專利名稱：用于傳輸信號(hào)的方法和管道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及井下遙測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及例如鉆管的有線管道，其適合于在井眼內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)井下位置和地面之間傳送數(shù)據(jù)和/或動(dòng)力。
背景技術(shù)：
隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)系統(tǒng)的很多價(jià)值來(lái)源于提供關(guān)于鉆頭附近的井下狀況的實(shí)時(shí)信息的能力。石油公司使用這些井下測(cè)量在鉆井過(guò)程中作出決定，例如，為如Schlumberger開發(fā)的GeoSteering系統(tǒng)等精密鉆井技術(shù)提供輸入或反饋信息。這種技術(shù)嚴(yán)重依賴于對(duì)正在鉆井的地層的即時(shí)了解。因此，工業(yè)界繼續(xù)為MWD/LWD開發(fā)新的實(shí)時(shí)(或接近實(shí)時(shí))測(cè)量，包括具有高數(shù)據(jù)容量的成像類型的測(cè)量。
這種新的測(cè)量和相關(guān)控制系統(tǒng)需要遙測(cè)系統(tǒng)，其比當(dāng)前可利用的那些系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率。因此，已經(jīng)提出或嘗試了許多和MWD/LWD系統(tǒng)一起使用的新的和/或改進(jìn)的遙測(cè)技術(shù)，具有不同程度的成功。
在井下和地面位置之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是泥漿脈沖遙測(cè)，其中鉆柱用來(lái)傳送鉆井流體中的調(diào)制聲波。使用泥漿脈沖遙測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸率在1-6比特/秒的范圍。這種慢速率不能夠傳輸LWD柱通常所采集的大量數(shù)據(jù)。因此，在某些情形下(例如當(dāng)使用泡沫鉆井流體時(shí))，泥漿脈沖遙測(cè)根本不可行。因此，MWD/LWD系統(tǒng)所采集的一些或全部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下存儲(chǔ)器并在鉆頭行程的末端進(jìn)行下載，是很平常的。這種延時(shí)大大降低了用于實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)應(yīng)用的數(shù)據(jù)的價(jià)值。同時(shí)，有極大的數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，例如如果MWD/LWD工具遺失在井眼中。
已經(jīng)嘗試了經(jīng)由地下土壤通道的電磁(EM)遙測(cè)，具有有限的成功。即使在低數(shù)據(jù)傳輸率下，電磁遙測(cè)的效用也是深度有限的，依賴于土壤的電阻率。
已經(jīng)廣泛研究了通過(guò)鉆管本身的聲學(xué)遙測(cè)，但至今尚未商用。在理論上，利用通過(guò)鋼鉆柱傳送的聲波，十幾比特/秒的數(shù)據(jù)傳輸率應(yīng)該是可能的，但這尚未被可靠地證明。
在過(guò)去25年內(nèi)，無(wú)數(shù)次地提出了在互相連接的鉆管接頭內(nèi)布線的概念。一些先前的提議披露在Denison的美國(guó)專利No.4,126,848，Barry等人的美國(guó)專利No.3,957,118，及Heilhecker等人的美國(guó)專利No.3,807,502，以及在出版物中，如W.J.McDonald的“Four DifferentSystems Used for MWD(四種用于MWD的不同系統(tǒng))”，The Oil and GasJournal，第115至124頁(yè)，1978年4月3號(hào)。
許多更新近的專利和出版物集中于電流耦合的感應(yīng)耦合器在有線鉆管(WDP)內(nèi)的使用。Meador的美國(guó)專利No.4,605,268描述了安裝在鉆管密封面處的電流耦合的感應(yīng)耦合器的使用和基本操作。俄聯(lián)盟出版的Basarygin等人的專利申請(qǐng)No.2140537以及更早的俄聯(lián)盟出版的Konovalov等人的專利申請(qǐng)No.2040691，都描述了鉆管遙測(cè)系統(tǒng)，其使用安裝于鉆管密封面附近的電流耦合的感應(yīng)耦合器。Jürgens等人的國(guó)際出版物No.WO 90/14497 A2描述了安裝在鉆管接頭內(nèi)徑處的感應(yīng)耦合器，用于數(shù)據(jù)傳輸。其他相關(guān)專利包括以下美國(guó)專利Hernandez-Marti等人的5,052,941，Veneruso的4,806,928，Veneruso的4,901,069，Veneruso的5,531,592，Rhein-Knudsen等人的5,278,550，Huber等人的5,971,072，及Boyle等人的6,641,434。
以上參考通常集中于穿過(guò)互相連接的鉆管接頭的耦合端部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而不是沿著管接頭的軸向長(zhǎng)度。許多其他專利參考披露或建議了特殊方案，用于沿著井下管道或管接頭的軸向長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括美國(guó)專利Polkd的2,000,716，Hawthorn的2,096,359，Denison等人的4,095,865，Weldon的4,72,402，Mohn的4,953,636，Hall等人的6,392,317，及Hall等人的6,799,632。其他相關(guān)專利參考包括Williams等人的國(guó)際出版物No.WO 2004/033847A1，Hall等人的國(guó)際出版物No.WO 0206716A1，及Davies等人的美國(guó)出版物No.US 2004/0119607A1。
定義在本說(shuō)明書中，有些術(shù)語(yǔ)在它們第一次使用時(shí)進(jìn)行定義，而另一些在本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)定義如下。
“通信的”指能夠傳導(dǎo)或傳送信號(hào)。
“通信耦合器”指用來(lái)連接兩個(gè)相鄰管形構(gòu)件的各自端部，如相鄰管接頭的有螺紋的陰(box)/陽(yáng)(pin)螺紋端部的裝置或結(jié)構(gòu)，信號(hào)可以通過(guò)其進(jìn)行傳導(dǎo)。
“通信鏈路”指多個(gè)通信連接的管形構(gòu)件，如用于遠(yuǎn)距離傳導(dǎo)信號(hào)的互相連接的WDP接頭。
“遙測(cè)系統(tǒng)”指至少一個(gè)通信鏈路加上其他部件，例如地面的計(jì)算機(jī)、MWD/LWD工具、通信異徑接頭和/或路由器，這些是測(cè)量、傳輸和指示/記錄從井眼或通過(guò)井眼得到的數(shù)據(jù)所需要的。
“有線鏈路”指沿著或穿過(guò)WDP接頭至少部分有線的通道，用于傳導(dǎo)信號(hào)。
“有線鉆管”或“WDP”指一個(gè)或多個(gè)管形構(gòu)件——包括鉆管、鉆鋌、套管、管子和其他管道——其適合用于鉆柱，每個(gè)管形構(gòu)件包括有線鏈路。有線鉆管可包括襯套或襯里，并且可以是可擴(kuò)張的，以及其他變動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)沿著管道或管接頭軸向長(zhǎng)度傳輸，適合用于井下操作，如鉆井。因此，一方面，本發(fā)明提供了制造沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道的方法。本發(fā)明的方法包括如下步驟在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，為管形主體裝備通信耦合器，并且在管形主體內(nèi)定位可擴(kuò)張管形套筒。該套筒具有預(yù)先安排的在施加內(nèi)部流體壓力下進(jìn)行初始擴(kuò)張的部分。一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線在管形主體內(nèi)壁和管形套筒之間延伸，并且該一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立有線鏈路。通過(guò)在管形套筒內(nèi)壁上施加流體壓力，管形套筒在管形主體內(nèi)擴(kuò)張。以這種方式，傳導(dǎo)線固定在管形主體和管形套筒之間。
在本發(fā)明方法的特殊實(shí)施例中，通過(guò)在管形套筒內(nèi)壁上局部施加機(jī)械力；在管形套筒外壁上局部施加機(jī)械力；改動(dòng)管形套筒的部分的材料特性；或這些的組合，來(lái)預(yù)先形成(即，在將管形套筒定位在管形主體內(nèi)以前形成)管形套筒的預(yù)先安排的部分。管形套筒的預(yù)先安排的部分可以以其他方法來(lái)限定，例如通過(guò)減小管形套筒的部分的壁厚、增強(qiáng)除其部分之外的管形套筒、或這些的組合。
另一方面，本發(fā)明提供了采用襯墊來(lái)制造沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道的方法。該方法包括如下步驟在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，為管形主體裝備通信耦合器，并且在管形主體內(nèi)壁處或附近定位伸長(zhǎng)的襯墊。一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線沿著襯墊延伸，使得一個(gè)或多個(gè)線布置在管形主體內(nèi)壁和襯墊的至少部分之間，并且該一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立有線鏈路。伸長(zhǎng)的襯墊固定到管形主體上。以這種方式，傳導(dǎo)線固定在管形主體和襯墊之間。
