本申請(qǐng)要求于2014年5月20日提交的美國申請(qǐng)No.14/282,262的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該美國申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過參引并入本申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及遙測系統(tǒng)、電流傳感器及相關(guān)方法，并且具體地涉及鉆探系統(tǒng)中的遙測系統(tǒng)、電流傳感器及相關(guān)方法。

背景技術(shù)：

地下鉆探系統(tǒng)用于在大地地層中限定鉆孔。在鉆探鉆孔期間，期望測量與地層相關(guān)的某些性質(zhì)或者井下鉆探操作的狀況，并且將該信息發(fā)送至地面以進(jìn)行進(jìn)一步分析和/或在需要時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)鉆探參數(shù)。隨鉆測量(MWD)工具和隨鉆測井(LWD)工具是在井下使用以獲得鉆探數(shù)據(jù)并將鉆探數(shù)據(jù)發(fā)送至地面的鉆探工具的類型。一些MWD工具和LWD工具是構(gòu)造成產(chǎn)生進(jìn)入地層并傳播至地面的電磁場的電磁(EM)遙測工具。在孔中的更大深度處，EM場信號(hào)衰減和噪聲會(huì)限制有意義的信號(hào)檢測或完全阻止檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的實(shí)施方式包括一種電流傳感器，該電流傳感器構(gòu)造成檢測鉆探系統(tǒng)的鉆探系統(tǒng)部件中的信號(hào)電流。鉆探系統(tǒng)構(gòu)造成在大地地層中形成鉆孔。電流傳感器包括至少部分地由磁性材料構(gòu)成的磁性體。電流傳感器還可以包括定位在磁性體上的至少一個(gè)勵(lì)磁線圈，至少一個(gè)勵(lì)磁線圈構(gòu)造成檢測在磁性體內(nèi)經(jīng)過的第一磁場。當(dāng)電流傳感器靠近承載信號(hào)電流的鉆探系統(tǒng)部件定位時(shí)，通過由鉆探系統(tǒng)部件承載的信號(hào)電流感應(yīng)第一磁場。電流傳感器包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈，所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈定位在磁性體上，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈構(gòu)造成產(chǎn)生第二磁場。其中，當(dāng)電流傳感器靠近信號(hào)電流定位并且至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生第二磁場時(shí)，電流傳感器適于使得：1)第二磁場使磁性體的第二部分交替地進(jìn)入和離開磁飽和，以調(diào)制在磁性體內(nèi)經(jīng)過的第一磁場，以及2)第一磁場的調(diào)制在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈中感應(yīng)調(diào)制信號(hào)。

本公開的另一個(gè)實(shí)施方式包括一種用于鉆探系統(tǒng)的遙測系統(tǒng)。該遙測系統(tǒng)包括接收器，該接收器包括磁性體，當(dāng)接收器靠近承載信號(hào)電流的鉆探系統(tǒng)部件時(shí)第一磁場沿著磁性體經(jīng)過，接收器還包括定位在磁性體上的至少一個(gè)勵(lì)磁線圈和定位在磁性體上的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈構(gòu)造成產(chǎn)生第二磁場使得當(dāng)至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生第二磁場時(shí)，由至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生第二磁場的至少大部分在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生明顯電壓。其中，接收器構(gòu)造成使磁性體的第二部分交替地進(jìn)入和離開磁飽和，由此調(diào)制至少部分地穿過至少一個(gè)勵(lì)磁線圈的第一磁場并且由此在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈中感應(yīng)調(diào)制信號(hào)。

本公開的另一實(shí)施方式包括一種用于沿著鉆探系統(tǒng)的鉆探系統(tǒng)部件傳輸信號(hào)電流的方法。該方法包括朝向由鉆探系統(tǒng)部件支承的電流傳感器傳輸信號(hào)電流。電流傳感器包括磁性體、由磁性體支承的至少一個(gè)勵(lì)磁線圈、以及由磁性體支承的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈。信號(hào)電流在磁性體內(nèi)產(chǎn)生第一磁場。方法包括經(jīng)由至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生第二磁場以使磁性體的第二部分交替地進(jìn)入和離開磁飽和，由此在磁性體內(nèi)調(diào)制第一磁場。響應(yīng)于產(chǎn)生步驟，當(dāng)調(diào)制的第一磁場的一部分經(jīng)過磁性體且經(jīng)過至少一個(gè)勵(lì)磁線圈的一部分時(shí)使調(diào)制的第一磁場在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈中感應(yīng)調(diào)制信號(hào)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的構(gòu)造成在包括遙測系統(tǒng)的大地地層中形成鉆孔的鉆探系統(tǒng)的示意性平面圖；

圖2是圖1中示出的鉆探系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；

圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的圖1中示出的鉆探系統(tǒng)和鉆柱的一部分的詳細(xì)側(cè)視圖，其圖示了由套管支承的電流傳感器；

圖4是與圖1和圖2中示出的鉆探系統(tǒng)的遙測系統(tǒng)進(jìn)行電子通信的計(jì)算裝置的框圖；

圖5是環(huán)繞圖2和圖3中示出的套管和鉆柱的電流傳感器的俯視圖；

圖6A是圖5中示出的電流傳感器的局部側(cè)視圖；

圖6B是圖6B中示出的電流傳感器的一部分的詳細(xì)側(cè)視圖；

圖6C是圖2和圖3中示出的電流傳感器的另一俯視圖，其圖示了沿著由信號(hào)電流和進(jìn)入驅(qū)動(dòng)線圈的驅(qū)動(dòng)電流感應(yīng)的電流傳感器的磁場的產(chǎn)生和路徑；

圖6D是圖6C中示出的電流傳感器的局部側(cè)視圖；

圖7是圖5中示出的電流傳感器的勵(lì)磁桿的俯視圖；

圖8是圖7中示出的勵(lì)磁桿的側(cè)視圖；

圖9是圖5中示出的電流傳感器的驅(qū)動(dòng)桿的俯視圖；

圖10是圖7中示出的勵(lì)磁桿的側(cè)視圖；

圖11A和圖11B分別是根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式的電流傳感器的俯視圖和截面圖；

圖12A和12B分別是根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式的電流傳感器的俯視圖和截面圖；以及

圖13A和圖13B是根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式的電流傳感器的側(cè)視圖；

圖13C是圖13A和圖13B中示出的電流傳感器的立體圖；

圖14是圖5中示出的構(gòu)造為開環(huán)傳感器的電流傳感器的電路的示意圖；

圖15是圖5中示出的構(gòu)造為閉環(huán)傳感器的電流傳感器的電路的示意圖；以及

圖16是圖示了用于在圖1至圖3中示出的鉆探系統(tǒng)中發(fā)送和接收鉆探數(shù)據(jù)的方法的框圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1和圖2，鉆探系統(tǒng)1構(gòu)造成在鉆探操作期間在大地地層3中鉆出鉆孔2。鉆探系統(tǒng)1包括：鉆柱6，該鉆柱6用于在大地地層3中形成鉆孔2；遙測系統(tǒng)100；以及至少一個(gè)計(jì)算裝置200，所述至少一個(gè)計(jì)算裝置200與遙測系統(tǒng)100進(jìn)行電子通信。遙測系統(tǒng)100可以包括至少一個(gè)接收器110和遙測工具120，該遙測工具120可以發(fā)送EM遙測信號(hào)，該EM遙測信號(hào)由在鉆柱中行進(jìn)的電流102

