地埋钻柱壳体以及用于信号耦合相关应用的方法 |
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| 申请号 | CN201280015241.2 | 申请日 | 2012-02-08 | 公开(公告)号 | CN103518034A | 公开(公告)日 | 2014-01-15 |
| 申请人 | 默林科技股份有限公司; | 发明人 | 艾伯特·W·周; 本杰明·约翰·梅代罗斯; | ||||
| 摘要 | 地埋壳体能够插入到从钻机延伸的 钻柱 的至少一个接头中。所述地埋壳体 支撑 信号 耦合设备和用于处理与地埋操作有关的数据信号的 电子 器件组件，通过将数据信号电磁耦合在信号耦合设备和钻柱之间，所述信号耦合设备用于在电子器件组件和钻机之间传输数据信号，使得数据信号作为电数据信号沿从地埋壳体延伸的钻柱的至少一部分进行电传导。在另一特征中，弹性地支撑变流器以将变流器与利用钻柱执行的地埋操作所生成的机械冲击和振动隔离。在另一特征中，描述了钻柱 中继器 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.在使地埋工具移动穿入执行地埋操作的区域中的地面的系统中，所述系统包括钻机和钻柱，所述钻柱在所述地埋工具和所述钻机之间延伸并且被构造为从所述钻机延伸和缩回，所述钻柱由多个导电钻管段构成，每个导电钻管段均包括段长度而且各导电钻管段被构造为一个接头与所述地埋工具可移除地附接并且在形成于所述钻管段中的相邻钻管段之间的其它接头处可拆除地彼此附接在一起，以使所述钻柱包括多个接头以帮助所述钻柱一次延伸和缩回一个段长度，一种装置包括： |
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| 说明书全文 | 地埋钻柱壳体以及用于信号耦合相关应用的方法[0001] 相关申请 [0002] 本申请与名称为“DRILL STRING ADAPTER AND METHODFOR INGROUND SIGNAL COUPLING（钻柱适配器和地埋信号耦合方法）”的美国专利申请No._____（律师档案号为No.DCI-54）有关，该美国专利申请共享本申请的申请日且其全部内容通过引用并入本文。 技术领域[0003] 本申请整体涉及地埋操作，更具体地说，涉及用于将电信号电磁耦合到导电钻柱上以在钻柱上生成对应电信号的系统、装置和方法。 背景技术[0004] 通常，例如钻探以形成钻孔、随后出于安装公用事业管线的目的而对钻孔进行铰孔、钻孔测绘等地埋操作使用从地上钻机延伸的导电钻柱。现有技术包括使用导电钻柱作为电导体以用于将数据信号从地埋工具电传导到钻机的实例。周围的土地本身用作信号返回路径，以用于检测钻机处的信号。这种类型的系统通常称为钻探测量同时进行的MWD系统。然而，本发明的申请人认识到存在对MWD系统进行改进的需求。 发明内容[0006] 结合意在示范和示例说明而非限制范围的系统、工具和方法描述和说明下面的实施例及其方案。在各实施例中，减少或消除了一个或多个上述问题，而其它实施例涉及其它改进。 [0007] 一般地，装置和相关方法用于使地埋工具移动穿入执行地埋操作的区域中的地面的系统。该系统包括钻机和钻柱，钻柱在地埋工具和钻机之间延伸并且被构造为从钻机延伸和缩回。钻柱由多个导电钻管段构成，每个导电钻管段均包括段长度而且各导电钻管段被构造为一个接头与所述地埋工具可移除地附接并且在形成于所述钻管段中的相邻钻管段之间的其它接头处可拆除地彼此附接在一起，以使所述钻柱包括多个接头以帮助所述钻柱一次延伸和缩回一个段长度。在本公开的一个方案中，当所述钻柱延伸时，地埋壳体可移除地插入一个所述接头处从而随后形成所述钻柱的一部分。所述地埋壳体限定有壳体腔室，所述壳体腔室被构造为接纳处理与所述地埋操作有关的数据信号的电子器件组件。信号耦合设备被所述地埋壳体支撑且被构造为至少用于：当被接纳在所述壳体腔室中时，与所述电子器件组件电连通，以及至少部分地通过将所述数据信号电磁耦合在所述信号耦合设备和所述钻柱之间而在所述壳体腔室中的所述电子器件组件和所述钻机之间传输所述数据信号，从而将所述数据信号作为电数据信号沿着从所述地埋壳体延伸的所述钻柱的至少一部分进行电传导并且形成所述钻柱的所述部分的所述导电钻管段的至少一些相协作而用作运载所述电数据信号的电导体。 [0008] 在本公开的另一方案中，描述了一种在使地埋工具移动穿入执行地埋操作的区域中的地面的系统中所使用的中继器。所述系统包括钻机和钻柱，所述钻柱在所述地埋工具和所述钻机之间延伸并且被构造为从所述钻机延伸和缩回。所述钻柱由多个导电钻管段构成，每个导电钻管段均包括段长度而且各导电钻管段被构造为一个接头与所述地埋工具可移除地附接并且在形成于所述钻管段中的相邻钻管段之间的其它接头处可拆除地彼此附接在一起，以使所述钻柱包括多个接头以帮助所述钻柱一次延伸和缩回一个段长度。所述中继器包括：地埋壳体，其包括限定有壳体腔室的壳体主体，并且当所述钻柱延伸时所述地埋壳体可移除地插入到任选一个接头中从而随后形成所述钻柱的一部分。所述地埋壳体包括信号耦合设备，所述信号耦合设备用于提供所述地埋壳体所述钻柱之间的双向电磁耦合，通过将来自所述钻柱的数据信号作为接收到的数据信号电磁耦合到所述地埋壳体而借助构成所述钻柱一部分的所述导电钻管段的至少一些接收利用电传导运载的所述数据信号。中继器电子器件封装件被接纳在所述地埋壳体的所述壳体腔室中，并且可以与所述信号耦合设备电连通，以生成基于所述接收到的数据信号但区别于所述接收到的数据信号的中继器信号并且将所述中继器信号提供给所述信号耦合设备，使得所述信号耦合设备将所述中继器信号电磁耦合回到所述钻柱，以将所述中继器信号作为另一电信号沿所述钻柱传输，使得所述中继器信号经由构成所述钻柱的不同部分的所述导电钻管段的至少一些进行电传导。 [0009] 除了上述示例性方案和实施例之外，通过参照附图以及研究下面的说明书，将容易理解其它方案和实施例。 附图说明[0010] 在所参照的附图中图示了示例性实施例。其意图在于，本文所公开的实施例和附图为示例性的而非限制性的。 [0011] 图1是使用本公开的地埋壳体和信号耦合设备的系统的示意性正视图。 [0012] 图2是本公开的地埋壳体和信号耦合设备的一个实施例的示意性局部剖视图，这里显示出结构的细节。 [0013] 图3是图2的地埋壳体的实施例的示意性分解透视图，这里显示出结构的细节以及可接纳在壳体中的电子器件封装件。 [0014] 图4是图2中的圆圈4-4内截取的进一步放大的正视局部剖视图，此处显示以图示至少关于地埋壳体和信号耦合设备的图2的实施例中的电连接的细节。 [0016] 图6是部分地示出本公开的包括销配件的地埋壳体的另一实施例的示意性剖视图。 [0017] 图7是示出能够与本公开的地埋壳体的实施例一起使用的电子器件部分的一个实施例的框图。 [0018] 图8是示出能够在钻机处使用或者作为钻柱中继器的一部分使用而与本公开的地埋壳体协作的电子器件部分的一个实施例的框图。 具体实施方式[0019] 提供下面的说明以使本领域普通技术人员能够实现和使用本发明，并且在专利申请的背景及其要求下提供下面的说明。所描述的实施例的各个变型例对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文教导的一般性原理可应用于其它实施例。因此，本发明不意在局限于所示出的实施例，而是使最宽的范围与如在随附权利要求书的范围内所限定的包括变型例和等同内容在内的本文所描述的原理和特征一致。应注意到，附图不是按比例绘制的并且本质上以被认为最佳地示出所关注特征的方式进行示意。可针对描述采用诸如上、下、上方、下方、左、右等说明性术语，然而，采用这些术语的目的在于帮助读者理解，而不旨在进行限制。此外，出于清楚示例的目的，没有按比例绘制附图。 [0020] 现在看附图，其中，在各图中相似的部件由相似的附图标记表示，立即参照图1，该图为示意性地示出水平向钻井系统的一个实施例的正视图，其总体地由附图标记10表示并且依照本公开而制造。尽管图示的系统显示出在水平向钻井系统及其部件的框架内用于执行地埋（inground）钻探操作的发明，本发明同等适用于其它操作步骤，包括但不限于垂直钻井操作、用于安装设施的回拉操作、测绘操作等。 [0021] 图1示出了在区域12中操作的系统10。系统10包括钻机14，钻机14具有从钻机延伸到钻探工具20的钻柱16。