CN1576513B

CN1576513B - 随钻系统和方法

Info

Publication number: CN1576513B
Application number: CN2004100549797A
Authority: CN
Inventors: J·C·梅斯
Original assignee: Schlumberger Overseas SA
Current assignee: Schlumberger Canada Ltd; Schlumberger Overseas SA
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: GB0414862D0; CA2492962A1; GB0501123D0; MXPA04006685A; US20050016770A1; GB2410513B; DE102004035772A1; GB2404209B; RU2365751C2; CN1576513A; GB0618330D0; FR2858065A1; GB2429477A; US7178607B2; GB2404209A; CA2492962C; CA2472674A1; CA2472674C; GB2410513A8; RU2004122771A

Abstract

提供了一种用于随钻测定环空压力的随钻系统和方法。所述系统设置在利用钻柱悬挂于钻机的钻具内。所述系统包括至少一根钻铤、一个随钻工具和至少一个外部传感器。所述钻铤具有一个具有管状侧壁，该侧壁在其内限定了一用于钻井泥浆从其中流过的通道。所述随钻工具被支撑在至少一根钻铤内的通道内，并可以可选择地从中收回。所述的外部传感器定位在所述钻铤侧壁内并与所述通道相隔离。所述传感器暴露于井眼内用于进行测试，并适于同所述的随钻工具进行无线通讯。所述系统优选适用于高温和高压环境。

Description

随钻系统和方法

技术领域

本发明总的涉及一种用于执行井眼操作的井下工具。尤其是，本发明涉及一种通过一可收回的井下随钻工具测定井下参数的技术。

背景技术

从地层中获取碳氢化合物需要将井眼钻入地层。为了钻所述井眼，一井下钻具悬挂在钻机上，并使用钻杆推进到地层。在钻井作业期间，需要获得有关井下状况的信息。这一信息是有用的，比如，在定位目标层时是有用的，其可以防止潜在问题的发生和改善钻井操作。

井下钻具通常具有一底部钻具组合(BHA)，该钻具组合包括一根或多根配有各种仪器的钻铤。设置在BHA上的一个这种仪器(或者多个仪器的组合)为随钻测量(MWD)或随钻测井(LWD)工具(这里通称为随钻工具或WD工具)。WD工具通常包括一组传感器，遥测装置，电源和/或其他仪器，以实现各种井下功能，例如井下测试，钻井操作的信息编辑以及与地面通信。现有的MWD工具和系统的示例在转让给Halliburton的专利号为5357483的美国专利中、转让给本发明受让人的专利号为5517464的美国专利中、以及转让给Baker Hughes的申请号为20030080743的美国专利申请中进行了描述。LWD工具的示例在转让给本发明的受让人的专利号为4899112的美国专利中进行了描述。一些这样的WD工具也是可以从如转让给本发明受让人的专利号为6577244的美国专利所描述的井下钻具中进行收回和替换。至少一些这样的WD工具易于在延伸穿过钻铤的小孔周围泄漏和密封失败，和/或另外缺乏可靠性或者缺乏在各种井眼环境中进行作业的能力。

目前的WD工具以及相关的仪器(WD系统)通常设置在钢质、筒状、空心的钻铤内部，以免它们暴露于潮湿、高温、化学腐蚀和/或高压的环境中。然而，设置特定的仪器是需要的，比如设置传感器，以这种方式，它们能够进行更加精确的测试而不会增加毁坏和/或暴露于剩余的WD系统的潜在危险。泄漏和/或毁坏的危险可以增加口穿过钻铤并伸入WD系统的情况发生。因此，理想的是使井下钻具还要具有一个或多个如下能力：从钻具中收回，钻具中的可复位性仪器之间的无线通信，特定部件同井眼环境的隔离，将特定部件收回到地面以进行更换、维修和/或调整和/或阻止泄漏等。此外，这样一种系统优选优化钻井性能，减少钻井时间并有助于在钻井环境下增加穿透率和井位的精确性。

另一需求是使钻具能够在非常苛刻的井眼环境中进行作业。井下钻井的井眼，比如说油井，具有极端的操作环境，例如高温、高压和严重的物理撞击。许多钻井需要在距地表很深的深度或者海底以下很深的地方进行。井下油井勘探工具所处的环境可非常苛刻。高达并超过200摄氏度的温度和高达1.38×10⁸Pa的压力是很常见的。因此，油勘探工具的生产商们力求设计能够在操作中承受苛刻环境以延长时间的坚固工具。

