多伽玛控制器组件的制作方法

多伽玛控制器组件的制作方法
【专利摘要】公开了一种便利对自然发生的辐射进行可靠的井下测量的改进的伽玛控制器组件。除其它部件之外，该伽玛控制器组件还包括多个伽玛传感器、微控制器、存储器以及输入/输出端口。多个伽玛传感器检测辐射并输出由微控制器接收的脉冲。传感器数据可以被微控制器检查、选择并求平均，并且沿着井筒向上发送到可以进一步处理、传送和显示数据的另一个微控制器或计算机。传感器数据可以被求平均并存储到存储器或者作为独立的值存储到存储器。伽玛控制器组件可以被配置为运行算法，该算法检测是否有一个伽玛控制器看起来发生故障并且，如果明显的故障已发生，则调整沿着井筒向上发送的传感器数据。
【专利说明】多伽玛控制器组件
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2013年6月14日提交的美国临时专利申请序列N0.61/835，188和于2013年10月3日提交的美国临时专利申请序列N0.61/886,509的利益，这两个申请中每一个的全部都通过引用结合于此。

【技术领域】
[0003]本发明涉及井下辐射测量组件。

【背景技术】
[0004]井下辐射测量组件已经在钻井操作中使用有一段时间了。在井下钻探中，识别地下岩石地层并定制钻探组件和钻探方法以适合特定的地质地层是有用的。例如，当钻机被配置为对特定类型的岩石地层有效并且岩石地层的特性随着井筒延伸到地表下更深而改变时，这会是有用的。因此，识别存在于井场的各个钻探深度的岩石地层将是有用的。井下辐射测量组件测量由井下岩石地层发出的自然发生的低水平辐射。不同类型的岩石会发出不同数量的辐射或者具有其它不同特性的辐射并且，如果被准确地测出，则可以识别处于不同深度的岩石地层的类型。辐射测量组件常常部署在井下并且在井下不同深度取得许多测量。然后，传感器测量结果可以沿井身向上传送并被处理，以确定在特定井场各个深度存在的岩石地层的特定类型。在安装过程期间、在取得辐射测量结果时、在井下就位时并且还有在取回期间，辐射测量组件会经历恶劣的振动和温度以及其它环境条件。随着时间推移，钻探操作钻探至更大的深度，这造成辐射测量组件经历愈发恶劣的环境。此外，许多辐射测量传感器会特别敏感并且响应于振动、恶劣的温度和其它环境因素而发生故障。振动因素对于在井下辐射测量组件中使用的辐射测量传感器会特别有问题。这部分地会是由于辐射测量组件的构造和敏感部件。这些因素以及其它继续造成对更先进和可靠的井下辐射测量组件的需求。
[0005]辐射测量组件通常与随钻测量工具一起部署。随钻测量工具的目的是收集各种基于传感器的测量结果并方便测量结果到地面的传送。随钻测量工具可以与用于测量各种井下条件的传感器一起部署，其中井下条件诸如温度、流量数据、钻柱旋转、位置信息、辐射读数，或者其它有用的井下条件。沿着随钻测量工具或者作为其一部分部署的传感器常常将被配置为与作为部署在井下的随钻测量工具组件的一部分的微控制器或微处理器通信传送(communicate)数据。这种通信可以利用经随钻测量工具和各种传感器之间的总线连接发送的标准协议进行。然后，随钻测量工具可以将数据从传感器沿井身向上传送到远端计算机或数据记录装备。随钻测量工具可以通过钢丝部署或者内嵌在钻柱中并且可以包括远端电源或者经在井下延伸的电缆接收电力。部署连接到井下随钻测量工具以便在各个深度执行辐射测量的辐射探针是常见的。随钻测量工具可以被配置为接收伽玛探针数据，然后处理数据并将数据传送到地面上的远端计算机，其中伽玛探针数据例如可以是脉冲串的形式。
[0006]让辐射测量组件包括对井下存在的振动、恶劣温度及其它环境因素的更大顺应性将是期望的。另外，提供井下安装的辐射测量组件的增加的平均故障间隔时间将是期望的。这将允许更长的钻探时间、增加的测量时间，以及减少的花在安装、取回和维修辐射测量组件上的时间。减少由于辐射测量传感器故障而维修辐射测量组件所花的时间也将是期望的，其中辐射测量传感器对恶劣的井下环境特别敏感。


【发明内容】

