使井下接頭同步的制作方法

背景

現代石油鉆探和生產操作需要與井下參數和條件相關的大量信息。這種信息通常包括井筒和鉆探組件的位置和取向、地層性質和井下鉆探環境參數。與井下地層性質和條件相關的信息的收集通常稱為“測井”，并可在鉆探過程本身期間執行。

存在用于電纜測井和隨鉆測井的各種測量工具。一種這樣的工具是電阻率工具，其包括用于向地層中發射電磁信號的一根或多根天線和用于接收地層響應的一根或多根天線。當在低頻率下操作時，電阻率工具可叫做“感應”工具，并且在高頻率下，它可叫做電磁波傳播工具。雖然對測量起決定作用的物理現象可能隨頻率變化，但工具的操作原理是一致的。在一些情況下，將接收信號的振幅和/或相位與發射信號的振幅和/或相位進行比較以測量地層電阻率。在其他情況下，將接收信號的振幅和/或相位與彼此進行比較以測量地層電阻率。

在電阻率工具的情況下，天線可位于不同接頭或模塊上。這樣，一個接頭可向地層中發射信號，而另一個接頭接收來自地層的響應。在這種情況以及涉及其他井下工具的其他情況下，優選的是，使接頭精確地同步以使得能夠緊密地協調它們的各種操作。

附圖簡述

因此，本文公開用于使井下接頭同步的系統和方法。在以下對各種公開實施方案的詳細描述中，將參考附圖，其中：

圖1是說明性隨鉆測井環境的上下文視圖；

圖2是說明性電纜測井環境的上下文視圖；

圖3是具有多個接頭的說明性電阻率測井工具的等距視圖；

圖4是示出用于限定傾斜天線的取向的坐標的圖解；

圖5a-5e是用于地質導向工具組件的說明性擴展接頭的等距視圖；

圖6是說明性地質導向工具組件的等距視圖；

圖7是使兩個說明性接頭同步的框圖；

圖8是用于使兩個接頭同步的說明性鎖相環電路的框圖；

圖9-11是使兩個說明性接頭同步的框圖；并且

圖12是使用兩個同步的接頭來獲得測量結果的說明性方法的流程圖。

然而，應理解，在附圖和對其進行的詳細描述中給出的具體實施方案并不限制本公開。相反，它們為普通技術人員辨識與一個或多個給出的實施方案一起涵蓋在所附權利要求書的范圍中的替代形式、等效物和修改提供了基礎。

符號和術語

某些術語貫穿以下描述和權利要求書用于指代特定系統部件和配置。如本領域技術人員將了解，公司可用不同名稱來指代部件。本文件不意圖區分名稱不同但功能相同的部件。在以下討論中并且在權利要求書中，術語“包括”和“包含”是以開放形式使用，并且因此應解釋為意味著“包括但不限于……”。此外，術語“耦接(couple/couples)”旨在表示間接或直接電連接。因此，如果第一裝置耦接到第二裝置，那么所述連接可以是通過直接電連接或通過借由其他裝置和連接進行的間接電連接。此外，術語“附接”旨在表示間接或直接物理連接。因此，如果第一裝置附接到第二裝置，那么所述連接可以是通過直接物理連接或通過借由其他裝置和連接進行的間接物理連接。

詳述

在背景中標識的問題通過用于使井下接頭同步的系統和方法至少部分地得到解決。為了說明所公開系統和方法的上下文，圖1示出在鉆探操作期間的井。鉆探平臺2裝備有支撐提升機6的井架4。油井和氣井的鉆探由一串鉆桿執行，所述一串鉆桿由“工具”連接頭7連接在一起以便形成鉆柱8。提升機6懸掛通過轉臺12使鉆柱8下降的方鉆桿10。鉆頭14連接到鉆柱8的下端。通過使鉆柱8旋轉、通過使用位于鉆頭14附近的井下電機、或通過這兩種方法，鉆頭旋轉并且完成鉆井。

