专利名称：传输信号的方法和管道的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于井筒工程的遥感勘测系统。特别地，本发明涉及遥感勘测系统，例如布线钻杆遥感勘测，用于在一地表装置和一位于穿透地下结构的井筒中的向下钻井工具之间传输信号。
背景技术：
钻出井筒以定位并生产碳氢化合物。一个末端带有钻头的向下钻井钻孔工具预先进入地里以形成一个井筒。钻孔工具预先把钻孔泥浆从泥浆坑的表面抽出，通过钻孔工具和钻头的表面冷却钻孔工具并且带走切屑。液体离开钻头并且流回到表面以使其在工具中再循环。钻孔泥浆也用于形成泥饼以使井筒成直线。
在钻孔期间，希望在地表和向下钻井工具间提供通信。井筒遥感勘测装置通常用于允许，例如，在地表装置和向下钻井工具之间传输动力、命令和/或通信信号。这些信号用于控制和/或为向下钻井工具的操作提供动力，并且传输向下钻井信息到地表。
许多不同类型的遥感勘测系统经过改进可以在地表装置和向下钻井工具间传输信号。例如，泥浆脉冲遥感勘测系统使用泥浆从钻头到向下钻井工具以及回到地表的流动的变化来发送可解码信号。这种泥浆脉冲遥感勘测工具的例子可以在美国专利Nos.5357098和5517464中找到。除了泥浆脉冲井筒遥感勘测系统，其他井筒遥感勘测系统也可以用于建立所期望的传输性能。这种系统的例子包括如美国专利No.6641434所述的钻杆井筒遥感勘测系统，如美国专利No.5624051所述的电磁井筒遥感勘测系统，如PCT专利申请No.WO2004085796所述的声学井筒遥感勘测系统。其他数据传输或者通信装置，例如耦合到传感器的无线电收发器，也可用于传输动力和/或数据。依赖于井筒环境，数据传输速率和/或其他因素，对具体操作最好使用具体类型的遥感勘测工具。
特别地，钻杆遥感勘测已经用于在地表装置和向下钻井工具间提供有线通信链路。在相互连接中的钻杆接合中布线的概念已经被提出，例如，Denison的美国专利No.4126848；Barry et al的美国专利No.3957118；Heilhecker et al的美国专利No.3807502；以及1978年4月3日的石油和气体杂志中第115-124页发表的由W.J.McDonald所作的“Four Different Systems Used for MWD”。许多最近的专利和出版物都集中在布线钻杆(WDP)的电流耦合感应连接器的使用上，例如美国专利No.4605268；21405375；052941；4806928；4901069；5531592；5278550；5971072；6866306和6641434；俄联邦公开的专利申请No.2040691；以及PCT申请No.WO90/14497所描述的。许多其他专利参考文献已经揭示和建议了沿着向下钻井管道的轴向长度或管道接头来进行数据传输的特定解决办法，例如美国专利/申请No.2000716；2096359；4095865；472402；4953636；6392317；6799632和2004/0119607；和PCT申请No.WO2004/033847和WO0206716。一些技术例如美国专利No.4126848描述了在管子中布置的和在钻环中放置的电线。
尽管在布线钻杆遥感勘测技术上有了上述的进步，但仍然需要提供一种可靠的遥感勘测系统。期望这样的系统可以提供保护电子元件的技术。进一步希望这样的系统易于制造，加工和/或改造。这样的系统优选地能够在下述功能中实现一项或更多减少电学故障和/或失灵，相邻管道之间的良好接触，备用元件和/或支持系统。
定义一些确定术语在第一次使用时定义并且贯穿本申请，而另外一些在本申请中的术语的定义如下。
“可通信的”意思是能够导电，感应，传送或者以其他方式传输信号。
“可通信耦合器”意思是用于连接两个相邻管体的对应的两端的装置或者结构，例如相邻导管接头的螺纹盒/销端，由此可以对信号进行通信。
“通信链路”意思是多个可通信的连接管体，例如互相连接的WDP接头以远距离传输信号。
“遥感勘测系统”意思是至少一个通信链路加上其他元件，例如地面计算机，MWD/LWD工具，通信子路，和/或路由器，用于对从或者通过井孔获得的数据进行测量、传输和指示/记录。
“有线链路”意思是用于传输信号的至少一个沿着或者通过WDP接头的部分的连线。
“布线钻杆”或者“WDP”意思是一个或更多的管体一包括钻杆，钻环，套管，管道以及其他导管一这些适合在钻柱中使用，每个管体包括一个有线链路。布线钻杆在其他变形中可能包括衬圈或者衬垫，并且可扩张。
发明内容
本发明涉及用于向下钻井工具的钻柱的布线钻杆，该钻井工具位于穿透地下结构的井筒中。该布线钻杆包括一钻杆，一电缆和一电线固定器。钻杆的每个末端都具有一狭槽。狭槽适用于接收至少一个变压器。钻杆的内表面具有一个可使泥浆流过的通道。电缆从变压器延伸到钻杆的通道。电线固定器位于钻杆的内表面上。电线固定器适用于固定该处的电线。
因此以上引用的本发明的特征和优点可以通过参考附图描述的实施方式进行详细地了解，更具体地描述，以及简要地概括。需要注意的是，尽管附图显示的只是本发明的特定实施，但并不应认为仅限于该范围，因为本发明也适用于其他等效的实施方式。
图1是具有向下钻井工具的钻探设备的现场示意图，采用该向下钻井工具通过钻柱钻井形成井筒，该钻柱具有多个布线钻杆以形成钻柱遥感勘测系统。
图2是具有布线管道的一连串布线钻杆的截面图。
图3是依据图2的布线管道的一对可通信耦合器的部分切除的透视图。
图4是作为可操作管道线的一部分的图3中的一对可通信耦合器锁定在一起的详细截面图。
图5A显示了与图2所示相似的管道，但是采用可扩张管套来保护一对可通信耦合器间的一个或多个可导电电线。
图5B显示了与图5A所示相似的管道，除了可导电电线通过管道螺旋形地延伸。
图6A-6D显示了实现图5的可扩张套子的多种方法，以预先安排套子的一部分在应用内部液压例如通过液压成形下启动扩张。
图7显示了放置于像图5中的可扩张管套里的用于爆炸从而扩张套子的爆炸物。
图8A是与图5所示管道相似的截面图，但是采用拉长衬垫与可扩张管套结合来保护一个或更多的可导电电线。
图8B是图8A的管道在可扩张管套已经扩张到与拉长衬垫和管道内壁接合之后的透视图。
图9A是图8A管道的横截面图，具有一个以虚线表示的替代的U形扩张管套。
图9B是图8B管道的详细横截面图，所述套子已经扩张到与拉长衬垫和管道内壁接合。
图10A显示了与图5所示相似的管道，但是采用焊接的，有凹槽的拉长衬垫用于保护一个或更多的导电电线。
图10B是图10A的管道沿着图10A的10B-10B剖面线的横截面图。
图11A显示了配有轴向狭槽以便于扩张的可扩张管套。
图11B显示了图11A的套子扩张后的示图。
图11C显示了用于机械扩张图11A的套子的心轴。
图12是与图9B相似的详细横截面图，但是其中拉长衬垫独立于扩张管套使用并且与管道内壁粘接。
图13A-B是采用可替代的扩张管套来保护拉长衬垫的相应的收缩和扩张状态的横截面图。