[0007]本发明提供了改进的伽玛控制器组件，以方便从井下地质地层发射的自然发生的辐射的可靠测量。辐射测量由作为改进的伽玛控制器组件一部分的多个伽玛传感器取得。当伽玛传感器检测辐射时，它们将脉冲发送到微控制器，该微控制器解释并检查测量，然后将它们沿井身向上发送。在备选实施例中，微控制器还将测量结果写到井下的存储器中。一旦沿井身向上发送，测量结果就可以被进一步处理并传送，以确定并显示井下地质地层的构成。除其它的部件之外，伽玛控制器组件还包括多个伽玛传感器、一个或多个微控制器、用于存储由伽玛控制器组件运行的程序并用于记录伽玛传感器数据的存储器，以及输入/输出端口。来自多个伽玛传感器的伽玛传感器数据可以被微控制器选择或求平均并且存储到存储器或者作为独立记录的值存储到存储器。然后，传感器数据可以沿井身向上发送到另一个基于微控制器或计算机的系统，该系统可以进一步处理、传送并显示数据。伽玛控制器组件被配置为运行算法，该算法检测一个伽玛控制器看起来是否要发生故障并且，如果明显的故障已经发生，则该组件可以被配置为只将来自正确运行的传感器的数据沿井身向上传送。在另一种实施例中，伽玛控制器组件可以将所有传感器数据都沿井身向上传送并且传送可信的数据和不可信的数据。一旦沿井身向上传送，伽玛传感器数据就可以进一步传送到另一个基于微控制器或计算机的系统，用于附加的评估、处理、存储或显示。

【专利附图】

【附图说明】
[0008]当结合附图考虑时，由于通过参考以下具体描述，一种或多种示例性实施例的各方面和附带优点以及对其的修改变得更好理解，因此这些也将变得更容易被认识到，其中:
[0009]图1绘出了多伽玛控制器组件的框图。
[0010]图2绘出了多伽玛控制器组件的示意性表示。
[0011]图3绘出了多伽玛控制器组件的示意性表示。
[0012]图4绘出了多伽玛控制器组件的侧视图。
[0013]图5绘出了多伽玛控制器组件的侧面透视图。
[0014]图6绘出了多伽玛控制器组件的侧视图。
[0015]图7绘出了井筒内多伽玛控制器组件的侧面透视图。
[0016]图8绘出了多伽玛控制器组件底盘的侧面透视图。
[0017]图9绘出了多伽玛控制器组件电路板的侧面透视图。
[0018]图10绘出了多伽玛控制器组件的跨接构件的侧面透视图。
[0019]图11绘出了只有单个伽玛传感器的随钻测量工具的框图。
[0020]图12绘出了具有多伽玛控制器组件的随钻测量工具的框图。
[0021]图13A绘出了用于多伽玛控制器组件的踢出(kick-out)算法的流程图的第一部分，而图13B绘出了第二部分。
[0022]图13B绘出了用于多伽玛控制器组件的踢出算法的流程图的第二部分，而图13A绘出了第一部分。

【具体实施方式】
[0023]改进的伽玛控制器组件的一个目的是增加井下伽玛传感器测量的可靠性。随钻测量系统中一个常见的故障是伽玛探针发生故障。修复会非常昂贵，因为，如果还有备用的话，则整个钻柱必须从井中拔出来，以替换伽玛探针。
[0024]为了减轻这种故障模式，多伽玛控制器组件便于在单个随钻测量工具中有冗余的伽玛探针。多伽玛控制器组件还可以被配置为记录井下工具的各种参数，以便在维修该工具的时候帮助故障分析。利用试探法，如果多伽玛控制器组件确定每个伽玛探针都正确工作，则多伽玛控制器组件可以向随钻测量工具输出被组合或过滤的单个脉冲串，或者可选地是来自多个个别伽玛探针的单个求平均的读数。在备选实施例中，由多伽玛控制器组件组合、过滤或者求平均的读数可以经CAN总线或者本行业内已知的其它总线传送到随钻测量工具或者经泥浆脉冲发生器、信号线或其它通信方法传送到其它井口装备。但是，如果多伽玛控制器组件的试探法确定其中一个伽玛探针发生故障，则它可以将发生故障的探针排除在被过滤的输出之外并且只输出基于来自剩余伽玛探针的读数的已过滤的脉冲串。在优选实施例中，优选地是两个伽玛传感器探针将被配置在每个多伽玛控制器组件中；但是，同样有可能三个或更多个探针可以配置在单个组件中。对于这种实施例，多伽玛控制器组件也可以被称为双伽玛控制器组件。单个脉冲串输出到随钻测量工具的这种模式特别地被设计成与随钻测量系统一起工作，其中随钻测量系统预期看到来自井下单个伽玛传感器的一个脉冲串。在备选实施例中，来自每个伽玛传感器的数据可以传送到随钻测量工具或者沿井身向上传送，具有关于什么传感器数据可信以及什么传感器数据由于可能发生故障的伽玛探针而可能不正确的指示器。
[0025]参考图1、2和3，多伽玛控制器组件10具有控制器模块18，可以被配置为包括一个或多个微控制器或处理器20 个或多个电源30 ;用于存储主要可执行程序、用于记录并且用于存储配置参数的存储器40 ;以及用于感测冲击和振动的加速计50或类似的传感器。多伽玛控制器组件10还包括多个伽玛探针60a和60b，但是，在备选实施例中，多于两个探针也可以配置。控制器模块18可以配置为经伽玛探针电源线62a和62b向伽玛探针60a和60b提供电力。数据线64a和64b也在控制器模块18与伽玛探针60a和60b之间延伸。此外，多伽玛控制器组件10可以配置为包括电力线70、串行通信线72，以及延伸到随钻测量工具(未示出)或者从地面到工具延伸的伽玛传感器脉冲输出线74。单个存储器元件可以让主要可执行程序、记录以及存储配置参数共享，或者可以使用多个存储器元件。微控制器或处理器20有三个主要功能:(I)监视伽玛探针的健康情况，(2)记录工具参数，用于故障分析，及(3)将伽玛探针测量数据发送到随钻测量工具或者直接沿井身向上传送。