坑井遠隔測定システム
ケーシング（１２）によって囲まれたパイプ（１０）上の位置のためのＥＭアンテナである。アンテナは、パイプ（１０）の第１の絶縁セクション（２５）を横切る電流を注入する電源（２１）と、パイプ（１０）からケーシング（１２）へ電流を伝達する電極（２２）とを有する。電流のパスフローを方向付けるため電極（２２）および第１の絶縁セクション（２５）と協働するように配置されたパイプの第２の絶縁セクション（２３）がさらに存在する。このようなアンテナは、リピータ装置、ならびに、陸域および海域用途の両方に関して記載されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線遠隔測定に関し、特に、限定されることはないが、坑井機器と表面機器との間で情報を転送する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油井およびガス井は建設するために費用がかかり、これらの井戸をできる限り効率的に稼働するのが有利である。井戸の稼働の効率を高める一つの方策は、井戸孔の坑井に位置している設備が表面に位置している他の設備の制御下に置かれることである。
【０００３】
坑井設備は、井戸のその後の稼働のための有用な情報、たとえば、圧力に関するデータ、遭遇した固体および液体の性質、温度などを含むことがある有用な情報を供給する測定センサであり得る。この設備は、井戸、または、バルブ、パッカーなどのような坑井設備もしくは機器を使用する貯留層の種々のパラメータを制御するために表面から重要な命令を供給することができる他の制御可能な設備または監視設備でもよい。
【０００４】
電磁（ＥＭ）無線遠隔測定は、油田において極めて価値があり、広く研究されている分野である。その目的は、表面から井戸の坑井のツールへ情報を転送し、かつ、逆に、すなわち、表面へ情報を転送するため、無線双方向遠隔測定を行うことである。
【０００５】
坑井ツールは坑井で種々の検知機能を実行する際に無線コンポーネントを有することがあるが、坑井ツールは、多くの場合に、分析のため深底から地球の表面まで通信される検知情報を取得するため有線接続を必要とする。代替的に、検知情報はメモリに蓄積され、配管構造物および関連ツールが井戸から撤収されるときに限り回収される。何らかの無線通信機器のためのこのような深度での電力供給は、このような無線通信機器またはアンテナのレンジを高めないが、坑井で多大の電力が求められる遠隔バッテリー源を必要とする。よって、このような無線通信機器は、多くの場合に、通信のレンジが制限されるので、有線方式の解決策は、多くの場合に、特に、超深度では、より実用的であることが判明した。掘削運転中、または、ドリルステムテスト運転中に、ワイヤの使用は、多くの場合に、非実用的であり、運営者によって禁止される場合もある。
【０００６】
したがって、より広いＥＭ通信レンジを有し、有線通信の必要性を低減する双方向遠隔測定システムを持つことが望ましい。
【０００７】
さらに、たとえば、音響スルーチュービング技術、流体圧力波などを含む、複数の異なるテクノロジーが、最適化された双方向無線遠隔測定システムを製造するため試みられている。しかし、これらの他の技術は、ＥＭがもたらす通信のレンジおよび簡単さを提供しないように思われる。その上、特に、ＥＭ遠隔測定システムが考慮される、いわゆる「裸孔」環境と「ケーシング孔」環境とを区別する必要がある。
【０００８】
単独の坑井を測定する従来型の裸孔法は、電流をドリルパイプまたはチュービングに注入する。この方法は裸孔システムにうまく適合しているが、ケーシング孔の状況には適切でないと考えられる。
【０００９】
特に、ケーシング孔システムは、中でも、ドリル孔の構造上の完全性を維持する試錐孔の壁に位置するケーシングを有する。しかし、ケーシングは、多くの場合に、極めて導電性が高いので、ドリルパイプに注入された電流の軸方向の漏れの可能性を増加させ、アンテナのための電磁（ＥＭ）双極子の長さの短縮を招く金属、たとえば、鋼で作られている。このような漏れは、ドリルパイプとケーシングとの間の環状スペース（またはギャップ）を埋める導電性液体または物質、たとえば、水が存在する場合、または、ドリルパイプとケーシングが接触する傾斜井の場合のどちらかで起こる可能性がある。
【００１０】
傾斜井の場合、ドリルパイプまたはケーシングが累積的に十分に湾曲または偏っているとき、ドリルパイプがケーシングと接触し、漏れを悪化させる可能性がある。すなわち、注入された電流は、殆どの電流がドリルパイプとケーシングとの間の接触エリアに沿って電流源に戻るだけである極めて短い電流パスを有するようになる。この「短絡」は、ケーシング孔システムにおけるＥＭ通信の重要なレンジを事実上制限する。
【００１１】
したがって、ケーシング孔環境に適用されるときに、裸孔注入電流アンテナに関連した上記の不利点を解決することが望ましい。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の一態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の位置のためのアンテナであって、パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプからケーシングへ電流を伝達する電極と、電流のパスフローを方向付けるため電極および第１の絶縁セクションと協働するように配置されたパイプの第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、ケーシングによって周囲構成体から分離されているドリルパイプを作動するため構成されているアンテナであって、ドリルパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、ドリルパイプからケーシングおよび構成体へ電流を伝達する電極と、電流のパスフローを方向付けるため電極および第１の絶縁セクションと協働するように配置されたドリルパイプの第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、構成体の内側を覆うケーシングからの環状間隔部を有しているパイプに位置している坑井アンテナ上の電磁双極子を延長する方法であって、ドリルストリングの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入することと、電極を介してパイプからケーシングへ電流を伝達することと、電磁双極子を延長するため第１の絶縁セクションおよび電極と協働するように構成された第２の絶縁セクションを使用して電流のパスが流れるように方向付けることと、を含む方法が提供される。
【００１５】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、ケーシングからパイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、電源および第１の絶縁セクションを覆う選択された長さのパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００１６】
有利には、パイプの第２の絶縁セクションが、パイプから第１の電極を介してケーシングへ電流のパスフローを方向付け、第２の電極を介してパイプへ戻すため、第１および第２の電極と第１の絶縁セクションと協働する。
【００１７】
有利には、第２の絶縁体が第１の絶縁体に実質的に垂直に方向付けられている。
【００１８】
有利には、電源と第１および第２の絶縁体が第１の電極と第２の電極との間に位置合わせされたパイプに位置している。代替的に、電源と第１および第２の絶縁体が第１および第２の電極の少なくとも一方と隣接して位置合わせされたパイプに位置している。
【００１９】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれ、それぞれの隔離点で結合された複数のセグメントを有しているパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、ケーシングからパイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、電源および第１の絶縁セクションを覆う選択された長さのパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、それぞれの隔離点を絶縁するさらなる離散的な絶縁セクションの組と、を備えるアンテナが提供される。
【００２０】
有利には、絶縁セクションは電流のパスフローを方向付けるため電極と協働する。
【００２１】
有利には、パスフローは、パイプから、ケーシングへの第１の電極を介して、電流を元のパイプへ伝達する第２の電極へ至り、適切な電流ループを形成する。
【００２２】
有利には、パスフローは、電流パスがケーシングから、構成体の一部を介して、電流を元のパイプへ伝達する第２の電極で元のケーシングへ流れるように、構成体の一部をさらに取り囲む。
【００２３】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれ、それぞれの隔離点で結合された複数のセグメントを有しているパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、ケーシングからパイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間でパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００２４】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、導電性材料がそれぞれの隔離点で結合された複数のセグメントを有しているパイプに存在し、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、電源および第１の絶縁セクションを覆い、第１の電極と反対方向にパイプに沿ってかなりの長さ延在し、選択された長さのパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００２５】
有利には、環状スペースがケーシングからパイプを分離し、上記環状ギャップが導電性材料で埋められている。
【００２６】
有利には、かなりの長さは、電流が適当な場所でケーシングから元のパイプへ流れるリターンパスを設ける際に、アンテナの電気双極子を最大化する長さである。
【００２７】
有利には、第２の絶縁セクションは、パイプから第１の電極を介してケーシングへ向けられ、導電性材料を介して実質的に第２の絶縁体が終端される場所で元のパイプに戻る電流のパスフローを方向付けるため第１の絶縁セクションおよび電極と協働する。
【００２８】
本発明のさらに別の態様によれば、本発明のアンテナ実施形態のうちの少なくとも一つを使用して、坑井のパイプ上の場所から表面に位置しているトランシーバーへ通信信号を転送する無線遠隔測定システムが提供される。
【００２９】
