CN112302627A - 用于检测板的应变变形的应变仪 - Google Patents

Abstract

一种钻柱的底部钻孔组件(BHA)，包括：底盘；板，所述板耦接到所述底盘；以及应变仪，所述应变仪耦接到所述板。所述应变仪用于输出与所述板的应变变形相关联的信号。所述板和所述底盘能够包括在经受应变的钻铤内，并且所述钻铤的应变变形能够被传送到所述底盘和所述板。所述板能够经受呈以下形式的应变：扭转弯曲、平面内弯曲、平面外弯曲、轴向拉伸或压缩。所述板能够包括或耦接到电子板，所述电子板具有应变仪，以与其他类型的应变隔离地测量不同类型的应变。

Description

用于检测板的应变变形的应变仪

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年7月31日提交的并且标题为“Strain Gauges for DetectingStrain Deformations of a Plate”的美国专利申请号62/880,997的权益和优先权，并且与2019年7月31日提交的并且标题为“Indirect Detection of Bending of a Collar”的美国专利申请号62/880,918相关。前述内容中的每一者都通过此种引用明确地并入本文。

背景技术

石油和天然气产业过程包括对自然资源(诸如石油、天然气和水)的勘探、钻探、测井、提取、运输、精制、零售等。自然资源可能位于地下，并且这样，钻井系统可以用于执行一些过程。例如，钻井系统可以在地层中形成井筒，以发现、观察、分析或提取自然资源。

在钻井时，作用在钻井系统上的力可能对钻井系统的性能产生负面影响。例如，此类力可将能量输入带入钻井系统中并产生振动或热量(例如，通过摩擦)。当产生振动和热量时，丢失了一些输入能量，并且系统将以降低的效率进行操作。井筒还可进行计划以沿特定方向延伸，并且作用在钻井系统上的力可影响钻头的轨迹，从而使钻头钻出偏离计划轨迹或路径的井筒。

发明内容

在钻井系统形成井筒的操作期间，某些力可影响钻井系统的部件，以引起部件的变形。因此，确定部件的变形可促进确定施加到部件上的力。由于成本、复杂性或实现常规技术(例如，在钻铤中形成通道)的固有缺点，可能难以使用常规技术来(例如，通过使用附接到某些部件的传感器)直接确定钻井系统的某些部件(诸如钻铤)的变形。因此，当前公开的系统和方法可以通过以下来间接地确定此类部件的变形：确定替代性部件的变形，并且然后使用确定的替代性部件的变形来确定施加到钻井系统上的力和/或设置钻井系统的操作。在一些实施方案中，所确定的力然后可以用于估计钻井系统的位置或轨迹，以促进例如钻井系统的转向。

可关于本公开的各种方面存在对本文提及的特征的各种改进。另外的特征同样也可并入这些各种方面中。这些改进和另外的特征可单独存在或以任何组合存在。例如，下文关于所示的实施方案中的一个或多个实施方案讨论的各种特征可单独地或以任何组合并入到本公开的上文描述的各方面中的任何方面中。再者，本文中的简要概述仅意图使读者熟悉本公开的实施方案的某些方面和背景，而不限制所要求保护的主题。

一种钻井系统包括内部组件和耦接到并封闭所述内部组件的钻铤。所述内部组件具有底盘和耦接到所述底盘的应变仪，并且所述应变仪可以输出与所述内部组件的应变变形相关联的信号。所述内部组件和钻铤的耦接使得所述钻铤的应变变形引起所述内部组件的所述应变变形。

一种钻井部件包括具有隔室的底盘、所述隔室内的杆以及耦接到所述杆的传感器。所述传感器可以确定与所述杆的应变变形相关联的参数。

一种钻柱的底部钻孔组件组合(BHA)包括：底盘；控制器，所述控制器至少部分地位于所述底盘内；钻铤，所述钻铤耦接并且封闭所述底盘的至少一部分；以及传感器，所述传感器耦接到所述底盘并且通信地耦接到所述控制器。所述传感器可以将指示所述底盘的弯曲应变的信号发射到所述控制器。

一种钻柱的BHA包括底盘、耦接到所述底盘的板以及耦接到所述板的应变仪。所述应变仪被配置为输出与所述板的应变变形相关联的信号。

一种钻柱的BHA包括被配置为操作所述BHA的电子板和耦接到所述电子板的应变仪。所述应变仪将指示应变变形的信号发射到所述电子板，以使所述电子板至少部分地基于指示所述应变变形的所述信号来控制所述BHA的操作。

一种底部钻孔组件内的板包括第一表面、与所述第一表面相反的第二表面以及耦接到所述第一表面或所述第二表面的扭转应变仪。两个平面内弯曲应变仪还各自耦接到所述第一表面或者各自耦接到所述第二表面，并且位于所述板的中心线的相反侧并且同时沿着所述板的横向轴线对准。第一平面外弯曲应变仪沿着所述板的所述中心线耦接到所述板的所述第一表面，并且第二平面外弯曲应变仪沿着所述中心线耦接到所述板的所述第二表面并且沿着所述板的垂直轴线与所述第一平面外弯曲应变仪对准。第一轴向应变仪和第二轴向应变仪也分别沿着所述板的所述中心线耦接到所述板的所述第一表面和所述第二表面并且沿着所述垂直轴线彼此对准。

底部钻孔组件内的电子板包括板。至少一个扭转应变仪、至少一个平面内应变仪、至少一个平面外应变仪和至少一个轴向应变仪耦接到所述板。所述扭转应变仪测量所述板的扭转应变变形，并且与测量所述板的平面内弯曲、平面外弯曲和轴向应变变形隔离。所述平面内应变仪测量所述板的平面内弯曲应变变形，并且与测量所述板的扭转、平面外弯曲和轴向应变变形隔离。所述平面外应变仪测量所述板的平面外弯曲应变变形，并且与测量所述板的扭转、平面内弯曲和轴向应变变形隔离。所述轴向应变仪测量所述板的轴向应变变形，并且与测量所述板的扭转、平面内弯曲和平面外弯曲应变变形隔离。

以上概述并非意图提供对特征的全面叙述。本公开包含概述中不存在但是在说明书、附图或权利要求中描述或示出的各种特征。

附图说明

为了描述可获得本公开的上述特征和其他特征的方式，将通过参考在附图中示出的本公开的具体实施方案来呈现更为特定的描述。通过附图更详细地描述和说明了实施方案，在附图中：

图1是具有钻柱的钻井系统的实施方案的示意图；

图2是具有钻铤的底部钻孔组件(BHA)的局部剖视图；

图3和图4是具有耦接到诸如分流器的BHA部件的应变仪的BHA的剖视图；

图5是具有附接到内部组件的应变仪的BHA的示意性剖视图；

图6是在钻铤内具有底盘的BHA的示意性剖视图；

图7是在底盘隔室内具有杆的BHA的示意性剖视图，其中BHA正在经受弯曲；

图8是在底盘隔室内具有杆的BHA的示意性剖视图；

图9是在BHA弯曲时的图8的BHA的示意性剖视图；

图10是位于底盘隔室中并且可用于确定BHA弯曲的杆的示意图；

图11是沿着线11-11的图10的杆的剖视图；

图12是处于弯曲构型的图10的杆的示意图；

图13是沿着线13-13截取的图12的第三杆的剖视图；

图14是具有带有多个应变传感器的电子板的BHA的透视图；

图15是BHA的电子板的顶视图，其中多个应变传感器附接到所述电子板；

图16是BHA的电子板的底视图，并且具有多个应变传感器；

图17是BHA的不同部件随时间推移的应变的图；

图18是具有耦接到不同于电子板的部件的应变传感器的BHA的侧视剖视图；

图19是具有耦接到响应于扭转应变的挠曲板的应变仪的BHA的透视图；

图20是耦接到响应于扭转应变的十字板的应变仪的顶视图；

图21是用于测量围绕多个轴线的弯曲的三维板的透视图；

图22和图23是用于测量围绕图21的轴线的弯曲的应变仪电路的示意图；

图24是包括响应于扭转应变的具有应变仪的十字形部分的三维板的顶视图；并且

图25是示出用于基于确定的应变变形操作钻井系统的方法的流程图。

具体实施方式

本公开的实施方案总体涉及确定应变变形，并且更具体地涉及确定井下钻井系统内的应变变形。更为具体地，井下钻井系统的内部组件或部件可以包括应变仪或其他传感器，以用于确定井下钻井系统的部件所经受的应变。可选地，使用与其他弯曲或应变模式隔离的传感器进行应变测量。

本公开的一些实施方案涉及钻井系统内的应变确定，所述钻井系统使用钻柱形成延伸到或延伸向烃田的井筒。钻井系统可以旋转钻柱的全部或部分长度，并且驱动钻头，所述钻头切入到烃类所在的地质地层中。在操作期间，钻井系统可以确定或推断钻柱的位置、路径或移动，以调节钻井系统的操作。例如，钻井系统可朝向地质地层中的目标位置驱动钻柱(包括钻头)，同时监测和控制钻柱的移动以确保钻柱根据需要移动通过地质地层。

在操作期间，力作用在钻柱上并影响钻井系统的性能或影响钻柱的部件的结构完整性。示例性力包括重量(重力)、钻井液压力、钻柱与地层之间的摩擦、由地面系统或井下马达生成的钻柱扭矩、由于因摩擦或井下条件而升高的温度而产生的分子间作用力等。力可能(诸如通过将钻柱移动远离目标位置，通过因产生振动或热量而降低效率等)对钻井系统的操作产生负面影响。

钻柱上的力还可以在结构上改变钻柱的部件。因此，识别钻铤的结构变化可以实现对所施加的力的推断或其他确定，并且可以用于建立或控制钻井系统操作，以避免或限制施加到钻铤上的力的非期望的结果。本公开主要讨论与应变变形(包括扭转应变、平面外弯曲应变、平面内弯曲应变、轴向应变及它们的组合)相关联的结构变化的确定；然而，可以确定其他类型的应变变形(例如，剪切应变)。

