用于测量地下地层的特征的可旋转传感器的制造方法
【专利摘要】本文描述了用于测量地下地层的各向同性特征、各向异性特征或方向相关特征的传感器组件。传感器组件可包括部署在工具管柱上的传感器。所述传感器中的一者或多者可相对于所述工具管柱旋转。使一个或多个传感器相对于所述工具管柱旋转可提供关于所述地下地层在所述工具管柱周围的多个点的数据。
【专利说明】
用于测量地下地层的特征的可旋转传感器
技术领域
[0001]本发明整体涉及用于地下地层中的井筒的装置，并且更具体来说，涉及用于测量地下地层的各向异性特征的传感器组件。
【背景技术】
[0002]可将各种装置放置在横穿含烃地下地层的井中。一些装置可包括能够测量地下地层的属性(例如，电阻率)的传感器。测量值可用于确定地下地层的特征(例如，组成)。在一些操作中，可获得的测量值的数量有限。更多的测量值可提供更详细的分析，这可能导致井操作更有效或更成本有效。
[0003]附图简述
[0004]图1是根据本发明的一个方面的图示了钻井系统的图。
[0005]图2是根据本发明的一个方面的图示了具有可旋转天线的井底传感器组件的一个示例的图。
[0006]图3是根据本发明的一个方面的图示了图2的井底传感器组件的另一图。
[0007]图4是根据本发明的一个方面的图示了具有取向传感器的井底传感器组件的一个示例的图。
[0008]图5是根据本发明的一个方面的图示了具有多个接收天线的井底传感器组件的一个示例的图。
[0009]图6是根据本发明的一个方面的图示了其中接收天线以不同倾斜角取向的井底传感器组件的一个示例的图。
[0010]图7是根据本发明的一个方面的图示了可旋转传感器组件的一个示例的图。
[0011]图8是根据本发明的一个方面的图示了具有两个马达的井底传感器组件的一个示例的图。
[0012]图9是根据本发明的一个方面的图示了可旋转近钻头传感器组件的一个示例的图。
[0013]图10是根据本发明的一个方面的图示了具有传感器组件的井底传感器组件的一个示例的图，所述传感器组件各自具有三个地层传感器。
[0014]图11是根据本发明的一个方面的具有可旋转传感器的井底传感器组件的控制系统的框图。
[0015]图12是根据本发明的一个方面的可旋转传感器组件的控制系统的框图。
[0016]图13是根据本发明的一个方面的图示了用于测量地下地层的各向异性特征的示例方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]本发明的某些方面和示例涉及用于测量地下地层的各向异性特征或方向相关特征的传感器组件。传感器组件可包括部署在工具管柱上的传感器。所述传感器中的一者或多者可相对于所述工具管柱旋转。使一个或多个传感器相对于工具管柱旋转可提供关于地下地层在工具管柱周围的多个区域处的数据。
[0018]在一个示例中，钻柱上的可旋转天线可围绕钻柱旋转以发射或接收信号，从而确定地层中各种角度的电阻率。可旋转天线的旋转，独立于钻柱的任何旋转，可提供多个角度的电阻率读数，而不管钻柱是否正在旋转钻井。多个定向电阻率数据可指示钻柱附近地层的边界。钻柱操作人员可利用这些读数，以便对为了相对于边界、断层、方解石晶状体或者其他天然或人造地下结构的位置进行最优井筒放置而钻出的新的钻孔的方向转向进行引导辅助。
[0019]给出这些说明性例子以向读者介绍这里讨论的一般主题，并且不意图限制所公开概念的范围。以下参照描述了各种其他方面和实施例，在附图中，相同的标号表示相同的元件，并且定向描述用于描述说明性方面。以下关于附图中所描绘的说明性方面使用定向描述诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“左”、“右”、“井下”等，井下方向朝向的井趾部。与说明性方面相同，以下内容中所包括的标号和定向描述不应当用于限制本发明。此外，以下使用术语“或”表示术语通过“或”隔开的选项的任意组合，包括其中仅使用了这些选项中的一个的组合和其中使用了这些选项中的超过一个(并且在某些情况下，全部)的组合。
[0020]图1示意性地描绘了具有井底传感器组件114的井系统100的一个示例。井系统100可包括钻孔，所述钻孔是延伸穿过各种地球岩层的井筒102。井筒102可延伸穿过含烃地下地层110。套管柱104可从地面106延伸到地下地层110。套管柱104可提供管道，地层流体(诸如从地下地层110产生的生产流体)可从井筒102经由所述管道行进到地面106。
[0021]井筒102内的工具管柱112可从地面延伸进入地下地层110。在一些方面，工具管柱112可包括钻头116，所述钻头被引入井系统100中，以穿过各种地球岩层钻出井筒102。在其他方面，工具管柱112可在无钻头116的情况下被引入。作为无钻头116的工具管柱112的一个非限制性示例，套管柱112可以是用于井下井操作的钢丝绳工具的一部分。工具管柱112可包括井底(或井下)传感器组件114。尽管图1描绘了位于井筒102的基本上垂直的部分中的井底传感器组件114，但井底传感器组件114也可另外地或替代地定位在井筒102的具有其他取向(包括基本上水平)的部分中。在一些方面，井底传感器组件114可设置在较简单的井筒(诸如无套管柱104的井筒102)中。
[0022]在一些方面，工具管柱112可包括弯曲壳体118。弯曲壳体118的示例包括固定弯曲壳体或可调弯曲壳体。弯曲壳体118可为钻头116提供转向。弯曲壳体118可允许响应于工具管柱112的旋转而在某个方向上继续向前钻井。工具管柱112停止旋转可允许弯曲壳体118改变工具管柱112的钻井方向。当工具管柱112向前滑动穿过地层110时，马达120可使钻头116旋转，而工具管柱112和弯曲壳体118并不旋转。当马达120使钻头116在井底旋转时，工具管柱112可在弯曲壳体118正面对的方向上(通向称为工具面)滑动，而工具管柱212和弯曲壳体118并不旋转。使工具管柱112滑动可允许在钻井路径上进行行程调整。工具管柱212恢复旋转可导致工具管柱212停止行程调整并且在调整过的方向上继续移动。
[0023]不同类型的井底传感器组件114可用于图1所描绘的井系统100。例如，图2是根据一个方面的具有可旋转天线216、218的井底传感器组件214的一个示例的截面侧视图。井底传感器组件214可包括工具管柱212、可旋转发射天线216、可旋转接收天线218、马达222、第一角度位置传感器224和第二角度位置传感器225。
[0024]可旋转发射天线216或可旋转接收天线218可与工具管柱212可旋转地耦接。可旋转发射天线216或可旋转接收天线218可相对于工具管柱212旋转。可旋转发射天线216和可旋转接收天线218可共同测量地层210的区域内的特征。可旋转发射天线216可将信号发射到地层210中。可旋转接收天线218可检测地层210中对所发射信号的响应。敏感体积226可限定地层210的其中可旋转接收天线218可检测对由可旋转发射天线216所发射的信号的相对最大部分响应的区域。
[0025]可旋转发射天线216和可旋转接收天线218可为感应式天线。由感应式天线发射到地层210中或从地层210接收的信号的方向可取决于感应式天线的等效偶极的取向。倾斜角可表示偶极取向与工具管柱212的轴向方向的偏差。感应式天线对的倾斜角可能会影响所述感应式天线对所测量的敏感体积的位置。例如，敏感体积226相对于工具管柱212的位置可取决于可旋转发射天线216的倾斜角和可旋转接收天线218的倾斜角，如图2所示。
[0026]感应式天线的示例包括螺线管、磁力计和线圈。螺线管天线的倾斜角可通过调整螺线管中的铁磁芯的仰角而产生。磁力计天线的倾斜角可根据磁力计天线安装到井底传感器组件214之上或之中的取向而产生。线圈天线的倾斜角可通过使线圈相对于工具管柱212的轴向方向以一定角度缠绕而产生。例如，可旋转发射天线216可包括导线绕组215，导线绕组215布置在与导线绕组215的等效偶极近似垂直而取向的导线绕组217的平面上，如图2所示。可旋转接收天线218可包括导线绕组213，导线绕组213布置在与导线绕组213的等效偶极近似垂直而取向的导线绕组219的平面上，如图2所示。
[0027]发射天线和接收天线的各种相对布置是可能的。发射天线和接收天线可彼此垂直，以使得发射天线和接收天线的倾斜角相差基本上90度。发射天线和接收天线可彼此平行，以使得发射天线和接收天线的倾斜角基本上相同。发射天线或接收天线的倾斜角也可能基本上等于零。
