JP2009503308A

JP2009503308A - 測定及び掘削制御のための双方向の掘削ストリング遠隔測定システム

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Publication number: JP2009503308A
Application number: JP2008525227A
Authority: JP
Inventors: クィミンリー; ブライアンクラーク; シャムビーメイタ; レミウタン; クリストファーピーリード; ディヴィッドサントソ; リセフヴァテュム; ラグーマダヴァン; ジャンマルクフォリーニ; ジェフリーシーダウントン; ウォルターディーオルドレッド
Original assignee: Schlumberger Holdings Ltd
Current assignee: Schlumberger Holdings Ltd
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2009-01-29
Also published as: BRPI0614416A2; WO2007019319A1; DE602006014975D1; EP1915504B1; US7913773B2; CA2617062A1; NO339693B1; MX2008001175A; NO20080467L; US20070029112A1; CA2617062C; ATE471431T1; EP1915504A1

Abstract

本開示の用途は、地面にボア孔（１１）を掘削する作業に関連して使用するための、掘削リグと、その略上端が掘削リグに機械的に結合可能であり、掘削リグから吊下可能であるような掘削ストリング（１２）と、掘削ストリングの下端に隣接した孔底組立体とを備え、孔底組立体（１００）はその下端に掘削ビット（１５）を具備している。方法は、孔底組立体にて検出された少なくともひとつのパラメータについての情報を取得するもので、孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する段階であって、少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体にて測定された状態を表す測定データを生成するような上記段階と、アップホール・プロセッサ・システムを地表に提供する段階と、少なくともひとつの測定装置に結合され、アップホール・プロセッサ・システムに結合された、掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階と、掘削ストリング遠隔測定システムを介して、測定装置から、アップホール・プロセッサ・システムへ、データを伝送する段階と、を備えている。

Description

本発明は、掘削及び炭化水素の井戸の作成の分野、及び、ダウンホール地質特性の測定、及び、ダウンホールと地表設備との間における測定及び制御情報の双方向通信に関する。

掘削中測定（ＭＷＤ）及び掘削中ロギング（ＬＷＤ）の出現、並びに方向性掘削などの、特殊な掘削工程の地表制御の発達は、掘削及び炭化水素の井戸の作成の技術分野における重要な進歩である。これらの工程は、地表とダウンホール測定及び掘削設備との間に、両方向の通信を必要とする。現在のところ、泥パルス遠隔測定は、掘削中に、ダウンホール設備と地表との間における通信において、広範囲に商業的に使用されている唯一の技術である。［特に別言しない限り、「掘削中」等の用語は、掘削、休止、及び／又はトリッピングを含む、全体的な掘削作業の一部分として、掘削ストリングがボア孔の中に、または、部分的にボア孔の中にあることを意味する意図であり、掘削ビットは必ずしも回転していなくても良い。］。泥パルス遠隔測定においては、データは、掘削部分における圧力パルスとして伝達される。しかしながら、泥パルス遠隔測定には、比較的遅い通信、低いデータ速度、及び限界信頼性を含む、制限があることが良く知られている。現在の泥パルス技術は、１秒間あたりわずかに約１２ビットだけのＭＷＤ／ＬＷＤのデータを送ることができる。多くの場合に、この速度は、ＬＷＤツールストリングによって集められたすべてのデータを送るために不十分であり、または、所望のツールストリングの構成を限定する。また、泥パルス技術は、拡張した範囲のボア孔においては、良く働かない。方向性掘削及びツール機能などの工程を制御するため、泥ポンプ流れの調整によって、アップホールからダウンホールへ伝えられる信号も遅く、極めて低い情報速度を有している。また、例えば、釣合下にある掘削使用ガス、又は発泡掘削流体など、ある種の状況の下では、現在の泥パルス遠隔測定は機能しない。

より速くて、高いデータ速度を有し、特定のタイプの掘削流体の存在を必要としないような、泥パルス遠隔測定に代わる手段を開発しようとして、長年にわたって、様々な試みがなされてきた。例えば、掘削ストリングを通して音波を伝達するような、音響遠隔測定が提案されている。データ速度は、泥パルス遠隔測定に比べて、約１オーダー高い大きさに見積もられるが、依然として制限があり、雑音が問題である。音響遠隔測定は、まだ、商業的に利用可能になっていない。別の例は、地球を通した電磁遠隔測定である。この技術は、ボア孔を取り囲む地質の、特に抵抗率の特性に依存した、限られた範囲をもつと考えられ、また、限られたデータ速度を有する。

信号を運ぶために、掘削パイプ内にワイヤを配置することは、長い間、提案されてきた。ワイヤード掘削ストリングに関するいくつかの初期のアプローチは、米国特許第４，１２６，８４８号、米国特許第３，９５７，１１８号、及び米国特許第３，８０７，５０２号、および、刊行物、The Oil and Gas Journal（１９７８年４月３日、第１１５頁〜第１２４頁）の、W. J. McDonaldによる「ＭＷＤに使用される４つの異なるシステム("Four Different Systems Used for MWD")」に開示されている。

また、パイプジョイントなどに、誘導結合器を使用するアイデアも提案されている。掘削ストリングに誘導結合器を用いることは、米国特許第４，６０５，２６８号、１９９７年１２月１８日に出願されたロシア連邦公開特許公報第２１４０５２７号、１９９２年２月１４日に出願されたロシア連邦公開特許公報第２０４０６９１号、及び国際特許公報第９０／１４４９７Ａ２号に開示されている。また、米国特許第５，０５２，９４１号、米国特許第４，８０６，９２８号、米国特許第４，９０１，０６９号、米国特許第５，５３１，５９２号、米国特許第５，２７８，５５０号、及び米国特許第５，９７１，０７２号も参照されたい。

米国特許第６，６４１，４３４号が開示しているワイヤード掘削パイプのジョイントは、ワイヤード掘削パイプの分野における著しい進歩であって、地表のステーションとボア孔内の位置との間において、双方向に、高いデータ速度にて、測定データを確実に伝達する。’４３４号特許は、低損失のワイヤードパイプのジョイントを開示していて、導電層が、それぞれの誘導結合器における抵抗損失及び磁束損失を減少させることで、掘削ストリングの全長にわたる、信号エネルギーの損失を減少させる。ワイヤードパイプのジョイントは、導電層に設けた隙間が存在したまま動作するので頑丈である。掘削ストリング遠隔測定の分野における当業者及びその他の進歩した性能列席者は、範囲、速度、及びデータ速度が従前にはシステムの性能を制限していた従来技術の短所について、革新の機会を提供する。

米国特許第４，１２６，８４８号米国特許第３，９５７，１１８号米国特許第３，８０７，５０２号米国特許第４，６０５，２６８号ロシア連邦公開特許公報第２１４０５２７号ロシア連邦公開特許公報第２０４０６９１号国際特許公報第９０／１４４９７Ａ２号米国特許第５，０５２，９４１号米国特許第４，８０６，９２８号米国特許第４，９０１，０６９号米国特許第５，５３１，５９２号米国特許第５，２７８，５５０号米国特許第５，９７１，０７２号米国特許第６，６４１，４３４号 "Four Different Systems Used for MWD," W. J. McDonald, The Oil and Gas Journal, pages 115-124, April 3, 1978.

本発明の目的は、改良された測定及び地質ロギング動作と共に、改良された制御及び掘削パラメータの最適化であって、これまでには様々な理由から得られなかったものを、進歩した双方向の掘削ストリング遠隔測定との共同作用的な組合せを用いて提供することである。

本発明は、なかんずく、掘削ストリング遠隔測定における最近の進歩を最大限に利用するような特徴を有する。実質的にリアルタイムの双方向通信は、本願の実施形態において、掘削（及び休止及びトリッピング）の工程中に、測定及び制御を改良し、改良された動作及び意志決定を達成する。

本発明のひとつの形態の用途は、地面にボア孔を掘削する作業に関連して使用するための、掘削リグと、その略上端が掘削リグに機械的に結合可能であり、掘削リグから吊下可能であるような掘削ストリングと、掘削ストリングの下端に隣接した孔底組立体とを備え、孔底組立体はその下端に掘削ビットを具備している。方法は、孔底組立体にて検出された少なくともひとつのパラメータについての情報を取得するもので、孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する段階であって、前記少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体にて測定された状態を表す測定データを生成するような上記段階と、アップホール・プロセッサ・システムを地表に提供する段階と、前記少なくともひとつの測定装置に結合され、アップホール・プロセッサ・システムに結合された、掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階と、掘削ストリング遠隔測定システムを介して、測定装置から、アップホール・プロセッサ・システムへ、データを伝送する段階と、を備えている（本願において、地表とは、オンショア又はオフショアの掘削のための、あらゆる土地、水、氷の表面又は表面の近くの位置を包含する意図である。）。