图14A是在管道内壁中使用凹槽来保护一个或更多的导电电线的管道的横截面图。
图14B显示了配有盖板的图14A的有槽管道。
图15是在管道外壁和外部衬圈中使用凹槽来保护一个或更多的导电电线的管道的横截面图。
图16A和16B是分别在未成形和成形位置的具有电线固定器的管道一部分的详细图示，该电线固定器是一个衬垫。
图17A和17B是分别在未成形和成形位置的具有电线固定器的管道一部分的详细图示，该电线固定器是一个具有凹槽的衬垫。
图18A是具有电线固定器的管道一部分的详细图示，该电线固定器是金属带。
图18B是具有电线固定器的管道一部分的详细图示，该电线固定器是金属衬垫。
图19A是描述了勾划键槽以接收电线固定器的管道的纵向截面图。
图19B1是图19A的管道的一部分沿着线19B1-19B1的详细截面图并且具有一键槽。
图19B2是具有替代键槽的管道一部分的详细截面图。
图19C是图19A的管道一部分沿着线19C-19C的详细截面图。
图20A是描述了具有用于接收电线固定器和套子的键槽的管道的纵向截面图。
图20B1是图20A管道的一部分沿着线20B1-20B1的详细截面图并且具有一键槽。
图20B2是没有键槽的管道的一部分的详细截面图。
图20C是图20A管道的一部分沿着线20C-20C的详细截面图。
图21A示意性的显示了根据图2-4的管道的通信链路。
图21B示意性的显示了一对通过管道实施的独立的通信链路。
图22A-D描述了具有使用多种结构的狭槽通过变压器固定器保护的变压器的管道一部分的详细示图。
图23A-D描述了具有可以在末端进行机械加工的变压器的管道一部分的详细示图。
图24描述了其间具有间隔的相邻的WDP接头的详细示图。
具体实施例方式
图1是传统的钻探设备和钻柱，其中可以利用本发明来产生良好效果。如图1所示，平台和铁架塔设备10位于矿井11的上方，该矿井11穿透地下层F。钻柱12悬挂在矿井11里并且在下末端包括一个钻头15。钻柱12通过轮盘16转动，该轮盘16由图中未示出的装置驱动，该装置与在钻柱的上末端的主动钻杆(kelly)17啮合。钻柱12从吊钩18上悬挂下来，系带滑动块(未示出)，通过主动钻杆17和旋转转台19使得钻柱可相对于吊钩旋转。
钻井液或者泥浆26是存储在矿井现场形成的凹坑27中。泥浆泵29将钻井液26通过转台19中的通口(未标注)灌到钻柱12的内部，包括钻井液如方向箭头9指示的向下流动通过钻柱12。钻井液随后经过钻头15中的通口从钻柱12流出，然后如方向箭头32指示的在钻柱的外部和井壁之间的区域向上流动，形成环。在这种方式中，钻井液润滑了钻头15并且携带切碎物回到地表，因为钻井液流回凹坑27中来进行筛选以及再循环。
钻柱12还包括放置在钻头15附近的井底组合件(BHA)20。BHA20可以包括用于测量，处理以及存储信息的性能，也能够和地面通信(例如，用MWD/LWD工具)。用于BHA的通信装置的例子在美国专利No.5339037有详细描述。
来自BHA的通信信号可以通过耦合到井上接收子系统90的传感器31在地面接收到。接收子系统90的输出耦合到处理器85和记录器45。地面系统还包括用于和井下设备通信的传输系统95。井下设备和地面系统的通信链路可以包括其他物品之一的由多个布线钻杆(WDP)接头210组成的钻柱遥感勘测系统100。
另外，钻柱12可以使用高驱动配置(公知)，其中动力转台旋转钻柱代替主动钻杆接头和轮盘。本领域技术人员更喜欢不同于公知的Moineau型泥浆发动机的“滑动”钻孔操作，公知的Moineau型泥浆发动机将来自泥浆凹坑27抽出的钻井泥浆26向下通过钻柱12的液压转化成转矩用于旋转钻头。钻井进一步通过相关领域公知的“可操作旋转”系统操作。本发明的许多方面适用于采用这些钻井结构，但并不限于传统的旋转钻井操作。
采用布线遥感勘测系统的钻柱12，其中许多WDP接头210与钻柱相互连接形成通信链路(未标注)。WDP接头的一种类型，如Boyle et al.的美国专利No.6641434中揭示的以及在本发明结合参考文献的全部内容所指示的，使用可通信耦合器——特别是导电耦合器——通过WDP接头传输信号。依据Boyle etal.所述WDP接头中的导电耦合器，包括由高渗透性、低损耗材料例如超透磁合金(是一种镍铁合金处理用于排除高起始磁导率和适用于低水平信号变压器应用)制成的圆环柱心的变压器。一个线圈，由独立电线多圈环绕组成，线圈环绕圆环柱心以形成一个环形铁心变压器。在一种结构中，环形铁心变压器置于橡胶或者其他绝缘材料的罐中，并且组合变压器嵌进位于钻杆连接器的凹槽中。
现在转到图2-4，图1中钻柱12的一部分描述了一个邻近WDP接头9a和9b的布线钻杆(WDP)接头210。图示的WDP接头210具有可通信耦合器221，231——特别地，它们是导电耦合器元件——在盒端222的末端241和销端232的末端234上或者附近。第一电缆214通过管道213延伸并且以如下进一步描述的方式连接可通信耦合器221，231。
WDP接头210配置有具有轴孔212的伸长管体211，盒端222，销端232，以及从盒端222连接到销端232的第一电缆214。第一电流回路导电耦合器元件221(例如环形铁心变压器)和相似的第一电流回路导电耦合器元件231分别布置于盒端222和销端232。
第一电流回路导电耦合器元件221，第二电流回路导电耦合器231，以及第一电缆214一起提供了一个通过每个WDP接头长度的可通信管道。在两个WDP接头之间的耦合表面上的导电耦合器(或者可通信耦合器)220显示为由来自WDP接头210的第一导电耦合器元件221和来自也许是另一个WDP接头的与其相接的管体的第二电流回路导电耦合器元件231’组成。本领域技术人员能够理解，在本发明的一些实施方式中，导电耦合器元件可以由其他具有相似通信功能的可通信耦合器代替，例如，Denison的美国专利No.4126848揭示的例如直接电接触之类的连接器。
图4更详细地描述了图3的导电耦合器或者可通信连接220。盒端222包括内螺纹223和具有第一狭槽225的环形内接触式阶梯224，第一环形铁心变压器226放置在该第一狭槽中。环形铁心变压器226与电缆214相连接。相似的，相邻布线管体(例如另一个WDP接头)的销端232’包括外螺纹233’和具有第二狭槽235’的环形内接触式管端234’，第二环形铁心变压器236’放置该第二狭槽中。第二环形铁心变压器236’与邻近管体9a的第二电缆214’相连接。如图2所述，销端232’具有一个接触盒端222一端241的外接触式阶梯251’。
狭槽225和235’可以由一层高导电性，低渗透性的材料(例如铜)包裹以增强导电耦合效率。当WDP接头的盒端222与邻近管体(例如另一个WDP接头)的销端232’装配在一起，形成一个可通信耦合器。图4显示了形成界面一部分的横截面图，其中一对导电耦合器元件(例如环形铁心变压器226，236’)锁在一起以形成运行的通信链路中的可通信连接。该横截面图也显示了分别围绕环形铁心变压器226和236’的封闭路径240和240’，管道213和213’形成通道用于内部电缆214和214’，该电缆214和214’连接位于每个WDP接头两端的两个导电耦合器元件。
