多伽瑪控制器組件的製作方法

2023-05-24 14:52:56

多伽瑪控制器組件的製作方法
【專利摘要】公開了一種便利對自然發生的輻射進行可靠的井下測量的改進的伽瑪控制器組件。除其它部件之外，該伽瑪控制器組件還包括多個伽瑪傳感器、微控制器、存儲器以及輸入/輸出埠。多個伽瑪傳感器檢測輻射並輸出由微控制器接收的脈衝。傳感器數據可以被微控制器檢查、選擇並求平均，並且沿著井筒向上發送到可以進一步處理、傳送和顯示數據的另一個微控制器或計算機。傳感器數據可以被求平均並存儲到存儲器或者作為獨立的值存儲到存儲器。伽瑪控制器組件可以被配置為運行算法，該算法檢測是否有一個伽瑪控制器看起來發生故障並且，如果明顯的故障已發生，則調整沿著井筒向上發送的傳感器數據。
【專利說明】多伽瑪控制器組件
[0001]相關申請
[0002]本申請要求於2013年6月14日提交的美國臨時專利申請序列N0.61/835，188和於2013年10月3日提交的美國臨時專利申請序列N0.61/886,509的利益，這兩個申請中每一個的全部都通過引用結合於此。

【技術領域】
[0003]本發明涉及井下輻射測量組件。

【背景技術】
[0004]井下輻射測量組件已經在鑽井操作中使用有一段時間了。在井下鑽探中，識別地下巖石地層並定製鑽探組件和鑽探方法以適合特定的地質地層是有用的。例如，當鑽機被配置為對特定類型的巖石地層有效並且巖石地層的特性隨著井筒延伸到地表下更深而改變時，這會是有用的。因此，識別存在於井場的各個鑽探深度的巖石地層將是有用的。井下輻射測量組件測量由井下巖石地層發出的自然發生的低水平輻射。不同類型的巖石會發出不同數量的輻射或者具有其它不同特性的輻射並且，如果被準確地測出，則可以識別處於不同深度的巖石地層的類型。輻射測量組件常常部署在井下並且在井下不同深度取得許多測量。然後，傳感器測量結果可以沿井身向上傳送並被處理，以確定在特定井場各個深度存在的巖石地層的特定類型。在安裝過程期間、在取得輻射測量結果時、在井下就位時並且還有在取回期間，輻射測量組件會經歷惡劣的振動和溫度以及其它環境條件。隨著時間推移，鑽探操作鑽探至更大的深度，這造成輻射測量組件經歷愈發惡劣的環境。此外，許多輻射測量傳感器會特別敏感並且響應于振動、惡劣的溫度和其它環境因素而發生故障。振動因素對於在井下輻射測量組件中使用的輻射測量傳感器會特別有問題。這部分地會是由於輻射測量組件的構造和敏感部件。這些因素以及其它繼續造成對更先進和可靠的井下輻射測量組件的需求。
[0005]輻射測量組件通常與隨鑽測量工具一起部署。隨鑽測量工具的目的是收集各種基於傳感器的測量結果並方便測量結果到地面的傳送。隨鑽測量工具可以與用於測量各種井下條件的傳感器一起部署，其中井下條件諸如溫度、流量數據、鑽柱旋轉、位置信息、輻射讀數，或者其它有用的井下條件。沿著隨鑽測量工具或者作為其一部分部署的傳感器常常將被配置為與作為部署在井下的隨鑽測量工具組件的一部分的微控制器或微處理器通信傳送(communicate)數據。這種通信可以利用經隨鑽測量工具和各種傳感器之間的總線連接發送的標準協議進行。然後，隨鑽測量工具可以將數據從傳感器沿井身向上傳送到遠端計算機或數據記錄裝備。隨鑽測量工具可以通過鋼絲部署或者內嵌在鑽柱中並且可以包括遠端電源或者經在井下延伸的電纜接收電力。部署連接到井下隨鑽測量工具以便在各個深度執行輻射測量的輻射探針是常見的。隨鑽測量工具可以被配置為接收伽瑪探針數據，然後處理數據並將數據傳送到地面上的遠端計算機，其中伽瑪探針數據例如可以是脈衝串的形式。
[0006]讓輻射測量組件包括對井下存在的振動、惡劣溫度及其它環境因素的更大順應性將是期望的。另外，提供井下安裝的輻射測量組件的增加的平均故障間隔時間將是期望的。這將允許更長的鑽探時間、增加的測量時間，以及減少的花在安裝、取回和維修輻射測量組件上的時間。減少由於輻射測量傳感器故障而維修輻射測量組件所花的時間也將是期望的，其中輻射測量傳感器對惡劣的井下環境特別敏感。


【發明內容】

