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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Kenntnis der Materialeigenschaften von Untergrundformationen zu erlangen, kann aus verschiedenen Gründen vorteilhaft sein. Zum Beispiel ist die Bestimmung des Widerstands einer Formation bei der Schätzung der Menge und der Lage von Kohlenwasserstoffvorkommen in der Formation und bei der Bestimmung der wirksamsten Strategien zur Extraktion solcher Kohlenwasserstoffe nützlich. Solche Formationseigenschaften können unter Verwendung von Bohrstrangvermessungswerkzeugen, z.B. Sende- und Empfangsantennen, bestimmt werden, die in MWD-Anwendungen (MWD, Measurement While Drilling) eingesetzt werden. Diese Werkzeuge sind typischerweise in Schlitzen oder Taschen untergebracht, die direkt in die Bohrstrangschwerstange eingearbeitet werden. Leitfähige Drähte werden über Kabelkanäle, die in dem Bohrstrang untergebracht sind, zu den Werkzeugen geführt (z.B. zur Verwendung in Senderspulen). Aufgrund der Raumbeschränkungen, die den Bohrstrangschwerstangen inhärent sind, wird ein Kabelkanal gewöhnlich von zwei oder mehr Vermessungswerkzeugen geteilt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Dementsprechend sind in den Zeichnungen und in der folgenden Beschreibung eine an einer Schwerstange anbringbare Spulenkörperantenne mit Spulen- und Ferritschlitzen und einem fest zugeordneten Kabelkanal für jede solche Antenne offenbart. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein schematisches Diagramm einer Bohrumgebung.
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2 eine perspektivische Ansicht eines MWD-Werkzeugs (MWD, Measurement While Drilling).
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3 eine perspektivische Ansicht einer Spulenkörperantenne mit gekippten Spulenschlitzen.
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4 eine Seitenansicht einer Spulenkörperantenne mit gekippten Spulenschlitzen.
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5 eine Seitenansicht einer Spulenkörperantenne mit orthogonalen Spulenschlitzen.
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6A–6B Vorder- bzw. Rückansichten einer Spulenkörperantenne.
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7A–7B sind perspektivische Ansichten der Schalen eines einzelnen Spulenkörpers.
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8A–8B sind perspektivische bzw. Querschnittsansichten von Spulenschlitzen und Stegen.
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9A–9B sind perspektivische bzw. Querschnittsansichten von Ferritschlitzen und Stegen.
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10 ist eine Querschnittsansicht einer Antennenwerkzeugbaugruppe.
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11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Antennenwerkzeugbaugruppe.
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Es versteht sich jedoch, dass die spezifischen Ausführungsformen, die in den Zeichnungen und in der detaillierten Beschreibung bereitgestellt sind, die Offenbarung nicht beschränken. Im Gegenteil, sie liefern die Grundlage für einen Durchschnittsfachmann, um die alternativen Formen, Äquivalente und Modifikationen zu unterscheiden, die zusammen mit einer oder mehreren der bereitgestellten Ausführungsformen im Umfang der beigefügten Ansprüche eingeschlossen sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ein offenbartes Ausführungsbeispiel einer an einer Schwerstange anbringbaren Spulenkörperantenne weist Außen- und Innenflächen auf, auf denen Spulen- bzw. Ferritschlitze ausgebildet sind. Die Spulenkörperbaugruppe ist eine in sich geschlossene Antenne, die mit Leichtigkeit an Bohrstrangschwerstangen angebracht und entfernt werden kann. Zusätzlich umfasst der Spulenkörper ein relativ kostengünstiges, nicht leitfähiges Material (z.B. Polyetheretherketon (PEEK)). Im Vergleich zu Antennen, die direkt in Schwerstangen eingearbeitet werden, bietet die offenbarte Spulenkörperantenne eine kostengünstige und leicht zu ersetzende Lösung für Bohrlochmessanwendungen. Da ferner die Antenne innerhalb des Spulenkörpers in sich geschlossen ist und nicht in die Schwerstange eingearbeitet ist, ist zusätzlicher Raum innerhalb der Schwerstange verfügbar, und daher können zusätzliche Bauteile in die Schwerstange aufgenommen werden. Diese zusätzlichen Bauteile können, ohne darauf beschränkt zu sein, einen fest zugeordneten Kabelkanal zum Zuführen von leitfähigem Draht zu jeder Spulenkörperantenne innerhalb der Schwerstange beinhalten. Ein Kabelkanal, der einer Antenne „fest zugeordnet“ ist, ist ein Kabelkanal, der leitfähigen Draht zu und von dieser Antenne und keiner anderen Antenne führt. Die feste Zuordnung der Kabelkanäle stellt sicher, dass der Durchbruch eines Kabelkanals (z.B. aufgrund eines Eindringens von Bohrfluid) nicht zu einer Beschädigung von Antennen führt, die von anderen Kabelkanälen versorgt werden.