在本發(fā)明的采用襯墊的方法的特殊實(shí)施例中，固定襯墊的步驟包括在管形主體內(nèi)定位可擴(kuò)張管形套筒，使得襯墊布置在管形主體和可擴(kuò)張?zhí)淄仓g，并且將可擴(kuò)張?zhí)淄矓U(kuò)張至與管形主體接合，由此襯墊固定在可擴(kuò)張?zhí)淄埠凸苄沃黧w之間的步驟。當(dāng)其定位在管形主體內(nèi)時(shí)，可擴(kuò)張管形套筒可呈現(xiàn)不同形狀，比如圓柱形或具有大致為U形的截面。此外，可擴(kuò)張管形套筒在其中可具有多個(gè)軸向定向的狹槽，以便有助于套筒擴(kuò)張。
擴(kuò)張?zhí)淄驳牟襟E可包括在管形套筒內(nèi)壁上施加流體壓力，在管形套筒內(nèi)壁上機(jī)械施加力，或這些步驟的組合。此外，擴(kuò)張?zhí)淄驳牟襟E可包括引爆管形套筒內(nèi)的爆炸物，以便在管形套筒內(nèi)壁上施加爆炸力。
在本發(fā)明的采用襯墊的方法的進(jìn)一步實(shí)施例中，固定襯墊的步驟包括沿其長(zhǎng)度切割管形套筒的步驟，該管形套筒在這樣的切割前具有直徑，該直徑防止套筒裝配在管形主體內(nèi)。在被切割的管形套筒上施加壓縮力，以便徑向皺縮管形套筒，使其裝配在管形主體內(nèi)。當(dāng)管形套筒維持在皺縮狀態(tài)時(shí)，其定位在管形主體內(nèi)，使得伸長(zhǎng)的襯墊定位在管形主體和管形套筒之間。隨后從其皺縮狀態(tài)釋放管形套筒，使得管形套筒徑向擴(kuò)張至與伸長(zhǎng)的襯墊和管形主體接合。
在本發(fā)明的采用襯墊的方法的特殊實(shí)施例中，其中襯墊是金屬的，固定襯墊的步驟包括將襯墊在沿著其的一個(gè)或多個(gè)位置焊接到管形主體內(nèi)壁上。
在本發(fā)明的采用襯墊的方法的進(jìn)一步實(shí)施例中，其中襯墊是玻璃纖維的，固定襯墊的步驟包括將襯墊結(jié)合到管形主體內(nèi)壁上。此外，一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線可以結(jié)合到管形主體的內(nèi)壁上。
在本發(fā)明的采用襯墊的方法的特殊實(shí)施例中，管形主體是具有陰螺紋端部和陽(yáng)螺紋端部的鉆管接頭，每個(gè)端部配備有通信耦合器。在該實(shí)施例中，連接線的步驟可包括在鉆管接頭的陰陽(yáng)螺紋端部形成開口的步驟，開口從各自通信耦合器延伸至鉆管內(nèi)壁，并且包括延伸一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線穿過(guò)開口的步驟。
在本發(fā)明的采用襯墊的方法的特殊實(shí)施例中，襯墊的形狀大致限定圓柱段，其具有補(bǔ)足管形主體內(nèi)壁的外弓形表面。在襯墊外弓形表面上可以形成伸長(zhǎng)的凹槽，以接收一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。
在本發(fā)明的采用襯墊的方法的特殊實(shí)施例中，襯墊是金屬、聚合體、復(fù)合物、玻璃纖維、陶瓷或其組合中的一個(gè)。
另一方面，本發(fā)明提供了采用凹槽來(lái)制造沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道的方法。該方法包括如下步驟在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，為管形主體裝備通信耦合器。在管形主體內(nèi)壁和外壁的至少一個(gè)壁上，形成一個(gè)或多個(gè)凹槽，其大致在通信耦合器之間延伸。一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)凹槽延伸。一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立一個(gè)或多個(gè)有線鏈路。一個(gè)或多個(gè)線固定在一個(gè)或多個(gè)內(nèi)凹槽內(nèi)。
在本發(fā)明的采用凹槽的方法的特殊實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)凹槽形成在管形主體的內(nèi)壁上。在該實(shí)施例中，固定線的步驟可包括在一個(gè)或多個(gè)凹槽內(nèi)結(jié)合一個(gè)或多個(gè)線。固定線的步驟可另外包括覆蓋一個(gè)或多個(gè)凹槽，例如通過(guò)圍繞管形主體內(nèi)壁涂上聚合體涂層。覆蓋凹槽的步驟可另外包括將一個(gè)或多個(gè)板固定到管形主體內(nèi)壁上，以便獨(dú)立覆蓋一個(gè)或多個(gè)凹槽中的每一個(gè)。固定線的步驟可另外包括延伸一個(gè)或多個(gè)線穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)第二管道，每個(gè)第二管道結(jié)合到凹槽中的一個(gè)上，每個(gè)第二管道這樣成形和定向，使其大致在通信耦合器之間延伸。
在本發(fā)明的采用凹槽的方法的特殊實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)凹槽形成在管形主體的外壁上。在該實(shí)施例中，固定線的步驟可包括在一個(gè)或多個(gè)凹槽內(nèi)結(jié)合一個(gè)或多個(gè)線。固定線的步驟可另外包括覆蓋一個(gè)或多個(gè)凹槽，例如通過(guò)圍繞管形主體外壁固定套筒。這種套筒可以是金屬、聚合體、復(fù)合物、玻璃纖維、陶瓷或其組合中的一個(gè)。
另一方面，本發(fā)明提供了襯里井下管形構(gòu)件的可擴(kuò)張管形套筒，其包括管形主體，管形主體具有預(yù)先安排的在施加內(nèi)部流體壓力下進(jìn)行初始擴(kuò)張的部分。主體的預(yù)先安排的部分可以是塑性變形的部分，例如通過(guò)在主體的內(nèi)壁或外壁上局部施加機(jī)械力來(lái)形成。主體的預(yù)先安排的部分可另外由具有減小壁厚的主體的部分限定。例如通過(guò)增大除預(yù)先安排的部分之外所有地方的壁厚，可實(shí)現(xiàn)減小的壁厚。主體的預(yù)先安排的部分可另外通過(guò)改動(dòng)主體的部分的材料特性來(lái)形成，例如通過(guò)局部熱處理。
另一方面，本發(fā)明提供了用于在井眼環(huán)境中沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道，其包括管形主體，在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器。通信耦合器的每個(gè)包括具有兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立線圈繞組的線圈，每個(gè)線圈繞組大致位于分立的線圈圓弧內(nèi)。兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體沿著或穿過(guò)管形主體壁獨(dú)立延伸，并且連接在各自的線圈繞組之間，以便建立兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的有線鏈路。每個(gè)導(dǎo)體包括一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。
在本發(fā)明的管道的特殊實(shí)施例中，每個(gè)通信耦合器的線圈具有兩個(gè)獨(dú)立的線圈繞組，每個(gè)繞組大致位于線圈分立的180°圓弧內(nèi)。
另一方面，本發(fā)明提供了沿管形主體長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的方法。在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器，通信耦合器的每個(gè)包括具有兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立線圈繞組的線圈。兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體沿著或穿過(guò)管形主體壁獨(dú)立延伸，并且獨(dú)立的導(dǎo)體連接在各自獨(dú)立的線圈繞組之間，以便建立兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的有線鏈路。因此，當(dāng)有線鏈路中的一個(gè)(或可能為多個(gè))發(fā)生故障時(shí)，可維持有線通信。
另一方面，本發(fā)明提供了采用襯墊的管道，用于在井眼環(huán)境中沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)。管道包括管形主體，在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器，并且沿管形主體內(nèi)壁固定有伸長(zhǎng)的襯墊。一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線沿著襯墊延伸，使得一個(gè)或多個(gè)線布置在管形主體內(nèi)壁和襯墊的至少部分之間，并且該一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立有線鏈路。伸長(zhǎng)的襯墊可以通過(guò)在管形主體內(nèi)擴(kuò)張的管形套筒來(lái)固定。
另一方面，本發(fā)明提供了采用凹槽的管道，用于在井眼環(huán)境中沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)，管道包括管形主體，在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器。在管形主體內(nèi)壁和外壁的至少一個(gè)壁上，管形主體具有一個(gè)或多個(gè)凹槽，其大致在通信耦合器之間延伸。一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線延伸穿過(guò)并固定在一個(gè)或多個(gè)凹槽內(nèi)。一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立一個(gè)或多個(gè)有線鏈路。
