用于钻井的系统、装置和方法
【专利摘要】一种用于监视钻井操作的系统、装置和方法，该方法包括：经由安置在大地地层的地面上的第一天线对(120b)接收信号(130b)。由第一天线对接收的信号具有第一信号特性。该方法包括经由安置在地面上的与第一天线对的位置不同的位置处的第二天线对(120c)接收信号。由第二天线对接收的信号具有第二信号特性。该方法包括识别由相应的第一天线对和第二天线对接收的信号的第一信号特性和第二信号特性中哪一个为优选信号特性。该方法可以包括对由第一天线对和第二天线对中的已经接收到具有优选信号特性的信号的一个天线对所接收的信号进行解码。
【专利说明】用于钻井的系统、装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年11月22日提交的第14/087,637号美国申请的优先权和权益，该美国申请的全部内容通过引用合并到本文中。
技术领域
[0003]本公开内容涉及钻井操作，具体地涉及用于监视钻井操作的系统、装置和方法。
【背景技术】
[0004]为了石油、天然气和其他目的而钻的井可能在地下数千英尺，可能改变方向并且水平延伸。已经开发出了以下通信系统:其发送关于井身轨迹、地层性质以及用钻头处或钻头附近的传感器测量的钻井状况的信息。获得并发送信息通常被称为随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)。一种发送技术为电磁(EM)遥测技术或遥测技术。遥测系统包括被配置成向地面发送电磁信号的工具，该电磁信号具有在钻井操作期间获得的在其中编码的方向、地层和其他钻井数据。
【发明内容】
[0005]本公开内容的一个实施方式包括一种用于监视钻井系统的钻井操作的方法。钻井系统具有被配置成在钻井操作期间在大地地层中形成钻孔的钻柱。该方法包括经由安置在大地地层的地面上的第一天线对接收信号的步骤，其中，信号由遥测工具在钻井操作期间发送，遥测工具由钻柱支持并且位于钻孔的井下末端处。由第一天线对接收的信号具有第一信号特性。该方法包括:经由安置在地面上与第一天线对的位置不同的不同位置处的第二天线对接收信号。由第二天线对接收的信号具有第二信号特性。此外，该方法包括:识别由相应的第一天线对和第二天线对接收的信号的第一信号特性和第二信号特性中哪一个为优选信号特性。该方法可以包括:对由第一天线对和第二天线对中的已经接收到具有优选信号特性的信号的一个天线对所接收的信号进行解码。
[0006]在一种用于监视钻井操作的方法的另一实施方式中，该方法可以包括:在钻井操作的第一时段期间从钻孔中的第一井下位置处的遥测工具发送信号。该方法可以还包括经由至少两个天线对接收信号。至少两个天线对被安置在地面上并且相对于彼此以及相对于钻孔间隔开。改方法可以包括:在钻井操作的第一时段期间从接收到信号的至少两个天线对中的每个接收地面信号。此外，该方法可以包括:对来自至少两个天线对中的接收到具有优选信号特性的信号的一个天线对的地面信号进行解码。
[0007]本公开内容的另一实施方式包括一种用于钻井操作的遥测系统。系统包括多个天线对，每个天线对被配置成接收由钻孔中的井下位置处的遥测工具在钻井操作期间发送的信号。该系统还包括接收器组件，接收器组件被配置成与多个天线对中的每个天线对的电子连接。接收器组件被配置成在接收器组件电子地连接至多个天线对时从相应的多个天线对中的每个天线对接收多个地面信号。每个地面信号指示由相应的多个天线对接收的信号的特性。此外，该系统包括计算机处理器，计算机处理器被配置成与接收器组件的电子通信。计算机处理器还被配置成确定多个地面信号中哪个具有优选信号特性。响应于具有优选信号特性的地面信号的确定，计算机处理器解码由多个天线对中的接收到具有优选信号特性的信号的一个天线对接收的地面信号。
[0008]本公开内容的另一实施方式包括一种用于在大地地层中形成钻孔的钻井系统。钻井系统包括由支持构件携带的并且被配置成旋转以沿钻井方向限定钻孔的钻柱。钻柱包括安置在钻柱的井下端处的钻头以及由钻柱携带的一个或更多个传感器。一个或更多个传感器被配置成获得钻井数据。钻柱可以包括被沿井上方向离开钻头安置的遥测工具。遥测工具被配置成经由信号发送钻井数据。钻井系统可以包括被配置成接收信号的第一天线对和被配置成接收信号的第二天线对。第一天线对和第二天线对相对于支持构件在不同位置。钻井系统还可以包括电子地连接至第一天线对和第二天线对的接收器组件。接收器组件被配置成从第一天线对和第二天线对中的每个天线对接收地面信号。地面信号指示已经由每个天线对接收的信号。此外，钻井系统可以包括至少一个计算机处理器，至少一个计算机处理器被配置成基于从第一天线对和第二天线对中的每个天线对获得的地面信号的一个或更多个优选特性来对由接收器组件接收的地面信号中的一个地面信号进行解码。
【附图说明】
[0009]上述
【发明内容】
以及下文对本申请的说明性实施方式的详细描述在结合附图阅读时将被更好地理解。出于说明本申请的目的，在附图中示出本公开内容的说明性实施方式。然而，应当理解的是，本申请不限于所示的精确布置和工具。在附图中:
[0010]图1A为根据本公开内容的实施方式的在大地地层中形成钻孔的钻井系统的示意性俯视图；
[0011]图1B为图1A所示的在大地地层中形成钻孔的钻井系统的示意性侧视图；
[0012]图1C为包含在图1A中所示的钻井系统中的遥测工具的详细剖视图；
[0013]图1D为图1B中所示的钻井系统的一部分的详细视图；
[0014]图2A为图1A和图1B中所示的钻井系统的计算设备和遥测系统的框图；
[0015]图2B为图示一个或更多个计算设备以及图1A和图1B中所示的遥测系统的网络的框图；
[0016]图3A和图3B为图示用于经由图1A和图1B中所示的遥测系统监视钻井操作的方法的过程流程图；以及
[0017]图4为图示根据本公开内容的另一实施方式的用于经由遥测系统监视钻井系统的钻井操作的方法的过程流程图。
【具体实施方式】
[0018]参照图1A和图1B，钻井系统I被配置成在钻井操作期间在大地地层3中钻出钻孔2。钻井系统I包括用于在大地地层3中形成钻孔2的钻柱6、遥测系统100和至少一个计算设备200。遥测系统100处理并且监视在钻孔2的井下位置获得的钻井数据经由电磁信号130向大地地层3的地面4的发送。遥测系统100包括接收器组件110和两个或更多个天线对120。接收器组件110可以与计算设备200电子通信。每个天线对120可以接收，例如检测由井下遥测工具40发送的电磁信号130的电场分量作为电压或地面信号。所检测的地面信号包含电磁信号130的电场分量的特性，诸如电场的振幅和波长成分。接收器组件110从每个相应的天线对120接收地面信号。遥测系统100被配置成将由接收器组件110从天线对120接收的多个地面信号中的一个地面信号解码成钻井数据。部分地基于由各个天线对120检测的每个地面信号的比较特性来确定解码哪个地面信号。例如，如将在下文进一步详细描述的，仅解码由天线对120检测的具有优选信号特性的地面信号。