多伽玛控制器组件10可以具有多种操作模式，这些模式不相互排斥。在一个实施例中，多伽玛控制器组件10可以具有透明模式，其中控制器将仅仅将组合、过滤或求平均的脉冲串输出到随钻测量工具(未示出)，并且因此对随钻测量工具来说看起来就像单个伽玛探针。这种方法对目前只配置为与单个伽玛探针交互的系统提供附加的准确性和可靠性。以这种模式，随钻测量系统被“欺骗成”认为它们仅仅是从单个探针接收输出。实际上，这种方法对不能提供足够带宽从多个伽玛传感器沿井身向上发送数据的低带宽系统提供增加的准确性和可靠性。一种备选操作模式允许多伽玛控制器组件经工具内部的串联总线，或者经其它总线类型，从伽玛探针向随钻测量单元发送数据以及工具的整体健康状态，作为通用数据值。对于许多类型的随钻测量工具，这种总线会具有有限的带宽，但是，对于更高带宽的系统，更多传感器数据可以利用这种模式传送。最后，如果使用更高带宽的系统，则另一种备选实施例可以允许来自每个伽玛探针传感器的传感器数据发送到随钻测量工具或者甚至作为独立的脉冲串沿井身向上或者通过将允许全部传感器数据或来自选定多个传感器的数据沿井身向上发送的其它方式。
[0026]参考图4，示出了多伽玛堆栈组件100。多伽玛堆栈组件100包括:包括控制器电路板模块120的多伽玛控制器底盘110 ;第一伽玛模块130 ;第二伽玛模块140 ;总线跨接模块150，以及缓冲端(snubbing end) 160。参考图5，多伽玛控制器底盘110容纳与图1_3中引用的控制器模块18类似的控制器电路板模块120。模块120可以配置为包括一个或多个微控制器或处理器；一个或多个电源或电源电压调节器；用于存储主要可执行程序、用于记录并用于存储配置参数的存储器；以及用于感测冲击和振动的加速计或类似的传感器。在实施例中，这些子部件中每一个都可以交替地配置在独立的电路板上或者作为系统内其它模块的一部分。底盘110提供结实的连接端口 112，用于连接模块之间的电线。顶部舱口盖114和底部舱口盖116保护控制器电路板模块120不受恶劣井下环境的影响并且还允许为了维修而容易接近。在备选实施例中，不同的保护性封套可以配置为保护控制器电路板模块120以及多伽玛堆栈组件100的各种其它部件。
[0027]参考图6，多伽玛堆栈组件100示为连接到电池单元200和脉冲发生器驱动器300。脉冲发生器驱动器300是可以配置为沿井身向上发送信息或者发送到地面上并且在井下从地面上接收信息的通信系统的一个例子。脉冲发生器驱动器300可以配置为通过可以被传感器检测的钻探泥浆发送和接收脉冲。然后，脉冲可以被传感器或其它连接的装备解释。当部署在井下时，可以使用这种配置或类似的配置，例如基于非脉冲发生器的通信系统，诸如基于电线的系统也可以用来发送信息和与地面装备通信。参考图7，示出了多伽玛堆栈组件100的备选透视图。参考图8，伽玛控制器底盘110示为具有连接到底部舱口盖116的顶部舱口盖114，这两个舱口盖都用来保护控制器电路板模块120不受损害。图9示出了控制器电路板模块120的侧面透视图，如上所述，控制器电路板模块120可以配置为包括多伽玛控制器组件的各种部件。
[0028]参考图10，示出了总线跨接模块150。对于包括三个或更多个伽玛探针的多伽玛控制器组件，多个总线跨接模块150可以配置为允许附加探针的连接。在实施例中，总线跨接模块150方便在最初设计为只与单个伽玛探针使用的系统中多个伽玛探针连接到多伽玛控制器。
[0029]总线跨接模块150可以配置为将伽玛探针输出线数据放到总线的备用信号传输线上，然后多伽玛控制器可以读取并解释这些线中伽玛探针的输出。图11是示出具有单个伽玛探针410的随钻测量工具400的部件和布线布局的示例框图。在这个例子中，脉冲发生器驱动器420充当到工具400的地面通信链路以及通过电池一 430和电池二 440提供到各种部件的电池电力。主处理单元(“MPU”)450、三联电源(“TPS”)460以及朝向模块(“0M”)470也包括在这种配置中。伽玛探针410在伽玛总线线路480上输出辐射测量读数。然后，读数被MPU 450处理，然后MPU 450将具有代表性的数据值或完整的脉冲串信息通过脉冲发生器驱动器420发送到地面。除了伽玛总线线路480，在各种部件之间延伸的总线405还可以包括接地线路(“GND”)490、电池一线路(“Battl”)491、电池二线路(“Batt2”)492、BBus 信号线(“BBus”)493、qBus 信号线(“qBus”)494、脉冲信号线(“Pulse”)495、流量信号线(“Flow”)496、ml信号线(“Ml”)497，以及m2信号线(“M2”)498。所述总线将电力从电池传输到各种部件并且还充当部件之间的通信链路。
