CN1365552A - 用于与地下测量仪器密封装置进行数据通信的方法和设备 - Google Patents

用于与地下测量仪器密封装置进行数据通信的方法和设备 Download PDF

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CN1365552A CN00808599A CN00808599A CN1365552A CN 1365552 A CN1365552 A CN 1365552A CN 00808599 A CN00808599 A CN 00808599A CN 00808599 A CN00808599 A CN 00808599A CN 1365552 A CN1365552 A CN 1365552A
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E·弗拉赛尔
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
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Abstract

提供了用于与被放置在钻探设备上的测量仪器密封装置通信的数据通信系统。钻探设备具有在第一和第二导电段之间的绝缘段。系统包括被连接到钻探设备的第一导电段和地的电源。接收机测量流过电源的电流。电通路被提供在钻探设备的第一和第二导电段之间。被提供在电通路中的开关根据由测量仪器密封装置产生的数据来断开和闭合电通路。

Description

用于与地下测量仪器密封装置进行数据通信的方法和设备
                    发明背景
发明领域
本发明总的涉及发送和接收地下活动的数据，更具体地，涉及在地面发射机/接收机和地下电子测量装置(诸如用于检测地下钻探设备的位置和状态的传感器)之间的数据通信。
在向下钻孔的钻井中，钻头组可以包括在钻头附近的测量仪器密封装置，以便监视钻探设备的地下部分在运行期间的位置和条件。由测量仪器密封装置产生的数据被发送到地面，以供操作者使用。
现有技术描述
从地下装置发送数据有几种方式。在所谓的有线结构中，来自测量仪器密封装置的数据是通过从测量仪器密封装置经过钻头组到地面的接收机的电线传输的。电线可以是使用钻头组作为返回通路的单个导体，或是诸如同轴电缆的双导线。电线可被使用来由地面的电源向测量仪器密封装置供电。典型地，这可达到至少约1200bps(每秒比特)的数据速率。
然而，除了其它缺点以外，有线结构对于电线连接故障特别脆弱。在钻探设备安装和运行期间必须细心地处理电线，以避免电线受到缠结或断开。而且，电线会由于扭曲、振动、反复弯曲和扭转、以及与钻探设备运行有关的其它机械力而被损坏。另外，有线结构可能需要旋转的电气连接，这趋于减小可靠度。
另一个传统的方法即泥浆脉冲遥测技术，依靠流过钻探设备的泥浆流的调制。在钻头运行期间，泥浆或钻探液体流过钻井。设置在钻头组末端附近的机构通过打开和闭合一个孔径而调制泥浆流。泥浆流中的调制被地面上的机构检测到。
由于泥浆脉冲遥测技术不需要在钻头组中有测量仪器密封装置与接收机之间的有线连接，它避免与有线连接有关的许多问题。然而，泥浆脉冲遥测技术只具有1-2bps的数据速率。而且，该技术需要机械运动部件，这就减小了可靠度。
另一个传统的方法使用无线的或电磁(EM)的结构，其中来自地下钻孔的测量仪器密封装置的数据作为电磁信号或脉冲被发送。测量仪器密封装置包括一个电源，它把电压施加在绝缘的缝隙上，由此而产生电磁场。该缝隙典型地是千分之几英寸宽，以及可以通过把一个绝缘外套提供在钻头组的两部分之间的连接面上而形成缝隙。EM脉冲被发送到钻探设备周围的电阻性的土壤中，以及被地面上的接收机接收。
由于EM结构像泥浆脉冲遥测技术一样，不需要在测量仪器密封装置与接收机之间的通过钻头组的有线连接，它避免与有线连接有关的许多问题。然而，EM结构也有许多缺点。
例如，因为被使用来提供电源以便产生EM脉冲的电池电源位于钻探设备的地下部分，而不是在地面，它不容易被接近以便进行充电或替换。而且，用于电源的电池增加了测量仪器密封装置的体积和重量。
另外，通过土壤发送EM脉冲需要较大的功率，以及它比起通过电线的传输，其数据速率低得多。采用EM结构的系统典型地只达到约5-20bps的数据速率。从实际考虑施加在电源上的体积和重量限制来看，这是特别不利的。
因此，需要一种发送地下活动的数据的改进的系统。
发明概要
本发明总的目的是提供用于与地下电子装置进行通信的数据通信系统，它克服传统的有线系统和电磁系统的缺点。