[0019]计算设备200可以驻留(host)可以发起期望的解码或信号处理的例如软件应用的一个或更多个应用，可以驻留指示所钻穿的地层的类型、液体的存在的测井参数，以及运行被配置成执行用于监视和控制钻井操作的各种方法的其他应用。
[0020]在此描述的钻井系统1、遥测系统100以及方法300(图3A、图3B)和方法400(图4)允许连续监视在钻井操作的过程中从遥测工具40发送的信号。虽然每个天线对120的信号特性在钻井进行到地层中时随着时间变化，但是遥测系统100可以通过至少出于解码的目的从具有差的信号特性的天线对切换至具有优选信号特性的天线对来对变化的信号发送情况“作出反应”。监视并在多个信号间切换的能力具有若干优点。例如，可以实时、同时监视来自多个天线对位置的信号质量。这允许钻井操作者基于钻井期间的情况来利用多个天线对位置中的具有最好的或优选的信号接收的天线对。实时监视和信号切换还提供了使差的信号接收最少的更大的灵活性，这提高了数据可靠性、更可靠的解码以及更少的解码错误。另外，在边缘(marginal)信号发送情况下，基于所检测的信号特性来监视、选择处理信号的能力可以导致与在类似的边缘发送情况下进行操作的传统系统相比更好的数据利用。下文将进一步详细描述其他优点。
[0021]本文所使用的遥测技术属于电磁(EM)遥测技术。遥测系统100可以被配置成产生、检测以及处理电磁场信号130。根据所图示的实施方式，遥测系统110被配置成允许接收和检测电磁场信号130的电场分量。另外，遥测系统100还可以被配置成允许接收和检测电磁场信号130的磁场分量。因此，遥测工具40可以被配置成产生电磁场信号130，以及放大电场分量，替选地或者另外还放大磁场分量。相应地，天线对120和接收器组件110可以被配置成接收，例如检测，电磁信号130的电场分量。替选地或者另外，天线对120和接收器组件110可以被配置成接收，例如检测，电磁信号130的磁场分量。
[0022]继续图1A和图1B，根据图示的实施方式，钻井系统I被配置成沿钻孔轴E在大地地层3中钻出钻孔2，使得钻孔轴E至少部分地沿垂直方向V延伸。垂直方向V指垂直于大地地层3的地面4的方向。应当理解的是，钻柱6可以被配置成定向钻井，由此钻孔2(因此轴E)的全部或一部分是沿水平方向H相对于垂直方向V在角度上偏移的。水平方向H至少基本上垂直于垂直方向V以与地面4对准或平行。本文所使用的术语“水平”和“垂直”与在钻井领域所理解的那样，并且是这样的近似。因此，水平反向H可以沿垂直于垂直方向V的任何方向扩展，例如北、东、南和西以及北、东、南和西之间的任何增量方向。此外，井下或井下位置指比钻柱6的顶端更接近于钻柱6的底端的位置。因此，井下方向90(图1B和图1C)指从地面4朝向钻孔2的底端(未编号)的方向，而井上方向指从钻孔2的底端朝向地面4的方向。井下方向和井上方向对于定向钻井操作可以是曲线的。因此，钻井方向或井身轨迹按照上文指出的任何特定地理方向部分地沿垂直方向V和水平方向H延伸。期望钻井方向指在大地地层3中将沿其来限定钻孔的方向。虽然示出了定向钻井配置，但是遥测系统100可以与垂直钻井操作一起使用并且在垂直钻井中是类似地有益的。
[0023]继续图1A至图1D，钻井系统I包括井架5，井架5支撑延伸通过并且形成钻孔的钻柱
6。钻柱6包括限定钻柱6和内部通道(未示出)的若干钻柱部件。钻柱部件包括一个或更多个短节(sub)、稳定器、钻管部分以及钻铤、井底组件(BHA)7和钻头14。钻柱6可以包括下文进一步详细描述的遥测工具40和一个或更多个传感器42。钻柱6沿中心纵轴32延长并且包括顶端8和沿中心纵轴32与顶端8间隔的底端10。位于地面附近并且围绕顶端8的是套管12。钻柱6的底端10包括钻头14。诸如顶驱或转盘的一个或更多个驱动器被配置成使钻柱6旋转以便控制钻头14的旋转速度(RPM)和钻头14上的扭矩。一个或更多个驱动器(未示出)可以使钻柱6和钻头14旋转以限定钻孔2。栗被配置成通过钻柱6中的内部通道(未示出)向下栗送流体(未示出)，流体例如钻井泥浆，从而以空气、泡沫(或充气泥浆)进行钻井。当钻井泥浆在钻头14处离开钻柱6时，返回的钻井泥浆通过钻柱6与大地地层3中的钻孔2的壁(未编号)之间形成的环形通道(未示出)向上朝地面4流动。可选地，可以将泥浆马达布置在钻柱6的井下位置处以使钻头14独立于钻柱6的旋转来进行旋转。
[0024]参照图2A，如上所指出的，钻井系统可以包括与遥测系统100电子通信的一个或更多个计算设备200。计算设备200被配置成接收、处理和存储各种钻井操作信息，诸如从上述井下传感器获得的方向、地层信息。任何合适的计算设备200可以被配置成驻留本文所述的用于监视、控制和钻井信息的软件应用。将理解的是，计算设备200可以包括任何合适的设备，其示例包括桌面计算设备、服务器计算设备或诸如笔记本电脑、平板或智能电话的便携式计算设备。在图2A中图示的示例性配置中，计算设备200包括处理部分202、存储器部分204、输入/输出部分206和用户接口(UI)部分208。要强调的是，计算设备200的框图描绘是示例性的而不意在表明特定实现方式和/或配置。处理部分202、存储器部分204、输入/输出部分206和用户接口部分208可以耦接在一起以允许其之间的通信。应当理解的是，可以将上述部件中的任何部件在一个或更多个单独的设备和/或位置分布。
[0025]在各个实施方式中，输入/输出部分206包括计算设备200的接收器、计算设备200的发送器(勿与下文所述的遥测工具40的部件混淆)或者用于有线连接的电子连接器或者其组合。输入/输出部分206能够接收和/或提供关于与诸如因特网等的网络的通信的信息。应当理解的是，也可以由计算设备200外部的一个或更多个设备来提供发送和接收功能。例如，输入/输出部分206可以与接收器组件110电子通信。
[0026]取决于处理器的确切配置和类型，存储器部分204可以为易失性的(诸如某些类型的RAM)、非易失性的(诸如R0M、闪存存等)或者其组合。计算设备200可以包括附加存储装置(例如，可移除存储装置和/或非可移除存储装置)，包括但不限于:磁带条(tape)、闪存、智能卡、CD-ROM、数字通用光盘(DVD)或其他光学存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储设备、通用串行总线(USB)兼容存储器或者可以用于存储信息并且可以被计算设备200访问的任何其他介质。
