伽马探针健康检测组合件的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2014年2月6日提交的美国非临时专利申请序列号14/174,700的部 分延续，其全部内容在此引用作为参考。本申请进一步要求2013年6月14日提交的美 国临时专利申请序列号61/835, 188、2013年10月3日提交的美国临时专利申请序列号 61/886, 509和2014年4月7日提交的美国临时专利申请序列号61/976, 347的利益，各自 的全部内容都在此引用作为参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及井下辐射测量组合件。
【背景技术】
[0004] 井下辐射测量组合件已经在钻井作业中使用了一段时间。在井下钻进中用于识别 地下岩层以及定制钻具组合和钻进方法以适应具体地层。这能够用在例如钻头已经被配置 为对具体类型的岩层有效以及岩层的特征随着井眼在地面下延伸得更深而改变时。因此它 可用于在井场识别不同钻进深度出现的岩层。井下辐射测量组合件测量由井下岩层发出的 自然发生的低水平辐射。不同类型的岩层能够发出不同量的辐射或者具有其他不同特征的 辐射，并且如果准确地测量，便能够识别不同深度的岩层类型。辐射测量组合件往往部署在 井下并且在井中的不同深度进行多次测量。传感器测量结果然后能够被传送到井上并处理 以确定在具体井位的不同深度出现的岩层的具体类型。在安装过程期间、在进行辐射测量 时、在停留井下时以及在取回期间，辐射测量组合件都可能经历苛刻的振动和温度以及其 他环境条件。随着时间推移，已经见到钻井作业钻进到更大的深度，使辐射测量组合件经历 更加苛刻的环境。此外，许多辐射测量传感器可能特别敏感，应对振动、苛刻温度和其他环 境因素时发生故障。对于井下辐射测量组合件所用的辐射测量传感器，振动因素可能特别 成问题。这可能部分由于辐射测量组合件的结构和灵敏组件。这些因素和其他因素持续产 生对更高级而可靠的井下辐射测量组合件的需要。
[0005] 辐射测量组合件通常与随钻测量工具一起部署。随钻测量工具的目的是采集多种 基于传感器的测量结果并且便于将测量结果传送到地面。随钻测量工具能够与测量多种井 下条件的传感器一起部署，比如温度、流量数据、钻柱旋转、位置信息、辐射读数或其他有用 的井下条件。与随钻测量工具并排或作为其一部分部署的传感器将往往被配置为与是井下 部署的随钻测量工具装置的一部分的微控制器或微处理器传送数据。使用标准的协议可以 进行这种传输，在随钻测量工具与多个传感器之间的总线连接上传送。随钻测量工具然后 能够将数据从传感器向井上传送到远程计算机或数据记录装备。随钻测量工具能够由电缆 部署或者与钻柱结合，并且能够包括远程电力供应或者通过井下的电缆接收电力。常见的 是部署与井下随钻测量工具相连的辐射探针在不同深度进行辐射测量。随钻测量工具能够 被配置为接收伽马探针数据，例如它的形式可以为脉冲串，然后处理数据并传送到地面的 远程计算机。
[0006] 可能期望辐射测量组合件对井下出现的振动、苛刻温度和其他环境因素具有更大 的顺应力。另外，可能期望提供井下安装的辐射测量组合件的各故障之间延长的平均时间。 这会允许钻进时间更多、测量时间延长以及辐射测量组合件的安装、取回和服务所花费的 时间缩短。可能期望降低由于对恶劣井下环境尤其敏感的辐射测量传感器的故障而维护辐 射测量组合件的时间。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了改进的伽马探针健康检测组合件，包括改进的伽马故障检测预测算 法和方法。辐射测量由为所述改进的伽马探针健康检测组合件的一部分的一个或多个伽马 传感器进行。当所述一个或多个伽马传感器检测到辐射时，它们将若干脉冲传送到微控制 器，它解释并检验测量结果。测量结果能够被记录、传送到井上或兼而有之。在某实施例中， 所述微控制器将测量结果写入井下的存储器，存储器内容后来在地面或井场外（offsite) 从工具取回。测量结果一旦被发送或在井上取回，然后就能够进一步处理并传送以确定和 显示井下地层的成分。