有利には、表面は地殻の表面である。代替的に、表面は海面上である。代替的に、表面は海底の表面である。
【００３０】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の位置のためのアンテナであって、パイプの第１の絶縁セクションを横切って位置し、パイプの実質的に第１の場所で電流を注入する電源と、パイプ上の第２の場所からケーシングへ電流を伝達する電極および第２の絶縁体と、を備え、第２の絶縁セクションがケーシングに沿って、かつ、パイプ上の第３の場所へ戻される電流のパスフローを方向付けるため電極およびケーシングとさらに協働する、アンテナが提供される。
【００３１】
有利には、パイプの第２の位置および第３の位置は、第１の位置の両側にあり、第１の絶縁セクションがパイプに位置している。
【００３２】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】貯留層の特徴付けおよび測定のため坑井に延在するドリルパイプの一例を示す図である。
【図２】坑井アンテナの第１の実施形態を示す図である。
【図３】偏心アンテナ構造体の実施形態を示す図である。
【図４】さらなる隔離絶縁体を含む実施形態を示す図である。
【図５】非対称位置にある電流源および拡張絶縁体を含む実施形態を示す図である。
【図６】１個の電極および拡張絶縁体を含む実施形態を示す図である。
【図７】表面と坑井との間の通信をするリピータとして動作するアンテナ付きの陸域用途を示す図である。
【図８】坑井から海面まで全体に亘って通信する無線アンテナ付きの海洋用途を示す図である。
【図９】海底坑口を介して通信するケーブル付きの、地球表面より下だけで通信する無線アンテナ付きの海底用途を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、貯留層の特徴付けおよび測定のための坑井に延在するドリルパイプを示す図である。すなわち、孔１３は、地殻に穿孔され、周囲構成体１４の壁はケーシング１２で内側を覆われる。ケーシング１２は、周囲構成体１４より導電性が高い可能性がある金属またはその他の材料で構成されている。
【００３５】
周囲構成体１４は、種々の流体、すなわち、液体または気体を含有することがある様々な岩盤層、砂層、および、粘土層からなる。具体的な油井の場合、ツールは、正確に炭化水素が存在する場所のより優れた図面を取得するために測定を行うための望ましい深度で、坑井に延在するドリルパイプ１０に位置することがある。しかし、本発明の実施形態は必ずしも炭化水素用途に限定されないことが認められる。
【００３６】
それどころか、本発明の実施形態は、表面１８と、ドリルパイプ１０の最下部に位置するように示されている坑井アンテナ１６との間の無線通信のための双方向遠隔測定システムを提供することに関する。特に、電流源としての役目を果たす坑井アンテナは、他の坑井ツール、たとえば、パッカー、バルブ、サンプラ、ゲージなどと共に坑井に配置されている。
【００３７】
図２は坑井アンテナの第１の実施形態を示している。本実施形態は、電流源２１と、各電極がケーシング１２と接触するようにドリルパイプ１０から延在する２個の電極２２および２２’の間で実質的に中心に位置している絶縁セクション２３および２５と、を備えることが示されている。
【００３８】
本実施形態では、電流は電流源２１によって注入される点が示されているが、実際の注入電流は、電流を生成することができるどのタイプの電源によって作り出されてもかまわないことが認められるであろう。たとえば、直列した可変抵抗器付きの電圧源も所望のレベルの電流を注入することができる。実際には、たとえば、温度を測定するセンサトランスデューサがこのような抵抗器を変化させて、意図的に注入される電流、実際には、アンテナによって表面に通信されるデータに影響を与えるようにすることが可能である。
【００３９】
いずれ場合でも、電流源は、ドリルパイプ１０の長手方向に対して軸方向に向きを合わされている第１の絶縁体２５を横切る電流を注入する。第１の絶縁体は、電流が短絡することを防止し、一方の電極２２の方向にドリルパイプ１０に沿って電流を強制的に流す。よって、第１の絶縁体は、ドリルパイプの導電率に不連続性をもたらし、電流を強制的に所望の方向へ流す。
【００４０】
第２の絶縁体２３の対はドリルパイプ１０の長手方向のエッジに沿って延在する。これらの絶縁体２３は、ドリルパイプ１０とケーシング１２との間のギャップ（または環状間隔部）２６内の放射線漏れを防止する。ギャップ２６の潜在的な導電率は、試錐孔が導電性材料、たとえば、水、ウォーターベースマッド、または、塩水で満たされる場合に増加する可能性がある。よって、第２の絶縁体２３の少なくとも一つの機能は、特に、ギャップ２６が導電性液体で満たされている場合に、電流源２１の付近で注入された電流の放射線漏れを防止することである。
【００４１】
したがって、第１および第２の絶縁体セクション２３、２５は、電流フローの大部分をドリルパイプ１０に沿って少なくとも電極２２、２２’の一方へ方向付けるために協働し、少なくとも一方の電極は、電流源２１で電流パスを完成させるために、電流をケーシング１２および構成体１４へ伝達し、第２の電極２２を介してドリルパイプ１０へ戻る電流パス２９を設ける。よって、坑井アンテナは、軸方向絶縁セクション２５を横切る電流を注入する。電流はドリルパイプを通って一方の電極２２へ進む。一部の電流はケーシングを介してもう一方の電極２２’へ戻るが、一部はケーシング壁に沿って上方へ進み、一部は構成体を介して半径方向に進む。
【００４２】
望ましくない方向の漏れを防止するために、電流のパスを形成する、すなわち、方向付けることができるのは、第１の絶縁体セクション２５、第２の絶縁体セクション２３、および、電極２２の組み合わせである。上述のように、従来のＥＭ坑井アンテナは、そのレンジまたはＥＭ伝播に限界がある。本発明の実施形態は、坑井アンテナのいわゆる双極子モーメントを増加させることによりこのアンテナのレンジおよび効率を高める。
【００４３】
信号送受信の効率は、注入電流と双極子の長さの積であるアンテナの双極子モーメントに依存する。双極子モーメントが高いほど、電磁信号が大きくなる。よって、一実施形態の少なくとも一つの目的は、遠隔測定レンジを拡大するため電気双極子モーメントを最大化することである。双極子モーメントを増加させる最も効率的な方法は、所要の坑井電力がそれ自体のサイズおよび電力に制限がある注入電流の平方に比例するので、注入電流ではなく双極子の長さを増大させる方法である。
【００４４】
たとえば、図４の実施形態に示されているように、ドリルパイプ１０に注入された電流の一部は、電極２２に到達せず、漏れ電流パス２８によって示されているようにドリルパイプ１０とケーシング１２との間の環状スペース２６において半径方向に漏れる。漏れ電流が大きいほど、電気双極子モーメントは小さくなるので、実効的な双極子の長さが縮小される。この現象は、パイプチュービング１０とケーシング１２との間に接触がある場合に悪化する。
【００４５】
よって、アンテナの実効的なＥＭ双極子の長さを最大化するように電流パスを方向付けるため協働する第１および第２の絶縁セクションと電極とによって実現される実効的な双極子の長さをできる限り維持することが望ましい。
【００４６】
図３は、絶縁セクション２３、２５付きの電流源２１が実質的に電極２２の一方に対して位置合わせされている偏心アンテナ構造体の一実施形態を示している。この場合も、漏れパス２８が存在する可能性がある。図３の偏心状の実施形態の利点は、電源を一方の電極の近くに移動させることにより、システムの配線および機械的組み込みを簡素化することが可能な点である。たとえば、アンテナは電極内で物理的に実施することが可能である。
【００４７】
図４は、湾曲した、または、不完全に直線的なケーシング１２および／またはドリルパイプ１０を補償することができる実施形態である。このような場合に、ギャップ２６は縮小され、ギャップのインピーダンスが低減し、そして、直接的な接触がある場合でさえ、大規模な半径方向の漏れが生じ、ＥＭ双極子の長さを不必要に制限する。これらの不利点を克服するため、第１の選択肢が、パイプチュービング１０に沿ってさらなる絶縁隔離セクション２４を導入することからなる図４の実施形態に示されている。このような絶縁隔離点の効果はパイプチュービング１０とケーシング１２との間の接点を回避することである。
【００４８】
実際には、ドリルパイプ１０は多くの場合に複数個のドリルパイプセグメントを一つに結合することにより作られる。図９は、たとえば、セグメント結合部９５で交わるこれらのドリルパイプセグメントを示している。よって、このセクション結合部９５に用いられる隔離点は、パイプをパイプの最も突出した点での接触から保護するだけでなく、結合部自体を改善する可能性がある。
【００４９】
図４に示されているような実施形態のさらなる利点は、改良されたＥＭ双極子がこのような分離を実現するために最小限の絶縁材料を使用することにより実現され得ることである。すなわち、さらなる絶縁体２４は、電極２２と２２’との間でドリルパイプ１０の全長を覆う必要があるのではなく、セグメント接合部９５だけに用いられる。
【００５０】
図５は、電流源が非対称的に置かれているだけでなく（すなわち、図３と同様に一方の電極２２の近くに位置合わせされているだけでなく）、付加的に第２の絶縁セクション２３’が２個の電極２２および２２’の間でドリルパイプ１０の全長を覆うため共に延長されている本発明の別の実施形態を示している。後者の特徴は、第２の絶縁セクション２３が２個の電極の間でドリルパイプ１０の全長のほんの一部だけを絶縁する図３の実施形態と異なる。
【００５１】
図５は、電極間のパイプの全長が電気的に絶縁され、ケーシング１２への半径方向の漏れを防止し、それによって、双極子の実効的な長さを最大化させるが、２個の電極の間のドリルパイプ１０の全長が覆われることを必要とする選択肢を示している。
【００５２】
図６は、図５の実施形態の第２の電極と比べると、第２の電極２２’が取り除かれているさらなる実施形態を示している。第２の絶縁セクション２３’の長さがより長いので、電流パスは、ケーシング１２および構成体１４からドリルパイプ１０へ第２の絶縁体２３’が終わる点２７で自動的に戻るようになる。その理由は、点２７’では、絶縁材料２３’がもはや存在しないので、絶縁耐力がドリルパイプ１０とケーシング１２との間で最も弱いからである。よって、同図の本実施形態は、１個の電極だけを使用し、第２の絶縁セクション２３’を延長することにより、大きなＥＭ双極子を維持する可能性を示している。よって、電流パスを形成し、より長いＥＭ双極子の長さの有利な効果を達成するのは、第１の絶縁セクション２５と、少なくとも１個の電極２２と、第２の絶縁セクション２３’との組み合わせである。
【００５３】
