一种用于探查表面以下的井孔中的井下环境的系统、方法和设备包括：电磁能量源112，可操作地在井孔100中传递电磁信号；传感器模块124，包括无源共振电路，所述无源共振电路包括具有随着井下环境的状况的变化而改变的共振频率的晶体振荡器以响应于井孔中的井下环境的状况反射电磁信号和调制电磁信号；以及检测器114，可放置以接收反射的调制电磁信号。多种实施例包括功率监视器以及被配置和安排以在观察到施加的功率中的拐点时测量输入频率的电路。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种用于探查表面以下的井孔中的井下环境的系统、方法和设备包括：电磁能量源112，可操作地在井孔100中传递电磁信号；传感器模块124，包括无源共振电路，所述无源共振电路包括具有随着井下环境的状况的变化而改变的共振频率的晶体振荡器以响应于井孔中的井下环境的状况反射电磁信号和调制电磁信号；以及检测器114，可放置以接收反射的调制电磁信号。多种实施例包括功率监视器以及被配置和安排以在观察到施加的功率中的拐点时测量输入频率的电路。【专利说明】
本专利技术一般涉及远程感测，并且更具体地涉及使用基于晶体共振器的传感器感测温度和/或压力。
技术介绍
在资源回收中，监视远离观察者的位置处的各种状况是有用的。特别地，提供监视用于开发目的或者生产目的已经被钻井的井孔底部处或者其附近的状况是有用的。因为此类井孔可以延伸数公里，所以为此类监视提供有线通信系统并不总是实际的。 美国专利N0.6766141 (Briles等)公开了一种用于远程井下遥测的系统。遥测通信用于油井监视并且记录位于气或油回收管道的底部附近的工具。调制反射被描述以用于监视井下状况。 如美国专利N0.6766141所描述的，射频(RF)发生器/接收器基站与管道进行电子通信。RF频率被描述为3Hz与30GHz之间的电磁辐射。具有反射天线的井下电子模块接收来自所述RF发生器/接收器的辐射载波信号。电子模块上的天线能够具有抛物线型或其他聚焦外形。辐射载波信号接着被以调制方式反射，该调制响应于由电子模块执行的测量。反射的调制信号经由管道传递到井的表面，在此处它可以被RF发生器/接收器检测到。
技术实现思路
本专利技术的实施例的一个方面包括:电磁能量源，可操作地在井孔中传递电磁信号；传感器模块，包括无源共振电路，所述无源共振电路包括具有随着井下环境的状况的变化而改变的共振频率的晶体振荡器以响应于井孔中的井下环境的状况反射电磁信号和调制电磁信号；以及检测器，可放置以接收反射的调制电磁信号。 实施例的一个方面包括检测电磁能量源的功率级别的功率监视器，以及被配置和安排以在检测到的功率级别确定拐点(inflect1n)的电路元件。在实施例中，对每个确定出的拐点(inflect1n),通过确定电磁能量源的压控共振器处的电压输入来确定共振频率。 【专利附图】【附图说明】 当结合附图阅读随后的详细描述时，此处描述的其他特征将会对本领域技术人员来说更加清晰。 图1是根据本专利技术的实施例的用于探查位于表面以下的井孔中的井下环境的示意图。 图2是根据本专利技术的实施例的结合压力或温度传感器的传感器封装的示意图。 图3是根据本专利技术的实施例的结合基于晶体振荡器的传感器的电路的示意图。 图3A是根据本专利技术的实施例的结合基于晶体振荡器的传感器以及电容传感器的电路的不意图。 图4是根据本专利技术的一个或多个实施例的结合多个传感器的封装的示意图；以及 图5是根据本专利技术的实施例的结合功率信号监视功能的检测电路的示意图。 【具体实施方式】 图1例示了用于监视地下井孔中的状况的装置100的示例。装置100包括用于将电磁能量传导穿过井孔的诸如导电线102之类的电磁传递介质。本领域技术人员应该了解，依赖井孔的状态，导电线102可以采取不同的形式或者实施例。因此，例如，导电线102可以包括在完成的井孔中的生产油管柱(product1n tubing string)或者正在施工的井孔中的钻柱(drillstring)。在导电线102的顶部附近，提供变换器104以将导电管道耦合到电磁能量源。可以采用替代耦合方法替代变换器104。例如，传输线可以直接耦合到同轴电缆或者任何其他适合的电缆。 如示例实施例所示，变换器104包括铁氧体环(ferrite ring)堆106以及围绕这些环缠绕的导线108。