[0007]本發明提供了改進的伽瑪控制器組件，以方便從井下地質地層發射的自然發生的輻射的可靠測量。輻射測量由作為改進的伽瑪控制器組件一部分的多個伽瑪傳感器取得。當伽瑪傳感器檢測輻射時，它們將脈衝發送到微控制器，該微控制器解釋並檢查測量，然後將它們沿井身向上發送。在備選實施例中，微控制器還將測量結果寫到井下的存儲器中。一旦沿井身向上發送，測量結果就可以被進一步處理並傳送，以確定並顯示井下地質地層的構成。除其它的部件之外，伽瑪控制器組件還包括多個伽瑪傳感器、一個或多個微控制器、用於存儲由伽瑪控制器組件運行的程序並用於記錄伽瑪傳感器數據的存儲器，以及輸入/輸出埠。來自多個伽瑪傳感器的伽瑪傳感器數據可以被微控制器選擇或求平均並且存儲到存儲器或者作為獨立記錄的值存儲到存儲器。然後，傳感器數據可以沿井身向上發送到另一個基於微控制器或計算機的系統，該系統可以進一步處理、傳送並顯示數據。伽瑪控制器組件被配置為運行算法，該算法檢測一個伽瑪控制器看起來是否要發生故障並且，如果明顯的故障已經發生，則該組件可以被配置為只將來自正確運行的傳感器的數據沿井身向上傳送。在另一種實施例中，伽瑪控制器組件可以將所有傳感器數據都沿井身向上傳送並且傳送可信的數據和不可信的數據。一旦沿井身向上傳送，伽瑪傳感器數據就可以進一步傳送到另一個基於微控制器或計算機的系統，用於附加的評估、處理、存儲或顯示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]當結合附圖考慮時，由於通過參考以下具體描述，一種或多種示例性實施例的各方面和附帶優點以及對其的修改變得更好理解，因此這些也將變得更容易被認識到，其中:
[0009]圖1繪出了多伽瑪控制器組件的框圖。
[0010]圖2繪出了多伽瑪控制器組件的示意性表示。
[0011]圖3繪出了多伽瑪控制器組件的示意性表示。
[0012]圖4繪出了多伽瑪控制器組件的側視圖。
[0013]圖5繪出了多伽瑪控制器組件的側面透視圖。
[0014]圖6繪出了多伽瑪控制器組件的側視圖。
[0015]圖7繪出了井筒內多伽瑪控制器組件的側面透視圖。
[0016]圖8繪出了多伽瑪控制器組件底盤的側面透視圖。
[0017]圖9繪出了多伽瑪控制器組件電路板的側面透視圖。
[0018]圖10繪出了多伽瑪控制器組件的跨接構件的側面透視圖。
[0019]圖11繪出了只有單個伽瑪傳感器的隨鑽測量工具的框圖。
[0020]圖12繪出了具有多伽瑪控制器組件的隨鑽測量工具的框圖。
[0021]圖13A繪出了用於多伽瑪控制器組件的踢出(kick-out)算法的流程圖的第一部分，而圖13B繪出了第二部分。
[0022]圖13B繪出了用於多伽瑪控制器組件的踢出算法的流程圖的第二部分，而圖13A繪出了第一部分。

【具體實施方式】
[0023]改進的伽瑪控制器組件的一個目的是增加井下伽瑪傳感器測量的可靠性。隨鑽測量系統中一個常見的故障是伽瑪探針發生故障。修復會非常昂貴，因為，如果還有備用的話，則整個鑽柱必須從井中拔出來，以替換伽瑪探針。
[0024]為了減輕這種故障模式，多伽瑪控制器組件便於在單個隨鑽測量工具中有冗餘的伽瑪探針。多伽瑪控制器組件還可以被配置為記錄井下工具的各種參數，以便在維修該工具的時候幫助故障分析。利用試探法，如果多伽瑪控制器組件確定每個伽瑪探針都正確工作，則多伽瑪控制器組件可以向隨鑽測量工具輸出被組合或過濾的單個脈衝串，或者可選地是來自多個個別伽瑪探針的單個求平均的讀數。在備選實施例中，由多伽瑪控制器組件組合、過濾或者求平均的讀數可以經CAN總線或者本行業內已知的其它總線傳送到隨鑽測量工具或者經泥漿脈衝發生器、信號線或其它通信方法傳送到其它井口裝備。但是，如果多伽瑪控制器組件的試探法確定其中一個伽瑪探針發生故障，則它可以將發生故障的探針排除在被過濾的輸出之外並且只輸出基於來自剩餘伽瑪探針的讀數的已過濾的脈衝串。在優選實施例中，優選地是兩個伽瑪傳感器探針將被配置在每個多伽瑪控制器組件中；但是，同樣有可能三個或更多個探針可以配置在單個組件中。對於這種實施例，多伽瑪控制器組件也可以被稱為雙伽瑪控制器組件。單個脈衝串輸出到隨鑽測量工具的這種模式特別地被設計成與隨鑽測量系統一起工作，其中隨鑽測量系統預期看到來自井下單個伽瑪傳感器的一個脈衝串。在備選實施例中，來自每個伽瑪傳感器的數據可以傳送到隨鑽測量工具或者沿井身向上傳送，具有關於什麼傳感器數據可信以及什麼傳感器數據由於可能發生故障的伽瑪探針而可能不正確的指示器。
[0025]參考圖1、2和3，多伽瑪控制器組件10具有控制器模塊18，可以被配置為包括一個或多個微控制器或處理器20 個或多個電源30 ;用於存儲主要可執行程序、用於記錄並且用於存儲配置參數的存儲器40 ;以及用於感測衝擊和振動的加速計50或類似的傳感器。多伽瑪控制器組件10還包括多個伽瑪探針60a和60b，但是，在備選實施例中，多於兩個探針也可以配置。控制器模塊18可以配置為經伽瑪探針電源線62a和62b向伽瑪探針60a和60b提供電力。數據線64a和64b也在控制器模塊18與伽瑪探針60a和60b之間延伸。此外，多伽瑪控制器組件10可以配置為包括電力線70、串行通信線72，以及延伸到隨鑽測量工具(未示出)或者從地面到工具延伸的伽瑪傳感器脈衝輸出線74。單個存儲器元件可以讓主要可執行程序、記錄以及存儲配置參數共享，或者可以使用多個存儲器元件。