也许所有情况中最具挑战性的是设计能够在高温环境中安全操作的的电子仪器。标准的电子部件通常适于在仅仅高达接近125摄氏度的温度中进行作业。从而，有必要去生产或实验性地寻找发现的能够经受井下存在的高温环境的电子部件。

已经研制出了各种各样的井下仪器，以应对特定的高温或者高压环境。例如，专门用于150摄氏度温度中的MWD工具提供实时倾斜种伽马射线。还有专门用于175摄氏度的MWD工具，其能够在特定的情况下进行某种应用。然而，还没有能够在高于175摄氏度的环境中长时间操作的现有商用MWD工具可以提供令人满意的操作特征，例如实时伽马射线，可收回和可复位特征，以及摆动动探测。

人们已经试图研制具有令人满意的能力以应用于高温环境中的井下工具。例如，一种井下工具被认为能够用于180摄氏度，并能够经受200摄氏度的温度，但是缺乏连续倾斜和吊锚的能力。然而这样一种工具的可靠性还没有在超过170摄氏度的井中进行验证。另一种工具适于200摄氏度，但是缺乏伽马射线、连续倾斜、环空压力测试和吊锚的能力，并且主要是具有较差的可靠性和较低的井上通讯能力。此外，一旦温度超过175摄氏度，所述的电子仪器通常就报废了，即使使用225摄氏度的绝缘硅片(SOI)部件。

认为电子部件应用于高温MWD工具的主要障碍之一为仅有一些200摄氏度的部件可以商业使用。这些可以使用的部件通常分为三大类：(1)偶然工作在高温中的主要用于军用市场研制的传统的陶瓷部件，(2)由终端用户和其它用户使用已知在高温下工作的模子研制(或者可以研制)的多片模块，和(3)专门研制出用于200摄氏度和具有更大市场的一些非常基础和非常昂贵的绝缘硅片(SOI)部件。

正在尝试研发一种能够产生很高的温度的数字和混合模拟/数字设备的方法。虽然这些尝试在长期内具有令人兴奋的远景，但是其产品还是不能应用于商业过程。还不得不开发单个部件，并花费大量的费用。

还有一种研制一种新的可收回的及可复位的WD工具的需要。可收回和可重复的能力具有超越现有技术的显著进步，因为不能在苛刻环境中应用的工具可以取出并用导线更换，而不需要耗时且昂贵的将管取出井眼并重新下入井眼的操作。

令人满意的是，所述工具能够进行连续的倾斜，井下摆动探测，环空压力和伽马射线探测，随钻实时环空和/或内部压力随钻，实时连续倾斜探测，实时伽马射线探测，实时摆动监测，高速作业，高能系统控制器/信号处理，高速数据采集，伽马射线测试和采集，和/或压力测试和/或用于压力采集的重新密封的能力测试，所有的都用于长时间和高温、高压环境下。更令人满意的是，这样一种工具及其相关的部件，比如传感器、电子仪器、包装、材料和压力室，可以在至少约为175摄氏度的高温区域进行操作，并且优选温度至少为200摄氏度以上和压力至少为20Kpsi(1406.5kg/cm)。

因此，需要一种具有一个或者多个这些先进能力的WD系统。

发明内容

至少一方面，本发明涉及一种用于随钻测量井下参数的系统。该系统设置在利用钻杆悬挂于钻机的井下钻具内。所述的井下钻具设置在穿透地层的井眼内。该系统包括至少一个具有管状侧壁的钻铤，该侧壁在其内限定了一用于钻井泥浆从其中流过的通道，一个在至少一根钻铤内的通道内被支撑的、并可以可选择地从中收回的随钻工具，以及至少一个设置在所述钻铤外壁内、并与所述通道相隔离的外部传感器。所述的至少一个传感器暴露于井眼内，用于进行井下测试和适于同所述的随钻工具进行无线通讯。

另一方面，本发明涉及一种进行随钻的方法。所述方法包括将一井下钻具下入地层，以形成一井眼，利用设置在管状侧壁小腔内的外部传感器感测井眼参数，在所述WD工具和所述外部传感器之间无线传送信号，以及从井下钻具内有选择地收回所述WD工具。在一些实施例中，在收回所述WD工具时，所述外部传感器保持在所述钻具内。在其它实施例中，所述外部传感器同所述WD工具一同收回。井下钻具包括至少一根其内具有一WD工具的钻铤。所述钻铤具有一限定用于钻井泥浆从中流过的通道的管状侧壁。所述外部传感器优选同所述通道相隔离。