[0027]计算设备200可以包含用户接口部分208，用户接口部分208可以包括允许用户与计算设备200通信的输入设备和/或显示器(未示出输入设备和显示器)。用户接口 208可以包括提供经由例如按钮、软键、鼠标、语音驱动控制、触摸屏、计算设备200的移动、视觉提示(例如，在计算设备200上的摄像机前移动手)等来控制计算设备200的能力的输入端。用户接口208可以提供包括视觉信息的输出，诸如经由显示器213(未示出)的一个或更多个钻井参数的多个操作范围的视觉指示。其他输出可以包括音频信息(例如，经由扬声器)、机械地(例如，经由振动机构)或者其组合。在各个配置中，用户接口 208可以包括显示器、触摸屏、键盘、鼠标、加速度计、运动检测器、扬声器、麦克风、相机或其任何组合。用户接口 208可以还包括用于输入生物信息的任何合适设备以例如要求用于访问计算设备200的特定生物信息，其中，生物信息例如为指纹信息、视网膜信息、语音信息和/或面部特征信息等。
[0028]参照图2B，示出可以有助于监视钻井系统I的钻井操作的示例性的和合适的通信架构。这样的示例性架构可以包括一个或更多个计算设备200、210、220，计算设备200、210、220中每个可以经由公用通信网络240与数据库230和遥测系统100电子通信。虽然数据库230被示意性地表示为与计算设备200分离，但是其也可以是计算设备200的存储器部分204的部件。应当理解的是，可以设想若干合适的替代通信架构。一旦如上所述钻井控制和监视应用已经被安装在计算设备200上，则其可以在诸如因特网等的公用网络240上的其他计算设备之间传递信息。对于实例配置，用户24可以经由网络240向遥测工具40的提供者的计算设备210发送与一个或更多个钻井参数发送，或者引起至遥测工具40的提供者的计算设备210的关于一个或更多更钻井参数的经由网络240的信息的发送，或者替选地经由网络240向例如石油公司或石油服务公司的另一第三方的计算设备220发送，。第三方可以经由显示器来查看钻井数据。
[0029]图2B中所描绘的计算设备200和数据库230可以由例如钻井场地的装备操作者、钻井场地所有者、钻井公司和/或钻井系统部件的任何制造商或提供者或者诸如提供钻柱设计服务的第三方的其他服务提供者来全部或部分地操作。应当理解的是，上面阐述的各方中的每方和/或其他相关方可以操作任何数目的相应计算机并且可以使用包括例如广域网(WAN)(例如因特网)或局域网(LAN)的任何数目的网络来内部地或外部地通信。数据库230可以用于例如存储:与一个或更多个钻井参数有关的数据，来自先前钻井运转(run)、当前钻井运转的多个操作范围，与用于钻柱部件的模型、用于EM性能的模型有关的数据；以及来自钻井场地附近的先前的井的EM性能数据。这样的信息可以提供EM参数的指示，例如适合于给定的钻井操作的不同深度和地层处的频率和功率要求。此外，应当理解的是，本文使用的“访问”(access)或“访问”(accessing)可以包括检索本地计算设备的存储器部分中存储的信息，或者经由网络向远程计算设备发送指令以使信息被发送至本地计算设备的存储器部分以用于本地访问。另外或替选地，访问可以包括访问远程计算设备的存储器部分中存储的信息。
[0030]返回到图1A至图1C，虽然遥测工具40可以为LWD工具，但是遥测工具40有时在本文中被称为MWD工具。遥测工具40还可以被称为EM发送器。遥测工具40被安置在钻柱6的朝向钻头14的井下位置并且可以按照其不能被收回的方式安装至钻柱6，即固定架工具。替选地，遥测工具40的全部或一部分可以是从钻柱6可收回的，即可收回工具。各种安装方式是可能的。例如，遥测工具40可以悬挂在BHA 7的一个区间中，被称为“顶部安装” (top mount)配置，或者遥测工具40可以依靠在BHA 7的一区间上，被称为“底部安装”(bottom mount)。在两者中任一情况下，遥测工具40包含在BHA 7的一部分中。
[0031]转向图1C，遥测工具40被配置成向地面4发送钻井数据。在图示实施方式中，遥测工具40包括电极组件46、发送组件44和电源45。电极组件46和发送组件44电连接至电源45。遥测工具40包括电极绝缘体59，电极绝缘体59通常被称为电极间隙，位于电极组件46附接至发送组件44的位置处。下文将对遥测工具40的部件进一步详细描述。遥测工具40还电连接至一个或更多个传感器42和各个井下电路系统(未编号)。传感器42获得钻井数据并且遥测工具40经由电磁场信号130向地面发送钻井数据。此外，图1C中所图示的遥测工具40可以由取向探针48支撑，其中，取向探针48可以被称为刺(stinger)。取向探针48被配置成容纳于附接至钻柱6的内表面(未编号)的斜口管鞋(mule shoe)50中。安置在斜口管鞋50中的取向探针48例如相对于钻柱6朝向定向传感器，使得定向传感器可以获得和提供定向测量，例如工具面。取向探针48支撑钻柱6中的传感器42、电源45、发送组件44和电极组件46中的一个或更多个。
[0032]继续图1C，当将遥测工具40安装在钻柱6中或者BHA7的一部分中并且在钻井操作期间使用遥测工具40时，遥测工具40沿着并且利用间隙短节52延伸，其中，间隙短节52是钻柱6(或BHA 7)的部件。间隙短节52使钻柱的井上部分54与钻柱6的井下部分56电隔离。因此，间隙短节52位于井上部分54与井下部分56之间。间隙短节52可以包括上间隙短节部分53a和下间隙短节部分53b。在图1C中所图示的实施方式中，间隙短节52包括位于上间隙短节部分53a与下间隙短节部分53b之间的绝缘体55。虽然示出了单间隙短节52，但是间隙短节52可以包括一个或更多个间隙短节，例如双间隙短节。无论如何，可以使间隙短节部件的配合面绝缘。通常，使螺纹和肩状物(shoulder)绝缘，但是可以使用使钻柱6的部分34电隔离的任何装置。
[0033]电极组件46限定与钻柱6的电极连接58。在所图示实施方式中，电极组件46包括轴部件47a和弓形弹簧部件47b。弓形弹簧部件47b直接接触钻柱以限定与从绝缘体55靠井上的钻柱6的导电连接。替选地，电极组件46可以包括用于固定架工具的接触环组件(未示出)和轴部件47a。在这样的替选实施方式中，接触环限定电极轴47a与钻柱6之间的电连接。
[0034]相应地，遥测工具40限定与钻柱6的第一电或电极连接58。例如所图示的刺48的井下部件可以限定与钻柱6的第二电或接触连接60，其中，第二电或接触连接60与第一电连接58沿中心纵轴32间隔开。第二电连接60包括在沿井下方向90与绝缘体55间隔开的位置处与钻柱6的导电接触。如所图示的，刺48可以包括限定与斜口管鞋50和钻柱6的第二电连接60的导电元件。间隙短节52因此在第一电连接58和第二电连接60中的至少一部分之间延伸。电极连接58在本领域中通常被称为“间隙加” (gap plus)而接触连接60在本领域中通常被称为“间隙减” (gap minus)。