稱作“泥漿”的鉆井液由泥漿再循環設備16高壓且高量地泵送通過供給管18、通過方鉆桿10并向下通過鉆柱8，以通過鉆頭14中的噴嘴或噴口冒出。隨后，泥漿經由形成在鉆柱8的外側與鉆孔壁20之間的環帶沿著孔向上往回行進、通過防噴器并進入地面上的泥漿坑24中。在地面上，鉆井泥漿得到清潔并隨后由再循環設備16再循環。

對于隨鉆測井(lwd)，井下傳感器26在鉆柱8中位于鉆頭14附近。傳感器26包括定向儀器和具有用于檢測礦床邊界的傾斜天線的模塊化電阻率工具。定向儀器測量lwd工具的傾斜角、水平角以及旋轉角(又稱“工具面角”)。如在本領域中通常定義的那樣，傾斜角是與垂直向下方向的偏差，水平角是水平面中從正北方開始的角，并且工具面角是從井孔的高邊開始的取向(圍繞工具軸線旋轉的)角。在一些實施方案中，如下進行定向測量：三軸加速度計測量相對于工具軸線和工具圓周上稱為“工具面劃線”的點的地球重力場矢量。(工具面劃線在工具表面上被繪制為平行于工具軸線的線。)從這種測量，可確定lwd工具的傾斜角和工具面角。另外，三軸磁力儀以類似的方式測量地球磁場矢量。從組合的磁力儀數據和加速度計數據可確定lwd工具的水平角。此外，可并入陀螺儀或其他形式的慣性傳感器以執行位置測量并進一步優化取向測量。

在一些實施方案中，井下傳感器26耦接到遙測發射器28，所述遙測發射器28通過調制對鉆柱8中的泥漿流的阻力來發射遙測信號。遙測接收器30耦接到方鉆桿10以接收發射的遙測信號。其他遙測發射技術是眾所周知的并且可使用。接收器30將遙測數據傳送到處理并存儲測量結果的地面裝置。地面裝置通常包括計算機系統(例如，臺式計算機)，所述計算機系統可用于通知鉆工鉆頭與附近礦床邊界之間的相對位置和距離。

鉆頭14被示出為正在穿透具有以一定角度斜傾的一系列分層礦床34的地層。示出與傳感器26相關聯的第一(x,y,z)坐標系，并且示出與礦床32相關聯的第二坐標系(x”,y”,z”)。礦床坐標系具有垂直于層理平面的z”軸，具有在水平面中的y”軸上，并且具有指向“下坡”的x”軸。兩個坐標系的z軸之間的角度稱為“傾角”，并在圖1中被示出為角度β。

對于電纜環境，如圖2中所示，鉆探平臺102裝備有支撐提升機106的井架104。在鉆探過程期間的不同時間，鉆柱從鉆孔被移除。一旦鉆柱已移除，就可使用電纜測井工具134(即，由纜線142懸掛、通過轉臺112運行的傳感儀器探測器，其具有用于向工具輸送電力并將遙測數據從工具輸送到地面的導體)進行測井操作。測井工具134的多部件感應測井部分可具有扶正臂136，當朝井上拉動工具時，扶正臂136使工具在鉆孔內居中。測井設施144從測井工具134收集測量結果，并且包括用于處理并存儲由測井工具從地層收集的測量結果121的處理系統。

現在參考圖3，說明性基礎接頭302被示出為呈電阻率工具的形式。基礎接頭302設置有具有減小直徑的一個或多個區域306。金屬絲線圈304放置在區域306中并與基礎接頭302的表面間隔開恒定距離。為了機械地支撐并保護線圈304，可在減小直徑的區域306中使用非導電填充材料(未示出)，諸如環氧樹脂、橡膠、玻璃纖維或陶瓷。發射器線圈和接收器線圈可包括少至一圈金屬絲，盡管更多圈可提供附加的信號功率。線圈與工具表面之間的距離優選地在1/16英寸至3/4英寸的范圍內，但可以更大。