以上描述的导电耦合器集成了一个双环形电耦合器。双环形耦合器使用销和盒端的内阶梯作为电接触。内阶梯在销和盒端产生的最大压力下啮合在一起，保证销和盒端的导电连续性。通过置于狭槽中的环形铁心变压器电流被导入连接器的金属中。在特定频率(例如100kHz)，这些电流在集肤深度效应下被限制在狭槽的表面。销和盒端组成对应的变压器的次级电路，并且两个次级电路通过配合的内阶梯表面紧接。
而图2-4描述了具体可通信耦合器的类型，本领域技术人员可以将多种耦合器用于相互连接的管体之间的信号通信。例如，这种系统可以包括磁耦合器，例如Hall et al的国际申请No.WO02/06716所述。其他系统和/或耦合器也是可预期的。
图5A-21B描述了在WDP接头或者管道中的多种电线固定器技术用于布置和保护导电电线或者电缆，如图2-4所示的导电电线214和/或214’。图5A显示了与图2中的WDP接头相似的管道510。因此，管道510被定义为分别在管体的盒和销端522，532上或者附近配置有一对可通信耦合器521，531(与图2-4中的耦合器221和231相似)的管体502。
管道用于向下钻井，例如合金钢钻杆，特别地包括一个具有下部销连接器(见销端532)管体和上部盒连接器(见盒端522)的笔直的钻部(见管体502)。在标准钻杆的情况下，内直径(ID)最好在位于末端连接器的最小ID(见ID1)和沿着管体的中轴部的最大ID(见ID2)之间变化。末端连接器的Id值和管体的ID值之间的典型差值是0.5到0.75英寸，但是在某些情况下也可能更大(例如1.25英寸或更大)。然而，其他向下钻井管道(即使一些钻杆)不具有这种渐缩的ID值而是经过末端连接器和管体应用固定ID值也是可以的。固定ID值的钻杆的一个例子是Grant Prideco’s HiTorqueTM钻杆。本发明适用于具有多种(变化或者固定)ID值结构的向下钻井管道。
可通信耦合器521，531可以是导电耦合器元件，这些导电耦合器元件每个包括一个环形铁心变压器(未示出)，并且通过一个或多个导电电线514(这里也可简化为一根“电缆”)连接以在彼此之间传输信号。电缆末端典型地通过在每个螺旋轴端进行深孔钻孔或者机械加工凹槽的方式经过管道的螺旋轴端以到达例如对应的环形铁心变压器。因此，可通信耦合器521，531和电缆514一起提供沿着每个管道510(例如沿着每个WDP接头)的可通信链路。
优选地，管道510配置为固定和保护导电性电线或者成对导线电缆(也是公知的导线)，例如电线514从管道接头的一端连接到另一端。假如只使用一根导电电线，管道本身可以作为第二导线以完成电路。特别的，使用至少两个导电电线，例如绞合电线对或者同轴电线结构。导线中的至少一个典型地与其他导线电绝缘。在一些环境希望使用多于两个导线使数目冗余或者用于其他用途。这种冗余电线布线的例子将参考图21A-B进行描述。
如图5A所述，导线通过图示的管体502中的可扩张管套550被固定以及保护。如此涉及管套550以使其非扩张状态能适合管道510的最窄直径ID1。因此，例如，可扩张管套550可以在外形上起初为圆柱形并且外直径(OD)比管道ID为ID1略窄。可扩张管套起初也可以不为圆柱形，并且为了获利可以应用多种外形(例如如下所述的U形)。
在特定实施方式，可扩张管套具有施加内部液压例如气压或者液压，以及更特别的水压方式(下面将进一步描述)，而进行预先扩张的一部分。当管套例如管套550布置在管道510里时，电缆514——连接在可通信耦合器521，531之间以建立一个电线链路——沿着管体内壁和(未扩张的)管套550之间的管道管体502延伸。然后管套550通过施加到管套内壁的液压在管体502里扩张，并且扩张开始在预定位置(例如管体502中心上或者附近)。这种扩张具有在管体502和管套550之间固定电缆514的可靠效果。
如图5A所示，电缆514沿着管道的管体502的长度线性延伸。然而，如图5B所示，电缆514可以以任何结构位于管道510附近，例如图示的螺旋结构。在这里将进一步描述，电线可以使用多种技术固定在所处位置上。这种固定电线的技术例如水压，焊接，粘接和/或其他固定方式如图6A-22B所示。
图6A-6D显示了多种形成(即，先于将管套放入筒状管道形成)如图5的管套550那样的可扩张管套的方法，如此在施加内部液压下预先对管套的一部分进行初始扩张。管套预先扩张的部分可以通过向管套内壁局部施加机械力(见图6A中管套650的扩张环部652)；通过向管套外壁局部施加机械力(见图6B中管套650’的收缩环部652’)；减少管套一部分的壁厚度(见图6C中套子650”的薄环部652”)；选择性地增强管套(见图6D中管套650的未增强的环部652)；改变管套一部分的材料特性(例如局部加热-未示出)；和/或上述方法的结合。
在管道中扩张可扩张管套例如钻杆的特定方法是使用称为液压的公知过程的高压水力，水压的三维扩张过程可以在室温下实施以保护管道中中的管套。管道的管体可以被固定在封闭的模具中，当管套——位于管道中——被液压例如水这样的高压充满(例如5000-10000磅/平方英寸)。液压成形设置可以包括例如多个本领域公知的密封活塞和液压泵。当液压施加到管套的ID上，期望通过施加压缩推力(与液压成比例，例如数千磅/平方英寸)轴向推进管套到末端。
液压过程导致管套的弹性扩张直到管套接合并且与管道的内部轮廓符合(见，例如图5中在管体502的ID中的管套550)。可以使用特殊的金属成形润滑剂将管套OD和管道ID之间的摩擦力减到最小。一旦液压扩张完成，延伸出两管道末端的多余管套材料可以被修整为合适长度。
排除内部液压后，管套在管道内弹性收缩很小，因此在管套和管道ID之间留有小的环形间隙。该间隙可以被聚合体例如环氧通过公知的真空填充方法填满。间隙也可被腐蚀抑制剂例如树脂和/或润滑剂(例如油或油脂)填满。填充材料用于将腐蚀液的入侵到环形间隙的可能性减到最小，并且将管套在管道内的相对移动减到最小。
可扩张管套可以具有由金属或者聚合体制成的一薄壁管体，并且直径比最小钻杆的ID略小以便于将管套插入管道。电缆在管套和管道内壁之间延伸。在诸如使用聚合体管套的情况下，电缆可以嵌入到套壁。对于金属套子，保护性的间隔(例如，金属杆，或者下面进一步描述的延长衬垫)放置在电缆的附近或者周围以防止在管套扩张期间电缆被压到。除了保护电缆，扩张的管套也可以保护管道(特别的，钻杆)被腐蚀，侵蚀，以及其他伤害。管套在一些情况下能减少任何钻杆ID覆盖的需要并且因而减少总成本。
钻杆接头的一个例子是一个连接端ID是3.00英寸并且管套部的中段ID是4.276英寸。使用这种几何形状，金属管套可以从仅仅低于3.00英寸的初始OD扩张到4.276的OD以匹配钻杆的ID轮廓。这导致大约43％的扩张，并且建议使用例如全退火304不锈钢管道(3.00”Odx0.065”壁厚)的延展性管材料用于液压。这种管套预期在液压时可以承受完全延长(例如，55-60％)。