微控制器或處理器20有三個主要功能:(I)監視伽瑪探針的健康情況，(2)記錄工具參數，用於故障分析，及(3)將伽瑪探針測量數據發送到隨鑽測量工具或者直接沿井身向上傳送。多伽瑪控制器組件10可以具有多種操作模式，這些模式不相互排斥。在一個實施例中，多伽瑪控制器組件10可以具有透明模式，其中控制器將僅僅將組合、過濾或求平均的脈衝串輸出到隨鑽測量工具(未示出)，並且因此對隨鑽測量工具來說看起來就像單個伽瑪探針。這種方法對目前只配置為與單個伽瑪探針交互的系統提供附加的準確性和可靠性。以這種模式，隨鑽測量系統被「欺騙成」認為它們僅僅是從單個探針接收輸出。實際上，這種方法對不能提供足夠帶寬從多個伽瑪傳感器沿井身向上發送數據的低帶寬系統提供增加的準確性和可靠性。一種備選操作模式允許多伽瑪控制器組件經工具內部的串聯總線，或者經其它總線類型，從伽瑪探針向隨鑽測量單元發送數據以及工具的整體健康狀態，作為通用數據值。對於許多類型的隨鑽測量工具，這種總線會具有有限的帶寬，但是，對於更高帶寬的系統，更多傳感器數據可以利用這種模式傳送。最後，如果使用更高帶寬的系統，則另一種備選實施例可以允許來自每個伽瑪探針傳感器的傳感器數據發送到隨鑽測量工具或者甚至作為獨立的脈衝串沿井身向上或者通過將允許全部傳感器數據或來自選定多個傳感器的數據沿井身向上發送的其它方式。
[0026]參考圖4，示出了多伽瑪堆棧組件100。多伽瑪堆棧組件100包括:包括控制器電路板模塊120的多伽瑪控制器底盤110 ;第一伽瑪模塊130 ;第二伽瑪模塊140 ;總線跨接模塊150，以及緩衝端(snubbing end) 160。參考圖5，多伽瑪控制器底盤110容納與圖1_3中引用的控制器模塊18類似的控制器電路板模塊120。模塊120可以配置為包括一個或多個微控制器或處理器；一個或多個電源或電源電壓調節器；用於存儲主要可執行程序、用於記錄並用於存儲配置參數的存儲器；以及用於感測衝擊和振動的加速計或類似的傳感器。在實施例中，這些子部件中每一個都可以交替地配置在獨立的電路板上或者作為系統內其它模塊的一部分。底盤110提供結實的連接埠 112，用於連接模塊之間的電線。頂部艙口蓋114和底部艙口蓋116保護控制器電路板模塊120不受惡劣井下環境的影響並且還允許為了維修而容易接近。在備選實施例中，不同的保護性封套可以配置為保護控制器電路板模塊120以及多伽瑪堆棧組件100的各種其它部件。
[0027]參考圖6，多伽瑪堆棧組件100示為連接到電池單元200和脈衝發生器驅動器300。脈衝發生器驅動器300是可以配置為沿井身向上發送信息或者發送到地面上並且在井下從地面上接收信息的通信系統的一個例子。脈衝發生器驅動器300可以配置為通過可以被傳感器檢測的鑽探泥漿發送和接收脈衝。然後，脈衝可以被傳感器或其它連接的裝備解釋。當部署在井下時，可以使用這種配置或類似的配置，例如基於非脈衝發生器的通信系統，諸如基於電線的系統也可以用來發送信息和與地面裝備通信。參考圖7，示出了多伽瑪堆棧組件100的備選透視圖。參考圖8，伽瑪控制器底盤110示為具有連接到底部艙口蓋116的頂部艙口蓋114，這兩個艙口蓋都用來保護控制器電路板模塊120不受損害。圖9示出了控制器電路板模塊120的側面透視圖，如上所述，控制器電路板模塊120可以配置為包括多伽瑪控制器組件的各種部件。
[0028]參考圖10，示出了總線跨接模塊150。對於包括三個或更多個伽瑪探針的多伽瑪控制器組件，多個總線跨接模塊150可以配置為允許附加探針的連接。在實施例中，總線跨接模塊150方便在最初設計為只與單個伽瑪探針使用的系統中多個伽瑪探針連接到多伽瑪控制器。
[0029]總線跨接模塊150可以配置為將伽瑪探針輸出線數據放到總線的備用信號傳輸線上，然後多伽瑪控制器可以讀取並解釋這些線中伽瑪探針的輸出。圖11是示出具有單個伽瑪探針410的隨鑽測量工具400的部件和布線布局的示例框圖。在這個例子中，脈衝發生器驅動器420充當到工具400的地面通信鏈路以及通過電池一 430和電池二 440提供到各種部件的電池電力。主處理單元(「MPU」)450、三聯電源(「TPS」)460以及朝向模塊(「0M」)470也包括在這種配置中。伽瑪探針410在伽瑪總線線路480上輸出輻射測量讀數。然後，讀數被MPU 450處理，然後MPU 450將具有代表性的數據值或完整的脈衝串信息通過脈衝發生器驅動器420發送到地面。除了伽瑪總線線路480，在各種部件之間延伸的總線405還可以包括接地線路(「GND」)490、電池一線路(「Battl」)491、電池二線路(「Batt2」)492、BBus 信號線(「BBus」)493、qBus 信號線(「qBus」)494、脈衝信號線(「Pulse」)495、流量信號線(「Flow」)496、ml信號線(「Ml」)497，以及m2信號線(「M2」)498。所述總線將電力從電池傳輸到各種部件並且還充當部件之間的通信鏈路。
