连接成测量与井下探针相关联的多个电极中的一对或更多对电极之间的电位差。在一些实施方式中，导体中的一些或全部包括探针的壳的导电部分。在一些实施方式中，多个探针各自包含用于单独接收器28的电子器件。

在一些实施方式中，可以提供两个或更多个探针50。探针50可以彼此间隔开并彼此连接，使得对要监测的导电区域对的可能选择包括由来自探针50中的一个探针的选定导电区域53和来自探针50中的另一个探针的选定导电区域组成的对。

从井下工具13发送的遥测信号可以在以下方面中的一个或更多个方面(可以统称为EM发送参数或单独称为EM发送参数)进行调整：

·功率水平(电压和/或电流)；

·发送频率；

·每位周期数；和/或

·数据编码方案。

调整任何EM发送参数涉及向井下工具13提供命令或其他反馈。这些命令或其他反馈可以通过EM遥测发射器或由另一可用通信通道提供，该EM遥测发射器与EM遥测接收器28相结合。

数据编码方案可以包括低级协议。低级协议控制各个数据位的编码方式。低级协议可以是基于脉冲的或基于载波的。本发明的实施方式可以采用任何合适的方案来对EM遥测信号中的数据进行编码。这样的方案可以包括：

·QPSK(正交相移键控)；

·BPSK(二进制相移键控)；

·FSK(频移键控)；

·QAM(正交幅度调制)；

·8ASK(8幅移键控)；

·APSK(幅度相移键控)；

·等等。

可以应用使用相位、幅度、脉冲定时和/或频率的变化的任何合适的组合来传送数据的方案。

PSK(相移键控)编码方案可以使用多个周期(在当前频率下)来发送每个符号。用于发送每个符号的周期数可以变化。例如，在低噪声环境中，可能能够使用每符号两个周期成功地发送EM遥测符号。在较高噪声环境中，可能期望或需要使用三个周期(或更多)来发送每个符号。

数据编码方案还可以指定错误检测和/或校正协议。例如，使用奇偶校验位或一个或更多个CRC位等。

在更高级别，数据编码方案可以控制如何安排用于传输的特定数据。在该级别，数据编码方案可以解决诸如数据帧的格式(帧大小和构成两者)以及在每个帧中发送什么特定数据的问题。

从井下工具13到EM遥测接收器28的数据通信的优化可以使用一个或更多个度量。这些度量可以包括以下中的一个或更多个：

·信噪比(SNR)；

·EM遥测接收器28处的信号强度；

·可实现的持续数据速率；

·传输的数据的每比特成本(成本可以是就用于传送数据位的功率而言的，较低的每比特成本可以允许在井下工具13电池供电的情况下井下工具13通过在一组电池下的更长时间操作)；

·这些度量中的两个或更多个的加权组合(可选地包括其他因素)；

·等等。

本技术在例如在垫上非常接近地钻取大量井眼的情况下具有示例性应用。在这样的情况下，为了获得有关井下地层的信息，通常首先钻取导向井眼。在这样的情况下，可以将一个或更多个EM遥测接收器引入导向钻孔中并且用于辅助在垫上钻取其他钻孔。导向钻孔经常被堵回，并且然后侧钻以在钻取后提供水平截面。可以推迟堵塞导向钻孔，直到垫上的剩余钻孔已经被钻取。

在一些实施方式中，通过钻孔11B中的EM遥测接收器发送的数据旨在应用于除地面设备45之外的一个或更多个位置。例如，图6示意性地示出了钻取环境60，在该钻取环境中在垫62上规划了一组钻孔11。在该示例中，钻机63A、钻机63C和钻机63D(统称为钻机63)分别钻取钻孔11A、钻孔11C和钻孔11D。每个钻机63与相应的地面设备64相关联，人员可以使用该地面设备来查看与钻取相应的钻孔11有关的信息。

钻孔11B包括EM遥测接收器28和被连接成从EM遥测接收器28接收数据的地面设备45。钻孔11B可能先前已经被钻取(例如作为导向钻孔)或者可能与钻孔11A、钻孔11C和钻孔11D同时被钻取。

在一些实施方式中，被钻取的钻孔采用高数据速率遥测发射器，例如有线钻管、VAST或XACT。该钻取系统还采用接收器设备来接收多个附近的井眼。通过这种方式，不需要导孔，并且在主动钻取时使用高速遥测。

图6通过线65A、线65C和线65D(统称为传输65)示意性地示出了EM遥测信号从钻孔11A、钻孔11C和钻孔11D中的EM遥测发射器到钻孔11B中的相应EM遥测接收器28的数据传输。传输65能够例如通过以不同频率发送和/或通过包括指示信号的源的传输ID来彼此区分。

与钻孔11B相关联的地面设备45与地面设备64进行数据通信。该数据通信可以以任何合适的方式(例如通过诸如WiFi或Ubiquiti^TM或蜂窝数据通信等的无线数据通信技术或者通过诸如以太网的有线数据通信网络)来提供。

地面设备45可以包括开关，该开关将来自钻孔11A的接收到的数据引导到地面设备64A、将来自钻孔11C的数据引导到地面设备64C等。来自钻孔11B的任何数据可以显示在在地面设备45处。如本文其他地方更详细讨论的，在传输65的优化期间，可以建立传输65中的特定传输与特定的地面设备64之间的关联。在不同钻孔11中的多个工具13与EM遥测接收器28通信的情况下，传输65的优化可以使得为每个工具13分配特定传输参数，例如特定频率或多个频率、特定数据编码方法、特定数据格式等。

地面设备45可以保持或访问将所分配的一个或多个频率和/或编码在接收信号中的ID与地面设备64中的相应一个地面设备64相关联的表。当地面设备45接收到数据时，地面设备45确定用于发送该数据的频率和/或对编码在传输的数据中的ID进行解码，并且使用该表将数据引导到正确的地面设备45。在另一示例实施方式中，地面设备45向多组地面设备64广播所接收的数据以及诸如所接收的频率和/或ID的信息，该信息可以由相应的地面设备64使用以识别与其相关的数据。

可以以类似的方式处理从地面设备64到相应钻孔11中的井下工具13的反向通信。在一些实施方式中，不同的频率被指定给从井眼11B中的发射器到不同井眼11中的工具13的EM遥测传输以及从工具13到井眼11B中的EM遥测接收器28的EM遥测传输。

在一些实施方式中，对要用于将EM遥测信号从钻孔11B发送至钻孔11A中的特定井下工具的频率和/或发射器和/或一对电触点的选择可以基于选择用于接收来自井下工具13的传输的系统配置的上述相同的信息。在其他实施方式中，井下工具13被配置成监测所接收的EM遥测信号的质量，并且可以使用反向“下行链路”通信来重新配置发射器以用于最佳接收、数据速率或数据集。

因为本技术在地下位置既发送EM遥测信号又接收EM遥测信号，因此存在一些优点和机会。与传统EM遥测相比的一个优点是：与在位于地面的接收器处检测EM遥测信号的情况相比，信号受到地面设备的电磁干扰低。