另一方面，本發(fā)明提供了互相連接的管道的系統(tǒng)，用于在井眼環(huán)境中傳輸信號(hào)。管道的每一個(gè)包括管形主體，在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器，通信耦合器允許信號(hào)在相鄰的互相連接的管道之間傳輸。沿著管形主體內(nèi)壁定位伸長(zhǎng)的襯墊，一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線沿著襯墊延伸，使得一個(gè)或多個(gè)線布置在管形主體內(nèi)壁和襯墊的至少部分之間。該一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立有線鏈路。管形套筒在管形主體內(nèi)擴(kuò)張，使得襯墊固定在管形主體和擴(kuò)張的套筒之間。


參考附圖中所說(shuō)明的實(shí)施例，可給出以上簡(jiǎn)述的本發(fā)明的更詳細(xì)描述，以便能夠詳細(xì)了解以上敘述的本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)。然而，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，附圖只是說(shuō)明了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因而不應(yīng)認(rèn)為是其范圍的限定，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他同樣有效的實(shí)施例。
圖1是鉆柱組件的正視圖說(shuō)明，可以有利地采用帶有該組件的本發(fā)明。
圖2是有線管道的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖說(shuō)明，可以有利地采用帶有該管道的本發(fā)明。
圖3是根據(jù)圖2有線管道的面對(duì)的通信耦合器對(duì)的部分切掉的透視圖說(shuō)明。
圖4是圖3的面對(duì)的通信耦合器對(duì)的詳細(xì)剖視圖說(shuō)明，通信耦合器對(duì)鎖定在一起，作為操作的管道柱的部分。
圖5說(shuō)明了類似于圖2中所示的管道，但采用了可擴(kuò)張管形套筒，以固定和保護(hù)在根據(jù)本發(fā)明的通信耦合器對(duì)之間的一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。
圖6A-6D說(shuō)明了實(shí)行圖5的可擴(kuò)張?zhí)淄驳母鞣N方式，以便預(yù)先安排套筒的部分，在施加內(nèi)部流體壓力如液壓成形時(shí)，進(jìn)行初始擴(kuò)張。
圖7說(shuō)明了定位在類似圖5的可擴(kuò)張管形套筒內(nèi)的爆炸物，用于在爆炸時(shí)擴(kuò)張?zhí)淄病?br> 圖8A是類似于圖5中顯示的管道的剖視圖說(shuō)明，但采用了與可擴(kuò)張管形套筒結(jié)合的伸長(zhǎng)的襯墊，用于固定和保護(hù)一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的傳導(dǎo)線。
圖8B是圖8A的管道的透視圖說(shuō)明，在可擴(kuò)張管形套筒已擴(kuò)張至與伸長(zhǎng)的襯墊和管道內(nèi)壁接合之后。
圖9A是圖8A的管道的截面說(shuō)明，也具有以虛線說(shuō)明的替代的U形可擴(kuò)張管形套筒。
圖9B是圖8B的管道的詳細(xì)截面說(shuō)明，其中套筒已擴(kuò)張至與伸長(zhǎng)的襯墊和管道內(nèi)壁接合。
圖10A說(shuō)明了類似于圖5中顯示的管道，但采用了焊接的、帶凹槽的伸長(zhǎng)的襯墊，以固定一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的傳導(dǎo)線。
圖10B是圖10A的管道沿圖10A的剖面線10B-10B所截取的截面說(shuō)明。
圖11A顯示了根據(jù)本發(fā)明的可擴(kuò)張管形套筒的一個(gè)實(shí)施例，其配備有軸向定向的狹槽，以有助于其擴(kuò)張。
圖11B顯示了圖11A的擴(kuò)張后的套筒。
圖11C顯示了用于機(jī)械擴(kuò)張圖11A的套筒的心軸。
圖12是類似于圖9B的詳細(xì)截面說(shuō)明，但其中與可擴(kuò)張管形套筒無(wú)關(guān)地采用了伸長(zhǎng)的襯墊，并且襯墊結(jié)合到管道內(nèi)壁上。
圖13A-B是替代的可擴(kuò)張管形套筒的截面說(shuō)明，分別處于收縮和擴(kuò)張的狀態(tài)，被用來(lái)固定根據(jù)本發(fā)明的伸長(zhǎng)的襯墊。
圖14A是在其內(nèi)壁采用凹槽的管道的截面說(shuō)明，用于固定根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。
圖14B說(shuō)明了配備有覆蓋板的圖14A的帶凹槽管道。
圖15是在其外壁采用凹槽及外襯套的管道的截面說(shuō)明，用于固定根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。
圖16A示意性地說(shuō)明了根據(jù)圖2-4的管道的有線鏈路。
圖16B示意性地說(shuō)明了一對(duì)根據(jù)本發(fā)明的管道所采用的獨(dú)立有線鏈路。
具體實(shí)施例方式
圖1說(shuō)明了傳統(tǒng)的鉆機(jī)和鉆柱，在其中可以有利地使用本發(fā)明。如圖1所示，平臺(tái)和塔架組件10定位在穿入地下地層F的井眼11上方。鉆柱12懸掛在井眼11內(nèi)，并在其下端包括鉆頭15。鉆柱12由鉆臺(tái)16旋轉(zhuǎn)，鉆臺(tái)由圖中未示的裝置供給電源，其在鉆柱上端接合方鉆桿17。鉆柱12通過(guò)方鉆桿17和旋轉(zhuǎn)接頭19從吊鉤18懸掛，吊鉤接附于移動(dòng)塊(圖中未示)上，旋轉(zhuǎn)接頭允許鉆柱相對(duì)于吊鉤旋轉(zhuǎn)。
鉆井流體或泥漿26存儲(chǔ)在在井場(chǎng)處形成的坑27內(nèi)。泥漿泵29通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭19內(nèi)的端口(未編號(hào))將鉆井流體26輸送到鉆柱12內(nèi)部，導(dǎo)致鉆井流體通過(guò)鉆柱12向下流動(dòng)，如方向箭頭9所示。隨后鉆井流體通過(guò)鉆頭15內(nèi)的端口退出鉆柱12，并隨后通過(guò)鉆柱外部和井眼壁之間的稱為環(huán)面的區(qū)域向上循環(huán)，如方向箭頭32所示。以此方式，鉆井流體潤(rùn)滑鉆頭15，并當(dāng)鉆井流體返回至坑27時(shí)，將地層切屑帶到地面上，進(jìn)行篩選和再循環(huán)。
鉆柱12進(jìn)一步包括布置于鉆頭15附近的底部鉆具組件(BHA)20。底部鉆具組件20可包括測(cè)量、處理和存儲(chǔ)信息以及與地面(例如與MWD/LWD工具)通信的能力。美國(guó)專利No.5,339,037中詳細(xì)描述了可用于底部鉆具組件的通信設(shè)備的例子。
可通過(guò)換能器31在地面處接收來(lái)自底部鉆具組件的通信信號(hào)，換能器耦合到井上接收子系統(tǒng)90。接收子系統(tǒng)90的輸出隨后耦合到處理器85和記錄器45。地面系統(tǒng)可進(jìn)一步包括與井下儀器通信的發(fā)射系統(tǒng)95。井下儀器和地面系統(tǒng)的通信鏈路可包括鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)及其他部件，鉆柱遙測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)有線鉆管(WDP)接頭。
鉆柱12可另外采用“頂部驅(qū)動(dòng)”構(gòu)造(也是公知的)，其中動(dòng)力旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)鉆柱，而不是方鉆桿和鉆臺(tái)。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員也將理解通過(guò)使用公知的Moineau類型的泥漿馬達(dá)，可另外進(jìn)行“滑動(dòng)”鉆井操作，該馬達(dá)將來(lái)自從泥漿坑27向下通過(guò)鉆柱12抽出的鉆井泥漿26的液壓能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)鉆頭的轉(zhuǎn)矩。還可以利用在相關(guān)技術(shù)中已知的所謂的“旋轉(zhuǎn)可操控”系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行鉆井。本發(fā)明的各個(gè)方面適合于在這些鉆井構(gòu)造的每一個(gè)中采用，并不限于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鉆井操作。
鉆柱12采用有線遙測(cè)系統(tǒng)，其中多個(gè)WDP接頭210在鉆柱內(nèi)互相連接，以形成通信鏈路(未編號(hào))。如Boyle等人的美國(guó)專利No.6,641,434所披露的并且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的一種類型的WDP接頭使用通信耦合器——尤其是感應(yīng)耦合器——來(lái)跨越WDP接頭傳輸信號(hào)。根據(jù)Boyle等人，WDP接頭內(nèi)的感應(yīng)耦合器包括變換器，其具有由高磁導(dǎo)率、低損耗材料如超透磁合金(其是處理為特別高的起始磁導(dǎo)率的鎳鐵合金，并適合于低電平信號(hào)變換器的應(yīng)用)制成的環(huán)形磁心。包括多匝絕緣線的繞組盤繞在環(huán)形磁心上，以形成環(huán)形磁心變換器。在一個(gè)構(gòu)造中，環(huán)形變換器罐封在橡膠或其他絕緣材料中，組裝的變換器凹入到位于鉆管連接中的凹槽內(nèi)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2-4，顯示的WDP接頭210在其各自的陰螺紋端部222的端部241和陽(yáng)螺紋端部232的端部234處或附近，具有通信耦合器221、231——尤其是感應(yīng)耦合器元件。第一電纜214以以下將進(jìn)一步描述的方式延伸穿過(guò)管道213，以連接通信耦合器221、231。