[0030]參考圖12，示出了一個示例框圖，該框圖示出了具有多個伽瑪探針以及多伽瑪控制器514的隨鑽測量工具500的部件和布線布局。伽瑪探針510和伽瑪探針512將它們的輻射測量讀數輸出到多伽瑪控制器514。如圖10中所述的總線跨接模塊可以在實現這種布局時配置為將每個伽瑪探針的輸出重新路由到作為總線一部分的備用信號線上。伽瑪探針數據被路由到多伽瑪控制器組件的微控制器上並且該微控制器對照伽瑪探針輸出數據運行算法，以確定伽瑪探針數據是要放到隨後被傳送到隨鑽測量工具的一個或多個伽瑪探針輸出線上還是沿著井筒將信息向上傳送的其它數據通道上。類似於圖11中所述的單探針配置，在這個例子中，脈衝發生器驅動器520充當用於工具500的地面通信鏈路並且電池電力通過電池一 530和電池二 540提供給各種部件。主處理單元(「MPU」)550、三聯電源(「TPS」)560以及朝向模塊(「0M」)570也可以包括在這種配置中。第一伽瑪探針510在伽瑪輸出線路580上輸出輻射測量讀數，並且第二伽瑪探針512在伽瑪輸出線路584上輸出輻射測量讀數。然後，讀數被多伽瑪控制器514接收並處理，多伽瑪控制器514利用本文所述的一種或多種方法組合、求平均或過濾讀數。然後，多伽瑪控制器514持續地生成發送到MPU 550或脈衝發生器驅動器520的代表性伽瑪輸出值，用於沿井身向上傳送。類似於上述方法，試探法可以被多伽瑪控制器514採用並且探針數據可以相應地被調節、認定為不合格以及重新使其合格。除了伽瑪總線線路580，在各種部件之間延伸的總線還可以包括接地線路(「GND」)590、電池一線路(「Battl」)591、電池二線路(「Batt2」)592、BBus 信號線(「BBus」)593、qBus信號線(「qBus」)594、脈衝信號線(「Pulse」)595、流量信號線(「Flow」)596、ml信號線(「Ml」)597，以及m2信號線(「M2」)598。所述總線將電力從電池攜帶到各種部件並且還充當部件之間的通信鏈路。這一段中描述的總線僅僅是多伽瑪控制器組件的一種實施例和配置。其它總線配置、工具配置、通信協議和通信拓撲結構可以結合多伽瑪控制器組件使用。利用所述方法，多伽瑪控制器組件可以集成到通常只使用一個伽瑪探針的工具中，諸如參考圖11所述的系統。總線跨接模塊可以配置為在所述系統中用於經備用的總線信號線傳輸伽瑪探針輸出數據或者，可選地，可以使用與主總線隔開的其它信號線。多伽瑪控制器組件還可以集成到預設地配置為只使用一個伽瑪探針的其它類型系統中。
[0031]在實施例中，多伽瑪控制器組件可以配置為與多個隨鑽測量工具、不同類型的隨鑽測量工具或者允許到地面進行通信的其它工具交互。對於這些工具中每一種，不同數量的帶寬可以用來沿井身向上發送數據並且多伽瑪控制器組件可以配置為依賴於可用帶寬而發送更多或更少的伽瑪傳感器數據。例如，讀數發送到地面的頻率可以根據可用於發送的帶寬來調節。
[0032]另外，在實施例中，來自多個伽瑪探針的輸出計數的過濾可以簡單地是來自多個伽瑪探針的每秒(或其它時間間隔)計數的平均。此外，如果某些傳感器被確定為比其它傳感器處於更好的健康狀態，則過濾也可以是伽瑪傳感器輸出的加權平均。更先進的過濾也可以利用狀態估計器來執行，以便基於來自多個伽瑪探針的讀數估計整體背景輻射。被過濾的輸出還可以考慮用於每個伽瑪探針的API校準因子，並且這些值可以存儲在多伽瑪控制器組件的存儲器中。
[0033]多伽瑪控制器組件的微控制器或處理器可以持續地監視應當直接對應於井下伽瑪輻射水平的每個伽瑪探針的脈衝串輸出。微控制器可以配置為保持關於每個伽瑪探針的性能的統計數據，並且如果基於其試探法確定其中一個伽瑪探針發生故障，則它將將該發生故障的探針的計數排除在組合、過濾或求平均的輸出之外。
[0034]幾種不同的試探法可以用來確定伽瑪探針是否發生故障。在實施例中，那些試探法可以可選地包括，但不限於:(I)高計數，即，高於某個閾值的計數，(2)低計數，即，低於某個閾值的計數，(2)變化太快的計數，這意味著計數增加或減小的速率(每秒計數關於時間的導數)太高/低，⑷隨著時間推移，標準偏差增加至超過可接受的限值，(5)峰度分析，(6)隨著時間推移，計數的歪斜(skew)，或者(7)其它統計測量。如果基於試探法確定伽瑪探針故障，則對於以單脈衝串模式操作的微控制器，來自該探針的計數可以不再包括在微控制器的過濾後的輸出或脈衝串中。同樣，在多個傳感器輸出傳送到隨鑽測量工具或沿井身向上傳送的模式中，當試探法檢測到傳感器的可能發生故障時，用於那個傳感器的輸出數據可以被標記為無效或有可能不正確。但是，來自發生故障的伽瑪探針的輸出將繼續被監視，以確定伽瑪探針是否已恢復。偶爾，伽瑪探針隨著溫度增加，或者如果衝擊事件發生，輸出不合理高的計數，但是，一旦溫度下降或者衝擊/振動水平降低就會恢復。如果發生故障的伽瑪探針被再次確定為在操作限值內某個設定的時段，則它可以再次包括在被過濾的輸出或脈衝串中，或者與伽瑪探針數據一起包括的標記可以變回有效或好。