[0035]电源45向发送组件44、电极组件46和传感器42提供电流，其中，电源45可以是电池或涡轮交流发电机。电源45被配置成在I)由绝缘体55之上的与钻柱6接触的电极组件46限定的第一电连接58与2)位于间隙短节52以下的第二电连接60之间感应跨钻柱6的电荷或电压。当电源45向电极组件46提供电荷时，电极轴47a将电流传导至位于间隙短节52中的绝缘体55之上的第一电连接58。电极绝缘体59包括允许向电极轴47a传输电流的通道(未示出)。此外，电极绝缘体59被配置成阻止传输至电极轴47a的电流流回到发送组件44中。当电源45感应电荷时，电荷产生电磁场信号130。电场分量通过使电荷振荡而变为正或负，这产生或引起电磁场信号130以从遥测工具40辐射。
[0036]发送组件44从一个或更多个传感器42接收钻井数据并且将钻井数据编码到数据包中。发送组件44还包括电连接至调制器(未示出)的功率放大器(未示出)。调制器将数据包调制成由第一电连接58与第二电连接60之间跨遥测工具40感应的电压产生的电磁信号130。可以说，数据包以电磁场信号130方式来实现。功率放大器放大跨遥测工具40感应的电压。特别地，功率放大器(未不出)放大电磁信号130的电场分量使得信号130的电场分量可以穿过地层3传播至地面4并且被天线对120a、120b和120c中的一个或更多个接收。替选地，发送组件44可以根据需要被配置成放大电磁场信号130的磁场分量。如本文中所使用的，电磁场信号130可以指信号的电场分量或信号的磁场分量。
[0037]如上所述，遥测工具40可以连接至一个或更多个传感器42。一个或更多个传感器可以包括被配置成测量井身轨迹的方向和倾角以及钻柱中的工具的取向的方向传感器。传感器还可以包括例如伽玛传感器的地层传感器，例如振动传感器的电阻率以及钻井信息传感器，扭矩、钻压(WOB)、温度、压力，以及检测工具的操作健康状况的传感器。钻井数据可以包括:诸如磁方向、钻孔和工具面的倾角的方向数据;例如伽玛辐射、电阻率和其他测量的地层数据；以及钻井动态数据，包括但不限于井下压力、温度、振动数据、W0B、扭矩。此外，虽然BHA 7可以包括如上所述的一个或更多个传感器42，但是附加井下传感器可以被沿着钻柱6的任何部分安置以获得钻井数据。附加井下传感器可以与遥测工具40电子通信使得从附加井下传感器获得的钻井数据可以被发送至地面4。虽然遥测工具可以连接至沿钻柱6安置的一个或更多个传感器，但是一些传感器可以是工具40必需的。此外，传感器中的一个至全部传感器还可以根据需要电连接至泥浆脉冲遥测系统。
[0038]—个或更多个遥测系统100参数在钻井操作期间是可调节的。参数调节可以改善数据获取并且提供基于信号特性来监视和调节发送设置的附加灵活性。遥测工具40具有在2Hz与12Hz之间的操作频率，其中，操作频率在钻井操作期间是可调节的。应当理解的是，操作频率在一些实施方式中可以超过12Hz，或者在其他实施方式中小于1Hz。遥测工具40被配置成具有I至12位每秒(bps)的数据率。数据率可以达到或超过24bps。然而，诸如远高于12Hz的操作频率实例的较高的操作频率不会很好地传播穿过地层岩层并且数据率根据地层的特定地质情况和发送点的深度而稍稍被限制。无论如何，在钻井操作期间可以调节数据率。此外，遥测工具具有可以低至IW以及达到甚至超过50W的可调节的功率输出。另外，用户可以调节数据调查顺序、用于较高分辨率地层测井记录的数据密度、根据钻井操作的需要的测量顺序以及由调制设备114(下文进行讨论)采用的编码方法。调节前述参数中的任一参数的能力提供了用于在地面4接收并且监视信号接收的改善的系统灵活性。参数可调节性以及通过解码来自具有优选的信号接收特性的特定天线对102的信号的改进的信号接收，使得能够使用可以与较强的信号一起使用的较高的数据率。因此，遥测系统100可以向钻井操作者实时提供更多的测量、用于特定测量的更多的数据点或者测量的最优组合。井下状况的最优实时测量使得钻井操作者能够有效地执行即将发生的钻井操作。另外，通过不断地切换和选择优选信号，可以时时钻得更深并且仍在地面接收到可用的信号。最后，利用优选的信号使得能够以较低的功率水平进行发送，从而减小电池的消耗，通常电池的消耗为系统的最高的操作成本。本段落中讨论的任何参数均为示例性。由APS技术有限公司提供的SureShot EM MffD系统作为在遥测系统100中采用的遥测工具的类型的示例。
[0039]参照图1B、图1D和图2A，遥测系统100包括接收器组件110和多个天线接收对120a、120b和120c，其中，天线接收对120a、120b和120c中的每个天线接收对通过相应的有线和/或无线连接电连接至接收器组件110。虽然图示了三个天线对120a、120b和120c。可以使用至少两个天线对120，直到四个天线对120或更多。在所描述的实施方式中，多个天线对包括安置在地面4上的第一位置A处的第一天线对120a、安置在地面4上的不同于第一位置的第二位置B处的第二天线对以及安置在地面上的不同于第一位置A和第二位置B的第三位置C处的第三天线对120c。第一位置A、第二位置B和第三位置C被示为沿着预期的钻井方向沿着地面4被安置。另外，如下文详细描述的，第一位置A、第二位置B和第三位置C可以与钻孔2中的遥测工具40的位置相关联或通信。在所图示的实施方式中，与第二位置B和第三位置C相比，第一天线对120a被安置为更接近支撑结构5。在操作期间，操作者可以基于预期钻井方向预先选择第一位置A、第二位置B和第三位置C中的一个。遥测系统可以在钻井前进通过大地地层3时消除或限制移动天线对的需要和所产生的数据损失。然而，如果需要，也可以重新安置天线对。在一些情况下，障碍和噪声源可能使将天线对中的一个或更多个安置得离开井身轨迹成为必要并且遥测系统100即使在多个天线对120未被沿着期望的井身路径进行安置时仍是有利的。另外，对于垂直钻井操作，天线对120可以围绕井架5间隔开。例如，天线对可以沿多个方向安置在与井架5近似等间隔距离处(未示出)。例如，虽然在附图中未绘出，但是可以将第一天线对120安置在井架5的北边预定距离处，可以将另一天线对安置在井架5的东边，可以将第三天线对120安置在井架5的南边，以及可以将第四天线对安置在井架5的西边。地理方向是示例性的并且用于说明性目的。
[0040]转向图1D，每个天线对120包括第一接收器粧122和第二接收器粧124。接收器粧122和接收器粧124可以是任何导电元件。在所图示实施方式中，接收器粧122和接收器粧124分别包括端子132和端子134。如下文所讨论的，线126和线128将接收器粧122和接收器粧124连接至接收器组件110，并且连接至接收器组件110中的特定的相应接收器。虽然示出线126和线128，但是天线对可以被配置成向接收器组件110无线地发送信号。一对端子132和端子134接收或检测第一信号130a作为电压或地面信号。地面信号然后被接收器组件110接收。在所图示实施方式中，第一EM场信号130a从钻孔2中的第一井下位置140A处的遥测工具40A被发送穿过地层岩层66和地层岩层68至沿地层的地面4安置在位置A处的第一天线对120a。由天线对120a检测的电压信号为第一地面信号。因此，第二天线对120a可以检测电场信号作为第二地面信号。第三天线对120c可以检测电场信号作为第三地面信号。优选地，每个天线对120是在钻井遥测中使用的常规天线对。应当注意的是，天线对120可以通过除了所图示的一对接收器粧122和接收器粧124以外的其他配置来限定。如上所述，天线对120可以通过任何两个导电部件来限定。例如，天线对120可以包括单个接收器粧122以及套管12(图1B)或防喷器(Β0Ρ)(未示出)。即，接收器组件110可以经由第一有线连接而连接至第一接收器粧122并且经由第二有线连接而连接至套管12。在这样的实施方式中，套管12变为接收元件，使得套管12和接收器粧122限定天线对120。此外，天线对可以包括套管12和任何其他导电部件。