在圖3的工具實施方案中，線圈304和308是發射器線圈，并且線圈310和312是接收線圈。在操作中，發射器線圈304發射詢問電磁信號，所述詢問電磁信號傳播通過井孔并進入周圍地層中。來自地層的信號到達接收器線圈310、312，從而感應出信號電壓，所述信號電壓被檢測并測量以確定線圈310和312之間的振幅衰減和相移。使用發射器308重復測量。可使用常規技術來從測量的衰減和相移估計地層的電阻率。

然而，所示的基礎接頭302缺少任何方位靈敏性，從而使得難以確定任何所接近的礦床邊界的方向。因此，希望使天線中的一根或多根傾斜。圖4示出位于具有與工具軸線成θ的角并相對于工具面劃線成α的方位角的法向矢量的平面內的天線。當θ等于零時，天線被認為是同軸的，并且當θ大于零時，天線被認為是傾斜的。

盡管說明性基礎接頭302并不包括傾斜天線，但考慮到其他基礎接頭配置。例如，基礎接頭可包括一根或多根傾斜天線以提供方位靈敏性。基礎接頭可包括少至一根天線(用于發射或用于接收)，或者在另一種極端情況下，基礎接頭可以是完全獨立的地質導向和電阻率測井工具。當采用擴展接頭時(如以下所討論)，預期基礎接頭中的至少一根天線被用于向擴展接頭上的接收器發射或從擴展接頭上的發射器接收。以這種方式，擴展接頭擴展基礎接頭的功能。

圖5a-5e示出可添加到基礎接頭(諸如井下工具302(圖3))以向所述工具提供方位靈敏性或其他增強(諸如更深的電阻率測量)的各種擴展接頭。在一些替代實施方案中，這些接頭也可充當基礎接頭，使得這些接頭能夠根據開發的新的測井技術或地質導向技術的需要混合并匹配以形成完全定制的測井工具。如以下進一步討論的，這些接頭可設置有允許它們將每根天線操作為發射器或接收器的電子器件。在一些實施方案中，提供單線路功率和通信總線(其中工具主體充當地線)，以實現接頭之間的功率傳輸和數字通信。

電阻率工具接頭具有使得每個接頭能夠耦接到其他接頭的附接機構。在一些實施方案中，附接機構可以是如圖5a-5e中所示的螺紋公母機構。在本發明的一些其他實施方案中，附接裝置可以是螺口式機構、壓配機構、焊縫或允許工具組件以受控的方位對準附接到其他工具組件的一些其他附接裝置。

圖5a示出具有同軸天線504的擴展接頭502。圖5b示出擴展接頭506，所述擴展接頭506具有成角度凹陷508，所述成角度凹陷508容納傾斜天線510，從而實現方位角敏感的電阻率測量。傾斜天線510(和凹陷508)優選地設置成處于θ＝45°的角度。然而，在其他實施方案中，傾斜天線510可設置成處于其他角度。圖5c示出具有帶有相應的傾斜天線516和520的兩個成角度凹陷514、518的擴展接頭512。在單個接頭中提供多根天線可使得能夠滿足更緊密的間隔要求，并且可使得能夠執行更準確的微差測量。

圖5d示出具有處于與圖5b中的天線的方位角偏離180°的方位角的凹陷524和傾斜天線526的擴展接頭522。擴展接頭522可被設計成與其他接頭耦接，其方式為確保天線526相對于任何其他天線(諸如圖5b-5c中的那些天線)的這種相異對準。可替代地，擴展接頭可設置有耦接機構，所述耦接機構使得能夠將天線固定成處于任何期望的方位對準，從而使接頭506和522等效。作為又一個替代方案，可提供如圖5e中所示的多軸天線接頭528，以實現天線對準的虛擬轉向。虛擬轉向涉及由或利用不同天線530、532和534進行的測量的組合，以構造本應由或利用取向成處于任意角度和方位角的天線進行的測量。

如上所述，每個工具接頭包括圍繞管材的外圓周的凹陷。天線設置在管狀工具組件的凹陷內，而沒有留下徑向輪廓以阻礙將工具柱放置在鉆孔內。在一些替代實施方案中，如果需要，天線可纏繞在管材的非凹陷區段上、或許在保護性磨損帶之間。

