KR20090055553A - 모듈화된 지오스티어링 툴 조립체 - Google Patents

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KR20090055553A
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마이클 에스. 비탈
클리브 메네제스
마틴 디. 파울크
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핼리버튼 에너지 서비시즈 인코퍼레이티드
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Abstract

지층을 관통하여 조향하기 위한 복구 가능한 툴이 제1 툴 조립체와 상기 제1 툴 조립체에 부착되는 틸트된 안테나를 포함한다. 상기 툴은 또한 제1 툴 조립체에 부착되는 제2 툴 조립체와 제2 툴 조립체에 부착되는 틸트된 안테나를 포함한다. 안테나들이 미리 결정된 방향으로 틸트되도록 제2 툴 조립체가 제1 툴 조립체에 부착된다. 틸트된 안테나들은 전송기 안테나들 또는 수신기 안테나들이다. 각 툴 조립체는 실린더의 길이 방향의 종축을 가지는 관 실린더인데, 관 실린더는 두 단부를 구비하고, 각 단부는 회전 부착 기구를 포함한다. 회전 부착 기구를 매개로 툴 조립체가 서로 부착된다. 회전 부착 기구는 스크류-온 기구, 압입 끼움식 기구, 또는 용접 기구일 수 있다.

Description

모듈화된 지오스티어링 툴 조립체{MODULAR GEOSTEERING TOOL ASSEMBLY}
유정(oil well) 산업에서 수년간 다운홀(downhole) 정보 수집이 행해져 왔다. 현대의 석유 시추(petroleum drilling) 및 생산 작업은 다운홀 파라미터 및 조건에 관한 매우 많은 양의 정보를 필요로 한다. 이러한 정보는 일반적으로 웰보어(wellbore) 및 시추 조립체의 위치와 방위(orientation), 지층 형성(earth formation) 성질, 그리고 다운홀 시추 환경 파라미터를 포함한다. 지층 성질(formation properties)과 다운홀 조건에 관한 정보 수집은 대개 "검층(logging)"으로 지칭되고, 시추 과정 동안 그 자체로 행해질 수 있다.
와이어 라인 검층(wireline logging)과 시추 동안 검층에 사용되는 다양한 측정 툴들이 존재한다. 이러한 툴 중 하나는 저항 툴(resistivity tool)로서, 지층(formation)에 전자기 신호를 전송하기 위한 하나 이상의 안테나와 지층 응답을 수신하기 위한 하나 이상의 안테나를 포함한다. 저항 툴은 저주파에서 동작하면, "유도" 툴("induction" tool)로 명명되고, 고주파에서 동작하면, 전자기파 진행(propagation) 툴로 명명된다. 측정을 좌우하는 물리적인 현상은 주파수에 따라 달라질 수 있지만, 툴의 동작 원리는 일관된다. 몇몇 경우들에서, 지층 저항(formation resistivity)을 측정하기 위하여 수신 신호들의 진폭 및/또는 위상을 송신 신호들의 진폭 및/또는 위상을 비교한다. 다른 경우들에서, 지층 저항을 측정 하기 위하여 수신된 신호들의 진폭 및/또는 위상을 서로 비교한다.
지층 경계(formation boundaries)가 수직으로 연장되는 지층을 시추하거나, 또는 해양 플랫폼(off-shore platform)으로부터 시추하는 것과 같은 특정한 상황들에서, 지층(strata)의 베드 경계(bed boundaries)에 대하여 기울어진 정유(wells)를 시추하는 것이 바람직하다. 이것은 종종 "수평" 시추으로 명명된다. 수평 시추에 있어서, 회복(recovery)을 최대화하기 위해서 수지 구역(pay zone)(탄화수소를 포함하는 지층) 내에 웰 보어(well bore)를 할 수 있는 한 유지하는 것이 바람직하다. 지층이 침하(dip) 또는 전환(divert)될 수 있어서 이것이 어려울 수 있다. 따라서, 시추 및 특정한 지층 내에 웰 보어를 유지하고자 시도하는 동안, 드릴 비트(drill bit)가 베드 경계에 접근할 수 있다.
회전하는 비트가 베드 경계에 접근함에 따라서, 베드 경계가 비트 축의 일 측, 즉 비트 축에 관한 한 방위각 범위(azimuthal range)에 위치할 것이다. 종래의 저항 툴들은 방위각으로 민감하지 않아서 베드 경계에의 접근을 탐지 및 회피할 수 없었다. 또한, 종래의 저항 툴은 하나의 유닛으로 제조되어서, 새로이 발견되고 개선되는 측정 또는 경계 탐지 기법들에 대응하여 용이하게 고객 맞춤(customize)될 수 없었다. 오히려, 다른 하드웨어 구성들이 유용한 것으로 알려짐에 따라서 새로운 툴들이 제조되어야만 했다.
도면의 간단한 설명
이후의 발명의 상세한 설명은 다음의 첨부되는 도면을 참조할 것이다.
도 1은 LWD(logging while drilling) 환경을 나타낸다.
도 2는 LWD(logging while drilling) 저항 툴 형태의 예시적인 베이스 모듈을 나타낸다.
도 3은 틸트된 안테나의 방위를 정의하기 위한 좌표축을 나타낸다.
도 4A 내지 4E는 모듈화된 지오스티어링 툴 조립체 용도의 예시적인 확장 모듈들을 나타낸다.
도 5는 예시적인 모듈화된 지오스티어링 툴 조립체를 나타낸다.
도 6은 다른 예시적인 모듈화된 지오스티어링 툴 조립체를 나타낸다.
도 7은 모듈들 간에 다른 툴이 삽입된 제3 의 예시적인 모듈화된 지오스티어링 툴 조립체를 나타낸다.
도 8은 베이스 및 확장 모듈 용의 예시적인 전자부(electronics)를 나타낸다.
도 9는 예시적인 멀티-탭(multi-tap) 안테나의 개략도이다.
도 10A는 제조시 모듈화된 지오스티어링 툴 조립체의 상세도이다.
도 10b 내지 도 10D는 예시적인 틸트된 안테나 모듈 실시예의 구성 요소들을 나타낸다.
도 11A 내지 도 11E는 제2의 예시적인 틸트된 안테나 모듈 실시예의 구성 요소들을 나타낸다.
도 12는 예시적인 검층 방법을 나타내는 순서도이다.