[0028]虽然井底传感器组件214在上文描述为包括可旋转发射天线216和可旋转接收天线218，但井底传感器组件214可替代地或另外地包括可相对于工具管柱212旋转的一个或多个其他传感器。在一些方面，可相对于工具管柱212旋转的传感器可以是方位角传感器或方向相关的传感器。方位角传感器的非限制性示例包括以上提及的天线以及电阻率传感器、伽马射线传感器、声传感器、核磁共振传感器和密度传感器。尽管如此这些方位角传感器或其他传感器具有适用性，但为了简单和清楚起见，本文中的各方面主要相对于天线来描述。而且，尽管本文所述的很多方面包括可相对于工具管柱212旋转的多个传感器，但在一些方面，仅一个方位角传感器可相对工具管柱212旋转。
[0029]马达222可与可旋转发射天线216或可旋转接收天线218耦接。在一个示例中，可旋转发射天线216和可旋转接收天线218可耦接到由马达222驱动的轴230。可旋转发射天线216或可旋转接收天线218可响应于马达222的旋转而相对于工具管柱212旋转。在一些方面，马达222可专用于使可旋转发射天线216或可旋转接收天线218旋转。在其他方面，马达222还可提供其他功能。在一个示例中，马达222可与钻柱的钻头部分耦接并且提供动力以使钻头旋转而不会使钻柱的剩余部分旋转。
[0030]马达222可以是任何合适形式的扭力单元。扭力单元的示例包括泥浆马达、涡轮马达、电动马达、Tubodrill马达、叶轮液压马达、气动马达和流体动力马达。在一些方面，扭力单元可以是由液压栗提供动力的液压动力马达。栗可通过任何合适的能源提供动力。这样一种栗的合适能源的示例包括经由管路(诸如有线管路或管路系统中的管路，诸如可以商品名ReelwellTM购得)输送的电力、来自当地发电设施(诸如来自涡轮发电机或其他形式的井下能量采集装置)的电力或来自能量储存装置(诸如电池、充电电池、电容器或超级电容器)的电力。
[0031]在一些方面，角度位置传感器224、225可定位成分别使可旋转发射天线216或可旋转接收天线218旋转。在一个示例中，第一角度位置传感器224和可旋转发射天线216可定位在可相对于工具管柱212旋转的共用壳体上。第一角度位置传感器224可检测可旋转发射天线216的取向。例如，第一角度位置传感器224可与可旋转发射天线216具有一种已知旋转关系，这允许基于第一角度位置传感器224的已知旋转位置来确定可旋转发射天线216的取向。第二角度位置传感器225可检测可旋转接收天线218的取向。可旋转发射天线216或可旋转接收天线218(或两者)的取向可指示地层210中的敏感体积226在特定时间相对于工具管柱212的位置。
[0032]在一些方面，第一角度位置传感器224或第二角度位置传感器225可测量相对于工具管柱212静止的天线的取向或角度位置。另外地或替代地，第一角度位置传感器224或第二角度位置传感器225可测量相对于工具管柱212旋转的天线的变化的取向。在一个示例中，第一角度位置传感器224可测量当可旋转发射天线216响应于马达222的旋转而相对于工具管柱212旋转时的取向并且第二角度位置传感器225可测量相对于工具管柱212静止并且不随马达222旋转的可旋转接收天线218的取向。
[0033]由角度位置传感器224或225所检测的取向可指示天线参考点相对于角度参考的径向方向。角度位置传感器224、225可使用任何合适的角度参考以指示可旋转发射天线216或可旋转接收天线218的取向。在一些方面，角度参考可以是相对于重力、工具管柱212的划线、工具管柱212的另一参考特征或北进诸如真北或磁北的。在相对于重力的角度参考的一个示例中，第一角度位置传感器224可测量可旋转发射天线216相对于倾斜钻孔的顶侧(其也可称为钻孔的高侧)的取向。
[0034]角度位置传感器224或225可包括一个或多个勘察方向传感器。角度位置传感器224或225可使用任何合适类型的或任何合适组合的勘察方向传感器。勘察方向传感器的示例包括加速度计、磁力计和陀螺仪。在一个示例中，角度位置传感器224或225可包括沿着X-Y轴正交地取向的两个加速度计，所述X-Y轴是相对于工具管柱212的纵轴的十字形平面。每个加速度计均可根据加速度计的取向来检测地球重力场的一小部分。由加速度计检测的值可指示角度位置传感器224或225的取向，诸如与参考方向向上或向下的偏差。在另一个示例中，角度位置传感器224或225可包括在X-Y轴上正交地取向的两个磁力计。这些磁力计可从不同的取向测量地球磁场以确定磁北的方向和角度位置传感器224或225与其的偏差。在另一个示例中，角度位置传感器224或225可包括陀螺仪，所述陀螺仪测量角度位置传感器224或225与地球自旋轴(例如，真北)或参考方向的偏差。在一些方面，勘察方向传感器的组合可一起用于帮助进一步分辨相对于钻孔的水平面和垂直平面。在一个示例中，陀螺仪或X-Y磁力计布置可利用X-Y轴加速度计布置来补充。在一些方面，可包括其他相同类型或不同类型的勘察方向传感器以提供其他取向信息。在一个示例中，可包括沿着Z轴(例如，沿着工具管柱212的纵轴)进行测量的传感器，以导致在分辨垂直平面或水平面(或两者)相对于向下方向的方向时，诸如在其中在X轴、Y轴或两者上分辨率很差的情况下，误差减少。
[0035]图3是根据一个方面的图2的具有旋转天线216、218的井底传感器组件214的截面侧视图。使马达222旋转(诸如图3中的逆时针方向箭头228所示)可导致可旋转发射天线216或可旋转接收天线218相对于工具管柱212旋转。使可旋转发射天线216或可旋转接收天线218旋转可改变由可旋转发射天线216和可旋转接收天线218所测量的地层210的敏感体积226的位置。例如，敏感体积226可从地层210中位于工具管柱212上方的位置(诸如图2所示)旋转到地层210中位于工具管柱212下方的位置(诸如图3所示)。敏感体积226可在工具管柱212不旋转的情况下移动。使敏感体积226的位置在工具管柱212不旋转的情况下旋转可提供与工具管柱212不旋转的情况下另外提供的相比，更多关于地层210的数据。在一个示例中，可在工具管柱212滑动进行行程调整时，在工具管柱212周围的各个点获得关于地层210的电阻率信息。可向工具管柱212的操作人员呈现电阻率信息，以指示含水地层地球岩层与含烃地球岩层之间的边界邻近度。
[0036]在另一个示例中，使敏感体积226的位置在工具管柱212不旋转的情况下旋转可提供关于地下人造物体诸如另一井、另一钻孔或遗失钻柱的方向和距离的数据。例如，通过检测周围体积的变化(诸如电阻率变化)，可确定人造物体(诸如具有比周围地层更低电阻率的导电套管)的位置。
[0037]在一些方面，可旋转发射天线216或可旋转接收天线218可与工具管柱212选择性可旋转地耦接。在一个示例中，可旋转发射天线216可锁定到工具管柱212以防止可旋转发射天线216相对于工具管柱212旋转。在一些方面，可旋转发射天线216胡可旋转接收天线218可相对于工具管柱212在与其中工具管柱212在钻井期间旋转的方向相反的方向上旋转。相反旋转方向可允许可旋转天线216、218相对于地层210的旋转速率小于工具管柱212相对于地层210的旋转速率。
[0038]尽管井底传感器组件214在图2至图3中描绘为其中一个可旋转发射天线216和一个可旋转接收天线218由一个马达222旋转，但其他布置也是可能的。例如，井底传感器组件可包括可旋转的发射天线和不可旋转的接收天线，反之亦然。其中仅天线之一可旋转的天线对仍可提供敏感体积，所述敏感体积在工具管柱不旋转的情况下，可相对于工具管柱旋转。井底传感器组件214可包括多个接收天线、多个发射天线、多个马达、多个角度位置传感器或它们的任意组合。
[0039]尽管井底传感器组件214在图2至图3中描绘为其中角度位置传感器224、225分别定为在共用壳体上，以随着可旋转发射天线216和可旋转接收天线218旋转，但其他布置也是可能的。例如，在一些方面，与天线相关的角度位置传感器224或225可包括勘察方向传感器，所述勘察方向传感器并不与天线以相同的速度或方向旋转。在至少这样的布置中，角度位置传感器还可包括取向传感器，所述取向传感器检测天线相对于包含勘察方向传感器的物体的取向。所述取向传感器可检测天线与由勘察方向传感器所测量的取向的其他偏移，以便确定天线相对于角度参考的取向。例如，图4是根据一个方面的具有取向传感器368的井底传感器组件314的一个示例的截面后视图。