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1 ist ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Bohrumgebung 100. Die Bohrumgebung 100 umfasst eine Bohrplattform 102, die einen Bohrturm 104 mit einem Kloben 106 zum Anheben und Absenken eines Bohrgestänges 108 trägt. Ein Bohrantriebsmotor 110 trägt und dreht den Bohrstrang 108, wenn er in eine Bohrung 112 abgesenkt wird. Die Drehung des Bohrstrangs allein oder in Kombination mit dem Betrieb eines Bohrlochmotors treibt den Bohrmeißel 114 an, die Bohrung 112 zu erweitern. Der Bohrmeißel 114 ist ein Bauteil einer Bohrgarnitur (BHA) 116, die ferner ein Rotationslenksystem (RSS) 118 und einen Stabilisator 120 (oder eine andere Form einer Lenkbaugruppe) zusammen mit Bohrschwerstangen und Vermessungsinstrumenten beinhalten kann. Eine Pumpe 122 fördert Bohrfluid durch ein Zuleitungsrohr zu dem Bohrantrieb 110, durch das Innere des Bohrstrangs 108 ins Bohrloch, durch Öffnungen im Bohrmeißel 114, zurück zu der Oberfläche über einen Ringraum um den Bohrstrang 108 und in eine Rückhaltegrube 124. Das Bohrfluid transportiert Formationsproben, d.h. Bohrklein, von der Bohrung 112 in die Rückhaltegrube 124 und unterstützt die Aufrechterhaltung der Integrität der Bohrung. Formationsproben können aus dem Bohrfluid zu jedem geeigneten Zeitpunkt und an jeder geeigneten Stelle entnommen werden, wie etwa aus der Rückhaltegrube 124. Die Formationsproben können dann in einem geeigneten Labor oder einer anderen Einrichtung übertage (nicht speziell dargestellt) analysiert werden. Während des Bohrens kann ein oberer Abschnitt des Bohrlochs 112 mit einer Rohrtour 113 stabilisiert werden, während ein unterer Abschnitt des Bohrlochs 112 offen bleibt (unverrohrt).
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Die Schwerstangen in der BHA 116 sind typischerweise dickwandige Stahlrohrabschnitte, die für den Bohrvorgang Gewicht und Steifigkeit bieten. Wie nachfolgend detailliert beschrieben, sind die Spulenkörperantennen an den Schwerstangen angebracht, und die Schwerstangen enthalten fest zugeordnete Kabelkanäle, um leitfähigen Draht zwischen den Spulenkörperantennen und der Verarbeitungslogik (z.B. einem computergesteuerten Sender oder Empfänger), die die Antennen steuert, zu führen. Die BHA 116 beinhaltet typischerweise ferner ein Navigationswerkzeug mit Instrumenten zum Messen der Werkzeugorientierung (z.B. Mehrkomponenten-Magnetometer und Beschleunigungsmesser) und einer Steuereinheit mit einem Telemetriesender und -empfänger. Die Steuereinheit koordiniert den Betrieb der verschiedenen Vermessungsinstrumente, Lenkmechanismen und Bohrmotoren in Übereinstimmung mit Befehlen, die von übertage empfangen werden, und liefert einen Strom von Telemetriedaten an die Oberfläche, wie erforderlich, um relevante Messungen und Statusinformationen zu kommunizieren. Ein entsprechender Telemetrieempfänger und -sender befindet sich auf oder nahe der Bohrplattform 102, um die Telemetrieverbindung zu vervollständigen. Eine Art von Telemetrieverbindung basiert auf der Modulation des Flusses des Bohrfluids, um Druckpulse zu erzeugen, die sich entlang des Bohrstrangs ausbreiten („Schlammpulstelemetrie oder MPT“), allerdings sind auch andere bekannte Telemetrietechniken geeignet. Ein Großteil der Daten, die durch die Steuereinheit erhalten werden, können im Speicher für einen späteren Abruf gespeichert werden, z.B. wenn die BHA 116 physisch zur Oberfläche zurückkehrt.
