[发明专利]钻柱地埋隔离器和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求2012年8月23日提交的美国专利申请No.13/593,439的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本申请一般涉及地埋操作，并且更具体地，涉及用于将电信号电耦合到导电钻柱上来传送信号的系统、装置和方法。

背景技术

通常，诸如为了安装公用设施管线、钻孔勘测等而打钻以形成钻孔以及后续对钻孔进行扩孔等地埋操作使用从地上钻机延伸的导电钻柱。现有技术包括使用导电钻柱作为用于将数据信号从地埋工具电传输至钻机的电导体的实例。为了在钻机处检测信号，钻机周围的大地用作信号返回路径。这种类型的系统通常称为随钻测量(“MWD”)系统。

例如，在美国专利No.4,864,293(在下文中为'293专利)中可以看到在MWD系统中尝试使用钻柱作为电导体的实例。在一个实施例中，该专利教导了一种围绕钻柱装配的电隔离(电绝缘)套环。申请人认识到，在极端恶劣的地埋环境下，这种电隔离套环(图2，项目32)的使用至少在耐用性方面是存在问题的。在图3和图4所示的另一实施例中，示意性地示出了适当的介电分隔装置40，并声明该介电分隔装置40用于将钻柱的前部与钻柱的其余部分电隔离。没有提供适当地教导读者如何制造该分隔装置的细节，但能够合理地设想：其中隔离器被简单地插入到钻柱的断开部，从而与钻柱共同旋转。不幸的是，在钻探操作期间，隔离器将会受到与钻柱的钻管段同样严酷的机械应力，包括回拉操作期间的纯拉力以及因钻机施加在钻柱上的旋转扭矩而产生的高剪切力。虽然钻柱通常由能够很容易地承受这些力的高强度钢制成，但申请人不知道任何当前可用的能够以申请人认为可接受的可靠性来承受所有这些不同力的非导电材料。应认识到，在钻探操作期间，钻柱端部折断所造成的后果极其严重。因此，以所建议的方式使用隔离器而带来的风险被认为是不可接受的。

在美国专利No.4,348,672中可以看到一种更早的方法，在该专利中，试图使用夹设在由第一环形子部件和第二环形子部件组成的被该专利称为“绝缘间隙子组件”的部件之间的各种介电材料层来在钻柱中引入电隔离断开部。该专利的图5和图6示出了一个实施例，而该专利的图7和图8示出了另一实施例。不幸的是，将相对较薄的介电层夹设在限定于相邻高强度金属部件(其能够承受极端力以及恶劣的井下环境)之间的间隙中的做法不太可能提供可接受的性能水平。具体而言，这些介电层受到与第一环形子部件和第二环形子部件同样严酷的力，这样，在恶劣的井下环境中，耐用性很可能受到限制。也就是说，当相对较薄的介电层中的一个介电层被磨穿时，所需的电隔离受到损害。

例如，在美国专利申请No.13/035,774(在下文中为'774申请)和美国专利申请No.13/035,833(在下文中为'833申请)中可以查看到在MWD系统的情况下关于将电信号耦合到钻柱上的实用方法，该两个美国专利申请和本申请属同一申请人，并且该两个美国专利申请的全部内容以引用方式并入本文。后一申请采用这样的高效方法：在仍旧保持了与钻柱本身的那些物理性能特点相当的物理性能的同时，使用井下电流互感器将井下信号电感耦合到钻柱上。虽然'774申请和'833申请提供了与当时存在的技术状态相比的显著优点，但申请人已发现其它更有利的方法，这将在下文中描述。

现有技术的前述实例及其相关限制旨在是说明性的，而非排他性的。在对本说明书的阅读和对附图的研究的基础上，本领域的技术人员将更加清楚现有技术的其它局限性。

发明内容

结合用于提供示例和进行说明而非用于限制范围的系统、工具和方法描述并示出了下述实施例及其各个方面。在各个实施例中，上述问题中的一个或多个已经被缓解或消除，而其它实施例涉及其它的改进。