[0040]井底传感器组件314可包括工具管柱312、壳体356和角度位置传感器324。壳体356可相对于工具管柱312旋转，诸如图4中所描绘的弯曲箭头328所示。工具管柱212可包括钻孔301。在一些方面，钻孔301提供流动路径以供流体(诸如钻井流体或生产流体)流过工具管柱212。在另外或替代方面，马达、轴、齿轮或其他用于使壳体356相对于工具管柱212旋转的组件可定位在钻孔301内。(此类组件的一些示例布置在下文相对于图7进行描述)。壳体356可承载天线316。使壳体356相对于工具管柱312旋转可使天线316相对于工具管柱312旋转。角度位置传感器324可提供关于天线316相对于与工具管柱312分离的角度参考的取向的信息。角度参考的非限制性示例包括真北、磁北和与其中地球重力施加最大拉力的方向相对应的向下方向。
[0041 ]角度位置传感器324可包括勘察方向传感器325。勘察方向传感器可定位在工具管柱312之上或之中而不是壳体356上。勘察方向传感器可检测工具管柱312相对于与工具管柱312分离的角度参考的角度位置。勘察方向传感器324还可包括取向传感器368。取向传感器368可检测天线316相对于勘察方向传感器325的角度位置。天线316相对于角度参考的取向可基于取向传感器368和勘察方向传感器325的读数来确定。例如，天线316与勘察方向传感器325的角度偏移(如取向传感器368所测量)可与勘察方向传感器325与角度参考的角度偏移(如勘察方向传感器325所测量)相结合产生天线316与角度参考的总角度偏移。作为一个说明性示例，勘察方向传感器325可以是检测工具管柱312与真北399的偏差的陀螺仪。勘察方向传感器325可以检测到，工具管柱312相对于真北399以30度的向东偏差397来取向。取向传感器368可以检测到，天线316相对于勘察方向传感器325在工具管柱312上的位置以60度的向东偏差395来取向。在这样一种场景下，结合起来的读数表明，天线316相对于真北399以90度的总向东偏差393来取向。
[0042]在一些方面，取向传感器368可包括磁铁335、345。磁铁335、345可围绕工具管柱212的圆周以规则间隔布置。磁铁335、345可布置成其中偶极在X-Y平面上在工具管柱212的径向方向上对准。零点磁铁345可相对于剩余磁铁335具有倒转取向。例如，如果剩余磁铁335被布置成其中在径向向内方向上为北南取向，则零点磁铁345可被布置成其中在径向向内方向上为南北取向。零点磁铁345可与勘察方向传感器325对准(或处于已知偏移)。例如，零点磁铁345可与工具管柱312的划线327对准或处于已知偏移。划线327可识别勘察方向传感器325相对于工具管柱312的参考取向位置。例如，勘察方向传感器325的零点可与划线327处于已知固定偏移。在一些方面，可在井底传感器组件314完全组装后，测量与划线327的已知固定偏移。
[0043]取向传感器368还可包括一个或多个磁力计365(诸如霍尔效应传感器)。当磁力计365在相邻磁铁335、345之间移动时，磁力计365可检测磁场强度的变化。例如，每当磁力计365与磁铁335、345对准时，磁力计365可检测磁强幅值的峰值。零点磁铁345的倒转对准可导致与剩余磁铁335在相反方向上出现峰值。自零点磁铁345的相反峰值以来的峰值数量可提供磁力计365已行进经过零点磁铁345多远的一般指示。与最近峰值的幅值差可指示磁力计365从所述峰值行进多远并且当磁力计365位于磁铁335、345之间时，提供更精确的位置信息。在一些方面，陀螺仪或间隔计时器可与磁力计365—起使用，以基于所感测的旋转速度对时间来提供磁铁335、345之间的中间位置的其他近似程度。
[0044]虽然取向传感器368在图4中描绘成其中磁铁335、345由工具管柱312承载并且磁力计365由壳体356承载，但其他布置是可能的。在一些方面，磁力计365由工具管柱312承载并且磁铁335、345由壳体356承载。在一些方面，磁铁335、345和磁力计365的组合可定位在工具管柱312和与壳体356耦接的马达轴的组合上以使壳体356相对于工具管柱312旋转。马达轴可定位在钻孔301中并且以任何合适的方式耦接到壳体356，包括以下相对于图7所描述的示例布置。其中取向传感器368监测马达轴的旋转的布置可基于马达轴的旋转与壳体的旋转之间的已知关系来提供关于天线的角度位置的替代的或其他的指示。
[0045]在一些方面，取向传感器368可通过减少井底传感器组件314中所使用的勘察方向传感器325的数量来降低井底传感器组件314的生产成本。在一些方面，将一个或多个勘察方向传感器325定位成随每个旋转天线316旋转可降低井底传感器组件314的复杂度或增大其精度。例如，随天线316—起旋转的勘察方向传感器325可直接提供天线316相对于角度参考的取向的信息。直接获取取向信息可减少或消除布置在勘察方向传感器325与天线316之间的组件间的对准变化的不精确性，诸如可能由于钻柱扭转、钻井期间的螺纹连接固紧过度、马达传动系扭转、齿轮间隙变化或其他失准因素而发生。
[0046]图5是根据本发明的一个方面的具有多个接收天线418、420的井底传感器组件414的截面侧视图。井底传感器组件414可包括工具管柱412、可旋转发射天线416、第一可旋转接收天线418、第二可旋转接收天线420和马达422。
[0047]第一可旋转接收天线418和第二可旋转接收天线420可沿着工具管柱412在离可旋转发射天线416不同的长度处定位。不同长度可导致第一可旋转接收天线418和第二可旋转接收天线420与可旋转发射天线416以不同方式对准。对准差异可允许可旋转发射天线416在地层410中利用第一可旋转接收天线418产生第一敏感体积426并且利用第二可旋转接收天线420产生第二敏感体积428。第一敏感体积426可定位在与第二敏感体积428的调查深度不同的调查深度处。
[0048]在一些方面，井底传感器组件414可同时提供不同的调查深度。例如，可旋转发射天线416可发射多个频率以同时获得多个调查深度。在一些方面，井底传感器组件414可连续地提供不同的调查深度。例如，井底传感器组件414可始终经由可旋转发射天线416来广播频率。井底传感器组件414可通过启动第一可旋转接收天线418而不启动第二可旋转接收天线420来获得第一调查深度。井底传感器组件414可通过禁用第一可旋转接收天线418并且启动第二可旋转接收天线420来获得第二调查深度。
[0049]可旋转发射天线416、第一可旋转接收天线418和第二可旋转接收天线420可响应于马达422的旋转而相对于工具管柱412旋转。使第一敏感体积426和第二敏感体积428相对于工具管柱412旋转可提供更多样化的调查深度、改进的数据垂直分辨率、对数据变化的补偿或它们的任意组合。
[0050]图6是根据一个方面的其中接收天线518、520以不同倾斜角取向的井底传感器组件514的一个示例的截面侧视图。井底传感器组件514可包括沿着工具管柱512定位的可旋转发射天线516、第一可旋转接收天线518和第二可旋转接收天线520。
[0051 ]工具管柱512可具有井下端部546。在一些方面，钻头可定位在井下端部546处。工具管柱512可在穿过地层510的方向上行进。例如，工具管柱512可在基本水平方向上行进，如图6中的向右箭头所示。
[0052]第一可旋转接收天线518可被取向成其中绕组519的平面以与可旋转发射天线516的绕组517的平面基本上垂直的倾斜角定位。所述垂直取向可产生定位在可旋转发射天线516与第一可旋转接收天线518之间的第一敏感体积526。第一敏感体积526可提供关于地层510的相对于工具管柱512横向定位的一部分的信息。例如，第一敏感体积526可定位在工具管柱512的水平行进方向下方，如图6所示。
[0053]第二可旋转接收天线520可具有以与可旋转发射天线516的绕组517的平面的倾斜角基本上平行的倾斜角取向的绕组521的平面。所述平行取向可产生第二敏感体积528和第三敏感体积529。第二敏感体积528可包括延伸越过可旋转发射天线516并且离开第二可旋转接收天线520的部分532。例如，第二敏感体积528可包括相对于可旋转发射天线516向前延伸(例如，在图6中显示为向右)的部分532。在一些方面，来自平行取向的第二敏感体积528可在工具管柱512的井下端部546之前延伸。在一个示例中，平行取向可提供关于在钻柱中位于钻头之前的区域的信息。在一些方面，将天线更靠近工具管柱512的井下端部546定位可使得在井下端部546之前可以检测到的距离增大。例如，可旋转发射天线516可相对于马达522向井下定位，这导致一个或多个天线相对于工具管柱512旋转。第三敏感体积529可包括延伸越过第二可旋转接收天线520并且离开可旋转发射天线516的部分533。例如，第三敏感体积529可包括相对于第二可旋转接收天线520向后延伸(例如，在图6中显示为向左)的部分533。