钻柱能够被推入地中以使地埋工具20至少大体朝箭头所示的向前方向22移动。尽管本实例从钻探工具的使用方面进行构造，应当理解到本文的论述可应用于任何适当形式的地埋工具，包括但不限于铰孔工具、在能够安装设施或外壳的回拉操作期间使用的张力监控工具、用于对钻孔的路径进行测绘的测绘工具，例如，使用惯性引导单元和向下钻进压力监控。在钻探工具的操作中，通常期望基于钻柱的前进来进行监控，而在诸如回拉操作等其它操作中，通常响应于钻柱的缩回而执行监控。 [0022] 继续参照图1，钻柱16被部分地显示且被分段，钻柱16由具有段长度或部分长度和壁厚的多个可移除地附接的、个体钻管段构成，一些钻管段以1、2、n-1和n来表示。钻管段可互换地被称为具有杆长度的钻杆。在钻机操作期间，能够一次将一个钻管段加到钻柱上并且可动滑架30借助钻机将钻管段推入地中，从而使地埋工具前进。钻机14可以包括适当的监控设备32，其用于测量钻柱向地中的移动，这在例如名称为“SYSTEMS,ARRANGEMENTS AND ASSOCIATED METHODS FOR TRACKING AND/OR GUIDING AN UNDERGROUND BORING TOOL（追踪和/或引导地埋钻探工具的系统、装置和相关方法）”的美国专利6,035,951（下文称为’951专利）中有所描述，该美国专利与本申请是共同所有的并且该美国专利通过引用并入本文。 [0023] 每个钻管段限定有在管段的相对两端之间延伸的通孔34（示出一个）。钻管段能够装配有所谓的箱配件和销配件，使得预定钻管段的每一端都能够以公知方式与钻柱中另一钻管段的相邻端部螺纹接合。一旦钻管段接合起来而构成钻柱，相邻钻管段的通孔对准而形成如箭头所示的总通道36。通道36能够提供从钻机到钻头与箭头36的方向一致的钻井流体或泥浆的增压流动，下面将进一步描述。 [0025] 钻探工具20可以包括钻头50，钻头50具有用于基于滚动定向而转向（steer）的斜面。也就是说，当被向前推而无旋转时，钻头通常基于其斜面的滚动定向而偏转。另一方面，通常通过使钻柱如双头箭头51所示受推动而旋转，来使钻头直线行进。当然，可预测转向以适当的土壤条件为前提。注意的是，前述钻井流体能够在高压下作为射流52喷出，用于刺穿在钻头正前方的土地以及提供钻头的冷却和润滑。钻探工具20包括地埋壳体54，地埋壳体54接纳电子器件封装件56。地埋壳体被构造成为钻头50提供经过电子器件封装件的钻井流体流，这将在后面的附图中看出。在一个实施例中，电子器件封装件能够为柱形构造并且被支撑在壳体54内。钻头50可以包括被地埋壳体54的箱配件接纳的销配件。地埋壳体的相对端可以包括箱配件来接纳钻管段n的销配件，该销配件限定钻柱的远侧地埋端。当然，钻头50能够用具有例如铰孔工具、与张力监控设备结合的铰孔工具、测绘设备或其适当组合等具有销配件的任何适当地埋工具来替代。应注意的是，钻头和地埋壳体的管配件通常为与钻柱的钻管段上常见的那些箱配件和销配件（用于帮助在形成钻柱时将钻管段彼此可移除地附接起来）对应的箱配件和销配件。因此，地埋壳体54能够与例如钻头50等地埋工具接合，钻头50具有销配件且同时具有用于与钻柱的地埋/远侧端可移除地接合的相对的箱配件。出于将地埋壳体54插入到钻柱中的目的（原因在下文中描述），能够使用箱销适配器（未示出），从而使箱配件114适合装配至销配件。在这方面，应注意的是，箱销配件适配器是本领域公知的。在将要描述的另一实施例中，地埋壳体可以包括箱配件和相对的销配件。 [0026] 地埋电子器件封装件56可以包括收发器64，在一些实施例中，收发器可以发送诸如偶极定位信号等定位信号66，但这不是必须的。在一些实施例中，收发器64能够接收由其它地埋部件生成的电磁信号，下文将在适当处进行说明。出于描述的目的，本实例将假设电磁信号为偶极信号形式的定位信号。因此，电磁信号可称为定位信号。应当理解的是，偶极信号能够如任何其它电磁信号那样被调制，并且随后可从信号中恢复调制数据。信号的定位功能至少部分地取决于磁通场（flux field）的特征形状及其信号强度，而不取决于其运载调制信号的能力。因此，不需要调制。