[0041 ] 返回到图1B和图2A，接收器组件110从相应天线对120a、120b和120c接收相应的第一地面信号、第二地面信号和第三地面信号。接收器组件110因此包括多个接收器。可以将接收器组件110中的每个接收器称为放大器112。因此，接收器组件110可以至少两个放大器112，直到与存在的天线对120—样多。接收器组件110可以包括一个或更多个解调设备114。放大器112可以是用于检测由天线对120接收的微小电压并且将电压增大至可用水平的功率放大器。在可用水平，可以在后面的信号处理中将地面信号与背景电压或噪声分开。解调设备114与计算设备200电子通信。应当理解的是，计算设备200的一部分可以包含在接收器组件110中，诸如处理。在操作中，如上所述，每个天线对120a至120c检测由遥测工具40传播的EM信号130的电场分量作为跨终端132和终端134的电势的变化。跨接收器粧122的终端132和接收器粧124的终端134的电势指本文所使用的地面信号。相应的放大器112检测地面信号并且增大从其相应的天线对120接收的地面信号的振幅。接收器组件110因此可以监视或检测来自每个天线对120的地面信号。例如，如果存在四个分立天线对120，则四个放大器112检测天线对120的每个相应地面信号。以该方式，遥测系统100可以在钻井操作进行时实时地同时监视多个地面信号。此时，计算设备200可以使放大的地面信号经由用户接口显示在例如计算机显示器(未示出)上。
[0042]解调设备114可以解码由地面信号携带的数据包。在一个实施方式中，解调设备114和处理器(计算设备200中可以将地面信号首先解调成二进制数据。然后，二进制数据被发送至计算设备200的处理部分。二进制数据然后被进一步处理成钻井信息，该钻井信息然后被存储于计算机存储器中以供例如振动分析操作、录井显示应用等的其他软件应用的访问。替选地，接收器组件110中的解调设备114和处理器可以将信号解码成二进制数据并且将二进制数据处理成钻井信息或数据。因此，应当理解的是，接收器组件110可以被配置成检测、放大和解码具有优选特性的地面信号。替选地，接收器组件110可以被配置成检测和放大每个地面信号，然后将放大的地面信号发送至计算设备200(在接收器组件110的外部)以进行解码。在这样的实施方式中，计算设备200经由处理部分执行存储在计算机存储器上的指令以仅解码放大的信号中的具有优选信号特性的一个放大信号。解码可以如上所讨论的自动发生，或者响应于来自钻井操作者的要这样做的命令而发生。在所图示实施方式中，解调设备114和/或处理器(未示出)仅解码多个地面信号中的基于由天线对120a、120b和120检测的EM信号130的电场分量的特性的确定的地面信号。
[0043]因此，虽然遥测系统100有助于监视指示由多个相应天线对120检测的EM信号130的电场分量的多个信号，但是遥测系统100仅将由接收器组件110接收的多个地面信号中的一个地面信号解码成钻井数据。这样的系统产生同时来自多个位置的实时观察信号品质。此外，如上所述，遥测系统100可以允许钻井操作者利用多个天线对位置中检测的最佳或优选品质的信号。此外，对多个信号的监视以及调节一个或更多个遥测参数的能力允许钻井操作者在给定井身轨迹、地层特性和噪声的情况下定制发送需要、频率、功率输入以满足数据获取要求。例如，可以降低功率输入以减小储备电力资源。节约电力可以更有效地利用电源，这允许钻井操作者完成钻头运转并且避免用于替换电源的离开孔的昂贵行程(trip)。
[0044]在钻井操作开始时，遥测工具40A和钻头14A在钻井操作的第一时段期间位于钻孔2中的第一井下位置140A处。第一井下位置140A可以与地面4上的天线对102a的第一位置A相关联。遥测工具40生成电磁场130a(具有在其中编码的数据包)并且朝向地面穿过地层岩层66和地层岩层68 AM信号130的电场分量由第一天线对120a来接收，例如被检测。电磁信号130a可以被称为第一EM场信号130a 信号130a的电场分量也可以由第二天线对120b来检测，虽然由第二天线对120b检测的信号特性相比于由第一天线对120a检测的电场信号是次优选的。应当理解的是，并不要求在钻井操作期间遥测工具40的井下位置沿垂直方向V在位置A的正下方。在第一 EM场信号130a行进通过地层3时，地层岩层以及来自井架5、马达、金属部件、地下公用事业传输线的噪声影响电场分量并且减小地面4处可检测的信号。地层岩层可以在不同程度上对于信号发送是有利的或不利的。随着井前进，其可以穿过对于信号发送和接收具有不同的有利程度的地层岩层或者在该地层岩层之下通过。该不断变化的环境可能要求对天线的位置(在常规系统中)和操作参数的频繁调节。此外，背景电噪声可能随着地面活动而变化不定。以下是有益的:能够经由天线对120从多个位置实时观察信号品质并且以及时的方式为了最佳的信号质量在多个天线对位置切换。
[0045]随着钻井进行，钻孔2的取向从较垂直方向V改变成较水平方向H。因此，在钻井操作的第一时段之后的钻井操作的第二时段期间，遥测工具40可以生成从位于钻孔2中的第二井下位置140B处的遥测工具40辐射的第二 EM场信号130b，其中，第二井下位置140B相对于第一井下位置140A更靠井下。当遥测工具40处于第二井下位置140B时，第二EM场信号130b朝向地面4行进穿过地层岩层62、64、66和68。第二 EM场信号130b由天线对120b和天线对120c来检测。因此，与井下位置140A相比，井下位置140B位于距离地面4更大深度的位置处。如上所述，电磁信号130b随着电磁130b从遥测工具40辐射并且行进至地面4而衰减。
