CN1265076C - 布置传感器的装置及测定地下地层的属性参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供布置传感器的装置及测定地下地层的属性参数的方法。装置外壳具有腔室并且适用于承受进入地下地层的强制推进力。数据传感器置于外壳腔室中。外壳还有出入口，其用于在装置置于地下地层中时使地下地层中的流体被传递至传感器，从而使传感器检测至少一种流体属性参数。在本发明方法中，给外壳装备用于检测地下地层的属性参数的传感器和发送表示传感器所检测的属性参数的信号的天线，外壳具有出入口，其用于当外壳被插入地下地层时将地下地层中的流体传送给传感器；将外壳安置在位于穿过地下地层的井眼中的测井下井仪内；由测井下井仪施力，以使外壳从钻柱移入地下地层；用传感器检测地层属性参数；用天线发送表示地层属性参数的信号。

Description

布置传感器的装置及测定地下地层的属性参数的方法

技术领域

本申请是1998年2月5日提交的美国专利申请序号09/019,466的部分继续申请，它对1997年6月2日提交的美国临时申请No.60/048,254要求了优先权。

概括地讲，本发明涉及井眼所穿过的地下地层中的不同参数的测定，更具体而言，涉及利用远程布置的传感器所进行的这类测定方法。

背景技术

现代的油井操作生产涉及到对各种地下地层参数进行连续的监测。标准地层评价的一个方面就与储油层压力和储油岩层的渗透性等参数有关。对例如储油层压力和渗透性等参数进行连续监测能够显示一段时期内地层压力的变化，对于预测地下地层的生产能力和使用期非常必要。现代的操作通过利用“地层测试器”工具进行电缆测井或者通过钻杆试验来得到这些参数。两种测量方法在“裸井”或“套管井”情况下都可使用，并且需要一个追加的“行程”，换句话说，要从井眼中拆掉钻柱，将地层测试器伸入井眼中以便获取地层数据，并且在取出地层测试器后，将钻杆重新伸入井眼中以便继续钻井。因此，地层参数，包括压力通常利用电缆地层测试工具来监测，例如美国专利No.3,934,468、4,860,581、4,893,505、4,936,139和5,622,223中所述的这些工具。

专利’468已转让给Schlumberger Technoloy Corporation，也就是本发明的受让人，它描述了一种加长管状体，可置于无套管井眼中测试所关心的地层区域。管状体具有一个密封垫和一组液压传动器，密封垫通过与其相对的第二油井配合垫与地层区域的井眼形成密封配合。管状体带有一个流体导入装置，它包括一个移动式探测器，通过密封垫上的中心开口与地层流体连通并取样。这样的流体连通和取样就使得能够采集地层参数数据，包括但并不限于地层压力。专利’468的移动式探测器特别适用于测试显示出不同的未知的能力或稳定性的地层区域。

专利’581和’139也转让给了本发明的受让人，它公开一种组合式地层测试工具，这种工具为无套管井眼提供了多种功能，包括地层压力测定和取样。这些专利描述的工具能在单个行程内在多个地层区域进行测定和取样。

专利’505属于Western Atlas International Inc.，同样公开了一种能在多个地层区域测定无套管井眼所穿过的地层的压力和温度并进行流体取样的地层测试工具。

专利’223属于Halliburton Company，公开了另一种用于在无套管井眼中从所关心的区域取出地层流体的电缆地层测试工具。这种工具使用了一种膨胀式封隔器，据说能够在原地测定所取出的流体的类型和起泡点压力，并且能选择地采集基本不含泥浆滤液的流体试样。

在上述专利’468、’581、’139、’505和’223中所述的工具和方法并非用于套管井眼，而且一般并非永久地与井眼或地层相连。然而，用于套管井眼的地层测试工具和方法在本领域内众所周知，实例见于美国专利No.5,065,619、5,195,588和5,692,565中。