개시된 발명은 다양한 변형 및 대체 형태로 행해질 수 있지만, 특정한 실시예들이 예시적으로 도시되어 있으며 또한 상세히 설명될 것이다. 그러나 첨부된 도면과 상세한 설명이 본 발명을 개시된 특정한 형태로 제한하려는 것이 아니며, 오히려 본 발명은 첨부된 청구항들의 사상 및 범주(spirit and scope) 내의 모든 변형물, 균등물 및 대체물을 포함하는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
표기(Notation) 및 명명(Nomenclature)
상세한 설명과 청구항들에 걸쳐서 특정한 시스템 요소 및 구성들을 지칭하는 특정한 용어들이 사용된다. 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 어떤 구성 요소가 다른 용어로도 지칭될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서는 구성 요소들을 명칭에 의하여 구분하지 아니하며 기능에 의하여 구분한다. 상세한 설명과 청구항들에서, "포함한다"("including" 및 "comprising")는 용어는 개방형(open-ended fashion)으로 사용된 것이므로, "포함하되 이에 한정되지 않는다"는 의미로 해석되어야 한다. 또한 "커플링"("couple" 또는 "couples")이라는 용어는 간접 또는 직접적인 전기적인 연결 중의 어느 하나를 의미하려는 것이다. 따라서 제1 장치가 제2 장치에 커플링되었다면 그 연결은 직접적인 전기적인 연결에 의한 것일 수 있고, 또는 다른 장치 또는 연결을 매개로 하는 간접적인 전기적인 연결에 의한 것일 수 있다. 또한, "부착된(attached)"이라는 용어는 간접 또는 직접적인 물리적인 연결 중의 어느 하나를 의미하려는 것이다. 따라서 제1 장치가 제2 장치에 부착되었다면 그 연결은 직접적인 물리적인 연결에 의한 것일 수 있고, 또는 다른 장치 또는 연결을 매개로 하는 간접적인 물리적인 연결에 의한 것일 수 있다.
상세한 설명
배경 기술에서 전술한 문제점들이 본 명세서에서 개시되는 방법과 툴 조리체에 의해서 적어도 부분적으로 해결된다. 몇몇 방법 및 툴 조립체 실시예들에서, 확장 모듈이 베이스 모듈에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링되는데, 몇몇 경우들에서 상업적으로 구할 수 있는(existing commercial) 저항 LWD(logging while drilling) 툴의 안테나 구성을 구비할 수 있다. 지층 저항의 방위각 변동(azimuthal variations)을 탐지할 수 있도록, 확장 모듈은 베이스 모듈과 협동한다(operate cooperatively). 방위각 변동으로부터 지오스티어링 신호(geosteering signals)를 도출하여 베드 경계에 대한 조향(steering)을 할 수 있다. 확장 모듈 유형들의 다양한 세트가 이용되어 툴 조립체의 상업적 구성(custom configuration)이 가능해질 수 있다. 다른 툴들 또는 관들(tubulars)이 확장 모듈과 베이스 모듈 사이에 위치할 수 있어서, 툴 스트링의 길이를 과도하게 늘리지 않으면서도 심층 측정(deep measurement)을 할 수 있는 구성이 제공될 수 있다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 시추 동작(drilling operations) 동안의 유정(well)을 나타낸다. 시추 플랫폼(2)은 호이스트(6)(hoist)를 지지하는 유정탑(4)(油井塔)을 구비한다. 드릴 스트링(8)을 형성하기 위해 "툴" 조인트들(7)("tool" joints)에 의해 함께 연결된 드릴 파이프 스트링에 의해서 석유 및 가스 유정의 시추가 수행된다. 호이스트(6)에는 회전반(12)(rotary table)을 관통하여 드릴 스트링(8)을 하강시키는 켈리(10)(kelly)가 매달려 있다. 드릴 스트링(8)의 하단에는 드릴 비트(14)(drill bit)가 연결된다. 드릴 스트링(8)의 회전, 드릴 비트 근처의 다운 홀 모터(downhole motor)의 사용, 또는 양 방법에 의해서 비트(14)가 회전하고 시추하게 된다.
"머드(mud)"로 명명된 시추 유체는 머드 재순환 장비(16)에 의해 큰 압력 및 체적에서 공급 파이프(18)를 통해, 시추 켈리(10)를 통해, 그리고 드릴 스트링(8)를 통해 아래로(down) 펌핑되어, 드릴 비트(14)의 노즐 또는 젯(jets)을 통해 배출된다(emerge). 이후 머드는 드릴 스트링(8)의 외부와 보어홀 벽(20)(borehole wall) 사이에 형성된 환형(環形)부(annulus)를 통해, 방폭기(blowout preventer)를 통해, 그리고 표면에서 머드 피트(24)(mud pit) 내로, 홀을 따라 위로 되돌아간다. 표면에서, 시추 머드(drilling mud)가 세정되고 이후 재순환 장비(16)에 의해서 재순환된다.
LWD(logging while drilling)의 경우, 드릴 비트(14) 근처 드릴 스트링(8)에 다운 홀 센서들(26)이 위치한다. 센서들(26)은 방향 장치(directional instrumentation)와 베드 경계 탐지 용도의 틸트된 안테나들을 구비하는 모듈화된 저항 툴을 포함한다. 방향 장치는 LWD 툴들의 경사각(inclination angle), 수평각, 및 ("툴 페이스 각(tool face angle)"으로도 알려진) 회전각을 측정한다. 본 기술 분야에서 일반적으로 정의되는 바와 같이, 경사각은 수직 아래로부터의(from vertically downward) 편차(deviation)이고, 수평각은 수평면에서 진북(true North)으로부터의 각이며, 툴 페이스 각은 웰 보어의 높은 측(high side)으로부터의 방위(툴 축 중심으로의 회전)각이다. 몇몇 실시예들에서, 다음과 같이 방향 측정이 행해진다: 3축 가속도계가 "툴 페이스 절단선(scribe line)"이라 불리는 툴의 원주 상의 점과 툴 축에 대한 지구 중력장 벡터를 결정한다. (툴 페이스 절단선이 툴 축과 평행하도록 툴 표면 상에 그려져 있다.) 이러한 측정으로부터, LWD 툴들의 경사 및 툴 페이스 각을 결정할 수 있다. 덧붙여, 3축 자기계(磁氣計)(magnetometer)가 유사한 방법으로 지구 자기장 벡터를 측정한다. 자기계 및 가속도계 데이터를 결합하여서, LWD 툴의 수평각을 결정할 수 있다. 또한, 위치 측정 수행과 더 정밀한 방위 측정을 위해서 회전의(回轉儀)(gyroscope) 또는 다른 형태의 관성 센서가 부가될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 다운홀 센서들(26)은 드릴 스트링(8)에서의 머드 흐름(mud flow)에 저항을 조절(modulate)하여서 원격 계측 신호(telemetry signals)를 수신하는 원격 계측 전송기(28)(telemetry transmitter)에 커플링된다. 원격 계측 수신기(30)(telemetry receiver)는 켈리(10)에 커플링되어 전송된 원격 계측 신호를 수신한다. 다른 원격 계측 전달(telemetry transmission) 기법들이 공지되어 있으며 사용될 수 있다. 수신기(30)는 원격 계측치(telemetry)를 측정치를 처리하고 저장하는 표면 장치(surface installation)(미도시)에 전달(communicate)한다. 표면 장치는 일반적으로 어떤 드릴 비트와 근처 베드 경계 간의 거리 및 상대적인 위치를 드릴러(driller)에게 알리기 위해 사용될 수 있는 어떤 컴퓨터 시스템, 예를 들어 데스크톱 컴퓨터를 포함한다.