[0046]随着电磁场信号130b接近地面4，噪声和地层岩层影响电磁信号并且削弱天线对120a、120b和/或120c处可检测的信号。取决于天线对相对于钻孔2中的遥测工具40的位置，例如，天线对120b可以接收并且检测到具有与由天线对120c检测到的信号130b的电场分量的信噪比相比的较低(较差)的信噪比的信号130b的电场分量，这是因为在120c处信号130b穿过不利岩层68的较薄的部分。在操作中，因为经由计算机显示器显示每个相应天线对120a、120b和120c的指示第二EM信号130b的电场分量的地面信号，所以钻井操作者具有对在每个天线对处检测的电场信号的相对强度的实时可见指示。操作者可以使计算设备200经由解调设备114来仅对具有优选信号特性的地面信号进行解码。替选地，运行存储于存储部分上的软件的计算设备200使处理器确定从每个天线对120a、120b和120c接收的每个信号的信号特性。基于优选信号特性，计算设备200使解调设备114将具有优选信号特性的地面信号自动解码成钻井数据，该钻井数据可以与一个或更多个软件应用一起使用以监视和控制钻井操作。
[0047]不论天线对中的一个或更多个天线对检测到第一EM场信号130a还是第二 EM场信号130b，由第一天线对和第二天线对检测到的电场信号均具有相应的第一信号特性和第二信号特性。本文所描述的系统、装置和方法可以识别由相应的第一天线对和第二天线对检测到的电场信号的第一信号特性和第二信号特性中哪一个为优选信号特性。因此，如下文进一步详细描述的，仅对由天线对120a、120b、120c中的检测到具有优选信号特性的电场信号的仅一个天线对检测或监视的地面信号进行解码。
[0048]参照图3A和图3B，示出用于经由遥测系统100和EM遥测工具40监视和控制钻井操作的示例性方法300。根据图3A和图3B中所图示的方法300的实施方式，该方法包括:基于一个或更多个优选信号特性来监视和检测由每个天线对120检测的地面信号。因此，方法300考虑基于信噪比来监视EM信号130的电场分量。其他信号特性包括但不限于频率差异(variance)、谐波的存在和频率稳定性以及其它同样可以使用。在步骤304中，开始钻井。例如，操作者使马达旋转钻柱6并且在钻柱6中引发泥浆流，泥浆流使钻头14旋转。随着钻头14旋转，钻柱6沿井下方向前进。在步骤308中，遥测工具40经由一个或更多个传感器42获得钻井数据。在步骤312中，遥测工具40经由电磁场信号130向地面4发送钻井数据。如上所述，遥测工具40经由发送组件44对信号中的钻井数据进行调制。发送组件144被配置成执行钻井数据的调制。所选择的调制应当考虑到带宽效率、噪声误差性能、调制效率和能耗要求。像正交相移键控(QPSK)、二进制相移键控(BPSK)和频移键控(FSK)那样的调制类型可以是钻井操作中的合适的EM遥测。可以根据需要使用其他调制方法。
[0049]在步骤316中，多个天线对120a至120c中的一个或更多直到全部天线对检测信号130。天线对120将信号检测为指示波形的交流电压。波形包含编码到井下信号130中的数据包。由天线对120检测到的电压如上所述被称为地面信号。进而，在步骤320中，接收器组件110从每个相应的天线对120a、120b或120c接收地面信号。如上所述，可以使用多于三个天线对120。过程控制然后转移至步骤324(图3B)，由此，过程确定由每个天线对120检测到的地面信号的特性。在确定了信号特性的情况下，过程控制可以转移至步骤348。在步骤348中，每个天线对的信号特性被发送至计算设备200。替选地，计算设备200可以访问所确定的信号特性。过程控制然后转移至步骤352。在步骤352中，计算设备200经由计算机显示器上的图形用户接口产生信号特性的显示。在步骤356中，用户可以产生由具有优选信号特性的天线对检测到的信号的选择，然后过程控制转移至步骤332。
[0050]返回步骤324，过程控制也可以转移至步骤328，由此处理器确定自动信号选择是否已经被超控(override)。例如，用户可能想要选择应当对哪个地面信号进行解码。处理器确定操作者是否已经I)手动选择了具有优选信号特性的地面信号或者2)指示不需要自动信号选择。如果存在自动信号超控，则过程控制转移至上述步骤356 ο如果已经不存在自动信号超控，则过程控制转移至步骤332。
[0051]在步骤332中，将所选的具有优选信号特性的地面信号解码成钻井数据。处理器可以使解调设备114对从已经检测到具有优选信号特性的信号的天线对接收的地面信号进行解码。例如，如果来自天线对120b的地面信号具有与从天线对120c接收的地面信号相比优选的信号特性，则解调设备114将对从天线对120c接收的地面信号进行解码。如上所述，解码可以包括两个阶段:I)将数据包处理成二进制数据；以及2)将二进制数据处理成钻井信息。两个解码阶段中的任一解码阶段或两个解码阶段可以经由安置在接收器组件110中的处理器来执行。替选地，两个解码阶段中的任一解码阶段或两个解码阶段可以经由安置在计算设备200中的处理器来执行。
[0052]在步骤336中，处理器将连续地确定在时间段(t)哪个地面信号具有优选的信号特性。时间段(t)可以非常短。随着钻柱6前进穿过地层3，天线对120b接收具有优选信号特性的地面信号。然而，随着时间的推移，天线对120c检测到与从天线对120b检测到的信号相比具有优选信号特性的信号130。因此，如果所选地面信号是具有优选信号特性的地面信号，则过程控制转移至步骤340。如果所选地面信号不再是具有优选信号特性的地面信号，则过程控制转移至步骤323。
[0053]在步骤340中，将已解码信号发送至计算设备200或其一部分。在步骤344中，计算设备200经由其上驻留的一个或多个应用根据已解码钻井数据来确定钻井操作信息。
[0054]参照图4，图示了用于监视和控制钻井操作的方法的替代实施方式。根据图4中所图示的方法400的实施方式，方法400包括监视并且解码由每个天线对120检测到的具有最高信噪比的地面信号。因此，方法400考虑以基于信噪比来监视电磁信号130为基础以确定解码哪个信号。类似于图3A和图2B中所示的并且在上面描述的方法300，方法400包括开始钻井(未示出)并且从一个或更多个传感器42获得钻井数据。此外，步骤404至步骤412类似于上述方法300。在步骤404中，遥测工具40经由电磁场信号130向地面4发送钻井数据。在步骤408中，多个天线对120中的每个天线对接收信号。在步骤412中，接收器组件110从每个天线对120接收地面信号。
[0055]根据替代实施方式，在步骤424中，过程确定从天线对120接收的每个信号的信噪比。在步骤432中，选择来自检测到具有最高信噪比的信号130的天线对的地面信号。用户可以选择具有最高信噪比的信号，或者处理器可以自动选择具有最高信噪比的信号。例如，方法400还可以包括类似于上文所讨论的步骤328的手动超控检测步骤。在步骤436中，解码所选的地面信号。处理器可以使解调设备114对从接收到具有最高信噪比的信号的天线对接收的地面信号进行解码。在步骤440中，向计算设备200发送已解码信号或者将已解码信号包括在接收器组件110中的处理器。在步骤440中，计算设备200根据上文所讨论的已解码钻井数据来确定钻井操作信息。方法400还可以包括经由显示器(未示出)显示每个地面信号的步骤。