本发明的另一个目的是提供不需要有线连接的数据通信系统，有线连接可能被钻探设备缠结或断裂，或可能遇到由于与钻探设备运行有关的机械力而发生的故障。
本发明的另一个目的是提供数据通信系统，其中通信电源位于地面，而不是在钻探设备的地下部分，这样，它容易接近，以便充电和替换，以及不增加地下电子装置的体积和重量。
本发明的另一个目的是提供具有可与传统的有线系统的数据速率相比较的或超过它的数据速率的数据通信系统。
按照上述的目的，本发明的一个方面提供了用于与被设置在钻探设备上的测量仪器密封装置通信的数据通信系统。该钻探设备具有在第一和第二导电段之间的绝缘段。数据通信系统包括被连接到钻探设备的第一导电段和地的电源。接收机被连接来测量流过电源的电流。电通路被提供在钻探设备的第一和第二导电段之间。一个开关根据由测量仪器密封装置产生的数据来断开和闭合电通路。
本发明的另一个方面提供用于与地下电子装置通信的数据通信系统。数据通信系统包括第一导电段、被放置在地下和被电连接到电子装置的第二导电段、以及被放置在第一和第二导电段之间和连接第一和第二导电段的绝缘段。电源被连接到第一导电段和地。接收机测量流过电源的电流。一个开关被提供在第一和第二导电段之间的电通路中。该开关根据由电子装置产生的数据来断开和闭合电通路。
本发明的另一个方面提供用于与被设置在钻探设备上的地下测量仪器密封装置通信的数据通信方法。该钻探设备具有在第一和第二导电段之间的绝缘段。数据通信方法包括把电源连接到钻探设备的第一导电段和地的步骤。通过使用接收机来测量流过电源的电流。被提供在钻探设备的第一和第二导电段之间的开关根据由测量仪器密封装置产生的数据而被断开和闭合。
本发明的各个方面可以包括一个或多个以下的特性。
该开关可包括晶体管，诸如场效应晶体管。该开关可以把频移键控调制加到电通路中的电流上。
当电通路被开关断开时，测量仪器密封装置的内部的电源可以被在钻探设备的第一和第二导电段之间形成的电压所充电。
电通路可包括穿过钻探设备的绝缘段的电线。电线的末端可被连接到钻探设备的第一导电段。
开关可被电连接到测量仪器密封装置的导电的外壳，以及测量仪器密封装置的外壳可被电连接到钻探设备的第二导电段。
电源可以通过被插入到在地下测量仪器密封装置上方的地中的电线而被连接到地。测量仪器密封装置包括用于检测钻探设备的状态的传感器。
数据通信系统也可包括控制发射机，它用于把控制测量仪器密封装置的控制信号叠加在由电源产生的电流上。在测量仪器密封装置中的控制接收机可以接收控制信号和根据控制信号产生控制数据。控制发射机可以利用频移键控。
测量仪器密封装置可以根据电源的关断来启动用于内部电源的低功率消耗模式。测量仪器密封装置可以根据控制数据来启动用于内部电源的低功率消耗模式。
附图简述
图1是带有按照本发明的数据通信系统的钻探设备的方框图。
图2是按照本发明的钻头组的一部分的方框图。
图3是按照本发明的测量仪器密封装置的方框图。
图4是按照本发明的控制子系统的方框图。
图5是按照本发明的通信电路的方框图。
图6是通信系统测试设备的方框图。
详细描述
如图1所示，按照本发明，钻探机105使用被安置在向下钻孔的钻井中的钻头组110执行地下钻探。钻头组110包括一系列钻管115，以及在它的终结端具有钻头组件120。钻头组110包括测量仪器密封装置125，它靠近钻头120末端。
测量仪器密封装置125可包括各种各样的电子装置(诸如传感器)，以便检测钻头120的位置和取向。传感器也可检测钻探设备的状态和条件，例如，钻头组件的温度。在测量仪器密封装置中也可以提供其它类型的电子装置，诸如地质测试设备或油井监视设备。本发明提供当测量仪器密封装置125处在地下时与测量仪器密封装置中的电子装置的数据通信。
除了图1所示的水平钻探应用以外，本发明当然可被使用于其它应用，诸如垂直钻探。而且，本发明可被用于与生产井监视设备(诸如用于油井或气井的监视设备)进行通信。
为了说明本发明起见，钻头组110可被划分成三段。测量仪器密封装置125被安装在钻头组110的导电的底部段130中。底部段130通过绝缘段140而与钻头组110的上部段135分隔开。
地面电源145被连接到钻头组110的上部段135和地150。在电源145与钻头组110之间的连接可以是通过电线155。地连接可以通过在接近地下测量仪器密封装置125的上方的地点处被插入到地150的电线160而完成，或电线160可被连接到插入在地中的探针165。正如下面进一步讨论的，虽然探针165的插入点影响接收信号电平，但在系统安装期间，很容易确定有效的位置。