圖6示出耦接到擴展接頭506的圖3的基礎接頭302，擴展接頭506在凹陷508內具有傾斜天線510以實現方位角敏感的電阻率測量，擴展接頭506可用作鉆柱的一部分以提供相對于附近礦床邊界的地質導向，或用作電纜工具柱的一部分以提供增強的電阻率測量。

圖12是示出利用井下工具組件(例如，圖6的電阻率工具組件)中的兩個同步接頭來獲得測量結果的方法1200的流程圖解。在1202處，將一個或多個擴展接頭耦接到基礎接頭。在一些實施方案中，擴展接頭被擰入到與基礎接頭相鄰的井底鉆具組件或工具串中，而在其他實施方案中，一個或多個中間管材和/或測井工具被定位在基礎接頭與一個或多個擴展接頭之間或穿插在所述基礎接頭與所述一個或多個擴展接頭之中。連接器中的電觸點建立使得接頭能夠交換電信號的內部導體的工具總線連接。也可使用其他合適的通信技術。

在1204處，基礎接頭標識其所耦接到的擴展接頭中的每一個。每個擴展接頭優選地包括預編程的唯一標識符以及接頭類型(例如，發射器、接收器、天線取向以及單一或差別配置)和型號的一些指示，以使得這個標識過程能夠由基礎接頭自動地執行。然而，現場工程師進行的定制配置或編程也可用作用于設置工具的方法。

在1206處，基礎接頭建立測量參數并將它們傳送到相關的擴展接頭。例如，測量參數可指定發射器天線、期望的頻率和功率設置以及期望的啟動時間。在采用脈沖信號的情況下，還可指定脈沖的形狀和持續時間。

在1208處，基礎接頭通過使工具進入同步模式來發起時鐘同步程序，如以下關于圖7-11所述。為了確保測量準確度，可在每次測量之前重復或優化同步過程。如本文所用，同步意味著完全相位同步。這樣，除了相位之外，基礎接頭和擴展接頭還實現時鐘、頻率、時間等的同步。一旦基礎接頭和擴展接頭同步，工具就可退出同步模式并進入通信或測量模式。一些替代實施方案允許在與工具的其他總線通信和操作共存的單獨頻帶或通信信道中的連續同步。

在1210處，發射器啟動并且接收器測量相位和衰減。基礎接頭與擴展接頭中的每一個通信以收集接收器測量結果。在擴展接頭發射信號的情況下，還可收集實際發射時間，如果所述接頭測量所述實際發射時間的話。

在1212處，基礎接頭確定工具取向并相應地處理相位和衰減測量結果。在一些實施方案中，工具在其收集測量結果時旋轉。測量結果被分到方位分區中并與來自所述分區的其他測量結果組合。由于取平均效應，通過以此方式組合測量結果可減少測量誤差。基礎接頭處理測量結果以確定測量結果的方位和徑向相關性，并且還可通過求相反取向處的測量結果之間或給定分區的測量結果與所有分區的平均值之間的差值來生成地質導向信號。

在1214處，基礎接頭在將數據存儲在內部存儲器中之前任選地壓縮數據和/或將數據提供給遙測發射器以傳送到地面。在1216處，基礎接頭確定是否應繼續測井，并且如果是，那么操作從1206處開始重復。

圖7示出使兩個接頭702、704(諸如關于圖12所述的基礎接頭和擴展接頭)同步的系統700。如本文所用，同步意味著完全相位同步。這樣，除了相位之外，兩個接頭702、704還實現時鐘、頻率、時間等的同步。在各種實施方案中，接頭702、704可以是相鄰的接頭或者可由插入的接頭分開。為了清楚起見，將討論兩個接頭702、704的同步。然而，在各種實施方案中，可單獨地或同時地使任何數量的接頭同步。第一接頭702包括生成相對高頻時鐘信號的時鐘706。時鐘信號在高狀態與低狀態之間振蕩并且用于協調接頭內的過程。例如，時鐘信號可以是方波，并且過程可在方波的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿兩者上協調。時鐘706可包括共振電路(諸如壓電振蕩器和放大器電路)，并且在各種實施方案中，時鐘706可被實現為單獨電路、集成電路、較大電路的較小部分等。