本発明の実施形態の利点は、ＥＭ双極子が電流を伝達するためにドリルパイプとケーシングの両方を使用する電流パスによって形成されるということは認められるであろう。よって、実質的に長いＥＭ双極子が複雑な電源の必要なく、または、電流を流すために導体を横切って印加するため必要とされるより長いケーブルの必要なく作成される。実際には、本発明の実施形態は、ケーシングとドリルパイプ自体との両方の実質的な長さに亘って電流パスフローを形成することが可能である。すなわち、絶縁体および電極配置の種々の組み合わせによって、比較的長い電流パスを長い電気ケーブルを必要とせずにドリルパイプに確実に設けることができるので、実効的なＥＭ双極子の長さが最適化される。
【００５４】
図７は実施形態のうちの一つによるアンテナを使用する、通常の陸域の井戸の遠隔測定の第１の用途を示している。
【００５５】
アンテナ１６によって注入された電流Ｉは、配管構造物（ケーシングおよびドリルパイプ）に沿って進み、構成体を経由して戻る極めて低周波数の電磁信号を生成する。実際には、各アンテナは複数の電流パス２９をケーシングおよび周囲構成体の中に開設させることが示されている。生成された電磁信号は、リピータ１６’としても知られている井戸孔内の遠隔アンテナによって測定される。リピータは測定された信号を解釈し、受信された信号を再送信する。信号は、信号が捕捉され、解釈される表面または海底に達するようにリピータからリピータへ進む。
【００５６】
より詳しくは、各リピータは、他の中継アンテナから送られるデータのフィルタリング、処理、復号化および／または保存する処理回路を用いて構成することが可能である。よって、各アンテナの処理回路は、たとえば、任意の圧縮／伸長データ伝送アルゴリズムをさらに含む、データ信号を処理し操作する公知の信号処理技術を用いて構成できることが認められるであろう。
【００５７】
さらなる実施形態では、リピータシステムは、たとえば、本明細書に記載された実施形態のいずれかによる一連のアンテナを備えるか、または、リピータシステム内の最後のアンテナが表面トランシーバーとの異なる通信方法を採用するシステムを備えることが可能である。たとえば、一連のリピータの最後のアンテナは、ＥＭ通信ではなく、ある種の用途においてより有利であり売る音響法または物理的なケーブル（図９を参照のこと）を介して、表面トランシーバーと通信可能である。
【００５８】
図７は、電磁信号がリグ構造物７３とリグ構造物から数十メートル離れている遠隔点７４との間の表面で測定される通常の陸域の井戸に特に関する。この信号検出は、地下構成体内を通る電流パスによって誘起されるリグ構造物７３と遠隔点７４との間の電位差を測定することによって行われる。代替的に、信号検出は磁力計の使用して行うことが可能である。
【００５９】
海底井戸の場合、配備の観点から、特に、深度および超深度沖合井戸の場合、海底坑口と海底上の遠隔点との間の電位差を測定することは難しい。このような海洋環境の場合、上述したアンテナの実施形態は、図８に描かれているように海底坑口の上方、または、図９に描かれているように海底坑口の下方のいずれかで、海底１８での電磁信号を検出し復号化するため使用される。
【００６０】
特に、図８は、検出と復号化の両方が、海水面より下、および、海底１８より下の両方で、無線遠隔測定ＥＭアンテナによって実効される可能性がある実施形態を示しているのに対し、図９は、検出および復号化が海底１８の下で無線ＥＭアンテナだけによって実行され、一旦復号化された信号がケーブル９０を用いて表面へ単に運ばれることを示している。特に、ケーブル９０は、図９の実施形態では、ライザー９８および井戸のケーシングの中に位置するように示されている。このようなケーブルはライザーの外部に設置できることもまた認められるであろう。
【００６１】
（複数の）中継アンテナが海底坑口の上に位置している図８の実施形態の利点は、ケーブル敷設が、一旦海底に設置されると典型的に密閉される坑口を必ずしも通らないので容易な配備であるという点にある。しかし、海底坑口の上と下の両方のアンテナトランシーバーのＥＭ特性は、坑井位置と表面との間で通信をするために坑口の変更を必要としない。
【００６２】
最後の中継アンテナが海底坑口の下に位置している図９の実施形態の利点は、坑口の中に物理的なケーブルを通す際により多くの労力を必要とするが、坑口介して表面に至る信号の減衰はより小さい。
【００６３】
よって、双方向無線遠隔測定システムは、坑井と表面との間で通信するため井戸孔で使用される。一部の実施形態では、原理としは、軸方向絶縁結合部と共に、無線信号を送信または受信する電気双極子または電磁（ＥＭ）アンテナとしての役目を果たすケーシングと接触した２個の電極を使用することである。１個ずつがトランシーバーの役目を果たす数個のアンテナが井戸孔に沿って異なる場所に設置される可能性がある。無線遠隔測定のレンジは、付加的なリピータの使用によって拡大される。信号は、表面で、または、海底上で、最終的に捕捉され、解釈される。相互に、ＥＭ信号は、表面または海底からリピータを介して坑井まで進む。
【００６４】
表面から坑井へ情報を送信するため、電流が坑口と坑口からある一定の距離だけ離れた地面のある一点との間に注入される。電流は、表面から坑井へ信号を伝達するため変調される。電流は、配管構造物、すなわち、ケーシングおよびパイプに沿って進み、構成体を通って戻る。表面からこの情報を受信するため、坑井ツールはケーシング上の電圧差を測定する。この信号は、ツールにおいて増幅され、復号化され、ツールは受信された信号に基づいて対処する。坑井から表面へ情報を送信するため、ツールは電流を配管構造物、すなわち、ケーシングおよびパイプに注入する。この電流はケーシング上の２点の間に注入される必要がある。この電流信号の特定の符号化は坑井から表面へ情報を伝達する。表面において、この電流は、坑口と地面上の第２の点との間の電圧差として測定される。
【００６５】
本発明の実施形態は、油およびガスのような炭化水素のための井戸に適用するが、表面の下の大深度で機器／ロボットと通信し、制御するために、ケース入りまたは導電性配管によって取り囲まれた無線遠隔測定システム、たとえば、深部地球探査、水探査、または、場合によっては万年雪の下の掘削のための他の潜在的な用途の範囲が存在することが認められるであろう。
【００６６】
本実施形態は非限定的であることがさらに認められ、たとえば、さらなる絶縁体がパイプセグメント結合部を覆うだけでなく、要求に応じて介在するドリルパイプセグメント自体の選択された長さも覆うといったこのような実施形態を組み合わせることは当業者によって理解されるであろう。
【００６７】
ライザー９７は、海底坑口の上にあるケーシング１２の延長部を実質的に記述する技術用語であることもまた認められるであろう。よって、少なくとも一実施形態では、ライザー９７およびケーシング１２は、内側のドリルパイプ１０を取り囲む同じ導電性パイプの実質的に一部である。ドリルパイプ１０を記述するための他の一般的な用語は、ドリルチュービングまたはドリルストリングである。
【００６８】
上記のいずれかの実施形態によるアンテナを備える無線遠隔測定システムは、複数の異なる用途に属しているデータを通信できることもまた認められるであろう。たとえば、アンテナは、坑井圧力、温度、抵抗率、気孔率、流速などのデータを表面に通信することが可能である。代替的に、表面から、サンプラ、バルブ、パッカー、穿孔弾などのような坑井設備の稼働を制御することが可能である。これは用途である可能性がある使用の一部の網羅的ではないリストであり、どのような遠隔用途でも対象とされることが認められるであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線遠隔測定に関し、特に、限定されることはないが、坑井機器と表面機器との間で情報を転送する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油井およびガス井は建設するために費用がかかり、これらの井戸をできる限り効率的に稼働するのが有利である。井戸の稼働の効率を高める一つの方策は、井戸孔の坑井に位置している設備が表面に位置している他の設備の制御下に置かれることである。
【０００３】
坑井設備は、井戸のその後の稼働のための有用な情報、たとえば、圧力に関するデータ、遭遇した固体および液体の性質、温度などを含むことがある有用な情報を供給する測定センサであり得る。この設備は、井戸、または、バルブ、パッカーなどのような坑井設備もしくは機器を使用する貯留層の種々のパラメータを制御するために表面から重要な命令を供給することができる他の制御可能な設備または監視設備でもよい。
【０００４】
電磁（ＥＭ）無線遠隔測定は、油田において極めて価値があり、広く研究されている分野である。その目的は、表面から井戸の坑井のツールへ情報を転送し、かつ、逆に、すなわち、表面へ情報を転送するため、無線双方向遠隔測定を行うことである。
【０００５】
坑井ツールは坑井で種々の検知機能を実行する際に無線コンポーネントを有することがあるが、坑井ツールは、多くの場合に、分析のため深底から地球の表面まで通信される検知情報を取得するため有線接続を必要とする。代替的に、検知情報はメモリに蓄積され、配管構造物および関連ツールが井戸から撤収されるときに限り回収される。何らかの無線通信機器のためのこのような深度での電力供給は、このような無線通信機器またはアンテナのレンジを高めないが、坑井で多大の電力が求められる遠隔バッテリー源を必要とする。よって、このような無線通信機器は、多くの場合に、通信のレンジが制限されるので、有線方式の解決策は、多くの場合に、特に、超深度では、より実用的であることが判明した。掘削運転中、または、ドリルステムテスト運転中に、ワイヤの使用は、多くの場合に、非実用的であり、運営者によって禁止される場合もある。
【０００６】
したがって、より広いＥＭ通信レンジを有し、有線通信の必要性を低減する双方向遠隔測定システムを持つことが望ましい。
【０００７】
さらに、たとえば、音響スルーチュービング技術、流体圧力波などを含む、複数の異なるテクノロジーが、最適化された双方向無線遠隔測定システムを製造するため試みられている。しかし、これらの他の技術は、ＥＭがもたらす通信のレンジおよび簡単さを提供しないように思われる。その上、特に、ＥＭ遠隔測定システムが考慮される、いわゆる「裸孔」環境と「ケーシング孔」環境とを区別する必要がある。
【０００８】
単独の坑井を測定する従来型の裸孔法は、電流をドリルパイプまたはチュービングに注入する。この方法は裸孔システムにうまく適合しているが、ケーシング孔の状況には適切でないと考えられる。
【０００９】
特に、ケーシング孔システムは、中でも、ドリル孔の構造上の完全性を維持する試錐孔の壁に位置するケーシングを有する。しかし、ケーシングは、多くの場合に、極めて導電性が高いので、ドリルパイプに注入された電流の軸方向の漏れの可能性を増加させ、アンテナのための電磁（ＥＭ）双極子の長さの短縮を招く金属、たとえば、鋼で作られている。このような漏れは、ドリルパイプとケーシングとの間の環状スペース（またはギャップ）を埋める導電性液体または物質、たとえば、水が存在する場合、または、ドリルパイプとケーシングが接触する傾斜井の場合のどちらかで起こる可能性がある。
【００１０】