钻头组110的导电段135与130以及被连接到地面电源145的电线155与160构成通信电路的部件。通信电路的其余部分由两个其中电流要流过土壤的电路部分构成。这些电路部分的第一部分是在钻头组110的上部135和底部130导电段之间的缝隙。在这两个导电段之间有电流流过绝缘段140的周围的土壤。这些电路部分中的另一个部分是在钻头组110的底部导电段130与电源接地探针165之间的缝隙。同样地，在这两个地点之间有电流流过处在钻头组110的底部导电段130的上方的土壤。
地面电源145在通信电路中产生电流。因为电源145位于地面，而不是在测量仪器密封装置125中，它可以容易地被调节或用不同的电源替换，这可根据具体安装的需要而定。例如，对于其中土壤具有高的电阻性、或测量仪器密封装置被放置在更深的地下的安装情形，可以增加电源电平。
正如下面进一步讨论的，测量仪器密封装置125通过调制流过通信电路的电流而发送数据到地面。接收机通过测量在电阻172上的电压而测量和解调该电流，从而重现该数据。同样地，发射机175可被使用来通过把控制数据叠加在由电源145产生的电流上而发送控制数据给测量仪器密封装置125。
图2显示钻头组110的一部分，其中包括上部导电段135、绝缘段140、底部导电段130、测量仪器密封装置125、以及钻头组件120。测量仪器密封装置125被包含在安装在底部导电段130内的密封的金属外壳205中。
电线210从测量仪器密封装置125延伸通过绝缘段140，以及连接到上部导电段135。电线210可被使用来短路通过绝缘段140的周围的土壤的电流通路。换句话说，电流可被引导流过具有相对较低的电阻的电线210，或流过在绝缘段140周围的具有相对较高的电阻的土壤。对于已知的地面电源电压，将电流引导流过土壤的高的电阻通路，将会导致较低的电流水平，而将电流引导流过低电阻的电线210，将导致较高的电流水平。所以，测量仪器密封装置125可通过在这些电流通路之间交替流过电流而调制该电流。
如图3所示，电线210被连接到测量仪器密封装置125的控制子系统300。控制子系统300也被连接到测量仪器密封装置125的金属外壳。控制子系统300所以可以把电线210连接到与底部130导电段相连接的金属外壳205，由此，建立在上部135和底部130导电段之间的电连接。替换地，控制子系统300可被直接连接到底部导电段130。
测量仪器密封装置125包括用于测量参量的传感器305，这些参数诸如但不限于钻头组件120的取向和设备状态。传感器305的输出由数据获取子系统310接收，数据获取子系统把传感器305的输出变换成数字数据，以及把数据格式化用于发送。要被发送的数据被传送到控制子系统300，它根据编码的数据来调制电流。测量仪器密封装置125也包括内部的电源315，用于给传感器305、控制子系统300、和数据获取子系统310供电。
图4显示控制子系统300的部件。开关400如上所述地控制通过钻头组110的电流通路。当开关400被闭合时，电流流过连接上部135和底部130导电段的电线210。当开关400被断开时，电流流过在绝缘段140周围的土壤从而在上部135和底部130导电段之间流动。开关400可以由晶体管(诸如场效应晶体管(FET))来实施。替换地，可以使用其它开关机构。
开关400由微处理器405控制，它接收来自数据获取子系统310的传感器数据。微处理器405根据按照一种调制技术的接收数据来控制开关400。可以使用多种不同的调制技术，诸如频移键控(FSK)调制。
例如，通过使用FSK，微处理器405可以用以2400Hz的频率来断开和闭合开关400以便代表逻辑零，以及用以4000Hz的频率来断开和闭合开关400以便代表逻辑一。通过使用这个调制技术，可以达到约1200bps的数据速率，这大约比典型的无线EM系统快100倍。
如上所述，控制信号可被叠加在流过通信电路的电流上。控制信号由控制接收机410来检测，它把控制数据输出到微处理器405。
控制数据可被使用来在不需要传感器305的时间间隔期间命令功率控制415去关断内部电源315。替换地，功率控制415可以激活低的功率消耗模式，在该模式中只有测量仪器密封装置125的关键部件(诸如微处理器405)被供电。功率控制415也可被配置成根据地面电源145被关断而自动关断内部电源315。另外，当内部电源315被关断或处在较低功率消耗模式时，它可以通过使用在绝缘段140上形成的电压而被慢慢地充电。因此，内部电源315的寿命被延长，以及它的重量和体积可被减小。
如上所述，测量仪器密封装置125通过在经过绝缘段140周围的土壤的高电阻的电流通路与连接上部135和底部130导电段的低电阻电线210之间进行切换而调制通信电路中的电流。对于给定的电源电压，在这两条通路之间的切换改变通信电路的总的电阻，由此改变电流大小。