[0056]根据本公开内容的另一实施方式，遥测系统100可以被配置成将来自地面4的信息下行链路至诸如遥测工具40的位于井下的工具。在被配置成将数据下行链路至遥测工具40时，下行链路遥测系统100(未示出)可以包括类似于上述实施方式的接收器组件510(未示出)和多个天线对520(未示出)。然而，根据替代实施方式，接收器组件110可以安置在井下工具遥测工具40中或者某其他的工具或钻柱部件中。此外，可以将多个天线对520沿着钻柱6进行安置。在地面4，下行链路遥测系统100可以包括发射器544(未示出)。例如，发射器544可以包括在接收器组件110中或者可以为分立单元。发射器被配置成将从诸如传感器或计算设备的源接收的数据编码成传播到地层中的电磁场信号。接收器组件210和多个天线对520将以与上面描述的接收器组件110和多个天线对520类似的方式运行。
【主权项】
1.一种用于监视钻井系统的钻井操作的方法，所述钻井系统具有被配置成在所述钻井操作期间在大地地层中形成钻孔的钻柱，所述方法包括以下步骤: 经由安置在所述大地地层的地面上的第一天线对接收信号，其中，所述信号由遥测工具在所述钻井操作期间发送，所述遥测工具由所述钻柱支持并且位于所述钻孔的井下端处，由所述第一天线对接收的所述信号具有第一信号特性； 经由安置在所述地面上与所述第一天线对的位置不同的不同位置处的第二天线对接收所述信号，其中，由所述第二天线对接收的所述信号具有第二信号特性； 识别由相应的所述第一天线对和所述第二天线对接收的所述信号的所述第一信号特性和所述第二信号特性中哪一个为优选信号特性；以及 对由所述第一天线对和所述第二天线对中的已经接收到具有所述优选信号特性的所述信号的一个天线对所接收的所述信号进行解码。2.根据权利要求1所述的方法，还包括经由接收器组件从相应的所述第一天线对和所述第二天线对接收第一地面信号和第二地面信号，其中，所述第一地面信号指示所述第一信号特性并且所述第二地面信号指示所述第二信号特性。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述接收器组件包括第一接收器和第二接收器，所述第一接收器与所述第一天线对电子通信并且所述第二接收器与所述第二天线对电子通信，其中，所述方法包括以下步骤:经由所述第一接收器接收所述第一地面信号以及经由所述第二接收器接收所述第二地面信号。4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤:经由计算设备上运行的用户接口选择从所述第一天线对和所述第二天线对中的一个天线对接收的具有所述优选信号特性的所述信号，使得所选择的信号在所述解码步骤中被解码。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述解码步骤包括:自动解码由所述第一天线对和所述第二天线对中的已经接收到具有所述优选信号特性的所述信号的一个天线对接收的所述信号。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一信号特性和所述第二信号特性包括由相应的天线对接收的所述信号的强度。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述信号的强度为信噪比，其中，所述解码步骤还包括解码由所述第一天线对和所述第二天线对中的已经接收到具有最高信噪比的所述信号的一个天线对接收的所述信号。8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤:经由所述钻柱携带的一个或更多个传感器获得钻井数据；以及经由所述信号向所述地面发送所述钻井数据。9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述接收器组件包括处理器，其中，所述解码步骤由所述接收器组件的所述处理器来执行。10.根据权利要求2所述的方法，其中，计算设备包括处理器，其中，所述解码步骤由所述计算设备的所述处理器来执行。11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述接收器组件包括第一处理器，并且所述解码步骤由所述接收器组件的所述第一处理器和计算设备的第二处理器来执行。12.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤:确定所述第一天线对和所述第二天线对中的另一天线对已经接收到具有所述优选信号特性的所述信号；以及使由所述第一天线对和所述第二天线对中的所述另一天线对接收的所述信号被解码。13.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤:响应于所述识别步骤而调节一个或更多个遥测参数，其中，所述一个或更多个遥测参数包括功率输入、频率、数据率和调制方法。14.根据权利要求1所述的方法，还包括: 经由安置在所述地面上与所述第一天线对和所述第二天线对不同的另一不同位置处的第三天线对接收所述信号，其中，所述第一天线对、所述第二天线对和所述第三天线对在所述地面上相对于彼此间隔开，由所述第三天线对接收的所述信号具有第三信号特性；以及 对由相应的所述第一天线对、所述第二天线对和所述第三天线对中的已经接收到具有所述优选信号特性的所述信号的一个天线对所接收的所述信号进行解码。15.—种用于监视钻井系统的钻井操作的方法，所述钻井系统具有被配置成在所述钻井操作期间在大地地层中形成钻孔的钻柱，所述方法包括以下步骤: 在所述钻井操作的第一时段期间从所述钻孔中的第一井下位置处的遥测工具发送信号； 经由至少两个天线对接收所述信号，其中，所述至少两个天线对相对于彼此以及相对于所述钻孔间隔开； 在所述钻井操作的所述第一时段期间从接收到所述信号的所述至少两个天线对中的每个接收地面信号；以及 对来自所述至少两个天线对中的接收到具有优选信号特性的所述信号的一个天线对的所述地面信号进行解码。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少两个天线对为第一组天线对和第二组天线对，所述信号为第一信号，所述方法还包括以下步骤: 在所述钻井操作的所述第一时段之后的所述钻井操作的第二时段期间，从所述钻孔中的第二井下位置处的所述遥测工具发送第二信号，其中，所述第二井下位置相对于所述第一井下位置更靠井下； 经由与在所述第一时段期间接收到所述第一信号的所述第一组天线对不同的所述第二组天线对接收所述第二信号； 在所述钻井操作的所述第二时段期间从接收到所述第二信号的所述第二组天线对接收第二地面信号；以及 对来自第二组天线对中的接收到具有第二优选信号特性的信号的一个天线对的所述第二地面信号进行解码。17.根据权利要求15所述的方法，其中，从所述至少两个天线对接收的每个地面信号由接收器组件的相应的至少两个接收器来接收。18.