在井下系统中，可能难以(例如，通过使用钻铤上的传感器)直接确定钻铤或其他部件的应变变形。例如，某些类型的应变变形可能会影响其他类型的应变变形的读数(例如，扭转应变会影响平面外应变读数等)。在另一个实例中，以使传感器能够在钻柱操作时确定部件的结构变化的方式将传感器直接耦接到钻铤或其他部件可能是困难的、低效的、或者既困难又低效的。例如，传感器可以替代地在受控环境(例如，温度受控的实验室)中并由经训练的人员直接耦接到钻铤，以使传感器能够提供准确的读数。这样，实现传感器可增加与制造钻柱相关联的成本，或者可仅在可能不包括恶劣的井下环境的窄范围的应用中进行操作。此外，传感器可能必须与钻柱内的电气部件相连，需要切割通过支撑部件的通道，并且可能通过削弱部件完整性或创建应力集中位点而潜在地影响部件的结构。

因此，当前认识到，(例如，通过诸如借助于不安装在部件本身上的间接手段)实现确定部件的结构变化的传感器可以降低与确定作用在部件上的力相关联的成本。这样，本公开描述了传感器和过程，其中传感器耦接到钻柱的替代性部件(例如，相对于钻铤或正在测量应变的其他部件)，但仍检测其他部件上的力。替代性部件可以耦接到第一部件(例如，钻铤)，使得钻铤的应变变形传递到替代性部件上。传感器然后可以确定所传递的应变变形，其与钻铤的应变变形相关联。替代性部件是钻柱的另一个现有部件，诸如耦接到钻铤的底盘或电子控制板。因此，传感器可以直接确定现有部件的应变变形，并且间接确定钻铤或支撑现有部件的其他部件的应变变形。替代性部件是耦接到钻柱的现有部件的补充部件。与通过将传感器直接附接到现有部件相比，补充部件可以使传感器能够更容易地耦接到现有部件。以此方式，传感器可以确定补充部件的应变变形，并且补充部件的应变变形可以对应于现有部件、钻铤或两者的应变变形。在任何情况下，都可基于由传感器确定的应变变形来操作钻井系统或监测钻井系统的结构状况。

为了帮助说明本文所述的技术，图1示出了在井场环境下的示例性钻井系统10，其中钻井系统10可用于形成通过陆地或海上地质地层14的井筒12。钻井系统10促进：用于切割通常在井筒12内的金属、复合材料、弹性体或其他对象的铣削操作，用于关闭井筒12的堵塞并弃井操作，用于刺激或扩大烃类回收的水力压裂或槽回收操作，用于改进井下条件或工具的补救操作，或任何数量的其他井下操作。钻井系统10可包括悬置在井筒12内的钻柱16，并且钻井系统10可具有底部钻孔组件(BHA)18，所述底部钻孔组件18在其下端包括钻头20，其中钻头20接合地质地层14。在本公开中，钻头20包括可用于接合和切割地质地层14、井筒套管或其他井下材料的任何切割结构(例如，扩孔钻、铣刀等)。

钻井系统10还包括使钻柱16旋转并驱动钻柱16的地面系统22。钻井系统10包括具有转盘24、方钻杆26、钩28和旋转水龙头30的方钻杆系统。钻柱16可以通过方钻杆26和旋转水龙头30耦接到钩28。旋转水龙头30可以从钩28悬置，所述钩28附接到游动滑车(未示出)，所述游动滑车沿着延伸通过井筒12的中心的轴线32相对于地面系统22驱动钻柱16。旋转水龙头30可以允许钻柱16相对于钩28旋转，并且转盘24可以沿旋转方向33旋转以驱动钻柱16绕轴线32同心旋转。替代地，钻井系统10可以是顶驱系统，所述顶驱系统通过旋转水龙头30的内部驱动器(例如，内部马达)使钻柱16旋转。也就是说，钻井系统10可以不使用转盘24和方钻杆26来使钻柱16旋转。相反，旋转水龙头30的内部驱动器可以驱动钻柱16，以绕轴线32同心地沿旋转方向33相对于钩28旋转。井下马达(例如，容积式马达、涡轮马达等)可包括驱动轴，所述驱动轴耦接到钻头20并且用于使钻头20旋转。钻柱16可在使用马达时不旋转，或者可旋转，但其中井下马达向钻头20提供主要旋转力。

在任何情况下，随着地面系统22或井下马达使钻柱16旋转，并且重量(例如，通过重力)施加到钻头20，钻柱16可以沿轴向方向驱动以使钻柱16与地质地层14接合。例如，钻柱16可以沿第一轴向方向34通过井筒12驱动到地质地层14中，所述第一轴向方向34可以是大致向下/井下垂直的方向。另外，钻柱16可以沿与第一轴向方向34相反的第二轴向方向36从井筒12移除。也就是说，第二轴向方向36可以是大致向上/井上垂直的方向。钻柱16的轴向运动与钻柱16的全部或一部分的旋转运动一起可促进钻头20与地质地层14的接合。虽然图1示出钻柱16沿大致垂直的方向驱动，但是钻柱16可沿与第一轴向方向34和第二轴向方向36偏离的方向(诸如实现到大致水平的方向的过渡的一个或多个成角度的方向)行进通过井筒12。

地面系统22还可包括泥浆或钻井液40，所述泥浆或钻井液40可被引导到钻柱16中以冷却钻头20并使其润滑，并且将钻屑向上携载到地面。另外，钻井液40可以在地质地层14上施加泥浆压力，以减小来自地质地层14的流体流入或流出井筒12的可能性。钻井液40存储在位于井场处的罐或坑42中。泵44可将坑42和水龙头30流体地耦接，其中泵44可通过水龙头19中的端口将钻井液40递送到钻柱16的内部，从而导致钻井液40沿第一轴向方向34向下流动通过钻柱16。钻井液40还可以通过钻头20或钻柱16的其他部分中的端口离开钻柱16，并且朝向地面(例如，朝向地面系统22)流入井筒12。在钻井时，钻井液40可以沿第二轴向方向36向上循环通过钻柱16的外部与井筒12的壁之间的环形区域，从而将钻屑携载离开井筒12的底部。一旦位于地面处，就可以过滤返回的钻井液40以分离钻屑，并且可以将流体输送回坑42以进行再循环和再利用。

图1的钻井系统10的BHA 18可包括各种井下工具，诸如随钻测井(LWD)模块120或随钻测量(MWD)模块130。通常，井下工具可以诸如通过确定钻柱16的参数、确定周围地质地层14的参数、与地面通信等来促进确定或控制钻柱16的性能。还应当注意，可以采用多于一个的LWD模块120或MWD模块130。例如，BHA 18可包括更靠近钻头20的另外的LWD或MWD模块120A、130A。这样，对LWD模块120的引用也可以指LWD模块120A，并且对MWD模块130的引用也可以指MWD模块130A。

LWD模块120、MWD模块130或两者可各自容纳在耦接到钻柱并且可包含一种或多种类型的测井或测量工具的特殊类型的钻铤中。通常，LWD模块120可以包括用于测量、处理和存储地层或环境信息的能力，并且MWD模块可以包含用于测量钻柱16或钻头20的特性以及用于与地面装备通信的一个或多个装置。在图1的钻井系统10中，LWD模块120或MWD模块130可以包括以下类型的测量装置中的一种或多种：钻压(WOB)测量装置；扭矩测量装置；弯曲测量装置；振动测量装置；冲击测量装置；粘滑测量装置，方向测量装置；倾斜度测量装置；温度测量装置；压力测量装置；旋转速度测量装置；或位置测量装置。

MWD模块130包括用于生成电能的设备。例如，MWD模块130可以包括泥浆涡轮发电机，其通过钻井液40的流动生成电能。钻井系统10可以包括将能量供应到钻井系统10的电源148，诸如发电机或电能存储装置。在任何情况下，电能可用于操作钻井系统10的各方面，诸如以控制BHA 18。

BHA 18可还包括马达150、旋转导向系统(RSS)152或耦接到钻头20的其他模块(例如，跨接、液压释放、循环等)。马达150、RSS152或其他模块可以直接耦接到LWD模块120、MWD模块130、其他模块，或者直接或通过一个或多个另外的管状件154耦接到钻头20。马达150和RSS 152用于调节钻头20的操作以与地质地层14接合。例如，RSS 152可以使钻头20沿期望的方向定向，同时马达致使钻头20连续旋转以钻出井筒12。产生连续旋转可以实现钻出的钻屑到地面的改进的运输、井筒12的更好的切割(例如，提高井筒质量，减少粘滑或钻头涡动等)、由地质地层14施加在钻头20上的有限的应力等。此外，RSS 152可以使得能够控制钻柱16与地质地层14的接合。举例来说，RSS可以使钻柱16与地面系统22通信。这样，地表系统22可以控制钻柱16形成井筒12的方向或路径或者钻柱16与地质地层14接合的方式(例如，钻柱16的旋转与滑动)。

钻柱16包括或通信地耦接到数据处理系统160，所述数据处理系统160可以调整钻井系统10的操作，诸如以在延伸井筒12时引导钻柱16通过井筒12或钻柱16的路径。数据处理系统160可以包括一个或多个处理器162，诸如通用微处理器、专用处理器(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑装置或前述项的组合。处理器162可以执行存储在存储器164或其他存储装置166中的指令，所述存储器164或其他存储装置166可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、光学存储介质、硬盘驱动器等。数据处理系统160还可通信地耦接到传感器167，所述传感器167可以确定钻柱16的操作参数。例如，传感器167可以是促进确定BHA 18的一个区段的应变或变形的应变仪(例如，本文中的任何应变仪或电路及其组合)，并且传感器167可以直接或通过其他部件将指示所确定的应变的信号或反馈发送到数据处理系统160。数据处理系统160可以基于从传感器167接收到的反馈来操作钻井系统10，诸如以调整钻柱16形成井筒12所通过的方向。