另一优点是，对于传输65，EM遥测信号的整体衰减可能小于从井下工具13到地面的传输。例如，这可能是这种情况，因为EM遥测接收器28的井下位置可能比地面更靠近井下工具13和/或与在穿过导电地层的垂直方向上相比，地下地层可能更容易在水平方向上进行EM遥测传输。

另一优点是可以改变钻孔11B中的EM遥测接收器28的深度以实现最佳接收，这是对地面定位EM遥测接收器来说不能获得的自由度。

因为地下环境可以具有比地面设备更低的电磁干扰和/或更低的衰减，所以井下工具13可以以低于直接到地面设备的通信所需的功率水平发送EM遥测信号和/或可以以高于直接到地面设备的通信可以使用的数据速率进行发送。在一些情况下，井下工具13可以以比在地面设备处可接收的频率(通常不超过20Hz并且通常在1/2Hz至12Hz的范围内)高得多的数据频率发送EM遥测信号。例如，在一些实施方式中，井下工具13以30Hz或更高的频率发送EM遥测信号。在一些情况下，当传输65具有数百Hz至数百kHz的频率范围时，可以在EM遥测接收器28处检测到传输65。在一些实施方式中，较高频率被分配给更靠近EM遥测接收器28的井下工具13，而较低频率被分配给远离EM遥测接收器28的井下工具13。与仅使用低于20Hz的频率的情况相比，更高频率可用于EM遥测传输，允许指定更多数量的非干扰传输频带以用于至不同井下工具13的通信和来自不同井下工具13的通信。

由于钻孔11B中的EM遥测发射器29可以从地面(例如通过电缆)供电，因此可以方便地使用在工具13处接收的来自EM遥测发射器29的传输来优化从工具13到EM遥测接收器28的电磁通信。地面供电的发射器可以在相对高的功率水平下操作而不会耗尽电池电源。在一些实施方式中，EM遥测发射器29被操作成在钻孔11B中的多个位置中的每个位置处以多个不同频率中的每个频率发送信号。检测来自EM遥测发射器29的信号的一个或更多个井下工具13可以发信号通知已经检测到信号，并且可以提供关于检测到的信号的数据，例如信号强度、噪声等。然后可以处理该数据，以为源自井下工具13的传输65选择适当的参数。

可以由井下工具13使用各种机构来确认对来自EM遥测发射器29的信号的接收。例如，井下工具13可以包括泥浆脉冲遥测系统，该泥浆脉冲遥测系统可以被操作成将表征所接收信号的数据发送至地面设备；或者井下工具13可以通过EM遥测发送表征接收到的信号的数据，以在地面设备或EM遥测接收器28处接收。井下工具13可以使用保守的EM遥测参数(例如，相对高的功率和低频率)来发送数据以使得更有可能接收到数据。

图7示出了示例性优化方法70。方法70开始于一个或更多个井下工具13位于与井眼11B相邻的井眼11中。在框71中，EM遥测发射器29(其可以与EM遥测接收器28共同定位和/或与EM遥测接收器28集成)在钻孔11B中移动到期望深度。

在框72中，在EM遥测发射器29处于期望深度的情况下，操作EM遥测发射器29以发射EM遥测信号。该信号不需要传送任何特定数据。可以同时以一个或更多个频率传送信号。

在框73中，在井下工具13处检测信号。在框74中，井下工具13计算并发送所接收的信号的特征。该特征可以包括信号强度和噪声水平(或信噪比)。如果信号包括多个频率分量，则井下工具可以针对每个频率分量确定特征。井下工具13可以包括与EM遥测接收器28类似或相同的EM遥测信号接收器。在框75中，接收并记录信号表征数据。

在其他实施方式中，在相反方向上(即，从井下工具13到接收器28)发送信号，并且在接收器28处和/或在地面设备45处执行所描述的处理。

在存在多个井下工具13的情况下，可以针对检测信号的每个井下工具13执行框72至框74。不检测信号的井下工具13可能不进行任何处理。

框75判定是否已经对钻孔11B中的EM遥测发射器29的所有期望位置进行了测试。如果已经对钻孔11B中的EM遥测发射器29的所有期望位置进行了测试，则方法70进行到框77。否则(即，框75处的“否”结果)，框76设置下一期望深度，并且方法70循环回到框72。

在框77处，处理从(多个)井下工具13接收的数据以确定EM遥测接收器28的最佳深度(对应于井下工具13对来自EM遥测发射器29的信号的(多个)的平均最佳接收)并且确定每个(多个)井下工具13使用的EM遥测参数以生成(多个)遥测传输65。该处理可以尝试找到实现一系列不同目标中的任何目标的参数，所述目标例如是：在最小功率使用(或最低每比特成本)情况下的充分接收；最可靠的接收；最快的可靠数据速率；最低SNR；这些目标的期望平衡等。

在框78处，井下工具13被配置成使用在框77中建立的遥测参数。一旦在(多个)井下工具13与EM遥测接收器28之间建立了遥测通信，可以执行调谐过程以保持传输65的质量。在一些实施方式中，调谐过程包括在钻孔11B中向井口或井下移动EM遥测接收器28，并且监测所接收的遥测传输65的特征如何随之改变。可以自动执行该过程以保持传输65的最佳接收。

在一些情况下，井下工具13位于正在钻取的钻孔中，使得井下工具13随着钻孔延伸而更深地移动到地下。在一些实施方式中，另一钻孔11B中的EM遥测接收器28可以以与井下工具13在其钻孔11A中移动得更深的相同或相似的速率自动地向井下前进。可以手动或自动执行该位置调整。可以连续地或以周期性的步骤进行该位置调整。将遥测接收器保持在与井下工具13类似的深度的位置调整可以与位置优化相结合，例如如上关于图7所描述的。该位置调整可以通过移动一个EM遥测接收器28来执行，或者可以通过在处于不同深度的多个EM遥测接收器28中进行选择来全部或部分地执行。

在一些实施方式中，多个EM遥测接收器28彼此间隔开(例如，100至1000英尺-约30m至300m)。例如，EM遥测接收器28可以沿电缆间隔开。在这样的实施方式中，方法70可以包括选择EM遥测接收器28中的不同的EM遥测接收器28来从井下工具13中的不同的井下工具13接收信号。该选择可以基于例如最佳SNR或最大信号强度。

如果来自特定井下工具13的传输65开始变得不可靠(例如，SNR降低到低于期望的水平或者接收到的信号强度低于特定阈值)，则可以例如通过增加功率、降低频率、转换成使用每比特更多周期传输等重新配置井下工具以改变传输65的参数。另外地或替选地，EM遥测接收器28可以切换到为传输65提供更好接收的不同电极组合。

如果来自特定井下工具13的传输的SNR高于阈值，则井下工具13可选地被配置成以增加数据速率(例如，通过切换到更高频率的数据传输和/或减少周期/比特)和/或降低功耗(例如，通过降低所发送的信号的电流和/或电压和/或通过转换到以降低的每比特功率发送更多比特的编码方法)的方式发送EM遥测信号。