液压成形过程的目标是在可定义的具有完全可靠限度的可靠环带获得最终张力状态(在管子的所有点)。适当的试验显示可以进行液压过程的套壁薄度水平以及可靠限度结果。
现在参考图7，另一种扩张管套的方法，如750，通过使用炸药754在管道710中固定和保护电线714。与液压具有相似方式，具有相对薄壁的管套750位于管道例如钻杆710里面。管套750里引爆的炸药754可以引起快速扩张并形成钻杆ID。金属间隔(未示出)可以应用于保护电线714在爆炸时免受破坏。理想地，管套可以通过爆炸力冶金粘接到钻杆ID。然而，为了避免对电线714的损坏，管套使用相对小数量的爆炸使管尾不与钻杆ID粘接但是几乎符合ID的尺寸和外形(例如剩余一个狭窄，环形间隙)就足够了。对于液压套，树脂或者其他保护材料放置在管套750和钻杆712之间以填满所有空隙并且确保侵蚀保护。
图8A是与图5所示的管道510相似的管道810的截面图，但是根据本发明使用延长衬垫856与可扩张管套850相结合来固定一个或多个导线(即公知的电缆814)。图8B是图8A的管道810在可扩张管套850已经扩张与拉长衬垫856和管道810内壁接合之后的截面图。管道810的管体802与一对可通信耦合器821，831在管体802的对应的盒和销端822，832上或者附近装配。延长衬垫856位于管体802的内壁上或者附近使得保护并且固定在靠着管体802内壁的可通信耦合器821，831之间延伸的电缆814，这样建立一个稳固的电线链路。延长衬垫可以是金属结构，允许它弯曲以适合管道810的ID轮廓。机械加工到管道的连接端IDs的键槽特性(未示出)可以用来固定该处的衬垫。使用另外的方法将衬垫固定到管道内壁也是可以的，例如使用合适的粘合剂。当通过这种方法固定时，可以在管套850爆炸期间防止衬垫移动。
图9A是图8A所示的管道810沿着线9A-9A的横截面图。所示的圆柱形可扩张管套850处于非扩张状态，并且替代的U形扩张管套850’以虚线表示的。管套850开始具有圆的横截面，并且它的直径在管套插入管道810时接近管道810的最终扩张直径。管套850’经过特定挤压形成U形。在任一情况下，管套(例如850或850’)在管道810的连接端具有稍小于最小ID(参考ID3)的OD值。
图9B是管道810一部分的详细横截面图，其中所述管套850已经扩张与拉长衬垫856和管体802内壁接合。沿着有槽金属衬垫856的可扩张管套850固定电缆814，该电缆814沿ID在管道(例如钻杆)810两端之间分布。金属衬垫856的凹槽858提供了平滑的电缆通道并且在向下钻井环境里当扩张力施加到管套850时保护电缆814。
管套850可以通过施加液压到管套内壁(参考如上所述的图5-6的水压)，通过施加机械力到管套的内壁，或者以上步骤相结合进行扩张与衬垫856和管道内壁连接。此外，如以上所述参考图7所示，管套扩张步骤可以包括在管套中引爆爆炸以施加爆炸力到管套的内壁。
图11A-B显示了配有多个轴向狭槽1162以便于管套扩张的可扩张管套1150。因此，管套1150在狭槽1162闭合时插入钻杆或者其他管道，如图11A所示。机械或者水压心轴M(见图11C)用于扩张套子1150，如图11B所示打开狭槽1162。
在参考图8-9，延长衬垫856的外形基本上设定为具有一个外部弓形表面的圆柱段，该外部弓形表面补充管体802的内壁(例如延长衬垫856是月牙形)以减少在管套850中的最大张力。延长凹槽858形成在衬垫856的外部弓形表面来收纳一个或多个电线(例如电缆)814。如上文提到的，衬垫856在管套850扩张之前固定在管道810的ID上，例如将衬垫856粘合到管道内壁确保在管套扩张期间衬垫不会移动。在使用金属衬垫的情况下，然而，衬垫可以预先形成以符合管道(例如钻杆)的ID轮廓，这使得在管套扩张过程中衬垫保持在原位。管道810可以在连接端处或附近的ID上使用狭槽/键槽，以使得电缆814的线路从衬垫856的电缆通道858到深孔开口处或者管道端822，832的凹槽(未示出)。
现在参考图10A-B，延长衬垫例如衬垫1056可以是金属，聚合物，合成物，玻璃纤维，陶瓷的或者以上的组合。在衬垫为金属制造的特定实施方式中，衬垫1056可以通过在沿着衬垫1056的一个或多个位置1055(见图10B)焊接而固定在管道1010的内壁。这种焊接结构，不需要可扩张管套来固定/保护管道1010里的衬垫1056。衬垫1056可以通过间断焊接(例如，互切焊)或者无缝焊接来连接到管道内壁。衬垫可以是多种结构，例如螺旋，直线或者正弦波。机器人焊接设备可以用于到达例如钻杆30英尺接头的中间。钻杆的(或者其他管道的)内壁用做电线通道的一部分，有效地增加了钻杆的直径间隙并且可能减少腐蚀，泥流压力降低以及采运工具的阻塞等问题。这个设计因此使用了刻槽金属衬垫或者剥除随后的钻杆ID轮廓。安装在刻槽金属条上的电线的线路经过末端连接钻孔到达相应管道端的凹槽。
在衬垫是玻璃纤维的另一个实施方式中，如图12中衬垫1256所示，衬垫1256通过将其粘接在具有例如常见的用于腐蚀保护的环氧1266的管道管体的内壁上而固定在管道1210上。此外，一个或多个导电电线形成的电缆1214可以被粘接在使用相同环氧1266的管体内壁。玻璃纤维衬垫1256通过提供与环氧具有最大接触面积的并且保证可靠粘合的多孔纤维实现和电缆1214的粘接。即使切去环氧覆盖，玻璃纤维衬垫也能防止电线被腐蚀，磨损以及其他机械损坏。
图13A-B是可替代的扩张管套1350分别在收缩和扩张状态的横截面图。根据本发明，使用管套1350来固定管道1310中的拉长衬垫1356。管套1350沿着长度方向(例如轴向或者螺旋)被切割，参考管道1310的ID4，管套在切割前具有一定直径以防止其与最小ID相称。压缩力施加到切割管套1350来径向挤压管套到螺旋外形使得其适合管道1310管体末端连接的最小间隙ID4。当管套1350保持在挤压状态，如图13A所示，它位于管道1310里。因此，延长衬垫1356位于管道1310和管套1350之间。如图13B所示，然后管套1350从挤压状态脱离(并且可能被迫打开)使得管套径向扩张而与延长衬垫1356和管道1310的管体接合。在该位置，管套1350的至少一部分将扩张为更大的ID，参考管道1310的中间部分ID5。支撑环可以加到开口管套的内部以提供附加强度，并且在该处进行点焊。
图14A是在内壁使用一个或多个内凹槽1458保护以及固定电缆1414的管道1410的横截面图。管道1410在管体两端上或者附近分别配置一个可通信耦合器(未示出)。内凹槽1458通过机械加工形成在管道管体的内壁上，或优选的，在管道突出过程中形成。凹槽1458在管道的可通信耦合器之间完全延伸。电缆1414具有经过凹槽1458延伸的一个或多个导线。电缆1414以如上所述相似的方式，在可通信耦合器之间连接，以此建立一个或者更多电缆链路。电缆1414使用陶瓷材料1466固定在内凹槽1458里面。