WDP接頭210配備有伸長(zhǎng)的管形主體211，管形主體具有軸向內(nèi)腔212、陰螺紋端部222、陽(yáng)螺紋端部232及從陰螺紋端部222延伸到陽(yáng)螺紋端部232的第一電纜214。第一電流環(huán)路感應(yīng)耦合器元件221(例如環(huán)形變換器)和類似的第二電流環(huán)路感應(yīng)耦合器元件231分別布置于陰螺紋端部222和陽(yáng)螺紋端部232處。第一電流環(huán)路感應(yīng)耦合器元件221、第二電流環(huán)路感應(yīng)耦合器元件231及第一電纜214共同提供了跨越每個(gè)WDP接頭長(zhǎng)度的通信管道。顯示了在兩個(gè)WDP接頭之間的耦合接口處的感應(yīng)耦合器(或通信連接)220，其由WDP接頭210的第一感應(yīng)耦合器元件221和鄰接管形構(gòu)件的第二電流環(huán)路感應(yīng)耦合器元件231’所構(gòu)成，該鄰接管形構(gòu)件可以是另一個(gè)WDP接頭。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，感應(yīng)耦合器元件可以由其他起類似通信功能的通信耦合器來(lái)替代，例如如Denison的美國(guó)專利No.4,126,848中披露的類型的直接電觸點(diǎn)連接。
圖4更詳細(xì)地描述了圖3的感應(yīng)耦合器或通信連接220。陰螺紋端部222包括內(nèi)螺紋223和具有第一狹槽225的環(huán)形內(nèi)接觸肩224，第一環(huán)形變換器226布置在狹槽內(nèi)。環(huán)形變換器226連接到電纜214上。類似的，鄰近有線管形構(gòu)件(例如另一個(gè)WDP接頭)的陽(yáng)螺紋端部232’包括外螺紋233’和具有第二狹槽235’的環(huán)形內(nèi)接觸管端234’，第二環(huán)形變換器236’布置在第二狹槽內(nèi)。第二環(huán)形變換器236’連接到鄰近管形構(gòu)件9a的第二電纜214’上。狹槽225和235’可以包覆高傳導(dǎo)率、低磁導(dǎo)率材料(例如銅)，以提高感應(yīng)耦合的效率。當(dāng)一個(gè)WDP接頭的陰螺紋端部222與鄰近管形構(gòu)件(例如另一個(gè)WDP接頭)的陽(yáng)螺紋端部232’組裝時(shí)，形成通信連接。這樣圖4顯示了由此得到的接口的部分的截面，在其中面對(duì)的感應(yīng)耦合器元件對(duì)(即環(huán)形變換器226、236’)鎖定在一起，以在可操作的通信鏈路內(nèi)形成通信連接。該截面視圖也顯示了閉合的環(huán)形路徑240和240’分別圍住了環(huán)形變換器226和236’，并且管道213和213’形成了內(nèi)電纜214和214’的通道，該電纜連接兩個(gè)布置于每個(gè)WDP接頭兩端的感應(yīng)耦合器元件。
上述的感應(yīng)耦合器包括用雙環(huán)制成的電耦合器。雙環(huán)耦合器使用陰陽(yáng)螺紋端部的內(nèi)肩作為電觸點(diǎn)。在構(gòu)成陰陽(yáng)螺紋端部時(shí)，內(nèi)肩在極大的壓力下實(shí)現(xiàn)接合，確保陰陽(yáng)螺紋端部之間的電連續(xù)性。依靠放置于狹槽中的環(huán)形變換器，在連接的金屬內(nèi)感應(yīng)出電流。在給定頻率(例如100kHz)下，這些電流由集膚深度效應(yīng)限制在狹槽表面。陰陽(yáng)螺紋端部構(gòu)成各自變換器的次級(jí)電路，兩個(gè)次級(jí)電路通過(guò)配對(duì)的內(nèi)肩表面背對(duì)背連接。
雖然圖3-5描述了某些通信耦合器類型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解可使用多種耦合器，用于跨越互相連接的管形構(gòu)件的信號(hào)通信。例如，這種系統(tǒng)可包括磁耦合器，如Hall等人的國(guó)際專利申請(qǐng)No.WO02/06716中描述的那些。其它系統(tǒng)和/或耦合器也可以設(shè)想。
本發(fā)明涉及通過(guò)一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線沿著例如WDP的管道或管接頭的軸向長(zhǎng)度傳輸數(shù)據(jù)。圖5說(shuō)明了類似于圖2中顯示的WDP接頭的管道510。因此，管道510由管形主體502所限定，在管形主體各自的陰陽(yáng)螺紋端部522、532處或附近，管形主體配備有一對(duì)通信耦合器521、531。例如合金鋼鉆管的欲用于井下使用的管道，通常包括直的管子部分(見管形主體502)，其具有下部的陽(yáng)螺紋連接(見陽(yáng)螺紋端部532)和上部的陰螺紋連接(見陰螺紋端部522)。在標(biāo)準(zhǔn)鉆管的情況下，內(nèi)徑(ID)變化，使得最小內(nèi)徑位于端部連接(見ID1)處，而最大內(nèi)徑位于沿著管主體的中間軸向部分(見ID2)。端部連接內(nèi)徑和管主體內(nèi)徑的典型差別為0.5至0.75英寸，但在某些情況下可以更大(例如1.25英寸或更大)。然而應(yīng)理解其他井下管道(甚至一些鉆管)并不呈現(xiàn)這種逐縮內(nèi)徑，而是采用貫穿端部連接和主體的恒定內(nèi)徑。恒定內(nèi)徑鉆管的一個(gè)例子是Grant Prideco的HiTorqueTM鉆管。本發(fā)明適合于具有眾多(變化的或恒定的)內(nèi)徑構(gòu)造的井下管道。
通信耦合器521、531可以是感應(yīng)耦合器元件，每一個(gè)包括環(huán)形變換器(圖中未示)，并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線514(這兒也簡(jiǎn)稱為“電纜”)連接，以在其之間傳輸信號(hào)。通過(guò)在加厚(upset)端的每一個(gè)內(nèi)的“深孔鉆的”孔或機(jī)加工的凹槽，電纜端部通常布線穿過(guò)管道的“加厚”端，以便到達(dá)例如各自的環(huán)形變換器。這樣，通信耦合器521、531和電纜514共同提供了沿每個(gè)管道510(例如沿每個(gè)WDP接頭)的通信鏈路。
本發(fā)明的特殊效用包括固定和保護(hù)電傳導(dǎo)線或傳導(dǎo)線對(duì)(也稱為導(dǎo)體)，例如電纜514，其從管道接頭的一個(gè)端部延伸到另一個(gè)端部。如果只使用一個(gè)傳導(dǎo)線，管道本身可作為第二導(dǎo)體，以完成電路。通常將采用至少兩個(gè)傳導(dǎo)線，例如絞合線對(duì)或同軸電纜。導(dǎo)體中至少一個(gè)必須與其他導(dǎo)體電絕緣。在某些情形下，出于冗余或其他目的，使用多于兩個(gè)導(dǎo)體是理想的。以下將參考圖16A-B來(lái)描述這種冗余線的布線例子。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)可擴(kuò)張管形套筒550來(lái)固定和保護(hù)導(dǎo)體，顯示的管形套筒布置于(并且擴(kuò)張于)圖5的管形主體502內(nèi)。設(shè)計(jì)套筒550，使得在其未擴(kuò)張狀態(tài)下，其將裝配入管道510的最狹窄直徑ID1。這樣，例如，可擴(kuò)張管形套筒550的形狀最初可以是圓柱形的，并呈現(xiàn)出比ID1處的管道內(nèi)徑稍窄的外徑(OD)。應(yīng)理解可擴(kuò)張管形套筒最初不需要為圓柱形，可以有利地采用各種構(gòu)造(例如，如以下描述的U形)。
在特殊實(shí)施例中，可擴(kuò)張管形套筒具有預(yù)先安排的部分，在施加內(nèi)部流體壓力下，如氣壓或流體壓力，尤其是通過(guò)液壓成形(下文將進(jìn)一步描述)，該部分進(jìn)行初始擴(kuò)張。當(dāng)如套筒550的套筒布置于管道510內(nèi)時(shí)，電纜514——已經(jīng)連接在通信耦合器521、531之間以建立有線鏈路——沿著管道的管形主體502在管形主體內(nèi)壁和(未擴(kuò)張的)管形套筒550之間延伸。通過(guò)在管形套筒內(nèi)壁上施加流體壓力，管形套筒550隨后在管形主體502內(nèi)擴(kuò)張，并且擴(kuò)張起始于預(yù)定的位置(例如在主體502的中心處或附近)。這種擴(kuò)張具有將電纜514可靠固定在管形主體502和管形套筒550之間的效果。
圖6A-D說(shuō)明了各種預(yù)先形成(即在將管形套筒定位在管形管道主體內(nèi)之前形成)類似圖5中套筒550的可擴(kuò)張?zhí)淄驳姆绞?，以便預(yù)先安排套筒的部分，使其在施加內(nèi)部流體壓力下開始擴(kuò)張。在本發(fā)明方法的特殊實(shí)施例中，通過(guò)在管形套筒內(nèi)壁上局部施加機(jī)械力(見圖6A中套筒650的擴(kuò)張環(huán)形部分652)、在管形套筒外壁上局部施加機(jī)械力(見圖6B中套筒650’的收縮環(huán)形部分652’)、減小管形套筒的部分的壁厚(見圖6C中套筒650”的變薄環(huán)形部分652”)、選擇性地增強(qiáng)管形套筒(見圖6D中套筒650的未增強(qiáng)環(huán)形部分652)、改動(dòng)管形套筒的部分的材料特性(例如通過(guò)局部熱處理——未說(shuō)明)、或這些方法的組合，預(yù)先形成管形套筒的預(yù)先安排的部分。