第一接頭708還包括分頻器708，所述分頻器708耦接到時鐘706以便修改時鐘信號。如圖所示，分頻器708與時鐘706分離，但是兩者都可實現在同一電路或硬件內。分頻器708接收具有f的頻率的時鐘信號作為輸入，并輸出具有f/n的頻率的時鐘信號，其中n是整數。在至少一些實施方案中，可使用分數分頻器，并且n可以是分數。分頻器708可被實現為單獨電路、集成電路、較大電路的較小部分等。在至少一個實施方案中，分頻器708是可從時鐘信號生成多種類型的波形(通常為正弦波)的直接數字頻率合成器。直接數字頻率合成器可基于變化的條件改變波形輸出的類型。例如，間歇性電磁干擾可引起一個波形(例如，正弦波)比另一個波形(例如，方波)表現得更好，并且直接數字頻率合成器可響應所述干擾在波形之間切換。

分頻器708將相對低頻時鐘信號輸出到總線710。在至少一個實施方案中，耦合電路被用來在總線710上注入和接收信號。總線710可以是在接頭702、704之間輸送通信數據和操作數據的接頭間通信和功率總線或類似總線。由于總線電容，總線710在較高頻率下可具有高衰減。這樣，總線710上的信令的范圍可限制于低于對于同步來說將理想的那些頻率的頻率。因此，在至少一個實施方案中，在低頻時鐘信號的發射期間可中止其他通信數據和操作數據。在另一個實施方案中，可使用專用頻帶通過總線710發射低頻時鐘信號，而在同時使用單獨頻帶發射通信數據和操作數據。

第二接頭704包括耦接到第二時鐘714的鎖相環電路712，如將關于圖8所描述。鎖相環電路712從總線710或耦合電路接收低頻時鐘信號作為輸入，并輸出相對高頻信號。在至少一個實施方案中，這個高頻信號是與由第一時鐘706生成的信號同步的第二時鐘信號。這樣，可省略第二時鐘714，并且高頻信號可直接用作用于第二總線704的時鐘信號。在另一個實施方案中，高頻信號作為輸入被供給到第二時鐘714，并且第二時鐘714基于高頻信號生成第二時鐘信號。第二時鐘信號與由第一時鐘706生成的信號同步。這樣，兩個時鐘706、714將同步時鐘信號供給到它們相應的接頭702、704，并且接頭702、704得以同步。

圖8示出鎖相環電路712，其包括相位檢測器802、環路濾波器804、追蹤與保持電路806(有時同義地稱為采樣與保持(s/h)電路)、壓控振蕩器808以及分頻器810，其中每一個可被實現為單獨電路、集成電路等。相位檢測器802從總線710接收相對低頻時鐘信號作為輸入。相位檢測器802將由分頻器810提供的反饋與低頻時鐘信號進行比較，并將表示相位差或誤差的信號輸出到環路濾波器804。在至少一個實施方案中，環路濾波器804是低通濾波器，并且這樣從由相位檢測器802供給的信號消除任何相對高頻。一旦被濾波，環路濾波器804的輸出就作為輸入被供給到追蹤與保持電路806。

追蹤與保持電路806(或采樣與保持電路)包括開關807和一個或多個電容器809，在各種實施方案中，開關807可以是機械的、電子的/固態的等等。在至少一個實施方案中，可被禁用的電子門/緩沖器可用作開關。當開關807閉合時，追蹤與保持電路806并且因此鎖相環電路712以追蹤模式操作。因此，追蹤與保持電路806的輸出“追蹤”來自環路濾波器的輸出，即環路濾波器804將電壓供給到壓控振蕩器808(vco)。vco808是振蕩頻率由電壓輸入控制、即所施加的輸入電壓確定瞬時振蕩頻率的電子振蕩器。由vco808輸出的信號是提供到分頻器810的相對高頻信號。由于由分頻器810提供的反饋，相位檢測器802將繼續調節vco808的輸出，直到已實現同步為止。