[0054]垂直倾斜角取向可提供比通过平行倾斜角取向所提供的第二敏感体积528更小的第一敏感体积526。较小尺寸的第一敏感体积526可提供比由第二敏感体积528所提供的读数，分辨率更高的读数。较大尺寸的第二敏感体积528可提供比由第一敏感体积526所提供的读数，与工具管柱512相距更远的地层510的区域相对应的读数。将第一敏感体积526的较浅读数和第二敏感体积528的较深读数相结合可提供径向地围绕工具管柱512的地层510的特征曲线。地层510的特征曲线可改进地层510中的不同层的边界的解释或识别。
[0055]图7是根据一个方面的可旋转传感器组件650的一个示例的截面侧视图。可旋转传感器组件650可使传感器诸如以上相对于图2至图6所述的可旋转传感器相对于工具管柱612旋转。可旋转传感器组件650可包括本体652、轴654和壳体656。
[0056]本体652可以是工具管柱612的一部分。本体652可包括耦接特征658a、658b，以用于与工具管柱612的其他部分660a、660b连接。例如，耦接特征658a、658b可以是螺纹表面。
[0057]轴654可定位在本体652内。轴654可由支承组件662a、662b相对于本体652来支撑。支承组件662a、662b可允许轴654相对于本体652旋转。在一些方面，支承组件662a、662b可限制流体通过。在一个示例中，支承组件662a、662b密封轴654周围的腔室664。在另一示例中，支承组件662a、662b允许流体在某种程度上通过以使组件在腔室664内润滑。在一些方面，轴654可包括内部通道666。通道666可允许流体从腔室664的一端穿过轴654流到另一端。例如，通道666可提供路径供钻井流体在钻井操作中到达泥浆马达并且为泥浆马达提供动力。
[0058]轴654可耦接到马达，诸如以上相对于图2所述的马达222。在一个示例中，轴654可经由连续速度万向节668连接到泥浆马达。在另一示例中，轴654可以是马达的转子。轴654可响应于马达操作而旋转。轴654可将马达的扭转运动传达到其他物体。在一些方面，轴654可与親接件670相连以将扭转运动传达到相对于轴654定位在轴向方向上的物体。在一个示例中，轴654可由耦接件670相连以导致另一可旋转传感器组件650的轴654旋转，从而使得可旋转传感器组件的旋转同步。
[0059]壳体656可与轴654扭转地耦接以使得轴654的旋转导致壳体656旋转。例如，轴654可与壳体656经由一个或多个齿轮670a、670b而扭转地親接。壳体656可包括齿轮表面672以用于啮合齿轮670a、670b。在一个示例中，附连到轴654的齿轮670a可啮合行星齿轮670b。行星齿轮670b可附连到由本体652支撑的行星齿轮轴674。虽然在图7仅显示了一个行星齿轮670b和一个行星齿轮轴674，但可将多行星齿轮670b和行星齿轮轴674径向地定位在轴654周围。一个或多个行星齿轮670b可以啮合壳体656上的齿轮表面672和附连到轴654的齿轮670a，以在轴654与壳体656之间传递旋转运动。
[0060]在一些方面，支承件676可定位在壳体656与本体652之间。支承件676可以是径向支承件、轴向支承件或它们的某种组合。轴向支承件和径向支承件的组合可允许壳体656在无负载施加在壳体上(这可能另外阻碍旋转)的情况下继续相对于本体652旋转。在一些方面，弹簧678或其他偏置对准装置可定位在支承件676内以使支承件676在施加了外部负载的情况下保持处于适当位置。
[0061 ] 壳体656可包括地层传感器680、本体角度位置传感器682、轴角度位置传感器684、勘察方向传感器686、电子封装688和通信装置690。尽管壳体656在图7中示为具有全部这些组件，但在一些方面，可将这些组件中的一者或多者从壳体656中省去。
[0062]地层传感器680可检测地层610的特征。例如，地层传感器680可以是如以上相对于图2所述的可旋转发射天线216或可旋转接收天线218。在一些方面，地层传感器680是可在发射模式与接收模式之间切换的收发机。在一些方面，地层传感器680可以是定向传感器而不是用于检测地层中的阻力的天线。这样一个替代地层传感器680的非限制性示例包括伽马射线传感器、声传感器、核磁共振传感器和密度传感器。另外地或替代地，所有此类传感器均可用于感测地层的特征或相对于地层内所感测的人造物体诸如另一井筒、井筒管柱或遗失钻柱的方向和距离。尽管可旋转传感器组件650在图7中示为具有单个地层传感器680，但其他布置也是可能的。在一些方面，可旋转传感器组件650可包括多个地层传感器680或多个距离和方向范围传感器。这些多个地层传感器680或距离和范围传感器可具有彼此相同或不同的类型。
[0063]本体角度位置传感器682可检测地层传感器680相对于可旋转传感器组件650的本体652的角度位置。例如，本体角度位置传感器682可在光学上检测定位在本体652的圆周周围的标记物692。在特定时间所检测的标记物692可指示地层传感器680在特定时间相对于本体652的角度位置。
[0064]轴角度位置传感器684可检测地层传感器680相对于可旋转传感器组件650的轴654的角度位置。例如，轴角度位置传感器684可检测与轴654或行星齿轮轴674耦接(示为与图7中的行星齿轮轴674耦接)的一个或多个磁铁694的磁场。在特定时间所检测的磁场强度可指示地层传感器680在特定时间相对于轴654的角度位置。
[0065]勘察方向传感器686可检测勘察方向传感器686相对于与可旋转传感器组件650不同的角度参考的角度位置。例如，角度位置可基于重力、真北或磁北诸如通过一个或多个加速度计、陀螺仪或磁力计来检测。由这些组件中的一者或多者在特定时间所检测的读数的强度或方向可指示勘察方向传感器686相对于角度参考的角度位置或取向。
[ΟΟ??] 将勘察方向传感器686与地层传感器680—起定位在壳体656上可导致由勘察方向传感器686所检测的角度位置与地层传感器680的角度位置直接相对应。例如，地层传感器680与角度参考的角度偏转可等于由勘察方向传感器686所检测的角度偏转或者可偏移与其中勘察方向传感器686和地层传感器680在壳体656上相对于彼此对准的方式相对应的已知量。
[0067]在一些方面，勘察方向传感器686可定位在不同于壳体656的位置，诸如工具管柱612中的任何地方。在至少此类布置中，本体角度位置传感器682或轴角度位置传感器684可确定地层传感器680相对于勘察方向传感器686的角度位置，尽管取向传感器368(以上相对于图4所述)可确定天线316相对于勘察方向传感器325的角度位置。地层传感器680相对于勘察方向传感器686的这个角度位置可与勘察方向传感器686的角度位置相结合以确定地层传感器680相对于角度参考的取向，尽管天线316相对于角度参考的取向可基于取向传感器368和勘察方向传感器325(如以上相对于图4所述)的读数来确定。
[0068]电子封装688可针对以上描述的各种数据生产传感器(例如，本体角度位置传感器682、轴角度位置传感器684、勘察方向传感器686、地层传感器680或它们的某种组合)来发送或接收信息。电子封装688还可提供集中时间保持功能，用于使数据生产传感器的读数计时同步或合成。在一些方面，数据生产传感器中的一者或多者集成到电子封装688中。
[0069]电子封装688可包括信息处理系统的一个或多个组件。如本文所使用，术语“信息处理系统”指的是一种包括与非暂时性存储装置耦接的一个或多个处理器的系统。存储装置的非限制性示例包括RAM和ROM。所述存储装置可存储可由一个或多个处理器执行的机械可读指令。当由处理器执行时，所述指令可导致处理器执行功能，所述功能可包括本文所描述的各种功能。作为一个说明性示例，信息处理系统可被配置成执行相对于以上段落和本文其他地方相对于电子封装688所描述的功能。此外，术语“信息处理系统”并不仅仅限于参照图7所述的电子封装688。信息处理系统的另外的非限制性示例包括微控制器、模拟电子器件、定位在地面上的计算系统和它们的组合。