[0035]在實施例中，微控制器可以配置為經常地比較從兩個伽瑪探針讀出的值並且還比較或檢查用於每個伽瑪探針的健康狀態數據。一般而言，對於伽瑪探針有兩種主要的故障模式，高計數和低計數。任何一種故障模式都必定和標準伽瑪傳感器的某部分發生故障有關。例如，晶體會破裂，光電倍增管會破裂或以別的方式發生故障，高壓電源會漂移或停止供電，並且在有些情況下鑑別電路也會發生故障。通常，這些故障造成伽瑪傳感器根本不返回計數或者返回異常高的計數。基於這種想法，多伽瑪控制器組件的微控制器配置為運行檢查高和低計數的算法。在實施例中，根據井下伽瑪傳感器預期的讀數設置低和高閾值。這些閾值可以為不同類型或品牌的傳感器而調節，或者使適應在特定井場的期望閾值。如果來自任何一個伽瑪傳感器的讀數超過這些界限，高或低，則它立即從系統和執行的任何求平均計算中被解除資格(被認為不合格)。在其中來自多於一個伽瑪探針的伽瑪傳感器讀數被傳送的有些備選實施例中，來自界限外探針的數據僅僅被標記為無效或認為不合格。為了被再次認為可操作，讀數必須返回到可接受的範圍並且留在界限內達設定的時間幀。如果傳感器留在界限外大量時間，則它可以被永久性地取消計算的資格(被認為不合格)，至少對於給定的設備或者在某個時段上這樣做。
[0036]在其中配置三個或更多個伽瑪探針的備選實施例中，多數裁定規則協議(majority rules protocol)可以實施。在這種設置中，使用具有最接近計數的兩個探針並且可以與來自第三個探針的讀數組合、求平均或過濾，這第三個探針對於給定的讀數比較或者給定的時段不被理會。在這種配置中，如果一個或多個探針發生故障，則剩餘的探針可以從多數裁定規則協議切換回所有探針值都再次被組合、求平均、過濾或以別的方式被處理並且然後傳送到隨鑽測量工具或沿井身向上傳送的其它方法。
[0037]有些探針還會對溫度敏感並且具有在溫度極端發生漂移的計數。比較溫度讀數與計數數據可以用來確定特定的探針是否在經歷溫度漂移並且可以對來自那個探針的計數值進行調節。或者，如果溫度漂移越過預定的閾值，則該探針可以被暫時認為不合格並且如果隨後讀數返回到預定閾值內就再重新被認為合格。
[0038]參考圖13A和13B，示出了由多伽瑪控制器運行的示例算法600的單個流程圖的兩部分。在這個例子中，系統開始610並且一個算法例行檢查並記錄遙測器狀態660，使得位置信息可以與探針收集到的讀數關聯。作為這個序列的一部分，遙測器的健康狀態讀數可以可選地利用基於試探法的算法來檢查。如果遙測器讀數被認為有問題，則收集到的數據可以被認為不合格或者數據記錄可以掛起。還運行例行算法，以評估伽瑪一 620並評估伽瑪二 640，並且確定所接收到的計數是否在預定的高和低值之間。對於不同的探針類型或者對於相同類型的不同的個別探針，該預定的值可以不同，這可以基於給定探針的測試、校準值或者之前使用。此外，對於不同的巖石地層和其它環境條件，高和低值可以設定成不同的範圍。伽瑪探針讀數每個都被評估，以確定它們是否在預定範圍的界限621 641內。如果值被確定在界限621 641內，則例行算法進行檢查，看伽瑪探針最近是否被標記630650。如果探針被標記630 650，則在求平均631 651過程中它不被考慮，但是還要檢查是否在界限內達預定的時間632 652，在這個例子中是一分鐘。如果探針在界限內達多於一分鐘632652，則認為探針不合格的標記被清除633 653，並且，在下次探針被檢查並且被證實在界限內時，來自那個探針的讀數將在求平均631 651過程中被考慮。或者，探針讀數可以在求平均、組合、過濾中考慮、在多數裁定規則協議比較中考慮，或者如在各種算法中描述的那樣以別的方式使用。因為這是個例子，所以在備選實施例中，探針也可以出於各種其它原因被標記並且是暫時性地或永久性地，這與之前提到的一致。當探針被確定處於界限621、641內並且被確定沒有被標記630 650時，它可以在求平均631 651過程中考慮或者以別的方式被多伽瑪控制器認為是好的。提供界限外數據的伽瑪探針在它第一次提供界限外結果時被標記622 642。如果該伽瑪探針繼續提供界限外結果超過配置的時間，在這個例子中是十分鐘的時間幀623 643，則該探針被永久性地認為對於使用來說不合格624 644。在這種情況下，多伽瑪控制器組件可以配置為向遠端計算機發送指示探針故障的消息(未示出)。當探針被永久性地認為不合格624 644時，對該探針輸出的評估停止625 690。在實施例中，所述序列可以可選地對多於兩個探針執行。而且，在實施例中，這個序列不需要對配置的所有探針執行，有些探針可以可選地在特定的系統配置中保持不活動。如果給定系統中的所有探針都不再被評估，則零計數將被記錄634，這指示關於探針可能有問題。只要還有一個探針保持工作並返回讀數，工具就可以繼續使用，直到方便的維修窗口打開，在這個時候，發生故障的探針可以被替換。