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Eine Oberflächenschnittstelle 126 dient als Knotenpunkt für die Kommunikation über die Telemetrieverbindung und für die Kommunikation mit den verschiedenen Sensoren und Steuerungsmechanismen auf der Plattform 102. Eine Datenverarbeitungseinheit (in 1 als Tablettencomputer 128 gezeigt) kommuniziert mit der Oberflächenschnittstelle 126 über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung 130 und sammelt und verarbeitet Messdaten, um Messdiagramme und andere visuelle Darstellungen der erfassten Daten und der abgeleiteten Modelle zu generieren, um eine Analyse durch einen Benutzer zu erleichtern. Die Datenverarbeitungseinheit kann viele geeignete Formen annehmen, einschließlich eines oder mehrerer von: einem eingebetteten Prozessor, einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einer zentralen Verarbeitungseinrichtung und einem virtuellen Computer in der Cloud. In jedem Fall kann Software in einem nicht-transitorischen Informationsspeichermedium die Verarbeitungseinheit dazu konfigurieren, die gewünschte Verarbeitung, Modellierung und Anzeigegenerierung auszuführen. Die Datenverarbeitungseinheit kann auch Speicher enthalten, um z.B. Daten zu speichern, die von Werkzeugen in der BHA 116 über Schlammpulstelemetrie oder irgendeine andere geeignete Kommunikationstechnik empfangen werden. Der Umfang der Offenbarung ist nicht auf diese speziellen Beispiele von Datenverarbeitungseinheiten beschränkt.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines MWD-Werkzeugs (MWD, Measurement While Drilling) 200. Das Werkzeug 200 beinhaltet eine Schwerstange 202, Stabilisatoren 204, Spulenkörperantennen 206, 208, 210 mit gekippten Spulenschlitzen und eine Spulenkörperantenne 212 mit einem orthogonalen Spulenschlitz. Gekippte und orthogonale Orientierungen der Spulenschlitze werden nachfolgend näher erläutert. Die Schwerstange 202 kann einen Teil einer Bohrgarnitur (BHA) bilden, wie etwa der in 1 gezeigten BHA 116. Die Stabilisatoren 204 weisen einen größeren Durchmesser als die Spulenkörperantennen 206, 208, 210, 212 auf, die zwischen den Stabilisatoren 204 positioniert sind, wodurch die Auswirkungen von Strangkollisionen mit der Bohrlochwand auf die Spulenkörperantennen begrenzt werden. Wenngleich vier Spulenkörperantennen in dem Werkzeug 200 von 2 gezeigt sind, kann irgendeine geeignete Anzahl von Spulenkörperantennen in einem einzelnen Werkzeug eingesetzt werden.
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Spulenkörperantenne 300. Die Spulenkörperantenne 300 besteht aus einem nicht leitfähigen Material, wie etwa, ohne darauf beschränkt zu sein, Hochtemperaturkunststoffen, Polymeren und/oder Elastomeren (z.B. PEEK). Die Spulenkörperantenne 300 wird unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technik hergestellt, einschließlich bekannter dreidimensionaler Drucktechniken, bei denen eine digitale Entwurfsdatei (z.B. eine computergestützte Entwurfsdatei (CAD-Datei)), die die Spulenkörperantenne beschreibt, von einem dreidimensionalen Drucker zur Herstellung der Spulenkörperantenne verwendet wird. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Spulenkörperantenne 300 zwei halbzylindrische Schalen 302A, 302B, die miteinander koppeln, um einen Zylinder zu bilden, obwohl der Umfang der Offenbarung nicht auf diese spezielle Konfiguration beschränkt ist. Öffnungen, die die Kopplung ermöglichen (z.B. Öffnung 304), können verwendet werden, um die Schalen miteinander zu koppeln, beispielsweise unter Verwendung von Schrauben und/oder Dübeln. Die Spulenschlitze 306A und die Stege 306B bilden mehrere Schlaufen um die Außenfläche der Spulenkörperantenne 300, wie gezeigt. In einigen Ausführungsformen sind die Spulenschlitze 306A bündig mit der Außenfläche der Spulenkörperantenne 300, und die Stege 306B sind über die Außenfläche angehoben. In weiteren Ausführungsformen, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind, sind die Stege 306B bündig mit der Außenfläche und die Spulenschlitze 306A sind in die Außenfläche abgesenkt. Die genauen Abmessungen der Spulenschlitze 306A und der Stege 306B können variieren, aber in mindestens einigen Ausführungsformen sind die Schlitze 1,27 cm breit und 0,3175 cm tief und die Stege sind 0,127 cm breit. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spulenschlitze 306A und die Stege 306B in Bezug auf die Längsachse der Spulenkörperantenne 300 gekippt. Aufgrund der elliptischen Beschaffenheit der Spulenschlitze 306A und der Stege 306B, die auf der Außenfläche der Spulenkörperantenne 300 ausgebildet sind, wird kein spezieller Neigungswinkel angegeben, allerdings kann ein solcher Neigungswinkel in Bezug auf nicht-elliptische Schlitze und Stege angegeben werden, wie etwa jene, die nachfolgend mit Bezug auf 4 dargestellt sind und beschrieben werden.