[ΟΟΤ?]电子封装688还可经由通信装置690发送或接收信息。在一个示例中，通信装置690可以是环形线圈，所述环形线圈用于通过无线网络向井底钻具组件中其他装置诸如井底传感器组件214或在钻柱中的任何中间点提供短跳通信。通信装置690的其他示例包括电感耦接器或滑环。
[0071]电子封装688、数据生产传感器和通信装置690(或它们的任意组合)可由任何合适的电源供电。在一个示例中，电源可以是壳体656中的电子封装688中所包含的电池。在另一个示例中，电源可远离壳体656(诸如，在井底钻具组件中的任何地方)定位并且通过滑环转移到壳体656以将电力从本体652传达到壳体656。
[0072]图8是根据一个方面的具有两个马达722、736的井底传感器组件714的一个示例的截面侧视图。井底传感器组件714可包括沿工具管柱712定位的第一马达722、第二马达736、第一可旋转传感器组件716、第二可旋转传感器组件718、第三可旋转传感器组件720、可旋转近钻头传感器组件738和钻头746 ο在一些方面，第一可旋转传感器组件716、第二可旋转传感器组件718和第三可旋转传感器组件720可各自与以上相对于图7所述的可旋转传感器组件650类似。
[0073]第一可旋转传感器组件716可与第一马达722耦接。第一马达722可导致第一可旋转传感器组件716独立于工具管柱712或第二马达736旋转。在一个示例中，第二马达736可使钻头746旋转。第一马达722可允许第一可旋转传感器组件716独立于钻头746的旋转速率而以一定速率旋转。独立旋转可允许第一可旋转传感器组件716的扫描速率诸如基于正钻出的井的穿透速率而最优化。
[0074]第二马达736可与第二可旋转传感器组件718、第三可旋转传感器组件720、可旋转近钻头传感器组件738和钻头746耦接。使多个可旋转传感器组件718、720、738与共用马达736耦接可允许可旋转传感器组件718、720、738同步旋转。同步旋转可实现井底传感器组件714的简化配置，诸如数量减少的马达或角度位置传感器的配置。
[0075]可旋转传感器组件716、718、720或738中的一者或多者可包括多个传感器780a、780b。多个传感器780a、780b可相对于彼此倾斜，以使得可利用第一传感器780a进行与第二传感器780b不同的测量。在一个示例中，多个传感器780a、780b可以是在彼此倾斜的绕组平面上布置的天线绕组。可基于接收天线和发射天线的相应取向来在第一绕组平面中的第一位置和第二绕组平面中的第二位置确定地下地层的特征。在一些方面，多个传感器780a、780b可基本上彼此垂直布置。
[0076]可旋转传感器组件716、718、720或738中的多个传感器780a、780b可提供更大数量的数据点用于计算地层特征。例如，交叉天线可从不同的发射器和接收器组合提供多个信道(即测量值)O交叉天线还可允许诸如通过对来自交叉天线中的每一者的响应进行加权平均来将从偶极角度获得的物理上不一定存在的测量值合成。
[0077]可旋转近钻头传感器组件738可不同于以上相对于图7所述的可旋转传感器组件650。例如，图9是根据一个方面的可旋转近钻头传感器组件838的一个示例的截面侧视图。可旋转近钻头传感器组件838可包括本体852、轴854和电子壳体或插入件856。在一些方面，可旋转近钻头传感器组件838可定位在工具管柱的井下端部附近，以提供可旋转传感器，用于相对于工具管柱的井底端部向前查看或相对于钻柱中的钻头向前查看。
[0078]本体852可与轴854耦接。轴854可由马达旋转。轴854可包括钻井流体可流过其中的通道866。本体852可具有限定腔室864的中空内部。本体852可包括用于与其他工具诸如钻头、其他传感器或转向工具连接的耦接特征858。在一个示例中，耦接特征858可以是螺纹表面。流过轴854的钻井流体可流过腔室864并且流过耦接特征858。本体852可包括地层传感器880和通信装置890。
[0079]插入件856可安装到腔室864中。插入件可包括中心钻孔896。钻孔896可提供路径供钻井流体从轴854流过耦接特征858。插入件856可包括密封体积898。密封体积898可包含电子封装888。插入件856安装到腔室864中可在电子封装888与地层传感器880之间建立电子通信。插入件856安装到腔室864中可在电子封装888与通信装置890之间建立电子通信。在一些方面，电子封装888可包括一个或多个角度位置传感器886，用于确定地层传感器880的角度位置。电子封装888可将信息从地层传感器880经由通信装置890传输出来。
[0080]图10是根据一个方面的具有传感器组件916、918、920、938的井底传感器组件914的一个示例的截面侧视图，所述传感器组件各自具有三个地层传感器980a、980b、980c。传感器组件916、918、920、938可包括任何数量的交叉传感器980a、980b、980c。具有三个交叉传感器980a、980b、980c的配置(诸如图10所示)可提供比具有较少交叉传感器780a、780b的配置(诸如图8所示)更多的信道和数据点。在一些方面，虽然其中三个交叉传感器980a、980b、980c无旋转的配置可提供充分的数据进行精确测量，但使传感器组件916、918、920、938中的一者或多者旋转可提供其他数据以降低噪声或以其他方式改进从可旋转传感器组件916、918、920、938获得的信息的质量。
[0081 ] 在一些方面，少于全部的传感器组件916、918、920、938是可旋转的。例如，与传感器组件916、938耦接的马达922可导致传感器组件916、938在传感器组件918、920保持静止时旋转。减少旋转传感器的数量可通过减少移动零件的数量来降低井底传感器组件914的复杂度。在一些方面，旋转传感器组件916、938进行发射并且静止传感器组件918、920进行接收。在其他方面，静止传感器组件918、920进行发射并且旋转传感器组件916、938进行接收。井底传感器组件914可包括用于发射和接收的静止传感器组件或旋转传感器组件的任意组合。在一些方面，可旋转传感器组件(诸如图10所示的传感器组件916、938)可锁定到工具管柱912以停止或防止旋转并且将可旋转传感器组件临时转化成静止传感器组件。
[0082]图11是根据一个方面的用于具有可旋转传感器的井底传感器组件的控制系统1000的框图。井底传感器组件可包括系统控制中心1002、发射器1004a至1004η、接收器1006a至1006m、数据采集单元1008、数据缓冲器1010、数据处理单元1012和通信单元1014、时间同步器1020和马达控制器1022。
[0083]系统控制中心1002可形成信息处理系统的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息处理系统或与本文所述的其他信息处理系统界面结合。例如，系统控制中心1002可包括一个或多个处理器或模拟电子器件。系统控制中心1002可管理控制系统1000中的其他组件的操作。频率范围为IHz至1MHz的信号可由系统控制中心1002生成并且馈送到多个发射器1004a至1004η(可包括任意数量“η”个发射器1004a至1004η)。在一个示例中，发射器1004a至1004η可包括发射天线，所述发射天线可响应于穿过天线的电流而将电磁波发射到井筒地层中。在一些方面，发射器1004a至1004η中的任一者可包括多个发射天线，所述多个发射天线经由多路分用器连接到单个发射器，所述多路分用器经由系统控制中心1002来控制。这可使得发射器1004a至1004η的总数量、电子器件的尺寸和控制系统1000的复杂度减小。