本願の実施形態においては、孔底組立体にて測定された状態は、孔底組立体を取り囲む地質についての測定された特性であり、孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する段階は、孔底組立体における装置の掘削中のロギング（記録）を提供する段階を備えている。この実施形態においては、装置の掘削中のロギングを提供する段階は、抵抗測定装置、方向抵抗測定装置、音響測定装置、核測定装置、核磁気共鳴測定装置、圧力測定装置、地震測定装置、撮像装置、及び地質サンプリング装置からなるグループから選択された装置を提供する段階を備えている。

本願の別の実施形態においては、孔底組立体にて測定された状態は、測定された掘削特性であり、孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する段階は、孔底組立体における装置の掘削中の測定を提供する段階を備えている。この実施形態においては、装置の掘削中の測定を提供する段階は、ビットの重さ測定装置、トルク測定装置、振動測定装置、衝撃測定装置、棒のスリップ測定装置、方向測定装置、及び傾斜測定装置からなるグループから選択された装置を提供する段階を備えている。

本願の他の実施形態においては、前記孔底組立体は方向掘削サブシステムを具備し、地表のプロセッサにて制御信号を生成する段階は、操縦制御信号を生成する段階を備えている。この実施形態のひとつの形態においては、方向掘削サブシステムは、回転操縦可能システムを備え、地表のプロセッサにて制御信号を生成する段階は、前記回転操縦可能システムのために、操縦制御信号を生成する段階を備えている。

本発明のひとつの形態においては、孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する段階は、孔底組立体に複数の測定装置を提供する段階を備え、複数の測定装置は、孔底組立体における複数の状態を表す測定データを生成する。

本発明のひとつの形態においては、掘削ストリング遠隔測定システムは、双方向であり、掘削ストリングにおける少なくとも一部分にワイヤード掘削パイプを具備している。本発明のこの形態の実施形態においては、掘削ストリング遠隔測定システムとアップホール・プロセッサとの間に、無線式の結合が提供される。アップホール・プロセッサ・システムは、掘削リグの略近傍に配置され、または、前記掘削リグから離れた位置に配置される。掘削ストリング遠隔測定システムは、ハイブリッド遠隔測定システムであって、複数の異なるタイプの遠隔測定媒体を具備している。開示された実施形態においては、ハイブリッド掘削ストリング遠隔測定システムは、ワイヤード掘削パイプの部分と、電気ケーブル媒体と、光ケーブル媒体と、無線伝送媒体とからなるグループから選択された遠隔測定媒体の少なくともひとつの部分とを具備している。この実施形態においては、ワイヤード掘削パイプの部分は、結合された掘削パイプを具備し、それぞれの掘削パイプは、導電リングを備えてなる誘導結合器を有するピン端部と、導電リングを備えてなる誘導結合器を有するボックス端部と、前記ピン及びボックス端部の誘導結合器の間に結合された少なくともひとつの導体とを備え、隣接する掘削パイプは、それらに結合されたピンとボックスの端部にて誘導的に結合される。比較的長い距離においては、掘削パイプ間のジョイントに、リピーターサブシステムが設けられる。もっとも、本発明の形態においては、上述したワイヤード掘削パイプの部分は、リピーター無しに、前記結合された掘削パイプの約２０００フィートよりも長いような長さに設けられる。

本発明の実施形態において、上述したタイプのワイヤード掘削パイプの部分を用いるものでは、データを伝送する段階は、約５００ｋＨｚよりも低い周波数を有する搬送波に乗せて、前記データを伝送する段階を備えている。この実施形態においては、データは少なくとも１００ビット／秒の速度にて伝送され、実質的にリアルタイムにて双方向伝送が実現される。

本発明の形態においては、アップホール・プロセッサにて制御信号が生成され、掘削ストリング遠隔測定システムを介して、孔底組立体に伝送される。本発明のこの形態の実施形態においては、孔底組立体は、方向掘削サブシステムを具備し、制御信号は、操縦制御信号である。この実施形態においては、制御信号は、測定データに対応して生成される。

本発明のさらに別の特徴及び利点は、添付図面と関連させた、以下の詳細な説明から容易に明らかになるだろう。

図１は、本発明を採用できる井戸の現場のシステムを示している。井戸の現場は、オンショア又はオフショアである。この例示的なシステムにおいては、ボア孔１１は、周知の回転掘削の方法で、地面下の地質３０に形成される。本発明の実施形態においては、後述するように、方向掘削を用いても良い。

掘削ストリング１２は、ボア孔１１の内部に吊下され、下端に掘削ビット１０５を具備してなる孔底組立体１００を有している。地表システムは、プラットホーム及びデリック組立体１０を、ボア孔１１の上方に配置されて具備し、組立体１０は、回転テーブル１６と、ケリー１７と、フック１８と、回転スイベル１９とを具備している。掘削ストリング１２は、不図示の手段によって駆動される、回転テーブル１６によって回転され、掘削ストリングの上端にて、ケリー１７に係合している。掘削ストリング１２は、フック１８から吊下され、フックは移動ブロック（図示せず）に取り付けられ、ケリー１７及び回転スイベル１９を介して、フックに対する掘削ストリングの回転を許容する。周知のように、上部駆動システムを代わりに使用しても良い。

この実施形態の例においては、地表システムはさらに、井戸の現場に形成されたピット２７内に格納された、掘削流体又は泥２６を具備している。ポンプ２９は、スイベル１９のポートを介して、掘削ストリング１２の内部に掘削流体２６を送り届け、掘削流体を、矢印８の方向に示すように、掘削ストリング１２を通して下向きに流れさせる。掘削流体は、掘削ビット１０５に設けたポートを介して、掘削ストリング１２から排出され、次に、掘削ストリングの外側とボア孔の壁との間の環状の領域を通して、矢印９の方向に示すように上向きに循環する。この周知のやり方において、掘削流体は、掘削ビット１０５を潤滑し、再循環のためにピット２７に戻されるとき、切断された地質を地表へと運ぶ。

当業者に知られているように、データを集めるために、井戸の現場の付近にセンサが設けられ、好ましくは、リアルタイムに、井戸の現場の作業、及び井戸の現場の状態に関連したデータを集める。例えば、そうした表面センサは、とりわけ、給水塔圧、フック荷重、深さ、表面トルク、回転ｒｐｍなどのパラメータを測定するために提供される。

図示の実施形態における孔底組立体１００は、インターフェースサブ１１０と、掘削中ロギング（ＬＷＤ）モジュール１２０と、掘削中測定（ＭＷＤ）モジュール１３０と、方向性掘削のための回転操縦システム及びモータ１５０と、掘削ビット１０５とを具備している。

ＬＷＤモジュール１２０は、当業者に知られているように、特別なタイプの掘削カラーに収容されており、１又は複数の公知のタイプのロギングツールを収容することができる。例えば、符号１２０Ａにて示すように、１つを越えるＬＷＤ及び／又はＭＷＤモジュールを採用しても良いことを理解されたい（位置１２０にあるモジュールの参照は、同じく、位置１２０Ａにあるモジュールを代替的に意味することができる。）。ＬＷＤモジュールは、測定、処理、及び情報の格納の能力と、地表の設備との通信能力とを具備している。本実施形態において、ＬＷＤモジュールは、地質の特性を測定する、１又は複数の以下のタイプのロギング装置を具備している。すなわち、抵抗測定装置、方向抵抗測定装置、音響測定装置、核測定装置、核磁気共鳴測定装置、圧力測定装置、地震測定装置、撮像装置、及び地質サンプリング装置である。

また、ＭＷＤモジュール１３０も、当業者に知られているように、特別なタイプの掘削カラーに収容され、掘削ストリング及び掘削ビットの特性を測定するための１又は複数の装置を含むことができる。ＭＷＤツールはさらに、ダウンホールシステムへの電力を発生させるための装置（図示せず）を具備している。これは、代表的には、掘削流体の流れによって駆動される泥タービン発電機を具備するが、他のパワー及び／又はバッテリーシステムを採用しても良いことを理解されたい。本実施形態においては、ＭＷＤモジュールは、１又は複数の以下のタイプの測定装置を具備する。すなわち、ビットの重さ測定装置、トルク測定装置、振動測定装置、衝撃測定装置、棒のスリップ測定装置、方向測定装置、及び傾斜測定装置である。

