DE112014006333T5

DE112014006333T5 - Drehbare Sensoren zur Messung von Eigenschaften einer unterirdischen Formation

Info

Publication number: DE112014006333T5
Application number: DE112014006333.9T
Authority: DE
Inventors: Richard Thomas Hay; Burkay Donderici
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: GB201613090D0; AU2014389539B2; US10161246B1; GB2539119A; WO2015152898A1; DE112014006333B4; AU2014389539A1; CA2939953C; GB2539119B; US20180347352A1; US10053978B2; NO20161259A1; CN106062308A; US20160258288A1; CA2939953A1

Abstract

Sensoranordnungen zum Messen von isotropen, anisotropen oder richtungsabhängigen Eigenschaften einer unterirdischen Formation. Die Sensoranordnungen können in einen Werkzeugstrang eingesetzte Sensoren umfassen. Einer oder mehrere der Sensoren können bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar sein. Das Drehen von einem oder mehreren Sensoren bezogen auf den Werkzeugstrang kann Daten über die unterirdische Formation an mehreren Punkten um den Werkzeugstrang bereitstellen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen zur Verwendung in einem Bohrloch in einer unterirdischen Formation und insbesondere Sensoranordnungen zum Messen von anisotropen Eigenschaften einer unterirdischen Formation.
Allgemeiner Stand der Technik
Verschiedene Vorrichtungen können in einem Schacht innerhalb einer kohlenwasserstoffhaltigen unterirdischen Formation platziert werden. Einige Vorrichtungen können Sensoren einschließen, die Attribute (z. B. den spezifischen Widerstand) der unterirdischen Formation messen können. Die Messwerte können verwendet werden, um die Eigenschaften (z. B. die Zusammensetzung) der unterirdischen Formation zu bestimmen. Bei manchen Arbeitsabläufen ist die Anzahl der Messwerte, die ermittelt werden können, eingeschränkt. Eine höhere Anzahl an Messwerten kann eine detailliertere Analyse bereitstellen, was zu einer höheren Effizienz oder kosteneffizienteren Bohrlochvorgängen führt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaubild, das ein Bohrsystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Bodenlochsensoranordnung mit drehbaren Antennen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
3 ist ein weiteres Schaubild, das die Bodenlochsensoranordnung aus 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Bodenlochsensoranordnung mit einem Ausrichtungssensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
5 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Bodenlochsensoranordnung mit mehreren Empfangsantennen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
6 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Bodenlochsensoranordnung mit in verschiedenen Neigungswinkeln ausgerichteten Empfangsantennen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer drehbaren Sensoranordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
8 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Bodenlochsensoranordnung mit zwei Motoren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
9 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer drehbaren Sensoranordnung nahe dem Bohrer gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
10 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Bodenlochsensoranordnung mit Sensoranordnungen, von denen jede drei Formationssensoren aufweist, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
11 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für eine Bodenlochsensoranordnung mit drehbaren Sensoren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
12 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für eine drehbare Sensoranordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren zum Messen von anisotropen Eigenschaften einer unterirdischen Formation gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Bestimmte Aspekte und Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind für Sensoranordnungen zum Messen von anisotropen oder richtungsabhängigen Eigenschaften einer unterirdischen Formation bestimmt. Sensoranordnungen können in einen Werkzeugstrang eingesetzte Sensoren einschließen. Einer oder mehrere der Sensoren können bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar sein. Das Drehen von einem oder mehreren Sensoren bezogen auf den Werkzeugstrang kann Daten über die unterirdische Formation auf mehreren Zonen um den Werkzeugstrang bereitstellen.
In einem Beispiel kann sich eine drehbare Antenne an einem Bohrstrang zum Senden oder Empfangen von Signalen um den Bohrstrang drehen, um den spezifischen Widerstand in verschiedenen Winkeln in der Formation zu bestimmen. Die von jeglicher Drehung des Bohrstrangs unabhängige Drehung der drehbaren Antenne kann Widerstandsmesswerte in mehreren Winkeln bereitstellen, unabhängig davon, ob sich der Bohrstrang zum Bohren dreht. Die mehreren Richtungswiderstandsmesswerte können Grenzen von Formationsschichten nahe dem Bohrstrang anzeigen. Ein Bediener des Bohrstrangs kann die Messwerte zur optimalen Bohrlochplatzierung in Bezug auf die Lage der Grenzen, der Verwerfungen, der Calcitlinse oder anderen natürlichen oder künstlichen unterirdischen Strukturen als Navigationshilfen bei der Steuerung der Richtung eines neuen gebohrten Bohrlochs verwenden.
Diese veranschaulichenden Beispiele werden gegeben, um den Leser in den allgemeinen hier erörterten Gegenstand einzuführen und sollen nicht den Umfang der offenbarten Konzepte einschränken. Im Folgenden werden verschiedene zusätzliche Aspekte und Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Zahlen gleiche Elemente anzeigen und Richtungsbeschreibungen verwendet werden, um die veranschaulichenden Aspekte zu beschreiben. Im Folgenden werden Richtungsbeschreibungen, wie etwa „über“, „unter“, „obere/r/s“, „untere/r/s“, „links“, „rechts“, „bohrlochabwärts“ usw., in Bezug auf die veranschaulichenden Aspekte verwendet, wie diese in den Figuren dargestellt werden, wobei die Bohrlochabwärtsrichtung in Richtung des Fußes des Schachts ist. Wie die veranschaulichenden Aspekte sollen die im Folgenden eingeschlossenen Zahlen und Richtungsbeschreibungen nicht verwendet werden, um die vorliegende Offenbarung einzuschränken. Außerdem wird im Folgenden der Ausdruck „oder“ verwendet, um eine beliebige Kombination von Optionen, die durch den Begriff „oder“ getrennt werden, zu bezeichnen, einschließlich Kombinationen, in denen nur eine der Optionen verwendet wird, und Kombinationen, in denen mehr als eine der Optionen verwendet wird (und in manchen Fällen alle davon verwendet werden).
1 bildet ein schematisches Beispiel eines Bohrlochsytems 100, das eine Bodenlochsensoranordnung 114 aufweist. Das Bohrlochsystem 100 kann eine Bohrung einschließen, die ein Bohrloch 102 ist, die sich durch verschiedene Erdschichten erstreckt. Das Bohrloch 102 kann sich durch eine kohlenwasserstoffhaltige unterirdische Formation 110 erstrecken. Eine Bohrlochausfütterung 104 kann sich von der Oberfläche 106 zu der unterirdischen Formation 110 erstrecken. Die Bohrlochausfütterung 104 kann eine Leitung bereitstellen, über die sich Formationsfluide, wie etwa Förderfluide, die von der unterirdischen Formation 110 gefördert werden, von dem Bohrloch 102 an die Oberfläche 106 bewegen können.
Ein Werkzeugstrang 112 in dem Bohrloch 102 kann sich von der Oberfläche in die unterirdische Formation 110 erstrecken. In einigen Aspekten kann der Werkzeugstrang 112 einen Bohreinsatz 116 einschließen, der zum Bohren des Bohrlochs 102 durch die verschiedenen Erdschichten in das Bohrlochsystem 100 eingeführt ist. In anderen Aspekten kann der Werkzeugstrang 112 ohne den Bohreinsatz 116 eingeführt werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel eines Werkzeugstrangs 112 ohne einen Bohreinsatz 116 kann der Werkzeugstrang 112 Teil eines für Bohrlochvorgänge verwendeten Seilarbeitswerkzeugs sein. Der Werkzeugstrang 112 kann eine Bodenloch-(oder Bohrloch-)Sensoranordnung 114 einschließen. Obwohl 1 die Bodenlochsensoranordnung 114 in einem Abschnitt des Bohrlochs 102 darstellt, der im Wesentlichen vertikal ist, kann sich die Bodenlochsensoranordnung 114 zusätzlich oder alternativ in Abschnitten des Bohrlochs 102 befinden, die andere Ausrichtungen aufweisen, einschließlich einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung. In einigen Aspekten kann die Bodenlochsensoranordnung 114 in einfacheren Bohrlöchern angeordnet sein, wie etwa Bohrlöchern 102 ohne eine Bohrlocheinfassung 104.
In einigen Aspekten kann der Werkzeugstrang 112 ein gebogenes Gehäuse 118 einschließen. Beispiele des gebogenen Gehäuses 118 schließen ein festes gebogenen Gehäuse oder ein verstellbares gebogenes Gehäuse ein. Das gebogene Gehäuse 118 kann Steuerung für den Bohreinsatz 116 bereitstellen. Das gebogene Gehäuse 118 kann Bohren ermöglichen, um als Reaktion auf das Drehen des Werkzeugstrangs 112 in eine bestimmte Richtung voranzuschreiten. Das Beenden des Drehens des Werkzeugstrangs 112 kann es dem gebogenen Gehäuse 118 ermöglichen, die Bohrrichtung des Werkzeugstrangs 112 zu ändern. Ein Motor 120 kann den Bohreinsatz 116 drehen, während der Werkzeugstrang 112 durch die Formation 110 vorangleitet, ohne dass sich der Werkzeugstrang 112 und das gebogene Gehäuse 118 drehen. Der Werkzeugstrang 112 kann in die Richtung gleiten, der das gebogene Gehäuse 118 zugewandt ist, was oft als die Werkzeugfläche bezeichnet wird, während der Motor 120 den Bohreinsatz 116 am Boden des Lochs dreht, ohne dass sich der Werkzeugstrang 212 und das gebogene Gehäuse 118 drehen. Das Gleiten des Werkzeugstrangs 112 kann Kursanpassungen im Bohrweg ermöglichen. Das Fortsetzen des Drehens des Werkzeugstrangs 212 kann den Werkzeugstrang 212 dazu veranlassen, die Kursanpassung zu beenden und sich weiter in die angepasste Richtung zu bewegen.
Verschiedene Arten von Bodenlochsensoranordnungen 114 können in dem in 1 dargestellten Bohrlochsystem 100 verwendet werden. Zum Beispiel ist 2 eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer Bodenlochsensoranordnung 214 mit drehbaren Antennen 216, 218 gemäß einem Aspekt. Die Bodenlochsensoranordnung 214 kann einen Werkzeugstrang 212, eine drehbare Sendeantenne 216, eine drehbare Empfangsantenne 218, einen Motor 222, einen ersten Winkelpositionssensor 224 und einen zweiten Winkelpositionssensor 225 einschließen.
Die drehbare Sendeantenne 216 oder die drehbare Empfangsantenne 218 kann drehbar mit dem Werkzeugstrang 212 gekoppelt sein. Die drehbare Sendeantenne 216 oder die drehbare Empfangsantenne 218 kann sich bezogen auf den Werkzeugstrang 212 drehen. Die drehbare Sendeantenne 216 und die drehbare Empfangsantenne 218 können zusammen eine Eigenschaft in einem Bereich der Formation 210 messen. Die drehbare Sendeantenne 216 kann Signale in die Formation 210 abgeben. Die drehbare Empfangsantenne 218 kann Reaktionen in der Formation 210 auf die abgegebenen Signale erfassen. Ein empfindliches Volumen 226 kann einen Bereich der Formation 210 definieren, in dem die drehbare Empfangsantenne 218 einen verhältnismäßig größten Anteil der Reaktionen auf die durch die drehbare Sendeantenne 216 abgegebenen Signale erfassen kann.
Die drehbare Sendeantenne 216 und die drehbare Empfangsantenne 218 können Induktionsantennen sein. Die Richtung der durch eine Induktionsantenne in die Formation 210 abgegebenen oder aus der Formation empfangenen Signale kann von einer Ausrichtung eines entsprechenden Dipols der Induktionsantenne abhängen. Ein Neigungswinkel kann die Abweichung der Dipolausrichtung von einer axialen Richtung des Werkzeugstrangs 212 darstellen. Die Neigungswinkel eines Paares von Induktionsantennen kann die durch das Paar von Induktionsantennen gemessene Position eines empfindlichen Volumens beeinflussen. Die Position des empfindlichen Volumens 226 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 kann zum Beispiel von dem Neigungswinkel der drehbaren Sendeantenne 216 und dem Neigungswinkel der drehbaren Empfangsantenne 218 abhängen, wie in 2 dargestellt.
Beispiele für Induktionsantennen schließen ein Solenoid, ein Magnetometer und eine Spule ein. Ein Neigungswinkel einer Solenoidantenne kann durch Anpassen eines Erhebungswinkels eines ferromagnetischen Kerns des Solenoids erzeugt werden. Ein Neigungswinkel einer Magnetometerantenne kann gemäß der Ausrichtung, in der die Magnetometerantenne an der oder in die Bodenlochsensoranordnung 214 angebracht ist, erzeugt werden. Ein Neigungswinkel einer Spulenantenne kann durch das Winden der Spule in einem Winkel bezogen auf die axiale Richtung des Werkzeugstrangs 212 erzeugt werden. Die drehbare Sendeantenne 216 kann zum Beispiel eine Drahtwicklung 215 einschließen, die in einer Windungsebene 217 angeordnet ist, die etwa senkrecht zu einem entsprechenden Dipol der Drahtwicklung 215 ausgerichtet ist, wie in 2 dargestellt. Die drehbare Empfangsantenne 218 kann eine Drahtwicklung 213 einschließen, die in einer Windungsebene 219 angeordnet ist, die etwa senkrecht zu einem entsprechenden Dipol der Drahtwicklung 213 ausgerichtet ist, wie in 2 dargestellt.