为了接收机能检测调制，电流幅度的改变必须足够大。因此，进行分析来估值在绝缘段周围的土壤的电阻，以便确定由于切换操作造成的电流幅度的改变。
在分析时，假定绝缘段为6米长(20英尺)。也假定等电位轨迹和电流流量分布是关于位于绝缘段的中点处的垂直面对称的。由于等电位面和流量分布的精确计算的复杂性，使用较简单的函数来近似这些函数，以便得到在一个数量级内的结果。
为了估计通过绝缘段周围的土壤的电阻，可以把施加到绝缘段上的总电压除以流过中点垂直面的电流。这个电流可被如下地估计：
(1)计算在中点平面处的对称轴的圆柱体的电阻。圆柱体具有0.1m的半径和0.1m的长度。 R = ρ 1 A = ρ 0.1 0.01 π ＝3.18ρΩ
(2)计算对于在这个圆柱体的两端之间的电压V之下流过这个圆柱体的电流。该电压可被估值为在中点处的梯度乘以圆柱体长度的乘积。
对于均匀电场，该梯度等于总电压V除以绝缘段的长度。然而，上部的和底部的导电段构成在绝缘段的每个末端处形成薄的电极，这导致在绝缘段的末端处的大的梯度，以及在中点处的最小梯度。中点电压梯度是约为0.2与0.5之间的值乘以该均匀的梯度。所以，在计算电流密度时，电压梯度将被估值为0.5V除以6.0m，这将等于0.083V/m。
电流(I)和中心线电流密度(J0)被给出为： I = 0.083 V × 0.1 3.18 ρ = 0.0026 V ρ Amps J 0 = 0.0026 V ( 0.1 π ) ρ = 0.083 V ρ Amps / m 2
(3)中心线的电流密度随半径增加平滑地减小。总的中间平面的电流可以通过假定电流密度保持在它的中心线的数值到一个1.5米的半径处(该段长度的1/3的半径的一个圆柱体)而被近似求出，然后随1.5米的电场折叠长度而指数衰减。这些假定产生对于电流密度的以下表示式：
J＝J0    0≤r≤15 = J 0 e - ( r - 1 . 5 ) 1.3 r > 1.5
(4)计算总的电流，即电流密度的积分乘以从中心线延伸到无穷远半径的中间面的面积： I 0 = J 0 [ 2.25 π + ∫ 1.5 ∞ 2 πr e - ( r - 1.5 ) 1.3 dr ] = J 0 [ 7.07 + 2 π ( 2.25 ) ∫ 0 ∞ ( x + 1 ) e - x dx ]
             ＝J0[7.07+14.14(Γ(2)+Γ(1))]
             ＝J0[7.07+14.14(1+1)]
             ＝35.4J0Amps
(5)把总的电压除以总的电流It，得到视在电阻： R = V 35.4 J 0 = Vρ 35.4 × 0.083 V ＝0.34ρΩ
(6)如图所示，为了确定当绝缘的部分被短路时的电流变化，可以假定该开关电路和导线具有0.5欧姆的电阻，它是与绝缘段的计算的视在电阻R相并联的。电路的其余部分(即钻头组的导电段、电源导线、和在底部导电段与电压接地连接之间的土壤通路)可被假定为具有电阻Rr。
电路的总的电阻Rt可以对于短路(开关闭合)和非短路(开关断开)条件作为电路的其余部分的电阻Rr的函数而被计算。这个计算是对于形成电阻率ρ的几个值进行的，如下表所示。
 形成电阻率       Rt未短路的      Rt短路的      比值
   0.1              0.068           0.066       1.03
   0.2              0.136           0.128       1.06
   0.5              0.34            0.297       1.14
   1.0              0.68            0.542       1.25
   2.0              1.36            0.968       1.40
   5.0              3.40            2.086       1.63
  10.0              6.80            3.836       1.77
  20.0              13.6            7.266       1.87
  50.0              34.0           17.485       1.94
 100.0              68.0           34.492       1.97