[0030]参考图12，示出了一个示例框图，该框图示出了具有多个伽玛探针以及多伽玛控制器514的随钻测量工具500的部件和布线布局。伽玛探针510和伽玛探针512将它们的辐射测量读数输出到多伽玛控制器514。如图10中所述的总线跨接模块可以在实现这种布局时配置为将每个伽玛探针的输出重新路由到作为总线一部分的备用信号线上。伽玛探针数据被路由到多伽玛控制器组件的微控制器上并且该微控制器对照伽玛探针输出数据运行算法，以确定伽玛探针数据是要放到随后被传送到随钻测量工具的一个或多个伽玛探针输出线上还是沿着井筒将信息向上传送的其它数据通道上。类似于图11中所述的单探针配置，在这个例子中，脉冲发生器驱动器520充当用于工具500的地面通信链路并且电池电力通过电池一 530和电池二 540提供给各种部件。主处理单元(“MPU”)550、三联电源(“TPS”)560以及朝向模块(“0M”)570也可以包括在这种配置中。第一伽玛探针510在伽玛输出线路580上输出辐射测量读数，并且第二伽玛探针512在伽玛输出线路584上输出辐射测量读数。然后，读数被多伽玛控制器514接收并处理，多伽玛控制器514利用本文所述的一种或多种方法组合、求平均或过滤读数。然后，多伽玛控制器514持续地生成发送到MPU 550或脉冲发生器驱动器520的代表性伽玛输出值，用于沿井身向上传送。类似于上述方法，试探法可以被多伽玛控制器514采用并且探针数据可以相应地被调节、认定为不合格以及重新使其合格。除了伽玛总线线路580，在各种部件之间延伸的总线还可以包括接地线路(“GND”)590、电池一线路(“Battl”)591、电池二线路(“Batt2”)592、BBus 信号线(“BBus”)593、qBus信号线(“qBus”)594、脉冲信号线(“Pulse”)595、流量信号线(“Flow”)596、ml信号线(“Ml”)597，以及m2信号线(“M2”)598。所述总线将电力从电池携带到各种部件并且还充当部件之间的通信链路。这一段中描述的总线仅仅是多伽玛控制器组件的一种实施例和配置。其它总线配置、工具配置、通信协议和通信拓扑结构可以结合多伽玛控制器组件使用。利用所述方法，多伽玛控制器组件可以集成到通常只使用一个伽玛探针的工具中，诸如参考图11所述的系统。总线跨接模块可以配置为在所述系统中用于经备用的总线信号线传输伽玛探针输出数据或者，可选地，可以使用与主总线隔开的其它信号线。多伽玛控制器组件还可以集成到缺省地配置为只使用一个伽玛探针的其它类型系统中。
[0031]在实施例中，多伽玛控制器组件可以配置为与多个随钻测量工具、不同类型的随钻测量工具或者允许到地面进行通信的其它工具交互。对于这些工具中每一种，不同数量的带宽可以用来沿井身向上发送数据并且多伽玛控制器组件可以配置为依赖于可用带宽而发送更多或更少的伽玛传感器数据。例如，读数发送到地面的频率可以根据可用于发送的带宽来调节。
[0032]另外，在实施例中，来自多个伽玛探针的输出计数的过滤可以简单地是来自多个伽玛探针的每秒(或其它时间间隔)计数的平均。此外，如果某些传感器被确定为比其它传感器处于更好的健康状态，则过滤也可以是伽玛传感器输出的加权平均。更先进的过滤也可以利用状态估计器来执行，以便基于来自多个伽玛探针的读数估计整体背景辐射。被过滤的输出还可以考虑用于每个伽玛探针的API校准因子，并且这些值可以存储在多伽玛控制器组件的存储器中。
[0033]多伽玛控制器组件的微控制器或处理器可以持续地监视应当直接对应于井下伽玛辐射水平的每个伽玛探针的脉冲串输出。微控制器可以配置为保持关于每个伽玛探针的性能的统计数据，并且如果基于其试探法确定其中一个伽玛探针发生故障，则它将将该发生故障的探针的计数排除在组合、过滤或求平均的输出之外。
[0034]几种不同的试探法可以用来确定伽玛探针是否发生故障。在实施例中，那些试探法可以可选地包括，但不限于:(I)高计数，即，高于某个阈值的计数，(2)低计数，即，低于某个阈值的计数，(2)变化太快的计数，这意味着计数增加或减小的速率(每秒计数关于时间的导数)太高/低，⑷随着时间推移，标准偏差增加至超过可接受的限值，(5)峰度分析，(6)随着时间推移，计数的歪斜(skew)，或者(7)其它统计测量。如果基于试探法确定伽玛探针故障，则对于以单脉冲串模式操作的微控制器，来自该探针的计数可以不再包括在微控制器的过滤后的输出或脉冲串中。同样，在多个传感器输出传送到随钻测量工具或沿井身向上传送的模式中，当试探法检测到传感器的可能发生故障时，用于那个传感器的输出数据可以被标记为无效或有可能不正确。但是，来自发生故障的伽玛探针的输出将继续被监视，以确定伽玛探针是否已恢复。偶尔，伽玛探针随着温度增加，或者如果冲击事件发生，输出不合理高的计数，但是，一旦温度下降或者冲击/振动水平降低就会恢复。如果发生故障的伽玛探针被再次确定为在操作限值内某个设定的时段，则它可以再次包括在被过滤的输出或脉冲串中，或者与伽玛探针数据一起包括的标记可以变回有效或好。