[0084]接收器1006a至1006m(可包括任意数量“m”个接收器1006a至1006m)可从井筒地层接收电磁波信号。在一个示例中，接收器1006a至1006m包括天线。所接收的信号可被引向系统控制中心1002。与具有多个发射天线的发射器1004a至1004η类似，为提高效率，可将多个接收天线经由多路分用器连接到相同接收器1006a至1006m。可同时发射和接收多个频率以在有限时间窗口内提高功能性。在一个示例中，方形时间波形或其他时间波形可在发射器1004a至1004η上同时激发多个频率。这些频率可在数据采集单元1008中的接收端处通过滤波器分离。可在所有接收器1006a至1006m上接收来自每个发射器1004a至1004η的信号并将所述信号记录。时间同步器1020可包括时钟或在发射和接收各种信号时进行追踪的一致时间基准的其他装置。数据缓冲器1010可存储所接收的信号进行处理。数据处理单元1012可对数据执行处理或反转以将信号信息转换成关于井筒信息特征的信号信息。所述反转可在井下执行，或可在数据转移到地面1016后，在地面1016上的计算机中执行。通信单元1014可将数据或结果传达到地面1016，诸如传达到定位在地面1016上的控制系统。在一个示例中，可使用数据或结果，以诸如通过经由地面上的可视化装置向钻柱操作人员提供信息或通过向自动钻柱导引系统提供信息而在钻井操作中引导钻柱的方向。另外地或替代地，通信单元1014可将数据或结果传达到其他井下工具，例如，以改进定位和提取烃的各方面。通信单元1014可包括适当组件或其组合，以通过任何合适形式的遥测技术进行通信，所述遥测技术包括但不限于电子脉冲、模拟信号、振幅调制模式、频率调制模式或电磁波的任意组合，它们中的任一者均可通过有线传输、无线传输或泥浆脉冲传输的任意组合来传送。
[0085]马达控制器1022可控制用于使发射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的任一者旋转的一个或多个马达。马达控制器1022可形成信息处理系统的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息处理系统或与本文所述的其他信息处理系统界面结合。马达控制器1022可通过控制相关马达的旋转速率来调整发射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m的旋转速率。在一些方面，马达控制器1022可在特定点停止旋转，以将发射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的一者或多者在具体方向上取向，从而测量井筒地层中的特定所感兴趣区域。
[0086]在一些方面，发射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的一者或多者可与可旋转传感器组件1028相对应。例如，可旋转传感器组件1028可以是以上相对于图7所述的可旋转传感器组件650。图12是根据一个方面的用于可旋转传感器组件1028的控制系统1100的框图。控制系统1100可形成信息处理系统的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息处理系统或与本文所述的其他信息处理系统界面结合。控制系统1100可包括控制器1102、存储器1104、勘察方向传感器1106、地层传感器1108、电源1110、轴位置传感器1112、通信装置1114、壳体位置传感器1116、时间同步器1118和速率控制器1120。虽然用于可旋转传感器组件1028的控制系统1100在图12中描述为具有这些所列出组件的全部，但在一些方面，可将这些组件中的一者或多者可省去或直接并入作为图11所示控制系统1000的一部分。
[0087]控制器1102可形成信息处理系统的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息处理系统或与本文所述的其他信息处理系统界面结合。例如，控制器1102可包括处理器。存储器1104可存储可由控制器1102存取的机械可读指令。存储器1104可存储在井操作完成后可恢复的数据。将数据存储在存储器1104中可使得在操作期间传达到地面的数据量减少。地层传感器1108可从井筒地层接收信号并且向控制器1102提供有关数据。例如，地层传感器1108可以是以上相对于图7所述的地层传感器680。
[0088]电源1110可为控制系统1100的各种电子器件提供电力。电源1110可以是任何合适的电源(包括电池、滑环或相对于通往地面上或工具管柱中的另一电源的导线或其他管道的其他连接件)或通过钻井流体或井底钻具组件与传感器壳体之间的差动旋转而驱动的发电机(诸如交流发电机)。
[0089]在一些方面，存储器1104还可存储将要进行组织和分析的数据。例如，随着地层传感器680的旋转，可将方位角测量取向建仓到存储器1104中并且分成方向仓对时间或深度(或两者)。钻孔深度可以是方位角测量时已知的或随后基于可在地面上测量的深度对时间数据来添加。建仓数据可用于使测量值与深度和取向相关。这样一来，可在方位角地层传感器680旋转时测量在工具管柱或钻孔的圆周周围的地层特征的角度曲线。
[0090]勘察方向传感器1106可向控制器1102提供关于地层传感器1108的取向的信息。轴位置传感器1112可向控制器1102提供关于地层传感器1108相对于旋转轴(诸如以上相对于图7所述的轴654)的位置的信息，所述旋转轴导致地层传感器1108旋转。壳体位置传感器1116可向控制器1102提供关于壳体(诸如以上相对于图7所述的壳体656)相对于工具管柱的角度位置的信息，所述壳体支撑地层传感器1108。在一些方面，勘察方向传感器1106可提供关于地层传感器1108的取向的直接信息，与以上相对于图2至图3所述的方式类似，其中角度位置传感器224或225可被定位成分别随可旋转发射天线216或可旋转接收天线218—起旋转以指示它的角度位置。在一些方面，勘察方向传感器1106可提供关于可地层传感器1108的取向的间接信息，可通过轴位置传感器1112或壳体位置传感器1116的信息来补充，与以上相对于图5所述的方式类似，其中来自勘察方向传感器325的数据可与来自取向传感器368的数据相结合以确定天线316的角度位置。
[0091]时间同步器1118可包括时钟或其他时间参考装置。时间同步器可为控制器1102提供常见的时间标度，以合成从各种组件所接收的各种测量值。控制器1102可经由控制器1120控制地层传感器1108的旋转速率。例如，速率控制器1120可控制使地层传感器1108旋转的马达的旋转速率。速率控制器1120可形成信息处理器系统的全部或一部分，可包括本文所述的其他信息处理系统或与本文所述的其他信息处理系统界面结合。
[0092]通信装置1114可针对控制器1102传达信息。例如，通信装置1114可将信息从控制器传达到地面或传达到工具管柱中的另一工具。通信装置1114的一个示例是用于进行短跳通信的环形线圈，如以上相对于图7所述。所述环形线圈可周向地缠绕在环形线圈的载体周围。在一些方面，通信装置1114可向系统控制中心1002(以上相对于图11所述)传达关于地层传感器1108的合成的信息或原始数据作为关于发射器1004a至1004η或接收器1006a至1006m中的一者或多者的信息。
[0093]图13是根据一个方面的图示了用于测量地下地层的各向异性特征的示例方法1200的流程图。所述方法可使用如本文所述的井底传感器组件，诸如以上相对于图2至图3所述的井底传感器组件214或其变体，诸如相对于本文中的其他附图所述。
[0094]在块1210中，经由发射天线发射第一信号。例如，可旋转发射天线216可将信号发射到地层210中。在块1220中，经由接收天线接收与第一信号相关的第二信号。当发射天线或接收天线相对于工具管柱旋转时，可发射第一信号或可接收第二信号。例如，可旋转接收天线218可从地层210的敏感体积226接收与地层210对由可旋转发射天线216所发射的第一信号的响应相对应的信号。可旋转发射天线216或可旋转接收天线218可在发射或接收信号时旋转。
[0095]在块1230中，当发射天线或接收天线相对于工具管柱旋转时，检测发射天线或接收天线的角度位置。例如，在块1230中，角度位置传感器224或225可检测角度位置。
[0096]在块1240中，第二信号和角度位置可用于确定地下地层在相对于井底钻具组件的位置处的特征。例如，第二信号可指示敏感体积226中的地层210的电阻率并且角度位置可指示敏感体积226相对于工具管柱212的位置。
[0097]在一些方面，可将多个发射器和接收器对的信号结合起来使用以确定地下地层的特征。可通过以下操作来进行确定:利用地层特征值进行模拟以产生建模信号;计算建模信号与来自发射器和接收器的信号之间的差；以及调整地层特征值直到实现最小差。可接受与最小差相对应的地层特征值作为对由发射器和接收器对的信号所测量的地层特征的最终解释。