尽管所示的数据处理系统160位于钻柱16的外部，但是数据处理系统160可以可替代地全部或部分地为钻柱16的一部分，例如位于BHA 18内。数据处理系统160可以包括接近钻井操作(例如，在地面系统22处，在BHA 18中等)的装置或远离钻井系统10定位的远程数据处理装置，诸如远离钻井系统10的移动计算装置(例如，平板电脑、智能电话、膝上型计算机、台式计算机等)或服务器。在任何情况下，数据处理系统160都可以实时、接近实时或在收集数据之后的某个时间处理井下测量结果。通常，数据处理系统160可以存储和处理所收集的数据，例如由BHA 18通过LWD模块120、MWD模块130、传感器167或任何合适的遥测设备(例如，通过地质地层14发出脉冲的电信号或使用钻井液40的泥浆脉冲遥测设备)收集的数据。单独的数据处理系统160也可以用于引导钻柱16、使钻柱16定向或控制钻柱16，以(例如，利用表面扭矩，通过使流体流动到井下马达等)使钻柱16旋转，或者升高或降低钻柱16。

数据处理系统160还可以包括允许用户与数据处理系统160交互的用户接口168。例如，用户可以通过用户接口168向数据处理系统160输入属性、指令(例如，控制命令)或参数。为此，用户接口168可以包括按钮、键盘、传声器、鼠标、触控板、触摸屏、音频输入装置等。用户接口168还可以包括显示器，所述显示器可以是任何合适的电子显示器，其显示信息的视觉表示，诸如所收集的数据的图形表示。

更进一步地，数据处理系统160可以包括输入/输出(I/O)端口170，所述输入/输出端口170使数据处理系统160能够与各种电子装置通信。例如，I/O端口170可以使数据处理系统160能够直接耦接到另一个电子装置(例如，远程或移动装置)，以使数据能够在数据处理系统160与电子装置之间传送。I/O端口170可以附加地或替代地使数据处理系统160能够间接耦接到其他电子装置。在另一个实例中，I/O端口170可以使数据处理系统160能够耦接到网络，诸如个人局域网(PAN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)或前述项的任何组合。因此，数据处理系统160执行以下中的一者或多者：通过I/O端口170从另一个电子装置(例如，基站控制系统)接收数据(例如，作为信号)，或通过I/O端口170将数据传达到另一个电子装置。

图2是BHA 18的局部剖视图，其包括向BHA 18提供重量的钻铤200。通过重力，所提供的重量沿第一轴向方向34供应力以在钻井时接合地质地层14并形成井筒12。数据处理系统160可以控制由钻铤200施加来形成井筒12的重量的量(例如，通过控制地面系统或井下悬挂器携载钻柱的多少重量)。

BHA 18可以包括芯轴组件或其他内部组件201，其通常是指在钻铤200内并且潜在地完全或部分地由钻铤200封闭的部件的组件。内部组件201可以沿着钻铤的至少一部分长度延伸，并且可以包括可各自称为底盘的多个部件。例如，第一底盘202可以支撑或包括内部组件201的物理部件、工具或传感器，并且可以是工具底盘。第二底盘204可以支撑内部组件201的其他物理部件、工具或传感器，并且可以是仪器底盘204。底盘204可以封闭或支撑BHA 18的仪器工具，诸如传感器167。

底盘202、204可具有任何合适的构造。例如，底盘202、底盘204或两者可具有环形构造。例如，底盘202被示出为环形的并且具有穿过其中的流动路径。底盘204被示为具有内部隔室，但不具有完全延伸穿过其中的流动路径。替代地，底盘202或底盘204可包括或形成为分流器206，所述分流器206将钻井液40引导通过BHA 18，以到达钻头20。例如，图2中的分流器206包括在底盘204中或由底盘204形成并位于环形流体流内，并且将流体流引导到底盘202内的流动路径中。更具体地，钻井液40可围绕底盘204并且远离底盘204内的仪器工具进行引导，并且分流器206然后可以使钻井液40会聚到工具底盘202内的通道208中。然后，钻井液40可以在通道208内沿井下方向(诸如朝向钻头20(参见图1))进行引导。

如本文所述，实现传感器(例如，应变仪)来确定与BHA 18相关联的应变变形以控制BHA 18的操作可能是困难的或低效的。例如，在常规方法中，将传感器放置在钻铤200上以直接确定钻铤200的应变变形可能是昂贵的或难以实现的(例如，具有有限的稳健性使其不适于井下使用)。这样，传感器167可以定位在替代位置中，诸如在内部组件201内或者在BHA 18中形成的凹槽或腔体内(例如，沿着底盘204，在内部组件201的盖子/覆盖件中，或在钻铤200的内部表面上的凹槽或腔体中)，或者替代性传感器可用于确定与BHA 18相关联的应变变形。在替代位置中(例如，在凹槽的盖子或附接到盖子的板中)的传感器167可以实现或促进另外的实施方案，诸如压力测量。可选地，传感器167不直接确定钻铤200的应变变形(例如，使用期望应变的钻铤200上的传感器)，而是可以确定表示钻铤200的应变变形的另一个参数。

在某些情况下，BHA 18可能受到弯曲应变，弯曲应变中的一些可驱动BHA 18在形成井筒12时沿非期望的方向行进，或者可使BHA 18弱化或疲劳。因此，应变仪(例如，箔式应变仪、光纤应变仪、压敏电阻应变仪、微光机电系统(MOEMS)应变仪、振弦应变仪、电容应变仪等)可用于确定BHA 18经受的弯曲应变。作为概述，每个应变仪可以包括电路，具有相关联的电压的电流可以行进通过所述电路。电路可包括与应变仪的长度相关的电阻。举例来说，增加应变仪的长度可以增加应变仪的电阻，而减小应变仪的长度可以减小应变仪的电阻。电阻可以由导体或电阻器提供，并且可以例如通过以下确定：通过电路施加电压，感测沿电路而行的电压，以及确定所施加的电压与所感测的电压之间的差值。

应变仪可以确定电阻器或整个应变仪的电阻的变化，其中电阻的变化与应变仪的长度的变化(即，应变变形)相关。应变仪可以提供指示电阻的信号或反馈，并且另一个部件(例如，控制器)可以接收信号并且使用电阻来确定应变仪的长度的变化和应变仪的对应的应变变形。应变仪可以提供直接指示应变变形的信号或反馈。例如，应变仪可附接到部件。部件可经历改变部件的长度的应变变形，并且应变变形可改变应变仪的长度，从而改变应变仪的电阻。应变仪然后可以发送指示与应变仪的应变变形相关联的电阻变化的信号。应变仪可以在本地存储介质中或通过将数据发送到存储信息的另一个部件来记录应变变形测量结果、电阻变化等。

图3至图5示出除直接结合到钻铤200之外耦接到BHA 18的各种现有部件的应变仪。此类应变仪可以用于确定BHA 18的位于钻铤200内的部件的弯曲，并且所确定的弯曲可以与BHA 18和钻铤200的弯曲相关。尽管图3至图5主要讨论了使用应变仪来确定BHA 18或钻铤200的弯曲，但应变仪可以附加地或替代地促进确定BHA 18的其他类型的应变变形，诸如扭转或轴向应变。

图3是BHA 18的剖视图，其中应变仪230耦接到内部组件201的分流器206或与其成一体。应当注意，分流器206可以与钻铤200和底盘204成一体或与其分开制造。特别地，当分流器206整体或部分地制造为单独的部件时，应变仪230可以方便且容易地与分流器206附接和分离。因此，如果要用替换分流器206替换已安装的分流器206，则可使相同的应变仪230与已安装的分流器206分离，并将其附接到替换分流器206，从而限制替换分流器206的成本。如本文中提到的，分流器206可以引导沿井下方向(诸如朝向钻头20(图1))流动的钻井液40。例如，分流器206可以围绕底盘204引导钻井液40通过BHA 18。分流器206可以位于近钻头位置中(例如，在距钻头20 10英尺(3m)以内)，并且分流器206可以被认为是下部分流器。这样，分流器206可以将钻井液40直接引导到钻头20中。

应变仪230可促进确定从钻铤200的应变变形传递的底盘204或分流器206的应变变形。BHA 18可包括围绕分流器206的一个或多个密封件232(例如，O形环、方形环、T形环、I形环、X形环、Q形环等)。密封件232可以邻接分流器206和钻铤200两者，以增加分流器206与钻铤200之间的摩擦。例如，密封件232中的一个的第一侧(例如，上游侧)可以具有高压(例如，与高压流体接触)，并且密封件232的第二侧可以具有低压。此外，分流器206也经受高压(例如，填充有高压流体)。分流器206与密封件232的第二侧处的低压之间的压差可导致分流器206径向扩张，从而将密封件232的外表面推靠着钻铤200的内表面。施加以将密封件232径向推靠着钻铤200的力的量可以基于各种参数(诸如分流器206的长度、分流器206与钻铤200之间的间隙、分流器206的厚度等)，以控制分流器206与钻铤200之间的动态移动的限制。以这种方式，密封件232促进限制分流器206与钻铤200之间的轴向移动(例如，滑动)，并且钻铤200的应变变形可以直接传递到底盘204和/或分流器206，并使用应变仪230确定。这样，应变仪230可促进确定与钻铤200相关联的应变变形。

在所示的分流器206中，应变仪230在径向地位于分流器206的外表面与钻铤200的内表面之间的腔室234内附接到分流器206。因此，分流器206用作应变仪230的底盘。腔室234可以填充有可以增加钻铤200与分流器206之间的压力的流体(例如，油)，并且应变仪230可以位于腔室234的凹槽、腔体或凹部内。来自流体的压力可以平衡由流动通过分流器206的钻井液40施加的压力，从而限制了由钻井液40的流动引起的分流器206的变形，并且腔室234的凹部可选地被密封以覆盖应变仪230，从而为应变仪230遮蔽流体。可能存在部件(例如，活塞、波纹管、隔膜)，所述部件被配置为在钻井液40与腔室234内的流体之间传递压力，以平衡腔室234与分流器206内之间的压力，或者以其他方式减小由腔室234与分流器206内之间的压差引起的分流器206的应变变形。