(在本文中稱為電流信號(hào)102)和在通向位于地面4處的接收器110的地層中的電場104(在本文中稱為電場信號(hào)104)構(gòu)成。信號(hào)電流102和電場信號(hào)104可以包括在其中編碼的關(guān)于鉆探操作的鉆探數(shù)據(jù)。計(jì)算裝置200可以駐留可以發(fā)起期望的解碼或信號(hào)處理的例如軟件應(yīng)用的一個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用，并且執(zhí)行用于監(jiān)測和分析在鉆探操作期間獲得的鉆探數(shù)據(jù)的各種方法，如將在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的。

本公開描述了遙測系統(tǒng)和提供對(duì)從鉆孔2中的較低深度或沿著地面4發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行可靠檢測的方法，其中，噪聲可能會(huì)影響信號(hào)接收。例如，當(dāng)電場信號(hào)104和電流信號(hào)102行進(jìn)至地面4并穿過不同的地層類型15和16(圖2)時(shí)，從鉆孔2中的較深深度發(fā)送至地面4的EM信號(hào)經(jīng)受衰減和噪聲。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，遙測系統(tǒng)100構(gòu)造成對(duì)通常被鉆探操作的噪聲污染的低頻信號(hào)電流——比如1Hz至100Hz的信號(hào)電流——進(jìn)行檢測。如本領(lǐng)域中已知的，較低頻率傳播的信號(hào)比較高頻率衰減得更少。然而，典型的電流傳感器在較低頻率下效率較低。對(duì)于本公開的電流傳感器，在較低頻率處的測量效率不被降低。對(duì)于井下應(yīng)用，在較低頻率下的更靈敏的電流檢測允許來自較低鉆孔深度的數(shù)據(jù)發(fā)送。對(duì)于地面應(yīng)用，電流傳感器30可以沿著任何導(dǎo)電路徑使用以檢測信號(hào)電流。例如，電流傳感器30定位成環(huán)繞BOP(防噴器)上方或下方的信號(hào)電流，或者電流傳感器30井下附接至地面套管28。在示例性實(shí)施方式中，電流傳感器30可以位于BOP下方，在某種程度上的原因是：電流傳感器的定位越接近井下工具，通常發(fā)現(xiàn)最大信號(hào)電流。在另一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器可以附接至地面套管的底部并且安裝在井中。

遙測系統(tǒng)100可以包括信號(hào)電流102檢測、或EM電場信號(hào)104檢測、或信號(hào)電流102檢測和電場信號(hào)104檢測的組合。當(dāng)可檢測信號(hào)行進(jìn)通過鉆管時(shí)，可以使用EM信號(hào)電流檢測。應(yīng)當(dāng)理解的是，EM信號(hào)檢測通常是指電場信號(hào)檢測或準(zhǔn)靜態(tài)場信號(hào)檢測。在操作中，電場被檢測為通常在天線電極20a與天線電極20b之間或者在天線20a或20b與連接至地面套管28或BOP 29的點(diǎn)之間測量的電壓信號(hào)。當(dāng)?shù)貙有再|(zhì)或噪聲降低EM電壓信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，可以使用信號(hào)電流102檢測。應(yīng)當(dāng)理解的是，檢測EM電信號(hào)104不是用于鉆探系統(tǒng)1中的可靠信號(hào)檢測的必要組成部分。

繼續(xù)參照?qǐng)D1和圖2，鉆探系統(tǒng)1構(gòu)造成沿著鉆孔軸E在大地地層3中鉆出鉆孔2，使得鉆孔軸E至少部分地沿著豎向方向V延伸。豎向方向V是指垂直于大地地層3的地面4的方向。應(yīng)當(dāng)理解的是，鉆柱6可以構(gòu)造成用于定向鉆探，由此鉆孔2的全部或一部分沿水平方向H相對(duì)于豎直方向V成角度地偏移。水平方向H大體上垂直于豎向方向V，以與地面4對(duì)準(zhǔn)或平行于地面4。本文中所使用的術(shù)語“水平的”和“豎向的”是如鉆探領(lǐng)域中所理解的那樣，并且是這樣的近似。因而，水平方向H可以沿垂直于豎向方向V的任何方向擴(kuò)展，例如北、東、南和西以及北、東、南和西之間的任何增量方向。此外，井下或井下位置指的是相比于鉆柱6的頂端更接近鉆柱6的底端的位置。因此，井下方向D(圖2)是指從地面4朝向鉆孔2的底端(未編號(hào))的方向，而井上方向U(圖2)是指從鉆孔2的底端朝向地面4的方向。井下方向D和井上方向U對(duì)于定向鉆探操作可以是曲線的。因而，鉆探方向或井身軌跡按照上文指出的任何特定地理方向部分地沿豎向方向V和水平方向H(圖2)延伸。

繼續(xù)參照?qǐng)D1和圖2，鉆探系統(tǒng)1包括支承鉆柱6的井架5。防噴器(BOP)29可以定位在地面處的鉆孔上方。在BOP 29下方的結(jié)構(gòu)可以支承BOP 29并且朝向鉆孔延伸。套管28沿井下方向D延伸到地層3中。鉆柱6沿著中心縱向軸線26呈長形，并且鉆柱6包括頂端8和沿著中心縱向軸線26與頂端8間隔開的底端10。鉆柱6還沿著與中心縱向軸線26對(duì)準(zhǔn)的縱向方向(未編號(hào))延伸。鉆柱6包括限定鉆柱6和內(nèi)部通道(未編號(hào))的多個(gè)鉆柱部件，鉆探泥漿沿井下方向D行進(jìn)通過該內(nèi)部通道。諸如頂驅(qū)或轉(zhuǎn)盤的一個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)構(gòu)造成使鉆柱6、鉆頭14或鉆柱6和鉆頭14兩者旋轉(zhuǎn)，以便控制鉆頭14的旋轉(zhuǎn)速度(RPM)和鉆頭14上的扭矩。泵14構(gòu)造成通過鉆柱6中的內(nèi)部通道(未示出)向下泵送鉆探泥漿(泵和流體未示出)。當(dāng)鉆探泥漿在鉆頭14處離開鉆柱6時(shí)，返回的鉆探泥漿通過環(huán)形通道13(圖3)向上朝向地面4流動(dòng)，該環(huán)形通道13形成在鉆柱6與大地地層3的限定鉆孔2的壁(未編號(hào))之間?？蛇x地，在鉆柱6的井下位置處可以設(shè)置有泥漿馬達(dá)，以使鉆頭14獨(dú)立于鉆柱6的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤、泵和其他部件可以產(chǎn)生影響鉆探現(xiàn)場處的信號(hào)檢測的噪聲。