Verschiedene relative Anordnungen der Sende- und Empfangsantennen sind möglich. Sende- und Empfangsantennen können derart senkrecht zueinander sein, dass sich der Neigungswinkel einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne um im Wesentlichen 90 Grad unterscheidet. Sende- und Empfangsantennen können derart parallel zueinander sein, dass der Neigungswinkel einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne im Wesentlichen der gleiche ist. Es ist außerdem möglich, dass der Neigungswinkel einer der Sendeantenne oder der Empfangsantenne im Wesentlichen gleich Null ist.
Obwohl die Bodenlochsensoranordnung 214 oben als einschließlich einer drehbaren Sendeantenne 216 und einer drehbaren Empfangsantenne 218 beschrieben wird, kann die Bodenlochsensoranordnung 214 alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere Sensoren einschließen, die bezogen auf den Werkzeugstrang 212 drehbar sind. In einigen Aspekten kann der bezogen auf den Werkzeugstrang 212 drehbare Sensor ein azimutaler Sensor oder ein Sensor sein, der richtungsabhängig ist. Nicht einschränkende Beispiele für azimutale Sensoren schließen die vorstehend genannten Antennen sowie Widerstandssensoren, Gammastrahlensensoren, akustische Sensoren, magnetische Kernresonanzsensoren und Dichtesensoren ein. Ungeachtet der Eignung dieser azimutalen Sensoren oder anderer Sensoren werden Aspekte hier der Klarheit und Einfachheit halber vorwiegend in Bezug auf Antennen beschrieben. Außerdem ist in einigen Aspekten nur ein azimutaler Sensor bezogen auf den Werkzeugstrang 212 drehbar, obwohl viele hier beschriebene Aspekte mehrere bezogen auf den Werkzeugstrang 212 drehbare Sensoren einschließen.
Der Motor 222 kann mit der drehbaren Sendeantenne 216 oder der drehbaren Empfangsantenne 218 gekoppelt werden. In einem Beispiel können die drehbare Sendeantenne 216 und die drehbare Empfangsantenne 218 an eine Welle gekoppelt 230 werden, die von dem Motor 222 angetrieben wird. Die drehbare Sendeantenne 216 oder die drehbare Empfangsantenne 218 kann sich als Reaktion auf den sich drehenden Motor 222 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 drehen. In einigen Aspekten kann der Motor 222 zum Drehen der drehbaren Sendeantenne 216 oder der drehbaren Empfangsantenne 218 bestimmt sein. In anderen Aspekten kann der Motor 222 außerdem andere Funktionen bereitstellen. In einem Beispiel kann der Motor 222 mit einem Bohreinsatzabschnitt eines Bohrstrangs gekoppelt sein und Energie zum Drehen der Bohreinsätze bereitstellen, ohne den Rest des Bohrstrangs zu drehen.
Der Motor 222 kann in einer beliebigen geeigneten Form einer Torsionsenergieeinheit sein. Beispiele von Torsionsenergieeinheiten schließen einen Schlammmotor, einen Turbinenmotor, einen Elektromotor, einen Turbobohrmotor, einen Lamellenmotor, einen luftangetriebenen Motor und einen fluidangetriebenen Motor ein. In einigen Aspekten kann eine Torsionsenergieeinheit ein von einer Hydraulikpumpe angetriebener Hydraulikmotor sein. Die Pumpe kann von einer beliebigen geeigneten Energiequelle angetrieben werden. Beispiele für geeignete Energiequellen für eine solche Pumpe schließen über ein Rohr (wie etwa über ein verdrahtetes Rohr oder ein Rohr-in-Rohr-System wie es unter dem Handelsnamen Reelwell^TM verfügbar ist) übertragene elektrische Energie, elektrische Energie von einer lokalen Energieerzeugungsanlage (wie etwa von einem Turbinengenerator oder einer anderen Art von Vorrichtung zur Energiegewinnung im Bohrloch) oder elektrische Energie aus einer Energiespeichervorrichtung (wie etwa aus Batterien, wiederaufladbaren Batterien, Kondensatoren oder Superkondensatoren) ein.
In einigen Aspekten können die Winkelpositionssensoren 224, 225 zum jeweiligen Drehen mit der drehbaren Sendeantenne 216 oder der drehbaren Empfangsantenne 218 positioniert sein. In einem Beispiel können sich der erste Winkelpositionssensor 224 und die drehbare Sendeantenne 216 auf einem gemeinsamen Gehäuse befinden, das bezogen auf den Werkzeugstrang 212 drehbar ist. Der erste Winkelpositionssensor 224 kann eine Ausrichtung der drehbaren Sendeantenne 216 erfassen. Der erste Winkelpositionssensor 224 kann zum Beispiel eine bekannte Drehbeziehung mit der drehbaren Sendeantenne 216 aufweisen, die es ermöglicht, die Ausrichtung der drehbaren Sendeantenne 216 auf Grundlage einer bekannten Drehstellung des ersten Winkelpositionssensors 224 zu bestimmen. Der zweite Winkelpositionssensor 225 kann eine Ausrichtung der drehbaren Empfangsantenne 218 erfassen. Die Ausrichtung der drehbaren Sendeantenne 216 oder der drehbaren Empfangsantenne 218 (oder beider) kann die Position des empfindlichen Volumens 226 in der Formation 210 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 zu einen bestimmten Zeitpunkt anzeigen.
In einigen Aspekten kann der erste Winkelpositionssensor 224 oder der zweite Winkelpositionssensor 225 eine Ausrichtung oder Winkelposition einer Antenne messen, die bezogen auf den Werkzeugstrang 212 stationär ist. Der erste Winkelpositionssensor 224 oder der zweite Winkelpositionssensor 225 kann zusätzlich oder alternativ eine sich ändernde Ausrichtung einer Antenne messen, die sich bezogen auf den Werkzeugstrang 212 dreht. In einem Beispiel kann der erste Winkelpositionssensor 224 eine Ausrichtung messen, wenn sich die drehbare Sendeantenne 216 als Reaktion auf das Drehen des Motors 222 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 dreht, und kann der zweite Winkelpositionssensor 225 eine Ausrichtung der drehbaren Empfangsantenne 218 messen, die bezogen auf den Werkzeugstrang 212 stationär ist und sich nicht mit dem Motor 222 dreht.
Die durch den Winkelpositionssensor 224 oder 225 erfasste Ausrichtung kann eine radiale Richtung eines Referenzpunktes einer Antenne bezogen auf eine Winkelreferenz anzeigen. Die Winkelpositionssensoren 224, 225 können eine beliebige geeignete Winkelreferenz zum Anzeigen der Ausrichtung der drehbaren Sendeantenne 216 oder der drehbaren Empfangsantenne 218 verwenden. In einigen Aspekten kann die Winkelreferenz bezogen auf die Schwerkraft sein, eine Anreißlinie des Werkzeugstrangs 212, ein weiteres Referenzmerkmal des Werkzeugstrangs 212 oder ein Nordwert, wie etwa ein geografischer Norden oder ein magnetischer Norden. In einem Beispiel einer Winkelreferenz bezogen auf die Schwerkraft kann der erste Winkelpositionssensor 224 die Ausrichtung der drehbaren Sendeantenne 216 bezogen auf eine Oberseite einer Schrägbohrung messen, die auch als eine hohe Seite eines Bohrlochs bezeichnet werden kann.
Der Winkelpositionssensor 224 oder 225 kann eine oder mehrere Messrichtungssensoren einschließen. Der Winkelpositionssensor 224 oder 225 kann eine beliebige geeignete Art oder Kombination von Messrichtungssensoren verwenden. Beispiele von Messrichtungssensoren schließen Beschleunigungsmesser, Magnetometer und Gyroskope ein. In einem Beispiel kann ein Winkelpositionssensor 224 oder 225 zwei Beschleunigungsmesser einschließen, die orthogonal entlang X-Y-Achsen ausgerichtet sind, die auf einer Querebene zu der Längsachse des Werkzeugstrangs 212 liegen. Jeder Beschleunigungsmesser kann einen Bruchteil des Gravitationsfelds der Erde gemäß der Ausrichtung des Beschleunigungsmessers erfassen. Die durch die Beschleunigungsmesser erfassten Werte können die Ausrichtung der Winkelpositionssensoren 224 oder 225 anzeigen, wie etwa eine Abweichung von einer Referenzrichtung nach oben oder unten. In einem weiteren Beispiel kann ein Winkelpositionssensor 224 oder 225 zwei Magnetometer einschließen, die auf den X-Y-Achsen orthogonal ausgerichtet sind. Die Magnetometer können das Magnetfeld der Erde von verschiedenen Ausrichtungen aus messen, um die Richtung des magnetischen Nordens und die Abweichung des Winkelpositionssensors 224 oder 225 davon zu bestimmen. In einem weiteren Beispiel kann der Winkelpositionssensor 224 oder 225 ein Gyroskop einschließen, das die Abweichung des Winkelpositionssensors 224 oder 225 von der Drehachse der Erde (z. B. dem geografischen Norden) oder einer Referenzrichtung misst. In einigen Aspekten kann eine Kombination von Messrichtungssensoren zusammen verwendet werden, um zur weiteren Klärung der horizontalen und vertikalen Ebenen bezogen auf das Bohrloch beizutragen. In einem Beispiel kann entweder ein Gyroskop oder eine X-Y-Magnetometeranordnung um eine X-Y-Achsen-Beschleunigungsmesseranordnung ergänzt werden. In einigen Aspekten können zusätzliche Messrichtungssensoren desselben oder eines anderen Typs eingeschlossen werden, um zusätzliche Ausrichtungsinformationen bereitzustellen. In einem Beispiel kann ein Sensor, der entlang der Z-Achse (z. B. entlang der Längsachse des Werkzeugstrangs 212) misst, eingeschlossen werden, um Fehler bei der Klärung der Richtung der vertikalen oder horizontalen Ebenen (oder beider) bezogen auf die Abwärtsrichtung zu verringern, wie etwa unter Bedingungen, bei denen die Auflösung auf der X-Achse, Y-Achse oder beiden schlecht ist.
3 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Bodenlochsensoranordnung 214 aus 2 mit gedrehten Antennen 216, 218 gemäß einem Aspekt. Das Drehen des Motors 222 (wie durch den Pfeil gegen den Uhrzeigersinn 228 in 3 dargestellt) kann die drehbare Sendeantenne 216 oder die drehbare Empfangsantenne 218 dazu veranlassen, sich bezogen auf den Werkzeugstrang 212 zu drehen. Das Drehen der drehbaren Sendeantenne 216 oder der drehbaren Empfangsantenne 218 kann die durch die drehbare Sendeantenne 216 und die drehbare Empfangsantenne 218 gemessene Position des empfindlichen Volumens 226 der Formation 210 verschieben. Das empfindliche Volumen 226 kann zum Beispiel von einer Position in der Formation 210 über dem Werkzeugstrang 212 (wie in 2 dargestellt) in eine Position in der Formation 210 unter dem Werkzeugstrang 212 (wie in 3 dargestellt) gedreht werden. Das empfindliche Volumen 226 kann ohne Drehung des Werkzeugstrangs 212 bewegt werden. Das Drehen der Position des empfindlichen Volumens 226 ohne Drehen des Werkzeugstrangs 212 kann mehr Daten über die Formation 210 bereitstellen als andernfalls ohne das Drehen des Werkzeugstrangs 212 bereitgestellt werden würde. In einem Beispiel können Widerstandsinformationen über die Formation 210 an verschiedenen Punkten des Werkzeugstrangs 212 erhalten werden, während der Werkzeugstrang 212 zur Kursanpassung gleitet. Die Widerstandsinformationen können einem Bediener des Werkzeugstrangs 212 zum Anzeigen einer Nähe zu einer Grenze zwischen wasserhaltigen Erdschichten und kohlenwasserstoffhaltigen Erdschichten vorgelegt werden.
In einem weiteren Beispiel kann das Drehen der Position des empfindlichen Volumens 226 ohne Drehen des Werkzeugstrangs 212 Daten über die Richtung eines und die Entfernung zu einem künstlichen unterirdischen Objekt, wie etwa einem weiteren Schacht, einem weiteren Bohrloch oder einem verlorenen Bohrstrang, bereitgestellt werden. Durch das Erfassen von Veränderungen des umgebenden Volumens (wie etwa Änderungen des spezifischen Widerstands) kann zum Beispiel die Lage eines künstlichen Objekts (wie etwa eines elektrisch leitfähigen Gehäuses, das einen niedrigeren spezifischeren Widerstand aufweist als die umgebende Formation) bestimmt werden.
In einigen Aspekten kann die drehbare Sendeantenne 216 oder die drehbare Empfangsantenne 218 selektiv drehbar mit dem Werkzeugstrang 212 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann die drehbare Sendeantenne 216 an dem Werkzeugstrang 212 verriegelt werden, um Drehung der drehbaren Sendeantenne 216 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 zu verhindern. In einigen Aspekten kann sich die drehbare Sendeantenne 216 oder die drehbare Empfangsantenne 218 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 in einer Richtung drehen, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der sich der Werkzeugstrang 212 während dem Bohren dreht. Eine entgegengesetzte Drehrichtung kann eine Drehgeschwindigkeit der drehbaren Antenne 216, 218 bezogen auf die Formation 210 ermöglichen, die geringer ist als die Drehgeschwindigkeit des Werkzeugstrangs 212 bezogen auf die Formation 210.