最后，在另一个方面，本发明涉及一种用于测量井下参数的系统。所述系统设置在悬挂于钻机下面的井眼内的井下钻具内。所述系统具有一个可收回的随钻工具和至少一个传感器。所述随钻工具设置在井下钻具内。所述的钻具具有一用于泥浆从中流过的内部通道。所述的至少一个传感器设置在井下钻具的一根钻铤内并与所述通道相隔离。所述的至少一个传感器适于测量井眼参数。所述压力传感器适于同所述随钻工具进行通讯，从而信号在它们之间进行传送。

可优选的是，所述系统可以在高温、高压环境中进行作业，比如高于200摄氏度和约20Kpsi(1406.5kg/cm)的环境中。所述系统可以具有一系统控制器，一信号处理器、一数据采集系统和传感器。所述传感器可以是任何传感器，比如一井下振动探测器，定向和倾斜工具，环空压力(随钻)传感器，伽马射线传感器和连续倾斜传感器。

所述传感器适于测量伽马射线、振动、摇摆、内部和外部压力、温度、音速、到达时间及其组合中的一种。所述传感器可以设置在井下钻具内部，并适于测量伽马射线、振动、摇摆、压力、温度及其组合中的一种。所述系统可以包括一位于随钻工具内的随钻信号组件和一位于传感器内用于在它们之间无线传送信号的传感器信号组件。所述信号可以是命令信号、通讯信号、动力信号和其它信号中的一种信号。

所述信号和传感器组件优选具有传统的陶瓷部件、绝缘硅片、多片模块、现场可编程序的门阵列及其组合中的一种。所述系统还可以具有一控制系统，该控制系统包括一控制器、一处理器、一数据采集模块、一发射器、一接收器、和/或一通讯电路。所述传感器可以包括一发射器、一接收器、一测量仪表和/或一电源。所述电源可以由所述随钻工具进行充电。所述系统还可以具有一适于在钻铤内对随钻工具进行定向的锁定机构。

所述系统优选具有连续定向和倾斜的能力。还可优选的是，所述系统能够实时地进行连续测量和/或在高温和高压环境下进行作业。

本发明的其它方面和优点从随后的描述和后附权利要求书中将会变得明显。

附图说明

为了能够详尽的理解本发明上述的特征和优点，通过参考附图所示的实施例，对本发明上面所作的简短的概括，进行更加详细的描述。然而应该指出的是，附图示出的仅仅是本发明的典型实施例，从而不能认为是对其范围的限制，因为本发明可以有其它同等有效的实施例。

图1为悬挂于钻机并伸入井眼的井下钻具的示意图，其中所述井下钻具具有一随钻系统。

图2为图1所示的随钻系统的纵向截面图。

图3为图2所示的随钻系统的部件的示意图。

图4为图2所示的内部传感器的详细视图。

图5为图2所示的外部传感器的详细视图。

图6为图2所示的随钻系统的替换实施例的局部剖面图，其中示出了无线通讯系统。

图7为图6所示的无线通讯系统的替换实施例的示意图。

图8为使用可收回WD工具进行井下测试的方法的流程图。

具体实施方式

图1为钻机10和钻柱12的示意图。钻机安装在钻台15上，并通过复杂的钢缆和滑轮系统(未示出)连接到钻柱并支撑着钻柱。所述钻柱悬挂在钻机10上，并伸入穿透地层F的井眼17。钻柱包括钻杆16(在图1中示出三个)，一底部钻具组合(BHA)9和在其底端的钻头5。通常，仅有一部分钻柱的重量在任何时候由地层支撑。其余的通常保持悬于钻机、钢缆和滑轮及其它支撑件。当通过各种装置，要么通过旋转钻台转盘(未示出)，要么通过连接在钻头和钻柱其它部分之间的钻井马达(未示出)，来使钻头旋转时，钻井过程开始。

在钻井作业期间，一种通常称为“泥浆”3的专用流体通过管道2从泥浆池泵出，穿过钻柱12、BHA9并从钻头5流出。所述流体流出钻头，并穿过在井眼中位于所述工具和井壁之间的空间，或者环空7被迫上升，并按照箭头所示的方向经过管道4返回。穿过所述工具的钻井液的流动通常用于提供动力和利用本领域技术人员所熟知的泥浆脉冲遥测系统进行通讯。这种井下钻具作为示例在转让给Halliburton的专利号为5357483的美国专利、以及转让给本发明的受让人的专利号为5517464的美国专利中进行了描述。可优选的是，所使用的遥测系统能够与现有的地面解调设备相容。还可优选的是，提供同智能井位决策系统相耦合的实时钻井。

