СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2024 года по МПК E21B47/13 E21B47/01 H01Q1/04 H04B13/00 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[1] Данная заявка испрашивает преимущество предварительной заявки на патент США № 62/877644, озаглавленной «Downhole Communication Devices and Systems», поданной 23 июля 2019 г., содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.

Уровень техники

[2] Скважины могут бурить с места на поверхности или вглубь морского дна для различных целей, связанных с разведкой или добычей. Например, ствол скважины может быть пробурен для доступа к флюидам, таким как жидкие и газообразные углеводороды, которые содержатся в подземных пластах, и для извлечения флюидов из пластов. Скважины, используемые для добычи или извлечения флюидов, могут быть обсажены обсадной колонной вокруг стенок ствола скважины. Могут быть использованы разнообразные способы бурения в зависимости отчасти от характеристик пласта, через который бурят ствол скважины.

[3] Буровая система может создавать нагрузку на долото с использованием одной или более утяжеленных бурильных труб, расположенных в компоновке низа бурильной колонны рядом с долотом. Компоновки низа бурильной колонны также содержат устройства связи для передачи информации о долоте и других скважинных параметров на приемные устройства вверх по стволу скважины от долота. Обычные утяжеленные бурильные трубы уменьшают или блокируют электромагнитные сигналы, передаваемые от устройств связи в компоновке низа бурильной колонны.

Сущность изобретения

[4] В некоторых вариантах реализации скважинный блок антенны содержит утяжеленную бурильную трубу с внутренней поверхностью. Обмотка антенны зафиксирована на внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы со смещением.

[5] В других вариантах реализации утяжеленная бурильная труба имеет внутреннюю поверхность, обращенную к центральному каналу. Обмотка антенны прикреплена к внутренней поверхности, и весь поток флюида через центральный канал протекает через центр обмотки антенны.

[6] В еще других вариантах реализации скважинная система связи содержит утяжеленную бурильную трубу с внутренней поверхностью. Каркас содержит первую точку стабилизации и вторую точку стабилизации. Обмотка антенны окружает по меньшей мере часть каркаса. Расстояние между первой точкой стабилизации и второй точкой стабилизации составляет менее 150% длины антенны.

[7] В данной сущности изобретения представлен выбор концепций, которые далее описаны ниже в подробном описании. Данная сущность изобретения не предназначена для определения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, а также не предназначена для использования с целью ограничения объема заявленного объекта изобретения.

[8] Дополнительные отличительные признаки и преимущества вариантов реализации данного изобретения будут изложены в последующем описании и частично будут очевидны из описания или могут быть изучены при практическом использовании таких вариантов реализации. Отличительные признаки и преимущества таких вариантов реализации могут быть реализованы и получены посредством инструментов и комбинаций, конкретно указанных в прилагаемой формуле изобретения. Эти и другие отличительные признаки станут более очевидными из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения или могут быть изучены при практическом использовании таких вариантов реализации, как изложено в дальнейшем.

Краткое описание чертежей

[9] Для описания способа, которым могут быть получены вышеупомянутые и другие отличительные признаки данного изобретения, будет приведено более конкретное описание со ссылкой на содержащиеся в нем конкретные варианты реализации, которые проиллюстрированы в прилагаемых графических материалах. Для лучшего понимания одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями на различных прилагаемых фигурах. Хотя некоторые из графических материалов могут быть схематичными или преувеличенными представлениями концепций, по меньшей мере некоторые из графических материалов могут быть предоставлены с соблюдением масштаба. С учетом того, что в графических материалах изображены некоторые приведенные в качестве примера варианты реализации, данные варианты реализации будут описаны и объяснены с дополнительной конкретизацией и подробностями с помощью прилагаемых чертежей, на которых:

[10] Фиг. 1 - схематический вид буровой системы в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[11] Фиг. 2-1 - вид в продольном разрезе скважинной системы связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[12] Фиг. 2-2 - детализированный вид в продольном разрезе скважинной системы связи, показанной на фиг. 2-1, в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[13] Фиг. 2-3 - вид в поперечном разрезе скважинной системы связи, показанной на фиг. 2-1, в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[14] Фиг. 3 - вид в продольном разрезе другой скважинной системы связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[15] Фиг. 4 - вид в продольном разрезе еще другой скважинной системы связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[16] Фиг. 5 - вид в перспективе каркаса в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[17] Фиг. 6-1 - вид в продольном разрезе еще другой скважинной системы связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения;

[18] Фиг. 6-2 - другой вид в продольном разрезе скважинной системы связи, показанной на фиг. 6-1, в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения; и

[19] Фиг. 7 - схематический вид скважинной системы связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

[20] Данное изобретение в основном относится к устройствам, системам и способам для скважинных антенн, используемых в скважинных системах связи. В некоторых вариантах реализации, описанных в данном документе, скважинная антенна может иметь чувствительность менее 1 нанотесла (нТл), когда она прикреплена к компоновке низа бурильной колонны («КНБК»).

[21] На фиг. 1 проиллюстрирован один пример буровой системы 100 для бурения геологического пласта 101 с образованием ствола 102 скважины. Буровая система 100 содержит буровую установку 103, используемую для вращения компоновки 104 бурового инструмента, которая проходит вниз в ствол 102 скважины. Компоновка 104 бурового инструмента может содержать бурильную колонну 105, КНБК 106 и долото 110, прикрепленное к забойному концу бурильной колонны 105.

[22] Бурильная колонна 105 может содержать несколько соединений бурильной трубы 108, соединенных встык с помощью замковых соединений 109. Бурильная колонна 105 передает буровой раствор через центральный канал и передает крутящий момент от буровой установки 103 на КНБК 106. В некоторых вариантах реализации бурильная колонна 105 может дополнительно содержать дополнительные компоненты, такие как переводники, укороченные трубы и т. д. Бурильная труба 108 обеспечивает гидравлический канал, через который буровой раствор закачивают с поверхности. Буровой раствор выпускается через сопла, насадки или другие отверстия выбранного размера в буровом долоте 110 для охлаждения долота 110 и режущих конструкций на нем, а также для подъема выбуренной породы из ствола 102 скважины при его бурении.

[23] КНБК 106 может содержать долото 110 или другие компоненты. Приведенная в качестве примера КНБК 106 может содержать дополнительные или другие компоненты (например, соединенные с бурильной колонной 105 и долотом 110). Примеры дополнительных компонентов КНБК включают в себя утяжеленные бурильные трубы, стабилизаторы, инструменты для измерения в процессе бурения («ИПБ»), инструменты для каротажа в процессе бурения («КПБ»), забойные двигатели, отклоняющие инструменты, раздвижные расширители, секционные фрезы, гидравлические отсоединяющие устройства, бурильные яссы, вибрационные или демпфирующие инструменты, другие компоненты или комбинации вышеперечисленного.

[24] В общем, буровая система 100 может содержать другие бурильные компоненты и принадлежности, такие как специальные клапаны (например, обратные клапаны ведущей трубы, противовыбросовые превенторы и предохранительные клапаны). Дополнительные компоненты, включенные в буровую систему 100, могут рассматриваться в составе компоновки 104 бурового инструмента, бурильной колонны 105 или КНБК 106 в зависимости от их расположения в буровой системе 100.