对于大于1.0欧姆-米的形成电阻率，当绝缘段被短路时，电流幅度改变25％或更多。即使低到0.1欧姆米的形成电阻率，也提供3％的改变，这对应于1A的总电流的30mA的改变。幅度的这样的改变是很容易被接收机检测到的。
除了上述的分析以外，通过使用图6所示的测试设备进行了测试。为了模拟电信号通过土壤的传输，测试设备包括一个4英尺×8英尺的水槽605，其中包含约2英寸高的水，添加有含量为500ppm的NaCl。钻头组用一段1/4英寸乘1/4英寸的不锈钢棒来模拟，它被做成如下的结构。上部导电段用一段5英尺长度的棒610来模拟，绝缘段用一个1英尺间隙段615来模拟，以及底部导电段用附加的一段1英尺长度的棒620来模拟。
被连接在100欧姆电阻630两端的电压表625被使用来表示接收机和测量流过电路的电流。电源635与电阻630串联，以及通过#18磁线660被连接到该5英尺段的棒。表示电源接地连接的探针640被连接到电阻630的另一端。探针640被加到水槽605的一系列间隔为3英寸的测量位置645，由此，完成测量电路。
在5英尺段610与1英尺段620之间连接有绝缘的线650和开关655，以表示被使用来短路钻头组的绝缘段的电通路。在每个测量位置645处，当开关655被断开和闭合时，可测量电阻630两端的电压。
下表显示使用5伏DC源在每个测量位置645处对于断开和闭合开关时在100欧姆电阻两端测量的电压。
  位置   开关闭合(V DC)   开关闭合(V DC)   ΔV(V DC)
    0123456789101112-1-2-3-4-5-6       1.11471.16341.28731.37421.44021.49701.52431.53651.53951.54351.54401.54621.55201.15731.27021.35441.38271.38821.3624     0.85620.89020.96161.01071.05601.10321.14851.19901.25121.30991.36471.42451.47230.86710.94460.98721.00661.02201.0265     0.2580.2730.3260.3630.3840.3940.3760.3380.2880.2370.1790.1280.0800.2900.3260.3670.3760.3660.336
下表显示对于被设置为4.781VAC和100Hz的AC源在100欧姆电阻两端测量的电压。在每个位置进行三组测量(对于开关断开和闭合)。
  位置    闭合(V AC)     断开(V AG)     闭合(V AC)      断开(V AC)      闭合(V AC)     断开(V AC)
    0   1.3278    1.0918    1.3115     1.0797     1.3215    1.0867
    1   1.3485    1.1056    1.3704     1.1194     1.3708    1.1197
    2   1.4894    1.1947    1.4832     1.1929     1.4805    1.1912
    3   1.5678    1.2483    1.5706     1.2497     1.5664    1.2469
    4   1.6370    1.2964    1.6402     1.2980     1.6410    1.2980
    5   1.6942    1.3440    1.6978     1.3473     1.6944    1.3451
    6   1.7245    1.3850    1.7317     1.3920     1.7274    1.3874
    7   1.7437    1.4368    1.7441     1.4377     1.7440    1.4362
    8   1.7517    1.4941    1.7449     1.4895     1.7455    1.4886
    9   1.7509    1.5473    1.7506     1.5488     1.7505    1.5470
    10   1.7534    1.6033    1.7512     1.6081     1.7527    1.6095