与钻探工具的一些参数（例如，俯仰和滚动（定向参数）、温度和钻井流体压力）有关的信息能够利用形成电子器件封装件一部分的适当的传感设备68（可以包括例如俯仰传感器（pitch sensor）、滚动传感器（roll sensor）、温度传感器、用于感测近似50/60Hz公用事业管线的AC场传感器、用于感测偏航定向的DC磁场传感器以及期望的任何其它传感器）来测量。电子器件封装件56还包括处理器70，处理器70在需要时与传感设备68和收发器64相连。可以形成传感设备一部分的另一传感器为如下的加速计：该加速剂被构造为用于检测一个或多个轴上的加速度。能够用电池72来提供电力。 [0027] 便携式定位器80能够用于检测电磁信号66。在名称为“FLUX PLANE LOCATING IN AN UNDERGROUND DRILLING SYSTEM（在地下钻井系统中定位的磁通面）”的美国专利No.6,496,008中描述了一种适当的且极先进的便携式定位器，该美国专利与本申请为共同所有的并且其全部内容通过引用并入本文。如上所述，本文的描述适用于各种地埋操作，而不意在限制，但是出于说明的目的，采用了水平向钻探的框架。如上所述，电磁信号能够运载包括诸如俯仰和滚动等定向参数在内的信息。电磁信号还能够运载其它信息。举例而言，这种信息可以包括在钻探工具附近或内部测量的参数，包括温度和诸如电池或电源电压等电压。定位器80包括电子器件封装件82。电子器件封装件设有接口以与定位器的各个部件进行电连通并且能够执行数据处理。所关注的信息能够对电磁信号66以任意适当的方式进行调制并且发送到定位器80和/或钻机处的天线84，但这不是必须的。可以使用目前正在使用或者尚未开发出来的任意适当形式的调制。当前可用的且适当类型的调制的实例包括振幅调制、频率调制、相位调制及其变型例。与例如俯仰等钻井操作有关的任何所关注参数可以在从定位信号中恢复时显示在显示器44和/或定位器80的显示器86上。钻机14能够发送可由定位器80接收的遥测信号98。遥测部件提供了钻机和定位器80之间的双向信号传输。作为该信号传输的一个实例，基于由钻机监控单元32所提供的状态，钻机能够发送因为钻管段添加到钻柱上或者从钻柱移除而使钻柱处于静止状态的指示。 [0028] 仍参照图1，电缆100能够从地埋电子器件封装件56延伸到电磁信号耦合设备110，以使与地埋工具的操作有关的任何感测值或参数能够在该电缆上沿任一方向在电磁耦合设备和电子器件封装件之间进行电传导。本领域普通技术人员将理解到，通常所谓的“管中线”能够用于将信号传递到钻机。术语管中线是指容纳在由钻柱形成的内部通道36内的电缆/电导体。然而，根据本公开，电缆100延伸到电磁信号耦合设备110，紧接下文将进一步进行说明。 [0029] 现在将结合图1来参看图2。图2为更加详细地示出了钻探工具20的一个实施例的示意性局部剖视图。具体地说，该钻探工具包括地埋壳体54，地埋壳体的各个相对端形成有箱配件112和114。箱配件112被构造为啮合钻柱16的远侧端，而箱配件114被构造为接纳钻头50。应当理解的是，在其它实施例中，这些箱配件中的任一个或两个能够根据特定应用而由销配件替代。地埋壳体能够由任何适当的材料形成，例如包括非磁性不锈钢在内的非磁性合金、以及例如4140、4142、4340等磁性合金，或者任何适当的高强度钢。如果地埋壳体包含磁力计作为传感器设备68的一部分，则用于壳体和相关部件的非磁性材料的使用避免了可能的场干扰。流体通道116在箱配件112和114之间延伸，从而提供从钻柱通至钻头50的流体连通，钻头50限定喷射流体射流52的通道118。壳体54限定有用于接纳电子器件封装件56的壳体腔室，下文将进一步说明。目前，能充分注意到，电子器件封装件以偏心方式被接纳，从而提供用于流体通道116的足够空间。在本实施例中，收发器64由印刷电路板122和发送电磁定位信号66的偶极天线126构成。电缆100能够从电磁信号耦合设备110铺设至印刷电路板122，以用于将数据发送到信号耦合设备和/或从电磁信号耦合设备接收数据。在一些实施例中，收发器64能够用被构造为用于将信号提供给耦合设备而无需收发器功能的发送器替代。此外，在一些实施例中，定位信号66的发送以及地埋壳体的关联特征（将要说明）都是任选的。