Obwohl die Bodenlochsensoranordnung 214 in den 2–3 mit einer drehbaren Sendeantenne 216 und einer drehbaren Empfangsantenne 218 dargestellt ist, die durch einen Motor 222 gedreht werden, sind andere Anordnungen möglich. Eine Bodenlochsensoranordnung kann zum Beispiel eine Sendeantenne einschließen, die drehbar ist, und eine Empfangsantenne, die nicht drehbar ist, oder umgekehrt. Ein Paar von Antennen, bei dem eine der Antennen drehbar ist, kann dennoch ein empfindliches Volumen bereitstellen, das bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist, ohne dass sich der Werkzeugstrang dreht. Die Bodenlochsensoranordnung 214 kann mehrere Empfangsantennen, mehrere Sendeantennen, mehrere Motoren, mehrere Winkelpositionssensoren oder eine beliebige Kombination davon einschließen.
Obwohl die Bohrlochanordnung 214 in den 2–3 mit Winkelpositionssensoren 224, 225 dargestellt ist, die jeweils zum Drehen mit der drehbaren Sendeantenne 216 und der drehbaren Empfangsantenne 218 auf einem gemeinsamen Gehäuse positioniert sind, sind andere Anordnungen möglich. In einigen Aspekten kann der einer Antenne zugeordnete Winkelpositionssensor 224 oder 225 zum Beispiel einen Messrichtungssensor einschließen, der sich nicht bei derselben Geschwindigkeit oder in dieselbe Richtung dreht wie die Antenne. In zumindest solchen Anordnungen kann der Winkelpositionssensor ebenfalls einen Ausrichtungssensor einschließen, der eine Ausrichtung der Antenne bezogen auf das den Messrichtungssensor enthaltende Objekt erfasst. Der Ausrichtungssensor kann einen zusätzlichen Versatz der Antenne von der durch den Messrichtungssensor gemessenen Ausrichtung erfassen, um die Ausrichtung der Antenne bezogen auf die Winkelreferenz zu bestimmen. Zum Beispiel ist 4 eine hintere Querschnittsansicht eines Beispiels einer Bodenlochsensoranordnung 314 mit einem Ausrichtungssensor 368 gemäß einem Aspekt.
Die Bodenlochsensoranordnung 314 kann einen Werkzeugstrang 312, ein Gehäuse 356 und einen Winkelpositionssensor 324 einschließen. Das Gehäuse 356 kann bezogen auf den Werkzeugstrang 312, wie durch den gekrümmten Pfeil 328 in 4 dargestellt, drehbar sein. Der Werkzeugstrang 212 kann eine Bohrung 301 einschließen. In einigen Aspekten stellt die Bohrung 301 einen Flussweg bereit, damit Fluide, wie etwa Bohrfluide oder Förderfluide, durch den Werkzeugstrang 212 fließen können. In zusätzlichen oder alternativen Aspekten können Motoren, Wellen, Zahnräder oder andere Komponenten zum Drehen des Gehäuses 356 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 in der Bohrung 301 positioniert werden. (Einige Beispielanordnungen solcher Komponenten werden unten in Bezug auf 7 beschrieben). Das Gehäuse 356 kann eine Antenne 316 tragen. Das Drehen des Gehäuses 356 bezogen auf den Werkzeugstrang 312 kann die Antenne 316 bezogen auf den Werkzeugstrang 312 drehen. Der Winkelpositionssensor 324 kann Informationen über eine Ausrichtung der Antenne 316 bezogen auf eine Winkelreferenz, die von dem Werkzeugstrang 312 getrennt ist, bereitstellen. Nicht einschränkende Beispiele der Winkelreferenz schließen den geografischen Norden, den magnetischen Norden und eine Abwärtsrichtung ein, die einer Richtung entspricht, in der die Erdanziehungskraft die größte Zugkraft ausübt.
Der Winkelpositionssensor 324 kann einen Messrichtungssensor 325 einschließen. Der Winkelpositionssensor kann auf oder in dem Werkzeugstrang 312 anstatt auf dem Gehäuse 356 positioniert sein. Der Messrichtungssensor kann eine Winkelposition des Werkzeugstrangs 312 bezogen auf die Winkelreferenz, die von dem Werkzeugstrang 312 getrennt ist, erfassen. Der Winkelpositionssensor 324 kann außerdem einen Ausrichtungssensor 368 einschließen. Der Ausrichtungssensor 368 kann eine Winkelposition der Antenne 316 bezogen auf den Messrichtungssensor 325 erfassen. Die Ausrichtung der Antenne 316 bezogen auf die Winkelreferenz kann auf Grundlage von Messwerten von dem Ausrichtungssensor 368 und dem Messrichtungssensor 325 bestimmt werden. Der Winkelversatz der Antenne 316 von dem Messrichtungssensor 325 (gemessen durch den Ausrichtungssensor 368) kann zum Beispiel mit dem Winkelversatz des Messrichtungssensors 325 von der Winkelreferenz (gemessen durch den Messrichtungssensor 325) kombiniert werden, um einen Gesamtwinkelversatz der Antenne 316 von der Winkelreferenz zu erhalten. Als ein veranschaulichendes Beispiel kann der Messrichtungssensor 325 ein Gyroskop sein, das Abweichung des Werkzeugstrangs 312 von dem geografischen Norden 399 erfasst. Der Messrichtungssensor 325 kann erfassen, dass der Werkzeugstrang 312 in einer 30-Grad-Ostabweichung 397 von dem geografischen Norden 399 ausgerichtet ist. Der Ausrichtungssensor 368 kann erfassen, dass die Antenne 316 in einer 60-Grad-Ostabweichung 395 von der Stellung des Messrichtungssensors 325 auf dem Werkzeugstrang 312 ausgerichtet ist. Die kombinierten Messwerte in einem solchen Szenario würden anzeigen, dass die Antenne 316 in einer Gesamtostabweichung 393 von 90 Grad vom geografischen Norden 399 ausgerichtet ist.
In einigen Aspekten kann der Ausrichtungssensor 368 Magneten 335, 345 einschließen. Die Magneten 335, 345 können in regelmäßigen Abständen um den Umfang des Werkzeugstrangs 212 angeordnet sein. Die Magneten 335, 345 können mit Dipolen angeordnet sein, die in einer radialen Richtung des Werkzeugstrangs 212 auf der X-Y-Ebene ausgerichtet sind. Ein Nullpunktmagnet 345 kann eine umgekehrte Ausrichtung bezogen auf die übrigen Magneten 335 aufweisen. Der Nullpunktmagnet 345 kann zum Beispiel mit einer Süd-Nord-Ausrichtung in einer radial nach innen gerichteten Richtung angeordnet sein, wenn die übrigen Magneten 335 mit einer Nord-Süd-Ausrichtung in einer radial nach innen gerichteten Richtung angeordnet sind. Der Nullpunktmagnet 345 kann mit dem (oder in einem bekannten Versatz von dem) Messrichtungssensor 325 ausgerichtet sein. Der Nullpunktmagnet 345 kann zum Beispiel mit oder in einem bekannten Versatz von einer Anreißlinie 327 des Werkzeugstrangs 312 ausgerichtet sein. Die Anreißlinie 327 kann eine Referenzausrichtungsposition des Messrichtungssensors 325 bezogen auf den Werkzeugstrang 312 identifizieren. Ein Nullpunkt des Messrichtungssensors 325 kann zum Beispiel an einem bekannten festen Versatz von der Anreißlinie 327 liegen. In einigen Aspekten kann der bekannte feste Versatz von der Anreißlinie 327 gemessen werden, nachdem die Bodenlochsensoranordnung 314 vollständig zusammengebaut ist.
Der Ausrichtungssensor 368 kann außerdem ein oder mehrere Magnetometer 365 (wie etwa einen Hall-Effekt-Sensor) einschließen. Das Magnetometer 365 kann Veränderungen der Magnetfeldstärke erfassen, während sich das Magnetometer 365 zwischen benachbarten Magneten 335, 345 bewegt. Das Magnetometer 365 kann zum Beispiel jedes Mal, wenn das Magnetometer 365 mit einem Magneten 335, 345 ausgerichtet ist, Spitzen der Magnetfeldgröße erfassen. Die umgekehrte Ausrichtung des Nullpunktmagneten 345 kann zu einer Spitze in der entgegengesetzten Richtung von den übrigen Magneten 335 führen. Die Anzahl der Spitzen seit der entgegengesetzten Spitze des Nullpunktmagneten 345 kann eine allgemeine Angabe darüber bereitstellen, wie weit sich das Magnetometer 365 an dem Nullpunktmagneten 345 vorbei bewegt hat. Der Größenunterschied von der letzten Spitze kann anzeigen, wie weit sich das Magnetometer 365 von dieser Spitze wegbewegt hat, und genauere Standortinformationen bereitstellen, wenn sich das Magnetometer 365 zwischen den Magneten 335, 345 befindet. In einigen Aspekten kann ein Gyroskop oder Intervallzeitgeber mit dem Magnetometer 365 verwendet werden, um eine zusätzliche Annäherung von Zwischenpositionen zwischen den Magneten 335, 345 auf Grundlage der gemessenen Drehgeschwindigkeit gegenüber der Zeit bereitzustellen.
Obwohl der Ausrichtungssensor 368 in 4 mit den Magneten 335, 345 dargestellt wird, die von dem Werkzeugstrang 312 getragen werden, und den Magnetometern 365, die von dem Gehäuse 356 getragen werden, sind andere Anordnungen möglich. In einigen Aspekten werden die Magnetometer 365 von dem Werkzeugstrang 312 getragen und werden die Magneten 335, 345 von dem Gehäuse 356 getragen. In einigen Aspekten kann sich eine Kombination von Magneten 335, 345 und Magnetometern 365 auf einer Kombination aus dem Werkzeugstrang 312 und einer Motorwelle, die mit dem Gehäuse 356 gekoppelt ist, befinden, um das Gehäuse 356 bezogen auf den Werkzeugstrang 312 zu drehen. Die Motorwelle kann sich in der Bohrung 301 befinden und mit dem Gehäuse 356 in einer beliebigen geeigneten Weise gekoppelt sein, einschließlich der unten in Bezug auf 7 beschriebenen Beispielanordnung. Eine Anordnung, in der ein Ausrichtungssensor 368 die Drehung der Motorwelle überwacht, kann eine alternative oder zusätzliche Angabe über die Winkelposition der Antenne auf Grundlage einer bekannten Beziehung zwischen dem Drehen der Motorwelle und der Drehung des Gehäuses bereitstellen.
In einigen Aspekten kann das Einschließen eines Ausrichtungssensors 368 Förderkosten der Bodenlochsensoranordnung 314 verringern, indem eine Anzahl der in der Bodenlochanordnung 314 verwendeten Messrichtungssensoren 325 verringert wird. In einigen Aspekten kann das Positionieren eines oder mehrerer Messrichtungssensoren 325 zum Drehen mit jeder sich drehenden Antenne 316 eine Komplexität der Bohrlochsensoranordnung 314 verringern oder eine Genauigkeit davon erhöhen. Ein Messrichtungssensor 325, der sich mit einer Antenne 316 dreht, kann zum Beispiel direkte Informationen über die Ausrichtung der Antenne 316 bezogen auf eine Winkelreferenz bereitstellen. Direktes Erhalten von Ausrichtungsinformationen kann derartige Ungenauigkeiten von Änderungen der Ausrichtung von zwischen dem Messrichtungssensor 325 und der Antenne 316 angeordneten Komponenten verringern oder ausschließen, die als Ergebnis einer Bohrstrangverdrehung, Überspannung einer Gewindeverbindung während des Bohrens, einer Verdrehung des Antriebsstrangs des Motors, Veränderungen des Zahnradspiels oder anderer Fehlausrichtungsfaktoren auftreten können.
5 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer Bodenlochsensoranordnung 414 mit mehreren Empfangsantennen 418, 420 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Die Bodenlochsensoranordnung 414 kann einen Werkzeugstrang 412, eine drehbare Sendeantenne 416, eine erste drehbare Empfangsantenne 418, eine zweite drehbare Empfangsantenne 420 und einen Motor 422 einschließen.
Die erste drehbare Empfangsantenne 418 und die zweite drehbare Empfangsantenne 420 können sich entlang des Werkzeugstrangs 412 an unterschiedlichen Längen von der drehbaren Sendeantenne 416 befinden. Die unterschiedlichen Längen können die erste drehbare Empfangsantenne 418 und die zweite drehbare Empfangsantenne 420 dazu veranlassen, sich unterschiedlich mit der drehbaren Sendeantenne 416 auszurichten. Der Ausrichtungsunterschied kann es der drehbaren Sendeantenne 416 ermöglichen, ein erstes empfindliches Volumen 426 in der Formation 410 mit der ersten drehbaren Empfangsantenne 418 und ein zweites empfindliches Volumen 428 mit der zweiten drehbaren Empfangsantenne 420 zu erzeugen. Das erste empfindliche Volumen 426 kann in einer zu der Untersuchungstiefe des zweiten empfindlichen Volumens 428 verschiedenen Untersuchungstiefe positioniert werden.