在例如鉆管的管道內(nèi)擴(kuò)張可擴(kuò)張管形套筒的特殊方法，以稱為液壓成形的已知過(guò)程來(lái)使用高壓水，液壓成形是可以在環(huán)境溫度下進(jìn)行的液壓三維擴(kuò)張過(guò)程，以便在管道內(nèi)固定套筒。管道的管形主體可以保持在閉合模組件內(nèi)，而布置在管道內(nèi)的套筒裝滿高壓的(例如5,000-10,000psig)例如水的液壓流體。液壓成形的裝備可包括例如多個(gè)密封活塞和液壓泵，如本領(lǐng)域中通常已知的。在液壓壓力施加在套筒內(nèi)徑上時(shí)，通過(guò)在端部施加壓縮推力(正比于液壓壓力，例如幾千psig)來(lái)軸向供給套筒是理想的。
液壓成形過(guò)程導(dǎo)致套筒塑性擴(kuò)張，直至套筒接合并符合管道的內(nèi)部輪廓(見例如圖5的管形主體502的內(nèi)徑內(nèi)的套筒550)。使用專用的金屬成形潤(rùn)滑油，以使套筒外徑和管道內(nèi)徑之間的摩擦減到最小。一旦完成液壓擴(kuò)張，過(guò)多的套筒材料將軸向延伸出兩個(gè)管道端部，并且修整到一定長(zhǎng)度。
當(dāng)去除內(nèi)部液壓壓力時(shí)，套筒在管道內(nèi)彈性地稍微收縮，由此在套筒和管道內(nèi)徑之間留下小的環(huán)形間隙。使用已知的真空填充過(guò)程，該間隙可以充滿如環(huán)氧樹脂的聚合體。其也可以充滿如樹脂的防腐蝕劑和/或潤(rùn)滑油(例如油或油脂)。填充到材料使腐蝕性流體對(duì)環(huán)形間隙的侵入減為最少。其也將套筒在管道內(nèi)的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)減為最少。
可擴(kuò)張管形套筒可具有由金屬或聚合體制成的薄壁管形主體，并呈現(xiàn)稍小于最小鉆管內(nèi)徑的直徑，以有助于套筒插入到管道內(nèi)。電纜在套筒和管道內(nèi)壁之間延伸。在聚合體套筒的情況下，電纜可以嵌入到套筒壁內(nèi)。對(duì)于金屬套筒，保護(hù)性的隔離物(例如金屬桿或下文將進(jìn)一步描述的伸長(zhǎng)的襯墊)定位在電纜附近或周圍，以防止電纜在套筒擴(kuò)張過(guò)程中被壓壞。除了保護(hù)電纜，可擴(kuò)張管形套筒也可以保護(hù)管道(尤其是鉆管)免受腐蝕、侵蝕或其他破壞。在某些情況下，套筒能夠去掉對(duì)任何鉆管內(nèi)徑涂層的需要，因而降低了總成本。
鉆管接頭的一個(gè)例子在端部連接處呈現(xiàn)3.00英寸的內(nèi)徑，在管形套筒主體的中間部分呈現(xiàn)4.276英寸的內(nèi)徑。對(duì)于該幾何形狀，金屬管形套筒需要從正好小于3.00英寸的初始外徑擴(kuò)張到4.276英寸的外徑，以便符合鉆管的內(nèi)徑輪廓。這導(dǎo)致接近43％的擴(kuò)張，并建議使用可延展的管類材料來(lái)液壓成形，例如完全退火的304不銹鋼管道(3.00”外徑x0.065”壁厚)。在液壓成形過(guò)程中，也可以預(yù)期這種套筒經(jīng)歷充分的伸長(zhǎng)(例如55-60％)。
液壓成形過(guò)程的目的是以足夠的安全裕度實(shí)現(xiàn)應(yīng)變(在管子的所有點(diǎn)上)在可限定的安全區(qū)域的最終狀態(tài)。適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)將指示液壓成形過(guò)程所能夠?qū)崿F(xiàn)的套筒壁變薄的程度和由此得到的安全裕度。
現(xiàn)在參考圖7，另一個(gè)擴(kuò)張引用為750的管形套筒以便在管道710內(nèi)固定并保護(hù)電纜714的方法，采用爆炸藥包754。以類似于液壓成形的方式，在例如鉆管710的管道內(nèi)放置壁相對(duì)薄的套筒750。爆炸藥包754在套筒750內(nèi)引爆，導(dǎo)致套筒迅速擴(kuò)張并符合鉆管內(nèi)徑。可以采用金屬隔離物(圖中未示)來(lái)在爆炸過(guò)程中保護(hù)電纜714免受損壞。理想地，套筒將通過(guò)爆炸力而冶金結(jié)合到鉆管內(nèi)徑上。然而，為了避免破壞電纜714，使用相對(duì)小量的爆炸物來(lái)擴(kuò)張?zhí)淄彩亲銐虻模挂r套將不結(jié)合到鉆管內(nèi)徑上，但在尺寸和形狀上將幾乎符合內(nèi)徑(即留下窄的環(huán)形間隙)。如同使用液壓成形的套筒，可以在套筒750和鉆管712之間放置樹脂或其他保護(hù)性材料，以填充任何空隙并確保腐蝕防護(hù)。
圖8A是與圖5中顯示的管道510類似的管道810的剖視說(shuō)明，但采用了與可擴(kuò)張管形套筒850結(jié)合的伸長(zhǎng)的襯墊856，用于固定一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的傳導(dǎo)線(也稱為電纜)814。圖8B是圖8A的管道810的透視圖說(shuō)明，在可擴(kuò)張管形套筒850已擴(kuò)張至與伸長(zhǎng)的襯墊856和管道810內(nèi)壁接合之后。在管形主體802各自的陰陽(yáng)螺紋端部822、832處或附近，管道810的管形主體802配備有一對(duì)通信耦合器821、831。伸長(zhǎng)的襯墊856定位在管形主體802內(nèi)壁處或附近，以保護(hù)和固定電纜814，電纜在通信耦合器821、831之間貼靠著管形主體802的內(nèi)壁延伸，由此建立可靠的有線鏈路。伸長(zhǎng)的襯墊可為金屬構(gòu)造，允許其彎曲而適合管道810的內(nèi)徑輪廓。在管道的連接端部?jī)?nèi)徑上機(jī)加工出來(lái)的鍵槽特征件(圖中未示)，可用來(lái)將襯墊固定在其中。應(yīng)理解例如通過(guò)應(yīng)用合適的粘合劑，襯墊可另外固定到管道內(nèi)壁上。當(dāng)以此方式固定時(shí)，在管形套筒850擴(kuò)張的過(guò)程中，可防止襯墊移動(dòng)。
圖9A是管道810的截面說(shuō)明，顯示的圓柱形可擴(kuò)張管形套筒850處于未擴(kuò)張狀態(tài)，同時(shí)也以虛線說(shuō)明了替代的U形可擴(kuò)張管形套筒850’。在套筒插入至管道810內(nèi)時(shí)，替代套筒850’最初具有圓形截面，并且其直徑接近在管道810內(nèi)的最終擴(kuò)張直徑。通過(guò)部分皺縮套筒，套筒850’預(yù)先形成為U形。在任一種情況下，套筒(例如850或850’)將具有稍小于管道810端部連接處的最小內(nèi)徑(稱為ID3)的外徑。圖9B是管道810的部分的詳細(xì)截面說(shuō)明，其中套筒850已擴(kuò)張至與伸長(zhǎng)的襯墊856和管道主體802的內(nèi)壁接合。擴(kuò)張的套筒與帶凹槽的金屬襯墊856一起固定電纜814，電纜在管道(例如鉆管)810的端部之間沿著其內(nèi)徑延伸。金屬襯墊856的凹槽858提供了平滑的電纜槽道，并保護(hù)電纜814免受施加在套筒850上的擴(kuò)張力以及井下環(huán)境的影響。
通過(guò)在套筒內(nèi)壁上施加流體壓力(如上參考圖5-6的液壓成形所描述的)、通過(guò)在管形套筒內(nèi)壁上機(jī)械施加力(見圖11C)、或這些步驟的組合，管形套筒850可以擴(kuò)張至與襯墊856和管道內(nèi)壁接合。此外，擴(kuò)張?zhí)淄驳牟襟E可包括引爆管形套筒內(nèi)的爆炸物，以便施加爆炸力到管形套筒的內(nèi)壁上，如上參考圖7所描述的。
圖11A-B說(shuō)明了可擴(kuò)張管形套筒1150，其配備有多個(gè)在其中軸向定向的狹槽1162，以有助于套筒擴(kuò)張。這樣，在狹槽1162閉合的情況下，管形套筒1150插入至鉆管或其他管道內(nèi)，如圖11A所說(shuō)明的。機(jī)械的或液壓的心軸M(見圖11C)用來(lái)擴(kuò)張?zhí)淄?150，這張開狹槽1162，如圖11B所示。
再次參考圖8-9，伸長(zhǎng)的襯墊856的形狀大致限定圓柱段，其具有補(bǔ)足管道主體802內(nèi)壁的外弓形表面(即伸長(zhǎng)的襯墊856是月牙形的)，以減小套筒850內(nèi)受到的最大應(yīng)變。在襯墊856的外弓形表面上形成伸長(zhǎng)的凹槽858，以接收一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線(即電纜)814。如上所述，在套筒850擴(kuò)張前，襯墊856固定到管道810的內(nèi)徑上，例如通過(guò)將襯墊856膠合到管道內(nèi)壁上，以確保其在套筒擴(kuò)張過(guò)程中不會(huì)移動(dòng)。然而，在金屬襯墊的情況下，可以預(yù)先形成襯墊，以符合管道(例如鉆管)的內(nèi)徑輪廓，其也趨向于在套筒擴(kuò)張過(guò)程中將襯墊保持在適當(dāng)位置。在端部連接處或附近，管道810在其內(nèi)徑上可采用狹槽/鍵槽特征件(圖中未示)，以布線電纜814從襯墊856的線槽道858至管道端部822、832處的深孔鉆的開口或凹槽(圖中未示)。
現(xiàn)在參考圖10A-B，應(yīng)理解如襯墊1056的伸長(zhǎng)的襯墊可以大致是金屬、聚合體、復(fù)合物、玻璃纖維、陶瓷或其組合。在襯墊為金屬的特殊實(shí)施例中，通過(guò)在沿著襯墊1056的一個(gè)或多個(gè)位置1055(見圖10B)上將襯墊焊接其上，襯墊1056可以固定到管道1010的內(nèi)壁上。在這個(gè)焊接的構(gòu)造中，不需要可擴(kuò)張?zhí)淄瞾?lái)固定/保護(hù)管道1010內(nèi)的襯墊1056。襯墊1056可通過(guò)間斷焊(例如定位焊)或連續(xù)焊來(lái)接附于管道內(nèi)壁上?？梢砸远喾N方法來(lái)構(gòu)造襯墊，例如螺旋線、直線或正弦波?？墒褂脵C(jī)器人焊接固定物來(lái)到達(dá)例如鉆管的三十英尺接頭的中部。采用鉆管的(或其他管道的)內(nèi)壁作為線通道的部分，有效地增大了鉆管的直徑間隙，并可能減少了侵蝕、泥流壓力下降和測(cè)井工具的堵塞等問(wèn)題。這樣該設(shè)計(jì)使用了跟隨鉆管的內(nèi)徑輪廓的帶凹槽的金屬襯墊或條。安裝在該帶凹槽的金屬條內(nèi)的線，通過(guò)在端部連接內(nèi)鉆的孔布線到各自管道端部的凹槽。