如果分流器206处于近钻头位置中，则使用应变仪230确定的应变变形可以外推或以其他方式用于确定钻头20的位置。然后可以控制BHA 18以基于所述位置引导钻头20。例如，应变仪230可以诸如通过导引通过分流器206的物理布线通信地耦接到底盘204内的第一电子板236(例如，第一控制板)。第一电子板236——可包括控制器或处理器——可接收指示应变仪230经受的应变的信号(例如，应变仪230的电阻度数)，基于信号确定应变仪230经受的应变变形，基于应变变形(例如，基于确定或推断钻铤200经受的弯曲)确定或估计钻头20的位置或取向，并且基于钻头20或钻铤200的确定位置操作BHA18。附加地或可替代地，第一电子板236可以接收指示应变的信号并且存储关于应变的信息以用于进一步分析(例如，确定各种操作的应变变形以例如改进未来的设计或操作建模)。

图4是BHA 18的剖视图，其中应变仪260在内部组件201内(例如，在内部组件201的可选的凹槽或腔体中)位于附加的或替代性的分流器206上。图4的分流器206比图5的分流器206更远离钻头(例如，20英尺(6m)至2000英尺(600m))。当与下部分流器一起使用时，图4的分流器206可以被认为是上部分流器。图4的上部分流器206可以邻近(或靠近)涡轮机207，所述涡轮机207为BHA 18或机械分流器生成电功率或以其他方式提供电功率。在图4中，例如，分流器206在涡轮机207的井上，并且在流体进入涡轮机207之前使流体流转向。

分流器206可以包括腔体262，其他部件(例如，第二电子或控制板264)可以位于所述腔体中，并且分流器206可以围绕腔体262朝向钻头20引导钻井液40。应变仪260可在另一个腔室234中附接到分流器206，所述腔室可填充有流体，以可选地减小腔室234与分流器206内的流动通道之间的压差，并且减小由压差引起的应变变形。

BHA 18还可包括密封件232，其促进增加分流器206与钻铤200之间的摩擦，从而进一步使钻铤200的应变变形能够传递到分流器206，并且反之亦然。应变仪260可以诸如通过导引通过分流器206的物理导线通信地耦接到分流器206内的第二电子板264。此类导线也可以导引通过BHA 18的套筒266，所述套筒266可选地是分流器206的底盘，或者是管状元件。另外地或替代地，应变仪260可以无线地耦接到第二电子板264。应变仪260可以耦接到另一个电子板，诸如图3的底盘204中的第一电子板236。在任何情况下，耦接到应变仪260的电子板均可接收指示应变仪260经受的应变的信号，以确定也可对应于钻头20的位置或取向的钻铤200的弯曲，基于所确定的钻头20的位置或钻铤200的弯曲操作BHA 18，或者基于信号存储应变变形信息。

图5是BHA 18的示意性剖视图，其中应变仪290附接到内部组件201内的底盘204。底盘204通过一个或多个扶正器292在钻铤200内扶正。钻铤200的移动可以通过扶正器292传递到底盘204。因此，由于来自扶正器292的扶正，钻铤200的弯曲可使底盘204弯曲。应变仪290然后可以促进确定底盘204的弯曲，并因此估计钻铤200的弯曲。应变仪290可以任何合适的方式耦接到底盘204。例如，应变仪290可以直接耦接到底盘204的外部或表面。应变仪290可以耦接到由底盘204形成或携载的分流器或其他工具，或者可以位于凹槽或腔室内，如参考图3和图4所述的

在一些工具设计和环境中，钻铤200的某些应变可能不会直接或成比例地传递到底盘204。例如，这可能发生在钻铤200可以相对于底盘轴向或径向移动的情况下。扶正器292的外表面与钻铤200的内表面之间的径向间隙以及扶正器292与围绕底盘204的压力壳体294(参见图6)之间的径向间隙可能影响(例如，减小)底盘204的弯曲。因此，应变仪290的读数可能不直接等于钻铤200的应变变形或与钻铤200的应变变形成比例。为此，可以对应变仪290的读数进行校准或调整，以补偿任何弯曲测量损失，从而提供对钻铤200的应变变形的更准确的表示。

有时可能不期望将应变仪放置在BHA 18的某些部件上。例如，应变仪可以由经训练的人员在受控环境中附接到BHA 18，以使应变仪能够准确地确定BHA 18的应变变形。然而，一些现有部件(诸如底盘204和钻铤200)可以在与受控环境分开的不同位置处进行制造或组装。因此，为了将一些应变仪附接到BHA 18的现有部件，可能期望将现有部件运输到受控环境或执行另外的制造过程以使应变仪290能够确定现有部件的应变变形。此类另外的操作可增加实现应变仪的时间或成本。

有时，另外的部件安装在BHA 18上，并且包括替代性传感器，以用于确定另外的部件的应变变形。然后，另外的部件可以附接到BHA 18的现有部件，并且另外的部件的应变变形的读数可以与现有部件、钻铤和BHA 18的应变变形相关联，而不必将应变仪直接安装在BHA 18上。换句话说，与将应变仪直接附接到现有部件上相比，将替代性传感器附接到另外的单独部件并且将另外的部件附接到现有部件可能更容易、更具有成本效益并且更方便。然后，替代性传感器可以通信地耦接到数据处理系统160、第一电子板236、数据存储装置或可控制BHA 18的操作的任何合适的部件，或者基于替代性传感器的读数存储应变变形信息。

例如，图6是具有包括底盘204的内部组件201的BHA 18的示意性剖视图。底盘204包括在底盘204的隔室312内的杆310(其可以是实心的或管状的)，并且杆310用于确定BHA18的弯曲。杆310的相反的轴向端部314终止于扶正器292之一的轴向中心附近，以使扶正器292的移动能够高效地使杆310弯曲，使得杆310的弯曲基本上匹配BHA 18的弯曲。如将在图7至图13中描述的，杆可以促进以不同方式确定BHA 18的弯曲。BHA 18可以包括所讨论的特征的任何组合。例如，本文讨论的不同杆可沿着BHA 18以各种长度实现。此外，除了应变仪(例如，确认其测量结果)之外，或者作为(如图3至图5中所讨论的)将应变仪附接到BHA 18的替代方案，还可以使用另外的部件或替代性传感器。

图7是具有有着第一杆330的内部组件201的BHA 18的示意性剖视图。第一杆330定位在隔室312内并且在底盘204的内部。第一杆330可基本上耦接到底盘204，使得底盘204的应变变形传送到第一杆330。举例来说，底盘204可将夹持力施加到第一杆330的端部314上。因此，底盘204的(例如，由钻铤200的应变变形引起的)应变变形也可以引起第一杆330的应变变形。此外，应变仪334可以诸如在端部314中的一者或两者附近附接到第一杆330，以实现应变仪334的更大的可及性和准确的测量结果。应变仪334可用于确定第一杆330的应变变形。然后，第一杆330的应变变形可以用于确定BHA18的应变变形，因为来自BHA 18的应变变形可以传递到底盘204，并且从底盘204传递到第一杆330。第一杆330可具有任何合适的横截面形状，并且可选地沿着其长度为均匀的横截面形状，以使得第一杆330的应变变形能够均匀地传递通过第一杆330的长度，使得第一杆330的应变变形不受第一杆330的几何形状的变化的影响，从而导致应变仪334的读数不准确。

第一杆330和应变仪334可以在与将底盘204制造到BHA 18的过程分开的过程中组装在一起。例如，第一杆330和应变仪334可以在受控环境中彼此附接，以使应变仪334能够促进准确地确定第一杆330的应变变形，并且包括应变仪334的第一杆330可然后在单独的环境或过程中附接到底盘204。以这种方式，底盘204不必处于与将应变仪334安装在BHA 18内相同的受控环境，从而降低了制造和组装具有应变仪334的BHA 18的成本。

图8是具有有着也可选地位于底盘204的隔室312内的第二杆350的内部组件201的BHA 18的示意性剖视图。第二杆350包括两个凸出(例如，球形的)部分352，并且隔室312包括两个凹入部分354。每个凹入部分354大体上捕获第二杆350的凸出部分352中的一者，从而形成将第二杆350保持在隔室312内的接头(例如，球形接头)。一个或多个接近传感器356可以耦接到第二杆350，或者附加地或替代地耦接到隔室312的壁358。接近传感器356可以包括霍尔效应传感器、光学传感器、电容传感器、另一个合适的传感器或前述项中的一者或多者的组合，并且可以确定第二杆350与壁358之间的距离。第二杆350与壁358之间的所确定的距离可以对应于底盘204和BHA18的弯曲。

例如，图9是处于弯曲构型的图8的BHA 18的示意性剖视图。在弯曲构型中，BHA18、底盘204和隔室312是弯曲的，但是第二杆350保持笔直或至少表现出较小的弯曲。例如，隔室312的弯曲导致隔室312的凹入部分354围绕第二杆350的凸出部分352移动或旋转。弯曲部分354围绕凸出部分352的移动可以避免将力施加到第二杆350上，该力将引起第二杆350的对应的弯曲。这样，当底盘204弯曲时，第二杆350可以不弯曲或者可以不弯曲对应的量。在所示的弯曲构型中，隔室312的第一内壁358A已更移动靠近说明性地位于杆350的外表面上的第一接近传感器356A，并且隔室312的第二内壁358B已移动远离说明性地位于杆350的外表面上的第二接近传感器356B。因此，第一接近传感器356A可以确定第二杆350与第一壁358A之间的距离已减小，并且第二接近传感器356B可以确定第二杆350与第二壁358B之间的距离已增大。接近传感器356然后可以(例如，向第一电子板236)发送指示第二杆350与壁358之间的距离的信号或反馈。然后，这种反馈可以用于确定底盘204和BHA 18弯曲的量。例如，第二杆350与壁358之间的距离或距离变化可以与BHA 18的弯曲角度相关联(例如，更大的距离变化对应于更大的弯曲量)。尽管两个接近传感器356可以附接到第二杆350(例如，以测量在多于一个的平面中的弯曲)，但是可以使用附接到第二杆350的任何合适数量的接近传感器356，诸如一个、两个或更多个接近传感器356。有时，不是将接近传感器放置在沿着杆350的单个轴向位置处，而是反而可以将一个或多个其他接近传感器偏移在不同的轴向位置处。