图1所示的BHA9包括包含用于进行各种井下操作的井下仪器的钻铤18(可以使用一根或多根)。一组这样的仪器通常被称为随钻或WD系统19。所述的WD系统包括一个WD工具14，例如一随钻测井(LWD)工具，随钻测量(MWD)工具或者其它随钻工具，及其相关的传感器(如图2)。所述的WD工具14用于执行井下随钻功能，例如进行井下测试，同地面进行通讯，以及其它功能。该WD工具14同传感器进行通讯联系，以进行井下测试。所述的WD工具可以用于诸如确定方向、倾斜、伽马射线、压力、振动、摇摆、声速、地震到达时间和/或其它自然发生或者人工产生的现象。相关联的处理器和计算机也可以一并用于处理附加信息。

优选方案是，所述的传感器可以适用于高温和高压环境，并能在实时和/或记录模式下进行测试。可以使用各种传感器，比如长寿命伽马射线(GR)传感器。一些这样的传感器可以在200摄氏度下短时间工作。这些传感器优选进行改进，以在这样高温环境应用中能够进行测试。在高温下测试压力的传感器同样可以被使用。令人满意的是，这些传感器符合用于(至少)200摄氏度的钻井环境的精确性和生存性要求。

现在，在将钻铤18连接到其它钻铤、管道、钻头和钻井马达(当存在时)之前，可以将所述的WD工具14插入BHA中。作为可选择的方案，所述的WD工具可以由连接到一机械连接器，有时被称为钢丝绳连接器(未示出)的钢缆下放。在钻铤被安置在井眼之后，所述WD工具穿过钻柱16而被下入到钻铤18中。所述的WD系统能够被移走，并且另一WD系统可以利用钢缆在所述钻铤被下入到井眼之后而被设置在被移走的WD系统的位置。用于WD工具的可收回系统在如转让给本发明受让人的专利号为6577244的美国专利中进行了描述。提供了用于在高温、高压下适应所述工具的吊锚能力和复位能力的要求的技术。

图2示出了一种可以应用在图1所示的WD系统19的WD系统。这一WD系统包括钻铤18，WD工具14，内部传感器20和外部传感器21。这一示例中的WD工具从各种信号源采集信息，比如内部传感器20和外部传感器21。常规的WD工具可以应用于所述的WD系统中，这是本领域技术人员所理解的。所述WD工具的示例在如转让给本发明受让人的专利号为5677244的美国专利中进行了描述。

所述传感器用于进行井下测试，比如压力测试。所述传感器可以是的任一种类型的传感器，如应变仪。这些传感器收集信息，并将这些信息传送给所述WD工具。在内部压力测试中，压力通过贯穿钻铤的通道23进行传递，从而传到嵌在所述WD工具内的内部传感器20。内部传感器20暴露在流过所述工具和钻铤之间的通道23中的钻井液的压力中。

在外部压力测试中，压力通过贯穿钻铤18的侧部和套筒24的小孔26进行传递，从而传到嵌在所述WD工具内的外部传感器21。所述的外部传感器设置在与所述WD工具和钻铤之间的套筒24相邻的所述工具内。所述的外部传感器通过小孔26暴露于井眼流体和与钻铤外部相连的压力之中。优选设置压力密封件28，在这一示例中为O形环的形式，能够阻止外部压力同内部压力的连通。

所述的WD工具优选具有一适于将所述工具固定处于钻铤内合适位置的锁定机构22。所述锁定机构优选为一处于钻铤18和WD工具14之间的机械接口。所述的锁定机构包括一位于WD工具内的键槽27或者凹槽，以及一与之相应的位于WD工具上的键25。所述的键和键槽可操作地连接到底座，并将所述工具于钻铤内。所述的键也用来将所述的WD工具对准在钻铤内并对WD系统进行定向。所述的传感器21优选连接到与键25相对的钻铤18上。本发明的其它实施例可以具有位于键内的传感器，或者具有位于所述工具/钻铤组件内的其它位置的多个位置或多个传感器。