參照?qǐng)D1和圖2，遙測系統(tǒng)100包括將信號(hào)電流102傳輸至接收器110的遙測工具120。遙測工具120包括發(fā)送器、電源、電極和支承發(fā)送器的一部分的殼體(未示出遙測工具120的細(xì)節(jié))。遙測工具120可以電連接至一個(gè)或更多個(gè)傳感器。傳感器中的一些傳感器可以位于井下并連接至工具120。其他傳感器可以位于地面處或地面附近，例如在井架上，并且連接至其他工具。遙測工具發(fā)送器可以包括調(diào)制器，該調(diào)制器構(gòu)造成將鉆探數(shù)據(jù)編碼到經(jīng)由發(fā)送器發(fā)送的信號(hào)中。發(fā)送器可以構(gòu)造成沿著鉆柱6中的導(dǎo)電路徑傳播信號(hào)電流，以在地面4處進(jìn)行檢測。鉆柱中的電流或在例如套管28和或BOP29的鉆塔位置與天線20a和/或天線20b之間或在天線對(duì)20a與20b之間的電壓可以被測量用以接收來自遙測工具120的數(shù)據(jù)。鉆探數(shù)據(jù)可以包括但不限于諸如傾斜、方位角和工具面數(shù)據(jù)的方向數(shù)據(jù)、地層特性、鉆柱和鉆頭振動(dòng)數(shù)據(jù)、鉆壓(WOB)數(shù)據(jù)和鉆壓扭矩(TOB)和壓力數(shù)據(jù)。如下面進(jìn)一步詳述的，鉆探數(shù)據(jù)可以通過在鉆孔2中的井下位置處的傳感器和/或通過位于地面4處或附近的傳感器而獲得。

轉(zhuǎn)向圖4，遙測系統(tǒng)100例如接收器110可以包括構(gòu)造成檢測信號(hào)電流102的至少一個(gè)電流傳感器30(圖3)。接收器110可以包括接收器部件112和解調(diào)器114。接收器部件可以包括電源、控制器和處理器、振蕩器和有助于信號(hào)處理的其他部件。電流傳感器30與接收器部件112進(jìn)行電子通信。接收器部件可以電連接至解調(diào)器114和/或計(jì)算裝置200。解調(diào)器114可以直接或間接地與計(jì)算裝置進(jìn)行電子通信。接收器110還可以包括天線對(duì)20a和20b，天線對(duì)20a和20b檢測由遙測工具120發(fā)送的EM信號(hào)104。接收器100可以處理檢測到的信號(hào)102和104，并且附加地或替代性地將檢測到的信號(hào)102和104傳遞至計(jì)算裝置200用于進(jìn)一步處理。

繼續(xù)參照?qǐng)D4，鉆探系統(tǒng)1可以包括與遙測系統(tǒng)100進(jìn)行電子通信的一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算裝置200。計(jì)算裝置200構(gòu)造成接收、處理和存儲(chǔ)各種鉆探操作信息。如圖示的，計(jì)算裝置可以與接收器110進(jìn)行電子通信。接收器110可以接收通過電流傳感器30以及天線對(duì)20a和20b獲得的且從位于井下位置處的遙測工具120發(fā)送的信號(hào)102和/或信號(hào)104，和或接收從地面4處或地面4附近的位置發(fā)送的信號(hào)。

任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算裝置200可以構(gòu)造成駐留構(gòu)造成對(duì)編碼于信號(hào)102、信號(hào)104中的鉆探數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并且進(jìn)一步監(jiān)視和分析鉆探數(shù)據(jù)的軟件應(yīng)用。將理解的是，計(jì)算裝置200可以包括任何適當(dāng)?shù)难b置，其示例包括臺(tái)式計(jì)算裝置、服務(wù)器計(jì)算裝置或諸如筆記本電腦、平板電腦或智能手機(jī)之類的便攜式計(jì)算裝置。在圖4中圖示的示例性構(gòu)型中，計(jì)算裝置200包括處理部分202、存儲(chǔ)器部分204、輸入/輸出部分206和用戶接口(UI)部分208。要強(qiáng)調(diào)的是，計(jì)算裝置200的框圖描繪是示例性的而并非旨在表明特定實(shí)施方案和/或構(gòu)型。處理部分202、存儲(chǔ)器部分204、輸入/輸出部分206和用戶接口部分208可以耦合在一起以允許其之間的通信。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以將以上部件中的任何部件在一個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的裝置和/或位置分布。

在各種實(shí)施方式中，輸入/輸出部分206包括計(jì)算裝置200的接收器、計(jì)算裝置200的發(fā)送器(勿與下面所描述的遙測工具120的部件相混淆)或用于有線連接的電子聯(lián)接器或其組合。輸入/輸出部分206能夠接收和/或提供關(guān)于與網(wǎng)絡(luò)諸如例如因特網(wǎng)通信的信息。應(yīng)當(dāng)理解的是，發(fā)送和接收功能也可以由在計(jì)算裝置200外部的一個(gè)或更多個(gè)裝置來提供。例如，輸入/輸出部分206可以與接收器110進(jìn)行電子通信。

取決于處理器的確定構(gòu)型和類型，存儲(chǔ)器部分204可以是易失性的(比如某些類型的RAM)、非易失性的(諸如ROM、閃存等)或其組合。計(jì)算裝置200可以包括附加存儲(chǔ)裝置(例如，可移動(dòng)存儲(chǔ)裝置和/或不可移除存儲(chǔ)裝置)，該附加存儲(chǔ)裝置包括但不限于磁帶條(tape)、閃存、智能卡、CD-ROM、數(shù)字通用光盤(DVD)或其他光學(xué)存儲(chǔ)裝置、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲(chǔ)裝置或其他磁性存儲(chǔ)裝置、通用串行總線(USB)兼容存儲(chǔ)器或者可以用于存儲(chǔ)信息并且可以被計(jì)算裝置200訪問的任何其他介質(zhì)。

計(jì)算裝置200可以包含用戶接口部分208，該用戶接口部分208可以包括允許用戶與計(jì)算裝置200通信的輸入裝置和/或顯示器(輸入裝置和顯示器未示出)。用戶接口208可以包括輸入(inputs)，所述輸入提供經(jīng)由例如按鈕、軟鍵、鼠標(biāo)、語音致動(dòng)控制器、觸摸屏、計(jì)算裝置200的運(yùn)動(dòng)、視覺提示(例如，使手在計(jì)算裝置200上的攝像機(jī)前方移動(dòng))等來控制計(jì)算裝置200的能力。用戶接口208可以提供輸出，所述輸出包括視覺信息，比如經(jīng)由顯示器213(未示出)的一個(gè)或更多個(gè)鉆探參數(shù)的多個(gè)操作范圍的視覺指示。其他輸出可以包括音頻信息(例如，經(jīng)由揚(yáng)聲器)、機(jī)械地(例如，經(jīng)由振動(dòng)機(jī)構(gòu))或其組合。在各種構(gòu)型中，用戶接口208可以包括顯示器、觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)、加速度計(jì)、運(yùn)動(dòng)檢測器、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、相機(jī)或其任何組合。用戶接口208還可以包括用于輸入生物測定信息的任何適當(dāng)?shù)难b置以例如要求用于訪問計(jì)算裝置200的特定生物信息，其中，生物信息諸如例如為指紋信息、視網(wǎng)膜信息、語音信息和/或面部特征信息。