图10是第三杆380的示意图，所述第三杆380可选地完全或部分地位于底盘204的隔室312中，并且可以用于确定BHA 18的弯曲。第三杆380处于未弯曲构型。第三杆380内的发射器382(例如，激光器或发光二极管)可以发射光384，所述光具有轴向地沿着并通过第三杆380的至少一部分的低色散(例如，准直的激光束)，所述低色散可以是管状的。发射的光384可以沿着第三杆380行进到光检测器阵列386，所述光检测器阵列386能够检测光384的存在并且可以在检测到光384的存在时发送信号或存储输出。可以基于检测光384的光检测器阵列386中的某个光检测器的读数确定跨第三杆380发射到光检测器阵列386上的光384的特定位置。光384的位置可以用于确定杆380的弯曲量并因此确定BHA 18的弯曲量。例如，BHA 18的弯曲还可以使第三杆380弯曲以改变光384被发射到光检测器阵列386上的位置。因此，可以基于发射到光检测器阵列386上的光384的所确定的位置确定BHA 18的弯曲量。

图11是沿着图10的线11-11截取的图10的第三杆380的剖视图。在第三杆380的非弯曲构型中，光384在光检测器阵列386中基本上扶正，从而假设发射器382关于光检测器阵列386扶正。当第三杆380基本上笔直时，发射器382因此可以将光384发射到光检测器阵列386的中心上。这样，确定光384定位在光检测器阵列386的中心处指示第三杆380和BHA 18是基本上笔直的。有时，可以使用在发射器382与光检测器阵列386之间的已知偏移，使得光在偏心位置处的位置可以指示第三杆380和BHA 18是基本上笔直的。

图12是现处于弯曲构型的图10和图11的第三杆380的示意图。如图12所示，在弯曲构型中，由发射器382发射的光384偏心定位在光检测器阵列386上。通过沿第一横向方向402移动第三杆380的端部400而引起的(例如，由于BHA 18的弯曲而造成的)第三杆380的弯曲可导致光检测器阵列386以朝向与第一横向方向402相反的第二横向方向404的角度将光384发射到光检测器阵列386上。替代地，通过沿第二横向方向404移动第三杆380的端部400而引起的(例如，由于BHA 18的弯曲而造成的)第三杆380的弯曲可导致发射器382以朝向第一横向方向402的另一角度将光384发射到光检测器阵列386上。

图13是沿着线13-13截取的图12的第三杆380的剖视图。如上所述，光384沿着第二横向方向404定位在光检测器阵列386的中心上方。光384在光检测器阵列386上的特定位置可以与第三杆380的特定弯曲量相关联。例如，远离光检测器阵列386的中心的光384的位置可以指示第三杆380的较大弯曲量。尽管光384被示出为沿(在图13的取向上垂直示出的)第二横向方向404偏心定位在光检测器阵列386上，但是光384可以诸如沿着垂直于第一横向方向402和第二横向方向404(并且在图13中以水平方向示出)的第三横向方向410定位在光检测器阵列386上的其他位置中。以此方式，光384在光检测器阵列386上的具体位置可以用于确定第三杆380弯曲的角度。在已知光检测器阵列386在杆380处于非弯曲构型时相对于发射器382偏移的情况下，已知的偏移可与检测到的光384在光检测器阵列386上的位置一起用于确定杆380以及因此的BHA 18和可选的底盘204的弯曲。

参考图3至图13描述的技术可用于通过BHA 18到钻铤200和钻铤200内的内部组件201的弯曲传递确定BHA 18的弯曲应变变形。相同或其他技术任选地可用于其他类型的应变变形，包括钻铤的扭转或轴向应变。另外，可能期望以其他方式将传感器附接到BHA 18。例如，在一些情况下，由经训练的人员在受控环境中将应变仪附接到现有部件上可能是非期望的，因为它可增加与运输应变仪或相关联的部件(例如，底盘204)、培训人员、准备和维护控制器环境等相关联的成本。这样，可能期望在未在受控环境中将应变仪安装到BHA 18上的情况下将传感器实现到BHA 18。

图14至图20涉及将多个应变仪放置在BHA 18的(例如，耦接到底盘或钻铤的)中间部件(例如，电子板或其他板)上以确定一种或多种类型的应变变形。与BHA 18的其他现有部件(例如，底盘202、底盘204、钻铤200或分流器206)相比，将应变仪附接到中间部件上可能更为容易。例如，多个应变仪可以在受控环境中实现到中间部件上，并且然后中间部件可以在受控环境外部耦接到底盘204或钻铤202。为此，出于实现应变仪的目的，BHA 18的底盘204和其他部件不必运输到受控环境或以其他方式在受控环境中进行处理。因此，例如，与在受控环境中将应变仪直接附接到底盘204上相比，这种过程可能更容易、更方便、成本更低、耗时更少并且更高效。

图14是BHA 18的透视图，其中未示出诸如单独的钻铤200的某些部件以便更好地对BHA 18的其他方面进行可视化。BHA 18可以包括耦接到底盘204的电子板430(例如，第三控制板)。电子板430可以诸如基于钻铤200的应变变形用于BHA 18的操作中，以测量或记录井筒内的数据、控制井筒的轨迹、发送或接收数据等。此外，钻铤200的应变变形可以传递到底盘204并且传递到电子板430上(或者从钻铤200直接传递到电子板420，其中电子板430安装在钻铤200的凹槽或凹部中)。例如，电子板430可以通过紧固件、焊缝、粘合剂(例如，环氧树脂)或另一个合适的部件耦接到底盘204，其使钻铤200的应变变形能够传递到底盘204并且传递到电子板430。换句话说，例如，钻铤200的伸长使底盘204伸长，从而(例如，通过将电子板430耦接到底盘204或直接耦接到钻铤200的可选部件的伸长)使耦接到底盘204的电子板430伸长。电子板430的应变变形因此可以用于确定钻铤200的对应的应变变形。

多个应变仪432可以附接到电子板430，以确定电子板430的应变变形。应变仪432可以包括一种或多种不同类型的应变仪，每种不同类型提供与电子板430的特定类型的应变变形相关联的读数。在某些情况下，电子板430可能已经是BHA 18的现有部件，并且可以用于控制或监测BHA 18或井筒的某些部件。以此方式，将应变仪432直接附接到电子板430上可以将应变仪432安装到BHA 18中，而不必利用另外的部件，从而限制了制造BHA 18的成本。有时，多个应变仪432可以附接到诸如板434的另外的部件，而不是直接附接到电子板430。板434可以通过紧固件、焊缝、粘合剂、另一个合适的部件或整体制造耦接到底盘204或钻铤200或者形成在底盘204或钻铤200中，其使钻铤200的应变变形能够传递到板434。通过将应变仪432耦接到板434而不是电子板430，应变仪432可以容易地附接到BHA 18或甚至在不移除电子板430(例如，以替换应变仪432)的情况下从BHA 18移除。板434也可以是可移除的，以允许移除应变仪432。

如本文所使用，术语“板”意图覆盖应变仪432可以耦接到的并且不同于封闭内部组件的钻铤的各种不同表面中的任一者。板不限于具有平面表面；然而，本公开的弯曲的板将通常具有一定的曲率半径，所述曲率半径为所附接到的钻铤或底盘的曲率半径的至少2倍、3倍、5倍、10倍、15倍或20倍大。例如，直径为8英寸(0.2m)且半径为4英寸(0.1m)的底盘可在其中或其上具有板，所述板通常是平坦的，或者具有以下的曲率半径：10英寸(0.25m)或更大、20英寸(0.5m)或更大或者50英寸(1.3m)或更大。另外，即使在三维形状或其他轮廓形状的情况下，本公开的板也将提供大致平行的相反表面。通常，出于本公开的目的，具有穿过其中的流动路径的环形部件将不被认为是板。

图15是图14的电子板430的第一表面446的顶视图。扭转应变仪452耦接到电子板430的第一表面446，并且可选地定向和定位成沿着延伸通过电子板430的中心线453。扭矩应变仪452的电阻度数可以指示电子板430所耦接到的部件的扭转(例如，底盘204或板434如箭头449表示那样围绕中心线453)，所述扭转引起电子板430的剪切应变和变形。剪切应变可以一定角度(例如，以45°角)使扭转应变仪452的第一区段448和扭转应变仪452的第二区段450中的材料纤维伸长或缩短，以使扭转应变仪452的电阻度数能够受到扭转应变的影响。因此，扭转应变仪452的电阻度数可以用于确定电子板430所耦接到的部件是否正在经受扭转。然而，扭转应变仪452的电阻读数可基本上不受电子板430的其他应变变形的影响，因为其他应变变形可能不会以45°角使第一区段448和第二区段450中的材料纤维伸长或缩短。

另外，平面内弯曲应变仪456(包括应变仪456A和456B)可以在电子板430的第一表面446上。第一平面内弯曲应变仪456A在中心线453的一侧451上，并且第二平面内弯曲应变仪456B在中心线453的另一侧455上并且沿着垂直于中心线453的横向轴线457与第一平面内弯曲应变仪456A对准。平面内弯曲应变仪456可共同用于确定使电子板430绕垂直轴线458弯曲(即，从第一表面446的顶视图可见的平面内弯曲)的存在。例如，使电子板430沿第一弯曲方向460弯曲可以使第一平面内弯曲应变仪456A缩短，并且可以使第二平面内弯曲应变仪456B伸长，从而改变(例如，减小)第一平面内弯曲应变仪456A的电阻度数并且改变(例如，增大)第二平面内弯曲应变仪456B的电阻度数。以这种方式，平面内弯曲应变仪456相对于彼此的电阻度数可以用于确定电子板430是否正在经受平面内弯曲。平面内弯曲应变仪456可基本上不受电子板430的其他应变变形的影响，因为其他形式的应变变形将等同地影响平面内弯曲应变仪456的几何变化，并且因此不改变两个面内弯曲应变仪456A、456B相对于彼此的电阻度数。