由于EM遥测接收器28可以服务于大量工具13，因此提供高性能硬件作为EM遥测接收器28的部件仍然是成本有效的。例如，EM遥测接收器28可以包括高性能低噪声放大器、高分辨率(例如，32位)ADC和显著的数据处理能力，以在井下执行高性能数字滤波、信号解码和SNR测量。EM遥测接收器28可以可选地包括存储器，用于记录来自钻孔11B和/或来自一个或更多个钻孔11A的数据。此外，EM遥测接收器28可以包括控制系统，该控制系统使其操作适于来自和/或到井下工具13的最佳遥测通信。例如，控制系统可以使用不同对的间隔开的电极来监测每个传输65并且使用最佳电极对来处理信号。在一些实施方式中，控制系统直接或间接地控制绞盘，该绞盘设置钻孔11B中的井下接收器28的深度。可以自动控制绞盘以升高和/或降低井下接收器28，以使得控制系统能够识别用于接收传输65的最佳深度。

在一些实施方式中，使用来自钻孔11B的测井的数据来预测EM遥测接收器28的良好或差的深度。测井可以例如包括电阻率测量。这样的测量连同井下工具13的已知深度可以用于预测传输65的不良接收深度(例如，地层具有高导电率的深度或高导电率地层显着阻挡井下工具13与EM遥测接收器28之间的路径的深度)。

可选地，可以处理一个或更多个钻孔11A中的井下工具13与钻孔11B中的一个或更多个发射器29和/或接收器28之间交换的EM信号，以得到关于钻孔11的相对位置和轨迹的信息。该信息可以应用于钻取彼此具有指定几何关系的多个钻孔和/或验证一组钻孔的几何关系。例如，可能期望钻取彼此平行的一组钻孔。图8示出了被布置用于蒸汽辅助重力泄油(SAGD)钻取的一组钻孔的示例。SAGD仅是一个示例应用。本发明的该方面不限于SAGD钻取的钻孔。

图9示意性地示出了用于SAGD的一组井眼的一部分，并且说明了为什么期望控制井眼的位置。当两个井眼靠得太近时，可能会产生“蒸汽短路”(在蒸汽有效地穿过该区域(以虚线表示)进入第二个井眼的情况下，使得剩余的“生产区”没有被蒸汽激发，因而没有生产)。图9还示出了冷区，其中主井和次井位于“生产区”之外，使得蒸汽不能够加热关注区域以促进生产，因此是无效的。通过精确钻取SAGD井眼阵列可以减少这些类型的问题。

在图9中，具有水平区段110A的主井眼110被钻取穿过受关注地层120。钻取可以例如通过本领域技术人员已知的定向钻取技术来完成。图9还示出了使用钻机180钻取的示例次级井眼170，该钻机180驱动钻柱190。可以应用任何合适的定向钻取方法来引导次级井眼170的钻取(包括本领域技术人员已知的定向钻取方法)。井底组件(BHA)200附接至钻柱190的底部并且具有附接至钻柱底端的钻头210。BHA 200可以包括钻柱190的多个区段，并且可以包括随钻测量(MWD)系统。井下工具13A包括在BHA中。次级井眼170相对于主井眼110的位置可以通过找到井下工具13A与以下各者之间的距离来确定：一个或更多个其他井下工具13、主井眼110中的接收器28和/或主井眼110中的发射器29。

使用EM信号来确定不同井下设备之间的距离可以通过包括以下中的任何一个或更多个的各种方式来完成：

·对在一个或更多个井下工具13与一个或更多个信号接收器28之间的任一方向上传输的EM信号进行飞行时间测量；

·对所接收的在井下工具13与信号接收器28之间的任一方向上传输的EM信号的衰减进行监测；

·如例如US6859761中所述，监视所接收的信号的相位如何随频率变化；

·对于EM遥测信号频率，采用在以下文献中描述的技术：Savvides,Andreas；Han,Chih-Chieh；Srivastava,Mani B.“Dynamic Fine-Grained Localization in Ad-HocWireless Sensor Networks”,嵌入式网络传感中心,2001年。

可以在多对井下工具13与信号接收器28之间进行这样的测量。在多个信号源与信号接收器之间测量的距离可以连同一些信号源和/或信号接收器的已知位置一起使用，以对其他一些信号源和/或信号接收器的位置进行三角测量。由于信号源和信号接收器位于井眼中，因此确定一个井眼中的信号源和/或信号接收器的位置提供了关于井眼轨迹的信息。在一些实施方式中，可以实时或接近实时地获得该信息。

结合与飞行时间和/或距离衰减相关的模型进行的这样的测量可以用于例如三角测量，以确定从井眼11B中的不同发射器29和/或接收器28至井下工具13的距离和/或方向。可选地，模型可以部分地基于在钻取一个或更多个钻孔11A和钻孔11B时通过测井确定的诸如电阻率、电抗等的属性的测量。

分别包含井下工具13与EM遥测接收器28和/或EM遥测发射器29的钻孔11A和钻孔11B的存在还允许基于从钻孔11A和钻孔11B中的一个到钻孔11A和钻孔11B中的另一个的EM遥测信号传输来进行电阻率测量。在一些情况下，可以通过从一个钻孔中的发射器发送EM信号并且当在另一钻孔中的接收器处接收到该EM信号时测量信号的特征来执行这样的电阻率测量。用于电阻率测量的EM信号的频率可以可选地显着高于通过EM遥测传输数据所使用的频率。用于电阻率测量的EM信号可以可选地是脉冲信号。

可以基于发射器与接收器之间的距离来确定中间地层的电阻率(该距离可以使用如本文所述的测距方法来确定和/或可以基于发射器和接收器的已知位置以及诸如以下的信号特征来确定：已发送的信号的衰减程度、信号频率、发送信号与所接收的信号之间的相移、信号的的飞行时间和/或在脉冲信号的情况下脉冲之后的信号的衰减)。

钻孔之间的电阻率测量可以在不同钻孔中的两个井下工具13之间以及在一个钻孔中的井下工具13与另一钻孔中的接收器28或发射器29之间进行。

一些实施方式提供电阻率测试模式，其中在两个钻孔之间的一个或两个方向上交换这样的信号，并且测量或获知所发送信号的一个或更多个特征，并且测量所接收的信号的一个或更多个特征。对用于评估电阻率或其他地层特征的这样的测量结果的处理可以在井下处理器处完成和/或由地面设备完成。

地质地层中EM信号的传播速度和地质地层中EM信号的衰减二者可以取决于EM信号传播通过的地层的局部特征。这可能导致误差，尤其是在与飞行时间相关的测量中。幸运的是，在许多实际应用中，多个相邻钻孔所期望的地质地层的特征通常跨相邻的钻孔是相当一致的。在许多情况下，每个钻孔将在相同或相似的深度处穿透相同的地层，并且每个地层的特征在每个钻孔处和钻孔之间可能是相似的。在一些实施方式中，当井下工具13和接收器28位于相同的地质地层中或者位于具有基本相似特征的地质地层中时，进行钻孔之间的距离测量。在这样的情况下，飞行时间和/或衰减相关测量可能比信号传播通过具有明显不同EM信号传输性质的地层的情况更准确。