一旦實現同步，開關807就被斷開，并且追蹤與保持電路806并且因此鎖相環電路712以保持模式操作。具體地，追蹤與保持電路806“保持”vco處的電壓恒定，使得不再需要相對低頻時鐘信號。如果通信數據和操作數據發射已中止，那么這些發射可在保持模式下恢復執行。vco808輸出相對高頻信號，直到來自追蹤與保持電路806的電壓由于例如電容器放電而開始下降為止。追蹤與保持電路806可保持電壓的長度是電容器大小、電路阻抗以及電路的漏電量的函數。為了獲得更長的保持時間，電容值和阻抗值應更大，并且電路的漏電量應最小化。保持時間與所必需的同步次數成反比，也就是說，較長的保持時間導致在給定時間段內在接頭702、704之間的較少的重新同步。

如圖所示，電容器850將電壓供給到vco808。在另一個實施方案中，數模轉換器在保持模式期間將電壓供給到vco808。具體地，模數轉換器可用于將來自環路濾波器804的輸出的電壓轉換成數字表示，并且隨后數模轉換器可用于重建所述相同的電壓并將其輸出到vco。因為數模轉換器不會隨時間的推移而遭受電壓下降，這個實施方案以復雜性換得能夠無限期地保持vco輸入電壓的優點。

圖9示出用于將第一時鐘信號修改成用于通過總線710發射的較高頻信號而不是較低頻信號的系統900。當例如工具總線可支持高頻同步信號而不會不利地影響正常的工具總線操作時，較高頻信號可能是有益的。第一接頭702包括鎖相環電路902。鎖相環電路902接收相對較低頻時鐘信號作為輸入，并輸出與輸入時鐘信號同相的相對高頻信號。第二接頭704在鎖相環電路712的輸入端處包括第二分頻器904，以將從總線710接收的較高頻時鐘信號降低到相對低頻以便輸入到鎖相環電路712。

通常，在各種實施方案中，可添加或省略分頻器以實現時鐘頻率的許多組合。如以上所討論，當時鐘信號從一個接頭行進到另一個接頭時，頻率可從相對高頻修改到低頻、再修改到高頻。類似地，當時鐘信號從一個接頭行進到另一個接頭時，頻率可從相對低頻修改到高頻、再修改到低頻。然而，即使使用不同的相對頻率，也可使用本文所公開的概念來使單獨的接頭時鐘同步。例如，如果當時鐘信號從一個接頭行進到另一個接頭時只使用一個分頻器(在任一個接頭上)將頻率從相對高頻修改到低頻，或相反地從相對低頻修改到高頻，那么仍可使用本文所公開的概念來使接頭同步。類似地，即使當時鐘信號從一個接頭行進到另一個接頭時不使用分頻器并且頻率保持相對高或低，仍可使用本文所公開的概念來使兩個接頭同步。

圖10示出用于以具有窄帶和低振幅的正弦信號的形式發射時鐘信號的系統1000。在至少一個實施方案中，信號的振幅低于將干擾井下工具通信和操作的振幅的閾值。第一接頭702包括濾波器1002和/或衰減器，所述濾波器1002和/或衰減器從分頻器708接收相對低頻時鐘信號作為輸入，并輸出在窄帶內的具有低振幅的正弦信號。濾波器1002可實現在通過總線710發射信號的發射器中。第二接頭704包括濾波器1004和/或放大器，所述濾波器1004和/或放大器接收在窄帶內的具有低振幅的正弦信號作為輸入，并輸出相對低頻方波以便輸入到鎖相環電路712。低振幅和窄帶減輕發射期間來自總線710上的通信數據和操作數據的干擾，并且反之亦然。這樣，井下工具通信和操作可在接頭702、704主動地與彼此同步時不間斷地連續進行。

圖11示出用于無線發射時鐘信號的系統1100。第一接頭702包括發射器1002，所述發射器1002包括天線線圈304(諸如在圖3中所示的井下工具上找到的那些)，以從分頻器708接收時鐘信號并發射時鐘信號。第二接頭704包括接收器1004，所述接收器1004包括天線線圈312，以接收時鐘信號并輸出信號以用于鎖相環電路712的輸入。這個實施方案可在接頭702、704之間不存在電連接或無線連接將提供更好的效率、可靠性等時使用。