In einigen Aspekten kann die Bodenlochsensoranordnung 414 unterschiedliche Untersuchungstiefen gleichzeitig bereitstellen. Die drehbare Sendeantenne 416 kann zum Beispiel zum zeitgleichen Erhalten mehrerer Untersuchungstiefen mehrere Frequenzen abgeben. In einigen Aspekten kann die Bodenlochsensoranordnung 414 unterschiedliche Untersuchungstiefen nacheinander bereitstellen. Die Bodenlochsensoranordnung 414 kann zum Beispiel durchgängig eine Frequenz über die drehbare Sendeantenne 416 übertragen. Die Bodenlochsensoranordnung 414 kann durch Aktivieren der ersten drehbaren Empfangsantenne 418 eine erste Untersuchungstiefe erhalten, ohne dass die zweite drehbare Empfangsantenne 420 aktiviert wird. Die Bodenlochsensoranordnung 414 kann durch Deaktivieren der ersten drehbaren Empfangsantenne 418 und Aktivieren der zweiten drehbaren Empfangsantenne 420 eine zweite Untersuchungstiefe erhalten.
Die drehbare Sendeantenne 416, die erste drehbare Empfangsantenne 418 und die zweite drehbare Empfangsantenne 420 können sich als Reaktion auf die Drehung des Motors 422 bezogen auf den Werkzeugstrang 412 drehen. Das Drehen des ersten empfindlichen Volumens 426 und des zweiten empfindlichen Volumens 428 bezogen auf den Werkzeugstrang 412 kann vielfältigere Untersuchungstiefen, eine verbesserte vertikale Datenauflösung, einen Ausgleich von Datenveränderungen oder eine beliebige Kombinationen davon bereitstellen.
6 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer Bodenlochsensoranordnung 514 mit Empfangsantennen 518, 520, die in unterschiedlichen Neigungswinkeln ausgerichtet sind, gemäß einem Aspekt. Die Bodenlochsensoranordnung 514 kann eine drehbare Sendeantenne 516, eine erste drehbare Empfangsantenne 518 und eine zweite drehbare Empfangsantenne 520, die entlang eines Werkzeugstrangs 512 angeordnet sind, einschließen.
Der Werkzeugstrang 512 kann ein Bohrlochende 546 aufweisen. In einigen Aspekten kann ein Bohreinsatz an dem Bohrlochende 546 positioniert sein. Der Werkzeugstrang 512 kann sich in einer Richtung durch die Formation 510 bewegen. Der Werkzeugstrang 512 kann sich zum Beispiel in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung bewegen, wie durch den nach rechts gerichteten Pfeil in 6 dargestellt.
Die erste drehbare Empfangsantenne 518 kann mit einer Wicklungsebene 519 ausgerichtet sein, die in einem Neigungswinkel positioniert ist, der im Wesentlichen senkrecht zu einem Neigungswinkel einer Wicklungsebene 517 der drehbaren Sendeantenne 516 ist. Die senkrechte Ausrichtung kann ein erstes empfindliches Volumen 526 erzeugen, das zwischen der drehbaren Sendeantenne 516 und der ersten drehbaren Empfangsantenne 518 positioniert ist. Das erste empfindliche Volumen 526 kann Informationen über einen Formationsabschnitt 510 bereitstellen, der seitlich zu dem Werkzeugstrang 512 positioniert ist. Das erste empfindliche Volumen 526 kann zum Beispiel unter der horizontalen Bewegungsrichtung des Werkzeugstrangs 512 positioniert sein, wie in 6 dargestellt.
Die zweite drehbare Empfangsantenne 520 kann eine Wicklungsebene 521 aufweisen, die in einem Neigungswinkel ausgerichtet ist, der im Wesentlichen parallel zu einem Neigungswinkel einer Wicklungsebene 517 der drehbaren Sendeantenne 516 ist. Die parallele Ausrichtung kann ein zweites empfindliches Volumen 528 und ein drittes empfindliches Volumen 529 erzeugen. Das zweite empfindliche Volumen 528 kann einen Abschnitt 532 einschließen, der sich über die drehbare Sendeantenne 516 hinaus und von der zweiten drehbaren Empfangsantenne 520 weg erstreckt. Das zweite empfindliche Volumen 528 kann zum Beispiel einen Abschnitt 532 einschließen, der sich vor (z. B. wie in Richtung rechts in 6 dargestellt) die drehbare Sendeantenne 516 erstreckt. In einigen Aspekten kann sich das zweite empfindliche Volumen 528 aus einer parallelen Ausrichtung vor das Bohrlochende 546 des Werkzeugstrangs 512 erstrecken. In einem Beispiel kann eine parallele Anordnung Informationen über einen Bereich, der vor einem Bohreinsatz in einem Bohrstrang liegt, bereitstellen. In einigen Aspekten kann das Positionieren einer Antenne näher an dem Bohrlochende 546 des Werkzeugstrangs 512 eine Entfernung vor dem Bohrlochende 546 erhöhen, die erfasst werden kann. Die drehbare Sendeantenne 516 kann zum Beispiel bohrlochabwärts von einem Motor 522 positioniert sein, der eine Drehung einer oder mehrerer Antennen bezogen auf den Werkzeugstrang 512 erzeugt. Das dritte empfindliche Volumen 529 kann einen Abschnitt 533 einschließen, der sich über die zweite drehbare Sendeantenne 520 hinaus und von der drehbaren Empfangsantenne 516 weg erstreckt. Das dritte empfindliche Volumen 529 kann zum Beispiel einen Abschnitt 533 einschließen, der sich hinter (z. B. wie in Richtung links in 6 dargestellt) die zweite drehbare Sendeantenne 520 erstreckt.
Eine senkrechte Neigungswinkelausrichtung kann ein erstes empfindliches Volumen 526 bereitstellen, das kleiner ist als ein zweites von einer parallelen Neigungswinkelausrichtung bereitgestelltes empfindliches Volumen 528. Die kleinere Größe des ersten empfindlichen Volumens 526 kann Messwerte mit einer höheren Auflösung als den von dem zweiten empfindlichen Volumen 528 bereitgestellten Messwerten bereitstellen. Die größere Größe des zweiten empfindlichen Volumens 528 kann Messwerte bereitstellen, die Bereichen der Formation 510 entsprechen, die weiter weg von dem Werkzeugstrang 512 sind als die von dem ersten empfindlichen Volumen 526 bereitgestellten Messwerte. Das Kombinieren der flacheren Messwerte des ersten empfindlichen Volumens 526 und der tieferen Messwerte des zweiten empfindlichen Volumens 528 kann ein Profil einer Eigenschaft der Formation 510, die radial um den Werkzeugstrang 512 liegt, bereitstellen. Ein Profil einer Eigenschaft der Formation 510 kann die Interpretation oder Identifikation von Grenzen unterschiedlicher Lagen der Formation 510 verbessern.
7 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer drehbaren Sensoranordnung 650 gemäß einem Aspekt. Die drehbare Sensoranordnung 650 kann einen Sensor bezogen auf einen Werkzeugstrang 612 drehen, wie etwa die oben in Bezug auf 2–6 beschriebenen drehbaren Sensoren. Die drehbare Sensoranordnung 650 kann einen Körper 652, eine Welle 654 und ein Gehäuse 656 einschließen.
Der Körper 652 kann Teil eines Werkzeugstrangs 612 sein. Der Körper 652 kann Kopplungselemente 658a, 658b zum Verbinden mit anderen Abschnitten 660a, 660b des Werkzeugstrangs 612 einschließen. Kopplungselemente 658a, 658b können zum Beispiel Gewindeflächen sein.
Die Welle 654 kann in dem Körper 652 positioniert sein. Die Welle 654 kann bezogen auf den Körper 652 durch Lageranordnungen 662a, 662b abgestützt werden. Lageranordnungen 662a, 662b können es der Welle 654 ermöglichen, sich bezogen auf den Körper 652 zu drehen. In einigen Aspekten können die Lageranordnungen 662a, 662b den Fluiddurchgang einschränken. In einem Beispiel verschließen die Lageranordnungen 662a, 662b eine Kammer 664 um die Welle 654. In einem anderen Beispiel ermöglichen die Lageranordnungen 662a, 662b einen gewissen Fluiddurchgang zum Schmieren von Komponenten in der Kammer 664. In einigen Aspekten kann die Welle 654 einen inneren Durchgang 666 einschließen. Der Durchgang 666 kann es Fluid ermöglichen, von einem Ende der Kammer 664 durch die Welle 654 zum anderen zu fließen. Der Durchgang 666 kann zum Beispiel einen Flussweg bereitstellen, damit Bohrfluide einen Schlammmotor in einem Bohrvorgang erreichen und diesem Leistung bereitstellen.
Die Welle 654 kann mit einem Motor 222 gekoppelt sein, wie etwa einem oben in Bezug auf 2 beschriebenen Motor. In einem Beispiel kann die Welle 654 über eine Gleichlaufgelenkverbindung 668 mit einem Schlammmotor verbunden sein. In einem anderen Beispiel kann die Welle 654 der Rotor des Motors sein. Die Welle 654 kann sich als Reaktion auf den Betrieb des Motors drehen. Die Welle 654 kann Torsionsbewegung des Motors an andere Objekte kommunizieren. In einigen Aspekten kann die Welle 654 mit einer Kopplung 670 verknüpft sein, um Torsionsbewegung an ein Objekt zu kommunizieren, das sich in einer axialen Richtung von der Welle 654 befindet. In einem Beispiel kann die Welle 654 zur synchronisierten Drehung der drehbaren Sensoranordnungen durch eine Kopplung 670 verknüpft sein, um eine Drehung der Welle 654 einer anderen drehbaren Sensoranordnung 650 hervorzurufen.
Das Gehäuse 656 kann derart drehelastisch mit der Welle 654 gekoppelt sein, dass die Drehung der Welle 654 eine Drehung des Gehäuses 656 hervorruft. Die Welle 654 kann zum Beispiel über ein oder mehrere Zahnräder 670a, 670b drehelastisch mit dem Gehäuse 656 gekoppelt sein. Das Gehäuse 656 kann eine Zahnradfläche 672 zum Eingriff mit den Zahnrädern 670a, 670b einschließen. In einem Beispiel kann ein an der Welle 654 befestigtes Zahnrad 670a mit einem Planetenzahnrad 670b eingreifen. Das Planetenzahnrad 670b kann an einer Planetenwelle 674 befestigt sein, die durch den Körper 652 abgestützt wird. Obwohl nur ein Planetenzahnrad 670b und eine Planetenwelle 674 in 7 dargestellt werden, können mehrere Planetenzahnräder 670b und Planetenwellen 674 radial um die Welle 654 positioniert sein. Das eine oder die mehreren Planetenzahnräder 670b können in die Zahnradfläche 672 auf dem Gehäuse 656 und das an der Welle 654 befestigten Zahnrad 670a eingreifen, um Drehbewegung zwischen der Welle 654 und dem Gehäuse 656 zu übertragen.
In einigen Aspekten können Lager 676 zwischen dem Gehäuse 656 und dem Körper 652 positioniert werden. Die Lager 676 können Radiallager, Axiallager oder eine Kombination davon sein. Eine Kombination aus Axial- und Radiallagern kann es dem Gehäuse 656 ermöglichen, sich in Gegenwart externer auf das Gehäuse aufgebrachter Lasten, die andernfalls die Drehung beeinträchtigen könnten, weiterhin bezogen auf den Körper 652 zu drehen. In einigen Aspekten können Federn 678 oder andere vorgespannte Ausrichtungsvorrichtungen mit den Lagern 676 positioniert werden, um die Position der Lager 676 unter aufgebrachten externen Lasten beizubehalten.
Das Gehäuse 656 kann einen Formationssensor 680, einen Körperwinkelpositionssensor 682, einen Wellenwinkelpositionssensor 684, einen Messrichtungssensor 686, ein Elektronikpaket 688 und eine Kommunikationsvorrichtung 690 einschließen. Obwohl das Gehäuse 656 in 7 mit all diesen Komponenten dargestellt wird, können in einigen Aspekten eine oder mehrere dieser Komponenten von dem Gehäuse 656 weggelassen werden.
Der Formationssensor 680 kann Eigenschaften einer Formation 610 erfassen. Der Formationssensor 680 kann zum Beispiel eine drehbare Sendeantenne 216 oder eine drehbare Empfangsantenne 218 sein, wie oben in Bezug auf 2 beschrieben. In einigen Aspekten ist der Formationssensor 680 ein Transceiver, der zwischen einem Sendemodus und einem Empfangsmodus umgeschaltet werden kann. In einigen Aspekten kann der Formationssensor 680 ein von einer Antenne zum Erfassen von Widerstand in der Formation verschiedener Richtungssensor sein. Nicht einschränkende Beispiele eines solchen alternativen Formationssensors 680 schließen einen Gammastrahlensensor, einen akustischen Sensor, einen magnetischen Kernresonanzsensor und einen Dichtesensor ein. Alle solchen Sensoren können zusätzlich oder alternativ zum Messen von Eigenschaften der Formation oder der Richtung von und Entfernung zu gemessenen künstlichen Objekten in der Formation, wie etwa einem anderen Bohrloch, Bohrlochrohr oder einem verlorenen Bohrstrang, verwendet werden. Obwohl die drehbare Sensoranordnung 650 in 7 mit einem einzigen Formationssensor 680 dargestellt ist, sind andere Anordnungen möglich. In einigen Aspekten kann die drehbare Sensoranordnung 650 mehrere Formationssensoren 680 oder mehrere Sensoren zum Messen von Entfernung und Richtung einschließen. Diese mehreren Formationssensoren 680 oder Sensoren zum Messen von Entfernung und Richtung können vom selben Typ oder von verschiedenen Typen sein.