与任何数量的井下工具13交换的EM信号可以穿过钻孔11B中的装置(例如，接收器或发射器)与另一钻孔11中的井下工具13处的发射器或接收器之间的不同地层。通过使用从诸如电阻率测井、伽马测井等的勘探获得的地层的已知性质和地层剖面，可以解决由于EM信号穿过不同和不一致性质的各种地层引起的行进速度和/或衰减的变化而导致的飞行时间和/或衰减相关测量的误差。可以基于深度、几何形状、信号特征(例如频率)和/或地层的性质来进行用于校正所接收的信号中的扰动的计算。可以应用适当的校正算法。

在一些实施方式中，通过将一个或更多个工具13设置成在“回波”模式下操作来进行距离测量，在“回波”模式下，由钻孔11B中的发射器发送的触发信号被发送并且在井下工具13处被接收。触发信号的接收触发井下工具13发送“回波”信号，该“回波”信号在钻孔11B中的接收器28处被接收。回波信号可以以已知的功率水平发送，使得回波信号的衰减可以由钻孔11B中的井下设备或地面设备来确定。，可以在在由井下工具13检测到触发信号之后的精确已知时间处发送回波信号，以便于往返飞行时间测量。在一些实施方式中，井下工具13锁定到触发信号的相位，并且在相对于触发信号的设定相位的设定时间处启动回波信号传输。

在一些实施方式中，井下工具13和/或信号接收器28和/或信号发射器29包括或可以访问来自同步时钟的时钟信号。时钟可以例如包括晶体振荡器。在示例性实施方式中，时钟包括在20MHz至500MHz范围内操作的晶体振荡器(例如，一些实施方式可以使用在约32MHz下操作的时钟)。通常，较高频率的时钟可以在测量EM遥测信号的飞行时间时提供更好的时间分辨率。时钟可以用于通过记录(例如由井下工具13或信号发射器29)发送信号的时间和(例如，在井下工具13或信号接收器28处)接收信号的时间来测量飞行时间。

在一些实施方式中，对于不同频率或频率内容的EM遥测信号进行不同的飞行时间测量。这样的测量可以允许更精确地估计不同信号发射器与信号接收器之间的距离和/或关于信号发射器与信号接收器对之间的(多个)地层性质的信息。

在示例性实施方式中，发送信号包括同步报头、物理报头和数据。同步报头可以包括例如后跟“START_FRAME”分隔符预定前导码。物理报头可以包括指定数据帧大小的比特序列(假定固定帧大小的情况除外)。

信号接收器处的时钟可以记录检测到START_FRAME分隔符的时间。信号接收器还可以触发自由运行的计时器以测量信号的持续时间。信号发射器可以向信号接收器发送数据，该数据指示根据信号发射器的时钟在信号发射器处测量的信号的持续时间以及传输开始的时间。该数据允许将信号发射器的时钟与信号接收器的时钟进行比较，并且还允许确定信号的飞行时间。可以根据飞行时间来估计信号发射器与信号接收器之间的距离。

在一些实施方式中，以与上述相同的方式在不同的钻孔11中的不同井下工具13之间进行距离测量。一个井下工具13可以接收源自另一井下工具13的EM信号。可以连同关于所发送的信号的信息处理所接收的信号，以确定井下工具13之间的距离。例如，可以根据发送的信号的飞行时间和/或衰减来估计距离。以这种方式，可以通过三角测量来建立接收器28、发射器29和井下工具13的三维配置。

在一些实施方式中，以与上述相同的方式在同一钻孔中的不同井下工具13之间进行距离测量。一个井下工具13可以接收源自另一井下工具13的EM信号。可以连同关于所发送的信号的信息处理所接收的信号，以确定井下工具13之间的距离。例如，可以根据发送的信号的飞行时间和/或衰减来估计距离。这样的距离信息可能有助于理解弯曲钻孔的轨迹。

在一些实施方式中，在同一钻孔中的不同井下工具13之间进行距离测量的情况下，井下工具13可以沿钻孔彼此间隔开已知距离。这些已知距离与井下工具13之间的距离测量(例如，通过本文所述的任何技术和/或其他技术进行，例如测量从一个井下工具13发送并且在一个或更多个其他一些井下工具13处接收的声学信号的飞行时间和/或衰减)结合可以提高三角测量的准确度，并且提供对钻孔的几何形状的更准确的理解。这样的测量可以另外与来自钻孔外部的点的三角测量(例如，其他附近钻孔中和/或表面处的信号发射器和/或信号接收器)结合，以提供对钻孔的真实位置和轨迹的更准确估计。

在一些实施方式中，在同一钻孔11中的一个或更多个EM信号发射器或接收器与多个不同的井下工具13之间进行距离测量。

在一些实施方式中，应用替选测距技术以基于EM信号的传播来校准和/或确认距离测量。例如，根据出于所有目的通过引用并入本文的WO 2014/183187中描述的任何实施方式的磁测距技术和/或声学测距可以与EM飞行时间和/或衰减测量结合地执行。

在示例性实施方式中，在钻孔11B中提供一个或更多个声学传感器(例如，光纤BRAGG传感器、麦克风等)。例如，这样的声学传感器可以与接收器28集成。这些声学传感器可以被操作成检测从其他钻孔11发出的声学发射。这样的声学发射可以来自钻取操作或来自声学发射器或来自钻取操作和声学发射器两者。使用声学信号进行的测距测量可以与使用EM信号进行的测距测量相结合，以获得关于钻孔11和位于钻孔11中的设备的相对位置的更准确的信息。

接收器28、发射器29和井下工具13在其相应的钻孔11中的已知深度可以用于确定配置。随着时间推移接收器28、发射器29和井下工具13中的一些或全部在它们各自井眼中的位置可能改变。可以针对这些端点设备在其各自的钻孔中的不同位置重复距离测量。随着时间的推移，距离测量的收集可以提供钻孔11的相对位置和轨迹的越来越好的指示。在一些实施方式中，一旦获得关于钻孔11的轨迹信息就使该轨迹信息可用(例如显示)。随着获得更多测量值(由此提高了估计的钻孔轨迹的精确度)，可以更新所显示的信息。这使得钻探人员能够及早接收钻孔轨迹趋势的指示，同时仍具有在获得和处理更多测量值的同时获得精细信息的优点。

在一些实施方式中，系统利用来自井眼11中的多个井眼或所有井眼11的数据可以传送经过地面设备45的事实。这提供了获得和传播关于正在钻取钻孔的区域的地质的更好信息的机会(例如，以对该区域的地层床边界进行建模或绘图)。在一些实施方式中，地面设备45将至少所选择的接收数据提供给多个井11A(在一些实施方式中正在钻取的所有井11A)处的地面设备64。例如，所选择的接收数据可以包括伽马测量和/或电阻率测量。在每个地面设备64接收随着包括与地面设备64相关联的井11的若干井11中的深度而变化的伽马和/或电阻率和/或其他数据情况下，地面设备64可以处理该数据并基于该数据显示结果以便优化相关联井11的钻取。可以应用这样的数据，例如用于主动钻取计划修改。