专利′619已转让给Halliburton Logging Services，Inc.，它公开了一种用于测试位于穿过地层的油井中的套管后面的地层压力的装置。一个“推靠臂”液压地从电缆地层测试器的一侧延伸以便与套管壁接触，而一个测试探测器液压地从测试器的另一侧延伸。探测器包括一个环绕着的密封圈，密封圈压着与推靠壁相对的套管壁形成密封。少量聚能装药位于密封圈的中心以便穿过套管和可能存在的环绕的粘质层。地层流体通过穿孔和密封圈形成流线以便传送至压力传感器和一对流体处理和取样槽。

专利′588也已转让给本发明的受让人，它通过提供一种用于堵塞套管穿孔的装置从而改进了穿过套管以进入套管后面的地层的地层测试器。更具体而言，专利′588公开了一种工具，它能堵塞穿孔，同时这种工具仍处于穿孔所处的位置。通过堵塞方法而及时关闭穿孔这种做法可以防止井眼流体大量漏入地层中以及/或者地层降级的可能性。它还能防止地层流体不受控制地进入井眼中，这可能非常有害，比如气体的侵入。

专利′565也已转让给Schlumberger Technology Corporation，它描述了一种用于对套管井眼后面的地层取样的进一步改进的装置及方法，在于该发明利用一种柔性钻柱而非聚能装药来产生更加均匀的套管穿孔。均匀的穿孔能够更加可靠地保证套管被正确地堵塞，因为成形凿岩机形成的非均匀穿孔难以堵塞，通常需要固态塞子和非固态密封剂。因此，柔性钻柱所形成的均匀穿孔提高了利用塞子来密封住套管的可靠性。然而一旦套管穿孔被堵塞住。如果不重复穿孔过程，就无法与地层连通。甚至在这种情况下，也只有当地层测试器位于井眼中并且套管穿孔保持打开时才可以实现这种地层连通。

因此，每个上述专利都具有局限性，因为其中所述的地层测试工具不管是用于裸井或者是套管井，都只有在电缆工具置于井眼中并与所关心的地层区域保持物理接触时，才能采集地层数据。由于“进出油井”以便使用此类地层测试器，耗费大量价格不菲的钻井时间，因此通常在地层数据必须需要的情况下才这样去做，或者在钻柱因需更换钻头或其它原因而要进出时才这样做。

在钻井工作期间，实时地得到储油地层数据将非常有价值。在钻井时实时获得的地层压力使得钻井工程师或钻井工人在做出决策时可以尽早地考虑钻井泥渣的重量和成分以及穿孔参数从而提高钻井的安全性。另外，也要求获得实时的储油地层数据以便能够根据地层压力变化和渗透性变化来精确控制钻头重量，从而使钻井操作以最高效率进行。

发明内容

因此，要求提供一种用于钻井的方法及装置，它能在钻柱及其钻铤、钻头和其它钻井部件留在井眼中的同时，从所关心的地下区域获得各种地层数据，从而不再或者很少再需要仅仅为了将地层测试器伸入井眼中以测定这些地层数据而使钻井设备进出井眼。

本发明的另一个目的是提供一种适用于布置在地层中的智能数据传感器的坚固结构，从而使传感器可以在布置过程中可靠地置于较高重力之下而能保持持续的功能完整性。

本发明的另一个目的是提供一种此类传感器的结构，从而使传感器在布置过程中可以可靠地置于燃烧引起的推进力的高压高温之下。

本发明的另一个目的是提供一种操作此类传感器的装置及方法，从而使传感器适于安全度过枪状布置机构的发射过程而不会发生变形、损伤或故障。

本发明的另一个目的是提供一种操作此类传感器的装置及方法，从而使传感器能够承受地下岩层中的冲击而不会发生变形、损伤或故障。

本发明的另一个目的是提供一种操作此类传感器的装置及方法，从而使传感器能够在地层中基本沿直线地穿透令人满意的深度。

本发明的另一个目的是提供一种操作此类传感器的装置及方法，从而使传感器能够透过岩层进行射频通讯。

上述目的及各种其它目的和优点通过一种用于将传感器远程布置至地下地层中以便从地层中采集数据的装置来实现，该装置包括一个外壳，在该外壳中有一个腔室并且该外壳适于承受进入地下地层的强迫推进力，在所述外壳中设有一个出入口，该出入口用于将存在于地下地层中的流体传送给该腔室，由此一来，位于所述腔室中的传感器能检测所述流体的至少一种属性参数。