드릴 비트(14)가 비스듬히 하강(dip)하면서 일련의 다층 베드(layered beds)(34)를 가지는 지층을 뚫고 있는 것이 도시되어 있다. 센서들(26)과 관련되는 제1 좌표계(x,y,z)와 베드들(32)과 관련되는 제2 좌표계(x",y",z")가 도시되어 있다. 베드 좌표계는 베드 면(bedding plane)에 수직한 z" 축과, 수평면에 있는 y"축과, "다운힐(downhill)"을 가리키는 x"축을 가진다. 두 좌표계의 z-축들 간의 각을 "딥(dip)"이라고 명명하고 도 1에서 각 β로 도시하였다.
이제 도 2를 참조하면, 예시된 베이스 모듈(102)(base module)이 저항 툴(resistivity tool)의 형태로 도시되어 있다. 베이스 모듈(102)은 하나 이상의 감소된 직경을 가지는 영역들(106)을 구비한다. 와이어 코일(104)(wire coil)이 영역(106)에 배치되어 일정한 간격만큼 베이스 모듈(102)의 표면으로부터 이격되어 배치된다. 코일(104)를 기계적으로 지지하고 보호하기 위해서, 에폭시, 고무, 유리섬유, 또는 세라믹과 같은 절연성의 필러 소재(미도시)(non-conductive filler material)가 감소된 직경을 가지는 영역들(106)에 사용될 수 있다. 비록 더 많은 루프들이 추가적인 신호 전력을 공급할 수 있지만, 전송기 및 수신기 코일들은 하나와 같이 작은 수의 와이어 루프를 포함할 수 있다. 코일들과 툴 표면간의 거리는 바람직하게는 1/16 인치 내지 3/4 인치 사이 범위일 수 있지만, 더 클 수 있다.
도 2의 툴 실시예에서, 코일들(104 및 108)은 전송 코일들이고, 코일들(110 및 112)는 수신 코일들이다. 동작에 있어서, 전송 코일(104)은 유정 보어를 관통하여 주변 지층(surrounding formation) 내로 진행하는 질의(interrogating) 전자기 신호를 전송한다. 코일들(110 및 112) 간의 진폭 감쇠와 위상 변이를 결정하기 위하여 탐지되고 측정되는 신호 전압을 유도하면서, 지층으로부터의 신호들이 수신 코일들(110)에 도달한다. 전송기(108)를 사용하여 측정을 반복한다. 측정된 감쇠와 위상 변이로부터, 종래의 기법들을 사용하여 지층의 저항을 산출할 수 있다.
그런데, 베이스 모듈(102)은 방위각 민감도(azimuthal sensitivity)가 결여되어, 어떤 접근하는 베드 경계의 방향 결정을 어렵게 만든다. 따라서, 하나 이상의 안테나들이 틸트(tilt)되는 것이 바람직하다. 도 3은 툴 축과 θ의 각을 이루고 툴 축 절단선과 α의 방위각을 이루는 법선 벡터를 가지는 평면 내의 안테나를 나타낸다. θ가 0이면, 안테나가 동축이라고 하고, θ가 0보다 크면 안테나가 틸트되었다고 한다.
비록 예시된 베이스 모듈(102)이 틸트된 안테나를 포함하고 있지 아니하지만, 다른 베이스 모듈 구성들이 고려될 수 있다. 예를 들어, 방위각 민감도를 제공하기 위하여 베이스 모듈은 하나 이상의 틸트된 안테나를 포함할 수 있다. 그것은 하나와 같이 작은 수의 안테나(전송용 또는 수신용)를 포함할 수 있고, 또는 반대로, 완전히 자체 구비된(fully self-contained) 지오스티어링(geosteering) 및 저항 검층 툴일 수 있다. 확장 모듈을 채용하는 경우, 확장 모듈 상의 수신기에의 전송 또는 확장 모듈 상의 전송기로부터의 수신을 위하여, 베이스 모듈에서 적어도 하나의 안테나를 채용하는 것이 기대된다. 이런 방식으로, 확장 모듈이 베이스 모듈의 기능을 확장할 수 있다.
도 4A 내지 4E는 방위각 민감도 또는 심층(deeper) 저항 분석과 같은 다른 향상된 성능(enhancements)을 구비하는 툴을 제공하기 위하여, 툴(102)(도 2)과 같은 베이스 모듈에 부가될 수 있는 다양한 확장 모듈들을 나타낸다. 몇몇 다른 실시예들에서, 이 모듈들은 또한 베이스 모듈로서 기능하여서, 새로이 개발되는 검층 기법 또는 지오스티어링 기법에 따라 요구되는 완전히 고객 맞춤형(customized) 검층 툴을 이룰 수 있도록, 이 모듈들이 혼합되거나 매칭될 수 있다. 더 후술하는 바와 같이, 이 모듈들은 그것들이 각 안테나가 전송기 또는 수신기로서 동작하도록 할 수 있는 전자부를 구비할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, (툴 몸체가 그라운드로서 작용하면서) 원-라인 통신 버스(one-line communications bus)가 제공되어서 모듈들간의 디지털 통신과 전력 전달을 가능하게 한다. 몇몇 시스템 실시예들에서, 별도의 전력 및 제어 모듈(여기서는 미도시)이 제공되어서 다양한 툴 모듈들의 동작들을 조화시키고(coordinate) 수신기로서 동작하는 이 모듈들의 측정치를 수집(및 가능하면 처리)할 수 있다.