傾斜井の場合、ドリルパイプまたはケーシングが累積的に十分に湾曲または偏っているとき、ドリルパイプがケーシングと接触し、漏れを悪化させる可能性がある。すなわち、注入された電流は、殆どの電流がドリルパイプとケーシングとの間の接触エリアに沿って電流源に戻るだけである極めて短い電流パスを有するようになる。この「短絡」は、ケーシング孔システムにおけるＥＭ通信の重要なレンジを事実上制限する。
【００１１】
したがって、ケーシング孔環境に適用されるときに、裸孔注入電流アンテナに関連した上記の不利点を解決することが望ましい。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の一態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の位置のためのアンテナであって、パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプからケーシングへ電流を伝達する電極と、電流のパスフローを方向付けるため電極および第１の絶縁セクションと協働するように配置されたパイプの第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、ケーシングによって周囲構成体から分離されているドリルパイプを作動するため構成されているアンテナであって、ドリルパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、ドリルパイプからケーシングおよび構成体へ電流を伝達する電極と、電流のパスフローを方向付けるため電極および第１の絶縁セクションと協働するように配置されたドリルパイプの第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、構成体の内側を覆うケーシングからの環状間隔部を有しているパイプに位置している坑井アンテナ上の電磁双極子を延長する方法であって、ドリルストリングの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入することと、電極を介してパイプからケーシングへ電流を伝達することと、電磁双極子を延長するため第１の絶縁セクションおよび電極と協働するように構成された第２の絶縁セクションを使用して電流のパスが流れるように方向付けることと、を含む方法が提供される。
【００１５】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、ケーシングからパイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、電源および第１の絶縁セクションを覆う選択された長さのパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００１６】
有利には、パイプの第２の絶縁セクションが、パイプから第１の電極を介してケーシングへ電流のパスフローを方向付け、第２の電極を介してパイプへ戻すため、第１および第２の電極と第１の絶縁セクションと協働する。
【００１７】
有利には、第２の絶縁体が第１の絶縁体に実質的に垂直に方向付けられている。
【００１８】
有利には、電源と第１および第２の絶縁体が第１の電極と第２の電極との間に位置合わせされたパイプに位置している。代替的に、電源と第１および第２の絶縁体が第１および第２の電極の少なくとも一方と隣接して位置合わせされたパイプに位置している。
【００１９】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれ、それぞれの隔離点で結合された複数のセグメントを有しているパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、ケーシングからパイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、電源および第１の絶縁セクションを覆う選択された長さのパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、それぞれの隔離点を絶縁するさらなる離散的な絶縁セクションの組と、を備えるアンテナが提供される。
【００２０】
有利には、絶縁セクションは電流のパスフローを方向付けるため電極と協働する。
【００２１】
有利には、パスフローは、パイプから、ケーシングへの第１の電極を介して、電流を元のパイプへ伝達する第２の電極へ至り、適切な電流ループを形成する。
【００２２】
有利には、パスフローは、電流パスがケーシングから、構成体の一部を介して、電流を元のパイプへ伝達する第２の電極で元のケーシングへ流れるように、構成体の一部をさらに取り囲む。
【００２３】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれ、それぞれの隔離点で結合された複数のセグメントを有しているパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、ケーシングからパイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間でパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００２４】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、導電性材料がそれぞれの隔離点で結合された複数のセグメントを有しているパイプに存在し、パイプ内に電気的不連続性を与えるパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、パイプの第１の場所からケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、電源および第１の絶縁セクションを覆い、第１の電極と反対方向にパイプに沿ってかなりの長さ延在し、選択された長さのパイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、を備えるアンテナが提供される。
【００２５】
有利には、環状スペースがケーシングからパイプを分離し、上記環状ギャップが導電性材料で埋められている。
【００２６】
有利には、かなりの長さは、電流が適当な場所でケーシングから元のパイプへ流れるリターンパスを設ける際に、アンテナの電気双極子を最大化する長さである。
【００２７】
有利には、第２の絶縁セクションは、パイプから第１の電極を介してケーシングへ向けられ、導電性材料を介して実質的に第２の絶縁体が終端される場所で元のパイプに戻る電流のパスフローを方向付けるため第１の絶縁セクションおよび電極と協働する。
【００２８】
本発明のさらに別の態様によれば、本発明のアンテナ実施形態のうちの少なくとも一つを使用して、坑井のパイプ上の場所から表面に位置しているトランシーバーへ通信信号を転送する無線遠隔測定システムが提供される。
【００２９】
有利には、表面は地殻の表面である。代替的に、表面は海面上である。代替的に、表面は海底の表面である。
【００３０】
本発明のさらに別の態様によれば、ケーシングによって囲まれたパイプ上の位置のためのアンテナであって、パイプの第１の絶縁セクションを横切って位置し、パイプの実質的に第１の場所で電流を注入する電源と、パイプ上の第２の場所からケーシングへ電流を伝達する電極および第２の絶縁体と、を備え、第２の絶縁セクションがケーシングに沿って、かつ、パイプ上の第３の場所へ戻される電流のパスフローを方向付けるため電極およびケーシングとさらに協働する、アンテナが提供される。
【００３１】
有利には、パイプの第２の位置および第３の位置は、第１の位置の両側にあり、第１の絶縁セクションがパイプに位置している。
【００３２】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】貯留層の特徴付けおよび測定のため坑井に延在するドリルパイプの一例を示す図である。
【図２】坑井アンテナの第１の実施形態を示す図である。
【図３】偏心アンテナ構造体の実施形態を示す図である。
【図４】さらなる隔離絶縁体を含む実施形態を示す図である。
【図５】非対称位置にある電流源および拡張絶縁体を含む実施形態を示す図である。
【図６】１個の電極および拡張絶縁体を含む実施形態を示す図である。
【図７】表面と坑井との間の通信をするリピータとして動作するアンテナ付きの陸域用途を示す図である。
【図８】坑井から海面まで全体に亘って通信する無線アンテナ付きの海洋用途を示す図である。
【図９】海底坑口を介して通信するケーブル付きの、地球表面より下だけで通信する無線アンテナ付きの海底用途を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、貯留層の特徴付けおよび測定のための坑井に延在するドリルパイプを示す図である。すなわち、孔１３は、地殻に穿孔され、周囲構成体１４の壁はケーシング１２で内側を覆われる。ケーシング１２は、周囲構成体１４より導電性が高い可能性がある金属またはその他の材料で構成されている。
【００３５】
周囲構成体１４は、種々の流体、すなわち、液体または気体を含有することがある様々な岩盤層、砂層、および、粘土層からなる。具体的な油井の場合、ツールは、正確に炭化水素が存在する場所のより優れた図面を取得するために測定を行うための望ましい深度で、坑井に延在するドリルパイプ１０に位置することがある。しかし、本発明の実施形態は必ずしも炭化水素用途に限定されないことが認められる。
【００３６】
それどころか、本発明の実施形態は、表面１８と、ドリルパイプ１０の最下部に位置するように示されている坑井アンテナ１６との間の無線通信のための双方向遠隔測定システムを提供することに関する。特に、電流源としての役目を果たす坑井アンテナは、他の坑井ツール、たとえば、パッカー、バルブ、サンプラ、ゲージなどと共に坑井に配置されている。
【００３７】
図２は坑井アンテナの第１の実施形態を示している。本実施形態は、電流源２１と、各電極がケーシング１２と接触するようにドリルパイプ１０から延在する２個の電極２２および２２’の間で実質的に中心に位置している絶縁セクション２３および２５と、を備えることが示されている。
【００３８】
本実施形態では、電流は電流源２１によって注入される点が示されているが、実際の注入電流は、電流を生成することができるどのタイプの電源によって作り出されてもかまわないことが認められるであろう。たとえば、直列した可変抵抗器付きの電圧源も所望のレベルの電流を注入することができる。実際には、たとえば、温度を測定するセンサトランスデューサがこのような抵抗器を変化させて、意図的に注入される電流、実際には、アンテナによって表面に通信されるデータに影響を与えるようにすることが可能である。
【００３９】
いずれ場合でも、電流源は、ドリルパイプ１０の長手方向に対して軸方向に向きを合わされている第１の絶縁体２５を横切る電流を注入する。第１の絶縁体は、電流が短絡することを防止し、一方の電極２２の方向にドリルパイプ１０に沿って電流を強制的に流す。よって、第１の絶縁体は、ドリルパイプの導電率に不連続性をもたらし、電流を強制的に所望の方向へ流す。