[0035]在实施例中，微控制器可以配置为经常地比较从两个伽玛探针读出的值并且还比较或检查用于每个伽玛探针的健康状态数据。一般而言，对于伽玛探针有两种主要的故障模式，高计数和低计数。任何一种故障模式都必定和标准伽玛传感器的某部分发生故障有关。例如，晶体会破裂，光电倍增管会破裂或以别的方式发生故障，高压电源会漂移或停止供电，并且在有些情况下鉴别电路也会发生故障。通常，这些故障造成伽玛传感器根本不返回计数或者返回异常高的计数。基于这种想法，多伽玛控制器组件的微控制器配置为运行检查高和低计数的算法。在实施例中，根据井下伽玛传感器预期的读数设置低和高阈值。这些阈值可以为不同类型或品牌的传感器而调节，或者使适应在特定井场的期望阈值。如果来自任何一个伽玛传感器的读数超过这些界限，高或低，则它立即从系统和执行的任何求平均计算中被解除资格(被认为不合格)。在其中来自多于一个伽玛探针的伽玛传感器读数被传送的有些备选实施例中，来自界限外探针的数据仅仅被标记为无效或认为不合格。为了被再次认为可操作，读数必须返回到可接受的范围并且留在界限内达设定的时间帧。如果传感器留在界限外大量时间，则它可以被永久性地取消计算的资格(被认为不合格)，至少对于给定的设备或者在某个时段上这样做。
[0036]在其中配置三个或更多个伽玛探针的备选实施例中，多数裁定规则协议(majority rules protocol)可以实施。在这种设置中，使用具有最接近计数的两个探针并且可以与来自第三个探针的读数组合、求平均或过滤，这第三个探针对于给定的读数比较或者给定的时段不被理会。在这种配置中，如果一个或多个探针发生故障，则剩余的探针可以从多数裁定规则协议切换回所有探针值都再次被组合、求平均、过滤或以别的方式被处理并且然后传送到随钻测量工具或沿井身向上传送的其它方法。
[0037]有些探针还会对温度敏感并且具有在温度极端发生漂移的计数。比较温度读数与计数数据可以用来确定特定的探针是否在经历温度漂移并且可以对来自那个探针的计数值进行调节。或者，如果温度漂移越过预定的阈值，则该探针可以被暂时认为不合格并且如果随后读数返回到预定阈值内就再重新被认为合格。
[0038]参考图13A和13B，示出了由多伽玛控制器运行的示例算法600的单个流程图的两部分。在这个例子中，系统开始610并且一个算法例行检查并记录遥测器状态660，使得位置信息可以与探针收集到的读数关联。作为这个序列的一部分，遥测器的健康状态读数可以可选地利用基于试探法的算法来检查。如果遥测器读数被认为有问题，则收集到的数据可以被认为不合格或者数据记录可以挂起。还运行例行算法，以评估伽玛一 620并评估伽玛二 640，并且确定所接收到的计数是否在预定的高和低值之间。对于不同的探针类型或者对于相同类型的不同的个别探针，该预定的值可以不同，这可以基于给定探针的测试、校准值或者之前使用。此外，对于不同的岩石地层和其它环境条件，高和低值可以设定成不同的范围。伽玛探针读数每个都被评估，以确定它们是否在预定范围的界限621 641内。如果值被确定在界限621 641内，则例行算法进行检查，看伽玛探针最近是否被标记630650。如果探针被标记630 650，则在求平均631 651过程中它不被考虑，但是还要检查是否在界限内达预定的时间632 652，在这个例子中是一分钟。如果探针在界限内达多于一分钟632652，则认为探针不合格的标记被清除633 653，并且，在下次探针被检查并且被证实在界限内时，来自那个探针的读数将在求平均631 651过程中被考虑。或者，探针读数可以在求平均、组合、过滤中考虑、在多数裁定规则协议比较中考虑，或者如在各种算法中描述的那样以别的方式使用。因为这是个例子，所以在备选实施例中，探针也可以出于各种其它原因被标记并且是暂时性地或永久性地，这与之前提到的一致。当探针被确定处于界限621、641内并且被确定没有被标记630 650时，它可以在求平均631 651过程中考虑或者以别的方式被多伽玛控制器认为是好的。提供界限外数据的伽玛探针在它第一次提供界限外结果时被标记622 642。如果该伽玛探针继续提供界限外结果超过配置的时间，在这个例子中是十分钟的时间帧623 643，则该探针被永久性地认为对于使用来说不合格624 644。在这种情况下，多伽玛控制器组件可以配置为向远端计算机发送指示探针故障的消息(未示出)。当探针被永久性地认为不合格624 644时，对该探针输出的评估停止625 690。在实施例中，所述序列可以可选地对多于两个探针执行。而且，在实施例中，这个序列不需要对配置的所有探针执行，有些探针可以可选地在特定的系统配置中保持不活动。如果给定系统中的所有探针都不再被评估，则零计数将被记录634，这指示关于探针可能有问题。只要还有一个探针保持工作并返回读数，工具就可以继续使用，直到方便的维修窗口打开，在这个时候，发生故障的探针可以被替换。