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤:选择从所述至少两个天线中的一个天线对接收的具有所述优选信号特性的所述信号；以及使由所述至少两个天线对中的所述一个天线对接收的具有所述优选信号特性的所述信号被解码。19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述优选信号特性为具有最高信噪比的所述地面信号。20.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤:经由所述钻柱携带的一个或更多个传感器获得钻井数据；以及经由所述信号向所述至少两个天线对发送所述钻井数据。21.根据权利要求15所述的方法，还包括经由显示器来显示由所述至少两个天线对中的每个天线对接收的所述信号。22.—种用于钻井操作的遥测系统，其包括被配置成在大地地层中形成钻孔的钻柱，所述系统包括: 多个天线对，每个所述天线对被配置成接收由所述钻孔中的井下位置处的遥测工具在所述钻井操作期间发送的信号； 接收器组件，所述接收器组件被配置成与所述多个天线对中的每个天线对的电子连接，所述接收器组件被配置成在所述接收器组件电子地连接至所述多个天线对时从相应的所述多个天线对中的每个天线对接收多个地面信号，其中，每个地面信号指示由相应的所述多个天线对接收的所述信号的特性；以及 计算机处理器，所述计算机处理器被配置成与所述接收器组件的电子通信，所述计算机处理器被配置成确定所述多个地面信号中哪个具有优选信号特性，以及响应于具有所述优选信号特性的所述地面信号的确定而对由所述多个天线对中的接收到具有所述优选信号特性的所述信号的一个天线对接收的所述地面信号进行解码。23.根据权利要求22所述的系统，还包括所述遥测工具。24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述遥测工具为随钻测量(MWD)工具或随钻测井(LWD)工具。25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述计算机处理器被配置成自动解码从已经接收到具有所述优选信号特性的所述信号的所述多个天线对接收的所述多个地面信号中的一个地面信号。26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述优选信号特性为信噪比，其中，所述计算机处理器被配置成自动解码由所述多个天线对中的已经接收到具有最高信噪比的所述信号的一个天线对接收的所述地面信号。27.根据权利要求22所述的系统，其中，所述接收器组件包括针对所述多个天线对中的每个天线对的多个接收器，其中，每个接收器被配置成与相应的天线对电子通信。28.根据权利要求22所述的系统，其中，所述接收器组件包括所述计算机处理器。29.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个天线对被配置成接收所述信号的电场分量和所述信号的磁场分量中的至少一个。30.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个接收器组件被配置成接收所述信号的电场分量和所述信号的磁场分量中的至少一个。31.—种用于在大地地层中钻出钻孔的钻井系统，所述钻井系统包括安置在所述大地地层的地面上的支持构件，所述钻井系统包括: 钻柱，所述钻柱由所述支持构件携带并且被配置成旋转以沿钻井方向限定所述钻孔，所述钻柱具有安置在所述钻柱的井下端处的钻头以及由所述钻柱携带的一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器被配置成获得钻井数据，所述钻柱包括沿离开所述钻头的井上方向安置的遥测工具，所述遥测工具被配置成经由信号发送由所述一个或更多个传感器获得的所述钻井数据； 第一天线对，所述第一天线对被配置成接收所述信号； 第二天线对，所述第二天线对被配置成接收所述信号； 接收器组件，所述接收器组件电子地连接至所述第一天线对和所述第二天线对，所述接收器组件被配置成从所述第一天线对和所述第二天线对中的每个天线对接收地面信号，所述地面信号指示由每个天线对接收到的所述信号；以及 至少一个计算机处理器，所述至少一个计算机处理器被配置成基于从所述第一天线对和所述第二天线对中的每个天线对获得的所述地面信号的一个或更多个优选特性来对由所述接收器组件接收的所述地面信号中的一个地面信号进行解码，所述地面信号指示由每个相应的天线对接收的所述信号。32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述至少一个计算机处理器被配置成自动解码从所述第一天线对和所述第二天线对中的已经接收到具有所述一个或更多个优选信号特性的所述信号的一个天线对接收的所述地面信号中的中的一个地面信号。33.根据权利要求31所述的系统，其中，所述一个或更多个优选信号特性为信噪比，其中，所述至少一个计算机处理器被配置成自动解码由所述第一天线对和所述第二天线对中的已经接收到具有最高信噪比的所述信号的一个天线对接收的所述一个地面信号。34.根据权利要求31所述的系统，还包括第三天线对，所述第三天线对被配置成与所述接收器组件电连接，其中，所述第一天线对、所述第二天线对和所述第三天线对在所述地面上相对于彼此以及相对于所述钻孔间隔开。35.根据权利要求31所述的系统，其中，所述至少一个计算机处理器被配置成:确定所述第一地面信号和所述第二地面信号中的地面信号是否具有所述一个或更多个优选信号特性，以及响应于具有所述优选信号特性的所述地面信号的确定而对由所述第一天线对和所述第二天线对中的接收到具有所述一个或更多个优选信号特性的所述信号的一个天线对所接收的所述地面信号进行解码。36.根据权利要求33所述的系统，其中，所述遥测工具为随钻测量(MWD)工具或随钻测井(LWD)工具。37.—种用于监视钻井系统的钻井操作的方法，所述钻井系统具有被配置成在所述钻井操作期间在大地地层中形成钻孔的钻柱，所述方法包括以下步骤: 经由沿钻柱安置的第一天线对接收信号，其中，所述信号从所述地面被发送，由所述第一天线对接收的所述信号具有第一信号特性； 经由在与所述第一天线对的位置不同的不同位置处沿所述钻柱安置的第二天线对接收所述信号，其中，由所述第二天线对接收的所述信号具有第二信号特性； 识别由相应的所述第一天线对和所述第二天线对接收的所述信号的所述第一信号特性和所述第二信号特性中哪一个为优选信号特性；以及 对由所述第一天线对和所述第二天线对中的已经接收到具有所述优选信号特性的所述信号的一个天线对所接收的所述信号进行解码。
【文档编号】E21B47/13GK106030034SQ201480072458
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年11月21日
【发明人】安德鲁·罗伯茨
【申请人】Aps科技公司