根据需要，在各部件之间形成电连接，但是为了简要说明，在图2中未单独显示。 [0030] 现在结合图2转而参看图3，图3为钻探工具20的分解透视图，此处显示关于其结构的进一步细节。具体地说，地埋壳体54被构造为将盖140接纳在电子器件封装件上方，如图2中所示。从图3中可以看出，凸部142从盖的一端延伸而被接纳在由地埋壳体限定的槽口中。盖的相对端限定有用于接纳紧固件146的开口144从而在盖的安装状态下该紧固件可以与地埋壳体进行螺纹接合。应当理解的是，任何适当的手段能够用于将盖安装在地埋壳体上。盖140限定插槽148，插槽148被构造为用于增强定位信号的发射，同时可以出于相同的目的用地埋壳体限定一个或多个附加插槽150。在这方面，在不使用定位信号66的实施例中不需要这种插槽。图3示出了关于电子器件封装件56的一个实施例的细节，其中第一端盖154被筒状主体156接纳，筒状主体156本身能够容纳图2的偶极天线126和印刷电路板122，其中主体156对于定位信号66而言基本上透明。筒状主体156的相对端与接纳图2的电池72的电池盒158连接。电池盒可以为金属且导电的。可以使用任何适当的一个或多个电池单位构成电池，例如一对标准的C尺寸电池单位。第二端盖160被接纳在电池盒的自由端上。应当理解的是，该端盖可以限定有分度特征（indexing feature）162，以使电子器件封装件能够以选定定向被接纳在地埋壳体内。以这种方式，诸如滚动定向等一些传感器信号能够精确地对应于从地埋壳体选择性地接收到的地埋壳体或地埋工具的一些选定定向以提供可选正交定向。能够分别利用第一间隔件设备166和第二间隔件设备168将电子器件封装件接纳在壳体中，第一间隔件设备166包括第一端块172，第一端块172限定有筒状凹部（不可见）以及被接纳在分度插槽162内的分度特征（不可见）。第一端块172可以由例如热塑性材料形成。可以考虑由地埋壳体限定的腔室的纵向范围以及进一步考虑电子器件封装件56的长度来设置一个或多个填充间隔块174。填充块能够由例如聚氨酯泡沫或硅酮泡沫形成并且适当地采用尺寸。因此，第一端间隔块172适应电子器件封装件在地埋壳体的腔室内的四个用户可选定向中的任一个。位于电子器件封装件的相对端处的第二间隔设备168可以包括与第一端块172相同的第二端块172’，第二端块172’用于将电子器件封装件的相对端接纳在筒状凹部178内，但是可能不需要互补分度特征。还可以根据需要在第二端块172’附近设置一个或多个填充块174。 [0031] 主要参照图3，电磁信号耦合设备110包括变流器200，利用拼合式芯来形成变流器200，如上述并入本文的名称为“DRILL STRING ADAPTER AND METHOD FOR INGROUND SIGNAL COUPLING”的共同未决的美国专利申请No._____（律师档案号为No.DCI-54）中所描述的。变流器包括可以连接成例如与电子器件封装件56电连通的第一变流器引线202a和第二变流器引线202b。在一个实施例中，电子器件封装件可以包括电缆引出端（pigtail，又称为尾缆）100，电缆引出端在内部与例如印刷电路板122（图2）电连接。电缆100可以包括一个或两个电导体。在一个实施例中，电缆100包括与例如变流器引线202a电连接的一个电导体。变流器引线202b能够例如利用诸如环状凹槽或插槽等环状凹部204内的紧固件（未显示）与导电的地埋壳体电连接。同时，电池盒158还能够与电池以及地埋壳体54电连接，以使后者形成电路的一部分从而将变流器引线202b与电子器件封装件连接。在另一实施例中，电缆100可以包括两个导体，以使变流器引线202a和202b中每一个能够电连接至与电子器件封装件56电连通的电缆导体中的一个。在该实施例中，当电子器件封装件壳体与地埋壳体电隔离时，变流器能够与地埋壳体54和钻柱本身电隔离。变流器的拼合式芯构造用于安装到由地埋壳体54限定的环状插槽或凹槽204中，下面将紧接着对此进一步说明。而且，上述并入本文的名称为“DRILL STRING ADAPTER AND METHOD FOR INGROUND SIGNAL COUPLING”的申请（律师档案号为No.DCI-54）描述了变流器通过一根引线与钻柱电连接的实施例，以及变流器与钻柱完全电隔离的另一实施例。