在襯墊是玻璃纖維的進(jìn)一步的實(shí)施例中，如圖12中襯墊1256所說(shuō)明的，通過(guò)將襯墊1256用環(huán)氧樹脂1266結(jié)合到管道的管形主體內(nèi)壁上，如防腐蝕所通常應(yīng)用的那樣，將襯墊固定到管道1210上，此外，組成電纜1214的一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線可以例如使用同樣的環(huán)氧樹脂1266結(jié)合到管形主體內(nèi)壁上。通過(guò)提供多孔織物使與環(huán)氧樹脂的接觸面積達(dá)到最大并確?？煽拷Y(jié)合，玻璃纖維襯墊1256幫助電纜1214的附著。玻璃纖維襯墊也保護(hù)電纜免受侵蝕、磨損和其他機(jī)械破壞，即使環(huán)氧樹脂涂層削掉。
圖13A-B是替代的可擴(kuò)張管形套筒1350的截面說(shuō)明，分別處于收縮和擴(kuò)張狀態(tài)。采用套筒1350來(lái)固定根據(jù)本發(fā)明的管道1310內(nèi)的伸長(zhǎng)的襯墊1356。管形套筒1350沿其長(zhǎng)度切割(例如軸向或成螺旋形)，該管形套筒在切割前具有直徑，該直徑防止套筒裝配入表示為ID4的管道1310的最小內(nèi)徑。在切割后的管形套筒1350上施加壓縮力，以便徑向皺縮管形套筒成螺旋形狀，使其裝配入管道1310的管形主體的端部連接處的最小間隙ID4。當(dāng)管形套筒1350維持在皺縮狀態(tài)時(shí)，其定位于管道1310內(nèi)，如圖13A所說(shuō)明的。因此，伸長(zhǎng)的襯墊1356定位于管道1310和管形套筒1350之間。隨后從其皺縮狀態(tài)釋放(并且可能迫使其張開)管形套筒1350，使得管形套筒徑向擴(kuò)張至與伸長(zhǎng)的襯墊1356和管道1310的管形主體接合，如圖13B所說(shuō)明的。在該位置，套筒1350的至少部分將擴(kuò)張至管道1310的中間主體部分的表示為ID5的較大內(nèi)徑?？梢蕴砑又С协h(huán)到張開的管形套筒內(nèi)部，以提供額外的強(qiáng)度，支承環(huán)可以定位焊接在適當(dāng)位置。
圖14A是在其內(nèi)壁采用一個(gè)或多個(gè)內(nèi)凹槽1458的管道1410的截面說(shuō)明，用于保護(hù)和固定根據(jù)本發(fā)明的電纜1414。在管道的管形主體的兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管道1410裝備有通信耦合器(圖中未示)。通過(guò)機(jī)加工或優(yōu)選地在管擠壓成形過(guò)程中，在管道的管形主體內(nèi)壁上形成內(nèi)凹槽1458。凹槽1458大致在管道的通信耦合器之間延伸。具有一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線的電纜1414延伸穿過(guò)凹槽1458。以類似于以上對(duì)其他實(shí)施例所描述的方式，電纜1414連接在通信耦合器之間，以便建立一個(gè)或多個(gè)有線鏈路。電纜1414通過(guò)罐封件1466固定在內(nèi)凹槽1458內(nèi)。
凹槽1458可另外包括一個(gè)或多個(gè)板1448，板結(jié)合到管道管形主體的內(nèi)壁上，如圖14B所示，以便獨(dú)立覆蓋一個(gè)或多個(gè)凹槽中的每一個(gè)。使用傳統(tǒng)焊接方法或通過(guò)爆炸成形技術(shù)，覆蓋條1448可結(jié)合到鉆管或其他管道1410上。環(huán)氧樹脂涂層經(jīng)常涂到管內(nèi)徑上，以防腐蝕，并且也可以用來(lái)保護(hù)凹槽內(nèi)的線。電纜1414可通過(guò)延伸電纜穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)小的第二管道另外固定，每個(gè)第二管道結(jié)合到凹槽中的一個(gè)上或之內(nèi)，每個(gè)第二管道這樣成形和定向，使其大致在通信耦合器(在圖14A-B中未示)之間延伸。
圖15是管道1510的截面說(shuō)明，其采用在其外壁內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)凹槽1558和外襯套/套筒1550，用于保護(hù)和固定電纜1514，電纜根據(jù)本發(fā)明在凹槽1558內(nèi)具有一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。電纜1514可以罐封在凹槽內(nèi)，并且可另外例如通過(guò)圍繞管道1510外壁固定套筒1550來(lái)覆蓋在凹槽內(nèi)。這種套筒1550可以是金屬、聚合體、復(fù)合物、玻璃纖維、陶瓷或其組合中的一個(gè)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解這兒描述的有線管道非常適合于整合到鉆柱內(nèi)，作為互相連接的WDP的遙測(cè)系統(tǒng)，以在井眼環(huán)境中傳輸信號(hào)。管道的每個(gè)包括管形主體，在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器，通信耦合器允許信號(hào)在鄰近的互相連接的管道之間傳輸。在該系統(tǒng)的特殊形式中，例如，伸長(zhǎng)的襯墊和/或可擴(kuò)張管形套筒沿著管形管道主體內(nèi)壁定位，并且一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線沿著襯墊/套筒延伸，使得一個(gè)或多個(gè)線布置在管形主體內(nèi)壁和襯墊/套筒的至少部分之間。這兒也稱為電纜的一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立有線鏈路。
當(dāng)然應(yīng)進(jìn)一步理解本發(fā)明提高了一定的制造效率。例如，鉆管通常以焊接在一起的三個(gè)分立零件來(lái)制造。中心零件(管形主體)是簡(jiǎn)單的鋼管，通過(guò)鍛造操作來(lái)加厚任一端部。端部零件(工具接頭或端部連接)始于鍛鋼形狀，在它們摩擦焊接到管形主體上之前，在其上機(jī)加工出螺紋和其他特征件。
這兒描述的相對(duì)于普通管道、尤其是鉆管的變動(dòng)，可以通常在鉆管完全制造后實(shí)現(xiàn)。然而，如果在制造過(guò)程中進(jìn)行，某些操作會(huì)更為容易。例如，從變換器線圈到管形管主體的線通道(例如深鉆孔)，可以在機(jī)加工管接頭的螺紋和肩部的同時(shí)進(jìn)行機(jī)加工。類似的，當(dāng)管主體內(nèi)徑更易到達(dá)時(shí)，可以在將工具接頭結(jié)合到管形主體上的摩擦焊接操作之前，將凹槽和其他特征件添加到主體上。
前面部分中描述的很多方法可有利地另外合并入制造過(guò)程中，并在某些情況下根據(jù)不同的時(shí)間來(lái)實(shí)行方法步驟。例如，可以在任何加厚和/或焊接步驟前，將線布線特征件建立在鉆管的長(zhǎng)中間部分內(nèi)。在具有均勻內(nèi)徑的鉆管內(nèi)建立線布線特征件，比在端部通常具有較小內(nèi)徑的完成的鉆管內(nèi)進(jìn)行同樣操作要容易得多。一旦中間部分裝配有線布線特征件，其隨后可經(jīng)歷已知的加厚和焊接操作。以下構(gòu)造方法提供了內(nèi)置的線布線特征件，其跨越接近80％的完成的鉆管長(zhǎng)度(例如30英尺中的25英尺)。
首先，在加厚操作前，金屬或聚合體管形套筒可以在主體內(nèi)液壓成形。由于內(nèi)徑更為均勻，擴(kuò)張量將大為減小，簡(jiǎn)化了操作并提高了順應(yīng)性。將使用分立的布線方法，以從工具接頭并通過(guò)摩擦焊接來(lái)傳達(dá)線路。
類似的，在摩擦焊接前，金屬套筒可以在管道的管形主體內(nèi)爆炸形成。此外，將套筒冶金結(jié)合到管上是可能的，有助于加厚過(guò)程。類似的，在摩擦焊接前，金屬襯墊可以更容易地焊接在適當(dāng)位置。
此外，在管形主體加厚和焊接前，可以在管形管形主體內(nèi)擠壓、形成或機(jī)加工包含電纜的內(nèi)/外凹槽。特別的，擠壓的或形成的凹槽比機(jī)加工的要便宜得多，并且其更堅(jiān)固，且抵抗疲勞。
其他制造變動(dòng)涉及本發(fā)明的有線管道抵抗線路故障或其他故障的能力。圖16A示意性地說(shuō)明了根據(jù)圖2-4的管道(例如WDP)的有線鏈路。這樣，一對(duì)相對(duì)的環(huán)形變換器226、236(各自通信耦合器的部件)通過(guò)電纜214互相連接，電纜具有一對(duì)在管道的管形主體內(nèi)布線的絕緣傳導(dǎo)線。每個(gè)環(huán)形變換器采用具有高磁導(dǎo)率的磁心材料(例如超透磁合金)，并且卷繞N匝絕緣線(N為100到200匝)。絕緣線圍繞環(huán)形磁心的圓周均勻盤繞，以形成變換器線圈(未分別編號(hào))。使用四個(gè)絕緣焊制的、焊接的或壓接的連接或連接器215，來(lái)連接電纜214的線和變換器226、236各自的線圈。
可靠性對(duì)于這種WDP接頭是非常重要的。如果這種接頭中任何線斷了，那么采用發(fā)生故障WDP接頭的整個(gè)WDP系統(tǒng)也發(fā)生故障了。有幾種可能發(fā)生的故障模式。例如，“虛焊”不是不平常的——其中，焊料沒(méi)有正確地結(jié)合到兩個(gè)線上。這些會(huì)間歇性地?cái)嚅_并隨后在斷開狀況發(fā)生故障。如果沒(méi)有牢固固定，長(zhǎng)期的振動(dòng)能導(dǎo)致線疲勞和斷開。熱膨脹、沖擊或碎片可能損壞或切割用來(lái)卷繞環(huán)形磁心的線。