【００４０】
第２の絶縁体２３の対はドリルパイプ１０の長手方向のエッジに沿って延在する。これらの絶縁体２３は、ドリルパイプ１０とケーシング１２との間のギャップ（または環状間隔部）２６内の放射線漏れを防止する。ギャップ２６の潜在的な導電率は、試錐孔が導電性材料、たとえば、水、ウォーターベースマッド、または、塩水で満たされる場合に増加する可能性がある。よって、第２の絶縁体２３の少なくとも一つの機能は、特に、ギャップ２６が導電性液体で満たされている場合に、電流源２１の付近で注入された電流の放射線漏れを防止することである。
【００４１】
したがって、第１および第２の絶縁体セクション２３、２５は、電流フローの大部分をドリルパイプ１０に沿って少なくとも電極２２、２２’の一方へ方向付けるために協働し、少なくとも一方の電極は、電流源２１で電流パスを完成させるために、電流をケーシング１２および構成体１４へ伝達し、第２の電極２２を介してドリルパイプ１０へ戻る電流パス２９を設ける。よって、坑井アンテナは、軸方向絶縁セクション２５を横切る電流を注入する。電流はドリルパイプを通って一方の電極２２へ進む。一部の電流はケーシングを介してもう一方の電極２２’へ戻るが、一部はケーシング壁に沿って上方へ進み、一部は構成体を介して半径方向に進む。
【００４２】
望ましくない方向の漏れを防止するために、電流のパスを形成する、すなわち、方向付けることができるのは、第１の絶縁体セクション２５、第２の絶縁体セクション２３、および、電極２２の組み合わせである。上述のように、従来のＥＭ坑井アンテナは、そのレンジまたはＥＭ伝播に限界がある。本発明の実施形態は、坑井アンテナのいわゆる双極子モーメントを増加させることによりこのアンテナのレンジおよび効率を高める。
【００４３】
信号送受信の効率は、注入電流と双極子の長さの積であるアンテナの双極子モーメントに依存する。双極子モーメントが高いほど、電磁信号が大きくなる。よって、一実施形態の少なくとも一つの目的は、遠隔測定レンジを拡大するため電気双極子モーメントを最大化することである。双極子モーメントを増加させる最も効率的な方法は、所要の坑井電力がそれ自体のサイズおよび電力に制限がある注入電流の平方に比例するので、注入電流ではなく双極子の長さを増大させる方法である。
【００４４】
たとえば、図４の実施形態に示されているように、ドリルパイプ１０に注入された電流の一部は、電極２２に到達せず、漏れ電流パス２８によって示されているようにドリルパイプ１０とケーシング１２との間の環状スペース２６において半径方向に漏れる。漏れ電流が大きいほど、電気双極子モーメントは小さくなるので、実効的な双極子の長さが縮小される。この現象は、パイプチュービング１０とケーシング１２との間に接触がある場合に悪化する。
【００４５】
よって、アンテナの実効的なＥＭ双極子の長さを最大化するように電流パスを方向付けるため協働する第１および第２の絶縁セクションと電極とによって実現される実効的な双極子の長さをできる限り維持することが望ましい。
【００４６】
図３は、絶縁セクション２３、２５付きの電流源２１が実質的に電極２２の一方に対して位置合わせされている偏心アンテナ構造体の一実施形態を示している。この場合も、漏れパス２８が存在する可能性がある。図３の偏心状の実施形態の利点は、電源を一方の電極の近くに移動させることにより、システムの配線および機械的組み込みを簡素化することが可能な点である。たとえば、アンテナは電極内で物理的に実施することが可能である。
【００４７】
図４は、湾曲した、または、不完全に直線的なケーシング１２および／またはドリルパイプ１０を補償することができる実施形態である。このような場合に、ギャップ２６は縮小され、ギャップのインピーダンスが低減し、そして、直接的な接触がある場合でさえ、大規模な半径方向の漏れが生じ、ＥＭ双極子の長さを不必要に制限する。これらの不利点を克服するため、第１の選択肢が、パイプチュービング１０に沿ってさらなる絶縁隔離セクション２４を導入することからなる図４の実施形態に示されている。このような絶縁隔離点の効果はパイプチュービング１０とケーシング１２との間の接点を回避することである。
【００４８】
実際には、ドリルパイプ１０は多くの場合に複数個のドリルパイプセグメントを一つに結合することにより作られる。図９は、たとえば、セグメント結合部９５で交わるこれらのドリルパイプセグメントを示している。よって、このセクション結合部９５に用いられる隔離点は、パイプをパイプの最も突出した点での接触から保護するだけでなく、結合部自体を改善する可能性がある。
【００４９】
図４に示されているような実施形態のさらなる利点は、改良されたＥＭ双極子がこのような分離を実現するために最小限の絶縁材料を使用することにより実現され得ることである。すなわち、さらなる絶縁体２４は、電極２２と２２’との間でドリルパイプ１０の全長を覆う必要があるのではなく、セグメント接合部９５だけに用いられる。
【００５０】
図５は、電流源が非対称的に置かれているだけでなく（すなわち、図３と同様に一方の電極２２の近くに位置合わせされているだけでなく）、付加的に第２の絶縁セクション２３’が２個の電極２２および２２’の間でドリルパイプ１０の全長を覆うため共に延長されている本発明の別の実施形態を示している。後者の特徴は、第２の絶縁セクション２３が２個の電極の間でドリルパイプ１０の全長のほんの一部だけを絶縁する図３の実施形態と異なる。
【００５１】
図５は、電極間のパイプの全長が電気的に絶縁され、ケーシング１２への半径方向の漏れを防止し、それによって、双極子の実効的な長さを最大化させるが、２個の電極の間のドリルパイプ１０の全長が覆われることを必要とする選択肢を示している。
【００５２】
図６は、図５の実施形態の第２の電極と比べると、第２の電極２２’が取り除かれているさらなる実施形態を示している。第２の絶縁セクション２３’の長さがより長いので、電流パスは、ケーシング１２および構成体１４からドリルパイプ１０へ第２の絶縁体２３’が終わる点２７で自動的に戻るようになる。その理由は、点２７’では、絶縁材料２３’がもはや存在しないので、絶縁耐力がドリルパイプ１０とケーシング１２との間で最も弱いからである。よって、同図の本実施形態は、１個の電極だけを使用し、第２の絶縁セクション２３’を延長することにより、大きなＥＭ双極子を維持する可能性を示している。よって、電流パスを形成し、より長いＥＭ双極子の長さの有利な効果を達成するのは、第１の絶縁セクション２５と、少なくとも１個の電極２２と、第２の絶縁セクション２３’との組み合わせである。
【００５３】
本発明の実施形態の利点は、ＥＭ双極子が電流を伝達するためにドリルパイプとケーシングの両方を使用する電流パスによって形成されるということは認められるであろう。よって、実質的に長いＥＭ双極子が複雑な電源の必要なく、または、電流を流すために導体を横切って印加するため必要とされるより長いケーブルの必要なく作成される。実際には、本発明の実施形態は、ケーシングとドリルパイプ自体との両方の実質的な長さに亘って電流パスフローを形成することが可能である。すなわち、絶縁体および電極配置の種々の組み合わせによって、比較的長い電流パスを長い電気ケーブルを必要とせずにドリルパイプに確実に設けることができるので、実効的なＥＭ双極子の長さが最適化される。
【００５４】
図７は実施形態のうちの一つによるアンテナを使用する、通常の陸域の井戸の遠隔測定の第１の用途を示している。
【００５５】
アンテナ１６によって注入された電流Ｉは、配管構造物（ケーシングおよびドリルパイプ）に沿って進み、構成体を経由して戻る極めて低周波数の電磁信号を生成する。実際には、各アンテナは複数の電流パス２９をケーシングおよび周囲構成体の中に開設させることが示されている。生成された電磁信号は、リピータ１６’としても知られている井戸孔内の遠隔アンテナによって測定される。リピータは測定された信号を解釈し、受信された信号を再送信する。信号は、信号が捕捉され、解釈される表面または海底に達するようにリピータからリピータへ進む。
【００５６】
より詳しくは、各リピータは、他の中継アンテナから送られるデータのフィルタリング、処理、復号化および／または保存する処理回路を用いて構成することが可能である。よって、各アンテナの処理回路は、たとえば、任意の圧縮／伸長データ伝送アルゴリズムをさらに含む、データ信号を処理し操作する公知の信号処理技術を用いて構成できることが認められるであろう。
【００５７】
さらなる実施形態では、リピータシステムは、たとえば、本明細書に記載された実施形態のいずれかによる一連のアンテナを備えるか、または、リピータシステム内の最後のアンテナが表面トランシーバーとの異なる通信方法を採用するシステムを備えることが可能である。たとえば、一連のリピータの最後のアンテナは、ＥＭ通信ではなく、ある種の用途においてより有利であり売る音響法または物理的なケーブル（図９を参照のこと）を介して、表面トランシーバーと通信可能である。
【００５８】
図７は、電磁信号がリグ構造物７３とリグ構造物から数十メートル離れている遠隔点７４との間の表面で測定される通常の陸域の井戸に特に関する。この信号検出は、地下構成体内を通る電流パスによって誘起されるリグ構造物７３と遠隔点７４との間の電位差を測定することによって行われる。代替的に、信号検出は磁力計の使用して行うことが可能である。
【００５９】
海底井戸の場合、配備の観点から、特に、深度および超深度沖合井戸の場合、海底坑口と海底上の遠隔点との間の電位差を測定することは難しい。このような海洋環境の場合、上述したアンテナの実施形態は、図８に描かれているように海底坑口の上方、または、図９に描かれているように海底坑口の下方のいずれかで、海底１８での電磁信号を検出し復号化するため使用される。
【００６０】
特に、図８は、検出と復号化の両方が、海水面より下、および、海底１８より下の両方で、無線遠隔測定ＥＭアンテナによって実効される可能性がある実施形態を示しているのに対し、図９は、検出および復号化が海底１８の下で無線ＥＭアンテナだけによって実行され、一旦復号化された信号がケーブル９０を用いて表面へ単に運ばれることを示している。特に、ケーブル９０は、図９の実施形態では、ライザー９８および井戸のケーシングの中に位置するように示されている。このようなケーブルはライザーの外部に設置できることもまた認められるであろう。
【００６１】
（複数の）中継アンテナが海底坑口の上に位置している図８の実施形態の利点は、ケーブル敷設が、一旦海底に設置されると典型的に密閉される坑口を必ずしも通らないので容易な配備であるという点にある。しかし、海底坑口の上と下の両方のアンテナトランシーバーのＥＭ特性は、坑井位置と表面との間で通信をするために坑口の変更を必要としない。
【００６２】
最後の中継アンテナが海底坑口の下に位置している図９の実施形態の利点は、坑口の中に物理的なケーブルを通す際により多くの労力を必要とするが、坑口介して表面に至る信号の減衰はより小さい。
【００６３】