[25] Долото 110 в КНБК 106 может представлять собой долото любого типа, подходящее для измельчения скважинных материалов. Например, долото 110 может представлять собой буровое долото, подходящее для бурения геологического пласта 101. Приведенными в качестве примера типами буровых долот, используемых для бурения геологических пластов, являются буровые долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами или долота с твердосплавными лопастями. В других вариантах реализации долото 110 может представлять собой фрезу, используемую для удаления металла, композита, эластомера, других скважинных материалов или их комбинаций. Например, долото 110 можно использовать со скважинным отклонителем для расфрезеровывания обсадной колонны 107, обсаживающей ствол 102 скважины. Долото 110 также может представлять собой торцевую фрезу, используемую для фрезерования инструментов, пробок, цемента, других материалов внутри ствола 102 скважины или их комбинаций. Металлические опилки или другая стружка, образованная с помощью фрезы, могут подниматься на поверхность или может, если необходимо, падать вглубь скважины.

[26] Обычно антенна для скважинной системы беспроводной связи может быть установлена на оправке, расположенной в центральном канале утяжеленной бурильной трубы. Поток флюида через утяжеленную бурильную трубу может обтекать внешнюю поверхность оправки (например, между внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы и внешней поверхностью оправки). Благодаря своему расположению внутри утяжеленной бурильной трубы оправка может защищать антенну от ударов о стенку буровой скважины или обсадную колонну. Однако оправка может вибрировать во время штатных операций бурения. Оправка и, следовательно, антенна могут вибрировать с большей частотой и/или амплитудой, чем утяжеленная бурильная труба. Вибрация оправки может ухудшать сигнал, принимаемый и/или передаваемый антенной, тем самым уменьшая диапазон и/или надежность обычной скважинной системы связи. Альтернативно, обычные скважинные системы связи могут устанавливать антенну на внешней поверхности утяжеленной бурильной трубы. Это может снизить частоту и/или амплитуду колебаний антенны. Однако прикрепление антенны к внешней поверхности утяжеленной бурильной трубы может привести к ее повреждению из-за контакта со стенкой буровой скважины или обсадной колонной, что сократит срок службы антенны. По меньшей мере один вариант реализации, описанный в данном документе, устраняет проблемы вибрации антенн в оправке и проблемы повреждения внешних антенн.

[27] На фиг. 2-1 показан вид в поперечном разрезе представления скважинной системы 212 связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Скважинная система 212 связи представляет собой систему беспроводной связи. Другими словами, скважинная система 212 связи выполнена с возможностью приема и/или передачи беспроводных сигналов из других местоположений в скважине и/или на поверхности.

[28] Скважинная система 212 связи содержит обмотку 216 антенны, закрепленную на утяжеленной бурильной трубе 214. Утяжеленная бурильная труба 214 может быть любой частью бурильной колонны (например, бурильной колонны 105 на фиг. 1) или КНБК (например, КНБК 106 на фиг. 1). Например, утяжеленная бурильная труба 214 может быть расположена на переводнике, в котором размещается скважинный инструмент, такой как ИПБ, КПБ, забойный двигатель, расширяемый инструмент, такой как скважинный расширитель или стабилизатор, или любой другой скважинный инструмент. В других примерах утяжеленная бурильная труба 214 может представлять собой трубчатый элемент бурильной колонны, соединенный со скважинным инструментом, или другой трубчатый элемент бурильной колонны. В других вариантах реализации утяжеленная бурильная труба 214 может представлять собой элемент любой другой части скважинной буровой системы или соединена с ней. В некоторых вариантах реализации обмотка 216 антенны может быть зафиксирована непосредственно на утяжеленной бурильной трубе 214. Например, обмотка 216 антенны может быть зафиксирована на утяжеленной бурильной трубе 216 с помощью механического крепежного элемента, прикрепленного к внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 216. В других примерах обмотка 216 антенны может быть прикреплена к внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 216 сваркой, пайкой, эпоксидной смолой, адгезивом, другим механизмом крепления или комбинацией вышеперечисленного.

[29] Обмотка 216 антенны зафиксирована на внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 214. Например, в показанном варианте реализации обмотка 216 антенны прикреплена к каркасу 222, а каркас 222 зафиксирован на внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы. Обмотка 216 антенны соосна с продольной осью 218 утяжеленной бурильной трубы 214. В других вариантах реализации продольная ось антенной обмотки 216 может отличаться от продольной оси 218 утяжеленной бурильной трубы 214. В некоторых вариантах реализации каркас 222 может защищать обмотку 216 антенны от эрозии, коррозии или других повреждений, вызванных буровым раствором или другим материалом, протекающим через утяжеленную бурильную трубу 214.

[30] В некоторых вариантах реализации каркас 222 может фиксировать обмотку 216 антенны на внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 214. Другими словами, каркас 222 может закреплять, фиксировать или удерживать антенную обмотку 216 в радиальном направлении (например, перпендикулярно продольной оси 218) и/или продольном направлении (например, параллельно продольной оси 218) по отношению к каркасу. Например, каркас 222 может иметь резьбовую внешнюю поверхность, и часть внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 214 может иметь резьбу, а также каркас 220 может иметь резьбу на внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 214. В других примерах каркас 222 может быть прикреплен к утяжеленной бурильной трубе 214 с помощью механического крепежного элемента, такого как болт, винт, контргайка или другой механический крепежный элемент. В еще других примерах каркас 222 может быть прикреплен к утяжеленной бурильной трубе с помощью сварки, пайки, адгезива, другого крепления или любой комбинации механизмов крепления, описанных в данном документе.

[31] Поток 224 флюида, такой как буровой раствор, протекает через канал (например, центральный канал 226) утяжеленной бурильной трубы 214. В показанном варианте реализации центральный канал 226 является соосным с центром 228 обмотки 216 антенны и протекает через него. Другими словами, поток 224 флюида протекает через центр 228 обмотки 216 антенны. В других вариантах реализации канал может быть смещен (например, не быть соосным) относительно центра 228 обмотки 216 антенны и/или продольной оси 218. Каркас 222 может быть полым, а центр каркаса может совпадать с центром 228 обмотки 216 антенны. Таким образом, поток 224 флюида может протекать беспрепятственно или относительно беспрепятственно от расположенного выше по стволу скважины конца 225 обмотки 216 антенны к расположенному ниже по стволу скважины концу 230 обмотки 216 антенны. Таким образом, большая часть, совокупность или весь объем потока 224 флюида может протекать через центр 228 обмотки 216 антенны. Другими словами, никакая часть потока 224 флюида не может протекать между обмоткой 216 антенны и внутренней поверхностью 220 утяжеленной бурильной трубы 214. Например, поток 224 флюида имеет массовый расход между расположенным выше по стволу скважины концом 225 и расположенным ниже по стволу скважины концом 230, и весь массовый расход проходит через центр 228 обмотки 216 антенны. Аналогично, поток 224 флюида имеет объемный расход между расположенным выше по стволу скважины концом 225 и расположенным ниже по стволу скважины концом 230, и весь объемный расход проходит через центр 228 обмотки 216 антенны. Протекание флюида через центр 228 обмотки 216 антенны может обеспечить более короткий каркас 222, что может уменьшить общую длину расположенной ниже по стволу скважины системы 212 связи.

[32] Обмотка 216 антенны содержит один или более намоток или витков электромагнитно проводящего элемента (например, провода), что формирует длину 227 антенны. Другими словами, длина 227 антенны представляет собой длину от первой намотки до последней намотки обмотки 216 антенны. В некоторых вариантах реализации обмотка 216 антенны может содержать 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 или более намоток или витков электромагнитно проводящего элемента.

[33] В некоторых вариантах реализации длина 227 антенны может находиться в диапазоне, имеющем верхнее значение, нижнее значение или верхнее и нижнее значения, включая любое значение из 40 миллиметров (мм), 50 мм, 75 мм, 100 мм, 150 мм, 200 мм, 250 мм, 300 мм, 350 мм, 400 см, 450 см, 500 см или любое промежуточное значение. Например, длина 227 антенны может составлять более 40 мм. В другом примере длина 227 антенны может составлять менее 500 мм. В еще других примерах длина 227 антенны может иметь любое значение в диапазоне от 40 мм до 500 мм. В некоторых вариантах реализации может быть критически важным, чтобы длина 227 антенны составляла приблизительно 125 мм для достаточной чувствительности обмотки 216 антенны.