[0039]更複雜的算法可以被應用。例如，如果一個伽瑪傳感器與另一個漂移開，或者它們變得噪聲太大並且返回雖然在界限內但不穩定的值，則伽瑪傳感器可以被認為不合格。所有閾值和認為不合格參數都是可配置的。在另一種實施例中，多伽瑪控制器組件可以配置為基於當時的條件排除測量或取消測量的資格。例如，如果高衝擊(摩擦發光)事件發生，則在衝擊事件期間或者其附近，該組件可以掛起測量或認為測量不合格達給定的時段。其它事件也可以掛起測量，另一個例子可以是當其它操作被可能發出電噪聲的隨鑽測量工具或其它井下工具執行時，多伽瑪控制器組件可以在這種事件發生之前得到通知或者可以利用算法進行編程以通過傳感器測量或其它方法檢測這種事件。高溫事件也可以接受類似的處理。觸發這些事件的條件是可編程的並且可以基於所使用的探針以及它們特定的敏感性而變化。
[0040]為了在維修工具的時候幫助故障分析，多伽瑪控制器組件可以在其操作時記錄伽瑪控制器組件的或者工具的其它部件的幾個相關參數。有至少兩類事件可以被記錄:基於時間的測井記錄和基於事件的測井記錄。基於時間的測井記錄可以包括周期性記錄的參數，與工具發生了什麼情況無關。這種參數的例子包括溫度、電池電壓、電機總線電壓、軸向振動、橫向振動、來自每個伽瑪探針的計數的移動平均值，等等。基於事件的測井記錄可以包括可能發生的具體事件，包括軸向和橫向衝擊事件，如由加速計或其它類似傳感器所監視的，流量信號狀態的變化、脈衝線路狀態的變化，脈衝事件的持續時間，等等。
[0041]在實施例中，多伽瑪控制器可以配置為具有「高_g」和「低_g」加速計，以測量衝擊和振動測量。一般而言，衝擊被認為是高於25G的事件並且可以連同其它信息一起記錄，諸如時間、日期及其它傳感器值。記錄衝擊事件的次數提供對特定類型鑽探環境的好預測器並且允許對用於在那種類型環境中或在那個特定井場使用的某個數量的伽瑪探針的多伽瑪組件的剩餘壽命進行預測。如果記錄到高於非常高的閾值的衝擊，則可以考慮晶體和光電倍增管組件的立即替換，因為，就算還沒有發生故障，也非常接近故障了。消息可以由微控制器通過隨鑽測量工具接口發送或者單獨地發送到地面，以提醒操作人員。相同的考慮可以通過「低_g」加速計應用到振動測量。多伽瑪組件可以配置為使得井下振動水平可以持續地被計算並記錄到存儲器。附加地，多伽瑪組件還可以配置為具有機載溫度傳感器並且完整的溫度曲線歷史可以被跟蹤，因為高溫也會對電路板造成非常高的應力。閾值可以為溫度事件設置並且對於伽瑪故障、衝擊或振動事件也類似，消息可以通過隨鑽測量工具接口發送到地面或者通過單獨的接口發送到地面。
[0042]在另一種實施例中，事件「裡程表」可以設置成跟蹤各種工具健康指示器，諸如各種傳感器值，如前面所提到的。裡程表可以作為單獨的衝擊、振動和溫度裡程表來累積值，並且向工具操作人員提供特定工具採取了一般的誤用的猜想。對於確定並改進特定工具設計的常見故障模式，這會是有用的。例如，基於隨時間編制的工具數據，可以發現在其振動裡程表上具有某個水平的工具很有可能在計算出的時間幀內發生故障。振動裡程表可以配置為代表在對應於分倉(bin divis1n)的振動水平所花的總時間。溫度裡程表可以配置為代表在對應於分倉的溫度水平所花的總時間。當多伽瑪控制器組件與不同的伽瑪探針配對或者當多伽瑪控制器電路板被替換時，裡程表可以可選地復位。
[0043]在實施例中，多伽瑪控制器組件可以配置為對每個伽瑪探針應用個別的校準，可選地在執行求平均或確定操作之前應用校準。平均或計算出的值可以作為合成電壓脈衝並且通過可用的通用可變通信裝置，諸如通過到隨鑽測量工具的串行埠通信，發送到隨鑽測量工具。對於給定的實施例，隨鑽測量工具利用1.0(倍增器)的校準編程，從而不使多伽瑪控制器組件計算出的數據歪斜。
[0044]這些測井記錄允許伽瑪探針的故障被分析並且改進將來的操作指南，以幫助防止將來井下伽瑪探針的故障。此外，這些測井記錄允許在井下故障發生之前通過搶先替換可能很快要發生故障的伽瑪探針來執行預測性維護。伽瑪探針通常是通過將NaI (TI)(碘化納/鉈)晶體與光電倍增管配對來構造的。探針還常常具有集成的高壓供電電路系統以及鑑別器電路。每個部件和配對的組件都具有固有的結構弱點並且會在暴露給鑽探環境的惡劣條件時發生故障。伽瑪探針部件對溫度、振動和衝擊非常敏感，並且常常在鑽探環境中不可修復地破裂。此外，光電倍增管具有玻璃部件，該玻璃部件對振動和衝擊非常敏感。