在一个优选实施方案中，外壳大致为子弹状，它包括一个基本由一种第一材料构成的前端部分和一个基本由一种第二材料构成的后端部分。在一个特别优选的实施方案中，第一材料为钨合金，而第二材料为氧化锆基陶瓷。外壳的前端部分用于保证该装置能安全度过进入地层的布置过程而不会发生功能故障。外壳的后端部分用于在使用布置装置的至少一种方法时保护位于外壳腔室中的组件免受所遇到的高温和高压。外壳沿与穿过前端部分和后端部分的纵向轴线垂直的一个平面分开，前端部分和后端部分各具有相对的空腔，当前端部分和后端部分连在一起时，这两个空腔合成外壳腔室。在一个特别优选的实施方案中，外壳还能适用于在装置的布置期间承受沿其纵向轴线的至少为85000克的重力。

优选实施方案还包括一个膜盒，膜盒位于外壳腔室中，用于盛放数据传感器和相关电子设备。膜盒从前端部分的腔室延伸至后端部分的腔室中，从而膜盒横跨所述平面并将外壳的前端部分和后端部分合成一体。膜盒沿穿过膜盒纵向轴线的另一平面分开以便于将数据传感器放入其中，并且至少部分由钛合金构成。膜盒中还带有一个第二出入口，并且膜盒以使第二出入口与第一出入口邻近的方式安置在外壳的腔室中，从而在该装置置于地下地层中时，能通过第一和第二出入口将地层流体传至数据传感器。

数据传感器优选地适用于检测至少地层压力和温度。多个离散的传感器可以置于膜盒中以便检测各种其它地层参数。

优选实施方案还包括一个天线，它位于外壳腔室中，用于发送表示数据传感器所检测到的流体属性参数或其它地层属性参数的信号，并用于接收来自远程发送源的信号来启动数据传感器。在膜盒内，天线优选位于腔室的后端部分中，而数据传感器则位于腔室的前端部分中。

此外，本发明提供一种用于测定地下地层的属性参数的方法，该方法包括以下步骤：给一个外壳装备一个用于检测地下地层属性参数的传感器和一个用于发送一个表示该传感器所检测的属性参数的信号的天线，在该外壳中有一个出入口，该出入口用于当该外壳被插入地下地层中时将存在于地下地层中的流体传送给该传感器；将该外壳安置在一个位于穿过地下地层的井眼中的测井下井仪内；由该测井下井仪施力，以便使该外壳从钻柱移入地下地层中；用该传感器检测地层属性参数；用该天线发送一个表示地层属性参数的信号。

本发明还可进一步概括为一种包括给大致为子弹状的外壳装上一个传感器、一个接收器和一个发送器的各个步骤的方法，其中传感器用于检测地下地层属性参数，接收器用于接收远程发送的信号，而发送器用于发送一个表示传感器所检测属性参数的信号，在外壳中有一个出入口，用于在外壳插入地下地层中时将存在于地下地层中的流体传送至传感器。外壳置于位于穿过地下地层的井眼中的钻柱内。由钻柱施力以便将外壳从钻柱移入地下地层中。传感器由发送至接收器的远程信号启动，从而由传感器检测到地层属性参数。然后，用发送装置将表示地层属性参数的信号发送出去。