该隔离能够减少可能耦合到钻柱上的共模噪声，例如，由于在地埋环境中存在50Hz或60Hz的噪声而引起的共模噪声。 [0032] 结合图2和图3参看图4，图4为显示图2的视图中的虚线圆圈内所示的区域4-4的放大示意图，此处显示该图以示出变流器200附近的装置的一个实施例的进一步细节及变流器200与电子器件封装件56的连接。如上所述，变流器200被构造为用于安装在由地埋壳体54限定的变流器凹部或凹槽204中。变流器包括线圈，线圈缠绕到环状或环形芯上使得线圈的端部能够形成图3的引线202a和202b。在这方面，芯可以包括任何适当的截面形状，例如矩形、方形和圆形。而且在图2中所示，芯可以拼合，从而有利于将变流器安装到变流器凹槽204中。应当理解的是，能够使用任何适当的变流器，并且此处所描述的特定变流器不意在限制。 [0033] 设计变流器至少注意以下几点： [0034] a.冲击和振动。材料选择和构造可以承受向下钻进钻探环境的冲击和振动。 [0035] b.磁性材料选择可以基于工作频率下的低芯损耗、高磁通饱和和机械坚固性。 [0036] c.芯的高磁通饱和可以容许磁芯的截面积减小，从而提供适配器耦合主体的截面积的增加，以用于扭转和电力传输。 [0037] d.用于高频响应的低绕组间电容。 [0038] 鉴于上述情况，在一个实施例中并且作为非限制性实例，能够使用带绕芯。本领域普通技术人员熟知的是，这种芯比铁氧体芯更不易于经受冲击和振动。这种带绕芯能够利用薄的、高磁通饱和带制造，从而避免芯中的涡流损耗。在不同的实施例中，带厚度的范围可为从0.00025”至0.001”。一种适合的厚度为0.0007”。可以使用例如粉末涂层或环氧树脂涂层将带绕芯磨光。在一个实施例中，基于变流器安装在凹槽204中的方式，能够为变流器及其芯提供附加的冲击和振动保护，如下文适当处所描述的。 [0039] 变流器引线202a和202b（图3）中的一个或两个利用被接纳在凹部204中的例如压接连接部等连接部经由电缆100与电子器件封装件56电连接。电缆100能够路经由第一通道部分240和第二通道部分242构成的通道设备，第一通道部分240和第二通道部分242中的每个都能够用例如钻探和/或适当的加工来形成。通道部分242能够被构造为接纳能够以螺纹接合方式来保持的插塞244，从而防止高压钻井流体进入通道设备。应当理解的是，可以使用任何适当的设备提供变流器和电子器件封装件之间的信息耦合，包括电连接以及结合感应耦合的电连接。作为后者实施例的实例，电子器件封装件能够包括具有第一变压器耦合线圈250和第二变压器耦合线圈252的耦合变压器，第一变压器耦合线圈 250嵌置到电子器件封装件中，第二变压器耦合线圈252与变流器引线202a和202b（或从引线延伸的电缆）连接并且例如利用铸封复合物安装在通道242内。在使用耦合变压器的实施例中，电子器件封装件壳体和第二间隔件设备168的部件能够提供主变压器线圈之间的电磁耦合。应当理解，本领域普通技术人员能够根据本公开并且同时在本文教导的范围内开发出许多其它实施例。 [0040] 参照图1-图4，变流器200能够使用单匝二次绕组形式的钻管和周围土壤以形成完整的电流路径。变流器的一次绕组能够将从驱动电子器件输出的低电流转换成钻管上的高电流信号，钻管本身用作单匝二次绕组。当然，术语一次绕组和二次绕组能够基于信号耦合方向而互换地使用并且在本文出于描述和非限制的目的来使用。电流比与一次绕组上的匝数成比例。例如，如果进入一次绕组的电流为10mA rms，则在钻管上感应的电流将为1000mA，这是在一次线匝与二次线匝之比为100/1的情况下的输入电流的一百倍。如上所述，能够利用任何适当的热塑性材料或环氧树脂将带绕芯封装到环氧树脂280（图4）中以增加机械强度。能够利用例如金刚石锯将成品的芯或环形线圈切割成两个半芯，以用于安装，变流器绕组施加于每半个芯。通过将非磁性材料件（诸如聚酯薄膜 、强聚酯薄膜）粘合在面对的表面之间而在芯半端的面对表面之间形成磁间隙，例如大约0.001”的小间隙。该间隙有助于防止芯的磁饱和。如本领域公知的，芯的截面积可以由频率、磁通密度、磁线（例如，绝缘铜线）的匝数、饱和磁通密度和施加于变流器上的电压来确定。