[0045]伽瑪探針配置為在從地質地層發射的伽瑪波/粒子與伽瑪探針的NaI (TI)晶體接觸時產生脈衝。當碰撞發生時，光子產生。晶體的氣密密封封套在內部是反射性的，並且將光子引導出晶體的一個開口端，該開口端配置為具有透明玻璃透鏡。光子將穿出晶體、通過光學透鏡，並進入伽瑪探針的光電倍增管。當光子擊中光電倍增管的特定表面時，電流脈衝產生。光電倍增管的目的是將光子轉換成電能，使得它可以被發送到多伽瑪控制器組件的微控制器電路系統並被其解釋/讀取。需要高壓電源來操作光電倍增管。例如，光電倍增管常常需要大約1500V DC的電壓。
[0046]雖然本文公開的概念已經聯繫實踐它們的優選形式和對其的修改進行了描述，但是本領域普通技術人員將理解，可以對其進行許多其它修改。相應地，這些概念的範圍不是要以任何方式被以上描述限定。
【權利要求】
1.一種用於便利對由與井筒相鄰的地質地層發出的輻射進行可靠的井下測量的井下測量組件，該井下測量組件包括: 多個伽瑪探針，感測由井下地層發出的輻射並提供代表該輻射的輸出脈衝， 一個或多個微控制器，其中至少一個被配置為從多個伽瑪探針接收輸出脈衝，至少一個微控制器被配置為檢測何時所述多個伽瑪探針中的一個提供可以指示一個或多個探針已發生故障的輸出脈衝，及 一個或多個存儲器元件，存儲伽瑪控制器組件可執行代碼和伽瑪探針數據。
2.如權利要求1所述的井下測量組件，還包括: 一個或多個電源，向一個或多個微控制器、多個伽瑪探針和一個或多個存儲器元件供電。
3.如權利要求1所述的井下測量組件，還包括: 在多個伽瑪探針中的每一個和一個或多個微控制器中的至少一個之間的通信路徑，其中多個伽瑪探針中的每一個的輸出脈衝被配置為在該通信路徑上被傳送到一個或多個微控制器中的至少一個，以用於解釋和記錄到存儲器。
4.如權利要求3所述的井下測量組件，其中一個或多個微控制器被配置為分析多個伽瑪探針中的每一個的輸出脈衝並且確定是否有一個或多個探針發生故障。
5.如權利要求4所述的井下測量組件，其中一個或多個微控制器被配置為認定不合格或忽略來自多個伽瑪探針中被確定為發生故障的每一個探針的輸出脈衝。
6.如權利要求5所述的井下測量組件，其中一個或多個微控制器被配置為繼續分析來自多個伽瑪探針中被確定為發生故障的每一個探針的輸出脈衝並且重新認定被確定已返回可接受運行參數的伽瑪探針合格。
7.如權利要求1所述的井下測量組件，還包括: 一個或多個通信路徑，在井下測量組件和遠端計算機之間傳送伽瑪探針數據。
8.如權利要求1所述的井下測量組件，其中被配置為檢測何時多個伽瑪探針中的一個已發生故障的至少一個微控制器使用預定的脈衝計數潛在故障值來確定何時多個伽瑪探針中的一個已發生故障。
9.如權利要求1所述的井下測量組件，其中至少一個微控制器被配置為過濾正在運行的多個伽瑪探針中的每一個的輸出脈衝並將代表該多個輸出脈衝值的一個輸出脈衝提供給隨鑽測量裝置。
10.如權利要求1所述的井下測量組件，其中至少一個微控制器被配置為組合正在運行的多個伽瑪探針中的每一個的輸出脈衝並將代表該多個輸出脈衝值的一個輸出脈衝提供給隨鑽測量裝置。
11.如權利要求1所述的井下測量組件，其中至少一個微控制器被配置為求平均正在運行的多個伽瑪探針中的每一個的輸出脈衝並將代表該多個輸出脈衝值的一個輸出脈衝提供給隨鑽測量裝置。
12.一種測量由井下地質地層發出的輻射的方法，該方法包括以下步驟: 在井下部署輻射測量組件，該輻射測量組件包括: 多個伽瑪探針，感測由井下地層發出的輻射並提供代表該輻射的輸出脈衝， 一個或多個微控制器，其中至少一個被配置為檢測何時該多個伽瑪探針中的一個提供能夠指示一個或多個探針已發生故障的輸出脈衝，及 一個或多個存儲器元件，用於存儲伽瑪控制器組件可執行程序並用於記錄伽瑪探針數據； 由多個伽瑪探針感測井下從地層發出的輻射，該多個伽瑪探針中的每一個生成傳送到一個或多個微控制器中的至少一個的脈衝； 由一個或多個微控制器中的至少一個解釋由多個伽瑪探針中的每一個發出的脈衝，使得每個脈衝都被指定代表性數據； 確定從多個伽瑪探針中的每一個解釋的一個或多個代表性數據是否能夠指示一個特定的伽瑪探針已經發生故障；及 響應於確定步驟，認定多個伽瑪探針中的一個為不合格，使得由被認定為不合格的伽瑪探針輸出的脈衝不再被認為有效。