示例性架構(gòu)可以包括一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算裝置200，所述一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算裝置200中的每個(gè)計(jì)算裝置可以經(jīng)由公用通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(未示出)和遙測系統(tǒng)100進(jìn)行電子通信。數(shù)據(jù)庫可以與計(jì)算裝置200分離，或者也可以是計(jì)算裝置200的存儲(chǔ)器部分204的部件。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以設(shè)想許多適當(dāng)?shù)奶娲ㄐ偶軜?gòu)。一旦如上所述應(yīng)用程序已經(jīng)被安裝到計(jì)算裝置200上，則應(yīng)用程序可以在諸如例如因特網(wǎng)的公用網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算裝置之間傳遞信息。對(duì)于實(shí)例構(gòu)型，用戶可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)向遙測工具120的供應(yīng)商的計(jì)算裝置發(fā)送有關(guān)一個(gè)或更多個(gè)鉆探參數(shù)的信息，或者引起至遙測工具120的供應(yīng)商的計(jì)算裝置的關(guān)于一個(gè)或更多個(gè)鉆探參數(shù)的經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)的信息的發(fā)送，或者替代性地經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)向例如石油公司或石油服務(wù)公司的另一第三方的計(jì)算裝置發(fā)送信息。第三方可以通過顯示器查看鉆探數(shù)據(jù)。此外，用戶可以從計(jì)算裝置200的構(gòu)件部分204訪問鉆探數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，如本文所使用的“訪問”或“正訪問”可以包括檢索在本地計(jì)算裝置的存儲(chǔ)器部分中存儲(chǔ)的信息、或者經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程計(jì)算裝置發(fā)送指令以使該信息被發(fā)送至本地計(jì)算裝置的存儲(chǔ)器部分以用于本地訪問。另外或替代性地，訪問可以包括訪問遠(yuǎn)程計(jì)算裝置200的存儲(chǔ)器部分中存儲(chǔ)的信息。計(jì)算裝置200可以由例如鉆探場地的鉆機(jī)操作者、鉆探場地所有者、石油服務(wù)鉆探公司和/或鉆探系統(tǒng)部件的任何制造商或供應(yīng)商，或其他服務(wù)提供商來全部或部分地操作。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上闡述的各方中的每方和/或其他相關(guān)方可以操作任何數(shù)量的相應(yīng)計(jì)算裝置，并且可以使用包括例如廣域網(wǎng)(WAN’S)比如互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)(LAN’S)的任何數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)來內(nèi)部地和外部地通信。

轉(zhuǎn)向圖2和圖3，電流傳感器30可以由承載信號(hào)電流102的鉆探系統(tǒng)部件25支承。鉆探系統(tǒng)部件25可以是鉆探系統(tǒng)1的任何部分或部分。例如，鉆探系統(tǒng)部件25可以包括井架5的任何零件或部分、平臺(tái)(未示出)、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、套管28、防噴器29、鉆柱6及其部分(諸如例如鉆管、鉆鋌、井底鉆具組件)和井下工具。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，電流傳感器30位于BOP 29下方且靠近鉆柱6，使得信號(hào)電流102延伸通過電流傳感器30。在替代性實(shí)施方式中，電流傳感器30可以定位在井中以便由套管28支承并且圍繞套管28延伸。對(duì)于近海應(yīng)用，電流傳感器30可以放置在井口處的海底，以便檢測在海底下面的鉆柱上行進(jìn)的信號(hào)。

參照?qǐng)D5和圖6A，電流傳感器30可以定位成檢測穿過鉆探系統(tǒng)部件25的信號(hào)電流102。電流傳感器30包括磁性體32、由磁性體32支承的至少一個(gè)勵(lì)磁線圈38、以及由磁性體32支承的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈，比如第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，至少一個(gè)勵(lì)磁線圈38由磁性體32的第一部分支承，并且至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈，比如第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42，由磁性體32的第二部分支承。

繼續(xù)參照?qǐng)D5和圖6A，磁性體32可以具有第一或場本體部件34和第二或驅(qū)動(dòng)本體部件36，該第一或場本體部件34和第二或驅(qū)動(dòng)本體部件36布置成限定沿方向A延伸穿過磁性體32的通道44。電流傳感器30限定橫向于方向A(圖6A)的軸線46以及從軸線46向內(nèi)間隔開的中心48。磁性體32圍繞中心48沿著軸線46延伸，由此限定通道44。磁性體32還可以限定當(dāng)信號(hào)電流102穿過通道44時(shí)磁場可以沿著其行進(jìn)的路徑。例如，路徑可以沿著軸線46的一部分或全部延伸。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，場本體部件34可以限定間隙50(圖5和圖6B)。例如，場本體部件可以包括間隔開以限定間隙50的端部部分。驅(qū)動(dòng)本體部件36可以構(gòu)造成橫跨間隙50。間隙50可以是在場本體部件34的部分之間延伸的物理間隙。間隙50還可以限定在穿過磁性體32的磁場BC(圖6C)的路徑中的中斷。因而，驅(qū)動(dòng)本體部件36可以橫跨間隙50，以便生成針對(duì)磁場流動(dòng)的路徑。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)本體部件36可以附接至場本體部件34，以便限定與間隙50相鄰的重疊部69(參見圖6B和圖6C)，從而在場本體部件34與驅(qū)動(dòng)本體部件36之間提供磁性路徑，如將在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的。重疊部69導(dǎo)致第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42與軸線46之間沿方向A(或橫向于軸線46的任何方向)的偏移。偏移可以通過使由驅(qū)動(dòng)線圈40和42產(chǎn)生的磁場與勵(lì)磁線圈38解耦來幫助促進(jìn)信號(hào)檢測。在替代性實(shí)施方式中，間隙50可以是由于一種材料至另一種材料的轉(zhuǎn)變而引起的磁場的路徑中的中斷。例如，場本體部件34可以由第一材料形成，并且間隙50可以包括由橫跨間隙50的第二材料形成的本體。場本體部件34在說明書中可以可互換地稱為第一本體部件34或磁性體32的第一部分。類似地，驅(qū)動(dòng)本體部件36在本說明書中可以互換地稱為第二本體部件36或磁性體32的第二部分。

轉(zhuǎn)向圖5，磁性體32可以定形狀和定尺寸為接納鉆探系統(tǒng)部件25。磁性體32可以具有環(huán)繞鉆探系統(tǒng)部件25的任何適當(dāng)?shù)男螤?。根?jù)圖示的實(shí)施方式，當(dāng)電流傳感器30定位在BOP 29下方時(shí)(如圖3所示)，鉆柱6的縱向軸線26可以穿過通道44的中心48或靠近通道44的中心48。替代性地，電流傳感器30可以構(gòu)造成使得當(dāng)其位于靠近BOP 29或在BOP 29上時(shí)，通道44的中心48可以偏離鉆柱6的縱向軸線26。因此，磁性體32可以呈大致圓形、正方形、直線形、菱形、三角形、五邊形、六邊形、八邊形、或繞中心48延伸的任何其他適當(dāng)?shù)男螤睢?/p>