本発明においては、掘削ストリング遠隔測定システムが採用され、これは、図示の実施形態においては、誘導結合されたワイヤード掘削パイプ１８０のシステムを備え、地表サブ１８５から、孔底組立体におけるインターフェースサブ１１０まで延びている。掘削ストリングの長さを含む要因に応じて、符号１８２にて例示するように、ワイヤード掘削パイプにおけるストリングの間隔に、リレーサブ又はリピーターが設けられる。リレーサブは、センサを備え、本願と同日に出願され、本願と同じ譲受人に譲渡された、係属中の米国特許出願第________号（ファイル１９．０４１０／１１）に、さらに開示されている。

インターフェースサブ１１０は、ＬＷＤ及びＭＷＤモジュールの通信回路と、掘削ストリング遠隔測定システムとの間のインターフェースを提供し、この実施形態では、誘導結合器を備えたワイヤード掘削パイプから構成されている。インターフェースサブ１１０には、センサが設けられ、係属中の米国特許出願第________号（ファイル１９．０４１０／１１）に、さらに開示されている。

ワイヤード掘削ストリングの上部には、地表サブ又は地表インターフェース１８５が設けられる。ワイヤード掘削パイプシステムが使用されるとき、最も上のワイヤード掘削パイプと地表プロセッサとの間に通信リンクを有することが必要になる（なかんずく、代表的には、以下の１又は複数の機能を実行する。すなわち、データ、ロギング情報、及び／又は、制御情報のダウンホール及び地表の設備への及び／又はからの受信及び／又は送信、計算の実行及び分析、及びオペレータ及び遠隔位置との通信である。）。様々なアプローチが示唆されており、それらのいくつかは、米国特許第７，０４０，４１５号に要約されており、スリップリング装置の使用と、誘導又はいわゆる変圧作用に基づいた回転電気結合の使用とを含んでいる。これらの技術は、まとめて、回転スイベル技術と称される。スリップリング（ブラシ接触面としても知られている）は、周知の電気コネクタであって、静止したワイヤから回転装置に電流又は信号を運ぶようにデザインされている。それは、代表的に、非回転要素に支持された、静止したグラファイト又は金属製の接点（ブラシ）が、（例えば、ケリージョイントの上部部分に支持された）回転金属リングの外径にこすり合わせられる。金属リングが回転すると、電流又は信号は、静止ブラシを通して金属リングに導通して、接続を形成する。誘電（変圧作用）に基づいた回転電気結合は、回転変圧器として知られており、回転回路と静止回路との間の導通に基づいたスリップリング及び接触ブラシに対する代替手段を提供し、直接接触を必要としない。変圧器の巻線は、静止コイルと回転コイルとを構成し、これらの両方は回転軸線と同軸的になっている。いずれかのコイルが一次巻線として働き、他方は二次巻線として働く。このパラグラフで述べたタイプのアプローチは、図１の地表サブ１８５として使用できる。現在のところ、無線式のアプローチがより好ましく、例えば、本願と同日に出願され、本願と同じ譲受人に譲渡された、米国特許出願第________号（ファイル１９．０４０３／３２）に開示されたタイプのものがある。前記して参照した米国特許出願第________号（ファイル１９．０４０３／３２）の実施形態に開示されているように、地表サブ１８５の形態であるアップホール・インターフェースは、ケリー１７と共に回転する電子回路に結合され、本実施形態においてはアップホール・プロセッサ・システムから構成されてなるロギング及び制御ユニット４のアンテナ及びトランシーバーと双方向に通信する、トランシーバー及びアンテナを具備している。通信リンク１７５は、アップホール・インターフェースの電子回路及びアンテナとロギング及び制御ユニット４との間に、模式的に示されている。従って、この実施形態の構成は、ロギング及び制御ユニット４から、通信リンク１７５を介して、地表サブ１８５へ、ワイヤード掘削パイプ遠隔測定システムを介して、ダウンホールインターフェース１１０及び孔底組立体の要素への通信リンクを提供し、また、双方向動作のために、これらの逆を提供する。

図２Ａは、図１の電子回路に使用できるタイプの無線式のトランシーバー・サブシステムの電子回路を示したブロック図である。また、米国特許第７，０４０，４１５号も参照されたい。最も上のワイヤード掘削パイプにおける上部ジョイントの誘導結合器からの及び誘導結合器への信号は、ＷＤＰモデムを用いて結合される。ＷＤＰモデム２２１は、無線式モデム２３１に接続されている。バッテリー２５０及び電源２５５は、モデムを駆動するために設けられる。より好ましい、他の電力発生手段については、上に参照した、米国特許出願第________号（ファイル１９．０４０３／３２）に開示されている。

ＷＤＰ地表モデム２０２は、ワイヤード掘削パイプ遠隔測定システムを介して、ダウンホールツールにおける、１又は複数のモデム、リピーター、又はその他のインターフェースと通信するように適合している。好ましくは、モデムは２方向の通信を提供する。モデムは、他のモデム又はリピーター又はダウンホールツールに配置された別のサブと通信する。任意の種類のデジタル及びアナログの変調方式を使用することができ、例えば、２位相の、周波数偏移符号化（ＦＳＫ）、直角位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、直角振幅変調（ＱＡＭ）、離散マルチトーン（ＤＭＴ）などを使用できる。これらの方式は、時分割多重（ＴＤＭ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）など、任意の種類のデータ多重化技術と組み合わせられる。モデムは、掘削パイプ診断及びダウンホールツール診断のための機能を具備しても良い。

図２Ｂに示した実施形態においては、参照した係属中の米国特許出願第________号（ファイル１９．０４０３／３２）に開示されるように、ケリー２５０と最も上のワイヤード掘削パイプ１８１との間に、特別なセーバーサブ２４０が設けられている。セーバーサブ２４０は、その下端に誘導結合器２４１を有し、最も上のワイヤード掘削パイプの誘導結合器と電気的に結合される。ケーブル２１５は、誘導結合器２４１に接続され、密封されたポートを通してセーバーサブ２４０から出て、ケリー２５０の外側を通って、トランシーバー・サブシステム２３０に至り、トランシーバー・サブシステムはアンテナ２３５を具備している。セーバーサブ２４０におけるケーブルの出口部分には、コネクタ２４６が提供される。ケリー２５０の外側に沿って通るケーブルは、ケリーに設けた溝内に密封され、例えば、エポキシ又はＰＥＥＫ材料によって保護される。トランシーバー・サブシステムの電子回路には、さらに別のコネクタが設けられる。ケーブル２１５には、少なくともワイヤのペアが設けられる。さらに別の実施形態及びトランシーバー・サブシステムの構成について、また、トランシーバー・サブシステムに関連した冗長な複数のアンテナの記述について、また、回転するトランシーバー・サブシステムで用いるための安全な発電の記述について、係属中の米国特許出願第________号（ファイル１９．０４０３／３２）を参照されたい。

参照された係属中の米国特許出願第________号（ファイル１９．０４１０／１１）に開示されているように、井戸の現場にはひとつだけの地表ユニット４を示しているけれども、１又は複数の井戸の現場を横切る１又は複数の地表ユニットを設けても良い。地表ユニットは、１又は複数の通信ラインを介して、有線式又は無線式の接続を用いて、１又は複数の地表インターフェースにリンクされる。地表インターフェースと地表システムとの間の通信トポロジーは、一点と一点、一点と多点、又は多点と一点である。ワイヤード接続は、任意のタイプのケーブル（任意のタイプのプロトコル（シリアル、イーサネット（登録商標）等）を用いるワイヤ）及び光ファイバーの使用を含む。無線技術は、任意の種類の標準的な無線通信技術であって、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１の仕様、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ｚｉｇｂｅｅ、または、任意の非標準的なＲＦ又は光学通信技術であって、任意の種類の変調方式、例えば、ＦＭ、ＡＭ、ＰＭ、ＦＳＫ、ＱＡＭ、ＤＭＴ、ＯＦＤＭ等を、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ等の任意の種類のデータ多重化技術と組み合わせられる。ひとつの例としては、無線通信のためのアンテナは、サブの外側層に設けられる。