13.一種便利對由與井筒相鄰的地質地層發出的輻射進行可靠的井下測量的井下測量組件，該井下測量組件包括: 多個伽瑪探針，感測由井下地層發出的輻射並提供代表該輻射的輸出脈衝， 一個或多個微控制器，其中至少一個被配置為檢測何時該多個伽瑪探針中的一個提供能夠指示探針已經發生故障的輸出脈衝， 在多個伽瑪探針中的每一個和一個或多個微控制器中至少一個之間的通信路徑，其中多個伽瑪探針中的每一個的輸出脈衝在該通信路徑上被傳送到一個或多個微控制器中至少一個以用於解釋和記錄， 在井下測量組件和遠端計算機之間傳送伽瑪探針數據的一個或多個通信路徑，及非暫時性計算機可讀存儲介質，與一個或多個微控制器通信傳送存儲在其上的可執行程序，該可執行程序包括一組指令，當指令被一個或多個微控制器執行時使得該一個或多個微控制器執行以下操作: 由多個伽瑪探針感測井下從地層發出的輻射，該多個伽瑪探針中的每一個生成傳送到一個或多個微控制器中的至少一個的脈衝； 由一個或多個微控制器中的至少一個解釋由多個伽瑪探針中的每一個發出的脈衝，使得每個脈衝被指定代表性數據； 確定從多個伽瑪探針中的每一個解釋的一個或多個代表性數據是否能夠指示一個特定的伽瑪探針已經發生故障；及 響應於確定步驟，認定多個伽瑪探針中的一個為不合格，使得由被認定為不合格的伽瑪探針輸出的脈衝不再被認為有效。
14.如權利要求13所述的井下測量組件，其中非暫時性計算機可讀存儲介質還包括一組指令，當指令被一個或多個微控制器執行時使得該一個或多個微控制器執行以下操作: 由一個或多個微控制器中的至少一個解釋由被認定為不合格的伽瑪探針中的每一個發出的脈衝，使得每個脈衝都被指定代表性數據； 確定從被認定為不合格的伽瑪探針中的每一個解釋的一個或多個代表性數據是否能夠指示被認定為不合格的伽瑪探針中的特定一個已經在預定的界限內恢復運行；及 響應於確定步驟，將被認定為不合格的伽瑪探針中的一個重新認定為合格，使得由重新認定為合格的伽瑪探針輸出的脈衝被認為有效。
15.如權利要求13所述的井下測量組件，其中非暫時性計算機可讀存儲介質還包括一組指令，當該組指令被一個或多個微控制器執行時，使得該一個或多個微控制器執行以下操作: 由一個或多個微控制器中的至少一個將代表性數據記錄到存儲器中。
16.一種便利對由與井筒相鄰的地質地層發出的輻射進行可靠的井下測量的計算機實現的方法，該計算機實現的方法包括以下步驟: 由多個伽瑪探針感測井下從地層發出的輻射，該多個伽瑪探針中的每一個生成傳送到一個或多個微控制器中的至少一個的脈衝； 由一個或多個微控制器中的至少一個解釋由多個伽瑪探針中的每一個發出的脈衝，使得每個脈衝都被指定代表性數據； 確定從多個伽瑪探針中的每一個解釋的一個或多個代表性數據是否能夠指示一個特定的伽瑪探針已經發生故障；及 響應於確定步驟，認定多個伽瑪探針中的一個為不合格，使得由被認定為不合格的伽瑪探針輸出的脈衝不再被認為有效。
17.如權利要求16所述的計算機實現的方法，其中該計算機實現的方法還包括以下步驟: 由一個或多個微控制器中的至少一個解釋由被認定為不合格的伽瑪探針中的每一個發出的脈衝，使得每個脈衝被指定代表性數據； 確定從被認定為不合格的伽瑪探針中的每一個解釋的一個或多個代表性數據是否能夠指示被認定為不合格的伽瑪探針中的特定一個已經在預定的界限內恢復運行；及 響應於確定步驟，將被認定為不合格的伽瑪探針中的一個重新認定為合格，使得由被重新認定為合格的伽瑪探針輸出的脈衝被認為有效。
18.如權利要求16所述的計算機實現的方法，其中該計算機實現的方法還包括以下步驟: 由一個或多個微控制器中的至少一個將代表性數據記錄到存儲器中。
19.如權利要求16所述的計算機實現的方法，其中該計算機實現的方法還包括以下步驟: 當一個或多個伽瑪探針被認定為不合格時，向位於地面的遠端計算機指示。
20.如權利要求16所述的計算機實現的方法，其中該計算機實現的方法還包括以下步驟: 當一個或多個伽瑪探針被重新認定為合格時，向位於地面的遠端計算機指示。
21.如權利要求16所述的計算機實現的方法，其中該計算機實現的方法還包括以下步驟: 由一個或多個微控制器向隨鑽測量工具通信傳送代表一個或多個伽瑪探針的輸出的單個過濾後的脈衝串。
22.如權利要求16所述的計算機實現的方法，其中該計算機實現的方法還包括以下步驟: 由一個或多個微控制器向隨鑽測量工具通信傳送通過對與一個或多個微控制器通信的未被認定為不合格的一個或多個伽瑪探針的輸出求平均而生成的單個過濾後的脈衝串。
【文檔編號】E21B47/12GK104379869SQ201480000955
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年2月6日 優先權日:2013年6月14日
【發明者】K·米勒, A·鄂爾多斯, D·鄂爾多斯, J·馬蒂松, J·卡特 申請人:雷米技術有限責任公司