Der Körperwinkelpositionssensor 682 kann eine Winkelposition des Formationssensors 680 bezogen auf den Körper 652 der drehbaren Sensoranordnung 650 erfassen. Der Körperwinkelpositionssensor 682 kann zum Beispiel Markierungen 692 optisch erfassen, die um den Umfang des Körpers 652 positioniert sind. Die zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasste Markierung 692 kann die Winkelposition des Formationssensors 680 bezogen auf den Körper 652 zu dem bestimmten Zeitpunkt anzeigen.
Der Wellenwinkelpositionssensor 684 kann eine Winkelposition des Formationssensors 680 bezogen auf die Welle 654 der drehbaren Sensoranordnung 650 erfassen. Der Wellenwinkelpositionssensor 684 kann zum Beispiel ein Magnetfeld eines oder mehrerer mit der Welle 654 oder einer Planetenwelle 674 gekoppelten Magneten 694 (in 7 mit einer Planetenwelle 674 gekoppelt gezeigt) erfassen. Die Stärke des zu einem bestimmten Zeitpunkt erfassten Magnetfeldes kann die Winkelposition des Formationssensors 680 bezogen auf die Welle 654 zu dem bestimmten Zeitpunkt anzeigen.
Der Messrichtungssensor 686 kann eine Winkelposition des Messrichtungssensors 686 bezogen auf eine von der drehbaren Sensoranordnung 650 verschiedenen Winkelreferenz erfassen. Eine Winkelposition kann zum Beispiel auf Grundlage von Schwerkraft, dem geografischen Norden oder dem magnetischen Norden erfasst werden, wie etwa durch einen oder mehrere Beschleunigungsmesser, Gyroskope oder Magnetometer. Die Stärke oder Richtung der durch eine oder mehrere dieser Komponenten zu einem bestimmten Zeitpunkt erfassten Messwerte kann eine Winkelposition oder Ausrichtung des Messrichtungssensors 686 bezogen auf die Winkelreferenz anzeigen.
Das Positionieren des Messrichtungssensors 686 auf dem Gehäuse 656 mit dem Formationssensor 680 kann dazu führen, dass die durch den Messrichtungssensor 686 erfasste Winkelposition direkt der Winkelposition des Formationssensors 680 entspricht. Die Winkelabweichung des Formationssensors 680 von der Winkelreferenz kann zum Beispiel gleich der durch den Messrichtungssensor 686 erfassten Winkelabweichung oder um eine bekannte Menge versetzt sein, die der Art entspricht, in der der Messrichtungssensor 686 und der Formationssensor 680 bezogen aufeinander auf dem Gehäuse 656 ausgerichtet sind.
In einigen Aspekten kann sich der Messrichtungssensor 686 an einem von dem Gehäuse 656 verschiedenen Ort befinden, wie etwa an anderer Stelle in dem Werkzeugstrang 612. Der Körperwinkelpositionssensor 682 oder der Wellenwinkelpositionssensor 684 kann in zumindest solchen Anordnungen die Winkelposition des Formationssensors 680 bezogen auf den Messrichtungssensor 686 bestimmen, genauso wie der Ausrichtungssensor 368 (oben in Bezug auf 4 beschrieben) die Winkelposition der Antenne 316 bezogen auf den Messrichtungssensor 325 bestimmen kann. Diese Winkelposition des Formationssensors 680 bezogen auf den Messrichtungssensor 686 kann mit der Winkelposition des Messrichtungssensors 686 kombiniert werden, um die Ausrichtung des Formationssensors 680 bezogen auf die Winkelreferenz zu bestimmen, genauso wie die Ausrichtung der Antenne 316 bezogen auf die Winkelreferenz auf Grundlage der Messwerte von dem Ausrichtungssensor 368 und dem Messrichtungssensor 325 (oben in Bezug auf 4 beschrieben) bestimmt werden kann.
Das Elektronikpaket 688 kann Informationen an die oben beschriebenen verschiedenen datenerzeugenden Sensoren (z. B. den Körperwinkelpositionssensor 682, den Wellenwinkelpositionssensor 684, den Messrichtungssensor 686, den Formationssensor 680 oder eine Kombination davon) senden oder von diesen erhalten. Das Elektronikpaket 688 kann außerdem eine zentrale Zeitmessfunktion zur Synchronisierung oder Synthetisierung der zeitlichen Steuerung der Datenauslesung der datenerzeugenden Sensoren bereitstellen. In einigen Aspekten sind einer oder mehrere der datenerzeugenden Sensoren in das Elektronikpaket 688 integriert.
Das Elektronikpaket 688 kann eine oder mehrere Komponenten eines Informationsverarbeitungssystems einschließen. Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff „Informationsverarbeitungssystem“ auf ein System, das einen oder mehrere mit einer nicht-transitorischen Speichervorrichtung gekoppelte Prozessoren einschließt. Nicht einschränkende Beispiele der Speichervorrichtung schließen RAM und ROM ein. Die Speichervorrichtung kann maschinenlesbare Befehle speichern, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausführbar sind. Wenn die Befehle durch einen Prozessor ausgeführt werden, können sie den Prozessor dazu veranlassen, Funktionen durchzuführen, die verschiedene der hier beschriebenen Funktionen einschließen können. Als ein veranschaulichendes Beispiel kann ein Informationsverarbeitungssystem konfiguriert werden, um die im vorherigen Abschnitt und an anderer Stelle hier in Bezug auf das Elektronikpaket 688 beschriebenen Funktionen durchzuführen. Außerdem ist der Begriff „Informationsverarbeitungssystem“ nicht ausschließlich auf das in Bezug auf 7 beschriebene Elektronikpaket 688 beschränkt. Weitere nicht einschränkende Beispiele für Informationsverarbeitungssysteme schließen Mikrocontroller, analoge Elektronik, Computersysteme, die sich an der Oberfläche befinden, und Kombinationen davon ein.
Das Elektronikpaket 688 kann außerdem Informationen über die Kommunikationsvorrichtung 690 senden oder empfangen. In einem Beispiel kann die Kommunikationsvorrichtung 690 ein Toroid sein, um anderen Vorrichtungen in der Bohrlochanordnung, wie etwa der Bodenlochsensoranordnung 214, oder an einem beliebigen Zwischenpunkt in einem Bohrstrang Short-Hop-Kommunikationsverbindungen über ein drahtloses Netzwerk bereitzustellen. Andere Beispiele für eine Kommunikationsvorrichtung 690 schließen einen induktiven Koppler oder einen Schleifring ein.
Das Elektronikpaket 688, die datenerzeugenden Sensoren und die Kommunikationsvorrichtung 690 (oder eine beliebige Kombination davon) können durch eine beliebige geeignete Energiequelle angetrieben werden. In einem Beispiel kann die Energiequelle in dem Elektronikpaket 688 eingeschlossene Batterien in dem Gehäuse 656 sein. In einem anderen Beispiel kann sich die Stromquelle entfernt von dem Gehäuse 656 befinden (wie etwa an anderer Stelle in einer Bohrlochanordnung) und durch einen Schleifring zum Kommunizieren von Energie von dem Körper 652 an das Gehäuse 656 an das Gehäuse 656 übertragen werden.
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer Bodenlochsensoranordnung 714 mit zwei Motoren 722, 736 gemäß einem Aspekt. Die Bodenlochsensoranordnung 714 kann einen ersten Motor 722, einen zweiten Motor 736, eine erste drehbare Sensoranordnung 716, eine zweite drehbare Sensoranordnung 718, eine dritte drehbare Sensoranordnung 720, eine drehbare Sensoranordnung nahe dem Bohrer 738 und einen Bohreinsatz 746, der entlang einem Werkzeugstrang 712 positioniert ist, einschließen. In einigen Aspekten kann jeder der ersten drehbaren Sensoranordnung 716, der zweiten drehbaren Sensoranordnung 718 und der dritten drehbaren Sensoranordnung 720 ähnlich der oben in Bezug auf 7 beschriebenen drehbaren Sensoranordnung 650 sein.
Die erste drehbare Sensoranordnung 716 kann mit dem ersten Motor 722 gekoppelt sein. Der erste Motor 722 kann die erste drehbare Sensoranordnung 716 dazu veranlassen, sich unabhängig von dem Werkzeugstrang 712 oder dem zweiten Motor 736 zu drehen. In einem Beispiel kann der zweite Motor 736 den Bohreinsatz 746 drehen. Der erste Motor 722 kann es der ersten drehbaren Sensoranordnung 716 ermöglichen, in einer von einer Drehgeschwindigkeit des Bohreinsatzes 746 unabhängigen Drehgeschwindigkeit gedreht zu werden. Die unabhängige Drehung kann es ermöglichen, eine Wobbelgeschwindigkeit der ersten drehbaren Sensoranordnung 716 zu optimieren, wie etwa auf Grundlage einer Eindringrate eines gebohrten Schachts.
Der zweite Motor 736 kann mit der zweiten drehbaren Sensoranordnung 718, der dritten drehbaren Sensoranordnung 720, der drehbaren Sensoranordnung nahe dem Bohrer 738 und dem Bohreinsatz 746 gekoppelt sein. Das Koppeln mehrerer drehbaren Sensoranordnungen 718, 720, 738 mit einem gemeinsamen Motor 736 kann es den drehbaren Sensoranordnungen 718, 720, 738 ermöglichen, sich synchron zu drehen. Das synchronisierte Drehen kann vereinfachte Konfigurationen der Bohrlochsensoranordnung 714 ermöglichen, wie etwa Konfigurationen mit verringerten Anzahlen von Motoren oder Winkelpositionssensoren.
Einer oder mehrere der drehbaren Sensoranordnungen 716, 718, 720, oder 738 können mehrere Sensoren 780a, 780b einschließen. Die mehreren Sensoren 780a, 780b können bezogen aufeinander derart geneigt sein, dass mit dem ersten Sensor 780a eine andere Messung durchgeführt werden kann als mit dem zweiten Sensor 780b. In einem Beispiel können die mehreren Sensoren 780a, 780b Wicklungen einer Antenne sein, die in Wicklungsebenen angeordnet sind, die bezogen aufeinander geneigt sind. Eine Eigenschaft einer unterirdischen Formation kann sowohl in einer ersten Position in der ersten Wicklungsebene als auch in einer zweiten Position in der zweiten Wicklungsebene auf Grundlage von jeweiligen Ausrichtungen der Empfangsantenne und der Sendeantenne bestimmt werden. In einigen Aspekten können die mehreren Sensoren 780a, 780b im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sein.
Mehrere Sensoren 780a, 780b in einer drehbaren Sensoranordnung 716, 718, 720, oder 738 können eine größere Anzahl an Datenpunkten zur Berechnung von Formationseigenschaften bereitstellen. Gekreuzte Antennen können zum Beispiel mehr Kanäle, also mehr Messwerte von einer bestimmten Sender- und Empfängerkombination, bereitstellen. Gekreuzte Antennen können außerdem das Synthetisieren von Messwerten von Dipolwinkeln ermöglichen, die physisch nicht vorhanden sind, wie etwa durch Durchführen eines gewichteten Durchschnitts der Reaktionen von jeder der gekreuzten Antennen.
Die drehbare Sensoranordnung nahe dem Bohrer 738 kann sich von der oben in Bezug auf 7 beschriebenen drehbaren Sensoranordnung 650 unterscheiden. 9 ist zum Beispiel eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer drehbaren Sensoranordnung nahe dem Bohrer 838 gemäß einem Aspekt. Die drehbare Sensoranordnung nahe dem Bohrer 838 kann einen Körper 852, eine Welle 854 und ein Elektronikgehäuse oder einen Elektronikeinsatz 856 einschließen. In einigen Aspekten kann sich die drehbare Sensoranordnung nahe dem Bohrer 838 nahe einem Bohrlochende eines Werkzeugstrangs befinden, um einen drehbaren Sensor zum Blick vor das Bohrlochende eines Werkzeugstrangs oder vor einen Bohreinsatz in einem Bohrstrang bereitzustellen.
Der Körper 852 kann mit der Welle 854 gekoppelt sein. Die Welle 854 kann durch einen Motor drehbar sein. Die Welle 854 kann einen Durchgang 866 einschließen, durch den Bohrfluid fließen kann. Der Körper 852 kann einen hohlen Innenraum aufweisen, der eine Kammer 864 definiert. Der Körper 852 kann Kopplungselemente 858 zur Verbindung mit anderen Werkzeugen einschließen, wie etwa einen Bohreinsatz, andere Sensoren oder ein Steuerungswerkzeug. In einem Beispiel können die Kopplungselemente 858 Gewindeflächen sein. Bohrfluid, das durch die Welle 854 fließt, kann durch die Kammer 864 und durch die Kopplungselemente 858 fließen. Der Körper 852 kann einen Formationssensor 880 und eine Kommunikationsvorrichtung 890 einschließen.