[34] Обмотка 216 антенны дополнительно имеет диаметр 229 антенны. Диаметр 229 антенны представляет собой внутреннее расстояние между противоположными внутренними концами катушки в обмотке 216 антенны. В некоторых вариантах реализации диаметр 229 антенны представляет собой внутренний диаметр обмотки 216 антенны. Длина 227 антенны в сочетании с диаметром 229 антенны приводит к закрытой области антенны. Количество витков обмотки 216 антенны в сочетании с закрытой областью может влиять на чувствительность обмотки 216 антенны. За счет увеличения закрытой области антенны можно увеличить чувствительность обмотки 216 антенны. Для заданного количества намоток (и, следовательно, длины 227 антенны) чувствительность обмотки 216 антенны может быть увеличена путем увеличения диаметра 229 антенны.

[35] В некоторых вариантах реализации диаметр 229 антенны может находиться в диапазоне, имеющем верхнее значение, нижнее значение или верхнее и нижнее значения, включая любое значение из 50 мм, 75 мм, 100 мм, 150 мм, 200 мм, 250 мм, 300 мм или любое промежуточное значение. Например, диаметр 229 антенны может составлять более 50 мм. В другом примере диаметр 229 антенны может составлять менее 300 мм. В еще других примерах диаметр 229 антенны может иметь любое значение в диапазоне от 50 мм до 300 мм. В некоторых вариантах реализации может быть критически важным, чтобы диаметр 229 антенны составлял приблизительно 75 мм для достаточной чувствительности обмотки 216 антенны.

[36] Обмотка 216 антенны имеет отношение длины к ширине, которое представляет собой отношение длины 227 антенны к диаметру 229 антенны. В некоторых вариантах реализации отношение длины к ширине может находиться в диапазоне, имеющем верхнее значение, нижнее значение или верхнее и нижнее значения, включая любое значение из 1:5, 1:4, 1:3, 1:2, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 или любое промежуточное значение. Например, отношение длины к ширине может составлять более 1:5. В другом примере отношение длины к ширине может составлять менее 5:1. В еще других примерах отношение длины к ширине может представлять собой любое значение в диапазоне от 1:5 до 5:1.

[37] Утяжеленная бурильная труба 214 имеет диаметр 231 утяжеленной бурильной трубы в том же продольном положении, что и у обмотки 216 антенны. Диаметр 231 утяжеленной бурильной трубы может быть таким же или больше диаметра 229 антенны. В некоторых вариантах реализации диаметр 231 утяжеленной бурильной трубы может быть больше диаметра 229 антенны на двойную толщину провода в обмотке 216 антенны. Другими словами, внешняя поверхность обмотки 216 антенны может непосредственно упираться во внутреннюю поверхность 220 утяжеленной бурильной трубы 214 или контактировать с ней. В других вариантах реализации диаметр 231 утяжеленной бурильной трубы может быть больше диаметра 229 антенны более чем на двойную толщину провода указанного провода. Например, диаметр утяжеленной бурильной трубы может быть больше диаметра 229 антенны менее чем на 2,5, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более кратных величин толщины провода указанного провода.

[38] В некоторых вариантах реализации диаметр 231 утяжеленной бурильной трубы может быть больше диаметра 229 антенны на разность утяжеленной бурильной трубы. В некоторых вариантах реализации разность утяжеленной бурильной трубы может находиться в диапазоне, имеющем верхнее значение, нижнее значение или верхнее и нижнее значения, включая любое значение из 2 миллиметров (мм), 3 мм, 4 мм, 5 мм, 6 мм, 7 мм, 8 мм, 9 мм, 10 мм, 12 мм, 14 мм, 16 мм, 18 мм, 20 мм, 25 мм или любое промежуточное значение. Например, разность утяжеленной бурильной трубы может составлять более 2 мм. В другом примере разность утяжеленной бурильной трубы может составлять менее 25 мм. В еще других примерах разность утяжеленной бурильной трубы может представлять собой любое значение в диапазоне от 2 мм до 25 мм. В некоторых вариантах реализации может быть критическим важным, чтобы разность утяжеленной бурильной трубы составляла приблизительно 7,5 мм, чтобы максимально увеличить диаметр антенны и/или сократить уменьшение проходного сечения центрального канала.

[39] В некоторых вариантах реализации утяжеленная бурильная труба 214 может содержать две или более соединенных вместе секций трубы. Например, утяжеленная бурильная труба 214 может содержать муфтовое замковое соединение. Обмотка 216 антенны может быть прикреплена к утяжеленной бурильной трубе 214 между двумя концами, например входящим концом (например, штифтом) и охватывающим концом (например, замковой муфтой) утяжеленной бурильной трубы 214. Другими словами, обмотка 216 антенны может быть расположена между расположенным выше по стволу скважины концом и расположенным ниже по стволу скважины концом утяжеленной бурильной трубы 214, причем длина антенны составляет некоторый процент от длины утяжеленной бурильной трубы 214. В некоторых вариантах реализации местоположение антенны может находиться в диапазоне, имеющем верхнее значение, нижнее значение или верхнее и нижнее значения, включая любое значение из 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или любое промежуточное значение. Например, местоположение антенны может составлять более 10%. В другом примере местоположение антенны может составлять менее 90%. В еще других примерах местоположение антенны может представлять собой любое значение в диапазоне от 10% до 90%. В некоторых вариантах реализации может быть критически важным, чтобы местоположение антенны составляло от 25% до 75%, чтобы обеспечить место для любой встроенной электроники внутри утяжеленной бурильной трубы 214. В еще других вариантах реализации обмотка 216 антенны может быть расположена на внутренней поверхности 220.

[40] На фиг. 2-2 представлен детализированный вид в разрезе скважинной системы 212 связи, показанной на фиг. 2-1, в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Как видно, обмотка 216 антенны зафиксирована на внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 214. В показанном варианте реализации обмотка 216 антенны намотана вокруг каркаса 222. Каркас 222 соединен с утяжеленной бурильной трубой 214, тем самым фиксируя обмотку 216 антенны на внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы 214.

[41] Каркас 222 может содержать антенный канал 232, который представляет собой уменьшение толщины каркаса 222, где расположена обмотка 216 антенны. Обмотка 216 антенна размещена в антенном канале 232. Следовательно, когда каркас 222 прикреплен к утяжеленной бурильной трубе 214, обмотка 216 антенны также закреплена или зафиксирована на утяжеленной бурильной трубе 214. Когда обмотка 216 антенны размещена в антенном канале 232, обмотка 216 антенны (например, внешняя поверхность обмотки 216 антенны) в радиальном направлении смещена или разнесена от внутренней поверхности 220 с зазором 234. Другими словами, между обмоткой 216 антенны и внутренней поверхностью 220 утяжеленной бурильной трубы 214 может существовать кольцевое пространство 236. В некоторых вариантах реализации кольцевое пространство 236 может быть заполнено газом, таким как воздух с поверхности, или инертным газом, таким как азот. В других вариантах реализации кольцевое пространство 236 может быть заполнено флюидом, таким как буровой раствор. В еще других вариантах реализации кольцевое пространство 236 может быть заполнено твердым веществом, таким как эпоксидная смола или каучук.