凹槽1458可以另外包括一个或者更多粘接到管道管体内壁的板1448，如图14B所示，可以独立地覆盖一个或更多凹槽的每一个。覆盖条1448可以使用传统的焊接方法或者爆炸成形技术连接钻杆或者其他管道1410。环氧覆衣通常应用到管ID以用于腐蚀保护，也可用于保护凹槽中的电线。电缆1414可以另外通过在一个或多个中细管道中的每个粘接或者在凹槽里延伸电线来固定。每个中细管道成形并且定向使得其在可通信耦合器之间完全延伸(图14A-B中未示出)。
图15是根据本发明应用在外壁和外部衬圈/管套1550里的一个或多个凹槽1558来固定和保护在凹槽1558里一个或多个导线的电缆1514的管道1510的横截面图。电缆1514可以在凹槽中封闭，并且另外可以在凹槽中通过在管道1510外壁周围固定管套1550而被覆盖。该管套1550可以是金属，聚合物，合成物，玻璃纤维，陶瓷的或者以上的组合之一。
图16A和16B描述一个替代的电线固定器。这些图描述了分别在未成形和成形位置的延长衬垫1656。衬垫1656可以与图9B中的衬垫856相似，并且使用相似的技术定位在管道里。衬垫1656也可以是在该处布置有电缆1614的成形衬垫。此外，衬垫1656可以是合成材料制成的衬垫，适用于在固定到管道1610里时变形为需要的外形。
图16A中的衬垫1656优选的是椭圆衬垫，适合于在管道1610中固定电缆1614。衬垫可以是电缆1614可插入其中的合成材料。衬垫可以是可沿着管道内表面布置的弹性合成带。
电缆可以布置在经过合成材料延伸的孔中，或者与合成材料一起成形。如图所示，衬垫可以与附加电线或者光纤一起来支撑衬垫和管道。电线，光纤和/或电缆可以在使用人造橡胶或者塑性密封材料的合成物中定位。
衬垫定位于邻近管道内表面并且固定在那里。如图所示，衬垫可以是使用这里所述的液压技术在套子1650之间液压成形。另外，衬垫可以使用例如图9A和9B所述的焊接，粘接或者其他技术连接。
如图16B所示，衬垫可以由合成材料形成使得其在液压下变形或者压入该位置。优选的，衬垫变形使得它获得一个与管道外形相称的合适外形。
图17A和17B描述一个电线固定器的变形。这些图描述了分别在未成形和成形位置的延长衬垫1756。衬垫1756(该处具有电线1760)位于管套1750和管道1710之间并且固定在那里。衬垫1756可以与图16A和16B的衬垫1656相似，除了衬垫还具有凹槽1762。在这种情况下，电缆1714仍与衬垫分开。电缆可以位于凹槽1762中作为衬垫的位置。另外，电缆在衬垫靠着钻环内表面放置后穿过凹槽。
图18A-B描述另一个电线固定器的变形。这些图描述了通过粘接或者焊接1840固定在管道1810内表面的金属固定器。图18A的金属固定器是一个金属条1850a，在条和管道1810之间具有凹槽1862a的凸起条。条可以是弯曲或者成形以形成一个凹槽1862a的金属平片。条1862a最好具有通过焊缝1840固定到管道1810的端1852。凹槽1862a适宜接收管道。
图18B的金属固定器1850b与图18A的金属条相似，除了金属衬垫的成形方式，例如冷挤压。衬垫的外形优选与管道1810的内表面相适合，凹槽1862b形成在它们之间。
图19A-20C描述了用于在管道中放置管套和/或固定电缆的管道键槽技术。如图19A-C所示，管道具有一适于接收电线固定器的键槽。如图20A-C所示，管道具有一适于接收电线固定器和管套的键槽。这些图形描述了可以用于将管道内直径最优化的结构。
图19A是沿着内表面具有键槽1970的管道1910。当管道成形时键槽可以铸造到管道里。可替代的，键槽可以机械加工到现有的管道里。
键槽沿着钻环的内表面线性延伸。键槽位于至少管道一端的附近以覆盖电线固定器。如图所示，键槽沿着钻环的内表面的一部分线性延伸。然而，键沟可以在任何距离上或者沿着任何路径延伸。优选的，键槽位于管道内直径减少的钻环的位置，以给电线固定器(和或管套)提供一个间隙，该间隙通过电线固定器和/或管套阻止内直径进一步减少。如图19A所示，键槽从钻环的阶梯1980延伸到内直径变化的位置1982。
键槽位于电线通道1990附近来定义一个连续的管道路径。在这个结构中，耦合器和自耦合器延伸的电缆(未示出)可以位于凹槽1992里，经过电线通道并且到达电线固定器1950。衬垫1950可以和任何电线固定器例如图16A-18C中的相同。管套1950位于衬垫周围以在该位置固定电线固定器。
图19B1是图19A的管道1910一部分沿着线19B1-19B1的详细截面图。如图19B1所示，键槽1970适于接收电线固定器1950。如图所示，电线固定器与图17A的衬垫1756相同，但是可以使用其他电线固定器。电线固定器通过管套1950固定在键槽里，但是管套不是必需的。电线固定器可以粘接在该位置上。如图所示，键槽允许衬垫位于钻环里以使得管道1920的内直径不因电线固定器而减少。
图19B2显示了具有另外外形的替代键槽1970a。键槽1970a是一个适于接收电线固定器1956的凸起键槽。电线固定器可以通过管套固定在该位置使得衬垫与键槽相适合。
图19C描述了图19A所示的管道1910沿着线19C-19C的截面图。在这个位置，键槽没有出现，因.此衬垫和管套从管道1910延伸一段距离并且以此减少该位置管道的内直径。
图20A-C与图19A-C相似，除了键槽2070适于接收电线固定器2056和管道2010的管套2050。所述键槽从阶梯2080延伸到位置1982。这个结构适于放置管套和电线固定器使得它们不会减少管道2010的内直径并且允许那里具有最大的流动区域。
图20B1显示了是图20A所示的管道沿着线20B1-20B1的截面图。图20B2显示了图20B1没有键槽的变形结构。在这种结构，衬垫和电线在管道内直径上延伸。图20C显示了管道2010沿着线20C-20C的截面图并且那里没有键槽。
虽然图19A-20C描述了单个电线固定器结合单个管套，但是也可以应用变形。例如，在电线固定器完全固定的地方可以不需要管套。在一些情况下，管套可以在没有电线固定器时使用。也可以使用一个或多个电线固定器和/或管套。
本领域普通技术人员很容易将这里描述的电线固定器作为相互连接的WDPs遥感勘测系统综合到钻柱里以用于在钻孔环境中传输信号。每个管道包括在管体两端上面或者附近配置可通信耦合器的管体，可通信耦合器允许信号在相邻、相互连接的管体之间传输。该系统的特定版本中，例如延长衬垫和/或可扩张管套沿着管体内壁放置，并且一个或者多个导电导线沿着衬垫/管套延伸使得一个或多个电线放置在管体内壁和衬垫/管套至少一部分之间。一个或多个电线，也即这里所述的电缆，在可通信耦合器间相连以建立一个电线链路。
勿庸置疑，本发明在加工方面有确定效果。钻杆，例如典型地由三个独立件焊接在一起。中间件(管体)只是通过铸造形成在两端的简单的金属管。末端件(工具接头或者端部连接)在摩擦焊接到管体之前就在上面开始铸造具有螺旋以及其他特征的金属外形。