Der Einsatz 856 kann in die Kammer 864 eingebaut sein. Der Einsatz kann eine zentrale Bohrung 896 einschließen. Das Bohrloch 896 kann einen Flussweg bereitstellen, damit Bohrfluid von der Welle 854 durch die Kopplungselemente 858 fließen kann. Der Einsatz 856 kann ein abgedichtetes Volumen 898 einschließen. Das abgedichtete Volumen 898 kann ein Elektronikpaket 888 enthalten. Das Einbauen des Einsatzes 856 in die Kammer 864 kann eine elektronische Verbindung zwischen dem Elektronikpaket 888 und dem Formationssensor 880 herstellen. Das Einbauen des Einsatzes 856 in die Kammer 864 kann eine elektronische Verbindung zwischen dem Elektronikpaket 888 und der Kommunikationsvorrichtung 890 herstellen. In einigen Aspekten kann das Elektronikpaket 888 eine oder mehrere Winkelpositionssensoren 886 zum Bestimmen einer Winkelposition des Formationssensors 880 einschließen. Das Elektronikpaket 888 kann Informationen von dem Formationssensor 880 über die Kommunikationsvorrichtung 890 senden.
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Beispiels einer Bodenlochsensoranordnung 914 mit Sensoranordnungen 916, 918, 920, 938, die jeweils drei Formationssensoren 980a, 980b, 980c aufweisen, gemäß einem Aspekt. Sensoranordnungen 916, 918, 920, 938 können eine beliebige Anzahl an gekreuzten Sensoren 980a, 980b, 980c einschließen. Konfigurationen mit drei gekreuzten Sensoren 980a, 980b, 980c (wie in 10 dargestellt) können mehr Kanäle und Datenpunkte bereitstellen als Konfigurationen mit weniger gekreuzten Sensoren 780a, 780b (wie in 8 dargestellt). Während eine Konfiguration aus drei gekreuzten Sensoren 980a, 980b, 980c in Abwesenheit von Drehen ausreichende Daten für präzise Messwerte bereitstellen kann, kann das Drehen von einer oder mehrerer der Sensoranordnungen 916, 918, 920, 938 in einigen Aspekten zusätzliche Daten zum Vermindern von Rauschen oder zu anderweitigen Verbessern der Qualität der von den drehbaren Sensoranordnungen 916, 918, 920, 938 erhaltenen Informationen bereitstellen.
In einigen Aspekten sind weniger als alle der Sensoranordnungen 916, 918, 920, 938 drehbar. Ein Motor 922, der mit den Sensoranordnungen 916, 938 gekoppelt ist, kann zum Beispiel die Sensoranordnungen 916, 938 dazu veranlassen, sich zu drehen, während die Sensoranordnungen 918, 920 stationär bleiben. Das Verringern der Anzahl an sich drehenden Sensoren kann die Komplexität der Bohrlochsensoranordnung 914 durch Verringern der Anzahl der sich bewegenden Teile verringern. In einigen Aspekten senden die sich drehenden Sensoranordnungen 916, 938 und empfangen die stationären Sensoranordnungen 918, 920. In anderen Aspekten senden die stationären Sensoranordnungen 918, 920 und empfangen die sich drehenden Sensoranordnungen 916, 938. Die Bohrlochsensoranordnung 914 kann eine beliebige Kombination von stationären oder sich drehenden Sensoranordnungen zum Senden und Empfangen einschließen. In einigen Aspekten kann eine drehbare Sensoranordnung (wie etwa in 10 dargestellte Sensoranordnungen 916, 938) an dem Werkzeugstrang 912 verriegelt werden, um eine Drehung anzuhalten oder zu verhindern und die drehbare Sensoranordnung zeitweise in eine stationäre Sensoranordnung umzuwandeln.
11 ist ein Blockschaubild eines Steuerungssystems 1000 für eine Bodenlochsensoranordnung mit drehbaren Sensoren gemäß einem Aspekt. Die Bodenlochsensoranordnung kann eine Systemsteuerungsstation 1002, Sender 1004a–n, Empfänger 1006a–m, eine Datenerfassungseinheit 1008, einen Datenpuffer 1010, eine Datenverarbeitungseinheit 1012 und eine Kommunikationseinheit 1014, eine Zeit-Synchronisierungseinrichtung 1020 und eine Motorsteuerung 1022 einschließen.
Die Systemsteuerungsstation 1002 kann das gesamte oder einen Teil eines Informationsverarbeitungssystems bilden, das andere hier beschriebene Informationsverarbeitungssysteme einschließen oder mit diesen eine Schnittstelle haben kann. Die Systemsteuerungsstation 1002 kann zum Beispiel einen oder mehrere Prozessoren oder analoge Elektronik einschließen. Die Systemsteuerungsstation 1002 kann den Betrieb anderer Komponenten in dem Steuerungssystem 1000 verwalten. Ein Signal mit einer Frequenz in dem Bereich 1 Hz bis 10 MHz kann durch die Systemsteuerungsstation 1002 generiert und in eine Anzahl von Sendern 1004a–n eingespeist werden (eine beliebige Anzahl „n“ von Sendern 1004a–n kann eingeschlossen werden). In einem Beispiel können die Sender 1004a–n Sendeantennen einschließen, die als Reaktion auf durch die Antennen zugeführten Strom elektromagnetische Wellen in die Bohrlochformation abgeben können. In einigen Aspekten kann ein beliebiger der Sender 1004a–n mehrere Sendeantennen einschließen, die über einen Demultiplexer, der über die Systemsteuerungsstation 1002 gesteuert wird, mit einem einzigen Sender verbunden sind. Dadurch kann die Gesamtanzahl an Sendern 1004a–n, die Größe der Elektronik und die Komplexität des Steuerungssystems 1000 verringert werden.
Die Empfänger 1006a–m (eine beliebige Anzahl „m“ von Empfängern 1006a–m kann eingeschlossen werden) können ein elektromagnetisches Wellensignal von der Bohrlochformation empfangen. In einem Beispiel schließen die Empfänger 1006a–m Antennen ein. Das empfangene Signal kann an die Systemsteuerungsstation 1002 geleitet werden. Analog zu den Sendern 1004a–n mit mehreren Sendeantennen können zur Effizienz über einen Demultiplexer mehrere Empfangsantennen an demselben Empfänger 1006a–m angeschlossen werden. Mehrere Frequenzen können gleichzeitig gesendet und empfangen werden, um die Funktionalität in einem eingeschränkten Zeitfenster zu erhöhen. In einem Beispiel können rechteckige oder andere Zeit-Wellenformen mehrere Frequenzen gleichzeitig an den Sendern 1004a–n anregen. Die Frequenzen können durch Filter am Empfangsende der Datenerfassungseinheit 1008 getrennt werden. Signale von jedem Sender 1004a–n können an allen Empfängern 1006a–m empfangen und aufgezeichnet werden. Die Zeit-Synchronisierungseinrichtung 1020 kann eine Uhr oder eine andere Vorrichtung einschließen, die eine konsistente Zeitreferenz zum Nachverfolgen, wann die verschiedenen Signale abgegeben und empfangen werden, bereitstellen kann. Der Datenpuffer 1010 kann empfangende Signale zum Verarbeiten speichern. Die Datenverarbeitungseinheit 1012 kann Datenverarbeitung oder -inversion durchführen, um die Signalinformationen in Daten über Eigenschaften der Bohrlochformationen umzuwandeln. Die Inversion kann im Bohrloch oder in einem Computer an der Oberfläche 1016, nachdem die Daten an die Oberfläche 1016 übertragen wurden, durchgeführt werden. Die Kommunikationseinheit 1014 kann die Daten oder Ergebnisse an die Oberfläche 1016 kommunizieren, wie etwa an ein Steuerungssystem, das sich an der Oberfläche 1016 befindet. In einem Beispiel können die Daten oder Ergebnisse verwendet werden, um die Richtung eines Bohrstrangs in einem Bohrvorgang zu leiten, wie etwa durch Bereitstellen von Informationen an einen Bediener des Bohrstrangs über eine Visualisierungsvorrichtung an der Oberfläche oder durch Bereitstellen von Informationen an ein automatisiertes Bohrstrangleitsystem. Die Kommunikationseinheit 1014 kann die Daten oder Ergebnisse zusätzlich oder alternativ an andere Werkzeuge im Bohrloch kommunizieren, z. B. um verschiedene Aspekte des Lokalisierens und Extrahierens von Kohlenwasserstoffen zu verbessern. Die Kommunikationseinheit 1014 kann angemessene Komponenten oder Kombinationen davon zum Kommunizieren durch eine beliebige geeignete Form der Telemetrie einschließen, einschließlich, aber ohne darauf beschränkt zu sein, einer beliebigen Kombination von elektronischen Pulsen, analogen Signalen, amplitudenmodulierten Mustern, frequenzmodulierten Mustern oder elektromagnetischen Wellen, von denen jede durch eine beliebige Kombination von drahtgebundenen oder drahtlosen Übertragungen bzw. Schlammpulsübertragungen übertragen werden kann.
Die Motorsteuerung 1022 kann einen oder mehrere zum Drehen jeglicher der Sender 1004a–n oder Empfänger 1006a–m verwendeten Motoren steuern. Die Motorsteuerung 1022 kann das gesamte oder einen Teil eines Informationsverarbeitungssystems bilden, das andere hier beschriebene Informationsverarbeitungssysteme einschließen oder mit diesen eine Schnittstelle haben kann. Die Motorsteuerung 1022 kann die Drehgeschwindigkeit der Sender 1004a–n oder Empfänger 1006a–m durch Steuern der Drehgeschwindigkeit des zugehörigen Motors (der zugehörigen Motoren) anpassen. In einigen Aspekten kann die Motorsteuerung 1022 die Drehung an einem bestimmten Punkt anhalten, um eine oder mehrere der Sender 1004a–n oder Empfänger 1006a–m zur Messung eines bestimmten Bereichs von Interesse in der Bohrlochformation in eine bestimmte Richtung auszurichten.
In einigen Aspekten können einer oder mehrere der Sender 1004a–n oder der Empfänger 1006a–m einer drehbaren Sensoranordnung 1028 entsprechen. Eine drehbare Sensoranordnung 1028 kann zum Beispiel die oben in Bezug auf 7 beschriebene drehbare Sensoranordnung 650 sein. 12 ist ein Blockschaltbild eines Steuerungssystems 1100 für eine drehbare Sensoranordnung 1028 gemäß einem Aspekt. Das Steuerungssystem 1100 kann das gesamte oder einen Teil eines Informationsverarbeitungssystems bilden, das andere hier beschriebene Informationsverarbeitungssysteme einschließen oder mit diesen eine Schnittstelle haben kann. Das Steuerungssystem 1100 kann eine Steuerung 1102, einen Speicher 1104, einen Messrichtungssensor 1106, einen Formationssensor 1108, eine Energiequelle 1110, einen Wellenpositionssensor 1112, eine Kommunikationsvorrichtung 1114, einen Gehäusepositionssensor 1116, eine Zeit-Synchronisierungseinrichtung 1118 und eine Geschwindigkeitssteuerung 1120 einschließen. Obwohl das Steuerungssystem 1100 für eine drehbare Sensoranordnung 1028 in 12 mit allen diesen aufgeführten Komponenten dargestellt ist, können in einigen Aspekten eine oder mehrere dieser Komponenten weggelassen oder direkt als Teil des in 11 dargestellten Steuerungssystems 1000 eingebaut werden.
Die Steuerung 1102 kann das gesamte oder einen Teil eines Informationsverarbeitungssystems bilden, das andere hier beschriebene Informationsverarbeitungssysteme einschließen oder mit diesen eine Schnittstelle haben kann. Die Steuerung 1102 kann zum Beispiel einen Prozessor einschließen. Der Speicher 1104 kann maschinenlesbare Befehle speichern, auf die der Prozessor 1102 zugreifen kann. Der Speicher 1104 kann Daten speichern, die nach Abschluss der Bohrvorgänge abrufbar sind. Das Speichern von Daten in dem Speicher 1104 kann eine Menge an Daten, die während den Vorgängen an die Oberfläche kommuniziert wird, verringern. Der Formationssensor 1108 kann Signale von der Bohrlochformation empfangen und der Steuerung 1102 damit im Zusammenhang stehende Daten bereitstellen. Der Formationssensor 1108 kann zum Beispiel der oben in Bezug auf 7 beschriebene Formationssensor 680 sein.
Die Energiequelle 1110 kann elektrische Energie für die verschiedenen Elektroniken des Steuerungssystems 1100 bereitstellen. Die Energiequelle 1110 kann eine beliebige Energiequelle sein, einschließlich Batterien, einem Schleifring oder einer anderen Verbindung zu einem Draht oder einer anderen Leitung zu einer anderen Energiequelle an der Oberfläche oder in dem Werkzeugstrang oder einem durch Bohrfluide oder die unterschiedliche Drehung der Bohrlochanordung und des Sensorgehäuses angetriebenen Generator (wie etwa einem Wechselstromgenerator).
In einigen Aspekten kann der Speicher 1104 außerdem zu organisierende und zu analysierende Daten speichern. Während sich die Formationssensoren 680 drehen, kann die Ausrichtung der azimutalen Messung zum Beispiel in dem Speicher 1104 ausgelagert werden und in Richtungsfächer im Vergleich zu Zeit oder Tiefe (oder beiden) aufgeteilt werden. Die Lochtiefe kann zum Zeitpunkt der azimutalen Messung bekannt oder später auf Grundlage von Tiefendaten im Vergleich zu Zeitdaten hinzugefügt werden, die an der Oberfläche gemessen werden können. Die ausgelagerten Daten können verwendet werden, um die Messwerte im Vergleich zu einer Tiefe und Ausrichtung zu korrelieren. Auf diese Weise kann ein Winkelprofil der Formationseigenschaften um den Umfang eines Werkzeugstrangs oder Bohrlochs gemessen werden, während sich der azimutale Formationssensor 680 dreht.