向外壳所施加的力可为燃烧引起的推进力、机械力或其它任何适宜的力。

为了使本发明的上述特征、优点和目的实现方式得到更详细的理解，可通过参照附图中所示的它的优选实施方案对上文中简便概述的本发明进行更为具体的描述。

附图说明

然而应当指出，附图只是示出了本发明的一个典型实施方案，因而并不能认为是对其范围进行限制，因为本发明也可容许其它同样有效的实施方案。在图中：

图1是根据本发明在从钻铤中将传感器装置布置之后置于井眼中的钻铤的示意图；

图2概略示出了具有一个用于从井眼将智能传感器装置强迫插入选定的地下地层中的液压供能系统的钻铤；

图3是一个电子方块图，概略示出了其中具有一个动力盒的钻铤，动力盒带有用于接收来自远程布置的地层传感器装置的地层数据信号的电路；

图4是一个电子方块图，概略示出了智能传感器装置，它能检测一种或多种地层数据如压力、温度和岩层渗透性、将数据存储于存储器中，并且在得到指令时将所存储的数据发送至图3所示的钻铤的动力盒的电路；

图5是一个电子方块图，概略示出了智能传感器装置的接收器绕组电路；

图6是一个传送时序图，示出了钻铤与远程布置的传感器装置之间的射频通讯的脉冲宽度调制；

图7是本发明的智能传感器装置的详图，为剖视图；

图8A为传感器装置的外壳的后端部分的剖视图；

图8B为外壳的前端部分的剖视图；而

图9为传感器装置的内电子设备膜盒的正交投影，四分之三剖开。

具体实施方式

也已转让给本发明的受让人的美国专利申请No.09/019,466中描述了一种方法及装置，用于在进行钻井操作的同时，将包括数据传感器如压力传感器的智能传感器装置从钻铤布置至井眼后面的地下地层中。现在就对′466申请的方法及装置进行描述，因为它们与本发明有关。首先请参照图1-3，钻铤为钻井所用的钻柱的一个组件，概括地用10来表示，它代表了′466申请的发明的优选实施方案。钻铤带有一个具有一个动力盒14(参见图2)的大径圆柱部分12，动力盒14包括图3中所示的发送器/接收器电路。钻铤10还带有一个压力计16，压力计16的压力传感器18通过钻铤通路20置于井眼压力之下。压力计检测选定地下地层深度处的周围流体静力井眼压力并用于检验智能传感器装置的压力校准。表示周围井眼压力的电子信号通过压力计16传送至动力盒14的电路，动力盒14又完成在特定井眼深度处布置的智能传感器装置的压力校准、钻铤10还带有一个或多个远程传感器容座22，每个客座22要安放有至少一个有待于置于所钻井眼穿过的选定地下地层中的智能传感器装置24。

传感器装置24包括封装的数据传感器，它们被从钻铤移至孔眼周围的地层中的位置上，以便检测地层参数其中包括如压力、温度、岩层渗透性、多孔性、传导性，以及介电常数。数据传感器恰当地封装于具有充分的结构一致性的传感器壳体中，以便在从钻铤移至横向嵌入井眼周围的地下地层的过程中抵抗损伤，下文中将对此进行进一步描述。

本领域的技术人员能理解这种横向嵌入运动无需垂直于井眼，而是可以通过多角度的冲击而嵌入所需地层位置中来完成。传感器的布置可利用以下方法的一种或几种的组合来实现：(1)在孔眼壁上钻孔并将传感器置于地层中；(2)利用液压或机械穿孔装置将封装好的传感器冲入或压入地层中；(3)利用“点火”或燃烧引起的推进装料将封装好的传感器射入地层中。

图2示出了液压供能冲头30，在一个实施方案中用它来布置传感器装置24并穿入地下地层中向外离井眼足够深的位置以便检测地层中的选定参数。为布置传感器，钻铤装有一个内圆孔26，内圆孔26中置放着具有冲头30的活塞构件28，冲头30处于驱动智能传感器装置24的位置。活塞28处于通过供压通路36来自液压系统34与活塞腔32连通的液压之下。液压系统由动力盒14选择地启动，以便使远程传感器可在布置之前与地层深度处的周围井眼压力校准，如上文所示，然后可以从客座22移入井眼壁后面的地层中从而使地层压力参数不会受到井眼的影响。