举例而言，在频率从几千赫兹至一百千赫兹的情况下，对于方形形状截面的实施例而言，截面积可近似为0.2”乘0.2”。在一些实施例中，变流器能够抗冲击地安装在适配器凹槽中，如下文一处或多处所进一步说明的。 [0041] 例如，可以通过将变流器200安装到环状凹槽204中来进行一个实施例的组装。电缆100能够从电子器件封装件经由贯通通道240和242延伸到变流器。例如，可以利用压接连接部或任何其它适当的连接部，形成变流器引线和电缆100之间的电连接。应当理解的是，变流器、筒状环件和高压电连接组件在本领域是易于更换/维修的。 [0042] 参照图5，示出了变流器200的一半，用于图示将变流器与机械冲击和振动隔离的另一实施例。应注意，环状凹部204的边缘在变流器附近以虚线示意性显示。具体地说，能够利用任何适当数量的垫圈或间隔件300对变流器200进行冲击支承。三个间隔件能够在变流器周边周围以适当的或至少近似均匀的分布来使用。每个间隔件能够限定用于接纳变流器的中央孔。由于变流器设置成两个半部，所以在变流器安装到凹槽204中之前可以将间隔件300容易地安装在每个变流器半部上。当变流器设置成两个半部时，每个半部均能够支撑两个以上的减振间隔件。间隔件可以根据变流器的形状以及接纳间隔件的环状凹部而具有任意适合的形状。而且，间隔件的环状凹部可以具有任何适当的弧宽度。间隔环部件能够由例如弹性泡沫材料等任意适合的材料形成。在一个实施例中，能够使用高温泡沫材料。这种当前可获得或将开发出来的泡沫材料能够耐受高达且包含120摄氏度的温度并且例如可以包括硅酮泡沫。从图4和图5中看出，可以使用铸封复合物302来至少部分地填充整个环状凹部204或所使用的间隔件300任意两者之间的空间。能够在铸封复合物302外以及环状凹部中的间隔件外设置单独的保护材料层304。铸封复合物可以为诸如聚氨酯或电子级RTV等柔软或弹性铸封复合物，以用于至少部分地提供变流器与地埋操作的机械冲击和振动隔离。保护层304例如可以为比下方的铸封复合物硬的环氧树脂复合物。在施加弹性铸封复合物的过程中，如上所述，能够利用间隔件300作为居中器件，将变流器200铸封在适当位置，但是应当理解的是间隔件不是必须的。 [0043] 因此，本文已经公开了冲击隔离和冲击支承的变流器和相关方法。支撑变流器的壳体包括壳体主体，当钻柱延伸时，所述壳体主体可移除地插入到钻柱的一个接头以随后形成钻柱的一部分。壳体被构造为至少用于接纳变流器，变流器与钻柱感应耦合。支撑设备将变流器弹性地支撑在壳体主体上，使得变流器至少在一定程度上与壳体响应于地埋操作而受到的机械冲击和振动环境隔离。在一些情况下，钻管段能够被构造为以与上文所述一致的方式支撑变流器，例如，当钻管段的侧壁厚度足够厚以用于限定变流器的支撑凹槽而不过度削弱钻管段时。因此，具有厚度足够的侧壁的钻管段能够支撑上文所述的电连接部、通道和组件，根据目前的整个公开，本领域普通技术人员将认识到进行有限的改进或不进行改进。 [0044] 参照图6，在另一实施例中，部分地显示出的地埋壳体54’能够构造为如上所述除了箱配件114（图2）用销配件400替代之外与地埋壳体54基本相同。应当注意的是，在图中未示出螺纹，但是公知地且应理解到存在螺纹。因此，地埋壳体54’可以包括如图2所示位于最接近变流器的一端处的箱配件以及位于相对端处的销配件400，使得地埋壳体54’能够直接插入到钻柱中而与相邻的一个钻管段可移除地接合或者与具有箱配件的钻头或其它工具接合。 [0045] 图7是示出电子器件封装件56的一个适当实施例的框图，电子器件封装件能够被支撑在地埋壳体54或54’中。电子器件封装件可以包括地埋数字信号处理器710，地埋数字信号处理器710可以有利于图1和图2的收发器64和处理器70的所有功能。传感器设备68经由模拟数字转换器（ADC）712与数字信号处理器710电连接。可以提供任何适当的传感器组合以用于既定应用，并且可以例如从加速计720、磁力计722、温度传感器724和压力传感器726进行选择，压力传感器726能够感测钻井流体的压力。变流器200能够连接为在发送模式（其中数据被调制在钻柱上）和接收模式（其中从钻柱恢复调制数据）中的一种或两种模式下使用。