在至少一個實施方案中，線圈304可通過地球地層無線發射時鐘信號。類似地，在其他實施方案中，發射器天線304和接收器天線312可以是環形繞組，并且像通過地層一樣，時鐘信號可通過工具主體、井筒、工具孔、泥漿等無線發射。無線發射的時鐘信號可具有相對低頻，因為隨著天線線圈304、312之間的間隔的增大，可使用的頻帶由于地層中的較高頻率的衰減而可能愈發偏斜到較低的頻率范圍。

一種系統包括：第一井下接頭，所述第一井下接頭包括被配置來生成未修改時鐘信號的時鐘信號生成器。第一井下接頭還包括被配置來修改所述時鐘信號的修改電路。所述系統還包括第二井下接頭，所述第二井下接頭包括被配置來接收所述修改后時鐘信號作為輸入并輸出與所述未修改時鐘信號同步的第二時鐘信號的鎖相環電路。如本文所用，同步意味著完全相位同步。這樣，除了相位之外，第一井下接頭和第二井下接頭還實現時鐘、頻率、時間等的同步。

鎖相環電路可包括耦接到追蹤與保持電路(即，采樣與保持)的壓控振蕩器。追蹤與保持電路可包括被配置來在第二時鐘信號與未修改時鐘信號同步時斷開的開關(例如，機械開關、電子/固態開關等)。鎖相環電路可包括耦接到數模轉換器的壓控振蕩器。時鐘信號生成器和修改電路可由被配置成在第二時鐘信號與未修改時鐘信號同步時斷開的開關(例如，機械開關、電子/固態開關等)耦接。開關可實現為可被禁用的電子門/緩沖器。當第二時信鐘號與未修改時鐘信號同步時，不在第一井下接頭與第二井下接頭之間傳輸修改后時鐘信號。修改電路可以是分頻器。修改電路可以是第二鎖相環電路。修改后時鐘信號可以是具有窄帶和低振幅的正弦信號。在各種實施方案中，修改后時鐘信號可通過井下地層、工具主體、井筒、工具孔、泥漿等無線發射。第一井下接頭和第二井下接頭可通過一個或多個插入的井下接頭耦接。

一種電路包括：相位檢測器，所述相位檢測器被配置來接收從未修改時鐘信號修改的修改后時鐘信號。所述電路還包括壓控振蕩器，所述壓控振蕩器被配置來輸出與所述未修改時鐘信號同步的時鐘信號。所述電路還包括追蹤與保持電路，所述追蹤與保持電路包括被配置來在所述時鐘信號與所述未修改時鐘信號同步時斷開的開關。

所述追蹤與保持電路可在所述開關斷開時為所述壓控振蕩器供給恒定電壓。當不能供給恒定電壓時，開關可閉合。追蹤與保持電路可包括供給恒定電壓的電容器。追蹤與保持電路可包括供給恒定電壓的數模轉換器。相位檢測器可從通信總線接收修改后時鐘信號。相位檢測器可從功率總線接收修改后時鐘信號。

一種用于使兩個井下接頭同步的方法包括：沿著鉆孔輸送包括基礎接頭和擴展接頭的工具；在所述基礎接頭處，生成未修改時鐘信號；在所述基礎接頭處，修改所述未修改時鐘信號以創建修改后時鐘信號；在所述工具的同步模式期間，將所述修改后時鐘信號從所述基礎接頭發送到所述擴展接頭；以及在所述擴展接頭處，獲取所述修改后時鐘信號，并基于所述修改后時鐘信號使第二時鐘信號與所述未修改時鐘信號同步。

所述方法還可包括：停止所述同步模式并開始所述工具的通信模式。

雖然本公開已相對于數量有限的實施方案進行了描述，但本領域技術人員將了解大量的修改以及由此得到的變化。所附權利要求書旨在覆蓋所有這類修改和變化。