这里描述的调整对于通常的管道，特别是钻杆，可以在钻杆已经完成制造之后实施。然而，假如在制造过程中进行确定的操作更容易实行。例如，从变压器线圈到管体的电线通道(例如深孔洞)可以在管道接头螺纹和阶梯成形的同时加工。同样的，当管体ID更容易实现时，可以在将工具接头摩擦焊接到管体的操作之前添加凹槽和其他特征。
之前描述的许多方法可以包括制造过程中的别的有利的方法，例如，根据不同时间实施方法步骤。例如，线路布线特征可以在任何螺旋和/或焊接步骤之前在钻杆的长中间部建立。在具有统一ID的钻杆中建立线路布线特征比在典型的末端具有较小ID的已完成的钻杆中操作起来简单。一旦中间部分与线路布线特征相适合，可以接着进行公知的螺旋和焊接操作。接下来的结构图提供了一个内置线路布线特征可以跨度大约80％的完成的钻杆长度(例如30英尺里面的25英尺)。
首先，金属或者聚合物管套可以在螺纹操作之前在管体里液压成形。这样内直径可以更统一，扩张量可以大大减少，简化操作并且改进一致性。一个分离的布线方法可以用于从工具接头并且越过摩擦焊接传送布线。
同样地，金属管套在摩擦焊接之前在管道的管体里爆炸成形。此外，管套可以冶金连接到管道，这有助于螺纹处理。相似的，金属衬垫可以在摩擦焊接之前更容易的焊接到该位置上。
此外，用于容纳电线的内/外凹槽可以在管体螺纹和焊接之前在管体里被挤压，成形或者机械加工。特别的，挤压或者成形凹槽比机械加工成本低，并且更强更抗疲劳。
另一个机械加工的改进涉及关于本发明防止缠绕错误或者其他失误的布线管道。图21A示意性的显示了根据图2-4管道(例如WDPs)的通信链路。因此，一对相反的环形铁心变压器226，236(对应的可通信耦合器的元件)通过具有在管道管体里布线管体的一对绝缘导线的电缆214相互连接。每个环形铁心变压器应用具有高导磁率(例如镍铁钼超导磁合金)的磁心材料，并且它缠绕N圈绝缘电线(N～100至200圈)。绝缘电线统一围绕圆环柱心的圆周以形成变压器线圈(未单独标号)。四个绝缘钎焊、焊接或者卷曲连接或者连接器215用来将电缆214与变压器226，236的对应的线圈相连接。
这样的WDP接头的可靠性是关键的。假如这个接头的任何电线断开，接着采用该故障WDP接头的整个WDP系统也会发生故障。多种故障模式可能发生。例如，“冷钎焊头”很普通——这里焊锡不能正确的焊接两个电线。在通路环境这些可能间歇的连通然后故障。假如没有严格固定，延长震动可能引起电线疲劳并且故障。热膨胀，震动，或者碎屑可能损坏或者切断用于围绕圆环柱心的电线。
图21B示意性的显示了根据本发明的一对通过管道例如WDP接头实施的独立的电线链路。因此，一对相对的环形铁心变压器1626，1636每个包括一个具有两个独立卷线的线圈系统，每个卷线完全位于线圈系统的180°弧形内。更特别的，环形铁心变压器1626具有第一卷线1626a和第二卷线1626b，各自独立并且统一缠绕在变压器1626的圆环柱心的半圆周。相似的，环形铁心变压器1636具有第一卷线1636a和第二卷线1636b，各自独立并且统一缠绕在变压器1636的圆环柱心的半圆周。一对绝缘导线，例如电缆1614a，在相对末端之间延伸并且通过四个绝缘焊接接头1615a连接卷线1626a，1636a。相似的，一对绝缘导线，例如电缆1614b，在相对末端之间延伸并且通过四个绝缘焊接接头1615b连接卷线1626b，1636b。电缆1614a独立于电缆1614b布线(意味着独立的导电通道，但是在WDP里不需要远距离布线位置)使得电缆和它们各自的相互连接卷线建立两个独立电线链路。
WDP的可靠性通过如图21B所示的一对缠绕(或者其他多个缠绕)结构得到改进。这这个结构里，有一个第二冗余电路。每个圆环柱心由两个独立卷线(由虚线表示)缠绕。每个缠绕可以具有相同数目的圈数(M)。然而，两个缠绕可以具有不同数目的圈数(N)并且依然提供冗余的最大益处。假如M＝N，新结构的电磁特定与之前结构本质相同。
因为两个电路是平行的，假如一个电路故障，另一个电路仍然可以进行遥感勘测信号。此外，传输线的阻抗特性不会有很大变化，使得这个故障不会增大衰减。假如一个电路故障，连接电线的串联电阻在钻杆的这部分可能会增加，但是连接电线的串联电阻无论如何不会是主要的传输损耗。假如一个电路故障，来自圆环柱心的漏通量会有微小增加，但是这还是具有较小影响。因为磁心的磁导率相对比较大，来自一个线圈的通量的大部分仍然保持在磁心中。
无关联的故障可以极大减少。例如，假定冷焊接头与每10-3焊接操作的发生率无关。假定660个钻杆(20000英尺)具有单个电路和四个焊接头/钻杆。用于这个系统的冷焊接头的数量为(10-3)(660)(4)～3。假如在少量运转期间，这些冷焊接头只有一个故障，WDP系统也许故障。现在考虑具有冗余的WDP的第二电路。每个钻杆现在具有8个焊接头，因此一个20000英尺钻柱将具有(10-3)(660)(8)～6冷焊接头。然而，假如这些焊接头之一故障，第二电路继续传输信号。由于冷焊接头使得第二电路故障的可能性现在为～10-3。
假如一个石头或者其他小物体进入接触卷线并且压坏或者切断电线，产生另一类型的故障。假如两个线圈的每个完全位于环形铁心变压器相对两半的180°弧形内，两个线圈同时损坏的几率大大减少。因此物理隔离两个线圈是优选的，但是也可以散置两个线圈使得每个占据圆环柱心的360°。
假如两个电路沿着环形铁心变压器之间的钻杆在两个不同通道布线，两个电路同时损坏的几率进一步减少。例如，假如通道里有任何尖锐边缘沿着钻杆支撑电线，随后的抖动和震动可能引起导线与尖锐边缘摩擦并且被切断。这种尖锐边缘可能产生于机械加工过程中未清理的机械碎片。
可以理解，通过之前的描述，各种修饰和变化以及不脱离本发明实质精神的变形实施例都是可以的。例如，本发明的独立电线链路中，在布线钻杆中可以实施三个或更多电路以获得更大程度的冗余。在这种情况下，每个线圈完全位于环形铁心变压器的120°弧形内。因此，即使一个钻杆中的两个电路故障，第三个电路依然能传输信号。
其他类型的电感耦合器也对冗余电路有益。例如，公知WDP系统在钻杆每端应用电感耦合器，每个耦合器由磁心内的一个或多个线圈组成。然而，这种系统每个钻杆只能容纳一个电路。根据本发明的独立电线链路方面，也可使用两个或多个独立电路，其中每个电路由每个耦合器一个电线回路和两个耦合器之间的连接电线组成。
图22A-D描述了保护图2-4中的耦合器220的环形铁心变压器226的技术。每个图描述了WDP接头210的细节部分，该接头210描述了位于环形铁心变压器226中的多种类型的狭槽225。变压器固定器，典型地在外形上具有一个位于WDP接头210一端的狭槽225上的环形。
如图22A所示，变压器226位于狭槽225里，电缆214从那里延伸进入通道2290。陶瓷材料2295布置在变压器226周围。关于变压器226，陶瓷材料2295和耦合器220的其他特性的细节在之前引用的美国专利No.6641434中有进一步描述。陶瓷材料可以在将变压器放置到凹槽之后插入凹槽。可替代的，变压器可以在插入凹槽之前预先封闭以在变压器里提供一个落差。