繼續(xù)參照?qǐng)D5，場本體部件34包括至少一個(gè)勵(lì)磁桿(field bar)56。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，場本體部件34包括多個(gè)勵(lì)磁桿56a、56b、56c、56d、56e、56f、56g和56h，所述多個(gè)勵(lì)磁桿56a、56b、56c、56d、56e、56f、56g和56h互相連接以沿著軸線46延伸并且部分地限定通道44和間隙50。間隙50從勵(lì)磁桿56a的端部70a和勵(lì)磁桿56h的端部70b延伸。可以修改連接在一起的勵(lì)磁桿56的數(shù)量，使得場本體部件34的尺寸可以被調(diào)節(jié)以適應(yīng)鉆探系統(tǒng)部件25的尺寸。例如，更多的勵(lì)磁桿56可以連接在一起用于較大直徑的鉆探系統(tǒng)部件25，而對(duì)于通常具有較小直徑的鉆管部段或其他部件可能需要較少的勵(lì)磁桿56。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，八個(gè)勵(lì)磁桿56a至56h沿著軸線46連接，以便限足夠定尺寸以接納鉆探系統(tǒng)部件的通道44。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用多于八個(gè)的勵(lì)磁桿56或少于八個(gè)的勵(lì)磁桿58來限定場本體部件34。勵(lì)磁桿56可以通過緊固件68或其他器件連接在一起。此外，緊固件68(圖6A)允許相鄰的勵(lì)磁桿56在組裝期間沿著鉆探系統(tǒng)部件25相對(duì)于彼此樞轉(zhuǎn)。緊固件68隨后可以被緊固，以便使在重疊部69處的相鄰的勵(lì)磁桿56之間的間距最小化?？赡芷谕谥丿B部69中插入磁性糊料(magnetic paste)，以便使沿著磁性體32穿過重疊部69的磁場的破壞降至最低。

轉(zhuǎn)向圖7和圖8，每個(gè)勵(lì)磁桿56包括長形本體60，該長形本體60具有相對(duì)的端部62a和62b、沿方向A相對(duì)于彼此間隔開的相對(duì)的上表面64a和下表面64b、以及沿垂直于方向A的方向R間隔開的相對(duì)的側(cè)部65a和65b。每個(gè)勵(lì)磁桿56還可以限定最大截面尺寸T，該最大截面尺寸T在相對(duì)的端部62a和62b之間的位置沿方向A朝向端部62a和62b或在端部62a和62b的中點(diǎn)處從上表面64a延伸至下表面64b。每個(gè)勵(lì)磁桿56可以限定沿方向R從側(cè)部65a延伸至側(cè)部65b的寬度以及沿著垂直于方向A和方向R的方向L從端部62a延伸至端部62b的長度。寬度可以根據(jù)需要在.1英寸至幾英寸之間。例如，在替代性實(shí)施方式中，勵(lì)磁桿56可以具有略小于鉆探系統(tǒng)部件25的外周長的長度，使得整體式勵(lì)磁桿56限定場本體部件34。每個(gè)勵(lì)磁桿56限定孔口66，所述孔口66定尺寸為接納緊固件68。緊固件68(圖6A)在重疊構(gòu)型中將相鄰的勵(lì)磁桿56連接在一起。盡管勵(lì)磁桿56示出為直線形長形本體，但勵(lì)磁桿56可以具有其他形狀。例如，勵(lì)磁桿56可以包括相對(duì)于中心48限定弧的彎曲本體。當(dāng)這種彎曲本體連接在一起時(shí)，場本體部件限定更為圓形的構(gòu)型。

繼續(xù)參照?qǐng)D5，至少一個(gè)勵(lì)磁線圈38沿著場本體部件34定位并且環(huán)繞場本體部件34。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，通向所有場本體部件34的部分可以包括勵(lì)磁線圈38。例如，電流傳感器30可以包括圍繞相應(yīng)的勵(lì)磁桿56b、56c、56d、56e、56f、56g纏繞的多個(gè)勵(lì)磁線圈38a、38b、38c、38d、38e、38f。勵(lì)磁線圈38a至38f可以沿著具有接收器部件112和解調(diào)器114的電路300、400(圖14和圖15)串聯(lián)放置。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，勵(lì)磁桿56a和勵(lì)磁桿56h附接至驅(qū)動(dòng)本體部件36并且可以不包括勵(lì)磁線圈38，以使由驅(qū)動(dòng)線圈40和42以及勵(lì)磁線圈38產(chǎn)生的磁場之間的干擾降至最低。多個(gè)勵(lì)磁線圈38a至38g經(jīng)由端子39b電連接至解調(diào)器114(圖14和圖16)。此外，39a接地至電路300。

每個(gè)勵(lì)磁線圈38包括至少一個(gè)繞組層或多個(gè)繞組層。在示例性實(shí)施方式中，每個(gè)繞組層可以包括10匝至10,000匝之間。在示例性實(shí)施方式中，24規(guī)格線材可以使用在線圈中。應(yīng)當(dāng)理解的是，如果使用較小規(guī)格或更粗規(guī)格的線材，則每層更多或更少的匝可以用于產(chǎn)生期望的電阻。

場本體部件34圖示為包括連接在一起以便部分地限定通道44的多個(gè)勵(lì)磁桿56以及圍繞場本體部件34設(shè)置的多個(gè)勵(lì)磁線圈38。根據(jù)替代性實(shí)施方式，場本體部件34可以構(gòu)造為相對(duì)于通道44的中心沿著軸線46延伸的整體式磁性體。例如，場本體部件34可以構(gòu)造為帶繞磁芯(參見圖11A)或由磁性材料形成的整體式環(huán)形環(huán)(圖12)。換句話說，場本體部件34可以是具有至少部分地限定通道44的形狀的任何磁性結(jié)構(gòu)。此外，場本體部件34還可以根據(jù)需要沿方向A限定任何適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤?，以附接至鉆探系統(tǒng)部件35。場本體部件可以由任何磁性材料制成。