저항 툴 모듈들은 각 모듈이 다른 모듈들에 커플링되도록 할 수 있는 부착(attachment) 기구를 구비한다. 몇몇 실시예들에서, 부착 기구는 도 4A 내지 도 4E에 도시한 박스 기구(box mechanism)와 나사형 핀(threaded pin)일 수 있다. 본 발명의 몇몇 다른 실시예들에서, 부착 수단은 제어된 방위각 정렬로 툴 조립체를 다른 툴 조립체에 부착할 수 있는 스크류-온(screw-on) 기구, 압입 끼움식(press-fit) 기구, 용접, 또는 어떤 다른 부착일 수 있다.
도 4A는 동축 안테나(404)를 구비하는 확장 모듈(402)을 나타낸다. 도 4B는 틸트된 안테나(410)를 포함하는 기울어진 리세스(408)를 구비하는 확장 모듈(406)을 나타내는데, 그것에 의해서 방위각으로 민감한 저항 측정이 가능해진다. 바람직하게는 틸트된 안테나(410)(및 리세스(408))는 θ=45°의 각으로 설정된다. 도 4C는 각각 틸트된 안테나들(416, 420)을 포함하는 기울어진 두 리세스(414, 418)를 구비하는 확장 모듈(412)을 나타낸다. 하나의 모듈에 다수의 안테나가 제공되면 더 엄격한 이격 요건(tighter spacing requirements)이 충족되도록 할 수 있고 더 정확한 편차 측정(differential measurements)이 수행되도록 할 수 있다.
도 4D는 도 4B의 안테나의 방위각으로부터 방위각 180°에서 틸트된 안테나(426) 및 리세스(424)를 구비하는 확장 모듈(422)을 나타낸다. 확장 모듈(422)은 도 4B 내지 도 4C에서의 안테나들과 같은 어떤 다른 안테나에 대하여 안테나(426)가 별개로 정렬될 수 있는 방식으로 다른 모듈들과 커플링되도록 설계될 수 있다. 이와 달리, 확장 모듈들에는 안테나들이 어떤 원하는 방위각 정렬(azimuthal alignment)로 고정되도록 할 수 있는 커플링 기구가 제공되어, 이로써 균등한(equivalent) 모듈들(406, 402)을 만들 수 있다. 또는 이와 달리, 도 4E에 도시된 바와 같이 다축 안테나(multi-axial antenna) 모듈(428)이 제공되어서 안테나 정렬의 가상 조향(virtual steering)이 가능해질 수 있다. 가상 조향은 다른 안테나들(430, 432, 및 434)에 의해 얻어진 측정치들의 조합을 고려하여, 임의의 각 및 방위각을 향하는 안테나에 의해(by or with) 얻어질 수 있는 측정치를 산출한다.
전술한 바와 같이, 각 툴 모듈은 관(tubular)의 외부 원주 둘레에 리세스를 포함한다. 보어홀 내에 툴 스트링을 배치하는 것을 방해하는 어떤 반경 프로파일(radial profile)도 남기지 않으면서, 관 툴 조립체에서 안테나가 리세스 내에 배치된다. 몇몇 다른 실시예들에서, 바람직하게는 관의 넌-리세스된 세그먼트(segment), 가능하면 보호 마모 밴드들(protective wear bands) 간에 안테나가 감길 수 있다.
도 5는 근처 베드(bed) 경계들에 대하여 지오스티어링(geosteering)을 제공하기 위하여 사용될 수 있는 방위각으로 민감한 저항 측정을 가능하게 하는 틸트된 안테나를 구비하는 확장 모듈(406)에 커플링된 도 2의 베이스 모듈(102)을 나타낸다. 근처 베드 경계에의 거리 및 방향을 결정하기 위한 적절한 방법에 대한 상세는 예를 들어, 발명자가 마이클 비타(Michael Bittar)인 미국 특허 7,019,528, "원하는 수지 구역 내 지오스트어링 용도의 틸트된 안테나를 구비하는 전자기파 저항 툴"; 및 역시 발명자가 마이클 비타인 동시계속 중인(co-pending) 미국 특허 출원 (Atty Dkt 1391-681.01), "방위각 저항 측정 및 베드 경계 탐지 용도의 툴"을 참조할 수 있다.
도 6은 도 4A 내지 4E의 모듈들로 구성된 모듈화된 저항/지오스티어링 툴 조립체를 나타낸다. 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 모듈들의 사용으로 새로운 검층 및 지오스티어링 방법을 가장 잘 이용할 수 있는 상업용(custom) 저항 툴들을 용이하게 구성할 수 있다. 더욱이, 안테나들 또는 전자부가 손상되었을 때, 툴의 가용 수명을 늘리면서, 개별적인 모듈들을 경제적으로 수리 및 대체할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이 저항 툴 모듈들 사이에 다른 도구(instruments) 또는 관가 배치될 수 있다는 점이 매우 중요한 의미를 가진다. 도 7의 조립체에서, 지오스티어링 기구 또는 다른 검층 도구(instrument)(702)와 같은 툴이 저항 툴 모듈들 사이에 위치한다. 이러한 배열은 저항 툴 자체가 너무 길어지는 것을 요하지 않으면서, 심층 저항 측정을 가능케 한다. 또한, 이 능력은 베드(bed) 경계들에 접근하는 것을 보다 빠르게 탐지할 수 있게 하면서, 저항 툴의 부분들(portions)이 드릴 비트에 훨씬 더 근접하게 위치할 수 있도록 한다.
적어도 몇몇 실시예에서, 툴(702)은 본 출원인에게 공통으로 양도되고 본 발명에 인용에 의하여 보완되는 미국 특허 번호 5,318,137 및 5,318,138에서의 개시에 따른 조절가능한 블레이드(blades)을 구비하는 안정기(stabilizer)이다. 이 특허들에서 개시된 바와 같이, 안정기 블레이드의 연장을 선택적으로 달리 하여서 바텀홀 조립체의 경사를 바꿀 수 있다. 또한 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 알 수 있듯이, 다운홀 모터를 선택적으로 턴 온/오프, 벤트 모터 하우징(bent motor housing)에서 벤드(bend) 각을 조절, 또는 시스템의 비트 상의 무게를 달리 하는 것과 같은 다른 기법들에 의해서 드릴 비트의 경로를 바꿀 수 있다.