变压器固定器2297位于狭槽225里以固定和保护那里的变压器226。变压器2297位于狭槽225的敞开处。变压器固定器2297如图所示具有摩擦的位于狭槽225中。变压器固定器最好是非导电材料，例如合成物，可以用来密封狭槽。粘接材料可以在适当的位置用来固定变压器固定器。优选的，变压器固定器位于电线固定器表面或者低于表面。在一些情况下，变压器固定器可以机械加工使其处于狭槽225的理想位置。
图22B描述了一个替代的狭槽225a和变压器固定器2297a。该图描述了狭槽225的变形几何结构。狭槽和/或固定器可以是多种几何形状以有助于WDP接头的制造，有助于变压器在狭槽中的放置使得耦合器易于运行。
变压器固定器2297a放置于狭槽225a中。如图所示，变压器固定器是放在狭槽225a壁上的金属或其他导电材料。固定器可以是适于将固定器粘接到狭槽225a表面的齿形2299(或者其他夹紧装置)。在使用金属固定器时，通常固定器仅与狭槽225a的一个表面接触以防止耦合器220中短路。陶瓷材料可以放置在固定器周围以进一步密封狭槽和/或保护变压器。在这种情况下，固定器位于WDP接头210表面之下的一段距离。陶瓷材料在固定器置于狭槽之前，期间和/或之后放置于狭槽中。陶瓷材料可以填满狭槽。
图22C描述了一个替代狭槽225b和变压器固定器2297b。所述狭槽225b具有开口2288来接收陶瓷材料。开口用于接收在该处固定变压器的粘接或其他材料。狭槽225b中的附加区域可以用于进一步固定变压器并且防止其从那里移开。
开口可以是经过狭槽225b的一个或两个壁延伸的螺纹形式。这些开口螺纹和/或其他螺纹可以用于狭槽225b里。这些螺纹可以用来接收和放置狭槽225b里的固定器2297b。固定器2297b可以在理想的深度通过螺纹插入到狭槽225b里。一个孔2298或者其他洞位于固定器2297b中来接收可以被用来安装固定器2297b的工具。通常在固定器中提供两个这样的孔以使得线圈可以被夹紧并且旋入该位置。
图22D描述了替代的固定器结构。该固定器与图22B的固定器2297a完全相同，除了WDP接头210是位于用来接收固定器2297a并将其固定在那里的通道2283中。
通常期望两个相邻管道接头可以完全拉紧(例如，在扭矩下强制在一起需要获得在外端和相邻电线管道的阶梯外部之间的合适的管道密封性)，允许相同的扭矩自动将内阶梯和相邻电线管道的内管端紧固，以可靠地形成封闭的高导电，低渗透环形通道。在一些情况下，相邻管道的耦合器间的接触不足以允许它们之间的导电通信。图23A-24描述了调整WDP接头以有助于它们之间接触的技术。
图23A-D详细图示了WDP接头210一端，该接头描述了位于狭槽225中的变压器226。每个示图描述了可以从原尺寸(图示为实线)加工或者调整以缩小尺寸(图示为虚线)的WDP接头。
图23A描述了WDP接头210，变压器226，狭槽225a和图22B中的电线固定器2297a。电线固定器2297a位于低于WDP接头210一端2375一段距离的位置。WDP接头可以加工或者缩小到所示的虚线。螺纹2377也可以加工为相同或者不同螺纹以有助于连接相邻WDP接头。
图23B显示了替代的WDP接头219和固定器2297a的结构。如图所示，狭槽可以加工与WDP接头的一端2375相隔一段距离。变压器优选地位于狭槽225a’里足够的深度使可以在不损坏耦合器的情况下能够加工WDP接头的末端。深度可以被调整为期望值。依赖于耦合器深度，必要的话WDP接头可以重新加工。在一些情况下，固定器可以加工或者替换使得它仍然有保护变压器的作用。
如图23C所示，增加提供冗余的第二变压器226，电缆314和/或固定器2297实现冗余。在这种情况，末端2375可以被加工以移走第一耦合器和电线固定器，并且第二变压器仍然可用。可以提供一个或多个冗余变压器和电缆。如图所示，冗余变压器位于管道阶梯上同样的凹槽里。然而，冗余变压器和/或凹槽可以位于管道同一端或者其他端周围的其他位置。如果提供了多个变压器和/或电缆，信号可以通过一个或两个变压器传送。
图23D描述了WDP接头210中的替代变压器226和电压固定器2297。图23D中描述的变压器和固定器与图22A所描述的相同，除了狭槽225在WDP接头210的一端2375延伸，并且固定器2297延伸并且填满了狭槽中附加区域。固定器如图所示延伸或者具有附加陶瓷材料位于狭槽中。如图所示，WDP接头一端的固定器可以加工并且如虚线所示缩小。
图23A中延伸的狭槽和可加工的末端的结构可以用于任何固定器或者狭槽结构。
图24描述了有助于在相邻WDP接头间更好的接触的替代技术。间隔装置2455位于相邻WDP接头之间以填满它们之间的空隙。间隔装置可以是固体成分用于与相邻WDP接头螺纹连接而螺纹连接于WDP一端。典型的，螺纹连接的间隔装置可以是金属制造。然而，非导电部2457位于间隔装置的一部分以使变压器226产生环形通道。如图所示，非导电部分位于相邻钻杆中的相邻狭槽225上，并且导电部分2459a和b位于剩余部分。
间隔装置是延伸经过整个连接的单片。可替代的，间隔装置的第一部分2461由一传统的螺纹间隔形成，第二部分2463是一个可定位于与相邻WDP接头的末端2357相邻的插入物。必要的话，间隔装置的部分或者全部可以用于在WDP接头之间填满空隙。间隔装置可以沿着WDP接头螺纹2377螺纹连接或者通过粘接或者焊接连接。一个或多个间隔装置或者间隔装置的部分的使用是必要的。优选的，间隔装置提供了充足的接触以支撑WDP接头，防止液体在WDP接头之间流动并且允许WDP接头之间通信。间隔装置的至少一部分可以是抗磨损材料。例如，部分2457是一个磨损环。
第一WDP接头的阶梯2357和2359之间的距离可以与相邻WDP接头的接头2357和2359之间的距离相同或者略有不同。
对于本领域技术人员，本发明具有多种方面以及实施方式，并不限于WDP应用。因此，例如，本发明的电线链路和相关方面的应用有利于并不用于钻井的向下钻井管道，保护性外套等。这种应用之一涉及应用传感器来监测随着时间变化的多种结构参数的固定地下装置。因此，本发明可以用于在这种地表和固定地下传感器之间实现通信的持续监测应用。此外，多种结构和/或装置可以结合使用。例如，图24的间隔装置可以与图23C的冗余耦合器相结合使用。
该描述仅是对实例的用途的描述并且不可以狭隘地理解。本发明的范围仅由以下权利要求的语言来确定。权利要求中的术语“包括”意为“至少包含”使得权利要求中所叙述列出的元件是开放的装置或者一组装置。相似的，术语“包含，”具有，”以及“包括”都指开放的装置或者一组元件。除非特别排除，“一个”和其他单个部件包括多种形式。此外，方法权利要求不限于由该权利要求的步骤所限定的顺序和序列。因此，例如，方法权利要求叙述的第一步骤不是必须先于该权利要求的第二步骤实施。
权利要求
1.一种钻杆段，包括一具有轴孔的管体；在管体第一端的盒端，在该盒端上具有第一可通信耦合器；在管体第二端的销端，在该销端上具有第二可通信耦合器；一导线，连接第一可通信耦合器，连接第二可通信的连接器，并且穿过轴孔的至少一部分延伸；保护导线的装置。