[0098]在一些方面，可提供一种井底钻具组件，所述井底钻具组件包括工具管柱和方位角传感器，所述方位角传感器与所述工具管柱可旋转地耦接以使得方位角传感器可相对于工具管柱旋转。在一些方面，一种方法可包括使方位角传感器相对于工具管柱旋转。
[0099]在一些方面，根据以下实施例中的一个或多个实施例来提供井底钻具组件、井下系统、工具或方法。在一些方面，在这些实施例的一个或多个实施例中描述的工具、组件或系统可用于执行在其他实施例之一中描述的方法。
[0100]实施例#1:可提供一种井下组件，所述井下组件包括:工具管柱;方向相关发射器，所述方向相关发射器与所述工具管柱耦接；以及方向相关接收器，所述方向相关接收器与所述工具管柱耦接，其中所述方向相关接收器和所述方向相关发射器中的至少一者可相对于所述工具管柱旋转。
[0101]实施例#2:可提供实施例#1的井下组件，进一步包括至少一个角度位置传感器，所述至少一个角度位置传感器被布置成与可相对于所述工具管柱旋转的所述发射器或所述接收器中的至少一者具有一种已知旋转关系。所述接收器可接收具有信号信息的信号。所述至少一个角度位置传感器可检测所述发射器或所述接收器中的至少一者的角度位置。所述信号信息和所述角度位置可指示地下地层在相对于所述工具管柱的位置处的特征。
[0102]实施例#3:可提供实施例#1至#2中任一项的井下组件，进一步包括与所述接收器和所述至少一个角度位置传感器通信地耦接的通信单元。所述通信装置可与所述接收器通信地耦接以发射所述信号信息。所述通信装置可与所述至少一个角度位置传感器通信地耦接以用于发射所述角度位置。
[0103]实施例#4:可提供实施例#1至#2中任一项的井下组件，进一步包括与所述发射器或所述接收器中的至少一者耦接的马达，其中所述发射器或所述接收器可响应于所述马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转。
[0104]实施例#5:可提供实施例#1至#4中任一项的井下组件，进一步包括第二马达和可响应于所述第二马达的旋转而旋转的钻头，其中与所述发射器或所述接收器耦接的所述马达可独立于所述第二马达而旋转。
[0105]实施例#6:可提供实施例#1至#4中任一项的井下组件，其中所述发射器或所述接收器相对于所述马达向井上定位。
[0106]实施例#7:可提供实施例#1至#4中任一项的井下组件，其中所述发射器或所述接收器相对于所述马达向井下定位。
[0107]实施例#8:可提供实施例#1至#2中任一项的井下组件，进一步包括马达和可响应于所述马达的旋转而旋转的钻头，其中所述发射器或所述接收器定位在所述钻头处或邻近所述钻头定位。
[0108]实施例#9:可以提供实施例#1至#2中任一项的井下组件，其中所述发射器或所述接收器可相对于所述工具管柱在与所述工具管柱的旋转方向相反的方向上旋转。
[0109]实施例#10:可提供实施例#1至#2中任一项的井下组件，其中所述发射器可相对于所述工具管柱旋转并且所述接收器可相对于所述工具管柱旋转。
[0110]实施例#11:可提供实施例#1至#10中任一项的井下组件，进一步包括与所述发射器和所述接收器耦接的马达，其中所述发射器和所述接收器可响应于所述马达的旋转而一起相对于所述工具管柱旋转。
[0111]实施例#12:可提供实施例#1至#10中任一项的井下组件，其中所述至少一个角度位置传感器包括第一角度位置传感器和第二角度位置传感器，所述井下组件进一步包括:与所述发射器耦接的第一马达，其中所述发射器可响应于所述第一马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转并且所述第一角度位置传感器被布置成与所述发射器具有第一已知旋转关系；以及与所述接收器耦接的第二马达，其中所述接收器可响应于所述第二马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转并且所述第二角度位置传感器被布置成与所述接收器具有第二已知旋转关系。所述第一角度位置传感器可检测所述发射器相对于所述工具管柱的角度位置。所述第二角度位置传感器可检测所述接收器相对于所述工具管柱的角度位置。
[0112]实施例#13:可提供一种系统，所述系统包括:工具管柱;发射器，所述发射器可相对于所述工具管柱旋转;第一角度位置传感器，所述第一角度位置传感器可被布置成与所述发射器具有第一已知旋转关系;接收器，所述接收器可相对于工具管柱旋转;第二角度位置传感器，所述第二角度位置传感器被布置成与所述接收器具有第二已知旋转关系；以及信息处理系统，所述信息处理系统至少与所述接收器通信地耦接，所述信息处理系统包括处理器和与所述处理器耦接的存储装置，所述存储装置包含指令集，所述指令集在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于从所述接收器、所述第一角度位置传感器和所述第二角度位置传感器所接收的输出来确定地下地层相对于所述工具管柱的特征。所述第一角度位置传感器可检测所述发射器的角度位置。所述第二角度位置传感器可检测所述接收器的角度位置。所述输出可包括由所述接收器所接收的信号、所述发射器的角度位置和所述接收器的角度位置。
[0113]实施例#14:可提供实施例#13的系统，进一步包括:马达，所述马达与所述发射器或所述接收器中的至少一者扭转地耦接，以使一根或多根扭转地耦接的天线旋转；以及马达控制器，所述马达控制器与所述马达和所述信息处理系统通信地耦接，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器指示所述马达控制器通过控制所述马达的速度来控制所述一根或多根扭转地耦接的天线的速度。
[0114]实施例#15:可提供实施例#13的系统，其中所述接收器包括基本上平行于所述发射器的发射天线而取向的接收天线并且所述发射天线或所述接收天线中的至少一者相对于所述工具管柱的纵轴倾斜，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的所述指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于所述接收天线和所述发射天线的所述平行取向而确定所述地下地层在所述工具管柱的端部之前的位置处的特征。
[0115]实施例#16:可提供实施例#13的系统，其中所述接收器包括基本上垂直于所述发射器的发射天线而取向的接收天线，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的所述指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于所述接收天线和所述发射天线的所述垂直取向来确定所述地下地层在横向于所述工具管柱的端部的行进方向的方向上横向于所述工具管柱的位置处的特征。
[0116]实施例#17:可提供实施例#13的系统，其中所述发射器或所述接收器中的至少一者包括天线，所述天线具有布置在第一绕组平面上的第一绕组和布置在第二绕组平面上的第二绕组，所述第一绕组相对于所述第二绕组倾斜，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的所述指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于所述接收器和所述发射器的相应取向来确定所述地下地层在所述第一绕组平面上的第一位置处和所述第二绕组平面上的第二位置处的特征。
[0117]实施例#18:可提供一种方法，所述方法包括:经由与地下地层中的工具管柱耦接的发射器发射第一信号;经由与所述工具管柱耦接的接收器接收与所述第一信号相关的第二信号，其中所述发射器或所述接收器相对于所述工具管柱旋转；当所述发射器或所述接收器相对于所述工具管柱旋转时，检测所述发射器或所述接收器的角度位置；以及至少部分基于所述第二信号和所述角度位置来确定所述地下地层在相对于工具管柱的位置处的特征。
[0118]实施例#19:可提供实施例#18的方法，其中使用所述第二信号和所述角度位置来确定所述地下地层在相对于所述工具管柱的位置处的特征包括确定位于离所述工具管柱的某个距离处以及在所述工具管柱的一定方向上的地层区域的电阻率。