当所述工具在地表被插入钻铤内或从钻铤内移走的时候，所述的锁定机构可以被启动。作为可选择的方案，当所述WD工具在井下被插入钻铤内或从钻铤内移走的时候，锁定机构可以被启动。这一工具可以使用钢缆及附属设备而被移走，或者由使用同一钢缆和附属设备的另一工具所替换。现有的锁定机构可以是商业性的，用于现有定向&倾斜(D&I)工具的插入，移走或者复位。这样的锁定机构可以适用于高温和/或高压环境中。这一工具优选能在高温和高压下进行这一机械连接。

图2还示出了同所述的WD系统19和/或WD工具14一起提供的或者与它们相连接的各种其它部件。例如，所描述的WD工具具有一电源，比如电池30和/或发电机32。所述的电池可以是专门设计的电池，或者现有的电池。可以使用发电机，例如一种商业上可应用的使用泥浆流进行发电的发电机。优选方案是，所用的任何电源适于高温和高压环境。例如，所述系统可以使用高温电源进行作业。

所述的WD工具还具有一系统控制器和/或信号处理器34以及数据采集系统36。所述的数据采集系统优选包括传感器，例如一定向&倾斜传感器，一伽马射线传感器，一振动传感器和温度传感器。也可以提供其它传感器。

井口和井下通讯连接器38和40也被分别优选提供。钢缆连接器42和井口遥测器44也被使用，以协助所述WD工具的收回和/或同地面建立联系。也可以提供这些或者其它井下仪器，以执行各种能源，通讯，处理和其它操作。优选方案是，用于井下工具的部件适于高温，振动和高压使用环境。

图3为描述所述WD系统作业的示意图。所述WD系统优选具有一系统控制器和一信号处理器35，一数据采集系统41，一井口通讯连接器33，一井下通讯连接器37，泥浆脉冲遥测和发电机31以及各种传感器(39，45，41，49)。这些部件可以与所述的WD工具为一体或者可操作地连接到其上。构成其它仪器的一些这些部件设置在所述井下工具的各个其它部分。如图3所示，所述传感器包括一伽马射线传感器45，一D&I传感器49，环空和内部压力传感器47，一温度传感器，以及一井下振动和温度探测器39。然而，其它仪器同样被包含在内。

如图所示，所述传感器收集数据并将数据传送到数据采集系统41。数据采集系统同系统控制器和信号处理器进行通讯联系。系统控制器可以向数据采集系统发送命令，以启动传感器和收集信息。信号处理器收集和编译由数据采集系统所获得的信息。利用井口和井下通讯连接器，然后所述信息可以被传送到地面和/或工具的其它部分上。其它部件可以设置在同样可以被操作的WD系统内或者周围。所述遥测系统和发电机可以用于向系统控制器，传感器和/或连接器，以及其它部件提供通讯和电源。

为了在高温中增加可靠性，可优选的是，所有的系统电子仪器，比如这些与系统控制器和信号处理器等一同使用的电子仪器，主要由密封封闭的多片模块(MCMs)构成。MCMs也可以用于消除或至少减小集成电路和电路板之间的相互连接和高温应用中固有的缺陷。因为很高的温度主要是减少了电子组合件的使用寿命，所以本发明的优选实施例允许替换电路板和其它电子组合件，同时使昂贵的MCMs和其它部件能够被再次使用。

为了增加可靠性和抵抗环境条件的能力，位于壳体内的电子部件优选使用另外的保护装置进行加固。这些电子部件可具有，例如，偶然工作在高温中的主要用于军用市场的传统的陶瓷部件，和由终端用户和其它用户使用人们所公知的工作在高温中的冲模的所研制(或者可以被研制)的多片模块和/或绝缘硅片(SOI)部件。这些被加固的部件在商业上是可用的。可以用于加固所述部件的另外的技术包括现场可编程序的门阵列(FPGA)和混合模拟/数字设备，经久耐用的伽马射线(GR)传感器，高温电源，同现有系统相容的遥测系统，高速信号处理器，探测高温的传感器和实时钻井系统。系统的其它部件，比如传感器，电子仪器，包装，材料和压力室，同样优选适用于高温和高压环境。

高温电子部件也可以用于产生这一工具的可靠操作。现有的SOI部件在可靠的替代产品不能获得应用的任何时候都可以被使用。此外，现有的现场可编程序的门阵列和混合信号处理也可以与所提议的工具一起使用。这些处理器尤其适用于高速数据采集和信号处理。