インターフェースには、１又は複数のセンサ２０４が設けられ、様々な井戸ボア孔のパラメータ、例えば、温度、圧力（給水塔、泥など）、泥流、雑音、振動、掘削メカニックス（すなわち、トルク、重量、加速度、パイプ回転など）などを測定する。センサは、信号の調整のために、アナログのフロントエンドにリンクされ、及び／又は、データの処理及び／又は分析のためにプロセッサにリンクされる。また、センサは、診断を信号するために使用される。診断は、ワイヤード掘削パイプシステムにおける故障を位置決めし、雑音を測定し、及び／又は、ワイヤード掘削パイプ遠隔測定システムの特性を測定し、及び井戸の現場のその他の診断を実行する。異なるタイプのセンサをサブに統合しても良い。ひとつのタイプのセンサは、高いサンプリング速度にて実行できる、掘削メカニックスを測定するための表面センサである。センサデータは、記憶装置に記録される。

図３乃至図５は、参照によって引用された米国特許第６，６４１，４３４号に開示されている、ワイヤード掘削パイプを示している。ワイヤードパイプジョイント（図３）は、第１の電流ループ誘導結合要素３２１と、第２の電流ループ誘導結合要素３３１とを、パイプのそれぞれの端部のひとつに有している。また、図３に示したワイヤードパイプジョイント３１０は、軸線ボア孔３１２を備えた細長い管状シャンク３１１と、第１の誘導結合要素３２１と、ボックス端部３２２と、ピン端部３３２における第２の誘導結合要素３３１とを具備している。図示の誘導結合器３２０は、第１の誘導結合要素３２１と、隣接するワイヤード掘削パイプにおけるピン端部３３２’の第２の誘導結合要素３３１’とから構成されている。

図３及び図４は、雌ネジ３２３を形成するボックス端部３２２と、第１のスロット３２５を備えた環状内側接触肩部３２４とを示している。また、図３及び図４は、雄ネジ３３３’を形成する、隣接したワイヤードパイプジョイントのピン端部３３２’と、第２のスロット３３５’を備えた環状内側接触パイプ端部３３４’とを示している（プライム記号を付した参照符号は、隣接するワイヤードパイプジョイントに属する要素を示している。）。

図５Ａは、図３における対向する対をなす電流ループ誘導結合要素の断面図を示していて、作業パイプストリングの一部分として、互いにロックされている。両方のコアを取り囲む、閉じられた高い導電性の低い透磁率をもった環状経路３４０の断面図と、ワイヤードパイプジョイント３１０における２つの誘導結合要素を電気的に結合する、内部電気ケーブル３１４のための通路を形成する導管３１３の断面図とが提供されている。

図５Ｂは、第１のコイル３４８と、第１の高透磁性コア３４７と、第１のコイル巻線３４８との取り付けを示した拡大断面図である。また、図５Ｂは、内部電気ケーブル３１４を取り囲む導管３１３を示している（図５Ｂ及び図５Ｃを明瞭にするため、第１のコイル３２８は、掘削パイプの強度を劣化させないような好ましい実施形態における、ピンの寸法に比べて大きく示している。）。

図５Ｂはさらに、同軸的な対向部分３２６ａ及び３２６ｂを備えてなる第１の環状凹面３２６を形成する第１のスロット３２５を示している。第１の環状凹面３２６は、第１の環状の凹面の高い導電性の低い透磁性の層３２７をその表面に有している。層３２７は、第１の環状キャビティを形成している。ボックス端部３２２は、第１のコイル３２８を具備し、このコイルは、第１の層３２７における同軸的な対向する部分３２７ａ及び３２７ｂの間にて、第１の環状キャビティに固定して取り付けられている。

図５Ｂはさらに、同軸的な対向部分３３６ａ’及び３３６ｂ’を備えてなる、第２の環状凹面３３６’を形成する第２のスロット３３５’を示している。第２の環状凹面３３６’は、第２の環状の凹面の高い導電性の低い透磁性の層３３７をその表面に有している。層３３７’は、第２の環状キャビティを形成している。ピン端部３３２’は、第２のコイル３３８’を具備し、このコイルは、第２の層３３７’における同軸的な対向部分３３７ａ’及び３３７ｂ’の間にて、第２の環状キャビティに固定して取り付けられている。

また、図５Ｂは、第１の高い導電性の低い透磁性の層３２７を具備してなる、第１の電流ループ誘導結合要素３２１と、第２の高い導電性の低い透磁性の層３３７’を具備してなる、第２の電流ループ誘導結合要素３３１’とを示している。それぞれの層は、コーティングされ、または、そのスロットの内面に取り付けられる。第１のコイル３２８は、第１の層３２７における同軸的な対向部分３２７ａ及び３２７ｂの間に配置されている。従って、第１の高い導電性の低い透磁性の形成層（又はベルト）３２７は、第１のコイル３２８を部分的に取り囲んでいる。同様に、第２の高い導電性の低い透磁性の層（又はベルト）３３７’は、第２のコイル３３８’を部分的に取り囲んでいる。

第１のコイル３２８は、そのスロットの内部の所定位置に、注封材料３４２によって固定されている。第１のコイル３２８はさらに、好ましくはＲＴＶである、保護充填材料３４３によって保護されている。同様に、第２のコイル３５８’は、そのスロットの内部の所定位置に、注封材料３５２’によって固定され、さらに、保護充填材料３５３によって保護されている。

図５Ｃは、図５Ｂのボックス端部の電流ループ誘導結合要素を示した拡大断面図であって、第１の高い透磁性のコア３４７と第１のコイル巻線３４８とを具備してなる、第１のコイル３２８の詳細を示している。コア３４７は、軸線方向に細長い断面を有している。図５Ｂにおける第２のコイル３３８’、第２のコア３５７’、及び第２のコイル巻線３５８’も同様に構成されている。

コイル巻線３４８は好ましくは、多数の巻きを有している。ひとつの好ましい実施形態においては、その数は、およそ２００である。図５Ｃに示したボックス端部のベルトは、隣接する第２のパイプジョイントにおける第２の高い導電性の低い透磁性のピン端部のベルトと協働するように配置され、図５Ａに示す如く、閉じられた高い導電性の低い透磁性の環状経路３４０を形成する。第１及び第２のパイプジョイントが、作業パイプストリングの一部分として、互いにロックされたときには、層３２７及び３３７’は経路３４０を形成する。この閉じた経路は、第１のコイルと第２のコイルとを取り囲んでいる。低損失の電流ループ誘導結合器は、経路３４０を介して背中合わせに結合された、一対の変圧器と見ることができる。

それぞれのコイルは、主として、スロットの内面に重なり合った、高い導電性の低い透磁性であるパイプジョイントの層に沿って、パイプジョイントに電流を誘導する。導電材料のそれぞれの層は、コアを取り囲むスロットの内面に、取り付けられ、又は、コーティングされる。

’４３４号特許に開示されているように、高い導電性の低い透磁性の層は、金属の中でも銅及び銅合金に例示されるような、鋼の導電性に比べて実質的に高い導電性を有する、任意の高い導電性の低い透磁性の材料から作られる。

高い導電性の低い透磁性の層は、経路３４０がパイプジョイントの鋼だけを通る場合に比べて、環状経路３４０の抵抗を減少させることで、パイプストリングの長さにわたる抵抗損失を抑える。また、高い導電性の低い透磁性の層は、それぞれのワイヤードパイプジョイントの鋼に透過する磁束を減少させることで、パイプストリングの長さにわたる磁束損失を抑える。環状経路３４０は理想的には閉じた経路であるけれども、経路が全体として導電層から構成されることは不可欠ではなく、というのは、経路３４０の導電層におけるあらゆる隙間は、局所的なパイプ端部の鋼によって橋渡しされるためである。環状経路の導電層における隙間は、接触するパイプ端部の硬質の鋼との接触点に近い、比較的軟質の導電層の摩耗によって生じる。パイプストリングの長さにわたる環状経路の導電層における少数のそうした隙間は、重要な影響をもつほどには、充分なエネルギー損失を導入することはない。

’４３４号特許と同様に、図３乃至図５Ｃのシステムは、二重接触のパイプジョイントを開示していて、第１及び第２の誘導結合要素は、それぞれ、内側肩部と内側パイプ端部とに配置されている。パイプジョイントの寸法は、外側パイプ端部と内側肩部との間の距離が、外側肩部と内側パイプ端部との間の距離に比べて、若干、大きくなっている。図５Ａは、外側パイプ端部３４１と環状内側接触肩部３２４との間の距離Ｄ１と、外側肩部３５１’と環状内側接触パイプ端部３３４’との間の距離Ｄ２とを示している。距離Ｄ２は、距離Ｄ２に比べて、若干大きくなっている。２つのパイプジョイントが適切に締め付けられたとき（すなわち、隣接するワイヤードパイプの肩部３５１’に対して端部３４１のパイプ密封に適切に必要なトルクで互いに押圧されたとき）、この若干の量は、閉じられた高い導電性の低い透磁性の環状経路３４０を確実に形成するように、隣接するワイヤードパイプジョイントの内側パイプ端部３３４’に対して、内側肩部３２４を自動的に締め付けるための同じトルクを許容する。