返回轉(zhuǎn)向圖5、圖6A和圖6B，驅(qū)動(dòng)本體部件36構(gòu)造成在偏離如上所述的軸線46的位置處支承至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)本體部件36包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)桿，比如第一驅(qū)動(dòng)桿52和第二驅(qū)動(dòng)桿54。第一驅(qū)動(dòng)桿52和第二驅(qū)動(dòng)桿54附接至相鄰的勵(lì)磁桿56a和56h且與相鄰的勵(lì)磁桿56a和56h重疊，以便橫跨間隙50，從而在驅(qū)動(dòng)桿52和54與勵(lì)磁桿56a和56h之間提供潛在的磁路。第一驅(qū)動(dòng)桿52和第二驅(qū)動(dòng)桿54可以沿垂直于方向L的方向A堆疊(圖6B)。圖示的堆疊構(gòu)型使第一驅(qū)動(dòng)桿52和第二驅(qū)動(dòng)桿54沿方向A相對(duì)于軸線46偏移，這使得相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)線圈40和42相對(duì)于軸線46偏移。第一線圈40和第二線圈42可以限定相應(yīng)的第一驅(qū)動(dòng)線圈軸線53和第二驅(qū)動(dòng)線圈軸線55。第一線圈和第二線圈可以圍繞相應(yīng)的軸線53和55延伸或轉(zhuǎn)動(dòng)，并且沿方向L沿著軸線53和軸線55延伸。第一驅(qū)動(dòng)桿52和第二驅(qū)動(dòng)桿54附接至相鄰的勵(lì)磁桿56a和56h的相應(yīng)的上表面64a和下表面64b，使得第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42沿方向A彼此間隔開。此外，偏移使第一驅(qū)動(dòng)線圈軸線53和第二驅(qū)動(dòng)線圈軸線55沿方向A或相對(duì)于A成角度地偏移的任何方向遠(yuǎn)離軸線46間隔開。緊固件68可以將第一驅(qū)動(dòng)桿52和第二驅(qū)動(dòng)桿54附接至相鄰的勵(lì)磁桿56a和56h。緊固件68可以使在重疊部69處在驅(qū)動(dòng)桿52和54與勵(lì)磁桿56a和56h之間的間距最小化。可能期望在重疊部69中插入磁性糊料，以便使經(jīng)過驅(qū)動(dòng)本體組件36內(nèi)通向場本體部件34的磁場的破壞降至最低。

轉(zhuǎn)向圖9和圖10，每個(gè)驅(qū)動(dòng)桿52和54包括長形本體70，該長形本體70具有沿方向L間隔開的相對(duì)的端部72a和72b、沿方向A相對(duì)于彼此間隔開的相對(duì)的上表面74a和下表面74b、以及沿方向R間隔開的相對(duì)的側(cè)部78a和78b。每個(gè)驅(qū)動(dòng)桿52和54限定孔口76，該孔口76的尺寸設(shè)定為接收緊固件68，該緊固件68將驅(qū)動(dòng)桿52和54連接至勵(lì)磁桿56a和56h。每個(gè)驅(qū)動(dòng)桿52和54可以限定第二或驅(qū)動(dòng)桿最大截面尺寸D，該最大截面尺寸D在相對(duì)的端部72a和72b之間在本體70的中點(diǎn)處或附近沿方向A從上表面74a延伸至下表面74b。第一驅(qū)動(dòng)桿最大截面尺寸D1可以小于場驅(qū)動(dòng)桿最大截面尺寸T。此外，第二驅(qū)動(dòng)桿最大截面尺寸D2可以小于場驅(qū)動(dòng)桿最大截面尺寸T。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，組合的第一驅(qū)動(dòng)桿截面尺寸和第二驅(qū)動(dòng)桿截面尺寸D1+D2可以小于場驅(qū)動(dòng)桿最大截面尺寸T。每個(gè)驅(qū)動(dòng)桿52和54可以限定沿垂直于方向A的方向R從側(cè)部78a延伸至側(cè)部78b的寬度以及沿垂直于方向A和R的方向L從端部72a延伸至端部72b的長度。在示例性實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)桿的截面面積可以小于勵(lì)磁桿的截面。應(yīng)當(dāng)理解的是，驅(qū)動(dòng)桿的截面面積可以與勵(lì)磁桿的截面面積相同或大于勵(lì)磁桿的截面面積。雖然驅(qū)動(dòng)桿52和54示出為具有線性本體，但是驅(qū)動(dòng)桿52和54可以限定其他形狀，比如構(gòu)造成相對(duì)于中心48限定弧的彎曲本體。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6A和圖6B，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈由驅(qū)動(dòng)本體部件36支承。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42以堆疊構(gòu)型環(huán)繞相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)桿52和54。第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42可以沿著電路300或400串聯(lián)連接(圖14和圖15)。電路300、電路400可以包括至少電源(未示出)，該電源可以產(chǎn)生通過第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42的驅(qū)動(dòng)電流106。此外，每個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈40和42可以沿著電路經(jīng)由端子39c和39d(在圖14和圖15中圖示為端子41c和41d)進(jìn)行物理連接。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用多于一個(gè)的電源，使得單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電流可以施加至第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42。

每個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈40和42可以包括至少一個(gè)繞組層或多個(gè)繞組層。在示例性實(shí)施方式中，每個(gè)層可以包括10匝至10,000匝之間。在示例性實(shí)施方式中，24規(guī)格線材可以使用在線圈中。應(yīng)當(dāng)理解的是，如果使用較小或較粗規(guī)格的線材，則每層可以使用更多或更少的匝以產(chǎn)生期望的電阻。

在替代性實(shí)施方式中，電流傳感器可以構(gòu)造成使得至少一個(gè)勵(lì)磁線圈可以環(huán)繞至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈(未示出)。在這樣的實(shí)施方式中，盡管由至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生的磁場在勵(lì)磁線圈內(nèi)部，但是由至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生的凈磁場基本上為零，并且因此如果有的話很少，電壓被感應(yīng)到勵(lì)磁線圈中。這是由于驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生彼此相等且相反的磁場，并且周圍的勵(lì)磁線圈僅測量磁性體內(nèi)部的凈場。因此，當(dāng)至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈可以由磁性體的第二部分支承時(shí)，至少一個(gè)勵(lì)磁線圈可以由磁性體的第一部分和第二部分支承。在這種實(shí)施方式中，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)本體部件可以被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入和離開磁飽和，并且由此調(diào)制在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈中感應(yīng)的電壓。

磁性體32，例如場本體部件34和驅(qū)動(dòng)本體部件36可以由磁性材料形成。通常，磁性材料具有相對(duì)高的磁導(dǎo)率，其可以限制和導(dǎo)引磁場。例如，磁性材料例如可以是任何硬的和軟的含鐵材料，比如包括其合金和其復(fù)合材料的鐵氧體、鋼、鐵和/或鎳。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖11A至圖13B，示出了磁性體32的替代性實(shí)施方式。圖11A和圖11B圖示了電流傳感器90，該電流傳感器90包括構(gòu)造為帶繞磁芯156的場本體部件134。驅(qū)動(dòng)本體部件36包括支承相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)線圈40和42的一對(duì)驅(qū)動(dòng)桿52和54?？梢匝貛Ю@磁芯156的長度設(shè)置有勵(lì)磁線圈38。

在圖12A和圖12B中示出的實(shí)施方式中，電流傳感器94包括構(gòu)造為連接的多個(gè)勵(lì)磁桿56的第一本體部件34或者整體式本體。根據(jù)圖12A和12B中示出的替代性實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)本體部件36可以是附接至場本體部件34以橫跨間隙50的環(huán)形本體80。第一驅(qū)動(dòng)線圈40和第二驅(qū)動(dòng)線圈42可以環(huán)繞環(huán)形本體80的相對(duì)兩個(gè)側(cè)部。在這樣的實(shí)施方式中，環(huán)形本體80沿方向A偏離軸線46，并且驅(qū)動(dòng)線圈40和42沿相對(duì)于軸線46和方向A成角度地偏移的方向R偏離軸線46。根據(jù)替代性實(shí)施方式，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流被供給至線圈40和42時(shí)，驅(qū)動(dòng)磁場BD的至少大部分將未在勵(lì)磁線圈38中產(chǎn)生電壓，例如電動(dòng)勢(shì)。在該構(gòu)型中，勵(lì)磁線圈也可以放置在驅(qū)動(dòng)線圈組件周圍而不是放置在場本體部件34(未示出)上。