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Die Spulenschlitze 306A nehmen leitfähigen Draht auf und ermöglichen das Wickeln des leitfähigen Drahts zu einer Spule, um die Übertragung und/oder den Empfang von elektromagnetischen Signalen zu ermöglichen. Die Stege 306B verhindern einen Kontakt zwischen den Windungen des leitfähigen Drahts, sodass der Draht eine für Antennenanwendungen geeignete Windungskonfiguration beibehält. Leitfähiger Draht wird über einen oder mehrere Intraspulenkörperkabelkanäle, die nachfolgend mit Bezug auf 10–11 dargestellt sind und beschrieben werden, hin zu und weg von den Spulenschlitzen 306A geführt. Um Kommunikationen unter Verwendung der in den Stegen 306B angeordneten Spule aus leitfähigem Draht zu ermöglichen, sind auf der Innenfläche der Spulenkörperantenne 300 Ferritschlitze 308 ausgebildet. Die Ferritschlitze 308 sind nachfolgend detailliert dargestellt und werden nachfolgend detailliert beschrieben. Die Spulenkörperantenne 300 umfasst auch einen Vorsprung 310, der mit der Schwerstange zusammenpasst, auf der die Spulenkörperantenne 300 angebracht wird, um die Position der Antenne 300 relativ zu der Schwerstange festzulegen. Der Vorsprung 310 steigt von der Innenfläche der Spulenkörperantenne 300 an und steht zur Längsachse der Antenne 300 hin vor. In einigen Ausführungsformen ist ein Teil (z.B. eine Hälfte) des Vorsprungs 310 auf der Schale 302A ausgebildet, und eine Hälfte ist auf der Schale 302B ausgebildet, obwohl andere Konfigurationen vorgesehen sind. In einigen Ausführungsformen weist der Vorsprung 310 eine maximale Höhe von ungefähr 1 cm auf, gemessen von der Innenfläche der Spulenkörperantenne 300 zu der Längsachse der Antenne 300 hin. In einigen Ausführungsformen weist der Vorsprung 310 eine Breite von ungefähr 0,5 cm und eine Länge von ungefähr 4 cm auf. Der Umfang der Offenbarung beschränkt sich nicht auf die konkreten Parameter des hier erwähnten Vorsprungs 310.
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In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke (d.h. der Abstand zwischen der Innen und der Außenfläche) der Spulenkörperantenne 300 ungefähr 1,27 cm, und die Länge der Spulenkörperantenne 300 beträgt ungefähr 32,5 cm. Diese Parameter können für verschiedene Teile einer Antenne und für verschiedene Antennenbaugruppen variieren.
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4 ist eine Seitenansicht einer Spulenkörperantenne 400 mit gekippten Spulenschlitzen. Die Spulenkörperantenne 400 beinhaltet zusammenpassende Schalen 402A, 402B. Die Spulenschlitze 404A und die Stege 404B sind auf der Außenfläche der Spulenkörperantenne 400 ausgebildet. Wie das Bezugszeichen 406 anzeigt, sind die Spulenschlitze 404A und die Stege 404B in Bezug auf die Längsachse der Spulenkörperantenne 400 in einem Winkel von etwa 120° gekippt. In weiteren Ausführungsformen können die Spulenschlitze 404A und die Stege 404B in irgendeinem anderen geeigneten Winkel ausgerichtet sein. Der Kippwinkel des leitfähigen Drahts (d.h. der Spule), der innerhalb der Spulenschlitze 404A positioniert ist, bestimmt die Richtung des elektromagnetischen Feldes, das generiert wird, wenn Strom durch die Spule fließt. Wie einschlägigen Durchschnittsfachleuten bekannt, beeinflussen die Positionen der Ferritschlitze auf der Innenfläche der Spulenkörperantenne (wie nachfolgend beschrieben) die Richtung des von der Spule erzeugten Magnetfelds, da die Permeabilität von Ferrit deutlich größer als die von Luft ist (d.h. Ferrit hat im Allgemeinen eine hohe relative Permeabilität). Dementsprechend können die Positionen der Spulen- und Ferritschlitze nach Bedarf angepasst werden, um ein elektromagnetisches Feld mit den gewünschten Charakteristiken zu erzeugen.
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5 ist eine Seitenansicht einer Spulenkörperantenne 500 mit orthogonalen Spulenschlitzen. Die Spulenkörperantenne 500 beinhaltet zusammenpassende Schalen 502A, 502B, die unter Verwendung von Schrauben 504 miteinander gekoppelt sind. Spulenschlitze 506A und Stege 506B sind auf der Außenfläche der Spulenkörperantenne 500 ausgebildet. Die Spulenschlitze 506A und die Stege 506B sind orthogonal zur Längsachse der Spulenkörperantenne 500. Das Funktionsprinzip unter den Spulenkörperantennen 300, 400 und 500 (3–5) ist das gleiche, allerdings ergeben sich unter Verwendung unterschiedlicher Spulenschlitzformen und Kippwinkel sich unterschiedliche Charakteristiken des elektromagnetischen Felds. Dementsprechend können die Formen und Kippwinkel der Spulenschlitze nach Bedarf angepasst werden, um ein elektromagnetisches Feld mit den gewünschten Charakteristiken zu erzeugen.