    11   1.7656    1.6630    1.7630     1.6633     1.7615    1.6642
    12   1.7693    1.7125    1.7704     1.7139     1.7708    1.7157
    -1   1.3810    1.1257    1.3702     1.1187     1.3746    1.1227
    -2   1.4782    1.1913    1.4853     1.1957     1.4832    1.1945
    -3   1.5509    1.2408    1.5510     1.2403     1.5512    1.2413
    -4   1.5853    1.2690    1.5852     1.2695     1.5850    1.2692
    -5   1.5865    1.2820    1.5879     1.2824     1.5894    1.2838
    -6   1.5615    1.2827    1.5645     1.2836     1.5660    1.2849
下表显示对于被设置为4.789VAC和300Hz的AC源在100欧姆电阻两端测量的电压。
   位置   闭合(V AC)   断开(V AC)      ΔV
    0     1.3437     1.1052     0.238
    1     1.3853     1.1327
    2     1.5015     1.2083
    3     1.5886     1.2644
    4     1.6612     1.3150
    5     1.7184     1.3638
    6     1.7481     1.4066
    7     1.7637     1.4563     0.307
    8     1.7687     1.5098
    9     1.7676     1.5660
    10     1.7712     1.6248
    11     1.7780     1.6802
    12     1.7838     1.7295
    -1     1.4027     1.1454
    -2     1.5036     1.2110
    -3     1.5746     1.2603
    -4     1.6065     1.2877
    -5     1.6112     1.3019
    -6     1.5840     1.3010
下表显示对于被设置为4.792VAC和1kHz的AC源在100欧姆电阻两端测量的电压。
   位置   闭合(V AC)   断开(V AC)     ΔV
    0     1.3657     1.1275     .186
    1     1.4002     1.1501
    2     1.5270     1.2325
    3     1.6133     1.2877
    4     1.6824     1.3348
    5     1.7380     1.3821
    6     1.7681     1.4246
    7     1.7815     1.4698     .312
    8     1.7840     1.5243
    9     1.7852     1.5798
    10     1.7883     1.6402
    11     1.7954     1.6975
    12     1.8014     1.7456
    -1     1.4287     1.1698
    -2     1.5316     1.2369
    -3     1.5982     1.2820
    -4     1.6274     1.3078
    -5     1.6280     1.3213
    -6     1.6051     1.3208
下表显示对于被设置为4.788VAC和3kHz的AC源在100欧姆电阻两端测量的电压。
   位置   闭合(V AC)   断开(V AC)     ΔV
    0     1.4091     1.1702     .239
    1     1.4375     1.1884
    2     1.5487     1.2602