[0039]更复杂的算法可以被应用。例如，如果一个伽玛传感器与另一个漂移开，或者它们变得噪声太大并且返回虽然在界限内但不稳定的值，则伽玛传感器可以被认为不合格。所有阈值和认为不合格参数都是可配置的。在另一种实施例中，多伽玛控制器组件可以配置为基于当时的条件排除测量或取消测量的资格。例如，如果高冲击(摩擦发光)事件发生，则在冲击事件期间或者其附近，该组件可以挂起测量或认为测量不合格达给定的时段。其它事件也可以挂起测量，另一个例子可以是当其它操作被可能发出电噪声的随钻测量工具或其它井下工具执行时，多伽玛控制器组件可以在这种事件发生之前得到通知或者可以利用算法进行编程以通过传感器测量或其它方法检测这种事件。高温事件也可以接受类似的处理。触发这些事件的条件是可编程的并且可以基于所使用的探针以及它们特定的敏感性而变化。
[0040]为了在维修工具的时候帮助故障分析，多伽玛控制器组件可以在其操作时记录伽玛控制器组件的或者工具的其它部件的几个相关参数。有至少两类事件可以被记录:基于时间的测井记录和基于事件的测井记录。基于时间的测井记录可以包括周期性记录的参数，与工具发生了什么情况无关。这种参数的例子包括温度、电池电压、电机总线电压、轴向振动、横向振动、来自每个伽玛探针的计数的移动平均值，等等。基于事件的测井记录可以包括可能发生的具体事件，包括轴向和横向冲击事件，如由加速计或其它类似传感器所监视的，流量信号状态的变化、脉冲线路状态的变化，脉冲事件的持续时间，等等。
[0041]在实施例中，多伽玛控制器可以配置为具有“高_g”和“低_g”加速计，以测量冲击和振动测量。一般而言，冲击被认为是高于25G的事件并且可以连同其它信息一起记录，诸如时间、日期及其它传感器值。记录冲击事件的次数提供对特定类型钻探环境的好预测器并且允许对用于在那种类型环境中或在那个特定井场使用的某个数量的伽玛探针的多伽玛组件的剩余寿命进行预测。如果记录到高于非常高的阈值的冲击，则可以考虑晶体和光电倍增管组件的立即替换，因为，就算还没有发生故障，也非常接近故障了。消息可以由微控制器通过随钻测量工具接口发送或者单独地发送到地面，以提醒操作人员。相同的考虑可以通过“低_g”加速计应用到振动测量。多伽玛组件可以配置为使得井下振动水平可以持续地被计算并记录到存储器。附加地，多伽玛组件还可以配置为具有机载温度传感器并且完整的温度曲线历史可以被跟踪，因为高温也会对电路板造成非常高的应力。阈值可以为温度事件设置并且对于伽玛故障、冲击或振动事件也类似，消息可以通过随钻测量工具接口发送到地面或者通过单独的接口发送到地面。
[0042]在另一种实施例中，事件“里程表”可以设置成跟踪各种工具健康指示器，诸如各种传感器值，如前面所提到的。里程表可以作为单独的冲击、振动和温度里程表来累积值，并且向工具操作人员提供特定工具采取了一般的误用的猜想。对于确定并改进特定工具设计的常见故障模式，这会是有用的。例如，基于随时间编制的工具数据，可以发现在其振动里程表上具有某个水平的工具很有可能在计算出的时间帧内发生故障。振动里程表可以配置为代表在对应于分仓(bin divis1n)的振动水平所花的总时间。温度里程表可以配置为代表在对应于分仓的温度水平所花的总时间。当多伽玛控制器组件与不同的伽玛探针配对或者当多伽玛控制器电路板被替换时，里程表可以可选地复位。
[0043]在实施例中，多伽玛控制器组件可以配置为对每个伽玛探针应用个别的校准，可选地在执行求平均或确定操作之前应用校准。平均或计算出的值可以作为合成电压脉冲并且通过可用的通用可变通信装置，诸如通过到随钻测量工具的串行端口通信，发送到随钻测量工具。对于给定的实施例，随钻测量工具利用1.0(倍增器)的校准编程，从而不使多伽玛控制器组件计算出的数据歪斜。
[0044]这些测井记录允许伽玛探针的故障被分析并且改进将来的操作指南，以帮助防止将来井下伽玛探针的故障。此外，这些测井记录允许在井下故障发生之前通过抢先替换可能很快要发生故障的伽玛探针来执行预测性维护。伽玛探针通常是通过将NaI (TI)(碘化纳/铊)晶体与光电倍增管配对来构造的。探针还常常具有集成的高压供电电路系统以及鉴别器电路。每个部件和配对的组件都具有固有的结构弱点并且会在暴露给钻探环境的恶劣条件时发生故障。伽玛探针部件对温度、振动和冲击非常敏感，并且常常在钻探环境中不可修复地破裂。此外，光电倍增管具有玻璃部件，该玻璃部件对振动和冲击非常敏感。