[42] В некоторых вариантах реализации зазор 234 может составлять менее 5 миллиметров (мм). В других вариантах реализации зазор 234 может составлять менее 3 мм. В еще других вариантах реализации зазор 234 может составлять менее 2 мм. В дополнительных вариантах реализации зазор 234 может составлять менее 1 мм. В еще других вариантах реализации зазор 234 может составлять 0 мм, или, другими словами, обмотка 216 антенны может непосредственно упираться во внутреннюю поверхность 220 утяжеленной бурильной трубы 214 или непосредственно контактировать с ней. В некоторых вариантах реализации может быть критично важным, чтобы зазор 234 составлял менее 3 мм для чувствительности обмотки 216 антенны. Кроме того, уменьшение зазора 234 может увеличить диаметр антенны (например, диаметр 229 антенны на фиг. 2-1), тем самым увеличив закрытую область.

[43] Скважинные буровые системы испытывают множество различных усилий, крутящих моментов, ударов и перемещений. По меньшей мере некоторые из этих усилий, крутящих моментов и движений могут вызывать вибрацию скважинной буровой системы. Вибрация может передаваться через скважинную буровую систему на утяжеленную бурильную трубу 214 и/или другие элементы скважинной буровой системы, такие как каркас 222 и обмотка 216 антенны. Движение обмотки 216 антенны может вызывать колебания электромагнитного поля вокруг обмотки 216 антенны. В некоторых вариантах реализации колебания электромагнитного поля вокруг обмотки 216 антенны могут вызывать помехи при приеме и/или передаче электромагнитного сигнала. В некоторых вариантах реализации увеличение частоты и/или амплитуды вибрации обмотки 216 антенны может увеличить помехи при приеме и/или передаче электромагнитного сигнала.

[44] Скважинные системы беспроводной связи могут представлять собой маломощные системы. В некоторых вариантах реализации обмотка 216 антенны может воспринимать изменения окружающего электромагнитного поля менее 1 нанотесла (нТл). В других вариантах реализации обмотка 216 антенны может воспринимать изменения окружающего электромагнитного поля менее 0,1 нТл. Чувствительность обмотки 216 антенны может влиять на частоту вибраций, которая создает помехи при приеме и/или передаче сигналов обмоткой 216 антенны. Следовательно, путем уменьшения вибраций, испытываемых обмоткой 216 антенны, обмотка 216 антенны может принимать и/или передавать сигналы с большей точностью и/или четкостью.

[45] Каркас 222 содержит первую точку 238 стабилизации и вторую точку 240 стабилизации. Первая точка 238 стабилизации расположена выше по стволу скважины от обмотки 216 антенны или выше по стволу скважины от расположенного выше по стволу скважины конца 225 обмотки 216 антенны. Вторая точка 240 стабилизации расположена ниже по стволу скважины от обмотки 216 антенны или ниже по стволу скважины от расположенного ниже по стволу скважины конца 230 обмотки 216 антенны. Расстояние 242 стабилизации представляет собой расстояние между первой точкой 238 стабилизации и второй точкой 240 стабилизации.

[46] Расстояние 242 стабилизации представляет собой процент стабилизации от длины антенны. В некоторых вариантах реализации процент стабилизации может находиться в диапазоне, имеющем верхнее значение, нижнее значение или верхнее и нижнее значения, включая любое значение из 100%, 110%, 120%, 125%, 130%, 140%, 150%, 175%, 200%, 250%, 300% или любое промежуточное значение. Например, процент стабилизации может составлять 100% (например, каркас 222 может быть стабилизирован на расположенном выше по стволу скважины конце 225 и расположенном ниже по стволу скважины конце 230 обмотки 216 скважины). В другом примере процент стабилизации составляет максимум 300%. В еще других примерах процент стабилизации может представлять собой любое значение в диапазоне от 100% до 300%. В некоторых вариантах реализации может быть критически важным, чтобы процент стабилизации составлял менее 150% для стабилизации каркаса 222 и обмотки антенны по отношению к утяжеленной бурильной трубе 214.

[47] Каркас 222 с большим расстоянием 242 стабилизации может вибрировать с резонансной частотой, которая выше, чем частота вибрации утяжеленной бурильной трубы 214. Кроме того, больший зазор 234 может увеличить амплитуду колебаний обмотки 216 антенны по сравнению с утяжеленной бурильной трубой 214. Увеличение частоты и/или амплитуды вибрации обмотки 216 антенны может увеличить помехи при приеме и/или передаче электромагнитного сигнала. Следовательно, путем уменьшения одного или обоих из расстояния 242 стабилизации или зазора 234 можно уменьшить помехи при приеме и/или передаче электромагнитных сигналов. Уменьшение помех может повысить точность принимаемых и/или передаваемых сигналов и/или увеличить диапазон действия скважинной системы 212 связи.

[48] По меньшей мере в одном варианте реализации низкий процент стабилизации и/или небольшой зазор 234 могут стабилизировать каркас 222 и/или обмотку 216 антенны по отношению к утяжеленной бурильной трубе таким образом, что обмотка 216 антенны вибрирует с той же или по существу с такой же частотой и амплитудой, что и утяжеленная бурильная труба. Другими словами, фиксирование обмотки 216 антенны на внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 214 может снижать вибрацию обмотки 216 антенны до тех пор, пока обмотка антенны не начнет вибрировать синхронно или одновременно с утяжеленной бурильной трубой 214. Таким образом, помехи при приеме и/или передаче сигнала могут быть уменьшены или устранены.

[49] Фиксирование обмотки 216 антенны на внутренней поверхности 220 утяжеленной бурильной трубы 214 может уменьшить длину скважинной системы 212 связи за счет устранения необходимости в оправке. Кроме того, каркас 222 может быть изготовлен из износостойкого и/или стойкого к эрозии материала. Таким образом, каркас 222 может защитить обмотку 216 антенны от износа и/или эрозии под действием потока 224 флюида. Разместив обмотку 216 антенны внутри утяжеленной бурильной трубы 214, можно защитить обмотку 216 антенны от контакта со стенкой буровой скважины. Таким образом, обмотка 216 антенны может быть дешевле в производстве и иметь более длительный срок службы.

[50] На фиг. 2-3 представлен вид в поперечном разрезе скважинной системы 212 связи, показанной на фиг. 2-1, в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Как видно, обмотка 216 антенны расположена внутри по отношению к утяжеленной бурильной трубе 214 и концентрична с утяжеленной бурильной трубой 214 вокруг продольной оси 218. Обмотку 216 антенны поддерживает каркас 222. Каркас 222 окружает центральный канал 226 утяжеленной бурильной трубы 214. На показанном виде в поперечном разрезе центральный канал 226 проходит через центр 228 обмотки 216 антенны.

[51] Поток флюида (например, поток 224 флюида, показанный на фиг. 2-1) протекает через центральный канал 226 утяжеленной бурильной трубы и, следовательно, через центр 228 обмотки 216 антенны. Обмотка 216 антенны может иметь меньший диаметр антенны (например, диаметр 229 антенны, показанный на фиг. 2-1), чем диаметр утяжеленной бурильной трубы (например, диаметр 231 утяжеленной бурильной трубы, показанный на фиг. 2-1). Таким образом, между обмоткой 216 антенны и утяжеленной бурильной трубой 214 расположено кольцевое пространство 236. Кольцевое пространство может быть заполнено любым материалом, например, атмосферным газом, буровым раствором, эпоксидной смолой или другим материалом. В некоторых вариантах реализации флюид из потока флюида не может поступать в кольцевое пространство 236. В некоторых вариантах реализации при закачке бурового раствора вглубь скважины с поверхности флюид протекает через центр 228 и не протекает через кольцевое пространство 236, а при возможном поступлении некоторого количества флюида в кольцевое пространство 236 он по существу не протекает через кольцевое пространство 236.