圖16B示意性地說(shuō)明了一對(duì)根據(jù)本發(fā)明的例如WDP接頭的管道所采用的獨(dú)立有線鏈路。這樣，一對(duì)相對(duì)的環(huán)形變換器1626、1636的每一個(gè)包括具有兩個(gè)獨(dú)立線圈繞組的線圈系統(tǒng)，每個(gè)線圈繞組大致位于線圈系統(tǒng)的180°圓弧內(nèi)。更具體說(shuō)，環(huán)形變換器1626具有第一線圈繞組1626a和第二線圈繞組1626b，其每一個(gè)都獨(dú)立且均勻地圍繞變換器1626的環(huán)形磁心的半圓周盤繞。類似的，環(huán)形變換器1636具有第一線圈繞組1636a和第二線圈繞組1636b，其每一個(gè)都獨(dú)立且均勻地圍繞變換器1636的環(huán)形磁心的半圓周盤繞。一對(duì)稱為電纜1614a的絕緣傳導(dǎo)線，通過(guò)四個(gè)絕緣焊點(diǎn)1615a在線圈繞組1626a、1636a之間延伸并且在其各自端部處連接線圈繞組。類似的，一對(duì)稱為電纜1614b的絕緣傳導(dǎo)線，通過(guò)四個(gè)絕緣焊點(diǎn)1615b在線圈繞組1626b、1636b之間延伸并且在其各自端部處連接線圈繞組。獨(dú)立于電纜1614b來(lái)布線電纜1614a(指分開的電通道，但未必是WDP內(nèi)的遠(yuǎn)距離布線位置)，使得電纜和其各自互相連接的線圈繞組建立兩個(gè)獨(dú)立的有線鏈路。
應(yīng)理解可以通過(guò)使用如圖16B所示的雙卷繞(或其他多重卷繞)構(gòu)造，來(lái)提高WDP的可靠性。在該設(shè)計(jì)中，有第二冗余電路。每個(gè)環(huán)形磁心卷繞有兩個(gè)獨(dú)立的線圈繞組(以點(diǎn)線和短劃線指示)。在特殊實(shí)施例中，每個(gè)繞組具有相同數(shù)目的匝數(shù)(M)。然而，兩個(gè)卷繞可具有不同數(shù)目的匝數(shù)，并且仍提供大部分冗余的好處。如果M＝N，那么新設(shè)計(jì)的電磁特性基本與先前設(shè)計(jì)相同。
因?yàn)閮蓚€(gè)電路是并聯(lián)的，如果一個(gè)電路故障了，另一個(gè)電路仍能夠傳送遙測(cè)信號(hào)。此外，傳輸線的特征阻抗不會(huì)明顯改變，因此這種故障將不會(huì)增加衰減。如果一個(gè)電路故障了，連接線的串聯(lián)電阻在鉆管的該部分將增加，但不管怎樣，連接線的串聯(lián)電阻并不支配傳輸損耗。如果一個(gè)電路故障了，環(huán)形磁心的漏磁通也將稍微增加，但這也將具有較小的影響。因?yàn)榇判牡拇艑?dǎo)率非常大，來(lái)自一個(gè)繞組的大部分通量仍將保持在該磁心內(nèi)。
不相關(guān)的故障應(yīng)該大大減少了。例如，以每個(gè)焊接操作10-3的發(fā)生率，假設(shè)虛焊是不相關(guān)的。假定660個(gè)鉆管(20,000英尺)具有單一電路，每個(gè)鉆管有四個(gè)焊點(diǎn)。那么該系統(tǒng)的虛焊數(shù)是(10-3)(660)(4)，約為3。如果在鉆頭行程中，這些虛焊中只有一個(gè)故障了，WDP系統(tǒng)將故障?，F(xiàn)在考慮具有冗余、第二電路的WDP。每個(gè)鉆管現(xiàn)在具有8個(gè)焊點(diǎn)，因此20,000英尺的鉆柱將具有(10-3)(660)(8)即約為6個(gè)虛焊。然而，如果這些焊點(diǎn)中的一個(gè)故障了，那么第二電路繼續(xù)傳送信號(hào)。第二電路由于虛焊而故障的可能性現(xiàn)在為約10-3。
如果石塊或其他小物體接觸到線圈繞組并壓壞或切割線，可形成另一種類型的故障。如果兩個(gè)繞組的每一個(gè)大致位于環(huán)形變換器相對(duì)半部的180°圓環(huán)內(nèi)，那么兩個(gè)繞組都損壞的機(jī)會(huì)大大減小了。物理上分離兩個(gè)繞組因此是優(yōu)選的，但散布兩個(gè)繞組使每一個(gè)占據(jù)環(huán)形磁心的360°也是可能的。
如果兩個(gè)電路在位于環(huán)形變換器之間的、沿著鉆管的兩個(gè)不同的通道上布線，兩個(gè)電路同時(shí)損壞的機(jī)會(huì)進(jìn)一步減小了。例如，如果在沿著鉆管載有線的槽道內(nèi)有任何尖銳邊緣，那么沖擊和振動(dòng)可導(dǎo)致線摩擦這種尖銳邊緣，并被切割。在制造過(guò)程中，機(jī)械零件不完善的修邊可產(chǎn)生這種尖銳邊緣。
應(yīng)理解從上述描述中，可以對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的和替代的實(shí)施例進(jìn)行各種變動(dòng)和改變，而不偏離其真正的精神實(shí)質(zhì)。例如，在本發(fā)明的獨(dú)立有線鏈路方面，在有線鉆管中可采用三個(gè)或多個(gè)電路，以獲得更大程度的冗余。在這種情況下，每個(gè)繞組將大致位于環(huán)形變換器的120°圓弧內(nèi)。這樣，即使一個(gè)鉆管內(nèi)的兩個(gè)電路故障了，第三個(gè)電路仍將傳送信號(hào)。
其他類型的感應(yīng)耦合也將受益于冗余電路。例如，已知的WDP系統(tǒng)在鉆管的每個(gè)端部處采用感應(yīng)耦合器，每個(gè)耦合器在磁心內(nèi)包括一個(gè)或多個(gè)線環(huán)。然而，這種系統(tǒng)中每個(gè)鉆管只包含一個(gè)電路。根據(jù)本發(fā)明的獨(dú)立有線鏈路方面，可以使用兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立電路，其中每個(gè)電路包括每個(gè)耦合器的一個(gè)線環(huán)及兩個(gè)耦合器之間的連接線。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步理解根據(jù)其各個(gè)方面和實(shí)施例，本發(fā)明將不限于WDP的應(yīng)用。這樣，例如，本發(fā)明的有線鏈路和相關(guān)方面可有利地應(yīng)用于并不用來(lái)鉆井的井下管子、套管等。一個(gè)這樣的應(yīng)用涉及永久的地下設(shè)施，其采用傳感器來(lái)長(zhǎng)期監(jiān)控各種地層參數(shù)。因此，在這種永久監(jiān)控應(yīng)用中可采用本發(fā)明，來(lái)實(shí)現(xiàn)地面和永久的地下傳感器之間的通信。
本說(shuō)明書只是出于說(shuō)明的目的，不應(yīng)以限制的意義來(lái)解釋。本發(fā)明的范圍只應(yīng)當(dāng)由下面的權(quán)利要求書的語(yǔ)言來(lái)確定。權(quán)利要求書里的術(shù)語(yǔ)“包括”意指“包括至少”，使得權(quán)利要求中列舉的元件清單是開集或開群。類似的，術(shù)語(yǔ)“包含”、“具有”和“包括”都意指元件的開集或開群。除非明確地排除，“A”、“an”和其他單數(shù)術(shù)語(yǔ)有意包括其復(fù)數(shù)形式。此外，方法權(quán)利要求并不限于該權(quán)利要求出現(xiàn)的步驟的次序或順序。這樣，例如，方法權(quán)利要求的第一個(gè)列舉的步驟未必一定要在權(quán)利要求的第二個(gè)列舉的步驟之前執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種制造沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道的方法，其包括如下步驟在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，使管形主體裝備通信耦合器；在管形主體內(nèi)定位可擴(kuò)張管形套筒，該套筒具有預(yù)先安排的在施加內(nèi)部流體壓力下進(jìn)行初始擴(kuò)張的部分；在管形主體內(nèi)壁和管形套筒之間延伸一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線；在通信耦合器之間連接該一個(gè)或多個(gè)線，以便建立有線鏈路；及通過(guò)在管形套筒內(nèi)壁上施加流體壓力，在管形主體內(nèi)擴(kuò)張管形套筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)在管形套筒內(nèi)壁上局部施加機(jī)械力，來(lái)預(yù)先形成管形套筒預(yù)先安排的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)在管形套筒外壁上局部施加機(jī)械力，來(lái)預(yù)先形成管形套筒預(yù)先安排的部分。
4.一種制造沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道的方法，其包括如下步驟在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，使管形主體裝備通信耦合器；在管形主體內(nèi)壁處或附近定位伸長(zhǎng)的襯墊；沿著襯墊延伸一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線，使得該一個(gè)或多個(gè)線布置在管形主體內(nèi)壁和襯墊的至少部分之間；在通信耦合器之間連接該一個(gè)或多個(gè)線，以便建立有線鏈路；及固定伸長(zhǎng)的襯墊到管形主體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，固定步驟包括在管形主體內(nèi)定位可擴(kuò)張管形套筒，使得襯墊布置在管形主體和可擴(kuò)張?zhí)淄仓g；及擴(kuò)張可擴(kuò)張?zhí)淄仓僚c管形主體接合，由此襯墊固定在可擴(kuò)張?zhí)淄埠凸苄沃黧w之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，管形主體是具有陰螺紋端部和陽(yáng)螺紋端部的鉆管接頭，每個(gè)端部配備有通信耦合器；及連接步驟包括在鉆管接頭的陰陽(yáng)螺紋端部?jī)?nèi)形成開口，該開口從各自的通信耦合器延伸至鉆管內(nèi)壁；及延伸該一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線穿過(guò)開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，擴(kuò)張步驟包括在管形套筒內(nèi)壁上施加流體壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，擴(kuò)張步驟包括在管形套筒內(nèi)壁上機(jī)械地施加力。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，擴(kuò)張步驟包括引爆管形套筒內(nèi)的爆炸物，以便在管形套筒內(nèi)壁上施加爆炸力。