[0045]伽玛探针配置为在从地质地层发射的伽玛波/粒子与伽玛探针的NaI (TI)晶体接触时产生脉冲。当碰撞发生时，光子产生。晶体的气密密封封套在内部是反射性的，并且将光子引导出晶体的一个开口端，该开口端配置为具有透明玻璃透镜。光子将穿出晶体、通过光学透镜，并进入伽玛探针的光电倍增管。当光子击中光电倍增管的特定表面时，电流脉冲产生。光电倍增管的目的是将光子转换成电能，使得它可以被发送到多伽玛控制器组件的微控制器电路系统并被其解释/读取。需要高压电源来操作光电倍增管。例如，光电倍增管常常需要大约1500V DC的电压。
[0046]虽然本文公开的概念已经联系实践它们的优选形式和对其的修改进行了描述，但是本领域普通技术人员将理解，可以对其进行许多其它修改。相应地，这些概念的范围不是要以任何方式被以上描述限定。
【权利要求】
1.一种用于便利对由与井筒相邻的地质地层发出的辐射进行可靠的井下测量的井下测量组件，该井下测量组件包括: 多个伽玛探针，感测由井下地层发出的辐射并提供代表该辐射的输出脉冲， 一个或多个微控制器，其中至少一个被配置为从多个伽玛探针接收输出脉冲，至少一个微控制器被配置为检测何时所述多个伽玛探针中的一个提供可以指示一个或多个探针已发生故障的输出脉冲，及 一个或多个存储器元件，存储伽玛控制器组件可执行代码和伽玛探针数据。
2.如权利要求1所述的井下测量组件，还包括: 一个或多个电源，向一个或多个微控制器、多个伽玛探针和一个或多个存储器元件供电。
3.如权利要求1所述的井下测量组件，还包括: 在多个伽玛探针中的每一个和一个或多个微控制器中的至少一个之间的通信路径，其中多个伽玛探针中的每一个的输出脉冲被配置为在该通信路径上被传送到一个或多个微控制器中的至少一个，以用于解释和记录到存储器。
4.如权利要求3所述的井下测量组件，其中一个或多个微控制器被配置为分析多个伽玛探针中的每一个的输出脉冲并且确定是否有一个或多个探针发生故障。
5.如权利要求4所述的井下测量组件，其中一个或多个微控制器被配置为认定不合格或忽略来自多个伽玛探针中被确定为发生故障的每一个探针的输出脉冲。
6.如权利要求5所述的井下测量组件，其中一个或多个微控制器被配置为继续分析来自多个伽玛探针中被确定为发生故障的每一个探针的输出脉冲并且重新认定被确定已返回可接受运行参数的伽玛探针合格。
7.如权利要求1所述的井下测量组件，还包括: 一个或多个通信路径，在井下测量组件和远端计算机之间传送伽玛探针数据。
8.如权利要求1所述的井下测量组件，其中被配置为检测何时多个伽玛探针中的一个已发生故障的至少一个微控制器使用预定的脉冲计数潜在故障值来确定何时多个伽玛探针中的一个已发生故障。
9.如权利要求1所述的井下测量组件，其中至少一个微控制器被配置为过滤正在运行的多个伽玛探针中的每一个的输出脉冲并将代表该多个输出脉冲值的一个输出脉冲提供给随钻测量装置。
10.如权利要求1所述的井下测量组件，其中至少一个微控制器被配置为组合正在运行的多个伽玛探针中的每一个的输出脉冲并将代表该多个输出脉冲值的一个输出脉冲提供给随钻测量装置。
11.如权利要求1所述的井下测量组件，其中至少一个微控制器被配置为求平均正在运行的多个伽玛探针中的每一个的输出脉冲并将代表该多个输出脉冲值的一个输出脉冲提供给随钻测量装置。
12.一种测量由井下地质地层发出的辐射的方法，该方法包括以下步骤: 在井下部署辐射测量组件，该辐射测量组件包括: 多个伽玛探针，感测由井下地层发出的辐射并提供代表该辐射的输出脉冲， 一个或多个微控制器，其中至少一个被配置为检测何时该多个伽玛探针中的一个提供能够指示一个或多个探针已发生故障的输出脉冲，及 一个或多个存储器元件，用于存储伽玛控制器组件可执行程序并用于记录伽玛探针数据； 由多个伽玛探针感测井下从地层发出的辐射，该多个伽玛探针中的每一个生成传送到一个或多个微控制器中的至少一个的脉冲； 由一个或多个微控制器中的至少一个解释由多个伽玛探针中的每一个发出的脉冲，使得每个脉冲都被指定代表性数据； 确定从多个伽玛探针中的每一个解释的一个或多个代表性数据是否能够指示一个特定的伽玛探针已经发生故障；及 响应于确定步骤，认定多个伽玛探针中的一个为不合格，使得由被认定为不合格的伽玛探针输出的脉冲不再被认为有效。