[52] На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе скважинной системы 312 связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Обмотка 316 антенны прикреплена к внутренней поверхности 320 утяжеленной бурильной трубы 314. Каркас 322 прикрепляет обмотку 316 антенны к внутренней поверхности 320.

[53] В показанном варианте реализации утяжеленная бурильная труба 314 содержит заплечик 344 утяжеленной бурильной трубы. Заплечик 344 утяжеленной бурильной трубы представляет собой часть утяжеленной бурильной трубы 314 увеличенной толщины. В некоторых вариантах реализации заплечик 344 утяжеленной бурильной трубы может проходить перпендикулярно от внутренней поверхности 320 утяжеленной бурильной трубы. В других вариантах реализации заплечик 344 утяжеленной бурильной трубы может проходить от внутренней поверхности 320 под острым или тупым углом. В некоторых вариантах реализации утяжеленная бурильная труба 314 имеет первый диаметр, который проходит от первого конца утяжеленной бурильной трубы 314 до заплечика 344 утяжеленной бурильной трубы. На заплечике 344 утяжеленной бурильной трубы диаметр утяжеленной бурильной трубы 314 увеличивается до второго диаметра, который проходит от заплечика 344 утяжеленной бурильной трубы до второго конца утяжеленной бурильной трубы 314.

[54] Обмотка 316 антенны установлена на внутренней поверхности 320 рядом с заплечиком 344 утяжеленной бурильной трубы на расположенном ниже по стволу скважины конце 330 обмотки 316 антенны. Например, обмотка 316 антенны может находиться в пределах 5 мм от заплечика 344 утяжеленной бурильной трубы. В некоторых вариантах реализации обмотка 316 антенны может упираться в заплечик 344 утяжеленной бурильной трубы (например, крайняя в продольном направлении обмотка может непосредственно контактировать с ним). Установка обмотки 316 антенны напротив заплечика 344 утяжеленной бурильной трубы может стабилизировать обмотку 316 антенны в отношении движения в скважине параллельно продольной оси 318.

[55] Каркас 322 содержит антенный канал 332, в котором обмотка 316 антенны прикреплена к каркасу 322. В показанном варианте реализации антенный канал 332 включает заплечик 346 антенны и заплечик 348 каркаса. Обмотка 316 антенны может быть прикреплена к антенному каналу 332 рядом с заплечиком 346 антенны или упираться в него на расположенном выше по стволу скважины конце 325 обмотки 316 антенны. Заплечик 346 антенны может стабилизировать обмотку 316 антенны в отношении движения выше по стволу скважины параллельно продольной оси 318. В некоторых вариантах реализации обмотка 316 антенны может быть прикреплена к каркасу 322 с помощью механического крепежного элемента, такого как винт, болт, гайка или любого другого механического крепежного элемента. В других вариантах реализации обмотка 316 антенны может быть прикреплена к каркасу 322 посредством эпоксидной смолы, смолы или других отвержденных полимеров, мономеров и т. д. В других вариантах реализации обмотка 316 антенны может быть прикреплена к каркасу 322 посредством сварки, пайки, припоя и т.п.

[56] Каркас 322 может быть закреплен или зафиксирован на внутренней поверхности 320 утяжеленной бурильной трубы 314. Каркас может быть прикреплен к внутренней поверхности 320 утяжеленной бурильной трубы 314 на заплечике 344 утяжеленной бурильной трубы. Другими словами, заплечик 348 каркаса может контактировать с заплечиком 344 утяжеленной бурильной трубы утяжеленной бурильной трубы 314, упираться в него или поддерживаться им. В некоторых вариантах реализации каркас 322 может быть соединен с утяжеленной бурильной трубой 314 резьбовым соединением, болтовым соединением, одной или более контргайками, сваркой, пайкой или другим соединением. При прикреплении заплечика 348 каркаса к заплечику 344 утяжеленной бурильной трубы, каркас 322 можно прикрепить к утяжеленной бурильной трубе 314 и стабилизировать с помощью заплечика 314. Это может уменьшить величину независимой вибрации, испытываемой каркасом 322 и, следовательно, обмоткой 316 антенны. Когда каркас 322 прикреплен к утяжеленной бурильной трубе 314 на заплечике 344 утяжеленной бурильной трубы, обмотка 316 антенны может быть защищена от продольного перемещения вверх по стволу скважины заплечиком 346 антенны и от продольного перемещения вниз по стволу скважины заплечиком 344 утяжеленной бурильной трубы или механическим крепежным элементом или другим крепежным элементом, который соединяет обмотку 316 антенны с каркасом 322.

[57] Поток 324 флюида может протекать через центральный канал 326 утяжеленной бурильной трубы 314 и через центр 328 обмотки 316 антенны. Каркас 322 содержит уплотнение (в совокупности 350) для герметизации обмотки 316 антенны от потока 324 флюида. Уплотнение 350 содержит расположенное выше по стволу скважины уплотнение 350-1, находящееся выше по стволу скважины от обмотки 316 антенны, и расположенное ниже по стволу скважины уплотнение 350-2, находящееся ниже по стволу скважины от обмотки антенны. Как расположенное выше по стволу скважины уплотнение 350-1, так и расположенное ниже по стволу скважины уплотнение 350-2 содержат уплотнительный элемент, такой как одно или более уплотнительных колец 352. Например, в показанном варианте реализации расположенное выше по стволу скважины уплотнение 350-1 и расположенное ниже по стволу скважины уплотнение 350-2 содержат два уплотнительных кольца для обеспечения повышенного уплотнения при высоком перепаде давления. Таким образом, обмотка 316 антенны может быть герметизирована от центрального канала 326 и потока 324 флюида. Другими словами, в некоторых вариантах реализации никакая часть потока 324 флюида не может контактировать с обмоткой 316 антенны.

[58] В некоторых вариантах реализации кольцевое пространство 336 между обмоткой 316 антенны и утяжеленной бурильной трубой 314 может иметь давление кольцевого пространства, которое отличается от давления канала в центральном канале 326. Это может быть результатом сборки скважинной системы 312 связи на поверхности, которая может герметизировать кольцевое пространство 336 от центрального канала 326 при атмосферном давлении. При спуске скважинной системы 312 связи в ствол скважины или по мере продвижения бурения в стволе скважины давление канала в центральном канале 326 может увеличиваться, что может увеличивать перепад давления между давлением кольцевого пространства в кольцевом пространстве 336 и давлением канала в центральном канале 326. В некоторых вариантах реализации каркас 322 может быть выполнен с возможностью поддержки перепада давления между центральным каналом 326 и кольцевым пространством 336. Таким образом, обмотка 316 антенны может не подвергаться воздействию высоких давлений. Таким образом, обмотка 316 антенны может быть изготовлена из более экономичных частей, что может снизить общую стоимость бурения. В других вариантах реализации кольцевое пространство 336 может содержать систему сброса давления. Таким образом, может быть выровнен перепад давления между давлением кольцевого пространства и давлением канала, что может улучшить характеристики обмотки 316 антенны.

[59] Поток 324 флюида может быть направленным, что означает, что флюид может возникать на поверхности, протекать через бурильную колонну к утяжеленной бурильной трубе 314 и протекать через утяжеленную бурильную трубу 314 и обмотку 316 антенны. В показанном варианте реализации флюид протекает слева направо. Таким образом, флюид поступает в центр 328 обмотки 316 антенны с расположенного выше по стволу скважины конца 325 обмотки 316 антенны и выходит из центра 328 с расположенного ниже по стволу скважины конца 330 обмотки антенны. В некоторых вариантах реализации никакая часть потока 324 флюида, который проходит от расположенного выше по стволу скважины конца 325 к расположенному ниже по стволу скважины концу 330, не может поступать в кольцевое пространство 336.