此外，第一平面外弯曲应变仪462A和第一轴向应变仪464A也可在第一表面446上。第一平面外弯曲应变仪462A和第一轴向应变仪464A两者均沿着中心线453定位。第一平面外弯曲应变仪462A可用于促进确定电子板430是否正在经受平面外弯曲或绕横向轴线457的(并且从延伸电子板430的长度的侧表面447可观察的)弯曲。第一轴向应变仪464A可以用于促进确定电子板430是沿着纵向轴线454经受拉伸(例如，伸长)力还是压缩(例如，缩短)力。此类技术将在本文中(包括关于图16)进一步描述。

图16是第二表面490的底视图，第二表面490可以与电子板430的第一表面446正相反。第二平面外弯曲应变仪462B可以沿着第二表面490上的中心线453，并且沿着垂直轴线458与第一平面外弯曲应变仪462A对准。相对于第一平面外弯曲应变仪462A的电阻度数的第二平面外弯曲应变仪462B的电阻度数可以用于确定电子板430是否正在经受平面外弯曲。举例来说，使电子板430沿第二弯曲方向492绕横向轴线457弯曲可以使第二平面外弯曲应变仪462B伸长，并且可以使第一平面外弯曲应变仪462A缩短，从而改变(例如，增大)第二平面外弯曲应变仪462B的电阻度数，并且改变(例如，减小)第一平面外弯曲应变仪462A的电阻度数。以此方式，平面外弯曲应变仪462相对于彼此的电阻度数可用于确定电子板430是否正在经受平面外弯曲，并且平面外弯曲应变仪462的电阻度数可基本上不受电子板430的其他应变变形的影响。

第二轴向应变仪464B也可以沿着第二表面490上的中心线453，并且沿着垂直轴线458与第一轴向应变仪464A对准。每个轴向应变仪464的电阻度数可用于确定电子板430沿着纵向轴线454和横向轴线457的拉伸/压缩应变变形。例如，施加在电子板430上的拉伸力可以使电子板430沿着纵向轴线454沿第一轴向方向494伸长，并且由于泊松效应，拉伸力还可使电子板430沿着横向轴线457沿第二轴向方向496缩短。也就是说，随着沿着纵向轴线454拉伸，电子板430可沿着横向轴线457变得更薄，因为材料从横向轴线457拉至沿着纵向轴线454。两个轴向应变仪464的电阻度数可以指示电子板430沿第一轴向方向494的伸长和电子板430沿第二轴向方向496的缩短，并且电阻度数可以与拉伸力相关联。此外，通过将第一轴向应变仪464A放置在第一表面446上并且将第二轴向应变仪464B放置在第二表面490上，电子板430的其他应变变形基本上不影响轴向应变仪464的电阻度数。举例来说，电子板430沿第二弯曲方向492的平面外弯曲可以增加第二轴向应变仪464B的电阻度数，并且还可以减小第一轴向应变仪464A的电阻度数。电阻的相应变化可以相互抵消掉，使得轴向应变仪464的总电阻读数不受电子板430的平面外弯曲的影响。轴向应变仪464也可不受扭转和平面内弯曲的影响。因此，本公开的应变仪可以与电桥电路连接，使得每组应变仪选择性地响应于具体方向或类型的变形，并且对沿其他方向的变形不太敏感或根本不敏感。

可以在电子板430上包括另外的传感器。例如，电子板430可以包括传感器，所述传感器确定由电子板430相对于底盘204的振动引起的应变或者简单地测量振动。此类传感器可以响应于电子板430在特定频率以上(例如，在2.5kHz以上，在5kHz以上等)的移动。还应注意，电子板430的其他变形可不影响应变仪452、456、462、464的应变变形读数。例如，温度升高可以使电子板430沿每个方向伸长，从而以不影响扭转、平面内弯曲、平面外弯曲或轴向应变的相应读数的方式改变应变仪452、456、462、464的电阻。也就是说，温度变化可以等同地影响每个应变仪452、456、462、464的材料纤维的变化，并且不改变将指示应变变形的相对电阻度数。例如，对于轴向应变仪464，温度的升高可导致电子板430沿着纵向轴线454和横向轴线457伸长。电子板430的第一表面446沿着纵向轴线454的伸长的百分比可以基本上等于电子板430的第二表面490沿着纵向轴线454的伸长的百分比，并且第一表面446沿着横向轴线457的伸长的百分比可以基本上等于第二表面490沿着横向轴线457的伸长的百分比。这样，在轴向应变仪464之间不存在电阻度数的实质差异，从而指示不存在由温度变化引起的应变变形。因此，由应变仪452、456、462、464提供的信号或反馈准确地表示感兴趣的特定应变变形，并且进行温度补偿。

有时，应变仪452、456、462、464可用于监测电子板430的状况。也就是说，应变变形的读数可以用于确定电子板430的结构完整性，诸如与电子板430相关联的焊接接点或电路迹线的疲劳。举例来说，所确定的电子板430的应变变形可以用于确定施加到电子板430上的应变负载，或者用于确定电子板430是可用于BHA 18的操作还是有待进行替换。在另一个实例中，应变变形可以用于确定如何改进电子板430的设计或如何在将限制施加的应变变形的位置实现电子板430。例如，在钻井系统10的操作期间(例如，通过使钻头或钻铤与地质地层物14接合)施加到电子板430上的负载可能导致电子板430变形。电子板430的应变变形可以用于确定限制施加到电子板430上的力的方式(例如，将电子板430附接到不同的位置处、实现保护系统)。例如，电子板430可以存储关于应变变形的信息，并且可以在钻井操作或后操作期间分析所述信息，以确定钻井系统10的操作对电子板430的影响。

应注意，除了应变仪452、456、462、464之外或作为其的替代方案，可以使用不同的应变仪来确定前述应变变形或确定其他类型的应变变形。实际上，可以以任何合适的方式来修改应变仪应变仪452、456、462、464的布局，以确定感兴趣的任何特定类型的应变变形。此外，应变仪452、456、462、464可以沿着BHA 18的不同长度或区段实现。这样，可以确定BHA18的不同区段的应变变形，以便在任何给定时刻确定BHA 18的更准确的取向。应变仪452、456、462、464可以是箔式应变仪或任何其他合适类型的应变仪。

图17是BHA 18的不同部件在说明性钻井操作期间随时间推移的应变的图520。第一曲线图522示出了底盘204随时间推移的应变，并且第二曲线524示出了电子板430随时间推移的应变。如图520所示，第一曲线图522和第二曲线图524大致在相同时间且在相同方向上变化，并因此在时间和方向上彼此对应，这指示电子板430的应变大致在时间和方向上与底盘204的应变对应。所测量的应变的相对量值可能会有所变化。例如，在时间526之前，第一曲线522可始终大于第二曲线524。为此，可以实现量值校准或校正以调整第二曲线524以更准确地表示第一曲线522。在时间526之后，第二曲线图522可以示出始终大于第一曲线图524的量值。例如，在时间526处，特定事件可以影响BHA 18或者BHA 18可以特定操作进行操作以引起电子板430中的残余应变，所述残余应变导致电子板430的应变变形大于底盘204的应变变形。结果，在确定已发生此类事件或操作时，可以实现另一量值校准以调整第二曲线524以更准确地表示第一曲线522。附加地或替代地，图520可以用于确定电子板430是否牢固地耦接到底盘。也就是说，图520可以用于确定电子板430是否要更牢固地耦接到底盘204以限制电子板430与底盘204之间的移动。例如，通过示出不在时间和方向上对应的相对应变，可以确定电子板430相对于底盘移动。

图18是BHA 18的侧视剖视图，其中应变仪550耦接到与电子板430分开的板552。板552通过诸如螺钉或定位销(例如，机械紧固件)的紧固件554耦接到底盘204和电子板430，以形成堆叠构型。紧固件554可以将底盘204(或钻铤200)的应变变形传送到电子板430和板552上，使得由应变仪550确定的应变变形指示电子板430和底盘204的相应的应变变形。这样，使用应变仪550确定的应变变形可以用于控制BHA 18，以引导BHA 18通过井筒12，限制电子板430的应变变形，评估工具设计，评估操作参数等。有时，板552可以通过另一个部件(诸如，焊缝、粘合剂、板552的安装特征或另一个合适的部件)耦接到底盘204或电子板430，所述另一个部件将底盘204的应变变形传递到电子板430和板552上。有时，板552可耦接到底盘204而不耦接到电子板430，或者板552可耦接到钻铤200(例如，以直接确定钻铤200的应变变形)。

板552可以由诸如具有低刚度(即，更具弹性的材料)或具有更薄的横截面的金属、金属合金或聚合物的材料制成，以使底盘204能够移动以导致板552更容易地移动，从而限制板552相对于底盘204的(例如，由于滑动造成的)其他移动。换句话说，底盘204将应变更容易地传送到板552，而不必施加显著的附接力以将板552与底盘204耦接到一起。因此，板552的应变更准确地对应于底盘204的应变。此外，板552可以由具有与底盘204类似的热膨胀系数的材料制成，使得温度的变化不会导致板552相对于底盘204移动。

板552可以(例如，通过松开或移除紧固件554)容易地耦接到底盘204和与底盘204解耦。可以实现应变仪550和板552的组件并且在不将BHA移动到受控环境的情况下将其从BHA 18移除。例如，诸如在维护期间、在替换BHA 18的部件期间或者甚至在井场处，应变仪550和板552可容易地从BHA 18移除并且然后重新附接到BHA 18。又如，应变仪550和板552可以耦接到任何现有BHA 18，诸如以改装到现有底盘204上。以这种方式，板552提供了更大的灵活性以将应变仪550实现到特定的BHA 18上。