Der Messrichtungssensor 1106 kann der Steuerung 1102 Informationen über die Ausrichtung des Formationssensors 1108 bereitstellen. Der Wellenpositionssensor 1112 kann der Steuerung 1102 Informationen über die Position des Formationssensors 1108 bezogen auf eine sich drehende Welle (wie etwa die oben in Bezug auf 7 beschriebene Welle 654) bereitstellen, die den Formationssensor 1108 dazu veranlasst, sich zu drehen. Der Gehäusepositionssensor 1116 kann der Steuerung 1102 Informationen über die Winkelposition bezogen auf einen Werkzeugstrang eines Gehäuses (wie etwa das in Bezug auf 7 oben beschriebene Gehäuse 656) bereitstellen, das den Formationssensor 1108 abstützt. In einigen Aspekten kann der Messrichtungssensor 1106 direkte Informationen über die Ausrichtung des Formationssensors 1108 ähnlich der oben in Bezug auf 2–3 beschriebenen Art bereitstellen, wobei die Winkelpositionssensoren 224 oder 225 zum jeweiligen Drehen mit der drehbaren Sendeantenne 216 oder der drehbaren Empfangsantenne 218 positioniert werden können, um eine Winkelposition davon anzuzeigen. In einigen Aspekten kann der Messrichtungssensor 1106 direkte Informationen über die Ausrichtung des Formationssensors 1108 bereitstellen, die durch Informationen von dem Wellenpositionssensor 1112 oder dem Gehäusepositionssensor 1116 ähnlich der oben in Bezug auf 5 beschriebenen Art ergänzt werden können, wobei Daten von dem Messrichtungssensor 325 mit Daten von dem Ausrichtungssensor 368 kombiniert werden können, um eine Winkelposition der Antenne 316 zu bestimmen.
Die Zeit-Synchronisierungseinrichtung 1118 kann eine Uhr oder eine andere Zeitreferenzvorrichtung einschließen. Die Zeit-Synchronisierungseinrichtung kann eine gemeinsame Zeitskala zum Synthetisieren der von den verschiedenen Komponenten erhaltenen verschiedenen Messwerte für die Steuerung 1102 bereitstellen. Die Steuerung 1102 kann eine Drehgeschwindigkeit des Formationssensors 1108 über die Geschwindigkeitssteuerung 1120 steuern. Die Geschwindigkeitssteuerung 1120 kann zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit eines Motors, der den Formationssensor 1108 dreht, steuern. Die Geschwindigkeitssteuerung 1120 kann das gesamte oder einen Teil eines Informationsverarbeitungssystems bilden, das andere hier beschriebene Informationsverarbeitungssysteme einschließen oder mit diesen eine Schnittstelle haben kann.
Die Kommunikationsvorrichtung 1114 kann Informationen an die oder von der Steuerung 1102 kommunizieren. Die Kommunikationsvorrichtung 1114 kann zum Beispiel Informationen von der Steuerung an die Oberfläche oder ein anderes Werkzeug in dem Werkzeugstrang kommunizieren. Ein Beispiel der Kommunikationsvorrichtung 1114 ist ein Toroid für Short-Hop-Kommunikationsverbindungen, wie oben in Bezug auf 7 besprochen. Der Toroid kann in Umfangsrichtung um einen Träger des Toroids gewickelt werden. In einigen Aspekten kann die Kommunikationsvorrichtung 1114 synthetisierte Informationen oder Rohdaten über den Formationssensor 1108 an die Systemsteuerungsstation 1002 (oben in Bezug auf 11 beschrieben) als Informationen über einen oder mehrere der Sender 1004a–n oder Empfänger 1006a–m kommunizieren.
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren 1200 zum Messen von anisotropen Eigenschaften einer unterirdischen Formation gemäß einem Aspekt veranschaulicht. Bei dem Verfahren kann eine wie hier beschriebene Bodenlochsensoranordnung verwendet werden, wie etwa die in Bezug auf 2–3 beschriebene Bodenlochsensoranordnung 214 oder Variationen davon, wie hier in Bezug auf die anderen Figuren beschrieben.
In Block 1210 wird ein erstes Signal über eine Sendeantenne gesendet. Die drehbare Sendeantenne 216 kann das Signal zum Beispiel in die Formation 210 senden. In Block 1220 wird ein zweites, mit dem ersten Signal in Bezug stehendes Signal über eine Empfangsantenne empfangen. Das erste Signal kann gesendet werden oder das zweite Signal kann empfangen werden, während sich die Sendeantenne oder die Empfangsantenne bezogen auf den Werkzeugstrang dreht. Die drehbare Empfangsantenne 218 kann zum Beispiel ein Signal von dem empfindlichen Volumen 226 der Formation 210 empfangen, das einer Reaktion der Formation 210 auf das erste, durch die drehbare Sendeantenne 216 gesendete Signal entspricht. Die drehbare Sendeantenne 216 oder die drehbare Empfangsantenne 218 kann sich drehen, während die Signale gesendet oder empfangen werden.
In Block 1230 wird eine Winkelposition der Sendeantenne oder der Empfangsantenne erfasst, während sich die Sendeantenne oder die Empfangsantenne bezogen auf den Werkzeugstrang dreht. Der Winkelpositionssensor 224 oder 225 kann zum Beispiel die Winkelposition in Block 1230 erfassen.
In Block 1240 können das zweite Signal und die Winkelposition verwendet werden, um eine Eigenschaft der unterirdischen Formation in einer Position bezogen auf die Bodenlochanordnung zu bestimmen. Das zweite Signal kann zum Beispiel einen spezifischen Widerstand der Formation 210 in dem empfindlichen Volumen 226 anzeigen, und die Winkelposition kann die Stellung des empfindlichen Volumens 226 bezogen auf den Werkzeugstrang 212 anzeigen.
In einigen Aspekten können Signale von mehreren Sender- und Empfängerpaaren bei dem Bestimmen der Eigenschaft der unterirdischen Formation in Kombination verwendet werden. Das Bestimmen kann durch Durchführen von Simulationen mit einem Formationseigenschaftswert, um modellierte Signale zu erzeugen, Berechnen einer Differenz zwischen den modellierten Signalen und Signalen von dem Sender und den Empfängern und Anpassen des Formationseigenschaftswerts, bis eine geringste Differenz erreicht wurde, vorgenommen werden. Der Formationseigenschaftswert, der der geringsten Differenz entspricht, kann als endgültige Interpretation der durch die Signale der Sender- und Empfängerpaare gemessenen Formationseigenschaft akzeptiert werden.
In einigen Aspekten kann eine Bodenlochanordnung einschließlich eines Werkzeugstrangs und eines azimutalen Sensors bereitgestellt werden, der derart mit dem Werkzeugstrang drehbar gekoppelt ist, dass der azimutale Sensor bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist. In einigen Aspekten kann ein Verfahren das Drehen eines azimutalen Sensors bezogen auf einen Werkzeugstrang einschließen.
In einigen Aspekten wird eine Bodenlochanordnung, ein Bohrlochsystem, ein Werkzeug oder ein Verfahren gemäß einem oder mehreren der folgenden Beispiele bereitgestellt. In einigen Aspekten kann ein Werkzeug, eine Anordnung oder ein System, das bzw. die in einem oder mehreren dieser Beispiele beschrieben wird, eingesetzt werden, um ein in einem der anderen Beispiele beschriebenes Verfahren auszuführen.
Beispiel 1: Es kann eine Bohrlochanordnung bereitgestellt werden, die Folgendes umfasst: einen Werkzeugstrang, einen an den Werkzeugstrang gekoppelten richtungsabhängigen Sender und einen mit dem Werkzeugstrang gekoppelten richtungsabhängigen Empfänger, wobei zumindest einer von dem richtungsabhängigen Empfänger und dem richtungsabhängigen Sender bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist.
Beispiel 2: Es kann eine Bohrlochanordnung aus Beispiel 1 bereitgestellt werden, die ferner Folgendes umfasst: zumindest einen Winkelpositionssensor, der mit einer bekannten Drehbeziehung zu dem zumindest einen bezogen auf den Werkzeugstrang drehbaren Sender oder Empfänger angeordnet ist. Der Empfänger kann Signale empfangen, die Signalinformationen aufweisen. Der zumindest eine Winkelpositionssensor kann eine Winkelposition von zumindest einem von dem Sender und dem Empfänger erfassen. Die Signalinformationen und die Winkelposition können eine Eigenschaft einer unterirdischen Formation in einer Position bezogen auf den Werkzeugstrang anzeigen.
Beispiel 3: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–2 bereitgestellt werden, das ferner Folgendes umfasst: eine Kommunikationseinheit, die kommunikativ mit dem Empfänger und dem zumindest einen Winkelpositionssensor gekoppelt ist. Die Kommunikationsvorrichtung kann zum Senden der Signalinformationen kommunikativ mit dem Empfänger gekoppelt sein. Die Kommunikationsvorrichtung kann zum Senden der Winkelposition kommunikativ mit dem zumindest einen Winkelpositionssensor gekoppelt sein.
Beispiel 4: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–2 bereitgestellt werden, das ferner Folgendes umfasst: einen Motor, der mit zumindest einem von dem Sender oder dem Empfänger gekoppelt ist, wobei der Sender oder der Empfänger als Reaktion auf das Drehen des Motors bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist.
Beispiel 5: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–4 bereitgestellt werden, das ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Motor und einen Bohreinsatz, der als Reaktion auf das Drehen des zweiten Motors drehbar ist, wobei der mit dem Sender oder dem Empfänger gekoppelte Motor unabhängig von dem zweiten Motor drehbar ist.
Beispiel 6: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–4 bereitgestellt werden, wobei der Sender oder der Empfänger im Bohrloch über dem Motor positioniert ist.
Beispiel 7: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–4 bereitgestellt werden, wobei der Sender oder der Empfänger im Bohrloch unter dem Motor positioniert ist.
Beispiel 8: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–2 bereitgestellt werden, das ferner Folgendes umfasst: einen Motor und einen Bohreinsatz, der als Reaktion auf das Drehen des Motors drehbar ist, wobei der Sender oder der Empfänger am Bohreinsatz oder benachbart zu dem Bohreinsatz positioniert ist.
Beispiel 9: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–2 bereitgestellt werden, wobei der Sender oder der Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang in einer der Drehrichtung des Werkzeugstrangs entgegengesetzten Richtung drehbar ist.
Beispiel 10: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–2 bereitgestellt werden, wobei der Sender bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist und der Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist.
Beispiel 11: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–10 bereitgestellt werden, das ferner Folgendes umfasst: einen Motor, der mit dem Sender und dem Empfänger gekoppelt ist, wobei der Sender und der Empfänger als Reaktion auf das Drehen des Motors bezogen auf den Werkzeugstrang zusammen drehbar sind.
Beispiel 12: Es kann eine Bohrlochanordnung aus einem der Beispiele 1–10 bereitgestellt werden, wobei der zumindest eine Winkelpositionssensor einen ersten Winkelpositionssensor und einen zweiten Winkelpositionssensor einschließt und die Bohrlochanordnung ferner Folgendes umfasst: einen ersten, mit dem Sender gekoppelten Motor, wobei der Sender als Reaktion auf das Drehen des ersten Motors bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist und der erste Winkelpositionssensor mit einer ersten bekannten Drehbeziehung zu dem Sender angeordnet ist, und einen zweiten, mit dem Empfänger gekoppelten Motor, wobei der Empfänger als Reaktion auf das Drehen des zweiten Motors bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist und der zweite Winkelpositionssensor mit einer zweiten bekannten Drehbeziehung zu dem Empfänger angeordnet ist. Der erste Winkelpositionssensor kann eine Winkelposition des Senders bezogen auf den Werkzeugstrang erfassen. Der zweite Winkelpositionssensor kann eine Winkelposition des Empfängers bezogen auf den Werkzeugstrang erfassen.
Beispiel 13: Es kann ein System bereitgestellt werden, das Folgendes umfasst: einen Werkzeugstrang, einen bezogen auf den Werkzeugstrang drehbaren Sender, einen ersten, mit einer ersten bekannten Drehbeziehung zu dem Sender angeordneten Winkelpositionssensor, einen bezogen auf den Werkzeugstrang drehbaren Empfänger, einen zweiten, mit einer zweiten bekannten Drehbeziehung zu dem Empfänger angeordneten Winkelpositionssensor und ein mit zumindest dem Empfänger kommunikativ gekoppeltes Informationsverarbeitungssystem, wobei das Informationsverarbeitungssystem einen Prozessor und eine mit der Prozessor gekoppelte Speichervorrichtung umfasst, wobei die Speichervorrichtung einen Satz von Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, eine Eigenschaft einer unterirdischen Formation bezogen auf den Werkzeugstrang zumindest teilweise auf Grundlage von von dem Empfänger, dem ersten Winkelpositionssensor und dem zweiten Winkelpositionssensor empfangenen Ausgaben zu bestimmen. Der erste Winkelpositionssensor kann eine Winkelposition des Senders erfassen. Der zweite Winkelpositionssensor kann eine Winkelposition des Empfängers erfassen. Diese Ausgaben können ein von dem Empfänger enthaltenes Signal, die Winkelposition des Senders und die Winkelposition des Empfängers einschließen.