[60] В других вариантах реализации система выравнивания давления может содержать один порт в кольцевое пространство 336. Таким образом, при спуске скважинной системы 312 связи вглубь скважины и для выравнивания давления между кольцевым пространством 336 и центральным каналом 326 часть флюида из потока флюида может поступать в кольцевое пространство 336 через один порт. При подъеме скважинной системы 312 связи обратно вверх по стволу скважины часть потока флюида может выходить из кольцевого пространства 336 через один порт. Следовательно, флюид не протекает через кольцевое пространство 336. Другими словами, флюид не поступает в кольцевое пространство 336 через первый порт и не выходит из кольцевого пространства через второй, другой порт. Вместо этого, флюид может поступать в кольцевое пространство 336 и выходить из него через тот же самый, один порт.

[61] В других вариантах реализации один порт может содержать мембрану, отделяющую кольцевое пространство 336 от центрального канала 326. Кольцевое пространство 336 может быть заполнено жидкостью, такой как гидравлическая жидкость или другая жидкость. По мере увеличения перепада давления мембрана может проталкиваться к кольцевому пространству 336. Это может повысить давление жидкости в кольцевом пространстве 336, тем самым выровняв давление между кольцевым пространством 336 и центральным каналом 326. Мембрана может уменьшить контакт обмотки 316 антенны с буровым раствором, что может снизить износ обмотки антенны.

[62] На фиг. 4 представлен вид в поперечном разрезе скважинной системы 412 связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. В показанном варианте реализации панель 454 проходит от заплечика 444 утяжеленной бурильной трубы, проходя от внутренней поверхности 420 утяжеленной бурильной трубы 414. Плата 454 смещена от внутренней поверхности 420. В некоторых вариантах реализации плата 454 содержит датчик, такой как ядерный датчик или датчики другого типа. В том же или других вариантах реализации плата 454 может содержать печатную плату и один или более процессоров. Плата 454 может быть прикреплена к каркасу 422 с помощью механического крепежного элемента, а обмотка 416 антенны может быть зафиксирована или закреплена на каркасе 422 над платой 454. Таким образом, каркас 422 в радиальном направлении прикрепляет обмотку 416 антенны и плату 454 к внутренней поверхности 420 утяжеленной бурильной трубы 414. В показанном варианте реализации одна плата 454 может прикреплять обмотку 416 антенны к внутренней поверхности 420 утяжеленной бурильной трубы 414. В других вариантах реализации совокупность плат 454, включая 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более плат 454, могут прикреплять обмотку антенны к внутренней поверхности 420.

[63] В показанном варианте реализации каркас 422 в продольном направлении прикрепляет обмотку 416 антенны к внутренней поверхности 420. Таким образом, каркас 422 может обеспечивать защиту от эрозии и/или износа, а уплотнение между обмоткой 416 антенны и центральным каналом 426 утяжеленной бурильной трубы 414 и каркас 422 могут обеспечивать защиту обмотки 416 от давления. В других вариантах реализации обмотка 416 антенны может быть прикреплена в продольном направлении к утяжеленной бурильной трубе 414 с помощью заплечика 444 утяжеленной бурильной трубы и установочного винта или другого механического соединения выше по стволу скважины от обмотки 416 антенны. Наличие обмотки 416 антенны, перекрывающей плату 454, может уменьшить длину каркаса 422. Таким образом, может быть уменьшена длина скважинной системы 412 связи. Таким образом, может быть уменьшено расстояние между передатчиком и приемником, что может повысить надежность скважинной системы 412 связи. Кроме того, в некоторых вариантах реализации обмотка 416 антенны может быть электрически соединена с платой 454, причем плата 454 представляет собой электронную плату. Это может дополнительно уменьшить сложность скважинной системы 412 связи, что может повысить ее надежность.

[64] На фиг. 5 представлен вид в перспективе каркаса 522 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. В некоторых вариантах реализации каркас 522 содержит устройство 555 отклонения потока. Устройство 555 отклонения потока может направлять поток флюида, протекающий через кольцевое пространство, в трубчатое пространство.

[65] Устройство 555 отклонения потока содержит центральное соединение 556. В некоторых вариантах реализации центральное соединение 556 может быть выполнено с возможностью соединения с электронным модулем. В других вариантах реализации центральное соединение 556 может быть выполнено с возможностью соединения с любым скважинным инструментом, таким как забойный двигатель, расширяющий инструмент, инструменты ИПБ, КПБ, генератор гидроимпульсов или любой другой скважинный инструмент. Центральное соединение 556 содержит штекер 558. Штекер может быть выполнен с возможностью электронного соединения антенны (например, обмотки 216 антенны, показанной на фиг. 2-1) со скважинным инструментом.

[66] Центральное соединение 556 соединяется с цилиндрическим корпусом 560 каркаса 522 с помощью одного или более ребер 562. Флюид может обтекать центральное соединение 556 снаружи и протекать во внутреннюю часть цилиндрического корпуса 560. Флюид может по меньшей мере частично направляться одним или более ребрами 562 и/или наклонным участком 564 цилиндрического корпуса 560.

[67] На фиг. 6-1 представлен вид в продольном разрезе скважинной системы 612 связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. В показанном варианте реализации каркас 622 является аналогичным каркасу 522, показанному на фиг. 5. Каркас 622 прикрепляет обмотку 616 антенны к внутренней поверхности 620 утяжеленной бурильной трубы 614. Каркас 622 содержит устройство 655 отклонения потока, выполненное с возможностью отклонения потока флюида (в совокупности 624) от кольцевого потока (например, вокруг компонента инструмента) к потоку в трубчатом пространстве (например, центральному по отношению к обмотке 616 антенны).

[68] Устройство 655 отклонения потока содержит центральное соединение 656. Центральное соединение 656 выполнено с возможностью соединения со скважинным инструментом 661. Скважинный инструмент 661 может включать в себя любой скважинный инструмент 661, используемый в скважинной среде, включая электронный модуль, процессор, забойный двигатель, расширительный инструмент, инструменты ИПБ, КПБ, генератор гидроимпульсов или любой другой скважинный инструмент или компонент. Центральное соединение 656 содержит штекер 658. Штекер 658 может электронным образом соединять обмотку 616 антенны со скважинным инструментом 661.

[69] Скважинный инструмент 661 может быть расположен по центру центрального канала 626. Поток 624 флюида может обтекать скважинный инструмент 661 в кольцевом потоке 624-1. Ниже по стволу скважины от скважинного инструмента 661 поток 624 флюида протекает через устройство 655 отклонения потока в отклоняемом потоке 624-2. Затем поток 624 флюида может быть направлен в поток 624-3 в трубчатом пространстве. Весь поток 624 флюида может быть отклонен от кольцевого потока 624-1 к потоку 624-3 в трубчатом пространстве. Другими словами, поток 624 флюида не может протекать между обмоткой 616 антенны и утяжеленной бурильной трубой 614. Устройство 655 отклонения потока содержит ребро 662 и наклонную часть 664 цилиндрического корпуса 660 каркаса 622. Ребро 662 и наклонная часть 664 имеют наклон и гидродинамически оптимизированы для ограничения любых гидродинамических потерь из-за устройства 655 отклонения потока.

[70] Каркас 622 прикреплен в продольном направлении к утяжеленной бурильной трубе 614 на заплечике 644. В некоторых вариантах реализации скважинный инструмент 661 может прикладывать усилие к каркасу 622, который подталкивает каркас 622 к заплечику 644. Это может помочь зафиксировать каркас 622 в продольном и окружном направлениях и, следовательно, обмотку 616 антенны на утяжеленной бурильной трубе 614. Это, в свою очередь, может уменьшить электромагнитные помехи в сигнале, принимаемом и/или передаваемом обмоткой 616 антенны.