在如圖13A至圖13C所示的又一實(shí)施方式中，電流傳感器96可以包括構(gòu)造為偏移環(huán)形組件的磁性體232。偏移環(huán)形組件包括聯(lián)接至第二或驅(qū)動(dòng)環(huán)形部段86的第一或場環(huán)形部段84，該第二或驅(qū)動(dòng)環(huán)形部段86相對(duì)于場環(huán)形部段84旋轉(zhuǎn)約90度。場環(huán)形部段84在本體部件236處聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)環(huán)形部段86。本體部件236可以循環(huán)進(jìn)入和離開磁飽和。場環(huán)形部段84包括勵(lì)磁線圈38，并且驅(qū)動(dòng)環(huán)形部段86包括驅(qū)動(dòng)線圈40。驅(qū)動(dòng)線圈構(gòu)造成產(chǎn)生磁場，其大部分未在勵(lì)磁線圈38中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，部分原因在于驅(qū)動(dòng)線圈40相對(duì)于場環(huán)形部段84的旋轉(zhuǎn)和橫向偏移。因而，驅(qū)動(dòng)線圈布置成使得其磁場未在勵(lì)磁線圈38中感應(yīng)電壓。應(yīng)當(dāng)理解的是，該實(shí)施方式不限于環(huán)形部件，并且可以使用任何數(shù)量的驅(qū)動(dòng)本體部件和場本體部件的構(gòu)型來檢測信號(hào)電流102。

現(xiàn)在參照?qǐng)D6C和圖6D，場本體部件34和驅(qū)動(dòng)本體部件36的磁性允許磁性體32在磁場BC可以沿著磁性體32被引導(dǎo)而不破壞的狀態(tài)與磁性體32不允許磁場BC沿著磁性體32經(jīng)過——即磁場BC被中斷——的狀態(tài)之間重復(fù)。當(dāng)磁場BC由信號(hào)電流102產(chǎn)生時(shí)，磁性體32的磁性以及驅(qū)動(dòng)線圈40和42相對(duì)于磁性體上的勵(lì)磁線圈38的布置允許磁性體32的磁性狀態(tài)的控制迭代。結(jié)果是低電平、可靠的信號(hào)電流檢測。

繼續(xù)參照?qǐng)D6C和圖6D，接下來將參照?qǐng)D6C和圖6D來描述電流傳感器30的操作。當(dāng)電流102穿過電流傳感器30時(shí)，第一磁場BC沿著磁性體32產(chǎn)生(圖6C)。第一磁場BC沿著下述路徑穿過重疊部69且穿過驅(qū)動(dòng)桿52和54：該路徑沿著場本體部件34中的軸線46延伸。施加驅(qū)動(dòng)電流106，驅(qū)動(dòng)線圈40和42在驅(qū)動(dòng)本體部件36例如驅(qū)動(dòng)桿52和54(圖6B)內(nèi)產(chǎn)生第二磁場BD。驅(qū)動(dòng)線圈40和42相對(duì)于勵(lì)磁線圈38布置成使得第二磁場的產(chǎn)生未在勵(lì)磁線圈38中產(chǎn)生電壓。例如，第二磁場未在勵(lì)磁線圈38中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。即使第二磁場確實(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則電動(dòng)勢(shì)也是可忽略的。驅(qū)動(dòng)電流106可以是交流電。驅(qū)動(dòng)電流106的施加使驅(qū)動(dòng)桿52和54循環(huán)進(jìn)入和離開磁飽和。例如，驅(qū)動(dòng)電流106和第二磁場BD使驅(qū)動(dòng)桿52和54在1)第一階段與2)第二階段之間循環(huán)，其中，在第一階段中，驅(qū)動(dòng)桿52和54被磁飽和以在間隙50處的時(shí)刻在第一磁場BD的路徑中引起中斷，在第二階段中，驅(qū)動(dòng)桿52和54逐漸失去磁飽和，以便消除在第一階段期間產(chǎn)生的路徑中的中斷。在第一階段與第二階段之間的循環(huán)使得驅(qū)動(dòng)桿52和54被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入和離開磁飽和，調(diào)制第一磁場BC由此產(chǎn)生調(diào)制的磁場BM。循環(huán)可能會(huì)以為信號(hào)電流的最高頻率的至少兩倍的頻率發(fā)生。因此，第一磁場BC可以以為信號(hào)電流的最高頻率的至少兩倍的頻率被調(diào)制。當(dāng)調(diào)制的磁場BM在磁性體32內(nèi)穿過勵(lì)磁線圈38時(shí)，在勵(lì)磁線圈38中產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)M。例如，調(diào)制磁場BM可以在勵(lì)磁線圈38中產(chǎn)生電壓。調(diào)制信號(hào)M隨后如下所述被進(jìn)一步處理。交流電的替代是利用切換的直流電。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖14，電流傳感器可以構(gòu)造為開環(huán)信號(hào)傳感器130。開環(huán)傳感器130可以根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一實(shí)施方式包括磁性體32、由場本體部件34支承的勵(lì)磁線圈38、以及由驅(qū)動(dòng)本體部件36支承的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈(40或42)。開環(huán)傳感器130可以沿著構(gòu)造成提供開環(huán)電流檢測的電路300連接。電路300包括振蕩器302、用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)和場時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器304、以及在端子41c和41d處連接至驅(qū)動(dòng)線圈40(和/或驅(qū)動(dòng)線圈42)的功率放大器306。電源(未示出)可以供給電流。計(jì)數(shù)器304可以連接至功率放大器306和解調(diào)器114。勵(lì)磁線圈端子39a和39b分別連接至接地和高通濾波器308。高通濾波器可以包括電容器308a和電阻器308b。解調(diào)器114可以是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的同步解調(diào)器。放大器324具有與沿著鉆探系統(tǒng)部件25，例如靠近BOP 29的鉆柱6(參見圖3和圖5)流動(dòng)的電流成比例的輸出信號(hào)。

振蕩器302可以產(chǎn)生精確和穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘。計(jì)數(shù)器304包括產(chǎn)生具有頻率F_D的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和頻率為F_D的兩倍的場或檢測器時(shí)鐘的“除N”計(jì)數(shù)器。驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘以頻率F_D被施加至功率放大器306。場時(shí)鐘以兩(2)倍F_D的頻率被施加至解調(diào)器114。

功率放大器306具有足夠的電壓和電流以使驅(qū)動(dòng)桿52和54循環(huán)進(jìn)入和離開飽和，如上所述。在圖示的實(shí)施方式中，功率放大器306向驅(qū)動(dòng)線圈40和42施加交流電，這驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿52和54的飽和，如上所述。當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿52和54(圖6B)不處于飽和時(shí)，與信號(hào)電流102相關(guān)聯(lián)的第一磁場BC為最大。當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿52和54處于飽和時(shí)，磁性體32包括路徑中的中斷，并且第一磁場BC為最小。使驅(qū)動(dòng)桿52和54循環(huán)離開和進(jìn)入飽和——這使磁場BC在最小與最大之間循環(huán)——將磁場BC調(diào)制成調(diào)制磁場BM。調(diào)制磁場BM具有例如在驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的每個(gè)周期兩次出現(xiàn)的最小值和最大值。調(diào)制磁場BM在勵(lì)磁線圈38處產(chǎn)生調(diào)制電壓輸出。勵(lì)磁線圈38的輸出通過高通濾波器308被濾波。