몇몇 실시예들에서,모듈화된 저항 툴은 필드(field), 예를 들어 유정 지대에서 조립될 수 있다. 종축을 중심으로 각 툴 모듈이 다른 툴 모듈에 대하여 회전량이 다른 툴 도립체가 만들어질 수 있다. 기존의 툴 스트링을 재구성할 수 있다는 가능성은 보어홀 주변 지층에 관한 더 많은 데이터를 수집할 수 있도록 한다. 따라서 시추 장치를 적절한 방향으로 조향하기 위한 더 견실(robust)하고 정교한 저항 그래프를 결정할 수 있다. 전술한 바와 같이 지오스티어링 툴에 대하여 툴 조립체를 사용하면, 모듈성(modularity)과 신뢰성을 증가시키고 제조, 유지, 설계, 재사용 및 대체 원가를 감소시킨다.
도 8은 베이스 및 확장 모듈들의 전자부에 관한 예시적인 실시예의 블록 다이어그램을 나타낸다. 조립되면, 다양한 모듈들은 원-와이어 툴 버스(802)(one-wire tool bus)에 의해서 커플링된다. 몇몇 실시예들에서, 툴이 조립되면서 케이블이 툴들의 보어를 관통하여 지나가고 툴 모듈들 내부의 단자 블록들에 수동적으로(manually) 연결된다. 몇몇 다른 실시예들에서, 툴 버스 케이블이 툴 벽의 열린 또는 닫힌 채널을 관통하여 지나가고 모듈의 각 단부에서 콘택들 또는 비접촉식 커플러들(inductive couplers)에 부착된다. 모듈들이 서로 연결되면서, 연결의 형상(geometry)에 의해서 이 콘택들 또는 비접촉식 커플러들이 전기적으로 소통되도록 위치한다. 예를 들어,나사형 박스-및-핀 커넥터 배치에서, 박스 커넥터는 모듈의 내벽으로부터 하나 이상의 지지부에 의해 중심축 상에서 지지되는 전도성의 수 핀(male pin)을 포함할 수 있다. 이와 매칭되는 암(female) 잭이 유사하게 핀 커넥터의 중심축 상에 지지될 수 있고, 나사형 연결이 단단히 조였을 때, 수 핀과 전기적으로 연결되도록 위치할 수 있다. 패킹용 고무(O-ring) 배치가 제공되어 시추 동작 동안 전기적인 연결을 건조하게 유지할 수 있다. 빈 보어를 요구하는 시스템들에서, 전기적인 커넥터는 원형 대칭(circularly-symmetric) 블레이드가 환형 소켓(circular socket)에 인접하는 환형 연결(annular connection)로 변형될 수 있고, 다시 패킹용 고무가 배치되어 전기적인 연결을 건조하게 유지할 수 있다. 다른 적절한 전기-및-기계식 커넥터들이 알려져 있고 사용될 수 있다.
도 8에 예시된 실시예들에서, 툴 버스(802)는 변압기(804)을 매개로 모듈 전자부에 유도 결합된다. 전력원(806)은 툴 버스로부터 교류(AC) 전력을 추출하고 전자부의 다른 부분들에 의해서 사용될 전력을 조절(condition)한다. 콘트롤러(810)의 제어 하에서 모뎀(808)에 의해서 다른 모듈들과의 양방향(Bi-directional) 통신이 수행된다. 컨트롤러(810)는 메모리(812)에 저장된 펌웨어 및 소프트웨어에 따라서 동작하여, 다른 모듈들과 동작을 조화시키고, 각 안테나(818)에 대하여 전송기(814) 및 수신기(816)를 제어한다. 전자기 신호를 지층에 전송할 때, 콘트롤러는 툴 버스를 통해서 다른 모듈들에 동기화 신호를 제공한다. 수신기로서 동작할 때, 전력 및 제어 모듈에의 차후 통신을 위하여, 컨트롤러는 동기화 펄스를 수신하고 수신된 신호(들)의 디지털화와 메모리에의 저장을 시작한다.
도 9는 안테나(818)의 예시적인 개략도이다. 안테나(818)는 중심 코어(905) 둘레에 멀티 와이어 코일들을 포함한다. 리드들(910, 915, 920, 925)이 다른 코일들에 부착되어서 전송기 또는 수신기 전자부가 코일에서의 유효 턴 수를 바꿀 수 있도록 할 수 있다. 코일(818)에 교류가 인가되면, 전자기장이 생성된다. 반대로, 안테나(818) 부근에서 교류 전자기장이 리드들에서(at the leads) 전압을 유도한다. 이런 방식으로, 전자기파를 송신 또는 수신하기 위해서 안테나(818)가 사용될 수 있다.
도 10A는 두 부분적으로 조립된 모듈들(402 및 412)의 상세도이다. 모듈(402) 내 안테나(406)의 전송기/수신기 전자부에 대하여 해치(1008)가 보여질 수 있지만, 이 도면에서는 안테나가 도시되지 아니하였는데, 삽입된(interleaved) 밴드들(1010 및 1012) 층에 의해 보호되기 때문이다. 밴드들(1012)은 안테나를 손상으로부터 보호하기 위한 강 마모 바(steel wear bar) 들이다. 강 마모 바들(1012)이 안테나 신호를 방해하는 것을 피하기 위해, 강 마모 바들(1012)은 안테나 평면에 수직하게 향하고 절연 물질(1010)의 밴드들이 삽입(interleave)된다.
도시된 모듈(412)의 안테나들(416 및 420)은 그들 각각의 리세스들(414 및 418)에서 지지 블록들(1002 및 1004)에 의해 지지된다. 안테나들 주변 공간은 지지 물질로 채워지고 안테나들 위로 보호 구조가 위치하여서 내마모성을 제공한다. 또한 안테나들(416 및 420)의 전송기/수신기 전자부에 대하여 해치들(1006)이 도시되어 있다.