在一些实施方式中，向数据处理中心提供所选择的接收数据，该数据处理中心可以处理所选择的接收数据以提供该区域中相关地质特征的模型或地图。然后，数据处理中心可以将模型或地图提供给与井11A相关联的计算机系统。数据处理中心可以是基于云的、位于地面设备45附近、位于由负责钻取一个或更多个井11A的公司操作的设施处或在任何其他合适位置处。

地面设备45可以使用任何合适的数据传输介质与数据处理中心和/或与同井11A相关联的计算机系统共享所选择的数据，所述数据传输介质包括但不限于：卫星数据通道；短波无线电链路；蜂窝数据信号(例如3G、4G、LTE等)；线缆(例如电线或光纤)；无线链路(例如使用微波或其他信号以承载数据的链路)等。可以使用基于云的平台来提供数据共享，该平台允许需要访问共享数据和/或模型和/或图的每个实体使用用于访问因特网的任何可用技术来访问数据。

在另一示例性实施方式中，对收集的数据11进行处理并且将处理的结果分发至地面设备64。处理的结果可以例如包括指示地层边界和地层特征的三维地图。该地图可以用于改善地质导向(即，导向在钻取的钻孔11的轨迹，以便将钻孔保持在所需的区域——例如保持在包含石油、天然气或其他所需产品的地层内)。在一些实施方式中，来自多个钻孔的数据通过地面设备45自动提供给商业地质导向软件，例如美国得克萨斯州休斯顿的Rogii市售的StarSteer^TM。

如本文所述创建的地图也可以用于帮助规划钻取。为了便于进行这一点，地层特征可以包括钻取特征，例如穿透率、钻头磨损率等。地面设备45或另一系统可以从地面设备64检索要包括在地图中的至少一些信息。

如上所述，如本文所述的地图可以用于补偿基于飞行时间和/或衰减的距离测量的扰动。

使用本文的系统获得的地理数据可以与盆地中的所有钻机共享，以便于主动预测钻取操作。该地理数据可以包括原始数据、处理数据、根据数据得到的地图或模型等，该地理数据可以经由基于云的系统和/或如本文所述的其他数据通信通道进行传播。传播的数据可以可选地包括根据盆地的其他研究或模型(例如地震研究等)得到的数据。在已钻取了其他井眼的盆地中钻取井眼的工作人员可能能够使用这样的地理数据来预测根据深度的钻头磨损率、根据深度的预期钻取进度(即穿透率-ROP)、预期井眼截取特定地层的预期深度、可能遇到问题地层的预期深度等。

可以与本文描述的任何其他技术组合的本发明的另一方面涉及以下情况：来自井下工具的电磁遥测信号在位于套管钻孔的表面处或表面附近的EM遥测接收器处被接收。在这样的情况下，可以在套管的下端处或下端附近提供井接地电极。通常，井接地电极被放置在套管的井下端的正下方。

井接地电极可以采用一系列的形式中的任何形式。例如，电极可以包括管状结构，该管状结构在套管正下方扩展以接触钻孔的壁。除此之外或作为替选方案，电极可以包括穿过钻孔的壁进入周围地层的导电杆或导电板。

EM遥测接收器可以通过线缆或其他电导体连接至井接地电极。线缆或其他电导体可以沿着套管布线到地面。例如，线缆或其他电导体可以内置在套管中，或者可以平行于套管延伸直到地面。通过线缆或其他电导体与井接地电极的电连接可以代替或增强与防喷器(BOP)的连接。

图10A示出了示例性钻孔11D，钻孔11D具有套管101，套管101从地面延伸到井眼中达一段距离。电极102位于套管的下端101A处或下端101A附近。电导体103将电极102连接至遥测接收器104。遥测接收器还连接至一个或更多个接地导体105。

这种构造可以改善对来自位于套管钻孔中或与套管钻孔相邻的另一钻孔中的的井下工具的EM遥测信号的接收。这种构造可以显着改善EM遥测信号的接收，并且可以允许在井下工具处于更大深度时接收电磁遥测信号。

代替在套管的井下端处或井下端附近提供井接地电极或除此之外，还可以在套管的井下端处或井下端附近提供EM遥测信号中继器。EM遥测信号中继器可以包括中继器电路，该中继器电路包括EM遥测信号接收器、EM遥测信号发射器和连接在EM遥测信号接收器与EM遥测信号发射器之间的电路，该电路使EM遥测信号发射器重新发送由EM遥测信号接收器接收的数据。EM遥测信号中继器可以重新发送所接收的相同EM遥测信号，或者可以生成携带来自所接收的EM遥测信号的数据的新信号。生成新信号可以包括对来自所接收的EM遥测信号的数据进行解码，并且随后将该数据编码在可能与所接收的EM遥测信号不同的新的EM遥测信号中。例如，新的EM遥测信号可以与所接收的EM遥测信号在以下中的任何一个或更多个方面不同：

·频率；

·编码方案；

·比特/周期；

·纠错码；和/或

·检错码。

在一些实施方式中，EM遥测中继器可以以环绕钻孔的环的形状因子来封装。环可以包括通过电绝缘部分彼此分开的两个或更多个导电部分。例如，环可以包括彼此电绝缘的井口导电环和井下导电环。EM遥测发射器的第一输出和第二输出和/或EM遥测接收器的第一输入和第二输入可以分别连接至井口导电环和井下导电环。可选地，EM遥测发射器的一个输出和/或EM遥测接收器的输入可以连接至套管和/或连接至井接地电极(如果存在的话)。可选地，可以通过线缆或其他电导体从地面提供用于EM遥测中继器的电力。

图10B示出了类似于图10A的系统，其中，EM遥测中继器107设置在套管101的井下端附近。中继器107包括由电绝缘部分107C分开的第一电导体107A和第二电导体107B。在该示例中，导体107A和导体107B以及绝缘部分107C组合在具有管状配置的结构中。中继器电路107D连接在电导体107A与电导体107B之间。

来自电源108的电力通过线缆109被传送至中继器107。在替选方案中，中继器107可以以某种其他方式供电，例如通过电池或以任何已知方式在井下产生的电力来供电。在该示例中，接收器104被连接成通过监测防喷器110或套管101与一个或更多个接地电极105之间的电位差来接收遥测信号。

代替在套管的井下端处或井下端附近提供井接地电极或EM遥测中继器或除此之外，还可以在套管的井下端处或井下端附近提供有源EM遥测接收器。有源EM遥测接收器可以以适用于EM遥测接收器的与EM遥测接收器相同的方式来构造。然而，由有源EM遥测接收器检测到的EM遥测信号可以通过电导体或光纤传导到地面设备。

图10C示出了在套管101的井下端附近提供有源接收器111的示例情况。有源接收器111包括通过线缆109从1个电源108接收电力并且通过线缆112将数据传送到地面设备114的电路。在一些实施方式中，电力和数据由同一线缆承载。