现在参看图3，钻铤10的动力盒14包括至少一个发送器/接收器线圈38，发送器/接收器线圈38具有一个为频率F由振荡器42决定的功率放大器形式的发送器动力驱动装置40。钻铤动力盒还带有调谐接收器放大器43，它用于接收将由智能传感器24，也称做“智能锥形体”，发送至钻铤的频率为2F的信号，下文中将对此进行描述。

图4以概括标为44的方块图的形式示出了传感器装置24的电路原理，该电路包括至少一个发送器/接收器线圈46，如射频(“RF”)天线，其接收器从探测器48向控制器电路52提供输出50。控制器电路的一个控制输出54被送至压力计或压力传感器56以便使压力计输出信号将会传至模数转换器(“ADC”)/存储器58，它通过导线62接收来自压力计的信号并且还通过导线64接收来自控制器电路52的信号。电池66包括在传感器装置电路44之内，并通过电源线68、70和72与传感器的各种电路组件相连接。ADC/存储器电路58的存储器输出74被送至接收器线圈控制电路76。接收器控制电路76通过导线78用做发送器/接收器线圈46向钻铤12传送数据的驱动电路。

现在参看图5，示出了低阈二极管80，它连接于接收器控制电路76的两端。在正常情况下，特别是在休眠或“静止”方式下，电路子开关82打开，最大程度地减小动力消耗。当接收器线圈控制电路76由钻铤传送的电磁场启动时，在接收器线圈控制电路中感应出电压和电流。然而，在这里，二极管80只会允许电流单向流过。这种非线性将图6中84所示的感应电流的基频F变为基频为2F的电流，换句话说，为电磁发送器波84的频率的两倍，如接收器波86所示。

在整个发送序列中，发送器/接收器线圈38，如图3所示，也用做接收器并与已调谐至2F频率的接收器放大器43相连。当接收到的信号幅值最大时，这就显示传感器装置24已接近于在钻铤和远程布置的传感器装置之间的最优传送方式。

只有当多种约束条件得以满足时才可能成功地将电子传感器装置24以冲击式布置于岩层中。为成功布置，传感器装置必须：能顺利地度过发射过程和岩层中的冲击过程而不会发生大的变形、外部破损、或者内部组件的解体；能保证穿过油井地层中通常会遇到的各种储油岩层；能穿过岩层并向井眼中的数据处理设备进行射频或其它无线通讯。

现在参看图7，示出的智能传感器装置24包括外壳110、外壳中具有腔室112，并能适于经受进入地下地层(如图1中概括所示)的强迫推进力。数据传感器114和相关电子设备按下文中进一步描述的方式置于外壳110的腔室112中。外壳中具有第一出入口116，用于在传感器装置24置于地下地层中时将存在于地下地层中的流体的属性参数传送至数据传感器114，从而使数据传感器至少能检测到流体的一种属性参数。

根据应用场合和外壳110内数据传感器的类型，前端部分110b中可有多个出入口116，它们位于头锥体后方并尽可能靠近前方以便使其免受传感器装置24的后部处的井眼的影响。通过这些出入口，可以进行各种测定。其中包括如液体和固体的化学分析、孔的流体压力以及抵抗性测定等。这些出入口优选地覆盖有其中带有小滤网孔的金属带，如图8B中虚线所示的带131，或者多孔敷层如陶瓷敷层。利用多个此类出入口与单个出入口相比，可以降低因地层中出入口堵塞而引起不能工作的可能性。对于只包括加速计的传感器装置或用于核磁共振测定的传感器装置而言，不需要出入口或者开口，它们也在本发明的考虑之内。

基本弹道学原理有助于确定传感器装置24的发射体参数，如为实现充分的穿入而需要的速度和重量，为确保直线前进而要求的长度/横截面比率，以及最佳穿入深度所需前端形状。因此外壳110大致为子弹状，并绕轴线B-B伸长以便部分满足上述第二约束条件(充分地直线穿入)。