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Die 6A und 6B zeigen die vorderen bzw. die hinteren Enden einer Spulenkörperantenne 600. Unter Bezugnahme auf 6A hat die Spulenkörperantenne 600 eine Außenfläche 602 und eine Innenfläche 604. Die Spulenkörperantenne 600 beinhaltet ferner einen Intraspulenkörperkabelkanal 606 (der als Auslass von der Spulenwand dient und nachfolgend detaillierter beschrieben wird), durch den leitfähiger Draht hin zu und weg von den auf der Außenfläche 602 ausgebildet Spulenschlitzen geführt wird. In mindestens einigen Ausführungsformen verläuft leitfähiger Draht durch den Intraspulenkörperkabelkanal 608. Von dem Intraspulenkörperkabelkanal 608 koppelt der leitfähige Draht mit einem anderen Teil der Schwerstangenbaugruppe. Die Spulenkörperantenne 600 beinhaltet auch einen Vorsprung 610. Wie oben erläutert, passt der Vorsprung 610 mit der Schwerstange zusammen, so dass die Spulenkörperantenne 600 in einer festgelegten Position bleibt. 6B zeigt das hintere Ende der Spulenkörperantenne 600 mit Außen- bzw. Innenflächen 602, 604. Obwohl das hintere Ende der Spulenkörperantenne 600, wie in 6B dargestellt, keinen Vorsprung oder Intraspulenkörperkabelkanal aufweist, kann in mindestens einigen Ausführungsformen das hintere Ende eines oder beide dieser Merkmale enthalten. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das vordere Ende der Spulenkörperantenne 600 die Intraspulenkörperkabelkanäle und den Vorsprung beinhalten, wie in 6A gezeigt, während das hintere Ende einen Vorsprung aufweist, der mit einem anderen Abschnitt der Schwerstange zusammenpasst. In weiteren Ausführungsformen kann der Vorsprung an dem hinteren Ende anstelle des vorderen Endes positioniert sein. Bei weiteren Ausführungsformen können sich der Intraspulenkörperkabelkanal am hinteren Ende und der Vorsprung am vorderen Ende befinden. Alle derartigen Variationen sind vorgesehen und fallen somit in den Umfang der Offenbarung.
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7A–7B sind perspektivische Ansichten von beispielhaften zusammenpassenden Schalen 700A, 700B einer Spulenkörperantenne. Insbesondere zeigen 7A–7B die Innenflächen der zusammenpassenden Schalen 700A, 700B. Die Schale 700A enthält die Spulenschlitze 702A und die Stege 702B, die auf ihrer Außenfläche ausgebildet sind. Die Schale 700A beinhaltet ferner mehrere Ferritschlitze 704A und Stege 704B, die auf ihrer Innenfläche ausgebildet sind, wie gezeigt. Die Abmessungen der Ferritschlitze 704A können auf Grundlage des gewünschten elektromagnetischen Felds variieren, allerdings weisen die Ferritschlitze 704A in mindestens einigen Ausführungsformen eine Breite von ungefähr 1 cm auf. In einigen Ausführungsformen sind die Ferritschlitze 704A bündig mit der Innenfläche der Schale 700A, während sich die Stege 704B über die Innenfläche der Schale 700A hinaus erstrecken. In solchen Ausführungsformen weisen die Stege 704B eine Höhe von ungefähr 2,5 mm auf, obwohl andere Höhen vorgesehen sind. In weiteren Ausführungsformen sind die Stege 704B bündig mit der Innenfläche der Schale 700A, während die Ferritschlitze 704A innerhalb der Innenfläche der Schale 700A vertieft sind. In solchen Ausführungsformen weisen die Ferritschlitze 704A eine Tiefe von ungefähr 2,5 mm auf, obwohl andere Tiefen vorgesehen sind. Jede und alle dieser Variationen fallen in den Umfang dieser Offenbarung.
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In einigen Ausführungsformen nehmen die Ferritschlitze 704A und die Stege 704B einen Bereich der Innenfläche ein, der dem Bereich der Außenfläche gegenüberliegt, der von den Spulenschlitzen 702A und den Stegen 702B eingenommen wird, wie gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist die Breite 703 des Bereichs der Außenfläche, die von den Spulenschlitzen 702A und den Stegen 702B eingenommen wird, schmaler als die Breite 705 des Bereichs der Innenfläche, die von den Ferritschlitzen 704A und den Stegen 704B eingenommen wird. Die Schale 700A beinhaltet die Stiftlöcher 706, 712 und die Schraubenlöcher 708, 710, die, wie gezeigt, so positioniert sind, dass sie mit entsprechenden Dübeln und Schrauben zusammenpassen, die die Schale 700B koppeln.