在一些实施方式中，用作井接地电极和/或用作用于接收或发送EM遥测信号的电极的一个或更多个电导体由套管101的井下端形成。例如，套管101的井下端的一部分可以膨胀或以其他方式变形以提供井接地电极。套管的该部分可以通过电绝缘间隙与套管的其他部分电隔离。间隙可以具有类似于间隙短节的结构。用于间隙短节的各种设计在本领域中是已知的和/或在技术和专利文献中被描述。

在套管的下端处或下端附近提供井接地电极和/或EM遥测中继器和/或有源EM遥测接收器可以允许EM遥测信号源自的井下工具以比其他实际情况低的功率水平和/或更高的频率进行操作。

下行链路信号(从地面设备到一个或更多个井下工具13)可以以各种方式中的任何方式传送。这些方式包括：

·在工具13位于的钻孔的套管或防喷器与一个或更多个接地导体(例如一个或更多个接地桩、接地杆或接地板)之间施加EM遥测下行链路信号。

·将EM遥测下行链路信号或要包括在EM遥测下行链路信号中的数据传送到井下EM遥测发射器29，该井下EM遥测发射器位于与包含下行链路信号所针对的井下工具13的钻孔相邻的钻孔中。将EM遥测信号或数据传送到EM遥测发射器29可以可选地通过电缆、光纤或有线钻管中的一个或更多个导体来完成。

·将EM遥测下行链路信号施加至除井下工具13所在的钻孔之外的一个或更多个钻孔中的导体。例如，导体可以包括通过电缆或其他线缆和/或井眼的套管连接至地面设备的电极。

在示例性实施方式中，期望将下行链路遥测传送至将钻取多于一个钻孔的钻取位置处的井下工具13，在这样的情况下，通常钻取和观察钻孔的地面部分，然后延伸到钻孔。延伸钻孔可以涉及定向钻取。可能期望向和从通过定向钻取延伸的钻孔的井下工具13提供双向遥测。

在这样的情况下，可以使用相邻的钻孔。可以使用一个或更多个相邻的钻孔来将下行链路遥测信号传送至井下工具13。如果在附近仅有一个其他钻孔，则可以通过在该一个其他钻孔中的套管或其他导体与一个或更多个接地导体之间施加下行链路EM遥测信号，将下行链路遥测信号传送至井下工具13。如果在距钻取的钻孔相当近处有两个或更多个其他钻孔，则可以在两个其他钻孔中的电导体(例如套管)之间施加下行EM遥测信号。

使用其他钻孔中的导体来进行到井下工具13的下行链路遥测可以提供以下优点：显著更多的EM下行链路信号穿透到地中，而不会损害与包含井下工具13的钻孔相关联的钻机的安全性(例如，通过避免将下行链路信号的一侧连接至钻机的BOP，这可能导致钻机在下行链路电位下通电)。远离与井下工具13所在的钻孔相关联的钻机传送下行链路信号还可以通过降低信号中的噪声来增加信号接收和井下可靠性。

图11A示出了下行链路EM遥测信号生成器250连接在钻孔11B中的套管251与接地桩252之间的示例情况。在钻孔11A中的井下工具13处检测EM遥测信号253。信号生成器250(也可以称为EM遥测发射器)可以例如包括H桥电路。H桥电路的输出可以连接至套管251和接地桩252。

图11B示出了另一示例性实施方式，其中，下行链路EM遥测信号生成器250连接在钻孔11B中的套管251与钻孔11C中的套管251A之间。来自下行链路发射器250的信号在钻孔11A中的井下工具13处被接收。钻孔11B和钻孔11C可以位于钻孔11A的任一侧或钻孔11A的同一侧，或者可以位于钻孔11A附近的其他位置。钻孔11B和钻孔11C距钻孔11A的距离可以相同或不同。

可以组合和/或扩展如本文描述的技术，以提供其中数据直接在井下设备(例如井下工具13、接收器28和发射器29)之间传输的地下数据网络。一个井下工具13可以用于将来自另一井下工具13的数据中继到井下接收器28或者用于将来自发射器29的数据中继到另一井下工具13。在某些情况下，这些数据通信可以在全都处于地面下方至少200米或至少500米或更大距离处的设备之间进行。与在地面设备处结束的EM遥测链路的情况相比，这样的地面下数据通信可以有利地暴露于较低的电噪声。这样的地面下数据通信可以有利地以比在地面设备处结束的EM遥测链路实际更高的频率和/或更高的数据速率操作。

多个井下工具13可以在一个或更多个设备与地面之间共享一个或若干高速通信链路。这些通信链路的数据速率可以明显快于由泥浆脉冲遥测或电磁遥测从相同深度提供的数据速率。在示例性实施方式中，一个或多个通信链路提供至少每分钟至少50字节或每分钟至少6000字节的数据速率，尽管在一些实施方式中由通信链路提供的数据速率可能比上述数据速率大得多。

例如，一个钻孔可以包括使用有线或光学数据连接连接至地面设备的一个或更多个EM信号接收器28和一个或更多个EM信号发射器29。在地面处接收的源自于与特定钻孔相关联的各个井下工具13的数据可以自动地分发到与各个钻孔相关联的地面设备。例如，这样的数据可以包括工具面数据或用于引导定向钻取的其他数据、测井数据或与井下条件有关的其他数据。可以将数据中的一些或全部应用于控制钻取(可选地在闭环自动化过程中)，其中基于所接收的数据来控制钻取参数，例如钻头重量、钻头RPM、流体流量和钻柱旋转角度。

在这样的系统的一些实施方式中，数据可以表示使用如本文所述的测距测量确定的表示钻孔几何形状的数据。该数据可以应用于增强定向钻取操作的转向。

在这样的系统的一些实施方式中，数据可以包括基于在不同钻孔中的不同井下工具之间交换的电磁信号或声学信号进行的测量。这样的数据可以指示位于钻孔之间的地层的特征。

无论是否进行处理，累积数据可以用于与各个钻孔相关联的地面设备。该数据可以包括对钻机操作员有价值的信息，例如地层边界的预期位置、预期穿透率、所发现的在其他附近钻孔中最有效的钻取参数等。

本文将各种特征描述为存在于“一些实施方式中”。这样的特征不是强制性的，并且可能不存在于所有实施方式中。本发明的实施方式可以包括零个这样的特征、任何一个这样的特征或者这样的特征中的两个或更多个的任何组合。这仅受限于这样的特征中的某些特征与这样的特征中的其他特征不兼容的程度，在此意义上，本领域普通技术人员不可能构建组合这样的不兼容特征的实际实施方式。因此，“一些实施方式”具有特征A和“一些实施方式”具有特征B的描述应被解释为发明人也考虑组合特征A和特征B的实施方式的明确指示(除非描述另有说明或者特征A和特征B根本不兼容)。

虽然以上讨论了多个示例性方面和实施方式，但是本领域技术人员将认识到其特定修改、置换、添加和子组合。因此，旨在将所附权利要求和之后引入的权利要求解释为包括在其真正的精神和范围内的所述这样的修改、置换、添加和子组合。