板552可以形成为特定形状，所述特定形状使板552能够更响应于特定的应变变形并且避免受其他应变变形的影响。例如，图19是具有挠曲板580的BHA 18的透视图，所述挠曲板580可以特别地响应于扭转应变。挠曲板580可具有两个安装表面582A、582B(统称为安装表面580)，其可耦接到底盘204、钻铤200或BHA 18的(例如，在部件内形成的凹槽或腔体内、在工具的盖子内等的)另一个合适的部件。每个安装表面582包括开口583，所述开口583使紧固件能够插入穿过其中，以将安装表面582耦接到底盘204、钻铤200等。另外地或替代地，安装表面582可以通过焊缝、粘合剂等耦接到底盘204或钻铤200。挠曲板580可另外移除一些区段584A、584B、584C(统称为区段584)，以形成两个臂586A、586B(统称为臂586)。臂586跨挠曲板580的宽度或长度大致扶正。如图19所示，第一安装表面582A的第一区段584A被移除，并且第二安装表面582B的第二区段584B和第三区段584C被移除。应变仪550可然后附接到每个臂586。

挠曲板580的几何形状可以使底盘204的扭转变形能够容易地传递到挠曲板580。举例来说，底盘204的扭转变形可集中到臂586中并且改变应变仪550的相应电阻。将应变仪550的读数相互比较以确定挠曲板580和底盘204的扭转应变。例如，第一安装表面582A可以沿第一旋转方向588扭转，并且第二安装表面582B可以沿与第一旋转方向588相反的第二旋转方向590扭转。结果，第一臂586A可以伸长并且第二臂586B可以缩短，从而改变(例如，增大)第一臂586A上的第一应变仪550A的电阻度数，并且改变(例如，减小)第二臂586B上的第二应变仪550B的电阻读数。应变仪550之间的电阻度数的差异可用于确定挠曲板580和BHA18的扭转。

挠曲板580的几何形状和应变仪550在挠曲板580上的放置可以避免或限制其他应变变形干扰扭转应变确定。更具体地，平面外弯曲、平面内弯曲或轴向应变可不影响应变仪550相对于彼此的读数，并且此类应变变形可不通过应变仪550确定。以这种方式，应变仪550的相对电阻度数的任何变化可以是挠曲板580的扭转应变的结果，而对其他类型的应变的敏感性最小或不具有敏感性。

图20是可用于将应变仪550耦接到底盘202、底盘204、钻铤200、BHA 18或其他部件的十字板610的顶视图。十字板610集中扭转变形以更容易地传递扭转应变。十字板610包括四个支腿612，所述四个支腿612延伸远离包括应变仪550的中心区段614。每个支腿612可以(例如，通过插入穿过每个支腿612的相应开口616的紧固件)耦接到底盘204、钻铤200等。在十字板610的(例如，由于底盘204的扭转应变造成的)扭转负载下，支腿612可相对于彼此移动，从而将扭转应变传递到中心区段614上。可类似于扭转应变仪452的应变仪550然后可以确定所传递的扭转应变以确定BHA 18的扭转应变。

十字板610可以使扭转应变能够更直接地传递到中心区段614上，以通过应变仪550进行确定并且提供均匀的应变场来测量扭转应变。应注意，在一些情况下，任何板与BHA18的部件之间的附接可影响与板相关联的扭转应变读数。例如，在部件的扭转期间在矩形板552与BHA 18的部件之间的耦接点(例如，紧固件)处可能存在移动，诸如因为板552具有抗扭转性。这样的移动可限制传递到板552并由应变仪550确定的扭转应变的量，从而影响由应变仪550生成的表示部件的扭转应变的扭转应变读数的准确性。可将移动考虑到扭转应变读数中(例如，可以基于移动校准或校正扭转应变读数)，或者可以通过添加粘合剂、实现锁定部件或其他另外的组装步骤来限制移动。然而，由于十字板610使扭转应变能够更高效地从部件传递到十字板610上，因此在十字板610与部件之间的耦接点处可存在较少的移动。结果，由应变仪550生成的扭转应变读数可以准确地表示BHA 18的部件的扭转，而不必执行另外的组装步骤。

图19和图20的板可以容易地传递扭转应变，但是其他板可以用于相同或其他类型的应变变形。因此，BHA 18可以采用具有特定几何形状的板，所述特定几何形状集中了除了扭转应变之外的应变变形。各种板可以定位在BHA 18的不同位置处。例如，挠曲板580或十字板610可以被实现在BHA 18的其中扭转应变特别令人感兴趣的区段处，并且另一个板可以定位在BHA的其中平面外弯曲特别令人感兴趣的不同区段处。因此，可以更准确地确定感兴趣的具体类型的应变变形。

图21和图23示出了用于力感测结构的板和设计的另外的实例。应变仪布置与电子传感电路一起使用，并且可以适用于沿一个、两个或多个方向测量弯曲应变。在图21中，示例性板752具有由轴769(x轴)、767(y轴)和771(z轴)表示的三维形状。板752包括沿着垂直轴线771延伸的四个柱765。两个侧壁761沿着横向轴线767和垂直轴线771延伸。柱765和侧壁761可以提供竖直元件或间隔元件，所述竖直元件或间隔元件可以用于增加应变仪之间的间隔，以超过可由相对平坦或二维的板提供的间隔。例如，在相对平坦的板的情况下，应变仪之间的物理间隔可能较小，因为它可能为板的厚度。结果，来自应变仪的测量弯曲的信号也可能相对低。通过提供增加的物理间隔，可以更容易地检测到弯曲(例如，平面外弯曲)，因为信号可以甚至增大至少一个数量级。

对于板752，可以沿着多个弯曲轴线(诸如x轴769和垂直轴线771)进行弯曲测量。可以使用四个应变仪测量围绕每个轴线的弯曲。例如，为了测量围绕x轴769的弯曲，可以使用四个应变仪750A至750D。如图所示，应变仪750A、750B安装在侧壁761的上表面上。另外的应变仪750C、750D可以安装在侧壁761的底表面上或另一个平行表面上。例如，在图21中，侧壁761包括切口，并且切口的下表面提供了定位应变仪750C、750D的表面。应变仪750A至750D在x轴769上对准(或在沿着横向轴线767的相同位置处对准)，并且应变仪750A、750B处于垂直轴线771上的相同高度。应变仪750C、750D也可以处于沿着垂直轴线771的相同高度，但是处于与应变仪750A、750B不同的高度。沿着垂直轴线771的差异可提供上应变仪750A、750B与下应变仪750C、750D之间的垂直或竖直偏移，这会增加两组应变仪之间的差分弯曲信号，所述两组应变仪形成图22的完整惠斯登电桥电路。结果，当板752绕x轴769变形时，侧壁761将处于拉伸或压缩状态，从而导致应变仪750A至750D变长或变短。例如，当绕图21中的x轴769弯曲时，应变仪750A、750B可以变长(增大电阻)，而应变仪750C、750D可以同时变短(减小电阻)。

应变仪750E至750H可以类似的方式用于测量绕垂直轴线771的弯曲。特别地，应变仪750E、750F可以位于侧壁761的切口上方的内表面上，而应变仪750G、750H可以位于侧壁761的切口下方的内表面上。由于这种定位，应变仪750F和750H在图21中不可见。然而，应变仪750E至750H有时位于侧壁761的外表面上。

板752(以及对应的应变仪750A至750H和感测电路)选择性地响应于相应的弯曲，其中对绕另一个轴线的弯曲的输出不产生串扰或产生微不足道的量的串扰。因此，绕x轴769的弯曲几乎没有或没有因绕垂直轴线771的弯曲而产生的串扰，绕z轴771的弯曲同样也几乎没有或没有因绕x轴769的弯曲而产生的串扰。此外，所描述的感测电路可以补偿环境温度的任何变化，并且使因感应到的其他应变而产生的机械串扰最小化。此类其他应变可以例如通过以下而形成：钻压的变化(无论轴向拉伸还是压缩)，以及由于扭转而产生的那些变化。情况可能是这样：因为那些力对侧壁761产生等同或非常小的变化，从而使电桥电路平衡不受影响。

板752还可以用于提供类似于关于图18所描述的结构的堆叠或嵌套的结构。在图21中，例如，以假想线示出了电路板730。可以将电路板730定位在柱765中的切口中，或者以其他方式使电路板730在板752的基部与上表面之间浮动。当以这种方式定位时，电路板730可以诸如通过使用弹性体安装件而与结构的挠曲隔离，或者甚至可以使用电子密封化合物(例如，可从道康宁公司(Dow Corning Corporation)获得的SYLGARD)完全密封在内部。这样的化合物可以使所述板固定在板752内部，同时仍允许板752上的一些挠曲自由度以允许感测电路进行操作。

板752可以用于检测扭转应变(例如，以确定板752上的扭矩，并且最终确定钻铤200上的扭矩)，这可选地与确定(例如，沿着x轴769或垂直轴线771的)弯曲组合进行。图24是板752的顶视图，其中板包括十字形区段710。十字形区段710可以与侧壁761、柱765或其他部件一体地形成或以其他方式耦接到侧壁761、柱765或其他部件。例如，十字形区段710的四个支腿712可以耦接到板752的基部763。十字形区段710在也允许电路板(例如，电路板730)也耦接到板752的位置处与板752的基部763或其他部分一体地形成或以其他方式耦接到板752的基部763或其他部分。

十字形区段710可以类似于图20的十字板610的方式使用，以将应变仪750J耦接到底盘、钻铤、BHA、电路板或其他部件。十字形区段710集中扭转变形以更容易地传递扭转应变。因此，四个支腿712可以延伸远离包括应变仪750J的中心区段。支腿712还可包括开口，以允许将十字形区段710耦接到电路板、钻铤、底盘等；然而，板752也可以其他方式可移除地紧固到此类部件。例如，如图21和图24所示，开口716可以定位在柱765中而不是在支腿712中。开口716可以定位成可选地允许改装到现有工具中，或者可以定位成用于定制工具。具体类型的紧固件可以有所变化，但是可以提供牢固且完全弹性的耦接，其几乎没有滑动或塑性变形。通过这种连接，应变仪750J可以响应于施加到钻铤的扭矩而变形。然后，应变仪750J本身可以具有被选择为对此类变形敏感的图案和附接件(例如，V形图案可用于扭矩)，并且校准可用于将在十字形区段710上测量的应变与施加到钻铤的扭矩相关。