도 10b는 틸트된 안테나들 위에 배치되는 보호 구조의 제1 실시예를 나타낸다. 보호 구조는 하나 이상의 틸트된 안테나들과 정렬되도록 배열된 창(1016) 패턴을 구비하는 튜브형 몸체(1014)로 이루어진 슬리브(1013)이다. 몇몇 실시예들에서, 창들은 안테나에 가장 가까운 모서리들이 일반적으로 안테나 평면에 수직하도록 향하는 실질적인 직사각형이다. 커버를 툴 몸체에 고정시키는 수단으로서 장착 홀들(108)(mounting holes)이 제공될 수 있다. 커버(1013)는 안테나들을 보호하기 위한 강체 셀(rigid shell)로서 기능하는 물질들로 이루어진다. 튜브형 몸체(1014)는 전도성 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 적어도 몇몇 실시예들에서 튜브형 몸체는 비자성 강(nonmagnetic steel)으로 이루어진다. 튜브형 몸체(1014)에는 예를 들어 텅스텐 카바이드(tungsten carbide)로 견고하게(hard) 덧대질(be face with) 수 있다. 튜브형 몸체(1014)는 개방 단부들을 구비하여 모듈이 다른 단부에서 다른 모듈들과 부착되도록 하면서, 모듈 몸체에 끼우거나 분리시킬 수 있다. 튜브형 몸체(1014)의 형상, 두께, 지름, 및 길이는 어플리케이션에 따라서 달라질 수 있다. 창들의 수는 어플리케이션에 따라서 달라질 수 있고, 각 창 또는 각 창들 세트의 치수, 간격(spacing), 및 다른 특징들은 어플리케이션에 따라서 달라질 수 있다.
커버(1013)를 모듈 몸체에 부착하기 위해 장착 홀들(1018)을 사용할 수 있다. 이와 같이, 매칭되는 홀들이 모듈에 형성될 수 있고, 커버(1013)를 모듈 몸체에 결합하기 위하여 스크류들 또는 다른 알려진 수단이 사용될 수 있다. 이러한 수단 이외에도 커버(1013)를 제자리에 유지하기 위해 압입 끼움(pressure fit), 용접(weld) 또는 다른 추가적인(supplemental) 방법이 사용될 수 있다.
도 10C 및 10D는 모듈(412) 상에 위치하는 보호 커버(1013)의 두 도면들이다. 설명을 위하여, 커버(1013)를 반투명 물질로 도시하여 안테나들(416, 420)과 보호 커버(1013)를 잘라낸 창들(1016)의 관계를 시각화하고 있다. 커버(1013)는 강 또는 몇몇 다른 전기전도성 금속을 포함할 수 있다. 따라서, 모서리가 안테나들(416, 420)에 수직하게 창들(1016)을 잘라내서 보호 커버(1013)에서의 유도 전류가 안테나 신호를 방해하는 것을 막을 수 있다.
도 10C는 툴 모듈(412) 상에 장착된 보호 커버(1013)의 측면도이다. 틸트된 리세스들(414, 418)과 안테나들(416, 420)은 창(1016) 패턴들 아래에 위치한다. 적절히 장착되면, 창들(1016)은 모듈(412) 원주 둘레에 안테나들(416, 418) 위에 수직하게 배열된다. 도 10C는 또한 몇몇 실시예들에서 안테나들(416, 420)이 툴 축으로부터 45도 틸트된 것을 나타낸다.
도 1Od는 툴 모듈(412) 상에 위치하는 보호 커버(1013)의 바텀뷰를 나타낸다. 바텀뷰는 틸트된 리세스들, 틸트된 안테나들, 및 모듈(412) 원주 둘레에 안테나들(416, 420)에 수직하게 배열된 창들의 부가적인 도면이다. 도 10C 및 도 10D에서, 툴 모듈(412) 내에 해치들(1006)이 도시되어 있다. 각 해치 아래의 밀폐된 캐비티(cavity)는 상응하는 안테나(416, 420)를 매개로 신호들을 송신 및 수신하기 위한 전자부를 포함한다. 시추되는 유체 및 다른 물질의 침투를 막기 위해서 리세스들(414, 418) 및 창들(1016)의 체적과 다른 영역들은 채워질 수 있고 밀봉될 수 있다. 적절한 방법들은 미국 특허 5,563,512에 개시된 것들을 포함할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 밀봉제(sealant)는 창들(1016)이 방사 및 반사 에너지(radiated and reflected energy)를 통과시키는 능력을 실질적으로 감소시키지 않는다.
보호 커버(1013)를 채용하는 것의 대체로서, 도 1Oa에 도시된 것들과 같은 삽입된(interleaved) 마모 밴드들(1012)을 사용해서 틸트된 안테나들을 보호할 수 있다. 도 11A는 틸트된 안테나(515)를 구비하는 틸트된 리세스(510)를 가지는 모듈(505)를 포함하는 저항 툴(500)을 나타낸다. 리세스는 도 11B에 도시된 삽입된 밴드 구조(550)를 지지하기 위한 어깨부(525)(shoulders)를 구비한다. 상기 구조는 일반적으로 상기 구조의 폭을 가로지르도록 향하는 강 마모 바들(560)을 포함하는 절연 물질(555)를 포함한다. 절연 물질(555)은 전류 흐름이 안테나 신호를 억제하는 것을 막는다.
도 11c는 틸트된 안테나와 정렬된 창 패턴을 가지는 다른 대체적인 커버(572)의 측면도이다. 커버(572)는 창들(576)을 구비하는 밴드(574)를 포함한다. 어깨부(525)와 가능하면 부가적인 어떤 안테나 지지부에 의해서 커버(572)가 지지된다. 창들(1016)처럼, 창들(576)은 바람직하게는 안테나, 여기서는 안테나(515)와 수직하게 정렬된다. 커버(1013)과 창들(1016)에 대하여 전술한 바와 마찬가지로 커버(572)를 이루는 재질과 커버 및 창들의 치수는 실시예에 따라서 달라질 수 있다. 마찬가지로, 어떤 알려진 방법에 의해서 시추되는 유체 및 다른 물질이 침투하는 것을 막기 위해서 창들(576)과 다른 영역들은 밀봉될 수 있다. 어떤 알려진 부착 방법(들), 예를 들어, 스크류들, 압축, 클램프(들)에 의해서 커버(572)를 세그먼트(500)에 부착할 수 있다. 개스킷(gasket)이 커버(572) 또는 어깨부(525)에 부착될 수 있다.