本发明的某些实现方式包括运行软件指令的计算机处理器，该软件指令使处理器执行本发明的方法。例如，钻取系统中的一个或更多个处理器可以通过执行处理器可访问的程序存储器中的软件指令来实现本文所描述的任何方法。例如，这样的处理器可以位于接收器28、发射器29、接收器28和/或发射器29的井口设备、地面设备、井下工具13或它们的任何组合处。

本文描述的任何方法可以可选地全部或部分地由一个或更多个控制器(例如，用于接收器28或井下工具13的控制系统或本文所述的任何其他控制器、控制系统或控制模块)执行。这样的控制器可以包括任何合适的设备或设备的组合。在一些实施方式中，每个控制器包括一个或更多个可编程设备，例如选自以下的一个或更多个设备：CPU、数据处理器、嵌入式处理器、数字信号处理器、微处理器、片上计算机等。处理器(多个处理器)例如可以包括嵌入式处理器，例如由美国亚利桑那州的Chandler微芯片技术有限公司市售的dsPIC33系列MPU(多核处理单元)。这些可编程设备通过软件和/或固件来配置以执行所需要的控制器功能，并且通过合适的接口来与井下系统的其他部分对接。在一些实施方式中，可以以在同一处理器或处理器组上运行的软件来实现两个或更多个控制器。除了使用可编程设备之外或替代使用可编程设备，控制器还可以包括逻辑电路，该逻辑电路可以被硬接线、可以设置在惯用IC芯片等上、和/或可以是可配置逻辑，例如现场可编程门阵列(FPGA)。

每个控制器可以包括一个或更多个相应的数据存储装置。数据存储装置可以是独立的或在两个或更多个控制器之间共享的。数据存储装置可以包括用于存储数据和/或软件指令的任何合适的设备。例如，数据存储装置可以包括存储芯片、存储卡、只读存储器(ROM)、非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)、固态存储器、光学存储器、磁存储器等。数据存储装置(多个数据存储装置)可以包含程序代码，该程序代码能够被可编程设备(多个可编程设备)执行，以执行诸如以下中的一个或更多个的功能：将传感器测量编码至遥测数据中并且向遥测单元(例如，EM遥测单元或MP遥测单元)发送控制信号以向地面发送遥测信号；优化如本文所述的遥测信号的接收；测量如本文所述的地层特性；测量井下部件之间的距离等。数据存储装置还可以或替选地包括用于配置一个或更多个FPGA或用于执行如本文所述的方法的其他可配置逻辑电路的指令。

本发明还可以以程序产品的形式来提供。程序产品可以包括承载包括指令的一组计算机可读信号的任何有形介质，所述指令在由数据处理器执行时使数据处理器运行本发明的方法。根据本发明的程序产品可以为各种形式中的任一种。程序产品例如可以包括物理介质，例如包括软盘的磁数据存储介质；硬盘驱动器；包括CD ROM、DVD的光数据存储介质；包括ROM、PROM、EPROM、闪速RAM的电子数据存储介质等。可选地，程序产品上的计算机可读信号可以被压缩或被加密。被配置成执行方法步骤的处理器可以位于井下设备(例如井下工具13或接收器28)和/或地面设备(例如地面设备45或地面设备64)和/或与本文所述的装置进行数据通信的其他设备(例如基于云的数据处理系统)中。

术语解释

除非上下文清楚地要求，否则遍及说明书和权利要求：

·“包括(comprise)”、“包含(comprising)”等应当以包括性的含义来解释，而不是以排他性或穷举性的含义来解释；也就是说，以“包括但不限于”的含义来解释。

·“连接”、“耦接”或其任何变型表示两个或更多个元件之间的直接或间接的任何连接或耦接；元件之间的耦接或连接可以是物理的、逻辑的或它们的组合。

·“本文中”、“以上”、“以下”以及类似含义的词语在被用于描述本说明书时，应当指的是本说明书的整体而不是本说明书的任何特定部分。

·在参考两个或更多个项的列表中的“或”涵盖对该词语的所有以下解释：列表中的任何项，列表中的所有项以及列表中项的任何组合。

·无量词修饰的单数形式还包括任何适当的复数形式的含义。

·“钻孔”、“井眼”、“井”在本公开内容中被用作可互换的同义词。

在本说明书中和任何所附权利要求书中使用的指示方向的词语如“垂直”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“垂直”、“横向”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“下面”等(在存在的情况下)取决于所描述和示出的装置的特定取向。本文中描述的主题可以采用各种替选取向。因此，这些方向术语没有严格定义，并且不应该被狭义地解释。

当上面提及部件(例如，电路、模块、组件、设备、钻柱部件、钻机系统等)时，除非另有说明，否则对该部件的提及(包括对“装置”的提及)应当被解释为包括作为该部件的等同物的执行所描述的部件的功能的(即，功能上等同的)任何部件、包括执行本发明所示出的示例性实施方式中的功能的在结构上不等同于所公开的结构的部件。

出于说明的目的，本文描述了系统、方法和装置的特定示例。这些仅是示例。本文提供的技术可以应用于除了上述示例系统之外的系统。在本发明的实践中可以进行许多改变、修改、添加、省略和置换。本发明包括对本领域技术人员明显的所描述的实施方式的变型，包括通过以下获得的变型：使用等同的特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作；对来自不同实施方式的特征、元件和/或动作的混合和匹配；将来自本文描述的实施方式的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作组合；和/或省略来自所描述的实施方式的组合特征、元件和/或动作。

因此，所附权利要求和之后引入的权利要求旨在被解释为包括可以合理推断出的所有这些修改、置换、添加、省略和子组合。权利要求书的范围不应受示例中阐述的优选实施方式的限制，而应当被赋予与整个说明书一致的最宽泛的解释。

Claims

1.一种用于地下数据通信的方法，所述方法包括：

在第一钻孔中的第一井下工具处，生成对要传送的第一数据进行编码的第一电磁信号；

在与所述第一钻孔不同且间隔开的通信钻孔中的接收器处，检测所述第一电磁信号；

在所述接收器处，将检测到的第一电磁信号或从检测到的第一电磁信号中提取的第一数据传送至所述接收器的井口设备；

对与所述第一钻孔和所述通信钻孔不同的第二钻孔中的第二井下工具进行操作，以生成对要传送的第二数据进行编码的第二电磁信号，其中，所述第二电磁信号具有与所述第一电磁信号不同的频率；

在所述通信钻孔中的所述接收器处检测所述第二电磁信号；以及

将所述第二电磁信号或所述第二数据从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收器包括多个导电元件，并且检测所述第一电磁信号包括测量所述多个导电元件中的一对导电元件之间的时变电位差。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：在所述接收器处通过放大和滤波中的一个或更多个来调节所述第一电磁信号。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，包括：在所述接收器处检测所述多个导电元件的多对导电元件中的每一对处的所述第一电磁信号；评估在所述多个导电元件的所述多对导电元件中的每一对处检测到的所述第一电磁信号的质量；以及基于所述质量选择和使用所述对中的一对来检测所述第一电磁信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述接收器包括电控开关网络，并且选择所述对中的一对包括：设置所述开关网络，使得所选择的该对导电元件中的每个所述导电元件被耦接至放大器的相应输入。