[0119]实施例#20:可提供实施例#18至#19中任一项的方法，进一步包括:经由与所述工具管柱耦接的第二接收器而在所述第一接收器与所述发射器之间的位置处接收与所述第一信号相关的第三信号，其中所述发射器或所述第二接收器相对于所述工具管柱旋转;如果所述第二接收器相对于所述工具管柱旋转，则当所述第二接收器相对于所述工具管柱旋转时，检测所述接收器的第二角度位置;使用第一组合或第二组合以确定所述地层在相对于所述工具管柱的第二位置处的特征，所述第一组合包括所述第三信号和所述第一角度位置，所述第二组合包括所述第三信号和所述第二角度位置；以及至少部分基于所述地层在所述第一位置处的特征的确定和所述地层在所述第二位置处的特征的确定来创建所述地层的特征曲线。
[0120]本发明各方面(包括所示实施例)的以上描述只是出于说明和描述的目的而给出，并非穷尽的或者意图将本发明局限于所公开的具体形式。在不背离本公开的范围的情况下，许多修改、改进及其使用对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
【主权项】
1.一种井下组件，包括: 工具管柱； 方向相关发射器，所述方向相关发射器与所述工具管柱耦接；以及 方向相关接收器，所述方向相关接收器与所述工具管柱耦接，其中所述方向相关接收器和所述方向相关发射器中的至少一者可相对于所述工具管柱旋转。2.如权利要求1所述的井下组件，进一步包括: 至少一个角度位置传感器，所述至少一个角度位置传感器被布置成与可相对于所述工具管柱旋转的所述发射器或所述接收器中的至少一者具有一种已知旋转关系。3.如权利要求2所述的井下组件，进一步包括与所述接收器和所述至少一个角度位置传感器通信地耦接的通信单元。4.如权利要求2所述的井下组件，进一步包括: 马达，所述马达与所述发射器或所述接收器中的至少一者耦接，其中所述发射器或所述接收器可响应于所述马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转。5.如权利要求4所述的井下组件，进一步包括第二马达和可响应于所述第二马达的旋转而旋转的钻头，其中与所述发射器或所述接收器耦接的所述马达可独立于所述第二马达而旋转。6.如权利要求4所述的井下组件，其中所述发射器或所述接收器相对于所述马达向井上定位。7.如权利要求4所述的井下组件，其中所述发射器或所述接收器相对于所述马达向井下定位。8.如权利要求2所述的井下组件，进一步包括马达和可响应于所述马达的旋转而旋转的钻头，其中所述发射器或所述接收器定位在所述钻头处或邻近所述钻头定位。9.如权利要求2所述的井下组件，其中所述发射器或所述接收器可相对于所述工具管柱在与所述工具管柱的旋转方向相反的方向上旋转。10.如权利要求2所述的井下组件，其中所述发射器可相对于所述工具管柱旋转并且所述接收器可相对于所述工具管柱旋转。11.如权利要求10所述的井下组件，进一步包括与所述发射器和所述接收器耦接的马达，其中所述发射器和所述接收器可响应于所述马达的旋转而一起相对于所述工具管柱旋转。12.如权利要求10所述的井下组件，其中所述至少一个角度位置传感器包括第一角度位置传感器和第二角度位置传感器，所述井下组件进一步包括: 第一马达，所述第一马达与所述发射器耦接，其中所述发射器可响应于所述第一马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转并且所述第一角度位置传感器被布置成与所述发射器具有第一已知旋转关系；以及 第二马达，所述第二马达与所述接收器耦接，其中所述接收器可响应于所述第二马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转并且所述第二角度位置传感器被布置成与所述接收器具有第二已知旋转关系。13.—种系统，包括: 工具管柱； 发射器，所述发射器可相对于所述工具管柱旋转； 第一角度位置传感器，所述第一角度位置传感器被布置成与所述发射器具有第一已知旋转关系； 接收器，所述接收器可相对于工具管柱旋转； 第二角度位置传感器，所述第二角度位置传感器被布置成与所述接收器具有第二已知旋转关系；以及 信息处理系统，所述信息处理系统至少与所述接收器通信地耦接，所述信息处理系统包括处理器和与所述处理器耦接的存储装置，所述存储装置包含指令集，所述指令集在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于从所述接收器、所述第一角度位置传感器和所述第二角度位置传感器所接收的输出来确定地下地层相对于所述工具管柱的特征。14.如权利要求13所述的系统，进一步包括: 马达，所述马达与所述发射器或所述接收器中的至少一者扭转地耦接，以使一根或多根扭转地耦接的天线旋转；以及 马达控制器，所述马达控制器与所述马达和所述信息处理系统通信地耦接，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的所述指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器指示所述马达控制器通过控制所述马达的速度来控制所述一根或多根扭转地耦接的天线的速度。15.如权利要求13所述的系统，其中所述接收器包括基本上平行于所述发射器的发射天线而取向的接收天线并且所述发射天线或所述接收天线中的至少一者相对于所述工具管柱的纵轴倾斜，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的所述指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于所述接收天线和所述发射天线的所述平行取向而确定所述地下地层在所述工具管柱的端部之前的位置处的特征。16.如权利要求13所述的系统，其中所述接收器包括基本上垂直于所述发射器的发射天线而取向的接收天线，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的所述指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于所述接收天线和所述发射天线的所述垂直取向来确定所述地下地层在横向于所述工具管柱的端部的行进方向的方向上横向于所述工具管柱的位置处的特征。17.如权利要求13所述的系统，其中所述发射器或所述接收器中的至少一者包括天线，所述天线具有布置在第一绕组平面上的第一绕组和布置在第二绕组平面上的第二绕组，所述第一绕组相对于所述第二绕组倾斜，其中所述信息处理系统的所述存储装置中所包含的所述指令集进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于所述接收器和所述发射器的相应取向来确定所述地下地层在所述第一绕组平面上的第一位置处和所述第二绕组平面上的第二位置处的特征。18.一种方法，包括: 经由与地下地层中的工具管柱耦接的发射器发射第一信号； 经由与所述工具管柱耦接的接收器接收与所述第一信号相关的第二信号，其中所述发射器或所述接收器相对于所述工具管柱旋转； 当所述发射器或所述接收器相对于所述工具管柱旋转时，检测所述发射器或所述接收器的角度位置；以及 至少部分基于所述第二信号和所述角度位置来确定所述地下地层在相对于工具管柱的位置处的特征。19.如权利要求18所述的方法，其中使用所述第二信号和所述角度位置来确定所述地下地层在相对于所述工具管柱的位置处的特征包括确定位于离所述工具管柱的某个距离处以及在所述工具管柱的一定方向上的地层区域的电阻率。20.如权利要求18所述的方法，进一步包括: 经由与所述工具管柱耦接的第二接收器而在所述第一接收器与所述发射器之间的位置处接收与所述第一信号相关的第三信号，其中所述发射器或所述第二接收器相对于所述工具管柱旋转； 如果所述第二接收器相对于所述工具管柱旋转，则当所述第二接收器相对于所述工具管柱旋转时，检测所述接收器的第二角度位置； 使用第一组合或第二组合以确定所述地层在相对于所述工具管柱的第二位置处的特征，所述第一组合包括所述第三信号和所述第一角度位置，所述第二组合包括所述第三信号和所述第二角度位置;以及 至少部分基于所述地层在所述第一位置处的特征的确定和所述地层在所述第二位置处的特征的确定来创建所述地层的特征曲线。
【文档编号】E21B47/04GK106062308SQ201480076672
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年4月1日
【发明人】R·T·海, B·都德睿希
【申请人】哈利伯顿能源服务公司