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Unter Bezugnahme auf 7B ist die Schale 700B in vieler Hinsicht der Schale 700A ähnlich. Die Schale 700B beinhaltet Spulenschlitze 702A und Stege 702B auf ihrer Außenfläche und Ferritschlitze 704A und Stege 704B auf ihrer Innenfläche. Die Abmessungen und Formen der Schlitze und Stege ähneln denen in der Schale 700A und werden der Kürze halber hier nicht wiederholt. Die Schale 700B beinhaltet auch Schraubenlöcher 714, 720, die dahingehend beide der Öffnung 304 (3) ähnlich sind, dass sie eine Schraube oder eine äquivalente Befestigungsvorrichtung zum Zwecke der Kopplung mit einem entsprechenden Loch (z.B. einem Schraubenloch) auf der Schale 700A aufnehmen. Die Schale 700B umfasst auch Stiftlöcher 716, 718 auf, die beide einen Dübel oder eine äquivalente Befestigungsvorrichtung zum Zwecke der Kopplung mit einem entsprechenden Loch (z.B. einem Dübelloch) auf der Schale 700A aufnehmen.
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8A–8B sind detaillierte perspektivische bzw. Querschnittsansichten von Spulenschlitzen und Stegen. Insbesondere zeigt 8A eine perspektivische Ansicht von mehreren Spulenschlitzen 800 und Stegen 802, die auf der Außenfläche einer Spulenkörperantenne ausgebildet sind. Ein Intraspulenkörperkabelkanal 804 repräsentiert die Stelle, an der die Schalen der Spulenkörperantenne miteinander koppeln. Der Intraspulenkörperkabelkanal 804 ermöglicht auch, dass der leitfähige Draht von einem ersten Spulenschlitz 800 zu einem zweiten angrenzenden Spulenschlitz 800 wechselt (z.B. nachdem er eine vollständige Windung um den ersten Spulenschlitz 800 abgeschlossen hat). 8B zeigt eine Querschnittsansicht eines einzelnen Spulenschlitzes 800 und angrenzender Stege 802. Wie gezeigt, treffen in mindestens einigen Ausführungsformen der Spulenschlitz 800 und die Stege 802 an abgerundeten Ecken 804 aufeinander. Die abgerundeten Ecken 804 verbessern die Haltekraft für die Spule, die innerhalb des Spulenschlitzes 800 angeordnet wird.
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Die 9A–9B sind detaillierte perspektivische bzw. Querschnittsansichten von Ferritschlitzen und Stegen. Insbesondere zeigt 9A eine perspektivische Ansicht eines Teils von Ferritschlitzen 900 und Rippen 902, und 9B zeigt eine Querschnittsansicht derselben. Wie bei den Spulenschlitzen und Stegen treffen die Ferritschlitze 900 und die Rippen 902 an abgerundeten Ecken 904 aufeinander.
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10 ist eine Querschnittsansicht einer Antennenwerkzeugbaugruppe 1000, die eine Spulenkörperantenne beinhaltet, die an einer Schwerstange angebracht ist, die leitfähigen Draht über einen fest zugeordneten Schwerstangenkabelkanal hin zu und weg von den Spulenschlitzen der Spulenkörperantenne führt. Insbesondere beinhaltet die Baugruppe 1000 eine Schwerstange 1002, eine Spulenkörperantenne 1004, Ferritstege 1006 und Ferritschlitze 1008, Spulenstege 1010 und Spulenschlitze 1012, eine fluidbeständige Schicht 1014 (z.B. Epoxid, Harz), eine Schutzhülse 1016, einen Vorsprung 1018, der mit einem Aufnahmeschlitz 1020 zusammenpasst, Intraspulenkörperkabelkanäle 1022, 1024, 1026 und 1028, einen Adapter 1030 und einen fest zugeordneten Schwerstangenkabelkanal 1032. Wie gezeigt, ist die Spulenkörperantenne 1004 an einem abgesenkten Abschnitt der Schwerstange 1002 angebracht, um zu ermöglichen, dass die Spulenkörperantenne durch die fluidbeständige Schicht 1014 und die Hülse 1016 geschützt wird, so dass der Gesamtdurchmesser der Halterung (einschließlich der Hülse 1016) kleiner als der Durchmesser der Stabilisatoren 204 ist (2). Auf diese Weise wird die Spulenkörperantenne vor Kollisionen mit der Bohrlochwand geschützt. Die Ferritschlitze 1008 enthalten Streifen aus Ferrit, die mit den Schlitzen 1008 unter Verwendung eines geeigneten Epoxid- oder Harzmaterials gekoppelt sind. Zusätzliches Epoxid- oder Harzmaterial kann als eine Schicht zwischen den Ferritstreifen und dem Körper der Schwerstange 1002 aufgebracht werden. Der Spulenschlitz 1012 enthält leitfähigen Draht, obwohl der leitfähige Draht in 10 nicht ausdrücklich dargestellt ist, sodass verschiedene Merkmale (einschließlich der Schlitze 1012 und der Intraspulenkörperkabelkanäle 1022, 1024, 1026, 1028 und 1032) leicht sichtbar gemacht werden können. Die fluidbeständige Schicht 1014, die aus einem geeigneten Epoxid- oder Harzmaterial besteht und im Stand der Technik allgemein bekannt ist, schützt die Spulenkörperantenne 1004 und den Adapter 1030 vor einem Eindringen von Bohrfluid, wenn das Werkzeug 1000 im Bohrloch positioniert ist. Die Schutzhülse 1016, die auch allgemein in der Technik bekannt ist, schützt die Spulenkörperantenne und den Adapter 1030 vor mechanischer Beschädigung, kann aber ein Eindringen von Fluid nicht wesentlich verhindern. Obwohl 10 nur einen einzigen Vorsprung 1018 zeigt, der mit dem Aufnahmeschlitz 1020 zusammenpasst, können in einigen Ausführungsformen mehrere solche Vorsprünge und Aufnahmeschlitze verwendet werden, und sie können wie gewünscht positioniert werden.