6.根据权利要求4所述的方法，包括：在所述接收器处周期性地或连续地执行在所述多个导电元件的所述多对导电元件中的每一对处检测所述第一电磁信号的步骤，以及评估在所述多个导电元件的所述多对导电元件中的每一对处检测到的所述第一电磁信号的质量的步骤，其中，所述方法包括响应于在所述多个导电元件的所述多对导电元件处检测到的所述第一电磁信号的质量的变化，选择导电元件对中的不同的一对。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述接收器包括多个信号调节电路，所述多个信号调节电路包括放大器，所述信号调节单元各自连接至所述对中的一对，其中，评估所述多对中的每一对处的所述第一电磁信号的质量包括评估由所述信号调节电路输出的信号。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：将所述第一电磁信号从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备，并且在所述接收器的所述井口设备处从所述第一电磁信号中提取所述第一数据。

9.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：在所述接收器处处理所述第一电磁信号以提取所述第一数据并且将所述第一数据从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：在所述接收器处将所提取的第一数据与在所述第一电磁信号中编码的数据验证信息进行比较。

11.根据权利要求10所述的方法，包括：如果所提取的第一数据与所述数据验证信息不匹配，则在所述接收器处自动地控制所述通信钻孔中的EM遥测发射器以发送错误信号，所述方法还包括：在所述井下工具处检测所述错误信号并且重新发送所述第一电磁信号。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：在所述接收器处使用模数转换器将所述第一电磁信号转换为数字信号。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：将所述第一数据从所述接收器的所述井口设备传送至与所述第一钻孔中的第一钻柱相关联的第一地面设备。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一数据包括用于所述第一钻柱的第一工具面数据，并且所述方法包括在所述第一地面设备处显示所述工具面数据的全部或部分。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：对检测到的第一电磁信号进行监测，并且响应于所述监测沿着所述通信钻孔移动所述接收器，以增加检测到的第一电磁信号的幅度和信噪比中的一个或更多个。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述接收器由电缆支承，并且沿着所述通信钻孔移动所述接收器包括升高或降低所述电缆。

17.根据权利要求15所述的方法，包括：沿着所述第一钻孔移动所述第一井下工具，并且响应于由所述第一井下工具的移动引起的检测到的第一电磁信号的变化而执行沿着所述通信钻孔移动所述接收器。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述接收器是所述通信钻孔中的多个接收器中的一个接收器，并且所述方法包括：在所述多个接收器中的一个或更多个接收器处检测所述第一电磁信号；确定在所述多个接收器的所述一个或更多个接收器中的每一个处检测到的电磁信号的质量；以及基于所述质量选择所述多个接收器中的一个以用于检测所述第一电磁信号。

19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：改变所述第一电磁信号的一个或更多个传输参数以优化所述第一电磁信号的检测，其中，所述传输参数包括所述第一电磁信号的幅度和频率中的一个或更多个。

20.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：

将要传送至所述井下工具的下行链路数据传送至所述通信钻孔中的电磁遥测发射器；

使用所述电磁遥测发射器，生成对所述下行链路数据进行编码的下行链路电磁信号；以及

在所述第一井下工具处，检测所述下行链路电磁信号并且恢复所述下行链路数据。

21.根据权利要求20所述的方法，包括：

在所述第一井下工具处，对所述下行链路电磁信号的信号质量进行监测；以及

基于所监测的所述下行链路电磁信号的信号质量，对用于生成所述第一电磁信号的一个或更多个传输参数的值进行调整。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述传输参数包括以下中的一个或更多个：所述第一电磁信号的频率、所述第一电磁信号的幅度以及用于将所述第一数据编码在所述第一电磁信号中的编码方案。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一电磁信号和所述下行链路电磁信号具有不同的频率。

24.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一电磁信号具有至少30Hz的频率。

25.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：延伸所述第一钻孔，同时生成所述第一电磁信号。

26.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：通过多导体电缆将所述第一数据或所述第一电磁信号从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述电缆包括至少一个导体，所述至少一个导体同时向所述接收器供应电力并且将数据从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

28.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：通过有线钻管系统将所述第一数据或所述第一电磁信号从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

29.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：通过声学遥测信号将所述第一数据或所述第一电磁信号从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

30.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，通过光纤将所述第一数据或所述第一电磁信号从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

31.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：以每分钟至少50字节的数据速率将所述第一数据或所述第一电磁信号从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

32.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：以每分钟至少6000字节的数据速率将所述第一数据或所述第一电磁信号从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

33.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：

在所述接收器处，对所述第一电磁信号和所述第二电磁信号进行解码，以分别提取所述第一数据和所述第二数据；以及

将所述第一数据和所述第二数据从所述接收器传送至所述接收器的所述井口设备。

34.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：将所述第一数据和所述第二数据分别传送至分别与所述第一钻孔和所述第二钻孔相关联的第一地面设备和第二地面设备。

35.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述接收器包括多个电极，并且所述接收器被配置成选择用于接收所述第一电磁信号的第一对电极和用于接收所述第二电磁信号的第二对电极。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，选择所述第一对电极和所述第二对电极包括使用电控开关将所述第一对电极和所述第二对电极分别连接至第一差分放大器的输入和第二差分放大器的输入。

37.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：改变所述第一电磁信号和所述第二电磁信号的频率以优化对所述第一电磁信号和所述第二电磁信号的检测。

38.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：对所述通信钻孔中的用于检测所述第一电磁信号和所述第二电磁信号的两个或更多个电极的位置进行调整，以优化对所述第一电磁信号和所述第二电磁信号的检测。

39.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一电磁信号和所述第二电磁信号各自包括至少30Hz的频率。

40.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：

将要被传送至井下的下行链路数据传送至所述通信钻孔中的发射器；

使用所述发射器，生成对所述数据进行编码的下行链路电磁信号；以及

至少在所述第一井下工具处检测所述下行链路电磁信号。

41.根据权利要求40所述的方法，包括：

基于所述下行链路电磁信号的信号质量，对所述第一电磁信号的传输参数进行调整。

42.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：确定在所述通信钻孔中的一个或更多个位置与所述第一钻孔中的一个或更多个位置之间传播的电磁信号的飞行时间。

43.根据权利要求42所述的方法，包括：基于多个飞行时间测量来对所述井下工具和所述接收器的相对位置进行三角测量。

44.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：确定所述通信钻孔中的一个或更多个位置与所述第一钻孔中的一个或更多个位置之间的范围。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，确定所述范围包括对在所述井下工具与所述信号接收器的位置之间的任一方向上发送的所接收的EM信号的衰减进行监测。

46.根据权利要求44所述的方法，其中，确定所述范围包括对所接收的信号的相位如何随频率变化进行监测。

47.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述通信钻孔的直径小于所述第一钻孔的直径。