对于发送模式，使用天线驱动器730，天线驱动器730电连接在地埋数字信号处理器710和变流器200之间以驱动天线。通常，能够利用与用于驱动可发射前述信号66（图1）的天线126（图2）的任何频率均不同的频率对耦合到钻柱中的数据进行调制，从而避免干扰。当天线驱动器730关闭时，开/关切换器（SW）750能够将变流器200选择性地连接到中心频率与从钻柱接收到的数据信号的中心频率对应的带通滤波器（BPF）752。BPF752进而与模拟数字转换器（ADC）754连接，ADC754本身与数字信号处理部分710连接。根据所采用的特定调制形式，本领域普通技术人员能够容易地配置数字信号处理部分中调制数据的恢复。 [0046] 仍参照图7，能够连接偶极天线126以在发送模式（其中信号66被发送到周围土地中）以及接收模式（其中接收例如来自张力监控设备的信号等电磁信号）中的一种或两种下使用。对于发送模式，使用天线驱动器760，其电连接在地埋数字信号处理器710和偶极天线126之间以驱动天线。而且，信号66的频率通常充分区别于钻柱信号的频率以避免它们之间的干扰。当天线驱动器760关闭时，开/关切换器（SW）770能够将偶极天线126选择性地连接到中心频率与从偶极天线接收到的数据信号的中心频率对应的带通滤波器（BPF）772。BPF772进而与模拟数字转换器（ADC）774连接，ADC774本身与数字信号处理部分710连接。根据所采用的一种或多种特定形式的调制以及根据该整体公开，本领域普通技术人员能够在许多适合的实施例中容易地构造用于数字信号处理部分的收发器电子器件。 [0047] 参照图1和图8，图8为能够构成上述收发器设备的一个实施例的部件的框图，该部件通常由附图标记800表示并且与钻柱16耦合。地上变流器802定位在例如钻机14上，以将信号耦合到钻柱16上和/或从钻柱16恢复信号。能够电连接变流器802以在发送模式（其中将数据调制在钻柱上制）和接收模式（其中从钻柱恢复调制数据）中的一种或两种下使用。收发器电子器件封装件806与变流器连接并且能够由电池供电。对于发送模式，使用天线驱动器810，其电连接在数字信号处理器820和变流器802之间以驱动变流器。再有，能够利用与用于驱动偶极天线126（图2）的频率不同的频率对耦合到钻柱中的数据进行调制，从而避免干扰以及区别于在变流器200（图7）将信号耦合到钻柱的地埋端时的频率。当天线驱动器810关闭时，开/关切换器（SW）820能够将变流器802选择性地连接到中心频率与从钻柱接收到的数据信号的中心频率对应的带通滤波器（BPF）822。BPF822进而与模拟数字转换器（ADC）830连接，ADC830本身与数字信号处理部分820连接。应当理解的是，数字信号处理部分820和相关部件能够形成钻机的处理设备46（利用虚线显示）的一部分或者在适当的接口832上与相关部件连接。收发器806能够出于各种目的将指令发送到地埋工具，例如，控制发送功率、选择调制频率、改变数据格式（例如，降低波特率以提高解码范围）等等。根据所采用的一种或多种特定形式的调制以及根据该整体公开，本领域普通技术人员能够在许多适合的实施例中容易地构造用于数字信号处理部分的收发器电子器件。 [0048] 参照图1，在另一实施例中，地埋壳体54或54’的另一实例与变流器200、箱销适配器（如果需要的话）和收发器806（图11）一起可以作为单元插入到钻柱的一个接头中，从而距地埋工具例如1000英尺以中继器的方式起作用。例如，中继器设备能够插入到形成在图1中的钻管段1和2之间的接头中。当然，在这些实施例中的任一实施例中，中继器/收发器电子器件能够以与上述一致的方式与地埋壳体的耦合适配器变流器电连接。为了避免信号干扰，变流器能够在一个载波频率下拾取来自于地埋工具的信号，并且在不同载波频率下中继器电子器件能够从变流器将信号重新发送到钻柱上。 [0049] 提供前面对本发明的说明是为了示例和说明的目的。不意在穷举或将本发明限制为所公开的一种或多种精确形式，并且根据上述教导可以得到其它的实施例、改进方案和变型例，其中本领域技术人员将领悟到一些改进方案、置换方案、添加及其子组合。 |
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