所述工具及其部件的操作被优选核实。用于操作环境的详细列表和用于这一工具的任务简要表可以在初始临时温度和压力(比如大约400华氏度(204.44摄氏度)和约20Kpsi(1406.5kg/cm))下设定为最高的温度和压力。所候选的电子部件，子系统和能够在高温下作业以确保在所建立的详细列表中作业的机械组件都可以被使用。所述系统的操作可以通过使用热成像摄像机和/或计算机辅助热模拟来验证，从而确定合适的热流和/或充足的热耗散。虚拟鉴定，一用于通过使用有效的失败模式来评价和提高电子组件的生存性的CAD方法学同样可以被使用。

测试装置和测试壳体可以用于验证和鉴定处于高温、高压测试腔中的机械和电子组件的高压性能。详尽的环境测试和鉴定可以用于决定现有的和候选的电子和机械组件的最高温度限制。

一旦所候选的电子部件和机械组件通过了初始测试，环境鉴定也可以用于验证所需求的性能。环境鉴定优选包括根据任务简要表来进行的温度和振动鉴定测试。对故障进行分析和生成故障报告。部件的验证可以包括所有的控制、通讯、能源和其它中心或系统电子仪器，传感器，壳体，电源等等地识别、测试和鉴定。

图4为图2所示的WD系统19的局部放大图，其详尽描述了内部传感器。该图示出了内部压力或者钻铤内的压力是怎样被测量的。内部传感器20被设置在WD工具14内。一小孔43从所述内部传感器20延伸至用于其中的流体连通的通道23。所述传感器20具有一通过该小孔暴露于通道和其中所含的压力(P_I)中的压力计。

图5为图2所示的WD系统19的局部放大图，其详尽的描述了外部传感器。该图示出了外部压力或者钻铤18外的环空压力是怎样被测量的。外部传感器21被设置在和套筒24相邻的WD工具14内。一小孔26从延伸穿过钻铤18和套筒24，以及相邻的传感器21。一个或多个密封件28被设置在套筒24和所述WD工具14之间，以使小孔和传感器与钻铤内的通道23相隔离。所述小孔和密封件允许在传感器和钻铤外部之间进行流体连通。钻铤之外的外部压力(P_B)利用小孔，穿过钻铤和套筒并连通到外部传感器。外部压力传感器21包含一个暴露于井眼内压力中的压力计。

压力密封件28防止了外部压力同钻铤内部的连通。所述密封件用于防止钻井泥浆通过所述小孔26进行连通，并防止所述泥浆流入所述工具。如果所述泥浆穿过该小孔进入所述工具，对一个或两个传感器所进行的压力测量将会大大折扣。此外，通过小孔进行连通并进入地层的钻井泥浆造成由于腐蚀毁坏钻铤和泥浆侵入所产生的破坏地层的危险。

图6示出了具有无线通讯装置的WD系统19b的替换实施例。在这个实施例中，所述外部传感器21b为一嵌在钻铤18内并与通道23相隔离的压力传感器。因为所述传感器嵌在钻铤的壁上并暴露于井眼中，所以所述小孔26及其相关的密封件28可以被去掉。所述传感器具有一测量仪表63，在这个实施例中为一压力计，用来测量环空压力。所述传感器还包含其它的测量仪表或者传感器，以进行各种其它的测量。

传感器21b优选为一无线传感器，适于使用无线链路46同所述WD工具14通信。所述WD工具14具有一无线或非接触式通讯系统48，以激励外部传感器进行压力测量并将测量结果发送到所述工具。通讯系统48包括控制电路52，适于控制并与外部传感器21b通信的一WD发射器54和一WD接收器56。所述WD工具通过WD发射器54向所述压力传感器发送一信号。所述压力传感器包括一传感器发射器58和传感器接收器60，以同所述WD工具进行通信联系。压力传感器利用传感器接收器60从WD工具接收命令，并通过传感器发射器58向WD接收器56发送传感器读数。

可优选的是，电磁信号在传感器和WD工具之间进行无线传送。由WD发射器产生一电磁场，该电磁场由传感器接收器所接收。所述传感器然后产生一向WD接收器传送信息的信号。其它的无线通讯系统可以用于在WD工具和传感器之间传送信号，比如磁场，音速或超音速压力波，可见光，红外线或者紫外线光等，和/或这些技术的组合。