よって、双方向無線遠隔測定システムは、坑井と表面との間で通信するため井戸孔で使用される。一部の実施形態では、原理としは、軸方向絶縁結合部と共に、無線信号を送信または受信する電気双極子または電磁（ＥＭ）アンテナとしての役目を果たすケーシングと接触した２個の電極を使用することである。１個ずつがトランシーバーの役目を果たす数個のアンテナが井戸孔に沿って異なる場所に設置される可能性がある。無線遠隔測定のレンジは、付加的なリピータの使用によって拡大される。信号は、表面で、または、海底上で、最終的に捕捉され、解釈される。相互に、ＥＭ信号は、表面または海底からリピータを介して坑井まで進む。
【００６４】
表面から坑井へ情報を送信するため、電流が坑口と坑口からある一定の距離だけ離れた地面のある一点との間に注入される。電流は、表面から坑井へ信号を伝達するため変調される。電流は、配管構造物、すなわち、ケーシングおよびパイプに沿って進み、構成体を通って戻る。表面からこの情報を受信するため、坑井ツールはケーシング上の電圧差を測定する。この信号は、ツールにおいて増幅され、復号化され、ツールは受信された信号に基づいて対処する。坑井から表面へ情報を送信するため、ツールは電流を配管構造物、すなわち、ケーシングおよびパイプに注入する。この電流はケーシング上の２点の間に注入される必要がある。この電流信号の特定の符号化は坑井から表面へ情報を伝達する。表面において、この電流は、坑口と地面上の第２の点との間の電圧差として測定される。
【００６５】
本発明の実施形態は、油およびガスのような炭化水素のための井戸に適用するが、表面の下の大深度で機器／ロボットと通信し、制御するために、ケース入りまたは導電性配管によって取り囲まれた無線遠隔測定システム、たとえば、深部地球探査、水探査、または、場合によっては万年雪の下の掘削のための他の潜在的な用途の範囲が存在することが認められるであろう。
【００６６】
本実施形態は非限定的であることがさらに認められ、たとえば、さらなる絶縁体がパイプセグメント結合部を覆うだけでなく、要求に応じて介在するドリルパイプセグメント自体の選択された長さも覆うといったこのような実施形態を組み合わせることは当業者によって理解されるであろう。
【００６７】
ライザー９７は、海底坑口の上にあるケーシング１２の延長部を実質的に記述する技術用語であることもまた認められるであろう。よって、少なくとも一実施形態では、ライザー９７およびケーシング１２は、内側のドリルパイプ１０を取り囲む同じ導電性パイプの実質的に一部である。ドリルパイプ１０を記述するための他の一般的な用語は、ドリルチュービングまたはドリルストリングである。
【００６８】
上記のいずれかの実施形態によるアンテナを備える無線遠隔測定システムは、複数の異なる用途に属しているデータを通信できることもまた認められるであろう。たとえば、アンテナは、坑井圧力、温度、抵抗率、気孔率、流速などのデータを表面に通信することが可能である。代替的に、表面から、サンプラ、バルブ、パッカー、穿孔弾などのような坑井設備の稼働を制御することが可能である。これは用途である可能性がある使用の一部の網羅的ではないリストであり、どのような遠隔用途でも対象とされることが認められるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングによって囲まれたパイプ上の位置のためのアンテナであって、
前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプから前記ケーシングへ電流を伝達する電極と、
電流のパスフローを方向付けるため前記電極および前記第１の絶縁セクションと協働するように配置された前記パイプの第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項２】
前記パスフローが前記アンテナの実効的なＥＭ双極子の長さを増大させるため方向付けられている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記パスフローが前記パイプと前記パイプのうちの少なくとも所定の長さに対する前記ケーシングとの間での電流の漏れを防止するため方向付けられている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記パイプおよび前記ケーシングが導電性である、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記ケーシングの少なくとも一つの面が、導電性であり、かつ、電流を伝達することができる物質と当接する、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記物質が地殻を構成する材料となる、請求項５に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記物質が海水である、請求項５に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記パイプがドリルチュービングである、請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記パイプが環状間隔部によって前記ケーシングから分離されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記電源が電流源である、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記電源が電圧源である、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記パスフローが前記パイプ、前記電極、および、前記ケーシングを通る電流ループを形成する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記電流ループが前記ケーシングによって内側を覆われた構成体のセクションをさらに含む、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記電流の前記パスフローが適切な電磁信号を生成する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記電磁信号がデータを無線通信するため使用される、請求項１４に記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記電磁信号が極めて低い周波数である、請求項１４または１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記パイプに位置している少なくとも１個の他の類似したアンテナと無線通信するように配置されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１８】
パイプの一端から前記パイプの他端へ信号を無線転送するため前記パイプに沿って位置している複数個のアンテナと通信するように配置されている、請求項１７に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記パイプの一端が試錐孔の底で坑井に位置し、前記パイプの他端が地球の表面に位置している、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
海洋用途のため、前記複数個のアンテナが前記パイプの坑口位置の下にあるセクションだけで前記パイプに位置している、請求項１７または１８に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記坑口の下にある前記パイプに位置し、かつ、前記坑口に最も近接している前記アンテナが電磁通信なしで表面トランシーバーと通信可能である、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記坑口の上にある前記パイプに位置し、かつ、前記坑口に最も近接している前記アンテナが電磁通信なしで表面トランシーバーと通信可能である、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記坑口の上にある前記パイプに位置し、かつ、前記坑口に最も接近している前記アンテナが物理的なケーブルを使用して表面トランシーバーと通信する、請求項２２に記載のアンテナ。
【請求項２４】
海洋用途のため、前記複数個のアンテナが前記パイプの坑口位置の上および下にあるセクションで前記パイプに位置している、請求項１７または１８に記載のアンテナ。
【請求項２５】
前記第１の絶縁セクションが前記パイプの導電率に不連続性を生じさせる、請求項１から２４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記第１の絶縁セクションが前記パイプの長手方向に対して軸方向に方向付けられている、請求項１から２５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記第２の絶縁セクションが前記第１の絶縁セクションに対して実質的に垂直方向に方向付けられている、請求項１から２６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記電源が前記電極に実質的に隣接している、請求項１から２７のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２９】
前記アンテナが前記ケーシングから前記パイプへ電流を伝達する第２の電極をさらに備える、請求項１から２８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項３０】
前記第２の絶縁セクションが前記パイプのうちの選択された長さを覆う、請求項１から２９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項３１】
前記選択された長さが前記第１の電極と前記第２の電極との間の間隔の比較的小さな部分を覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３２】
前記選択された長さが少なくとも前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３３】
前記選択された長さが前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記パイプの全長を覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３４】
前記選択された長さが前記パイプの隔離点を絶縁するため複数個の離散的な場所を覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３５】
ケーシングによって周囲構成体から分離されているドリルパイプ上の坑井を作動させるアンテナであって、
前記ドリルパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記ドリルパイプから前記ケーシングおよび前記構成体へ電流を伝達する電極と、