板752仅是说明性的，并且可以任何数量的方式发生变化，并且也可以由任何合适的材料制成。例如，板752可以由金属、金属合金、复合材料、有机材料或聚合物材料或其组合形成。板752也可以任何合适的方式形成。例如，板752可被机加工、铸造/成型、增材制造或以任何其他合适的方式生产。形状也可以根据需要诸如通过修改十字形区段、侧壁、柱等的形状而有所变化。尺寸也可以有所变化以在相同电桥中的应变仪之间提供更大或更小的间隔，并且应变仪可以用于测量任何合适的应变，并且不限于平面内弯曲、平面外弯曲、轴向应变或扭转应变。

图25是用于基于确定的应变变形来操作钻井系统或其部件(例如，钻井系统10、钻柱16或BHA 18)的方法840的流程图。方法840可以由诸如数据处理系统160的控制器执行，并且可以针对本文所述的BHA 18中的任一者执行。在框842处，数据处理系统160从传感器(例如，传感器167)接收反馈或另一个信号，所述传感器可以包括本文讨论的应变仪或替代性传感器中的任一者或任何其他合适的传感器。此类反馈指示BHA 18的应变变形，包括部件(例如，底盘204、钻铤200、电子板430等)的平面外弯曲、平面内弯曲、扭转或轴向应变。

在框844处，数据处理系统160基于从传感器167接收到的反馈操作钻井系统10。例如，反馈(例如，平面外弯曲应变高于阈值应变)可指示BHA 18可能沿偏离期望井眼路径的路径引导钻头20，并且转而朝向远离目标位置的预计位置钻出井筒12。结果，可以调节钻井系统10的特定操作(诸如钻头20的旋转速度或WOB)，以(例如，在确定预计位置与目标位置相差阈值距离时)改变弯曲并朝向目标位置驱动BHA18。在另一个实例中，反馈可以指示非期望的力施加到BHA 18上，并且可影响BHA 18的性能(例如，井筒12的质量)或者BHA 18的结构完整性或其他健康状况。因此，可以调整钻井系统10的操作以减小或限制非期望的力的影响。

为了提供简洁的描述，并未描述实际实现方式的所有特征。术语“包含”、“包括”和“具有”是包括性的，并且意指除了所列元件之外，可能还存在另外的元件。对具体实例的描述不意图被解释为排除并入相同或其他特征的另外的实例或特征的存在。此外，由“或”连接的替代性特征或方面的列表意图指示可包括此类特征或方面中的一者或多者，而不是此类特征仅仅是替代方案。

尽管描述主要参考用于提取烃类的井下钻井操作，但是本公开的实施方案与任何特定的环境、产业或应用无关。例如，用于形成井筒以设置公用事业管线的钻井技术也适用于本公开。此外，应变的测量结果可影响装备的操作性能的任何产业或应用都可以利用本文中的方面，包括在汽车、航空航天、建筑、制造、采矿和替代能源产业和应用中。

本文的实例容许各种修改和替代性形式。权利要求并不意图限于所公开的特定形式，而是意图覆盖落在鉴于本公开的权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代方案。

Claims (20)

1.一种钻柱的底部钻孔组件(BHA)，所述BHA包括：

钻铤；

板，所述板耦接到所述钻铤；以及

应变仪，所述应变仪耦接到所述板并且被配置为输出与所述板的应变变形相关联的信号。

2.如权利要求1所述的BHA，其还包括：

底盘，所述底盘耦接到所述钻铤，其中所述钻铤围绕所述底盘、所述板和所述应变仪进行定位。

3.如权利要求1所述的BHA，所述BHA还包括电子板，所述电子板耦接到所述板或作为所述板的一部分，并且被配置为接收由所述应变仪输出的所述信号并进行基于所述信号操作所述BHA或基于所述信号存储应变变形信息中的一者或多者。

4.如权利要求1所述的BHA，所述板包括电子板，所述电子板：

通信地耦接到所述应变仪；

被配置为接收由所述应变仪输出的所述信号；并且

基于所述信号操作所述BHA，基于所述信号存储应变变形信息，或进行两者。

5.如权利要求1所述的BHA，所述应变仪包括：扭转应变仪、平面内弯曲应变仪、平面外弯曲应变仪、轴向应变仪或它们的任何组合。

6.如权利要求5所述的BHA，所述应变仪包括：

扭转应变仪，所述扭转应变仪在所述板的第一表面上，使得所述扭转应变仪的读数对应于所述钻铤的扭转变形并且与平面内、平面外和轴向应变变形隔离。

7.如权利要求5所述的BHA，所述应变仪包括：

第一平面内弯曲应变仪，所述第一平面内弯曲应变仪在所述板的第一表面上位于所述板的中心线的第一侧；以及

第二平面内弯曲应变仪，所述第二平面内弯曲应变仪在所述第一表面上位于所述板的所述中心线的第二侧并且沿着所述板的横向轴线与所述第一平面内弯曲应变仪基本上对准，使得所述第一平面内弯曲应变仪和所述第二平面内弯曲应变仪的读数对应于所述钻铤的平面内弯曲应变变形并且与扭转、平面外和轴向应变变形隔离。

8.如权利要求5所述的BHA，所述应变仪包括：

第一平面外弯曲应变仪，所述第一平面外弯曲应变仪沿着所述板的中心线在所述板的第一表面上；以及

第二平面外弯曲应变仪，所述第二平面外弯曲应变仪沿着所述中心线在所述板的第二表面上并且沿着所述板的垂直轴线与所述第一平面外弯曲应变仪基本上对准，使得所述第一平面外弯曲应变仪和所述第二平面外弯曲应变仪的读数对应于所述钻铤的平面外弯曲应变变形并且与扭转、平面内和轴向应变变形隔离。

9.如权利要求5所述的BHA，所述应变仪包括：

第一轴向应变仪，所述第一轴向应变仪沿着所述板的中心线在所述板的第一表面上；以及

第二轴向应变仪，所述第二轴向应变仪沿着所述中心线在所述板的第二表面上并且沿着所述板的垂直轴线与所述第一轴向应变仪对准，使得所述第一轴向应变仪和所述第二轴向应变仪的读数对应于所述钻铤的轴向应变变形并且与扭转、平面外和平面内应变变形隔离。

10.如权利要求1所述的BHA，所述板具有十字形状或者包括具有十字形状的部分，其中所述应变仪定位在所述十字形状的中心区段处。

11.一种钻柱的底部钻孔组件(BHA)，其包括：

底盘；

电子板，所述电子板耦接到所述底盘并且被配置为操作所述BHA；以及

应变仪，所述应变仪耦接到所述电子板并且被配置为将指示应变变形的信号发射到所述电子板，以使所述电子板至少部分地基于指示所述应变变形的所述信号来控制所述BHA的操作。

12.如权利要求11所述的BHA，所述电子板被配置为校准由所述信号指示的所述应变变形，以生成与所述底盘相关联的另外的应变变形。

13.如权利要求12所述的BHA，所述另外的应变变形表示所述底盘上的扭转。

14.如权利要求11所述的BHA，所述电子板被配置为：

基于所述信号确定所述BHA的预计位置；

将所述预计位置与目标位置进行比较；并且

操作所述BHA以朝向所述目标位置引导所述BHA。

15.如权利要求11所述的BHA，所述电子板被配置为：基于所述信号，操作所述BHA以减小由所述信号指示的所述应变变形，存储应变变形信息，或进行两者。

16.如权利要求11所述的BHA，所述应变变形包括：扭转应变、平面外弯曲应变、平面内弯曲应变、轴向应变或它们的任何组合。

17.如权利要求11所述的BHA，其还包括：

钻铤；以及

内部部件，所述内部部件包括所述底盘并且至少部分地位于所述钻铤内，所述内部部件耦接到所述电子板，使得所述电子板位于所述钻铤内，并且其中到所述电子板的指示所述应变变形的所述信号对应于所述钻铤上的扭矩。

18.如权利要求11所述的BHA，其还包括：板，所述板耦接到所述应变仪并且可移除地耦接到所述电子板，所述板具有十字形状或者包括十字形状部分。

19.一种用于在底部钻孔组件(BHA)内的井下工具中使用的板，所述板包括：

第一表面；

第二表面，所述第二表面平行于所述第一表面；

扭转应变仪，所述扭转应变仪耦接到所述第一表面或所述第二表面；

两个平面内弯曲应变仪，所述两个平面内弯曲应变仪各自耦接到所述第一表面或者各自耦接到所述第二表面，所述两个平面内弯曲应变仪位于所述板的中心线的相反侧并且沿着所述板的横向轴线对准；

第一平面外弯曲应变仪，所述第一平面外弯曲应变仪沿着所述板的所述中心线耦接到所述板的所述第一表面；

第二平面外弯曲应变仪，所述第二平面外弯曲应变仪沿着所述中心线耦接到所述板的所述第二表面并且沿着所述板的垂直轴线与所述第一平面外弯曲应变仪对准；

第一轴向应变仪，所述第一轴向应变仪沿着所述板的所述中心线耦接到所述板的所述第一表面；以及

第二轴向应变仪，所述第二轴向应变仪沿着所述中心线耦接到所述板的所述第二表面并且沿着所述垂直轴线与所述第一轴向应变仪对准。

20.如权利要求19所述的板，所述板包括电子板，所述电子板被配置为：从所述扭转应变仪、所述两个平面内弯曲应变仪、所述第一平面外弯曲应变仪、所述第二平面外弯曲应变仪、所述第一轴向应变仪、所述第二轴向应变仪或它们的任何组合接收相应的信号，并且基于从所述应变仪接收到的相应的信号操作所述BHA。

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