解調(diào)器114包括開關(guān)312和314，開關(guān)312和314中的每個(gè)開關(guān)在第一位置與第二位置之間重復(fù)。高通濾波器308的輸出隨后被施加至開關(guān)312和314。當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿52和54離開飽和時(shí)，開關(guān)312和314處于第一位置，當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿52和54進(jìn)入飽和時(shí)，開關(guān)312和開關(guān)314處于第二位置。開關(guān)312和314在分別連接至端子316和318時(shí)處于第一位置。開關(guān)312和314在分別連接至端子320和322時(shí)處于第二位置(未示出)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿52和54分別為明確不飽和或者明確飽和時(shí)，在第一位置和第二位置之間的切換發(fā)生。

解調(diào)器114的輸出被施加至放大器324。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿52和54進(jìn)入飽和時(shí)(開關(guān)312和314可以處于第一位置)，勵(lì)磁線圈38的輸出信號(hào)將具有一個(gè)極性。當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿52和54離開飽和時(shí)(開關(guān)312和314可以處于第二位置)，勵(lì)磁線圈38的輸出信號(hào)將具有相反的極性。由解調(diào)器114產(chǎn)生的相反極性信號(hào)可以是脈沖輸出信號(hào)。放大器324包括輸入326和328，分別比如反相輸入和非反相輸入。在圖示的實(shí)施方式中，放大器構(gòu)造為積分器。脈沖輸出信號(hào)可以被施加至放大器324的輸入326和328。如圖示的，放大器324構(gòu)造成例如通過限制解調(diào)器114的DC增益在固定長度的窗口上方對(duì)來自解調(diào)器114的脈沖輸出信號(hào)進(jìn)行積分。如上所述，電路300的輸出330是將與在鉆探系統(tǒng)部件25上流動(dòng)的電流102成比例的調(diào)制信號(hào)。輸出330可以被施加至接收器部件112(圖4)和/或計(jì)算機(jī)處理器(圖4)用于進(jìn)一步的信號(hào)處理。例如，輸出330可以由控制器(未示出)接收，該控制器構(gòu)造成響應(yīng)于接收到輸出330而使處理器對(duì)輸出信號(hào)330進(jìn)行解碼。解碼輸出信號(hào)的輸出可以是鉆探數(shù)據(jù)，其可以與在計(jì)算裝置200上運(yùn)行的一個(gè)或更多個(gè)分析和顯示應(yīng)用程序一起使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所描述的電路300的替代性實(shí)施方案可以用于輔助開環(huán)信號(hào)檢測。沿著電路300的部件的構(gòu)型可以變化，并且電路300的單個(gè)元件并非是必要的。

轉(zhuǎn)向圖15，電流傳感器可以構(gòu)造為閉環(huán)傳感器230。閉環(huán)傳感器230可以根據(jù)上述實(shí)施方式中的任一實(shí)施方式包括磁性體32、由場本體部件34支承的勵(lì)磁線圈38、以及由驅(qū)動(dòng)本體部件36支承的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈(40或42)。閉環(huán)傳感器230可以沿著構(gòu)造成提供閉環(huán)電流檢測的電路400連接。閉環(huán)傳感器電路400可以包括與上述開環(huán)電路300類似的元件。例如，電路400包括振蕩器302、計(jì)數(shù)器304、功率放大器306、解調(diào)器114和構(gòu)造為積分器的放大器324。在閉環(huán)構(gòu)型中，放大器324構(gòu)造成用于高增益。根據(jù)圖示的實(shí)施方式，放大器324的輸出被施加至電流源332。電流源332的輸出然后被施加至勵(lì)磁線圈38。電流源332應(yīng)當(dāng)具有相對(duì)高的輸出阻抗，以避免來自勵(lì)磁線圈38的信號(hào)脈沖振幅的退化。當(dāng)放大器324構(gòu)造成用于高增益時(shí)，可以將電流施加回勵(lì)磁線圈38，其幾乎等于信號(hào)電流102除以勵(lì)磁線圈的總匝數(shù)。結(jié)果是在磁性體32中流動(dòng)的第一磁場BC的接近但不是總的消除。使用放大器334比如電流-電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電路400的輸出信號(hào)430。輸出信號(hào)430與在鉆柱6上流動(dòng)的電流成比例。反饋可以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)朝更線性水平比如90％或更大線性驅(qū)動(dòng)。

轉(zhuǎn)向圖16，用于使用電流傳感器30檢測電流102的方法500可以包括沿著鉆探系統(tǒng)部件25的一部分安裝(未示出)電流傳感器30。該方法的步驟502可以包括朝向由鉆探系統(tǒng)部件支承的電流傳感器傳輸信號(hào)電流。在步驟504中，在磁性體內(nèi)沿著由磁性體限定的路徑產(chǎn)生第一磁場。步驟506可以包括向驅(qū)動(dòng)線圈施加電流。例如，步驟506可以包括向驅(qū)動(dòng)線圈施加交流電。在步驟508中，第二磁場由驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生，以使第二部分比如驅(qū)動(dòng)本體部件36交替地進(jìn)入和離開磁飽和。接下來，在步驟510中，驅(qū)動(dòng)本體部件36在1)第一階段與2)第二階段之間循環(huán)，其中，在第一階段中，驅(qū)動(dòng)本體部件36被磁飽和以便在第一磁場的路徑中產(chǎn)生中斷，在第二階段中，驅(qū)動(dòng)本體部件36是磁不飽和的，以便消除在第一階段期間產(chǎn)生的路徑中的中斷。該方法可以包括在步驟512中通過在一段時(shí)間內(nèi)使第一階段和第二階段重復(fù)來調(diào)制在磁性體內(nèi)經(jīng)過的第一磁場。在調(diào)制步驟512中，第一磁場可以以與第一階段和第二階段在一段時(shí)間被重復(fù)的頻率成比例的方式被調(diào)制。步驟514包括當(dāng)調(diào)制的第一磁場的一部分在磁性體內(nèi)經(jīng)過時(shí)在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈中感應(yīng)調(diào)制信號(hào)。調(diào)制磁場穿過勵(lì)磁線圈并且在勵(lì)磁線圈中感應(yīng)調(diào)制的電壓。在步驟516中，調(diào)制電壓信號(hào)可以被解調(diào)為與沿著鉆探系統(tǒng)部件經(jīng)過的信號(hào)電流成比例的輸出信號(hào)。步驟518可以包括處理輸出信號(hào)。例如，該方法可以包括解碼輸出信號(hào)并分析在輸出信號(hào)中編碼的鉆探數(shù)據(jù)。對(duì)于閉環(huán)構(gòu)型，該方法可以包括向勵(lì)磁線圈38施加信號(hào)電流。