伽马控制器组合件包括一个或多个伽马传感器、一个或多个微控制 器、存储由所述伽马控制器组合件运行的程序的存储器和输入/输出端口以及其他组件。 也能够可选地配置附加存储器用于记录伽马传感器读数。来自包括多个伽马传感器的实施 例的伽马传感器数据能够由所述微控制器选择或平均并存储到存储器或作为独立记录的 数值存储到存储器。所述传感器数据然后能够被发送到井上另一个基于微控制器或计算机 的系统，它然后能够进一步处理、传送和显示所述数据。所述伽马控制器组合件能够被配置 为运行伽马探针健康检测算法，它检测一个或多个伽马传感器是否显现出故障，如果已经 发生了明显的故障，所述装置能够被配置为仅仅将来自功能正确的传感器的数据传送到井 上。在另一个实施例中，伽马控制器组合件能够发送全部传感器数据到井上并且传达什么 数据可信什么数据不可信。伽马传感器数据一旦到达井上，然后就能够进一步传送到另一 个基于微控制器或计算机的系统进行其他评估、处理、存储或显示。
【附图说明】
[0008] 连同附图参考以下【具体实施方式】时，由于一个或多个示范实施例及其修改的多个 方面和附带优点变得更好理解，所以将变得更容易认识到，其中：
[0009] 图1描绘了伽马探针健康检测组合件，也称为多伽马控制器组合件的实施例框 图；
[0010] 图2描绘了图1中多伽马控制器组合件的示意表达；
[0011] 图3描绘了图1中多伽马控制器组合件的示意表达；
[0012] 图4描绘了图1中多伽马控制器组合件的侧视图；
[0013] 图5描绘了图1中多伽马控制器组合件的侧面透视图；
[0014] 图6描绘了图1中多伽马控制器组合件的侧视图；
[0015] 图7描绘了图1中多伽马控制器组合件在井眼内的侧面透视图；
[0016] 图8描绘了图1中多伽马控制器组合件的底座实施例的侧面透视图；
[0017] 图9描绘了图1中多伽马控制器组合件的电路板实施例的侧面透视图；
[0018] 图10描绘了图1中多伽马控制器组合件的跨接构件实施例的侧面透视图；
[0019] 图11描绘了具有仅仅单一伽马传感器的随钻测量工具的框图；
[0020] 图12描绘了具有图1中多伽马控制器组合件的随钻测量工具的框图；
[0021] 图13A描绘了图1中多伽马控制器组合件的剔出（kickout)算法的流程图的第 一部分，而图13B描绘了第二部分；
[0022] 图13B描绘了图1中多伽马控制器组合件的剔出算法的流程图的第二部分，而图 13A描绘了第一部分；
[0023] 图14A描绘了来自两个伽马探针的原始伽马探针输出值的展示；
[0024] 图14B描绘了来自两个伽马探针的处理后伽马探针输出值的展示，显示了探针输 出的算出的差分偏尚因子；
[0025] 图15描绘了伽马再认定资格过程的流程图；
[0026] 图16描绘了伽马健康监视过程的流程图；
[0027] 图17描绘了伽马输出过程的流程图，其中伽马健康过程和伽马再认定资格过程 被包括在伽马输出过程中。
【具体实施方式】
[0028] 改进的伽马控制器组合件的一个目的是提高井下伽马传感器测量结果的可靠性。 随钻测量系统中的常见故障之一是伽马探针的故障。补救这种情况的成本可能非常高，因 为整个钻柱都必须从井中提出才能更换伽马探针，即使在有备件可用的情况下。
[0029] 为了缓解这种故障模式，伽马探针健康检测控制器组合件便利了单一随钻测量工 具，也能够被称为多伽马控制器组合件的配置中的冗余伽马探针。伽马探针健康检测控制 器组合件也能够采用仅仅单一伽马探针并运行改进的故障检测算法以判断该单一探针何 时已经失效或可能接近失效。此外，来自单一或多个伽马探针的读数能够在地面或井场外 使用改进的算法后期分析，以判断是否能够相信在一定的时间段期间的若干作业。多伽马 控制器组合件也能够被配置为记录井下工具的多个参数，以帮助该工具被维护时的故障分 析。使用试探法，如果多伽马控制器组合件判定每个伽马探针都运行正常，那么多伽马控制 器组合件就能够输出从多个单独伽马探针到随钻测量工具的组合并过滤的单一脉冲串或 者替代地单一平均的读数。在替代实施例中，由多伽马控制器组合件输出的组合、过滤或平 均的读数能够在CAN总线或业内公知的其他总线上传送到