13.一种便利对由与井筒相邻的地质地层发出的辐射进行可靠的井下测量的井下测量组件，该井下测量组件包括: 多个伽玛探针，感测由井下地层发出的辐射并提供代表该辐射的输出脉冲， 一个或多个微控制器，其中至少一个被配置为检测何时该多个伽玛探针中的一个提供能够指示探针已经发生故障的输出脉冲， 在多个伽玛探针中的每一个和一个或多个微控制器中至少一个之间的通信路径，其中多个伽玛探针中的每一个的输出脉冲在该通信路径上被传送到一个或多个微控制器中至少一个以用于解释和记录， 在井下测量组件和远端计算机之间传送伽玛探针数据的一个或多个通信路径，及非暂时性计算机可读存储介质，与一个或多个微控制器通信传送存储在其上的可执行程序，该可执行程序包括一组指令，当指令被一个或多个微控制器执行时使得该一个或多个微控制器执行以下操作: 由多个伽玛探针感测井下从地层发出的辐射，该多个伽玛探针中的每一个生成传送到一个或多个微控制器中的至少一个的脉冲； 由一个或多个微控制器中的至少一个解释由多个伽玛探针中的每一个发出的脉冲，使得每个脉冲被指定代表性数据； 确定从多个伽玛探针中的每一个解释的一个或多个代表性数据是否能够指示一个特定的伽玛探针已经发生故障；及 响应于确定步骤，认定多个伽玛探针中的一个为不合格，使得由被认定为不合格的伽玛探针输出的脉冲不再被认为有效。
14.如权利要求13所述的井下测量组件，其中非暂时性计算机可读存储介质还包括一组指令，当指令被一个或多个微控制器执行时使得该一个或多个微控制器执行以下操作: 由一个或多个微控制器中的至少一个解释由被认定为不合格的伽玛探针中的每一个发出的脉冲，使得每个脉冲都被指定代表性数据； 确定从被认定为不合格的伽玛探针中的每一个解释的一个或多个代表性数据是否能够指示被认定为不合格的伽玛探针中的特定一个已经在预定的界限内恢复运行；及 响应于确定步骤，将被认定为不合格的伽玛探针中的一个重新认定为合格，使得由重新认定为合格的伽玛探针输出的脉冲被认为有效。
15.如权利要求13所述的井下测量组件，其中非暂时性计算机可读存储介质还包括一组指令，当该组指令被一个或多个微控制器执行时，使得该一个或多个微控制器执行以下操作: 由一个或多个微控制器中的至少一个将代表性数据记录到存储器中。
16.一种便利对由与井筒相邻的地质地层发出的辐射进行可靠的井下测量的计算机实现的方法，该计算机实现的方法包括以下步骤: 由多个伽玛探针感测井下从地层发出的辐射，该多个伽玛探针中的每一个生成传送到一个或多个微控制器中的至少一个的脉冲； 由一个或多个微控制器中的至少一个解释由多个伽玛探针中的每一个发出的脉冲，使得每个脉冲都被指定代表性数据； 确定从多个伽玛探针中的每一个解释的一个或多个代表性数据是否能够指示一个特定的伽玛探针已经发生故障；及 响应于确定步骤，认定多个伽玛探针中的一个为不合格，使得由被认定为不合格的伽玛探针输出的脉冲不再被认为有效。
17.如权利要求16所述的计算机实现的方法，其中该计算机实现的方法还包括以下步骤: 由一个或多个微控制器中的至少一个解释由被认定为不合格的伽玛探针中的每一个发出的脉冲，使得每个脉冲被指定代表性数据； 确定从被认定为不合格的伽玛探针中的每一个解释的一个或多个代表性数据是否能够指示被认定为不合格的伽玛探针中的特定一个已经在预定的界限内恢复运行；及 响应于确定步骤，将被认定为不合格的伽玛探针中的一个重新认定为合格，使得由被重新认定为合格的伽玛探针输出的脉冲被认为有效。
18.如权利要求16所述的计算机实现的方法，其中该计算机实现的方法还包括以下步骤: 由一个或多个微控制器中的至少一个将代表性数据记录到存储器中。
19.如权利要求16所述的计算机实现的方法，其中该计算机实现的方法还包括以下步骤: 当一个或多个伽玛探针被认定为不合格时，向位于地面的远端计算机指示。
20.如权利要求16所述的计算机实现的方法，其中该计算机实现的方法还包括以下步骤: 当一个或多个伽玛探针被重新认定为合格时，向位于地面的远端计算机指示。
21.如权利要求16所述的计算机实现的方法，其中该计算机实现的方法还包括以下步骤: 由一个或多个微控制器向随钻测量工具通信传送代表一个或多个伽玛探针的输出的单个过滤后的脉冲串。
22.如权利要求16所述的计算机实现的方法，其中该计算机实现的方法还包括以下步骤: 由一个或多个微控制器向随钻测量工具通信传送通过对与一个或多个微控制器通信的未被认定为不合格的一个或多个伽玛探针的输出求平均而生成的单个过滤后的脉冲串。
【文档编号】E21B47/12GK104379869SQ201480000955
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年2月6日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】K·米勒, A·鄂尔多斯, D·鄂尔多斯, J·马蒂松, J·卡特 申请人:雷米技术有限责任公司