[71] Утяжеленная бурильная труба 614 может содержать суженную часть 666. Толщина утяжеленной бурильной трубы 614 может быть уменьшена в суженной части 666 на обмотке 616 антенны. Это может уменьшить магнитные помехи со стороны утяжеленной бурильной трубы 614, тем самым улучшив сигнал, принимаемый и/или передаваемый обмоткой 616 антенны.

[72] На фиг. 6-2 представлен другой вид в продольном разрезе скважинной системы 612 связи, показанной на фиг. 6-1. Этот вид в разрезе выполнен параллельно длине ребер 662. По меньшей мере одно из ребер 662 содержит проводной канал 668, соединенный со штекером 658. Проводной канал 668 соединен с антенным каналом 632. Таким образом, провод, пропущенный через проводной канал 668, может быть соединен с обмоткой 616 антенны, а любая электроника подключена к штекеру 658. Таким образом, каждая из частей антенны, включая обмотку 616 антенны и провод, может быть защищена от износа и/или эрозии, вызванных буровым раствором.

[73] Для обеспечения структурной целостности ребра 662 проводной канал 668 может проходить через самую толстую часть ребра 662. Проводной канал 668 может иметь один или более изгибов (например, точек перегиба) для достижения обмотки 616 антенны. Например, в показанном варианте реализации проводной канал включает первый изгиб рядом со штекером 658 и второй изгиб рядом с проводным каналом 668. Кроме того, в некоторых вариантах реализации проводной канал 668 может иметь круглую форму поперечного разреза. В других вариантах реализации проводной канал 668 может иметь некруглую форму поперечного сечения, такую как эллиптическая, квадратная, прямоугольная или любая другая форма.

[74] Каркас 622, включая устройство 655 отклонения потока, ребра 662 и проводной канал 668, может быть дорогим, трудоемким или даже невозможным для изготовления из блока или трубы из стали. В некоторых вариантах реализации для достижения сложной геометрии устройства отклонения потока и проводного канала 668 каркас 622 может быть изготовлен с использованием методов аддитивного производства. Например, каркас 622 может быть изготовлен из металла, полученного методом аддитивного производства. В других вариантах реализации каркас может быть изготовлен с использованием методов литья под давлением, включая литье под давлением из отвержденных пластиков и других полимеров и полимерных соединений.

[75] На фиг. 7 представлен схематический вид скважинной системы 712 связи в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Скважинная система 712 связи содержит беспроводной передатчик 770, беспроводной приемник 772 и скважинный инструмент 760 между беспроводным передатчиком 770 и беспроводным приемником 772. В некоторых вариантах реализации беспроводной приемник 772 содержит обмотку антенны (например, обмотку 216 антенны, показанную на фиг. 2-1) в соответствии с настоящим изобретением. В других вариантах реализации беспроводной передатчик 770 содержит обмотку антенны в соответствии с настоящим изобретением. В еще других вариантах реализации как беспроводной приемник 772, так и беспроводной передатчик 770 содержит обмотку антенны в соответствии с настоящим изобретением. В некоторых вариантах реализации беспроводной приемник 772 может быть выполнен с возможностью как приема, так и передачи сигналов беспроводным способом, а беспроводной передатчик 770 может быть выполнен с возможностью как передачи, так и приема сигналов беспроводным способом. Таким образом, скважинная система 712 связи может представлять собой систему двухсторонней связи.

[76] Беспроводной передатчик 770 может передавать сигналы беспроводным способом, а беспроводной приемник 772 может принимать сигналы беспроводным способом. Скважинная система связи имеет диапазон 774 сигнала между беспроводным передатчиком 770 и беспроводным приемником 772.

[77] В некоторых вариантах реализации беспроводной приемник 772 может принимать сигналы от беспроводного передатчика 770 с мощностью сигнала. В некоторых вариантах реализации мощность сигнала может находиться в диапазоне, имеющем верхнее значение, нижнее значение или верхнее и нижнее значения, включая любое значение из 1×10^-13 тесла (Тл),1×10^-12 Тл, 1×10^-11 Тл, 1×10^-10 Tл, 1×10^-9 Tл, 1×10^-8 Tл, 1×10^-7 Tл или любое промежуточное значение. Например, мощность сигнала может составлять более 1×10^-13 Тл. В другом примере мощность сигнала может составлять менее 1×10^-7 Тл. В еще других примерах мощность сигнала может составлять от 1×10^-7 Тл до 1×10^-13 Тл. В некоторых вариантах реализации может быть критически важным, чтобы мощность сигнала составляла более 1×10^-13 Тл для увеличения диапазона 774 сигнала. Большая мощность сигнала может увеличить диапазон 774 сигнала.

[78] Варианты реализации скважинной системы связи были в основном описаны со ссылкой на скважинные операции бурения; описанные в данном документе скважинные системы связи можно использовать и в других областях применения, помимо бурения ствола скважины. В других вариантах реализации скважинную систему связи в соответствии с настоящим изобретением могут использовать вне ствола скважины или другой скважинной среды, используемой для разведки или добычи природных ресурсов. Например, скважинные системы связи по настоящему изобретению могут использовать в буровой скважине, используемой для размещения линий энергоснабжения. Соответственно, термины «ствол скважины», «буровая скважина» и тому подобное не следует толковать как ограничивающие инструменты, системы, компоновки или способы по настоящему изобретению для какой-либо конкретной отрасли, области или окружающей среды.

[79] В данном документе описаны один или более конкретных вариантов реализации настоящего изобретения. Эти описанные варианты реализации являются примерами раскрытых в настоящее время методов. К тому же, в попытке предоставить краткое описание этих вариантов реализации, в описании могут быть описаны не все признаки фактического варианта реализации. Следует принимать во внимание, что при разработке любого такого фактического варианта реализации, как и в любой инженерной или опытно-конструкторской разработке, будут приниматься многочисленные конкретные решения для варианта реализации для достижения конкретных целей разработчиков, таких как соблюдение связанных с системой и связанных с бизнесом ограничений, которые будут изменяться в зависимости от варианта реализации. Более того, следует понимать, что такая опытно-конструкторская разработка может быть сложной и потребовать больших затрат времени, но, тем не менее, будет обычной практикой при конструировании, изготовлении и производстве для специалистов в данной области техники, пользующихся преимуществами настоящего изобретения.

[80] В предшествующем описании форма единственного числа предназначена для обозначения одного или более элементов. Ссылки на «один вариант реализации» или «вариант реализации» в настоящем раскрытии изобретения не должны толковаться как исключающие существование дополнительных вариантов реализации, которые также включают изложенные признаки. Например, любой элемент, описанный в связи с вариантом реализации в данном документе, может комбинироваться с любым элементом любого другого варианта реализации, описанного в данном документе. Числа, проценты, соотношения или другие значения, указанные в данном документе, предназначены для включения данного значения, а также других значений, которые «приблизительно» или «примерно» близки к заявленному значению, что будет понятно специалисту в данной области техники, охватываемой вариантами реализации настоящего изобретения. Поэтому заявленное значение следует истолковывать достаточно широко, чтобы охватить значения, которые по меньшей мере достаточно близки к заявленному значению для выполнения требуемой функции или достижения требуемого результата. Заявленные значения включают по меньшей мере ожидаемые отклонения в подходящем производстве или производственном процессе и включают значения, которые находятся в пределах 5%, в пределах 1%, в пределах 0,1% или в пределах 0,01% от заявленного значения.