電流のパスフローを形成するため前記電極および前記第１の絶縁セクションと協働するように配置された前記ドリルパイプの第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項３６】
構成体の内側を覆うケーシングから環状間隙部が設けられているパイプに位置している坑井アンテナの電磁双極子を延長する方法であって、
ドリルストリングの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入することと、
電極を介して前記パイプから前記ケーシングへ電流を伝達することと、
前記電磁双極子を延長するため前記第１の絶縁セクションおよび前記電極と協働するように構成された第２の絶縁セクションを使用して電流が流れるパスを方向付けることと、
を備える方法。
【請求項３７】
ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記ケーシングから前記パイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、
前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆う前記パイプのうちの選択された長さを絶縁する第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項３８】
前記パイプの前記第２の絶縁セクションが、電流のパスフローを前記パイプから前記第１の電極を介して前記ケーシングへ方向付け、前記第２の電極を介して前記パイプへ戻すため、前記第１および前記第２の電極と、前記第１の絶縁セクションと協働する、請求項３７に記載のアンテナ。
【請求項３９】
前記第２の絶縁体が前記第１の絶縁体と実質的に垂直に方向付けられている、請求項３７に記載のアンテナ。
【請求項４０】
前記電源と前記第１および第２の絶縁体とが前記第１の電極と前記第２の電極との間で中心に位置合わせされた前記パイプに位置している、請求項３７から３９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項４１】
前記電源と前記第１および第２の絶縁体とが前記第１および第２の電極の少なくとも一方に隣接して位置合わせされた前記パイプに位置している、請求項３７から３９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項４２】
それぞれの隔離点で結合された複数個のセグメントを有し、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記ケーシングから前記パイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、
前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆う前記パイプのうちの選択された長さを絶縁する第２の絶縁セクションと、
前記それぞれの隔離点を絶縁するさらなる離散的な絶縁セクションの組と、
を備えるアンテナ。
【請求項４３】
前記絶縁セクションが電流のパスフローを方向付けるため前記電極と協働する、請求項４２に記載のアンテナ。
【請求項４４】
前記パスフローが前記パイプから前記第１の電極を介して前記ケーシングに達し、電流を元の前記パイプへ伝達する前記第２の電極に達し、適切な電流ループを形成する、請求項４３に記載のアンテナ。
【請求項４５】
前記電流パスが前記ケーシングから、構成体の一部を介して、電流を元の前記パイプへ伝達する前記第２の電極で元の前記ケーシングへ戻るように、前記パスフローが前記構成体の前記一部をさらに取り囲む、請求項４４に記載のアンテナ。
【請求項４６】
それぞれの隔離点で結合された複数個のセグメントを有し、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記ケーシングから前記パイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間で前記パイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項４７】
導電性材料が存在し、それぞれの隔離点で結合された複数個のセグメントを有し、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記パイプの選択された長さを絶縁し、前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆い、前記第１の電極と逆方向に前記パイプに沿って実質的な長さを延長する第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項４８】
環状間隙部が前記パイプを前記ケーシングから分離する、請求項４７に記載のアンテナ。
【請求項４９】
前記環状間隙部が塩水とウォーターベースマッドとのうちの少なくとも一方である導電性材料で埋められている、請求項４８に記載のアンテナ。
【請求項５０】
前記環状間隙部がオイルベースマッドのような非導電性材料で埋められている、請求項４８に記載のアンテナ。
【請求項５１】
前記実質的な長さが、電流が前記ケーシングから適切な場所で元の前記パスへ戻るためのリターンパスを設ける際に前記アンテナの電気双極子を最大化する長さである、請求項４７から５０のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５２】
第２の絶縁セクションが、前記パイプから前記第１の電極を介して前記ケーシングへ方向付けられ、前記導電性材料を介して実質的に前記第２の絶縁が終わる場所で前記パイプに戻る電流のパスフローを形成するため、前記第１の絶縁セクションおよび前記電極と協働する、請求項４７から５１のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５３】
請求項１、３７、４１、４５および４７に記載のアンテナのうちの少なくとも一つを使用して、パイプ坑井の位置から表面へ通信信号を転送する無線遠隔測定システム。
【請求項１】
ケーシングによって囲まれたパイプ上の位置のためのアンテナであって、
前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプから前記ケーシングへ電流を伝達する電極と、
電流のパスフローを方向付けるため前記電極および前記第１の絶縁セクションと協働するように配置された前記パイプの第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項２】
前記パスフローが前記アンテナの実効的なＥＭ双極子の長さを増大させるため方向付けられている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記パスフローが前記パイプと前記パイプのうちの少なくとも所定の長さに対する前記ケーシングとの間での電流の漏れを防止するため方向付けられている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記パイプおよび前記ケーシングが導電性である、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記ケーシングの少なくとも一つの面が、導電性であり、かつ、電流を伝達することができる物質と当接する、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記物質が地殻を構成する材料となる、請求項５に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記物質が海水である、請求項５に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記パイプがドリルチュービングである、請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記パイプが環状間隔部によって前記ケーシングから分離されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記電源が電流源である、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記電源が電圧源である、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記パスフローが前記パイプ、前記電極、および、前記ケーシングを通る電流ループを形成する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記電流ループが前記ケーシングによって内側を覆われた構成体のセクションをさらに含む、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記電流の前記パスフローが適切な電磁信号を生成する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記電磁信号がデータを無線通信するため使用される、請求項１４に記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記電磁信号が極めて低い周波数である、請求項１４または１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記パイプに位置している少なくとも１個の他の類似したアンテナと無線通信するように配置されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１８】
パイプの一端から前記パイプの他端へ信号を無線転送するため前記パイプに沿って位置している複数個のアンテナと通信するように配置されている、請求項１７に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記パイプの一端が試錐孔の底で坑井に位置し、前記パイプの他端が地球の表面に位置している、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
海洋用途のため、前記複数個のアンテナが前記パイプの坑口位置の下にあるセクションだけで前記パイプに位置している、請求項１７または１８に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記坑口の下にある前記パイプに位置し、かつ、前記坑口に最も近接している前記アンテナが電磁通信なしで表面トランシーバーと通信可能である、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記坑口の上にある前記パイプに位置し、かつ、前記坑口に最も近接している前記アンテナが電磁通信なしで表面トランシーバーと通信可能である、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記坑口の上にある前記パイプに位置し、かつ、前記坑口に最も接近している前記アンテナが物理的なケーブルを使用して表面トランシーバーと通信する、請求項２２に記載のアンテナ。