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Leitfähiger Draht wird zwischen den Spulenschlitzen 1012 und dem Adapter 1030 unter Verwendung mehrerer Intraspulenkörperkabelkanäle geführt. Insbesondere wird leitfähiger Draht von dem Schwerstangenkabelkanal 1032 durch den Adapter 1030, durch die fluidbeständige Schicht 1014 und in den Intraspulenkörperkabelkanal 1028 bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen wird der leitfähige Draht dann von dem Intraspulenkörperkabelkanal 1028 durch den Intraspulenkörperkabelkanal 1022 und zu den Spulenschlitzen 1012 geführt, wo er um die Außenfläche der Spulenkörperantenne 1004 gewickelt wird. In derartigen Ausführungsformen wird der leitfähige Draht dann über die Intraspulenkörperkabelkanäle 1024, 1026 zurück zu dem Intraspulenkörperkabelkanal 1028 geführt, wonach der Draht durch den Adapter 1030 zu dem Schwerstangenkabelkanal 1032 läuft. In weiteren Ausführungsformen wird der leitfähige Draht von dem Intraspulenkörperkabelkanal 1028 durch die Intraspulenkörperkabelkanal 1026 und 1024 zu den Spulenschlitzen 1012 geführt. Der Draht wird um die Spulenkörperantenne 1004 gewickelt und wird dann über den Intraspulenkörperkabelkanal 1022 zurück zu dem Intraspulenkörperkabelkanal 1028 geführt. Der Draht durchläuft dann den Adapter 1030 zu dem Schwerstangenkabelkanal 1032.
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11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Antennenwerkzeugbaugruppe 1000. Wie gezeigt, führt der fest zugeordnete Schwerstangenkabelkanal 1032 den leitfähigen Draht zwischen dem Adapter 1030 und einem Kanalanschluss 1034, durch den der Draht mit anderen Komponenten der Bohrstrang-BHA koppelt. Obwohl in 11 eine einzige Kombination aus Spulenkörperantenne und fest zugeordnetem Kabelkanal gezeigt ist, können irgendeine geeignete Anzahl von Spulenkörperantennen und entsprechenden, fest zugeordneten Schwerstangenkabelkanälen auf einer einzigen Schwerstange eingesetzt werden, soweit es der Raum in der Schwerstange zulässt.
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Nach vollständigem Verständnis der vorstehenden Offenbarung werden einschlägigen Fachleuten zahlreiche weitere Abwandlungen und Modifikationen offensichtlich. Es ist vorgesehen, dass die folgenden Ansprüche so ausgelegt werden, dass sie alle derartigen Abwandlungen, Modifikationen und Äquivalente umschließen. Darüber hinaus sollte der Begriff „oder“ in einem einschließenden Sinne ausgelegt werden.