도 11D는 커버(572)의 전면도이다. 커버(572)는 강 평판으로부터 잘려서 (틸트된) 실린더 형상으로 형성될 수 있다. 리세스에 끼운 후에, 솔기(582)(seam)를 따라서 용접을 행해서 커버를 제자리에 고정시킬 수 있다. 하드웨어 또는 다른 툴 요소들을 고정하면서, 입구(access) 주변에 커버들을 끼우기 위해 노치들(580)이 제공될 수 있고, 커버 회전을 막기 위하여 탭들(578)이 제공될 수 있다. 창 형상은 창들(584)에 의해 나타난 것처럼 일정한 형상 또는 크기를 가질 필요는 없음을 유의해야 한다.
도 11E는 안테나(515)와 창들 간의 관계를 도시하고자 부분적으로 조립된 검층 툴 상에 위치하는 커버(572)를 나타낸다. 만들어진(machined) 리세스(588) 내에 전자부 캐비티(590)와 전자부 및 해치를 고정하기 위한 다양한 나사형(threaded) 홀들이 존재한다. 부가적인 나사형 홀들을 구비하는 상응하는 리세스(586)가 바람직하게는 안테나와 전자부 사이에 전선관(管)(wireway)를 제공하면서, 안테나 리세스 폭을 가로질러(커버(572) 아래) 해치가 고정될 수 있도록 한다. 실제로는 안테나는 가시적이지 않은데, 안테나를 지지 및 보호하기 위해 타원형(elliptical) 리세스 및 커버 창들을 어떤 절연 물질로 채우기 때문이다.
일단 조립되고 보어홀에 삽입되고 전력이 공급되면, 저항/지오스티어링 툴 조립체는 다양한 전송기들을 차례로 발사(fire)하고 각 수신기로부터 측정치를 수집한다. 몇몇 실시예들에서 베이스 모듈은 방위 및 위치 추적(tracking) 하드웨어를 포함하는 반면, 다른 실시예들에서 베이스 모듈이 다른 모듈에 의해 제공되는 방위 및 위치 정보에 접근한다. 몇몇 또 다른 실시예들에서, 베이스 모듈은 위치 및 방위 정보에 접근할 수 있는 다른 툴에 관련되는 측정치를 전송한다. 도 12를 참조하여 후술할 내용은 베이스 모듈이 기술된 동작들을 수행한다고 가정하지만, 이와 달리 이 동작들은 시스템의 하나 이상의 다른 구성 요소들에 의해서 수행될 수 있다.
블록(1202)에서, 확장 모듈들이 베이스 모듈에 커플링된다. 몇몇 실시예에서, 확장 모듈들이 베이스 모듈과 함께 바텀 홀 조립체 또는 툴 스트링으로 간단하게 장착(thread into)되고, 커넥터들 내 전기 콘택들이 툴 버스 연결을 이룬다. 다른 적절한 상호 연결(communication) 기법들이 알려져 있고 사용될 수 있다.
블록(1204)에서, 베이스 모듈은 커플링된 확장 모듈들 각각을 확인한다. 바람직하게는 각 확장 모듈이 미리 프로그래밍된 고유 식별기(unique identifier)를 포함하여서, 모듈 타입(예, 전송기, 수신기, 안테나 방위, 및 싱글 또는 디퍼렌셜(single or differential) 구성) 및 버전 번호(version number)의 몇몇 지표(indication)에 따라서 베이스 모듈이 이 식별 과정을 자동적으로 수행하도록 할 수 있다. 그러나, 필드 엔지니어(field engineer)는 또한 툴을 셋업하기 하기 위한 방법으로서 상업용(custom) 구성 또는 프로그래밍을 사용할 수 있다.
베이스 모듈의 확인 과정이 마쳐지면, 블록(1206)에서 클락 동기화 과정이 개시된다. 측정의 정확성을 보장하기 위해, 각 측정 전에 동기화(synchronization) 과정이 반복 또는 개량(refine)될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 각 모듈은 자신의 높은-정확도의 클락을 가지고 베이스 모듈은 단지 요청 및 응답 과정을 이용해서 각 모듈에 대한 상대적인 클락 오프셋을 결정한다. 다른 개선례에서, 베이스 모듈은 또한 각 클록 오프셋의 변화율을 결정하고 추적할 수 있다.
블록(1208)에서, 베이스 모듈은 측정 파라미터들을 설정하고 연관되는 확장 모듈들에 측정 파라미터들을 전달(communicate)한다. 예를 들어, 측정 파라미터들은 전송 안테나, 원하는 주파수와 전력 셋팅, 및 원하는 발사(firing) 시간을 특정할 수 있다. (버스에서의 특별한 트리거 신호(trigger signal)를 사용하여 원하는 발사(firing) 시간을 특정할 수 있다.) 펄스 신호들이 채용되는 곳에서, 펄스의 형상 및 폭(duration)이 또한 특정될 수 있다.
블록(1210)에서, 전송기는 발사(fire)하고 수신기는 위상과 감쇠를 측정한다. 이 측정은 몇몇 가능한 기준들의 어느 하나에 대하여 상대적으로 행해진다. 위상은 개별적인 클락들에 상대적으로, 전송 신호의 위상에 상대적으로, 또는 다른 안테나로부터의 수신 신호의 위상에 상대적으로 측정될 수 있다. 유사하게, 감쇠는 조정값(calibration value)에 상대적으로, 특정한 전송 전력 셋팅에 상대적으로, 또는 다른 안테나로부터의 수신 신호의 진폭에 상대적으로 측정될 수 있다. 수신기 측정치를 수집하기 위해 베이스 모듈은 각 확장 모듈들과 통신한다. 확장 모듈이 신호를 송신하는 곳에서, 상기 모듈이 그것을 측정한다면, 실제 전송 시간을 또한 수집할 수 있다.
블록(1212)에서, 베이스 모듈은 툴 방위를 결정하고 이에 따라서 위상과 감쇠 측정치들을 처리한다. 몇몇 실시예들에서, 툴은 측정치들을 수집하면서 회전한다. 측정치들은 방위각 빈(azimuthal bins)으로 분류되고 상기 빈으부터의 다른 측정치들과 결합된다. 이런 방식으로 측정치들을 결합함으로써 측정 에러를 줄일 수 있다. 베이스 모듈은 측정치의 방위각 및 반경 의존성(radial dependence)을 결정하기 위해 측정치들을 처리하고 또한 반대되는 방위들에서 측정치들 간의 차이 또는 측정치들 간의 주어진 빈(bin)에 대한 측정치들과 모든 빈들(bins)의 평균 간의 차이를 고려하여 지오스티어링 신호를 생성할 수 있다.