【請求項２４】
海洋用途のため、前記複数個のアンテナが前記パイプの坑口位置の上および下にあるセクションで前記パイプに位置している、請求項１７または１８に記載のアンテナ。
【請求項２５】
前記第１の絶縁セクションが前記パイプの導電率に不連続性を生じさせる、請求項１から２４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記第１の絶縁セクションが前記パイプの長手方向に対して軸方向に方向付けられている、請求項１から２５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記第２の絶縁セクションが前記第１の絶縁セクションに対して実質的に垂直方向に方向付けられている、請求項１から２６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記電源が前記電極に実質的に隣接している、請求項１から２７のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２９】
前記アンテナが前記ケーシングから前記パイプへ電流を伝達する第２の電極をさらに備える、請求項１から２８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項３０】
前記第２の絶縁セクションが前記パイプのうちの選択された長さを覆う、請求項１から２９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項３１】
前記選択された長さが前記第１の電極と前記第２の電極との間の間隔の比較的小さな部分を覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３２】
前記選択された長さが少なくとも前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３３】
前記選択された長さが前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記パイプの全長を覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３４】
前記選択された長さが前記パイプの隔離点を絶縁するため複数個の離散的な場所を覆う、請求項３０に記載のアンテナ。
【請求項３５】
ケーシングによって周囲構成体から分離されているドリルパイプ上の坑井を作動させるアンテナであって、
前記ドリルパイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記ドリルパイプから前記ケーシングおよび前記構成体へ電流を伝達する電極と、
電流のパスフローを形成するため前記電極および前記第１の絶縁セクションと協働するように配置された前記ドリルパイプの第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項３６】
構成体の内側を覆うケーシングから環状間隙部が設けられているパイプに位置している坑井アンテナの電磁双極子を延長する方法であって、
ドリルストリングの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入することと、
電極を介して前記パイプから前記ケーシングへ電流を伝達することと、
前記電磁双極子を延長するため前記第１の絶縁セクションおよび前記電極と協働するように構成された第２の絶縁セクションを使用して電流が流れるパスを方向付けることと、
を備える方法。
【請求項３７】
ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記ケーシングから前記パイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、
前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆う前記パイプのうちの選択された長さを絶縁する第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項３８】
前記パイプの前記第２の絶縁セクションが、電流のパスフローを前記パイプから前記第１の電極を介して前記ケーシングへ方向付け、前記第２の電極を介して前記パイプへ戻すため、前記第１および前記第２の電極と、前記第１の絶縁セクションと協働する、請求項３７に記載のアンテナ。
【請求項３９】
前記第２の絶縁体が前記第１の絶縁体と実質的に垂直に方向付けられている、請求項３７に記載のアンテナ。
【請求項４０】
前記電源と前記第１および第２の絶縁体とが前記第１の電極と前記第２の電極との間で中心に位置合わせされた前記パイプに位置している、請求項３７から３９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項４１】
前記電源と前記第１および第２の絶縁体とが前記第１および第２の電極の少なくとも一方に隣接して位置合わせされた前記パイプに位置している、請求項３７から３９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項４２】
それぞれの隔離点で結合された複数個のセグメントを有し、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記ケーシングから前記パイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、
前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆う前記パイプのうちの選択された長さを絶縁する第２の絶縁セクションと、
前記それぞれの隔離点を絶縁するさらなる離散的な絶縁セクションの組と、
を備えるアンテナ。
【請求項４３】
前記絶縁セクションが電流のパスフローを方向付けるため前記電極と協働する、請求項４２に記載のアンテナ。
【請求項４４】
前記パスフローが前記パイプから前記第１の電極を介して前記ケーシングに達し、電流を元の前記パイプへ伝達する前記第２の電極に達し、適切な電流ループを形成する、請求項４３に記載のアンテナ。
【請求項４５】
前記電流パスが前記ケーシングから、構成体の一部を介して、電流を元の前記パイプへ伝達する前記第２の電極で元の前記ケーシングへ戻るように、前記パスフローが前記構成体の前記一部をさらに取り囲む、請求項４４に記載のアンテナ。
【請求項４６】
それぞれの隔離点で結合された複数個のセグメントを有し、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記ケーシングから前記パイプの第２の場所へ電流を伝達する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間で前記パイプを絶縁する第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項４７】
導電性材料が存在し、それぞれの隔離点で結合された複数個のセグメントを有し、ケーシングによって囲まれたパイプ上の坑井位置のためのアンテナであって、
前記パイプに電気的な不連続性を生じさせる前記パイプの第１の絶縁セクションを横切る電流を注入する電源と、
前記パイプの第１の場所から前記ケーシングへ電流を伝達する第１の電極と、
前記パイプの選択された長さを絶縁し、前記電源および前記第１の絶縁セクションを覆い、前記第１の電極と逆方向に前記パイプに沿って実質的な長さを延長する第２の絶縁セクションと、
を備えるアンテナ。
【請求項４８】
環状間隙部が前記パイプを前記ケーシングから分離する、請求項４７に記載のアンテナ。
【請求項４９】
前記環状間隙部が塩水とウォーターベースマッドとのうちの少なくとも一方である導電性材料で埋められている、請求項４８に記載のアンテナ。
【請求項５０】
前記環状間隙部がオイルベースマッドのような非導電性材料で埋められている、請求項４８に記載のアンテナ。
【請求項５１】
前記実質的な長さが、電流が前記ケーシングから適切な場所で元の前記パスへ戻るためのリターンパスを設ける際に前記アンテナの電気双極子を最大化する長さである、請求項４７から５０のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５２】
第２の絶縁セクションが、前記パイプから前記第１の電極を介して前記ケーシングへ方向付けられ、前記導電性材料を介して実質的に前記第２の絶縁が終わる場所で前記パイプに戻る電流のパスフローを形成するため、前記第１の絶縁セクションおよび前記電極と協働する、請求項４７から５１のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５３】
請求項１、３７、４１、４５および４７に記載のアンテナのうちの少なくとも一つを使用して、パイプ坑井の位置から表面へ通信信号を転送する無線遠隔測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１０−５１７３９４（Ｐ２０１０−５１７３９４Ａ）
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４６６９６（Ｐ２００９−５４６６９６）
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０００６１２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９０００６
【国際公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５９７１２４９０３）シュランベルジェ、ホールディング、リミテッド (11)
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＬＵＭＢＥＲＧＥＲ ＨＯＬＤＩＮＧＳ ＬＩＭＩＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０００６１２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９０００６
【国際公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５９７１２４９０３）シュランベルジェ、ホールディング、リミテッド (11)
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＬＵＭＢＥＲＧＥＲ ＨＯＬＤＩＮＧＳ ＬＩＭＩＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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