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Die vorliegende Offenbarung umschließt zahlreiche Ausführungsformen. Mindestens einige dieser Ausführungsformen sind auf ein System gerichtet, um eine Bohrlochantenne vor einem Eindringen von Fluid zu schützen, umfassend: eine Schwerstange; eine auf der Schwerstange angebrachte Spulenkörperantenne, die mehrere Spulenschlitze auf einer Außenfläche der Spulenkörperantenne beinhaltet und einen oder mehrere Intraspulenkörperkabelkanäle zwischen mindestens einem der Spulenschlitze und einem Auslass der Spulenkörperantenne beinhaltet; und einen der Spulenkörperantenne fest zugeordneten Schwerstangenkabelkanal. Solche Ausführungsformen können auf vielfältigen Wegen ergänzt werden, einschließlich durch Hinzufügen irgendeines der folgenden Konzepte in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination: wobei der fest zugeordnete Schwerstangenkabelkanal den leitfähigen Draht zu einem Kanalanschluss der Schwerstange führt; wobei ein erster der Intraspulenkörperkabelkanäle leitfähigen Draht zwischen einem der Spulenschlitze und einem zweiten der Intraspulenkörperkabelkanäle führt, und wobei ein dritter der Intraspulenkörperkabelkanäle leitfähigen Draht zwischen einem weiteren der Spulenschlitze und dem zweiten der Intraspulenkörperkabelkanäle führt; wobei der zweite der Intraspulenkörperkabelkanäle zwischen der Außenfläche der Spulenkörperantenne und einer Innenfläche der Spulenkörperantenne ausgebildet ist; wobei die Spulenkörperantenne ferner einen weiteren Intraspulenkörperkabelkanal umfasst, der leitfähigen Draht entlang einer Oberfläche der Spulenkörperantenne führt; wobei der weitere Intraspulenkörperkabelkanal gekrümmt ist; wobei der weitere Intraspulenkörperkabelkanal auf einer Oberfläche der Spulenkörperantenne angeordnet ist, die sich in einer zu einer Längsachse der Spulenkörperantenne orthogonalen Ebene befindet befindet; wobei der Schwerstangenkabelkanal einen fluidbeständigen Adapter umfasst, der verhindert, dass Fluid in den Schwerstangenkabelkanal eindringt; und ferner ein fluidbeständiges Material umfasst, das an die Spulenkörperantenne anliegt.
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Andere Ausführungsformen betreffen ein System zum Schützen einer Antenne vor einem Eindringen von Bohrfluid, umfassend: eine Bohrstrangschwerstange; mehrere Spulenkörperantennen, die an abgesenkten Abschnitten der Schwerstange angebracht sind, wobei jede der mehreren Spulenkörperantennen Spulenschlitze aufweist, die auf einer Außenfläche der Spulenkörperantenne ausgebildet sind; und mehrere Schwerstangenkabelkanäle, die innerhalb der Schwerstange untergebracht sind, wobei jeder der mehreren Schwerstangenkabelkanäle einer anderen der mehreren Spulenkörperantennen fest zugeordnet ist und leitfähigen Draht enthält, der mit den Spulenschlitzen der verschiedenen der mehreren Spulenkörperantennen koppelt.
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Solche Ausführungsformen können auf vielfältigen Wegen ergänzt werden, einschließlich durch Hinzufügen irgendeines der folgenden Konzepte in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination: wobei jede der Spulenkörperantennen einen Intraspulenkörperkabelkanal zum Führen des leitfähigen Drahts hin zu und weg von den Spulenschlitzen der Spulenkörperantenne beinhaltet; wobei der Intraspulenkörperkabelkanal zwischen der Innen- und der Außenfläche einer entsprechenden Spulenkörperantenne angeordnet ist; wobei jede der Spulenkörperantennen ferner einen weiteren Intraspulenkörperkabelkanal umfasst, der zwischen der Innen- und der Außenfläche der Spulenkörperantenne angeordnet ist, wobei der weitere Intraspulenkörperkabelkanal den leitfähigen Draht von dem Intraspulenkörperkabelkanal der Spulenkörperantenne zu einem der Spulenschlitze der Spulenkörperantenne führt; wobei jede der Spulenkörperantennen ferner einen dritten Intraspulenkörperkabelkanal umfasst, der zwischen der Innen- und der Außenfläche der Spulenkörperantenne angeordnet ist, wobei der dritte Intraspulenkörperkabelkanal den leitfähigen Draht von einem anderen der Spulenschlitze der Spulenkörperantenne zu dem Intraspulenkörperkabelkanal der Spulenkörperantenne führt; wobei jede der Spulenkörperantennen ferner einen weiteren Intraspulenkörperkabelkanal umfasst, der auf einer Oberfläche der Spulenkörperantenne angeordnet ist, wobei der weitere Intraspulenkörperkabelkanal den leitfähigen Draht von dem Intraspulenkörperkabelkanal zu dem fluidbeständigen Material führt; wobei der weiter Intraspulenkörperkabelkanal gekrümmt ist und wobei die Oberfläche der Spulenkörperantenne, auf der der weitere Intraspulenkörperkabelkanal angeordnet ist, sich in einer zu einer Längsachse der Spulenkörperantenne orthogonalen Ebene befindet; wobei jeder der mehreren Schwerstangenkabelkanäle ferner einen fluidbeständigen Adapter umfasst, der den Schwerstangenkabelkanal vor einem Eindringen von Fluid schützt; wobei ein Ende von jedem der mehreren Schwerstangenkabelkanäle mit einem Kanalanschluss der Schwerstange koppelt; ferner umfassend ein fluidbeständiges Material, das in den abgesenkten Abschnitten der Schwerstange angeordnet ist; und wobei das fluidbeständige Material bündig mit einer Oberfläche der Schwerstange ist.