与包括单件固体材料的标准发射体不同，包括传感器及相关电子设备的子弹状装置如装置24需要至少一个较大的装配开口。因此，外壳110沿与穿过前端部分110b和后端部分110a的其纵向轴线B-B相垂直的第一平面A-A分开。两外壳部分各具有相对的空腔112b和112a，如图7、8A和8B所示，当前段部分与后端部分连在一起时空腔合成外壳的腔室112。

除了上面讨论的发射体参数之外，外壳110必须满足外壳整体刚性的要求。现在外壳前端部分110b优选的是钨-镍-铁合金，它能满足上述顺利通过发射/冲击的约束条件。这样外壳110在布置过程中就适于经得起传感器装置24沿其纵向轴线B-B所承受的较高重力(85,000克或更高)。

对于多组件外壳如外壳110来说，布置发射和冲击的冲击波通过弹性系数不同的材料之间的接触面积来传递。这就可能产生通过外壳部分110a和110b(它们基本上由不同的材料构成)的冲击波反射，并且可能导致局部材料失效或各部分分开。为了减小接触面积处的局部应力并更好地实现冲击波的传递，设计了一种封装好的内部结构，如图9所示。

整个数据传感器和电子设备装置，除天线之外，在分开的钛合金膜盒118内置于空腔128中。这种膜盒具有两个功能，第一，它通过将各零件有效地组合成为一个实体构件从而对空腔128内的易碎电子设备和数据传感器零件起到支承和保护作用。第二，它起到前端和后端外壳部分110b、110a的支撑的作用，外壳部分沿同一根纵向轴线(轴线B-B)对中，而它们各自的垂直后、前表面在平面A-A处形成受控的接触。因此整个冲击力的一部分由内侧膜盒118传递并缓冲。

膜盒118装有外螺纹部分126，以便牢牢将其分别固定于外壳部分110b和110a的腔室112b和112a中的互补内螺纹部分127a、127b上，如图7、8A和8B所示。在腔室112中还具有适当的封装措施以防止流体意外进入电子部分中。

如上所述，数据传感器114安放于置于外壳110的腔室中的膜盒118内。膜盒118从前端部分110b的腔室112b延伸至后端部分110a的腔室112a中，从而使膜盒横跨第一平面A-A并将外壳110的前端和后端部分合成一体。膜盒基本沿穿过膜盒的纵向轴线(当置于空腔128中时，即为轴线B-B)的第二平面C分开以便于将数据传感器放入其中。膜盒118的分开部分还包括相应的互补的前侧和后侧组件，在图9中概括标为133和135，用于在安放于腔室112中之前使膜盒的分开部分正确啮合并对准。

膜盒中还带有一个第二出入120，并且置于外壳110的腔室112中从而使第二出入口与第一出入口116邻近，如图7所示。这使得当传感器置于地下地层中时能通过第一和第二出入口将地层流体属性参数传至数据传感器114。数据传感器114优选地适用于检测至少地层压力和温度，而且可包括多个离散的传感器。

为了通过射频信号与远程地点通讯，还必须有一个天线来构成传感器装置的一部分。这种天线需要得到保护以防燃烧室的压力和温度，假设传感器装置通过燃烧引起的推进力(换句话说，“点火”)布置的话，以及防止所有的冲击力。为了满足所有这些约束条件，设计了一种由转变硬化氧化锆(“TTZ”)陶瓷制成的射频半透明后盖。因此图7示出的智能传感器装置24带有天线122，天线122位于后端腔室部分112a中，用于发送表示数据传感器114所检测到的流体属性参数的信号，并用于接收来自远程发射源如钻铤的信号来启动数据传感器。天线122包括发送器/接收器线圈46，如图4中概略表示。