Beispiel 14: Es kann das System aus Beispiel 13 bereitgestellt werden, das ferner Folgendes umfasst: einen zum Drehen der drehelastisch gekoppelten Antenne oder Antennen mit zumindest einem von dem Sender oder dem Empfänger drehelastisch gekoppelten Motor und eine mit dem Motor und dem Informationsverarbeitungssystem kommunikativ gekoppelte Motorsteuerung, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Motorsteuerung anzuweisen, eine Geschwindigkeit der drehelastisch gekoppelten Antenne oder Antennen durch Steuerung einer Geschwindigkeit des Motors zu steuern.
Beispiel 15: Es kann das System aus Beispiel 13 bereitgestellt werden, wobei der Empfänger eine Empfangsantenne umfasst, die im Wesentlichen parallel zu einer Sendeantenne des Senders ausgerichtet ist, und zumindest eine von der Sendeantenne und der Empfangsantenne bezogen auf eine Längsachse des Werkzeugstrangs geneigt ist, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Eigenschaft der unterirdischen Formation zumindest teilweise auf Grundlage der parallelen Ausrichtung der Empfangsantenne und der Sendeantenne in einer Position vor einem Ende des Werkzeugstrangs zu bestimmen.
Beispiel 16: Es kann das System aus Beispiel 13 bereitgestellt werden, wobei der Empfänger eine Empfangsantenne umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Sendeantenne des Senders ausgerichtet ist, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Eigenschaft der unterirdischen Formation zumindest teilweise auf Grundlage der senkrechten Ausrichtung der Empfangsantenne und der Sendeantenne in an einer zu dem Werkzeugstrang lateralen Position in einer zu der Bewegungsrichtung eines Endes des Werkzeugs lateralen Richtung zu bestimmen.
Beispiel 17: Es kann das System aus Beispiel 13 bereitgestellt werden, wobei zumindest einer von dem Sender oder dem Empfänger eine Antenne einschließt, die eine erste, in einer ersten Wicklungsebene angeordnete Wicklung und eine zweite, in einer zweiten Wicklungsebene angeordnete Wicklung aufweist, wobei die erste Wicklung bezogen auf die zweite Wicklung geneigt ist, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Eigenschaft der unterirdischen Formation zumindest teilweise auf Grundlage der jeweiligen Ausrichtungen des Senders und des Empfängers in einer ersten Position in der ersten Windungsebene und in einer zweiten Position in der zweiten Windungsebene zu bestimmen.
Beispiel 18: Es kann ein Verfahren bereitgestellt werden, das Folgendes umfasst: Senden eines ersten Signals über einen mit einem Werkzeugstrang gekoppelten Sender in einer unterirdischen Formation, Empfangen eines zweiten, mit dem ersten Signal in Bezug stehenden Signals über einen mit dem Werkzeugstrang gekoppelten Empfänger, wobei der Sender oder der Empfänger sich bezogen auf den Werkzeugstrang dreht, Erfassen einer Winkelposition des Senders oder des Empfängers, während sich der Sender oder der Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht, und Bestimmen einer Eigenschaft der unterirdischen Formation in einer Position bezogen auf den Werkzeugstrang zumindest teilweise auf Grundlage des zweiten Signals und der Winkelposition.
Beispiel 19: Es kann das Verfahren aus Beispiel 18 bereitgestellt werden, wobei das Verwenden des zweiten Signals und der Winkelposition, um eine Eigenschaft der unterirdischen Formationen in einer Position bezogen auf den Werkzeugstrang zu bestimmen, das Bestimmen eines spezifischen Widerstands eines Bereichs der Formation in einer Entfernung von dem Werkzeugstrang und in einer Richtung von dem Werkzeugstrang einschließt.
Beispiel 20: Es kann das Verfahren aus einem der Beispiele 18–19 bereitgestellt werden, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines dritten, mit dem ersten Signal in Bezug stehenden Signals über einen zweiten, in einer Position zwischen dem ersten Empfänger und dem Sender mit dem Werkzeugstrang gekoppelten Empfänger, wobei sich der Sender oder der zweite Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht, Erfassen einer zweiten Winkelposition des Empfängers, während sich der zweite Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht, wenn sich der zweite Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht, Verwenden einer ersten Kombination oder einer zweiten Kombination, um die Eigenschaft der Formation in einer zweiten Position bezogen auf den Werkzeugstrang zu bestimmen, wobei die erste Kombination das dritte Signal und die erste Winkelposition einschließt, wobei die zweite Kombination das dritte Signal und die zweite Winkelposition einschließt, und Erstellen eines Profils der Eigenschaft der Formation zumindest teilweise auf Grundlage der Bestimmung der Eigenschaft der Formation in der ersten Position und der Bestimmung der Eigenschaft der Formation in der zweiten Position.
Die vorstehende Beschreibung der Aspekte der Offenbarung, einschließlich der veranschaulichenden Beispiele, wurde lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt und nicht mit der Absicht, erschöpfend zu sein oder die Offenbarung auf die genauen offengelegten Formen einzuschränken. Fachleuten sind zahllose Modifikationen, Anpassungen und Verwendungen davon ersichtlich, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.

Claims

Bohrlochanordnung, umfassend: einen Werkzeugstrang; einen mit dem Werkzeugstrang gekoppelten richtungsabhängigen Sender; und einen mit dem Werkzeugstrang gekoppelten richtungsabhängigen Empfänger, wobei zumindest einer von dem richtungsabhängigen Empfänger und dem richtungsabhängigen Sender bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: zumindest einen Winkelpositionssensor, der mit einer bekannten Drehbeziehung zu dem zumindest einen bezogen auf den Werkzeugstrang drehbaren Sender oder Empfänger angeordnet ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Kommunikationseinheit, die kommunikativ mit dem Empfänger und dem zumindest einen Winkelpositionssensor gekoppelt ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Motor, der mit zumindest einem von dem Sender oder dem Empfänger gekoppelt ist, wobei der Sender oder der Empfänger als Reaktion auf das Drehen des Motors bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 4, ferner umfassend einen zweiten Motor und einen Bohreinsatz, der als Reaktion auf das Drehen des zweiten Motors drehbar ist, wobei der mit dem Sender oder dem Empfänger gekoppelte Motor unabhängig von dem zweiten Motor drehbar ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 4, wobei der Sender oder der Empfänger im Bohrloch über dem Motor positioniert ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 4, wobei der Sender oder der Empfänger im Bohrloch unter dem Motor positioniert ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Motor und einen Bohreinsatz, der als Reaktion auf das Drehen des Motors drehbar ist, wobei der Sender oder der Empfänger am Bohreinsatz oder benachbart zu dem Bohreinsatz positioniert ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 2, wobei der Sender oder der Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang in einer der Drehrichtung des Werkzeugstrangs entgegengesetzten Richtung drehbar ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 2, wobei der Sender bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist und der Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 10, ferner umfassend einen Motor, der mit dem Sender und dem Empfänger gekoppelt ist, wobei der Sender und der Empfänger als Reaktion auf das Drehen des Motors bezogen auf den Werkzeugstrang zusammen drehbar sind.
Bohrlochanordnung nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Winkelpositionssensor einen ersten Winkelpositionssensor und einen zweiten Winkelpositionssensor einschließt, wobei die Bohrlochanordnung ferner Folgendes umfasst: einen ersten, mit dem Sender gekoppelten Motor, wobei der Sender als Reaktion auf das Drehen des ersten Motors bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist und der erste Winkelpositionssensor mit einer ersten bekannten Drehbeziehung zu dem Sender angeordnet ist; und einen zweiten, mit dem Empfänger gekoppelten Motor, wobei der Empfänger als Reaktion auf das Drehen des zweiten Motors bezogen auf den Werkzeugstrang drehbar ist und der zweite Winkelpositionssensor mit einer zweiten bekannten Drehbeziehung zu dem Empfänger angeordnet ist.
System, umfassend: einen Werkzeugstrang; einen bezogen auf den Werkzeugstrang drehbaren Sender; einen ersten, mit einer ersten bekannten Drehbeziehung zu dem Sender angeordneten Winkelpositionssensor; einen bezogen auf den Werkzeugstrang drehbaren Empfänger; einen zweiten, mit einer zweiten bekannten Drehbeziehung zu dem Empfänger angeordneten Winkelpositionssensor; und ein mit zumindest dem Empfänger kommunikativ gekoppeltes Informationsverarbeitungssystem, wobei das Informationsverarbeitungssystem einen Prozessor und eine mit dem Prozessor gekoppelte Speichervorrichtung umfasst, wobei die Speichervorrichtung einen Satz von Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, eine Eigenschaft einer unterirdischen Formation bezogen auf den Werkzeugstrang zumindest teilweise auf Grundlage von von dem Empfänger, dem ersten Winkelpositionssensor und dem zweiten Winkelpositionssensor empfangenen Ausgaben zu bestimmen.
System nach Anspruch 13, ferner umfassend: einen mit zumindest einem von dem Sender und dem Empfänger zum Drehen der drehelastisch gekoppelten Antenne oder Antennen drehelastisch gekoppelten Motor; und eine mit dem Motor und dem Informationsverarbeitungssystem kommunikativ gekoppelten Motorsteuerung, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Motorsteuerung anzuweisen, eine Geschwindigkeit der drehelastisch gekoppelten Antenne oder Antennen durch Steuerung einer Geschwindigkeit des Motors zu steuern.
System nach Anspruch 13, wobei der Empfänger eine Empfangsantenne umfasst, die im Wesentlichen parallel zu einer Sendeantenne des Senders ausgerichtet ist, und zumindest eine von der Sendeantenne und der Empfangsantenne bezogen auf eine Längsachse des Werkzeugstrangs geneigt ist, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Eigenschaft der unterirdischen Formation zumindest teilweise auf Grundlage der parallelen Ausrichtung der Empfangsantenne und der Sendeantenne in einer Position vor einem Ende des Werkzeugstrangs zu bestimmen.
System nach Anspruch 13, wobei der Empfänger eine Empfangsantenne umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Sendeantenne des Senders ausgerichtet ist, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Eigenschaft der unterirdischen Formation zumindest teilweise auf Grundlage der senkrechten Ausrichtung der Empfangsantenne und der Sendeantenne an einer zu dem Werkzeugstrang lateralen Position in einer zu der Bewegungsrichtung eines Endes des Werkzeugstrangs lateralen Richtung zu bestimmen.
System nach Anspruch 13, wobei zumindest einer von dem Sender oder dem Empfänger eine Antenne einschließt, die eine erste, in einer ersten Wicklungsebene angeordnete Wicklung und eine zweite, in einer zweiten Wicklungsebene angeordneten Wicklung aufweist, wobei die erste Wicklung bezogen auf die zweite Wicklung geneigt ist, wobei der in der Speichervorrichtung des Informationsverarbeitungssystems enthaltene Satz von Anweisungen ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, die Eigenschaft der unterirdischen Formation zumindest teilweise auf Grundlage der jeweiligen Ausrichtungen des Senders und des Empfängers in einer ersten Position in der ersten Windungsebene und in einer zweiten Position in der zweiten Windungsebene zu bestimmen.
Verfahren, umfassend: Senden eines ersten Signals über einen mit einem Werkzeugstrang gekoppelten Sender in einer unterirdischen Formation; Empfangen eines zweiten, mit dem ersten Signal in Bezug stehenden Signals über einen mit dem Werkzeugstrang gekoppelten Empfänger, wobei sich der Sender oder der Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht; Erfassen einer Winkelposition des Senders oder des Empfängers, während sich der Sender oder der Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht; und Bestimmen einer Eigenschaft der unterirdischen Formation in einer Position bezogen auf den Werkzeugstrang zumindest teilweise auf Grundlagen des zweiten Signals und der Winkelposition.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verwenden des zweiten Signals und der Winkelposition, um eine Eigenschaft der unterirdischen Formationen in einer Position bezogen auf den Werkzeugstrang zu bestimmen, das Bestimmen eines spezifischen Widerstands einer Bereichs der Formation in einer Entfernung von dem Werkzeugstrang und in einer Richtung von dem Werkzeugstrang einschließt.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Empfangen eines dritten, mit dem ersten Signal in Bezug stehenden Signals über einen zweiten, in einer Position zwischen dem ersten Empfänger und dem Sender mit dem Werkzeugstrang gekoppelten Empfänger, wobei sich der Sender oder der zweite Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht; Erfassen einer zweiten Winkelposition des Empfängers, während sich der zweite Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht, wenn sich der zweite Empfänger bezogen auf den Werkzeugstrang dreht; Verwenden einer ersten Kombination oder einer zweiten Kombination, um die Eigenschaft der Formation in einer zweiten Position bezogen auf den Werkzeugstrang zu bestimmen, wobei die erste Kombination das dritte Signal und die erste Winkelposition einschließt, wobei die zweite Kombination das dritte Signal und die zweite Winkelposition einschließt; und Erstellen eines Profils der Eigenschaft der Formation zumindest teilweise auf Grundlage der Bestimmung der Eigenschaft der Formation in der ersten Position und der Bestimmung der Eigenschaft der Formation in der zweiten Position.