本願の実施形態においては、ワイヤード掘削パイプの部分は、’４３４特許に開示され、図３乃至図５Ｃに示したタイプのものであり、リピーター無しに、約１０００フィートよりも長くて、約７０００フィートよりも短いような、結合されたワイヤード掘削パイプの部分を提供する特徴を容易にする。

ＬＷＤツール１２０となり得る、または、本願のシステム及び方法におけるＬＷＤツールの組１２０の一部分となり得る、ツールの例は、二重抵抗ＬＷＤツールであって、発明の名称を、"Well Logging Apparatus And Method For Determining Formation Resistivity At A Shallow And A Deep Depth"とする、米国特許第４，８９９，１１２号に開示されているので、この文献を参照によって引用する。図６に示すように、上側及び下側の伝送アンテナＴ１及びＴ２は、両者の間に、上側及び下側の受信アンテナＲ１及びＲ２を有している。アンテナは、変更された掘削カラーの凹部に形成され、絶縁材料に取り付けられている。受信機間の電磁エネルギーの位相シフトは、比較的浅い深さの調査にて、地質の抵抗を表し、受信機間の電磁エネルギーの減衰は、比較的深い深さの調査にて、地質の抵抗を表す。上に参照された、米国特許第４，８９９，１１２号は、更なる詳細について参照される。動作に際しては、減衰で表される信号と、位相で表される信号とは、プロセッサに結合され、その出力は、遠隔測定回路に結合可能であり、遠隔測定回路は、従来技術においては、泥パルスを変調し、本願のシステムによる実施形態においては、掘削ストリング遠隔測定システムの搬送波を変調させる。泥パルス遠隔測定に関連した二重抵抗技術の従来の応用とは異なり、本願におけるシステム及び方法は、はるかに多いデータを提供し、それを実質的にリアルタイムにて提供する。

本願のシステムの特に有利な使用は、制御された操縦又は「方向掘削」に関連する。この実施形態においては、回転操縦可能なサブシステム１５０（図１）が提供され、掘削ストリング遠隔測定システムを介した制御に適合している。方向掘削は、自然に取られる経路からの、井戸のボア孔の意図的な逸脱である。言い換えれば、方向掘削は、掘削ストリングを所望の方向へ進める、掘削ストリングの操縦である。方向掘削は、例えば、オフショアの掘削において有利であり、というのは、単一のプラットホームから、多くの井戸を掘削することが可能になるためである。また、方向掘削は、リザーバを通る水平な掘削を可能にする。水平な掘削によれば、リザーバを横断する長い長さの井戸のボア孔が可能になり、井戸からの生産速度を高めることができる。また、方向掘削システムは、垂直な掘削作業にも同じく使用される。しばしば、掘削ビットは、計画された掘削軌道から向きを変えるが、というのは、貫通している地質の性質が予想不可能であり、または、掘削ビットが受ける力が変化するためである。そうした逸脱が生じたとき、方向掘削システムは、掘削ビットを進路に戻すために使用される。方向掘削の公知の方法では、回転操縦可能なシステム（“ＲＳＳ”）を使用している。ＲＳＳにおいては、掘削ストリングは地表から回転し、ダウンホール装置は、掘削ビットによって、所望の方向に掘削させる。掘削ストリングを回転させることで、掘削ストリングが掘削中にハングアップ又はスタックすることは減少する。地中の逸脱したボア孔を掘削するための回転操縦可能な掘削システムは、一般的に、「ポイント・ザ・ビット」システム、又は、「プッシュ・ザ・ビット」システムとして分類される。ポイント・ザ・ビットのシステムにおいては、掘削ビットの回転軸線は、新たな孔の方向に、孔底組立体の局所的な軸線から逸脱する。孔は、上下の安定装置の接触箇所と掘削ビットとによって形成される通例の３点幾何学に従って伝播する。掘削ビットと下側の安定装置との間の有限距離に結合された、掘削ビットの軸線の逸脱の角度は、曲線を発生させるのに必要な、非共軸の状態をもたらす。これを達成するには多くの方法が存在し、それらには、下側安定装置に近い孔底組立体における箇所に固定された屈曲部を用いたり、または、上側及び下側の安定装置の間に分配された掘削ビット駆動シャフトの固定具を用いたりすることが含まれる。理想化された形態においては、掘削ビットは横方向に切断することを必要とせず、というのは、ビットの軸線は、曲線状の孔の方向に絶えず回転するためである。ポイント・ザ・ビットのタイプの回転操縦システムの例と、それらがどのように動作するのかについては、米国特許公開公報第２００２／００１１３５９号、米国特許公開公報第２００１／００５２４２８号、及び米国特許第６，３９４，１９３号、米国特許第６，３６４，０３４号、米国特許第６，２４４，３６１号、米国特許第６，１５８，５２９号、米国特許第６，０９２，６１０号、及び米国特許第５，１１３，９５３号に開示されており、これらすべてを参照によってここに引用する。プッシュ・ザ・ビットの回転操縦可能なシステムにおいては、必要な非共軸の状態を達成するために、片方又は両方の上側又は下側の安定装置又は別の機構によって偏心力を適用し、または、孔の伝播の方向に対して優先的に向けられた方向に変位させる。再び、これを達成するには多くの方法が存在し、それらには、（孔に対して）非回転の偏心安定装置（変位ベースのアプローチ）、及び、所望の操縦方向において掘削ビットに力を加える偏心アクチュータがある。再び、操縦を達成するには、掘削ビットと少なくとも２つの他の接触点との間に、非共軸を作り出す。理想化された形態においては、曲線状の孔を作るために、掘削ビットは横方向に切断することを必要とする。プッシュ・ザ・ビットのタイプの回転操縦可能なシステムの例と、それらがどのように動作するのかについては、米国特許第５，２６５，６８２号、米国特許第５，５５３，６７８号、米国特許第５，８０３，１８５号、米国特許第６，０８９，３３２号、米国特許第５，６９５，０１５号、米国特許第５，６８５，３７９号、米国特許第５，７０６，９０５号、米国特許第５，５５３，６７９号、米国特許第５，６７３，７６３号、米国特許第５，５２０，２５５号、米国特許第５，６０３，３８５号、米国特許第５，５８２，２５９号、米国特許第５，７７８，９９２号、米国特許第５，９７１，０８５号に開示されており、これらのすべてを参照してここに引用する。

地表からの操縦制御は、少なくとも地質の抵抗測定値に基づき、例えば、図６及び図７に関連して説明されたタイプの抵抗ロギング装置が用いられる。

指摘されたところによれば、従来のＬＷＤツールは、地質中の比較的短距離だけを見るので、存在を検出する前に、接触又は地層の境界からわずかの距離になり、従って、地質操縦調整のために残される時間はほとんど残らない。深さの浅い調査は、最適な反応の地質操縦に比べて小さくなり、ビットがペイゾーンの上部又は基部から外れたときにのみ、軌道が変えられる。反応性地質操縦は、低い生産的な露出につながり、井戸の経路を波立たせて、完成を困難にする（２００５年の、Oilfield Review誌の、L.Chouらによる、"Steering Toward Enhanced Production"を参照されたく、これを参照によってここに引用する。）。本願における実質的にリアルタイムの双方向の掘削ストリング遠隔測定は、地質操縦の反応時間及び精度を改善できる。