操作方法

现在对智能传感器装置24的布置和操作方法进行总结。智能传感器装置包括一个大致为子弹状的外壳110，外壳110装有封装好的数据传感器114以及一个接收器和一个发送器，其中数据传感器114用于表明地下地层属性参数，接收器用于接收远程发送的信号，而发送器用于发送表示传感器所表明的属性参数的信号。传感器装置24置于位于穿过地下地层的井眼内的钻柱的钻铤中。

本发明还考虑由电缆工具布置智能传感器24，尽管以下描述限于从钻柱钻铤中布置。

由钻柱施力以使装置24从钻铤移至地下地层中。一旦智能传感器装置，或者也称做“智能锥形体”，处于待要检测的地层内部，发送与探测电子设备与钻井操作一起共同进行工作的顺序如下：

将装有探测传感器的钻铤(或其它测井下井仪装置)置于靠近智能传感器装置24的位置。频率为F的电磁波，如图6中84所示，从钻铤发送器/接收器线圈38发送出以便“接通”智能传感器装置，也称做靶子，并使传感器装置感应以便送回一个标识编码信号。电磁波激发远程布置的传感器装置的电子设备进入探测和发送模式，在远程传感器装置高度处就可得到表示选定的地层参数的压力数据和其它数据以及传感器的标识码。

在一个特定实施方案中，智能传感器装置24进行地层压力测定。为此功能，压力/温度传感器被置于电子设备膜盒118的前部。该传感器与地层流体之间的液压连通通过连通出入口116和120实现。压力传感器和连通出入口周围的内部空间充满着非传导性液压流体。实际的液压孔，出入口116包括一个由陶瓷或者金属过滤材料制成的过滤器。这样既可以在布置过程中限制填充流体损失，又可以在一旦地层流体与出入口开口接触时用做过滤器。

靶子，即远程传感器的存在与否，由频率为2F的从靶子散射回来的反射波检测，如图6的发送时序图中的86所示。同时可以探测到压力计数据(压力和温度)和其它选定的地层参数，并且传感装置24的电子设备将所检测到的地层数据转换成一个或多个串行数字信号。这种或这些数字信号，视情况而定，通过天线122中的发送器/接收器线圈46从远程布置的传感器装置24送回钻铤。这通过使每位数据同步并编码成特定时间序列而实现，在这个过程中散射频率将在F和2F之间变换。

例如，时间序列88被看作是持续时间为TS的同步指令。时间序列90、92分别被看作持续时间为T1和T0的位1和位0。在已经得到稳定的压力和温度读数并已成功传送至钻铤10上的电路之后，就终止数据的探测和传送。

只要上述序列一旦开始，位于钻铤中的发送器/接收器线圈38就由发送器动力驱动装置或放大器40供能。电磁波以频率F从钻铤上发送，频率F由振荡器42表征，如图6的84的时序图所示。频率F可以在从100KHz到500MHz的范围内选定。靶子一进入钻铤发送器的影响区域，位于智能锥形体24的天线中的接收器线圈46就会通过接收器线圈控制电路76和发送器线圈46发射回二倍于原始频率的电磁波。

与现有的操作方法相比，本发明使得可在钻井的同时得到压力数据和其它地层参数，因而将使钻井人员在钻井过程中做出决策时能尽早考虑钻井泥渣的重量和成分以及其它参数，而无需为了运行地层测试器而使钻柱进出钻井。本发明需要很短的时间来进行实际的地层测定。一旦远程传感器布置完毕，就可在钻井的同时得到数据，这个特征是根据已知的钻井技术中所不可能实现的。

只要可以得到来自压力传感器18的压力数据，也就可以实现对穿入的井眼地层的时变压力进行检测。这个特征当然要依赖于钻铤的动力盒内的发送器/接收器电路与任何布置的智能远程传感器的通讯联系情况。

在标准测井操作过程中，智能传感器装置的输出也可通过电缆测井工具读取。本发明的这个特征使得除了现在已能在钻井的同时从地层中获得实时的地层数据之外，还能利用测井工具的电子设备得到地下地层的数据变化情况。