如图7所示，所述WD工具能够适于向传感器传送能量和/或信号通讯。这通过在压力传感器内设置一电路62来完成，该压力传感器捕获和存储由WD工具所发射能量的一部分或者全部。该能量然后用来进行测量和将测量结果发送回所述工具。在本发明的一些实施例中，电路62可以为一能量存储装置，比如一电容器或电池。作为可选择的技术方案，所述电路可以提供从一些外部源向传感器供应能量的装置，比如发电机，交流发电机，或者一个或多个外部电池(未示出)。所述发射器和接收器能够被分离或为适于发射和接收信号的一体接收器。

图8示出了一种利用可收回的WD工具，例如在图1和图2中所描述的WD工具，进行井下测试的方法78。在作业过程中，钻具被送进井眼80。所述WD工具被设置在钻具82内。所述WD工具要么在钻具处于井眼中合适位置时被设置在BHA内，要么利用钢缆下入到钻具内。一信号由地面传向所述WD系统，以执行所需的操作。所述信号通过泥浆脉冲遥测术从地面发送到WD系统内的一控制器。所述信号可以为一命令，校准和/或能源信号，以启动所述WD系统84。之后，该信号从控制器传向传感器以进行测试86。

一旦进行测试，所述传感器将数据传回控制器和向上传递到地面88。所述WD工具可以从所述钻具90收回。所述WD工具可以从钻具分别收回，或者整个钻具可以从井眼同所述WD工具一起被取出。相同或不同的WD工具可以向下送回井眼，以进行进一步的测试。这可以通过将WD工具重新向下插入所述钻具并对其进行密封，或者将整个钻具与其中的WD工具一起向下送入来完成。

可优选的是，在需要进行测试之前，所述传感器处于休眠状态。当所述的WD工具希望获得一传感器信号时，其产生能量并将能量发送至所述传感器。所述的传感器接收到该能量并向电路充电。当所述传感器接收到一个命令和使其激活的足够能量时，其进行所需的测试。所述传感器获得传感器数据并将这一测试数据送回到控制器。命令和能量信号可以被传送到井下工具中的其它仪器。

本发明的实施例可以仅需要一部分从所述工具发送出的能量，以起动一测试。进行测试和与测试相适应的能量的平衡可以按照上述的方式从外部电源获得。本发明的其它实施例可以命令所述工具向传感器发送一个命令，并且进行测试和将测试结果送回所述工具的所必须的所有能量可以来自钻铤内的能量存储和/或产生装置。

从前面的描述中可以理解，在本发明的优选实施例和替换实施例中可以做出各种修改和改变，而不脱离其真实精神。例如，当所述传感器至少在某些方面作为压力传感器被描述时，可以理解，任何类型的传感器都可以被使用，例如温度传感器、密度传感器、流量传感器等。

本描述旨在仅进行说明的目的，而没有进行限制的意思。本发明的范围将由所附的权利要求书的语言进行决定。权利要求书内的术语“包括”意在指“至少包括”，所以权利要求中要素的叙述列表为一开放组。“一”、“一个”和其它的单数形式旨在包括其复数形式，除非有明确的排除。

Claims

1.一种用于随钻测量井下参数的系统，所述系统设置在利用钻杆悬挂于钻机的井下钻具内，所述的井下钻具设置在穿透地层的井眼内，其包括：

至少一个具有管状侧壁的钻铤，该侧壁在其内限定了一用于钻井泥浆从其中流过的通道，所述钻铤可操作地连接到所述井下钻具；

一个在至少一根钻铤内的通道内被支撑的并可选择地从中收回的随钻工具；以及

至少一个设置在所述钻铤侧壁内并与所述通道相隔离的外部传感器，所述的至少一个传感器暴露于井眼内，用于进行井下测试，所述传感器适于同所述的随钻工具进行无线通讯。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述的至少一个外部传感器测量伽马射线、振动、摇摆、压力、温度、音速、到达时间及它们的组合中的一种。

3.如权利要求1所述的系统，其还包括至少一个设置在所述井下随钻工具内的随钻传感器，所述随钻传感器适于测量伽马射线、振动、摇摆、压力、温度及它们的组合中的一种。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述的至少一个外部传感器适于测量环空压力。

5.如权利要求1所述的系统，其还包括至少一个设置在所述随钻工具内的随钻传感器，所述的至少一个随钻传感器适于测量钻铤内的内部压力、钻铤外部的外部压力及它们的组合中的一种。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述的至少一个随钻传感器暴露于测量其参数的通道内。