导线108包括可以被耦合到信号发生器112的引线(lead) 110，如必需或期望，所述信号发生器112可以被配置以产生脉冲或者连续波信号。导线108可以进一步被耦合到接收器114。接收器114可以被具体化为包括总线的计算机，所述总线接收来自装置100的用于存储、处理和/或显示的信号。对此，计算机114可以装备有可以包括例如图形用户界面的显示器118。 计算机114可以被编程以处理调制频率以便提供感测到的特性的测量。计算机114可以执行检测到的信号的任何期望的处理，包括但不限于测量的统计分析。 在典型的钻井应用中，将在井孔内填充用于对井孔提供结构支撑的井孔套筒120。此套筒120经常用诸如钢的导电材料制成，在这种情况下它会与导电线102合作以形成同轴传输线，并且不必提供任何额外导电介质。当套筒不导电时，可以在套筒内部提供导电套管(sleeve)(未示出)以便形成同轴结构。为维持导电线102与套筒120的间隔，装置100可以包括沿导电线102周期性放置的电介质环122。 间隔物可以例如被配置作为绝缘的扶正器(centralizer)，其可以是由包括但不限于尼龙或者聚四氟氯乙稀(PTFE)的任何合适材料形成的盘。尽管例示的实施例使用同轴传输线，但是也可以考虑诸如单独传输线、成对传输线、或者波导作为同轴传输线的替代实施例。例如，套筒自己可以作为用于电磁波的某些频率的波导。而且，同轴电缆的长度可以用在全部或者部分线中。当电介质流体不能在套筒120中使用时(例如，当套筒120中存在盐水或其他导电流体时)，此类同轴电缆特别有用。 探针部分124靠近装置100的远端放置。原则上，探针部分可以沿着传输线长度在任何点处放置。实际上，许多此类探针部分可以沿着长度以一定间距放置，尽管会倾向于产生额外信号处理负担以便微分来自多个探针的信号。原则上，将每个探针的自然共振频率设定在不同的频率会允许一种在同轴线上的波长复用，这可令处理简化。 探针部分包括端口 126，其被配置为把来自于存在于井孔中的流体的环境压力传达给探针，在此处可以由传感器(图1中未示出)进行感测。探针下面例示的是封隔器(packer) 128和封隔器轮齿130。 在使用中，波形发生器112产生可变频率正弦波，其开始时小于传感器的共振频率，并一直增长并超过该频率。 探针包括具有共振电路部分的传感器，在从源中接收到激励时，共振电路部分会在共振频率处最佳地操作。共振电路可以是例如包括电感和电容部件的谐振(tank)电路。 图2中例示的实施例中，晶体共振器200充当L-C谐振电路。外壳202的结构在一端具有压力馈入管204，其允许已经通过端口 126进入的来自井孔环境的压力传递给传感器200的内部空间206。在内部空间中，压力被传输给柔性隔膜208或者其他压力反应结构。 隔膜208的运动被传递给石英晶体210，或诸如磷酸镓的其他压电晶体。随着压力传递给石英晶体的边缘，它的共振频率改变。通过正确选择晶体的面向，传感器可以对压力或者温度更加敏感(例如AC切割)。对于压力监视，晶体应当优先对压力敏感并且对温度相对不敏感(例如AT切割)。此外，为了监视具有相对高的频率响应的压力变化(例如监视声音频率)，晶体一般相对薄(例如0.2-2.0mm)是有用的以及典型尺寸是直径Icm的量级。 可以提供回位弹簧机构(ret本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于探查表面以下的井孔中的井下环境的系统，包括：电磁能量源，可操作地在井孔中传递电磁信号；传感器模块，包括无源共振电路，所述无源共振电路包括具有随着井下环境中的状况的变化而改变的共振频率的晶体，以使得共振电路响应于井孔中的井下环境中的状况而返回至少一部分电磁信号；探测器，被配置和安排以检测电磁能量源的功率级别；以及共振频率识别电路，被配置和安排以基于检测到的功率级别识别共振频率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·C·史密森，
申请(专利权)人：雪佛龙美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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