2.如权利要求1所述的钻杆段，其中所述保护导线的装置包括一位于管体的轴孔里的可扩张管套，使得导线穿过轴孔延伸的部分位于管体的内壁和可扩张管套之间。
3.如权利要求2所述的钻杆段，其中所述可扩张管套处于弹性扩张的状态。
4.如权利要求3所述的钻杆段，其中所述可扩张管套是冶金地连接到管体的内壁。
5.如权利要求3所述的钻杆段，其中所述可扩张管套包括多个轴向的狭槽以有助于扩张。
6.如权利要求2所述的钻杆段，还包括一位于最接近管体内壁的拉长衬垫，至少一导体经过最近的拉长衬垫。
7.如权利要求6所述的钻杆段，其中所述导线从拉长衬垫的里面经过。
8.如权利要求2所述的钻杆段，还包括位于可扩张管套和管体内壁之间的填充材料。
9.如权利要求1所述的钻杆段，其中沿着管体长度的导线通道是直通道，螺旋通道，正弦通道和以上结合的通道之一。
10.如权利要求2所述的钻杆段，其中所述保护导线的装置包括管体壁内的凹槽。
11.如权利要求10所述的钻杆段，其中所述凹槽位于管体的内壁。
12.如权利要求11所述的钻杆段，还包括至少一封闭至少一个凹槽并且连接到管体的内壁的板。
13.如权利要求12所述的钻杆段，其中所述凹槽位于管体的外壁，并且还包括位于管体上的外部管套。
14.如权利要求2所述的钻杆段，其中所述保护导线的装置包括一个拉长衬垫。
15.如权利要求14所述的钻杆段，其中所述拉长衬垫固定于管体的内壁。
16.如权利要求14所述的钻杆段，其中所述延长衬垫包括一个覆盖导线的凹槽。
17.如权利要求14所述的钻杆段，其中所述管体的内壁包括一键槽，并且拉长衬垫位于该键槽里。
18.如权利要求14所述的钻杆段，其中所述拉长衬垫形成一个完全覆盖管体内壁的圆柱段。
19.如权利要求14所述的钻杆段，其中所述拉长衬垫由金属材料，玻璃纤维，弹性材料和以上结合的材料之一构成。
20.如权利要求14所述的钻杆段，其中所述拉长衬垫被固定在管体的内壁。
21.一种制造钻杆段的方法，包括提供一具有轴孔的管体，位于管体第一端的盒端，位于管体第二端的销端，以及一导线，其中所述盒端包括第一可通信耦合器，销端包括第二可通信耦合器，并且导线连接第一和第二可通信耦合器并穿过轴孔延伸；将可扩张管套插入轴孔以使得导线的至少一部分位于管体内壁和可扩张管套之间；弹性地扩张所述可扩张管套。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述弹性地扩张可扩张管套包括驱动一个心轴穿过该可扩张管套。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述弹性地扩张可扩张管套包括在管套内引爆爆炸性的填料。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述弹性地扩张可扩张管套包括施加水压到可扩张管套的内部。
25.如权利要求21所述的方法，其中还包括预形成可扩张管套地一部分以启动扩张。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述预形成可扩张管套包括施加一个局部机械力于管套的内壁以使可扩张管套向内偏移，向外偏移或者以上结合之一。
27.如权利要求21所述的方法，其中还包括将延长衬垫置于靠近管体内壁以保护导线。
28.一种布线钻杆段，包括一具有轴孔的管体；在管体第一端的盒端，在该盒端上具有第一芯材料；在管体第二端的销端，在该销端上具有第二芯材料；第一卷线缠绕第一芯材料的至少一部分并且第二卷线缠绕第一芯材料的至少一部分；第三卷线缠绕第二芯材料的至少一部分并且第四卷线缠绕第二芯材料的至少一部分；第一导线连接第一卷线和第三卷线，并且穿过管体延伸；第二导线连接第二卷线和第四卷线，并且穿过管体延伸。
29.如权利要求28所述的布线钻杆段，其中第一卷线具有与第三卷线大约相同的缠绕圈数；并且第二卷线具有与第四卷线大约相同的缠绕圈数。
30.如权利要求29所述的布线钻杆段，其中第一卷线和第三卷线每个位于第一芯材料分离的弧上，每个弧占第一芯材料约180°；第二卷线和第四卷线每个位于第二芯材料分离的弧上，每个弧占第二芯材料约180°。
31.如权利要求29所述的布线钻杆段，其中所述第一，第二，第三，第四卷线的各自缠绕圈数在大约100和大约200之间。
32.如权利要求28所述的布线钻杆段，还包括第五卷线缠绕第一芯材料的至少一部分；第六卷线缠绕第二芯材料的至少一部分；以及第三导线连接第五和第六卷线，并且在它们之间延伸。
33.一种布线钻杆段，包括一具有轴孔的管体；在管体第一端的盒端；在管体第二端的销端；以及至少一个可通信耦合器，位于盒端，销端，以及以上结合之一，其中至少一个可通信耦合器包括一狭槽；位于狭槽里的一变压器；在狭槽里和变压器周围的一陶瓷材料；以及固定变压器的装置。
34.如权利要求33所述的布线钻杆段，其中所述固定变压器的装置包括粘附在狭槽的至少一个表面上的一可导电的变压器固定器，其中狭槽的相对面相互绝缘。
35.如权利要求34所述的布线钻杆段，其中所述变压器固定器位于狭槽里的通道上。
36.如权利要求33所述的布线钻杆段，其中所述固定变压器的装置包括一个至少具有一个孔以适于接收安装工具的非导电的变压器固定器。
37.一种可从原尺寸调整到缩小尺寸的布线钻杆段，包括一具有轴孔的管体；在管体第一端的盒端；在管体第二端的销端；至少一位于盒端和销端之一的狭槽；至少一位于狭槽里的变压器；一位于狭槽里的填充材料；以及一位于距离狭槽表面可选距离的变压器固定器。
38.如权利要求37所述的布线钻杆段，还包括位于狭槽里的第二变压器，所选距离在第一变压器之下；位于狭槽里的第二变压器固定器，所选距离在第二变压器之上。
39.一种布线钻杆连接器，包括具有盒端的第一管部；具有销端的第二管部，其中第一管部的盒端和第二管部的销端螺纹连接；位于第一管部里的第一变压器，靠近盒端里的侧翼；位于第二管部里的第二变压器，靠近销端里的侧翼，使得第一变压器靠近第二变压器；以及位于盒端里的侧翼和销端里的侧翼之间的间隔器，其中靠近第一和第二变压器的间隔器由非导电材料构成。
全文摘要
本发明涉及传输信号的方法和管道，提供一种用于向下钻井工具的钻柱的布线钻杆，该钻井工具位于穿透地下结构的井筒中。该布线钻杆包括一钻杆，一电缆和一电线固定器。所述钻杆的每个末端都具有一个狭槽。该狭槽适用于接收至少一个变压器。所述钻杆的内表面具有一个可使泥浆流过的通道。所述电缆从变压器延伸到钻杆的通道。所述电线固定器位于钻杆的内表面。所述电线固定器适用于固定该处的电缆。
文档编号E21B47/12GK101082267SQ20061013102
公开日2007年12月5日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月12日
发明者R·马哈文, B·W·博伊尔, B·克拉克, S·L·约翰逊, D·桑托索, L·瓦塔姆 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司