[81] Ввиду настоящего раскрытия изобретения специалист в данной области техники должен понимать, что эквивалентные конструкции не отходят от сущности и объема настоящего изобретения, и что в данном документе могут быть сделаны различные изменения, замены и исправления без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Эквивалентные конструкции, в том числе функциональные пункты с указанием «средства и функции», предназначены для охвата конструкций, описанных в данном документе как выполняющие указанную функцию, включая как конструкционные эквиваленты, которые работают таким же образом, так и эквивалентные конструкции, которые обеспечивают такую же функцию. Заявитель явно намерен не ссылаться на «средство и функцию» или другие функциональные требования для какого-либо пункта формулы, за исключением пунктов, в которых слова «средство для...» появляются вместе со связанной функцией. Каждое добавление, удаление и модификация вариантов реализации, которые подпадают под значение и объем формулы изобретения, должны охватываться формулой изобретения.

[82] Термины «приблизительно», «около» и «по существу», используемые в данном документе, представляют количество, близкое к заявленному количеству, которое по-прежнему выполняет требуемую функцию или достигает требуемого результата. Например, термины «приблизительно», «около» и «по существу» могут относиться к количеству, которое находится в пределах менее 5%, в пределах менее 1%, в пределах менее 0,1% и в пределах менее 0,01% от заявленного количества. Кроме того, следует понимать, что любые направления или системы координат в предшествующем описании представляют собой просто относительные направления или перемещения. Например, любые упоминания слов «вверх» и «вниз» или «выше» или «ниже» просто описывают относительное положение или перемещение связанных элементов.

[83] Настоящее изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отклонения от его сущности или характеристик. Описанные варианты реализации следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничивающие. Изменения, которые подпадают под значение и диапазон эквивалентности формулы изобретения, должны быть включены в ее объем.

Изобретение относится к средствам связи для передачи информации о долоте и других скважинных параметров на приемные устройства вверх по стволу скважины от долота. Техническим результатом является повышение точности и/или четкости приема и передачи сигналов, а также увеличение срока службы за счет устранения проблемы вибрации антенн в оправке и повреждения внешних антенн. Заявлена скважинная антенна, содержащая: утяжеленную бурильную трубу, имеющую внутреннюю поверхность, образующую центральный канал для потока флюида через утяжеленную бурильную трубу; каркас, расположенный внутри центрального канала утяжеленной бурильной трубы и механически прикрепленный к внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы; и антенную обмотку, расположенную между внешней поверхностью каркаса и внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы. При этом каркас включает в себя внутреннюю кольцевую поверхность, которая образует вспомогательный канал, проходящий через каркас, и внешнюю поверхность, обращенную к внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы. Причем вспомогательный канал расположен соосно с центральным каналом утяжеленной бурильной трубы и обеспечивает поток флюида через утяжеленную бурильную трубу и каркас. 19 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Скважинная антенна, содержащая:

утяжеленную бурильную трубу, имеющую внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, проходящий через утяжеленную бурильную трубу, причем центральный канал обеспечивает поток флюида через утяжеленную бурильную трубу;

каркас, расположенный внутри центрального канала утяжеленной бурильной трубы и механически прикрепленный к внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы, при этом каркас включает в себя внутреннюю кольцевую поверхность, которая образует вспомогательный канал, проходящий через каркас, и каркас включает в себя внешнюю поверхность, обращенную к внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы, причем вспомогательный канал расположен соосно с центральным каналом утяжеленной бурильной трубы и вспомогательный канал обеспечивает поток флюида через утяжеленную бурильную трубу и каркас; и

антенную обмотку, расположенную между внешней поверхностью каркаса и внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы.

2. Скважинная антенна по п. 1, дополнительно содержащая:

зазор между обмоткой антенны и внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы, составляющий менее 3 миллиметров.

3. Скважинная антенна по п. 1, в которой обмотка антенны непосредственно упирается во внутреннюю поверхность утяжеленной бурильной трубы.

4. Скважинная антенна по п. 1, в которой утяжеленная бурильная труба имеет диаметр утяжеленной бурильной трубы, а обмотка антенны имеет диаметр антенны, причем обмотка антенны содержит провод, имеющий толщину провода, при этом диаметр утяжеленной бурильной трубы больше диаметра антенны на двойную толщину провода.

5. Скважинная антенна по п. 1, в которой обмотка антенны выполнена с возможностью вибрации с той же частотой, что и утяжеленная бурильная труба.

6. Скважинная антенна по п. 1, дополнительно содержащая:

электронную плату, зафиксированную на утяжеленной бурильной трубе, причем по меньшей мере часть обмотки антенны зафиксирована на внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы между электронной платой и внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы.

7. Скважинная антенна по п. 1, в которой утяжеленная бурильная труба содержит заплечик утяжеленной бурильной трубы, расположенный рядом с обмоткой антенны.

8. Скважинная антенна по п. 1, в которой центральный канал утяжеленной бурильной трубы и вспомогательный канал каркаса имеют коллинеарные центральные оси.

9. Скважинная антенна по п. 1, в которой каркас содержит уплотнение между обмоткой антенны и центральным каналом утяжеленной бурильной трубы.

10. Скважинная антенна по 9, в которой уплотнение выполнено с возможностью предотвращения поступления флюида, протекающего в центральном канале утяжеленной бурильной трубы, в кольцевое пространство между внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы и обмоткой антенны.

11. Скважинная антенна по п. 9, в которой уплотнение содержит расположенное выше по стволу скважины уплотнение, находящееся выше по стволу скважины от обмотки антенны, и расположенное ниже по стволу скважины уплотнение, находящееся ниже по стволу скважины от обмотки антенны.

12. Скважинная антенна по п. 1, в которой каркас выполнен с возможностью фиксирования в продольном направлении обмотки антенны на внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы.

13. Скважинная антенна по п. 1, в которой каркас выполнен с возможностью фиксирования в радиальном направлении обмотки антенны на внутренней поверхности утяжеленной бурильной трубы.

14. Скважинная антенна по п. 1, дополнительно содержащая:

кольцевое пространство между внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы и обмоткой антенны, причем кольцевое пространство имеет давление кольцевого пространства, при этом давление кольцевого пространства выравнивается давлением канала в центральном канале.

15. Скважинная антенна по п. 1, дополнительно содержащая:

кольцевое пространство между внутренней поверхностью утяжеленной бурильной трубы и обмоткой антенны, причем кольцевое пространство открыто для потока флюида таким образом, что часть потока флюида входит в кольцевое пространство через отверстие кольцевого пространства и поток флюида выходит из кольцевого пространства через отверстие кольцевого пространства.

16. Скважинная антенна по п. 1, в которой каркас содержит первую точку стабилизации и вторую точку стабилизации; причем первая точка стабилизации расположена выше по стволу скважины от обмотки антенны, а вторая точка стабилизации расположена ниже по стволу скважины от обмотки антенны, при этом расстояние между первой точкой стабилизации и второй точкой стабилизации составляет менее 150% от длины обмотки антенны.

17. Скважинная антенна по п. 1, в которой каркас содержит устройство отклонения потока, расположенное в утяжеленной бурильной трубе и выполненное с возможностью отклонения потока флюида через центральный канал утяжеленной бурильной трубы от кольцевого потока к трубчатому потоку.

18. Скважинная антенна по п. 17, в которой устройство отклонения потока содержит:

центральное соединение, содержащее проводной порт;

цилиндрический корпус; и

ребро, соединяющее центральное соединение с цилиндрическим корпусом, причем ребро содержит проводной канал от проводного порта до обмотки антенны.

19. Скважинная антенна по п. 18, в которой проводной канал содержит совокупность изгибов внутри ребра.

20. Скважинная антенна по п. 18, в которой проводной канал имеет эллиптическую форму поперечного сечения.