技術領域

本發明總體上涉及一種下行線路系統以及一種傳遞下行線路信號 的方法。

背景技術

通常在地面上鉆井以獲取聚集在地殼地質構造中的碳氫化合物和 其它有用材料的自然沉積物。典型地使用一個連接在鉆柱下端的鉆頭 鉆井。鉆井以穿過含有聚集材料的地下結構，獲取材料。

在鉆柱的底端是一個“底部井筒組件”(“BHA”)。BHA包括連 同傳感器、控制機構和所需的電路的鉆頭。一個典型的BHA包括測量構 造和構造中含有的流體的不同特性的傳感器。BHA還包括測量該BHA方 向和位置的傳感器。

鉆井操作由位于地表的一個操作員控制。通過一個旋轉臺或位于 地表的驅動鉆柱以合適的比率旋轉，操作員控制鉆頭載荷 (weight-on-bit)和其它鉆井的操作參數。

鉆井控制的另一方面與鉆井流體相關聯，叫做“泥漿”。泥漿是 通過鉆柱從地表泵送到鉆頭的流體。該泥漿用于冷卻和潤滑鉆頭，以 及將鉆屑攜帶到地表。小心地控制泥漿的密度以將井孔里的流體壓力 保持在合適的大小。

為了使操作員得知BHA的傳感器的測量值，以及操作員可以控制鉆 頭的方向，位于地表的操作員和BHA之間的信息傳遞是必需的。“下行 線路”就是從地表到BHA的信息傳遞。基于BHA的傳感器收集的數據， 操作員可以發送一個命令到BHA。一個通常的命令是指示BHA改變鉆井 的方向。

同樣，“上行線路”是從BHA到地表的信息傳遞。典型地上行線路 傳遞BHA的傳感器收集的數據。例如，通常操作員了解BHA的方位是很 重要的。于是，BHA的傳感器收集的方位數據通常被傳遞到地表。上行 線路的信息傳遞還可用于確認下行線路命令被正確理解。

一個通常的信息傳遞方法被稱為“泥漿脈沖遙測技術”。泥漿脈 沖遙測技術是一種傳遞信息的方法，其或者在下行線路中或者在上行 線路中在泥漿中制造壓力和/或流量脈沖，這些脈沖可以被位于接收位 置的傳感器探測。例如，在下行線路操作中，泵入到鉆柱的泥漿的壓 力或流量的變化可以被BHA的傳感器探測到。脈沖的形式，例如頻率和 振幅，可以被傳感器探測到以及被解釋，這樣BHA可以理解命令。

泥漿脈沖遙測技術在鉆井領域是公知的。現有技術的下行線路包 括暫時中斷鉆井操作，這樣位于地表的泥漿泵可以循環開關以產生脈 沖。鉆井操作必須被中斷，因為鉆頭需要不斷流動的泥漿以更好的工 作。于是，鉆井必須終止而泥漿泵循環工作。

圖1A表示了現有技術的泥漿脈沖遙測技術系統100。該系統100包 括一個泥漿泵102，其從地表泵送泥漿到BHA112，以及從BHA回到地表。 一個典型的鉆臺具有多個泥漿泵，它們共同泵送泥漿。泥漿泵是正向 位移泵，其可在任何壓力下以不變的流量泵送泥漿。這些泵由一個泵 102示意地表示出。

泥漿儲存箱104中的泥漿通過泵102被泵送到一個豎管108中，然后 向下流經鉆柱110到達位于BHA112的底端的鉆頭114。泥漿流經鉆頭114 的端口(未示出)而離開鉆柱110，在那里冷卻和潤滑鉆頭114。當泥 漿向上流經環形空間116時，還攜帶鉆屑到地表。一旦到達地表，泥漿 流經一個泥漿回路118回到泥漿儲存箱104。下行線路操作包括使泵102 循環地開關以在泥漿中產生脈沖。BHA的傳感器探測脈沖以及作為指令 中斷脈沖。

另一種現有技術的下行線路技術表示在圖1B中。該下行線路信號 系統120是從豎管108到泥漿回路118的一個通路。通過允許一些泥漿流 經鉆井系統來操作該系統120。替代流經鉆柱(圖1A中的鉆柱)、BHA (圖1A中的112)和回流經過環形空間(圖1A中的116)，從豎管108直 接流進泥漿回路118的泥漿具有相對小的摩擦。流經旁路系統120流進 BHA(未示出)的泥漿流量的數量減少了。

旁路系統120包括一個截流閥124。在正常操作過程中，截流閥124 關閉以防止任何物質流過旁路系統120。在正常操作過程中泥漿泵102 的全部輸出流進BHA(未示出)中。當操作員想要發送一個指令到BHA (未示出)時，可以通過持續地打開和關閉截流閥124來產生一個下行 線路信號。通過使一部分泥漿流經通道120，截流閥124的打開和關閉 在流到BHA(未示出)的泥漿流量中產生波動。這些脈沖被BHA(未示 出)的傳感器探測和中斷。旁路系統120可以包括流量限制器122、126 來幫助調節流經系統120的流量。