블록(1214)에서, 선택적으로 베이스 모듈은 데이터를 내부 메모리에 저장하기 전에 및/또는 표면과 통신(communicate)할 원격 계측 전송기에 데이터를 제공하기 전에 테이터를 압축한다. 블록(1216)에서, 베이스 모듈은 검층이 계속되어야 하는지를 결정하고, 그렇다면, 동작은 블록(1206)으로 다시 시작하여 반복된다.
비록 전술한 설명은 방위각으로(azimuthally) 민감한 저항성 측정을 베드 경계에 대한 지오스티어링을 가능하게 하는 용도에 중점을 두고 있지만, 이러한 측정은 하나 이상의 존재하는 웰 보어들에 일반적으로 평행한 웰 보어들을 부가적으로 제공하기 위해서도 사용될 수 있다. 존재하는 웰 보어들은 주변 지층과는 전혀 다른 저항을 가지는 유체로 채워질 수 있다. 새로운 웰 보어가 시추되면서, 방위각으로 민감한 저항성 측정 툴은 존재하는 웰 보어들의 방향과 거리 탐지를 가능하게 한다. 일반적으로 평행한 웰 보어들의 정확한 배치(placement)는 SAGD(steam-assisted gravity drainage)와 같은 기법들의 사용을 가능하게 하는데, SAGD에서는 지층을 가열하기 위해 스팀(steam)이 제1 웰 보어로부터 지층으로 펌핑되고, 이로써 탄화 수소의 유동성이 증가한다. 그 후 저장소의 수율을 현저하게 향상시키면서 제2 웰 보어가 저장소로부터 이 탄화수소를 유출시킨다.
비록 본 발명을 한정된 개수의 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 그로부터의 무수한 변형들과 변이들을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 개시된 툴 구성(construction) 방법들은 LWD(logging while drilling) 툴들뿐만 아니라 와이어선 툴들에도 채용될 수 있다. LWD에서, 드릴 스트링은 감기거나 감기지 않은 드릴 파이프 또는 코일 관(coiled tubing)일 수 있다. 첨부된 청구항들은 본 발명의 사상과 범주 내에서 이러한 모든 변형들과 변이들을 포괄하는 것으로 의도되었다.

Claims (18)

  1. 확장 모듈을 베이스 모듈에 커플링하고;
    상기 확장 모듈과 상기 베이스 모듈을 협동시켜(operate cooperatively) 지층(formation) 저항의 방위각 변동(azimuthal variations) 탐지 및 조향 중 적어도 하나를 수행하는,
    검층 방법.
  2. 베이스 모듈; 및
    상기 베이스 모듈에 커플링되어 조향을 위하여 지층 저항의 방위각 변동을 협동 탐지(detect cooperatively)하는 확장 모듈을 포함하는,
    지오스티어링(geosteering) 툴 조립체.
  3. 베이스 모듈에 기계적으로 커플링되고 커플링되었을 때 상기 베이스 모듈과의 전기적인 신호 경로가 형성되는 나사형(threaded) 커넥터; 및
    상기 베이스 모듈과 협동하여 지층 저항의 방위각 변동 탐지 및 조향 중 적어도 하나를 수행하는 전자부(electronics)를 포함하는,
    확장 모듈.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 모듈은 적어도 하나의 전송기 안테나 및 적어도 하나의 수신기 안테나를 구비하는 저항 검층 툴을 포함하는,
    발명.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장 모듈은 상기 베이스 모듈의 전송기 안테나의 동작에 응답하여 방위각으로(azimuthaliy) 민감한 측정을 할 수 있는 틸트된(tilted) 수신기 안테나를 포함하는,
    발명.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 방위각으로 민감한 측정은 상기 틸트된 수신기 안테나 및 기준 신호 간의 위상 변이 및 감쇠 중 적어도 하나를 포함하는,
    발명.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 기준 신호는 다른 수신기 안테나로부터의 수신 신호 또는 전송 신호인,
    발명.
  8. 제1 항 내지 제7 항에 있어서,
    상기 방위각 변동은 지오스티어링 신호를 결정하기 위해서 사용되는,
    발명.
  9. 제1 항 내지 제8 항에 있어서,
    상기 확장 모듈은 상기 베이스 모듈의 제어 하에서 동작하는,
    발명.
  10. 제9 항에 있어서,
    전력이 공급되면 상기 베이스 모듈이 자동적으로 상기 확장 모듈을 잠지하고 제어하는,
    발명.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링은 적어도 하나의 매개 관(intermediate tubular)를 매개로 행해지는,
    발명.
  12. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    제2 확장 모듈을 상기 베이스 모듈에 커플링하는 것을 더 포함하고,
    상기 제2 확장 모듈은 상기 베이스 모듈의 제어 하에서 동작하는,
    발명.
  13. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 확장 모듈은 스크류-온(screw-on) 커넥터, 압입 끼움식(pressure fit) 커넥터, 및 용접으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 부착 수단에 의해서 상기 베이스 모듈에 커플링되는,
    발명.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 모듈에 커플링되면 다른 측정들을 제공하도록 동작할 수 있는 교체가능한(interchangeable) 확장 모듈들의 그룹으로부터 상기 확장 모듈이 선택되는,
    발명.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 교체가능한 확장 모듈들의 그룹은 서로 다른 개수의 안테나를 구비하는 모듈들을 포함하는,
    발명.
  16. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 교체가능한 확장 모듈들의 그룹은 서로 다른 방위를 가지는 안테나를 구비하는 모듈들을 포함하는,
    발명.
  17. 제14 항 또는 제16 항에 있어서,
    상기 교체가능한 확장 모듈들의 그룹은 서로 다른 전송 전력을 가지는 전송기 모듈들을 포함하는,
    발명.
  18. 제14 항 또는 제17 항에 있어서,
    상기 교체가능한 확장 모듈들의 그룹은 서로 다른 민감도를 가지는 수신기 모듈들을 포함하는,
    발명.
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