本願における双方向の遠隔測定と地質操縦用途との組合せは、ＬＷＤツール又は図１のツール１２０の一部分として、方向性の深読みする掘削中ロギングの掘削ツールと関連して採用されたとき、さらに強いられる。軸線に整列された円筒状に対照的なコイルを有するツールからの信号は、方向的に敏感ではない。図７のツールは、方向的に敏感な測定値を得るための傾斜した横断コイルを提供する（再び、２００５年の、Oilfield Review誌の、L.Chouらを参照されたい。）。センサアレイは、６つの送信アンテナと４つの受信アンテナを具備している。ツールの長さに沿った軸線方向には、５つの送信アンテナ（Ｔ１〜Ｔ５）が配置されている。第６の送信アンテナ（Ｔ６）は、ツールの軸線を横切るように向けられる。受信アンテナは、ツールの各端部に配置されている。この対をなす受信アンテナ（Ｒ３及びＲ４）は、送信機を一括し、それぞれのこれらの受信機は、ツールの軸線に対して４５度傾斜している。追加的な対をなす受信アンテナ（Ｒ１及びＲ２）は、トランスミッタアレイの中央に配置され、軸線方向に配置され、従来のタイプの伝播抵抗測定値を得る。上述の構成によれば、ツールの片側の導電性に、優先感度を生み出す。ツールが回転すると、そのセンサは近くの導電領域を検出して、最大の導電性が測定される方向を登録する。磁力計と加速度計は、ツールのために、参照方向のオリエンテーションデータを提供する。その方向の能力に加えて、ツールは、最も従来のＬＷＤ抵抗ツールに比べて、比較的深い測定値を提供する。本願における実質的にリアルタイムの双方向の掘削ストリング遠隔測定は、方向抵抗ロギングツールの能力と関連して、地表におけるデータの量と方向掘削制御の速度及び精度とを増加させることで、地質操縦の性能を改善する。

別の例によるツールは、ＬＷＤツール１２０であるか、または、ＬＷＤツールの組１２０の一部分であり、ここで参照によって引用される米国特許第６，３０８，１３７号に開示されたタイプの掘削中音響ロギングツールである。開示された実施形態においては、図８に示すように、オフショアのリグ８１０が採用され、音響送信源又はアレイ８１４は、水面の近くに配備される。代わりに、任意の他の適当なタイプのアップホール又はダウンホール源又はトランスミッタを提供できる。アップホールプロセッサは、トランスミッタ８１４の発火を制御する。また、アップホール設備は、源の近くで参照信号を得るために、音響受信機とレコーダーとを具備している。従来技術においては、アップホール設備はさらに、ダウンホール設備からＭＷＤ信号を受信するための泥パルス遠隔測定設備を具備している。遠隔測定設備とレコーダーとは、代表的にプロセッサに結合され、アップホールとダウンホールとのクロックを用いて、録音が同期される。ダウンホールＬＷＤモジュール８００は、少なくとも音響受信機８３１及び８３２を具備し、これらは信号プロセッサに結合され、信号源の発火と同期して、受信機によって検出された信号から録音される。本実施形態においては、ワイヤード掘削パイプ、又は他の高速度掘削ストリング遠隔測定は、望むならば、アップホール・プロセッサからの制御による、ダウンホール及びアップホールのタイミング信号の高速同期を可能とし、及び、源へのロギングデータ及び／又は計算されたパラメータの高速伝送を可能とし、これは特に、音響及び／又は地震のロギングから比較的多量のデータが利用可能であるときに有用である。

別の例によるツールは、ＬＷＤツール１２０であるか、または、ＬＷＤツールの組１２０の一部分であり、ここで参照によって引用される、Oilfield Review誌の２００２年春号の第３２頁〜第４５頁の、P.Bretonらによる、"Well Positioned Seismic Measurements"に開示されたタイプの、地震の測定値を得るためのツールである。ダウンホールＬＷＤツールは、（図９Ａ及び図９Ｂに示すように）単一の受信機を有するか、または、（図９Ｃ及び図９Ｄに示すように）複数の受信機を有し、（図９Ａ及び図９Ｃに示すように）地表の単一の地震源に関連して、または、（図９Ｂ及び図９Ｄに示すように）地表の複数の地震源に関連して採用される。従って、図９Ａにおいては、地質境界の反射を含み、「ゼロオフセット」の垂直地震輪郭の構成と称され、単一の源と単一の受信機てを使用し、図９Ｂにおいては、地質境界の反射を含み、「ウォークアウェイ」の垂直地震輪郭の構成と称され、複数の源と単一の受信機とを使用し、図９Ｃにおいては、塩のドーム境界を通る屈折を含み、「塩近位」の垂直地震輪郭と称され、単一の源と複数の受信機とを使用し、図９Ｄにおいては、地質境界のいくつかの反射を含み、「ウォークアバブ」の垂直地震輪郭と称され、複数の源と複数の受信機とを使用している。上述のように、ワイヤード掘削パイプ、又は他の高速度掘削ストリング遠隔測定は、望むならば、アップホール・プロセッサからの制御による、ダウンホール及びアップホールのタイミング信号の高速同期を可能とし、及び、源へのロギングデータ及び／又は計算されたパラメータの高速伝送を可能とし、これは特に、音響及び／又は地震のロギングから比較的多量のデータが利用可能であるときに有用である。

図１０は、参照によってここに引用される米国特許Ｒｅ．３６，０１２号に開示されているような、掘削中ロギング核装置を示していて、加速器ベースの源を利用しているけれども、他のタイプの核ＬＷＤツールも、ＬＷＤツール１２０又はＬＷＤツールの組１２０の一部分として利用できることを理解されたい。図１０においては、掘削カラー部分１０４０は、ステンレス鋼ツールシャーシ１０５４を取り囲むように示されている。シャーシ１０５４から、その長手軸線の片側（この図では、見えない）に形成されているのは、掘削ストリングを通して掘削流体を下向きに運ぶための、長手方向に延在してなる泥通路である。シャーシ１０５４の他の側の中心に配置されているのは、中性子加速器１０５８と、それに関連する制御及び高電圧電子パッケージ１０６０と、同軸的に整列された近傍隔離検出器１０６２である。近傍隔離検出器１０６２は、最小限の地質影響にて、加速器の出力に主として反応する。検出器１０６２は、好ましくは、加速器１０５８に隣接する表面を除くすべての表面が、複合中性子減速中性子吸収材料からなるシールド１０６４によって取り囲まれる。近傍検出器１０６２の出力は、源の強度変動について、他の検出器の出力を正規化するために使用される。近傍隔離検出器１０６２に長手方向に隣接して配置されているのは、複数の又はアレイの検出器であって、そのうち１０６６ａ及び１０６６ｄが、この図に示されている。検出器１０６６ａは、符号１０６８ａにて示すように、背面シールドされている。アレイは、少なくともひとつの、及び好ましくはひとつを越える、エピサーマル中性子検出器を具備し、この例においては符号１０８４で示される少なくともひとつのガンマ線検出器を、シールド１０８６を備えて具備している。また、１又は複数の熱中性子検出器を具備しても良い。上に参照した、米国特許Ｒｅ．３６，０１２号は、更なる詳細について参照される。検出器の信号は、なかんずく、地質密度、多孔率、及び岩石組成を決定するために利用される。本実施形態においては、これらの測定値を表す信号は、ワイヤード掘削パイプ又はその他の本願の双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを介して、高速にて、地表に有利に伝送され、地表からの制御信号は、高速にて、精密に、ダウンホールに運ばれる。

図１１に示した実施形態は、米国特許第５，６２９，６２３号に開示されたタイプの装置であって、参照によってここに引用され、パルス化磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して掘削中に地質評価するが、他のタイプのＮＭＲ／ＬＷＤツールも、ＬＷＤツール１２０又はＬＷＤツールの組１２０の一部分として利用できることを理解されたい。’６２３号特許に開示されているように、ひとつの構成による装置の実施形態は、変更された掘削カラーを備え、セラミック絶縁体で充填された軸線溝部又はスロット１１５０を有し、ＲＦアンテナ１１２６を収容し、非磁性カバー１１４６によって保護され、パルス化されたＲＦ電磁エネルギーを発生し及び受信する。ＲＦアンテナの導体は、片端で掘削カラーに接地される。他端においては、導体は、圧力フィードスルー１１５２及び１１５３を介して、ＲＦ変圧器１１５６に結合される。変圧器１１５６は、直径上の反対側にあるＲＦ導体における電流の間に、１８０度の位相差を保つ。円筒形の磁石１１２２は、地質内に静的な磁場を生成する。また、ＲＦアンテナは、掘削カラー自体が、振動するＲＦ磁場を生成するように配置しても良い。振動するＲＦ磁場は、地質中の物質の核を励起し、軸線方向に対称的で、掘削ストリングの回転中の測定を容易にする。本実施形態においては、これらの測定値を表す信号は、ワイヤード掘削パイプ又はその他の本願の双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを介して、高速にて、地表に有利に伝送され、地表からの制御信号は、高速にて、精密に、ダウンホールに運ばれる。