    3     1.6420     1.3193
    4     1.7076     1.3630
    5     1.7627     1.4094
    6     1.7902     1.4489
    7     1.8054     1.4973     .308
    8     1.8072     1.5487
    9     1.8075     1.6027
    10     1.8066     1.6598
    11     1.8155     1.7204
    12     1.8272     1.7712
    -1     1.4564     1.2013
    -2     1.5586     1.2678
    -3     1.6263     1.3135
    -4     1.6562     1.3389
    -5     1.6580     1.3520
    -6     1.6335     1.3506
下表显示对于被设置为4.792VAC和1kHz的AC源，在100欧姆电阻两端测量的电压。
   位置   闭合(V AC)   断开(V AC)     ΔV
    0     1.4478     1.2190     .229
    1     1.4847     1.2427
    2     1.5965     1.3132
    3     1.6830     1.3670
    4     1.7427     1.4065
    5     1.7962     1.4502
    6     1.8246     1.4891
    7     1.8351     1.5314     .303
    8     1.8375     1.5815
    9     1.8366     1.6356
    10     1.8375     1.6912
    11     1.8431     1.7478
    12     1.8498     1.7928
    -1     1.5042     1.2563
    -2     1.6013     1.3172
    -3     1.6627     1.3580
    -4     1.6924     1.3827
    -5     1.6942     1.3940
    -6     1.6684     1.3930
如以上数据表示的不同的电压对测量位置并不过分敏感。所以，对应于电源接地探针165(图1)的测量探针640不一定必须被放置在直接在测量仪器密封装置125上方的地点。接地连接如有必要可被重新安置，以便改进测量信号电平。也发现，探针165的大的表面积产生增加的信号电平。
在进一步的测试中，将一个操纵工具(即，测量仪器密封装置)和操纵工具接收机被连接到测试设备。一个FET被用作为开关，并且被该操纵工具产生的频移键控(FSK)调制信号所控制。接收机成功地检测数据，其性能可以与有线通信系统相比较。
虽然上面详细地描述本发明的特定的实施例，但将会看到，这个描述仅仅是为了说明用的。除了上面描述的以外，本领域技术人员可以作出相应于优选实施例的揭示的方面的各种修改和等价结构，而不背离在以下的权利要求中规定的、本发明的的精神，本发明的范围被给予最广泛的解释，以便包括这样的修改和等价的结构。

Claims (36)

1.用于与被设置在钻探设备上的地下测量仪器密封装置通信的数据通信系统，钻探设备具有在第一和第二导电段之间的绝缘段，该数据通信系统包括：
电源，被连接到钻探设备的第一导电段和地；
接收机，被连接来测量流过所述电源的电流；
电通路，被提供在钻探设备的第一和第二导电段之间；以及
开关，被提供在所述电通路中，用以根据由测量仪器密封装置产生的数据来断开和闭合电通路。
2.权利要求1的数据通信系统，其中所述开关包括晶体管。
3.权利要求2的数据通信系统，其中所述晶体管是场效应晶体管。
4.权利要求1的数据通信系统，其中所述开关把频移键控调制施加到在所述电通路中的电流上。
5.权利要求1的数据通信系统，其中测量仪器密封装置的内部电源在电通路被所述开关断开时，被钻探设备的第一和第二导电段之间形成的电压充电。
6.权利要求1的数据通信系统，其中所述电通路包括穿过钻探设备的绝缘段的电线。
7.权利要求6的数据通信系统，其中所述电线的末端被连接到钻探设备的第一导电段。