通过将智能传感器装置24远程地布置到远离井眼周围附近的位置，那么至少在数据采集的初期，所进行的压力测定不会受到井眼的影响。由于利用原地的传感器来获得地层压力不需要液体运动，因而就可以测定非渗透性岩层的地层压力。本领域的技术人员将会理解，本发明同样适用于测定若干地层参数，如渗透性、传导性、介电常数、岩层强度及其它等，而并不限于测定地层压力。

另外，在本发明的考虑范围之内，远程传感器一旦布置完毕，就可长时间地提供地层数据的原始资料。为此，要求相应传感器的位置可以确定。因此，在一个实施方案中，远程传感器将包括放射性“脉冲标签”，它们能通过伽马射线传感器或探测器，以及钻柱中的回转仪装置来测定。回转仪装置有助于测定地层中的每个布置的传感器的位置和各自空间位置。

由上文可以看出，显然本发明能良好地适用于实现上文中所述的所有目的和特征以及本文中所公开的装置所固有的其它目的和特征。

本领域的技术人员很容易看出，本发明可以方便地以其它具体形式生产而不会背离其精神和本质特征。因此，本发明的实施方案仅仅可以看成示例性的，而非限制性的。本发明的范围由下面的权利要求而非以上描述来表示，由此处于权利要求等价的意义和范围之内的所有变化都应包括在其中。

Claims (11)

1.一种用于将传感器(114)远程布置至地下地层中以便从地层中采集数据的装置，该装置包括一个外壳(110)，在该外壳中有一个腔室(112)并且该外壳适于承受进入地下地层的强迫推进力，在所述外壳中设有一个出入口(116)，该出入口用于将存在于地下地层中的流体传送给该腔室，由此一来，位于所述腔室中的传感器能检测所述流体的至少一种属性参数。

2.根据权利要求1的装置，其中，还包括一个位于所述外壳的腔室中的膜盒，在所述膜盒中安放有传感器，用于检测地层的至少一种属性参数。

3.根据权利要求2的装置，其中，所述外壳沿与穿过前端部分和后端部分的轴线垂直的一个平面(A-A)被分开，该前端部分和该后端部分各具有相对的空腔，当该前端部分和该后端部分连在一起时，这两个空腔合成所述外壳的该腔室，所述膜盒从该前端部分的腔室延伸至该后端部分的腔室中，从而使所述膜盒横跨所述平面(A-A)并将所述外壳的该前端部分和该后端部分合为一体。

4.根据权利要求1的装置，其中，所述外壳适用于在所述装置的布置过程中承受沿其纵向轴线的至少为85000克的重力。

5.根据权利要求2的装置，其中，所述膜盒至少部分由钛合金构成。

6.根据权利要求3的装置，其中，所述外壳的所述前端部分由钨合金构成。

7.根据权利要求3的装置，其中，所述外壳的所述后端部分适用于保护位于所述外壳的所述腔室内的组件免受所述装置的布置过程中所遇到的高温和高压。

8.根据权利要求7的装置，其中，所述外壳的后端部分由氧化锆基陶瓷构成。

9.一种用于测定地下地层的属性参数的方法，该方法包括以下步骤：

给一个外壳(110)装备一个用于检测地下地层的属性参数的传感器和一个用于发送一个表示该传感器所检测的属性参数的信号的天线，在该外壳中有一个出入口(116)，该出入口用于当该外壳被插入地下地层中时将存在于地下地层中的流体传送给该传感器；

将该外壳安置在一个位于穿过地下地层的井眼中的测井下井仪(12)内；

由该测井下井仪施力，以使该外壳从钻柱(10)移入地下地层中；

用该传感器检测地层属性参数；

用该天线发送一个表示地层属性参数的信号。

10.根据权利要求9的方法，其中，施加于该外壳上的力为燃烧引起的推进力。

11.根据权利要求10的方法，其中，施加于该外壳上的力为机械力。

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