図１２は、参照によってここに引用される米国特許第６，９８６，２８２号に開示されたタイプのロギング装置を簡略化した模式図であって、掘削作業中に、環状圧力、地質圧力、及び多孔圧力を含む、ダウンホール圧力を決定するが、他のタイプの圧力測定ＬＷＤツールも、ＬＷＤツール１２０又はＬＷＤツールの組１２０の一部分として利用できることを理解されたい。装置は、変更された安定装置のカラー１２００に形成され、掘削流体のための通路１２１５を延通させて有している。ツールを通る流体の流れは、内圧Ｐを発生させる。掘削カラーの外部は、周囲の井戸のボア孔の環状圧力ＰＡに曝されている。内圧Ｐ１と環状圧力ＰＡとの間の差圧δＰは、圧力組立体を動かすのに使用される。２つの代表的な圧力測定組立体は、符号１２１０ａ及び１２１０ｂにて示され、それぞれ、安定装置のブレードに取り付けられる。圧力組立体１２１０ａは、ボア孔内の環状圧力を監視し、及び／又は、井戸のボア孔の壁に係合するように配置されたとき、周囲の地質の圧力を監視するために使用される。図１２においては、圧力組立体１２１０ａは、ボア孔の壁１２０１と非係合であり、従って、望むならば、環状圧力を測定する。ボア孔の壁１２０１と係合するように動いたときには、圧力組立体１２１０ａは、周囲の地質の多孔圧力を測定するために使用される。また、図１２に示すように、圧力組立体１２１０ｂは、液圧制御１２２５を用いて、安定装置のブレード１２１４から延長可能になっていて、周囲の地質の測定値を得るために、泥ケーキ１２０５及び／又はボア孔の壁１２０１と密封係合する。上に参照した、米国特許第６，９８６，２８２号は、更なる詳細について参照される。回路（この図には図示せず）は、圧力を表す信号を、プロセッサ／制御装置に結合し、その出力は、遠隔測定回路と結合可能であり、遠隔測定回路は、従来技術においては、泥パルスを変調し、本願におけるシステムの実施形態においては、掘削ストリング遠隔測定システムの搬送波を変調する。本実施形態においては、これらの測定値を表す信号は、ワイヤード掘削パイプ又はその他の本願の双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを介して、高速にて、地表に有利に伝送され、地表からの制御信号は、高速にて、精密に、ダウンホールに運ばれる。

最近開示された技術は、ワイヤラインから吊下可能な設備を採用し、補助的なボア孔の精密な横方向の掘削を行い、ロック機構を用い、拡張及び収縮機構と、電気モータと横方向の掘削シャフトと、容積型ポンプと、掘削ビットとを用いている。ポンプを使用して、横方向のボア孔内に流体を循環させ、掘削切断を明瞭にする。ＰＣＴの国際公報第ＷＯ２００４／０７２４３７号、ＰＣＴの国際公報第ＷＯ２００５／０７１２０８号、ＰＣＴの国際公報第ＷＯ２００６／０１０８７７号、米国特許公開公報第２００５／０２５２６８８号が参照され、すべてがここに引用される。本願の実施形態においては、精密な横方向の掘削ツールは、掘削ストリング遠隔測定システムと関連して、掘削ストリングに使用される。

本発明による方法の実施形態の実施に使用できる、本発明の実施形態に従ったシステムを、一部分を模式的に、一部分をブロック図にて示した模式図である。本発明による実施形態と関連して使用できるタイプの無線式のトランシーバー・サブシステムの電子回路を示したブロック図である。無線式のトランシーバーを利用する地表インターフェースを、一部分を断面図にて、一部分をブロック図にて示した模式図であって、電子回路及びアンテナが掘削ストリングに取り付けられている。誘導結合されたワイヤード掘削パイプの断面図であって、米国特許第６，６４１，４３４号に開示されており、本発明の実施形態に採用される、掘削ストリング遠隔測定システムの少なくとも一部分として使用できるものを示している。図３における対向する対をなす電流ループ誘導結合要素について、一部分を破断して示した斜視図である。図４における対向する対をなす電流ループ誘導結合要素を示した断面図であって、作業パイプストリングの一部分として互いにロックされ、両方のコアを取り囲む、閉じられた高い導電性の低い透磁率をもった環状経路の断面図を含んでいる。図５Ａにおける電流ループ誘導結合要素の電磁要素の取り付けについて、より詳細に示した拡大断面図である。図５Ｂのボックス端の電流ループ誘導結合要素を、一部分を破断して示した斜視図であって、コイルと内部電気ケーブルの詳細を示している。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの地質抵抗ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの方向抵抗装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの音響ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの地震ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの地震ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの地震ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの地震ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの核ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの核磁気共鳴ロギング装置を示した模式図である。本発明の方法及びシステムの実施形態において、掘削中ロギング（ＬＷＤ）装置として、または、一組のＬＷＤ装置の一部分として、利用できるタイプの圧力測定ロギング装置を示した模式図である。

