[发明专利]用于接收和解码井内的电磁传输的系统和方法

说明书

技术领域

公开了用于接收和解码基于电磁的信息及其井内的通信的方法和 系统。

背景技术

美国专利No.6,766,141(Briles等人)公开了用于远程井下遥测 的系统。遥测通信被用于监控油井情况和位于采气或采油管的底部附 近的记录仪器。

如美国专利No.6,766,141中描述的，现有遥测系统包括与位于井 洞中的导管电通信的射频(RF)发生器/接收机基站。RF频率的特 征是在3Hz和30GHz之间的电磁辐射。具有反射天线的井下电子 模块从RF发生器/接收机接收辐射的载波信号。然后，辐射的载波 信号被调制和反射，所述调制响应于由电子模块执行的井下测量。反 射的、经过调制的信号通过该管被发送至井的表面，可在井的表面处 由RF发生器/接收机检测。分析所检测的信号来确定井洞中的钻井 条件。

尽管这样的上述系统具有一些益处，但该技术固有的信号强度限 制可能会限制该技术的整体应用。因此，改进的技术可提供改进的信 号强度-尤其是其中使用电磁(EM)脉冲来代替标准的RF信号。

发明内容

考虑到现有技术的上述限制，本发明通过使用(由EM脉冲发 生器提供的)电磁(EM)脉冲来提供增强的信号强度，以便与位于 井下环境中的传感器和其它装置有效地通信并对其进行无线问询。这 样的改进是通过利用(来自表面的)初始脉冲和在表面处接收到返回 的反射信号的时刻之间的时间延迟来实现的。这样的改进还可以通过 使用感应铁氧环将井洞的成品管与井洞套管隔离来实现。

在一些实施例中，本发明涉及用于基于以回响频率(ring frequency)从一个或多个井下感应器(传感器)反射的至少一个电 磁能量脉冲(即EM脉冲)问询位于地表以下的井下环境的方法。 所述方法包括引导至少一个电磁能量脉冲进入井下环境，使得该电磁 能量脉冲与至少一个井下感应器产生感应，从而以由至少一个井下感 应器确定的回响频率反射包含在脉冲内的电磁能量中的至少一些能 量。所述方法还包括在预定时间间隔期间，在位于地表的接收机处接 收反射的能量脉冲，其中所述预定时间间隔基于反射脉冲的由深度确 定的延迟而被同步。所述方法包括处理反射的能量脉冲以提取回响频 率，并使回响频率与井下环境的参数相关联。

根据一个可供替代的实施例，用于问询位于地表以下的井下环境 的示例性方法是基于以由井下特征确定的频率从一个或多个井下感应 器反射的至少一个电磁能量脉冲，包括在预定的时间间隔期间在位于 地表的接收机处接收至少一个反射能量脉冲。该方法的示例性步骤还 包括锁定到反射能量脉冲的回响频率，并将锁定的频率与井下环境的 参数相关联。

此外，用于问询位于地表以下的井下环境的示例性系统是基于从 井下感应器反射至地表处的位置的至少一个能量脉冲，包括用于在预 定时间间隔期间在表面处接收调制后的能量脉冲的装置。该系统还包 括用于处理接收到的能量脉冲以提取调制频率的装置，以及用于将能 量脉冲的调制频率与感应器的参数或井下环境的特征相关联的装置。

在其它实施例中，本发明提供用于问询位于地表以下的井下环境 的示例性设备，所述设备典型地包括在将能量脉冲发送至对所述能量 脉冲进行调制的井下感应器并将调制后的能量脉冲返回地表的系统 中。该设备包括用于在表面处接收调制后的能量脉冲的装置。在一些 实施例中，所述设备还包括用于对调制后的能量脉冲进行采样的装置 和用于确定采样后的能量脉冲的调制频率的装置。此外，该设备包括 用于使调制频率与井下环境的情况相关联的装置。

在一些或其它实施例中，所述设备还包括用于在表面处接收调制 后的能量脉冲的装置。所述设备还包括当调制频率在容差范围内时锁 定到能量脉冲的调制频率的装置，以及用于使调制频率与井下环境的 情况相关联的装置。

上述内容较广泛地概述本发明的特征，以便可更好地理解随后的 本发明的详细说明。在下文中将描述形成本发明要求保护的主题的本 发明的其它特征和优点。

附图说明

当与附图相关地阅读下述详细说明时，本文描述的其它优点和特 征对于本领域技术人员将更容易变得清楚，其中：

图1A-1D示出了用于感测井洞特征的设备的示例性实施例；

图2A示出了用于与图1所示设备一起使用的示例性谐振腔；

图2B示出了被形成为用于执行电谐振的磁耦合电谐振机械结构 的示例性谐振网络器件；