8.权利要求1的数据通信系统，其中所述开关被电连接到测量仪器密封装置的导电的外壳，以及测量仪器密封装置的外壳被电连接到钻探设备的第二导电段。
9.权利要求1的数据通信系统，其中所述电源通过被插入到在地下测量仪器密封装置上方的地中的电线而被连接到地。
10.权利要求1的数据通信系统，其中测量仪器密封装置包括用于检测钻探设备的状态的传感器。
11.权利要求1的数据通信系统，还包括：
控制发射机，用于把控制测量仪器密封装置的控制信号叠加在由所述电源产生的电流上；以及
控制接收机，被设置在测量仪器密封装置中，所述接收机被连接来接收控制信号和根据控制信号产生控制数据。
12.权利要求11的数据通信系统，其中所述控制发射机利用频移键控。
13.权利要求11的数据通信系统，其中测量仪器密封装置根据所述电源的关断启动用于内部电源的低功率消耗模式。
14.权利要求11的数据通信系统，其中测量仪器密封装置根据控制数据启动用于内部电源的低功率消耗模式。
15.用于与地下电子装置通信的数据通信系统，数据通信系统包括：
第一导电段；
第二导电段，被设置在地下和被电连接到电子装置；
绝缘段，被设置在所述第一和第二导电段之间和连接所述第一和第二导电段；
电源，被连接到所述第一导电段和地；
接收机，被连接来测量流过所述电源的电流；以及
开关，被提供在所述第一和第二导电段之间的电通路中，所述开关用于根据由电子装置产生的数据来断开和闭合电通路。
16.权利要求15的数据通信系统，其中所述开关包括晶体管。
17.权利要求15的数据通信系统，其中所述开关把频移键控调制施加到在电通路中的电流上。
18.权利要求15的数据通信系统，其中所述电源通过被插入到在地下测量仪器密封装置上方的地中的电线而被连接到地。
19.用于与地下电子装置通信的数据通信系统，数据通信系统包括：
用于传导电信号的第一导电装置；
用于传导电信号的第二导电装置，所述第二导电装置被放置在地下和被电连接到电子装置；
绝缘连接装置，用于连接所述第一和第二导电装置；
电源，被连接到所述第一导电装置和地；
接收机，被连接来测量流过所述电源的电流；以及
调制装置，用于根据由电子装置产生的数据来断开和闭合在所述第一和第二导电装置之间的电通路。
20.权利要求19的数据通信系统，其中所述调制装置包括晶体管。
21.权利要求19的数据通信系统，其中所述调制装置把频移键控调制施加到在电通路中的电流上。
22.权利要求19的数据通信系统，其中所述电源通过被插入到在地下测量仪器密封装置上方的地中的电线而被连接到地。
23.用于与被设置在钻探设备上的地下测量仪器密封装置通信的数据通信方法，该钻探设备具有在第一和第二导电段之间的绝缘段，数据通信方法包括以下步骤：
把电源连接到钻探设备的第一导电段和地；
通过使用接收机来测量流过电源的电流；以及
根据由测量仪器密封装置产生的数据，断开和闭合被提供在钻探设备的第一和第二导电段之间的开关。
24.权利要求23的数据通信方法，其中开关包括晶体管。
25.权利要求24的数据通信方法，其中晶体管是场效应晶体管。
26.权利要求23的数据通信方法，还包括通过使用开关把频移键控调制施加到在电通路中的电流上的步骤。
27.权利要求23的数据通信方法，还包括在电通路被开关断开时由在钻探设备的第一和第二导电段之间形成的电压充电测量仪器密封装置的内部电源的步骤。
28.权利要求23的数据通信方法，其中电通路包括穿过钻探设备的绝缘段的电线。
29.权利要求28的数据通信方法，其中电线的末端被连接到钻探设备的第一导电段。
30.权利要求23的数据通信方法，还包括以下步骤：
把开关电连接到测量仪器密封装置的导电的外壳；以及
把测量仪器密封装置的外壳电连接到钻探设备的第二导电段。
31.权利要求23的数据通信方法，还包括把所述电源通过被插入到在地下测量仪器密封装置上方的地中的电线而连接到地的步骤。
32.权利要求23的数据通信方法，其中测量仪器密封装置包括用于检测钻探设备的状态的传感器。
33.权利要求23的数据通信方法，还包括以下步骤：
通过使用发射机把用于控制测量仪器密封装置的控制信号叠加在由电源产生的电流上；以及
通过使用被设置在测量仪器密封装置中的控制接收机接收控制信号和根据控制信号产生控制数据。
34.权利要求33的数据通信方法，其中所述控制发射机利用频移键控。
35.权利要求33的数据通信方法，其中测量仪器密封装置根据所述电源的关断启动用于内部电源的低功率消耗模式。
36.权利要求33的数据通信方法，其中测量仪器密封装置根据控制数据启动用于内部电源的低功率消耗模式。
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