Claims

地面にボア孔を掘削する作業に使用するための、掘削リグと、その略上端が掘削リグに機械的に結合可能であり、掘削リグから吊下可能であるような掘削ストリングと、掘削ストリングの下端に隣接した孔底組立体とを備え、孔底組立体はその下端に掘削ビットを具備し、孔底組立体にて検出された少なくともひとつのパラメータについての情報を取得する方法が、
孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する段階であって、前記少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体にて測定された状態を表す測定データを生成するような上記段階と、
アップホール・プロセッサ・システムを地表に提供する段階と、
前記少なくともひとつの測定装置に結合され、前記アップホール・プロセッサ・システムに結合された、掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階と、
前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記測定装置から、前記アップホール・プロセッサ・システムへ、前記データを伝送する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
前記孔底組立体にて測定された状態は、孔底組立体を取り囲む地質についての測定された特性であり、孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する前記段階は、孔底組立体における装置の掘削中のロギングを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
装置の掘削中のロギングを提供する前記段階は、抵抗測定装置、方向抵抗測定装置、音響測定装置、核測定装置、核磁気共鳴測定装置、圧力測定装置、地震測定装置、撮像装置、及び地質サンプリング装置からなるグループから選択された装置を提供する段階を備えていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記孔底組立体にて測定された状態は、測定された掘削特性であり、孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する前記段階は、孔底組立体における装置の掘削中の測定を提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
装置の掘削中の測定を提供する前記段階は、ビットの重さ測定装置、トルク測定装置、振動測定装置、衝撃測定装置、棒のスリップ測定装置、方向測定装置、及び傾斜測定装置からなるグループから選択された装置を提供する段階を備えていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する前記段階は、孔底組立体に複数の測定装置を提供する段階を備え、前記複数の測定装置は、孔底組立体における複数の状態を表す測定データを生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、掘削ストリングの少なくとも一部分に、ワイヤード掘削パイプを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記少なくともひとつの測定装置に結合され、前記アップホール・プロセッサに結合された、掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、前記掘削ストリング遠隔測定システムと前記アップホール・プロセッサとの間に、無線式の結合を提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
アップホール・プロセッサ・システムを提供する前記段階は、掘削リグの略近傍の位置に、前記アップホール・プロセッサ・システムを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
アップホール・プロセッサ・システムを提供する前記段階は、前記掘削リグから離れた位置に、前記アップホール・プロセッサ・システムを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記掘削ストリング遠隔測定システムは、複数の異なるタイプの遠隔測定媒体を具備してなる、ハイブリッド遠隔測定システムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
ハイブリッド掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、ワイヤード掘削パイプの一部分を具備し、電気ケーブル媒体と、光ケーブル媒体と、無線伝送媒体とからなるグループから選択された遠隔測定媒体の少なくとも一部分を具備してなる、ハイブリッド遠隔測定システムを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、結合された掘削パイプとして、ストリングの少なくとも一部分を提供する段階を備え、それぞれの掘削パイプは、導電リングを備えてなる誘導結合器を有するピン端部と、導電リングを備えてなる誘導結合器を有するボックス端部と、前記ピン及びボックス端部の誘導結合器の間に結合された少なくともひとつの導体とを備え、隣接する掘削パイプは、それらに結合されたピンとボックスの端部にて誘導的に結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、掘削パイプの間のジョイントに、少なくともひとつのリピーターサブシステムを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を提供する前記段階は、リピーター無しに、前記結合された掘削パイプの約２０００フィートよりも長いような、前記一部分を提供する段階を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を介して前記データを伝送する前記段階は、約５００ｋＨｚよりも低い周波数を有する搬送波に乗せて、前記データを伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を介して前記データを伝送する前記段階は、約５００ｋＨｚよりも低い周波数を有する搬送波に乗せて、前記データを伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を介して前記データを伝送する前記段階は、少なくとも１００ビット／秒の速度にて、前記データを伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を介して前記データを伝送する前記段階は、少なくとも１００ビット／秒の速度にて、前記データを伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を介して前記データを伝送する前記段階は、少なくとも１００ビット／秒の速度にて、前記データを伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
地表のプロセッサにて制御信号を生成する段階をさらに備え、前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記制御信号を孔底組立体へ伝送することを特徴とする請求項７に記載の方法。
地表のプロセッサにて制御信号を生成する段階をさらに備え、前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記制御信号を孔底組立体へ伝送することを特徴とする請求項８に記載の方法。
地表のプロセッサにて制御信号を生成する段階をさらに備え、前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記制御信号を孔底組立体へ伝送することを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記孔底組立体は方向掘削サブシステムを具備し、地表のプロセッサにて制御信号を生成する前記段階は、操縦制御信号を生成する段階を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
地表のプロセッサにて制御信号を生成する前記段階は、前記測定データに応答して制御信号を生成する段階を備えていることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記制御信号を前記孔底組立体へ伝送する前記段階は、前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、実質的にリアルタイムにて、前記制御信号を前記孔底組立体へ伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
前記方向掘削サブシステムは、回転操縦可能システムを備え、地表のプロセッサにて制御信号を生成する前記段階は、前記回転操縦可能システムのために、操縦制御信号を生成する段階を備えていることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
制御信号を生成する前記段階は、孔底組立体の測定された深さの関数である、信号を生成する段階を具備していることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
前記方向掘削サブシステムは、電気的な横方向掘削ツールを備え、地表のプロセッサにて制御信号を生成する前記段階は、前記電気的な横方向掘削ツールのために、操縦制御信号を生成する段階を備えていることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
前記掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサとの間に地表インターフェースを提供する段階と、前記地表インターフェースに関連した地表測定センサを提供する段階とをさらに備え、前記地表測定センサは、温度センサ、圧力センサ、泥流センサ、雑音センサ、振動センサ、トルクセンサ、加速度センサ、及び回転センサからなるグループから選択された少なくともひとつのセンサから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
掘削ストリングにおけるワイヤード掘削パイプ部分に少なくともひとつのダウンホールセンサを提供する段階をさらに備え、前記少なくともひとつのセンサは、ワイヤード掘削パイプを介して、アップホール・プロセッサと通信することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
掘削ストリングのワイヤード掘削パイプにおける異なる位置に複数の分配されたダウンホールセンサを提供する段階をさらに備え、前記センサは、前記ワイヤード掘削パイプを介して、前記アップホール・プロセッサと通信することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
前記掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサとの間に地表インターフェースを提供する段階をさらに備え、前記地表インターフェースは回転スイベルを具備し、回転する掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサに結合された回転しない要素との間にて、電気信号を双方向的に接続することを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサとの間に地表インターフェースを提供する段階をさらに備え、前記地表インターフェースは回転スイベルを具備し、回転する掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサに結合された回転しない要素との間にて、電気信号を双方向的に接続することを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサとの間に地表インターフェースを提供する段階をさらに備え、前記地表インターフェースは、回転する掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサとの間にて、電気信号を双方向的に接続する無線式のリンクを具備していることを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサとの間に地表インターフェースを提供する段階をさらに備え、前記地表インターフェースは、回転する掘削ストリング遠隔測定システムと前記地表のプロセッサとの間にて、電気信号を双方向的に接続する無線式のリンクを具備していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
掘削される地質に対してボア孔が負の差圧に維持されるような、地面にボア孔を釣合下にて掘削する作業に使用するための、掘削リグと、その略上端が掘削リグに機械的に結合可能であり、掘削リグから吊下可能であるような掘削ストリングと、掘削ストリングの下端に隣接した孔底組立体とを備え、孔底組立体はその下端に掘削ビットを具備し、孔底組立体にて検出された少なくともひとつのパラメータについての情報を取得する方法が、
孔底組立体に少なくともひとつの測定装置を提供する段階であって、前記少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体にて測定された状態を表す測定データを生成するような上記段階と、
アップホール・プロセッサ・システムを地表に提供する段階と、
前記少なくともひとつの測定装置に結合され、前記アップホール・プロセッサ・システムに結合された、掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階と、
前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記測定装置から、前記アップホール・プロセッサ・システムへ、前記データを伝送する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
地面にボア孔を掘削する作業に使用するための、掘削リグと、その略上端が掘削リグに機械的に結合可能であり、掘削リグから吊下可能であるような掘削ストリングと、掘削ストリングの下端に隣接した孔底組立体とを備え、孔底組立体はその下端に掘削ビットを具備し、孔底組立体にて検出された少なくともひとつのパラメータについての情報を取得する装置が、
孔底組立体における少なくともひとつの測定装置であって、前記少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体にて測定された状態を表す測定データを生成するような上記測定装置と、
地表にあるアップホール・プロセッサ・システムと、
前記少なくともひとつの測定装置に結合され、前記アップホール・プロセッサ・システムに結合された、掘削ストリング遠隔測定システムと、
前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記測定装置から、前記アップホール・プロセッサ・システムへ、前記データを伝送するトランスミッタと、
を備えていることを特徴とする装置。
前記孔底組立体にて測定された状態は、孔底組立体を取り囲む地質についての測定された特性であり、孔底組立体における前記少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体における装置の掘削中のロギングを備えていることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
装置の掘削中の前記ロギングは、抵抗測定装置、方向抵抗測定装置、音響測定装置、核測定装置、核磁気共鳴測定装置、圧力測定装置、地震測定装置、撮像装置、及び地質サンプリング装置からなるグループから選択された装置を備えていることを特徴とする請求項４２に記載の装置。
前記孔底組立体にて測定された状態は、測定された掘削特性であり、孔底組立体における前記少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体における装置の掘削中の測定を備えていることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
装置の掘削中の前記測定は、ビットの重さ測定装置、トルク測定装置、振動測定装置、衝撃測定装置、棒のスリップ測定装置、方向測定装置、及び傾斜測定装置からなるグループから選択された装置を備えていることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
孔底組立体における前記少なくともひとつの測定装置は、孔底組立体における複数の測定装置を備え、前記複数の測定装置は、孔底組立体における複数の状態を表す測定データを生成することを特徴とする請求項４１に記載の装置。
地面にボア孔を掘削する作業に使用するための、掘削リグと、その略上端が掘削リグに機械的に結合可能であり、掘削リグから吊下可能であるような掘削ストリングと、掘削ストリングの下端に隣接した孔底組立体とを備え、孔底組立体は操縦可能な掘削サブシステムとその下端の掘削ビットを具備し、孔底組立体にて検出された少なくともひとつのパラメータについての情報を取得し、前記操縦可能なモータサブシステムを制御する方法が、
孔底組立体に方向抵抗ツールを提供する段階であって、前記方向抵抗ツールは、孔底組立体の領域における方向地質抵抗を表す測定データを生成するような上記段階と、
アップホール・プロセッサ・システムを地表に提供する段階と、
前記方向抵抗ツールと前記アップホール・プロセッサ・システムとの間に結合された、双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを提供する段階と、
前記双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記方向抵抗ツールから、前記アップホール・プロセッサ・システムへ、前記測定データを伝送する段階と、
前記プロセッサ・システムから、前記双方向の掘削ストリング遠隔測定システムを介して、前記孔底組立体の操縦可能な掘削サブシステムへ、制御信号を伝送する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、掘削ストリングの少なくとも一部分にワイヤード掘削パイプを提供する段階を備えていることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
掘削ストリング遠隔測定システムを提供する前記段階は、結合された掘削パイプとして、ストリングの少なくとも一部分を提供する段階を備え、それぞれの掘削パイプは、導電リングを備えてなる誘導結合器を有するピン端部と、導電リングを備えてなる誘導結合器を有するボックス端部と、前記ピン及びボックス端部の誘導結合器の間に結合された少なくともひとつの導体とを備え、隣接する掘削パイプは、それらに結合されたピンとボックスの端部にて誘導的に結合されることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を介して前記データを伝送する前記段階は、約５００ｋＨｚよりも低い周波数を有する搬送波に乗せて、前記データを伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
前記ストリングの少なくとも一部分を介して前記データを伝送する前記段階は、少なくとも１００ビット／秒の速度にて、前記データを伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
前記制御信号を前記孔底組立体へ伝送する前記段階は、前記掘削ストリング遠隔測定システムを介して、実質的にリアルタイムにて、前記制御信号を前記孔底組立体へ伝送する段階を備えていることを特徴とする請求項４８に記載の方法。