7.如权利要求5所述的系统，其中所述的至少一个随钻传感器同所述的通道相隔离并暴露于井眼内，用于测量其参数。

8.如权利要求1所述的系统，其还包括一位于所述随钻工具内的随钻信号组件和一位于所述传感器内用于在它们之间无线传送信号的传感器信号组件。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述的随钻信号组件和所述的传感器信号组件具有传统的陶瓷部件、绝缘硅片、多片模块、现场可编程序的门阵列及它们的组合中的一种。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述的信号是通讯信号。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述的通讯信号为传送给传感器的命令信号、传送给所述随钻工具的数据及它们的组合中的一种。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述的信号是用于提供能量到所述传感器的能源信号。

13.如权利要求1所述的系统，其还包括一适于同至少一个外部传感器进行通讯联系的控制系统。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述的控制系统包括一控制器、一处理器、一数据采集模块、一发射器、一接收器，一通讯电路及它们的组合中的一种。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述的至少一个外部传感器包括一发射器、一接收器、一测量仪表、一电源及它们的组合中的一种。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述的电源可以由所述随钻工具进行充电。

17.如权利要求1所述的系统，其还包括一适于在钻铤内对随钻工具进行定向的锁定机构。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述的锁定机构包括一个设置在钻铤内的键和设置在所述随钻工具上面的用于容纳所述键的键槽。

19.如权利要求1所述的系统，其中所述的随钻工具包括一连续定向和倾斜工具。

20.如权利要求1所述的系统，其中所述的随钻工具适于实时进行连续测试。

21.如权利要求1所述的系统，其中所述的随钻工具适于在高温和高压环境中进行作业。

22.一种随钻测量井下参数的方法，其包括：

将一井下钻具下入地层，以形成一井眼，所述井下钻具包括至少一根其中具有一随钻工具的钻铤，所述的至少一根钻铤具有一管状侧壁，该侧壁在其内限定了一用于钻井泥浆从其中流过的通道；

利用设置在管状侧壁小腔内并且暴露于井眼内用于进行井下测试的至少一个外部传感器感测井眼参数，其中所述的至少一个外部传感器同所述的通道相隔离；

在所述随钻工具和所述的至少一个外部传感器之间无线传送信号；以及

选择性地从井下钻具收回随钻工具。

23.如权利要求22所述的方法，其还包括利用设置在所述随钻工具内的至少一随钻传感器感测井眼参数、内部参数及它们的组合中的一种。

24.如权利要求22所述的方法，其中所述的信号为通讯信号、命令信号、能源信号及它们的组合中的一种。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述的通讯信号包括从所述的至少一个传感器收回并传送给所述的随钻工具的数据。

26.如权利要求24所述的方法，其中所述的信号为用于提供能量到所述传感器的能源信号。

27.如权利要求22所述的方法，其还包括将所述的信号从所述随钻工具传送到地面。

28.如权利要求22所述的方法，其还包括记录从所述的至少一个传感器接收到的数据。

29.如权利要求22所述的方法，其还包括将所述的信号从所述随钻工具传送到所述井下钻具内的至少一个部件。

30.如权利要求22所述的方法，其还包括处理从所述的至少一个传感器接收到的数据。

31.一种用于随钻测量井下参数的系统，所述系统设置在悬挂在一钻机下面的井眼内的井下钻具内，所述系统包括：

设置在井下钻具内可收回的随钻工具，所述随钻工具具有用于泥浆从中流过的内部通道；

至少一个设置在井下钻具的一根钻铤内、并与所述通道相隔离的传感器，所述的至少一个传感器适于测量井眼参数，且所述的至少一个传感器适于同所述随钻工具进行通讯，从而信号在它们之间进行传送，以及

设置在随钻工具上的至少一个随钻传感器。

32.如权利要求31所述的系统，其中所述的信号为能源信号、通讯信号、命令信号及它们的组合中的一种。

33.如权利要求32所述的系统，其中所述的至少一个传感器和随钻工具各自包括一发射器、一接收器及它们的组合中的一种，用于在它们之间进行无线通讯。

34.如权利要求31所述的系统，其中所述的随钻工具包括一个用于同地面设备进行通讯的遥测系统。

35.如权利要求31所述的系统，其中所述的至少一个传感器测量伽马射线、振动、摇摆、压力、温度、音速、到达时间及它们的组合中的一种。