10.一種制造沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道的方法，其包括如下步驟在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，使管形主體裝備通信耦合器；在管形主體內(nèi)壁和外壁的至少一個(gè)上，形成一個(gè)或多個(gè)凹槽，其大致在通信耦合器之間延伸；延伸一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線穿過(guò)該一個(gè)或多個(gè)凹槽；在通信耦合器之間連接該一個(gè)或多個(gè)線，以便建立一個(gè)或多個(gè)有線鏈路；及在該一個(gè)或多個(gè)內(nèi)凹槽內(nèi)固定該一個(gè)或多個(gè)線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，該一個(gè)或多個(gè)凹槽形成在管形主體的內(nèi)壁上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，固定步驟包括延伸該一個(gè)或多個(gè)線穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)第二管道，每個(gè)第二管道結(jié)合到凹槽中的一個(gè)上，每個(gè)第二管道這樣成形和定向，使其大致在通信耦合器之間延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，該一個(gè)或多個(gè)凹槽形成在管形主體的外壁上。
14.一種用于襯里井下管形構(gòu)件的可擴(kuò)張管形套筒，其包括管形主體，其具有預(yù)先安排的在施加內(nèi)部流體壓力下進(jìn)行初始擴(kuò)張的部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套筒，其中，主體的預(yù)先安排的部分是塑性變形的部分，通過(guò)在主體的內(nèi)壁上局部施加機(jī)械力來(lái)形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套筒，其中，主體的預(yù)先安排的部分是塑性變形的部分，通過(guò)在主體的外壁上局部施加機(jī)械力來(lái)形成。
17.一種在井眼環(huán)境中沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道，其包括管形主體，在其兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器，通信耦合器的每個(gè)包括具有兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立線圈繞組的線圈；及兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，其沿著或穿過(guò)管形主體的壁獨(dú)立延伸，并且連接在各自的線圈繞組之間，以便建立兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的有線鏈路，每個(gè)導(dǎo)體包括一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的管道，其中，每個(gè)通信耦合器的線圈具有兩個(gè)獨(dú)立的線圈繞組，每個(gè)繞組大致位于線圈分立的180°圓弧內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的管道，其中，每個(gè)通信耦合器的線圈具有三個(gè)獨(dú)立的線圈繞組，每個(gè)繞組大致位于線圈分立的120°圓弧內(nèi)。
20.一種沿管形主體長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的方法，其包括如下步驟在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，使管形主體裝備通信耦合器，通信耦合器的每個(gè)包括具有兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立線圈繞組的線圈；及沿著或穿過(guò)管形主體的壁獨(dú)立延伸兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，并且在各自獨(dú)立的線圈繞組之間連接獨(dú)立的導(dǎo)體，以便建立兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的有線鏈路，每個(gè)導(dǎo)體包括一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線。
21.一種在井眼環(huán)境中沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道，其包括管形主體，在其兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器；沿管形主體內(nèi)壁固定的伸長(zhǎng)的襯墊；及一個(gè)或多個(gè)沿著襯墊延伸的傳導(dǎo)線，使得該一個(gè)或多個(gè)線布置在管形主體內(nèi)壁和襯墊的至少部分之間，該一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立有線鏈路。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的管道，其中，伸長(zhǎng)的襯墊通過(guò)在管形主體內(nèi)擴(kuò)張的管形套筒來(lái)固定。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的管道，其中，管形主體是具有陰螺紋端部和陽(yáng)螺紋端部的鉆管接頭，每個(gè)端部配備有通信耦合器；及鉆管接頭包括在陰陽(yáng)螺紋端部的每一個(gè)內(nèi)的開口，該開口從各自通信耦合器延伸至鉆管內(nèi)壁，由此傳導(dǎo)線延伸穿過(guò)開口，以連接通信耦合器。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的管道，其中，襯墊是金屬、聚合體、復(fù)合物、玻璃纖維、陶瓷或其組合中的一個(gè)。
25.一種在井眼環(huán)境中沿其長(zhǎng)度傳輸信號(hào)的管道，其包括管形主體，在其兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器，在管形主體內(nèi)壁和外壁的至少一個(gè)上，管形主體具有一個(gè)或多個(gè)凹槽，其大致在通信耦合器之間延伸；及一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線延伸穿過(guò)并固定在該一個(gè)或多個(gè)凹槽內(nèi)，該一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立一個(gè)或多個(gè)有線鏈路。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的管道，其中，管形主體在其內(nèi)壁上具有一個(gè)或多個(gè)凹槽。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的管道，其中，通過(guò)延伸該一個(gè)或多個(gè)線穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)第二管道，來(lái)固定該一個(gè)或多個(gè)線，每個(gè)第二管道結(jié)合到凹槽中的一個(gè)上，每個(gè)第二管道這樣成形和定向，使其大致在通信耦合器之間延伸。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的管道，其中，管形主體在其外壁上具有一個(gè)或多個(gè)凹槽。
29.一種在井眼環(huán)境中傳輸信號(hào)的互相連接的管道的系統(tǒng)，管道的每一個(gè)包括管形主體，在管形主體兩個(gè)端部的每個(gè)端部處或附近，管形主體裝備有通信耦合器，通信耦合器允許信號(hào)在相鄰的互相連接的管道之間傳輸；沿著管形主體內(nèi)壁定位的伸長(zhǎng)的襯墊；沿著襯墊延伸的一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)線，使得該一個(gè)或多個(gè)線布置在管形主體內(nèi)壁和襯墊的至少部分之間，該一個(gè)或多個(gè)線連接在通信耦合器之間，以便建立有線鏈路；及在管形主體內(nèi)擴(kuò)張的管形套筒，使得襯墊固定在管形主體和可擴(kuò)張?zhí)淄仓g。
全文摘要
一種具有用于襯里井下管形構(gòu)件的效用的可擴(kuò)張管形套筒，其包括管形主體，管形主體具有預(yù)先安排的在施加內(nèi)部流體壓力下進(jìn)行初始擴(kuò)張的部分。主體的預(yù)先安排的部分可以是塑性變形的部分，例如通過(guò)在主體壁上施加機(jī)械力來(lái)形成。主體的預(yù)先安排的部分可由具有減小壁厚的主體的部分所限定。例如通過(guò)增大除預(yù)先安排的部分之外所有地方的壁厚，可實(shí)現(xiàn)減小的壁厚。主體預(yù)先安排的部分可通過(guò)改動(dòng)主體的材料特性來(lái)形成，例如通過(guò)局部熱處理。套筒和相關(guān)設(shè)備和方法對(duì)于固定和保護(hù)電纜是有用的，電纜具有一個(gè)或多個(gè)絕緣的傳導(dǎo)線，用于在井下和地面處的位置之間傳輸信號(hào)。
文檔編號(hào)E21B47/00GK1880721SQ20061007198
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者R·馬哈文, B·W·博伊爾, B·克拉克 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司