RU2799351C2 - Protocols, device and methods for data transmission in directional drilling - Google Patents
Protocols, device and methods for data transmission in directional drilling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2799351C2 RU2799351C2 RU2018131285A RU2018131285A RU2799351C2 RU 2799351 C2 RU2799351 C2 RU 2799351C2 RU 2018131285 A RU2018131285 A RU 2018131285A RU 2018131285 A RU2018131285 A RU 2018131285A RU 2799351 C2 RU2799351 C2 RU 2799351C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pitch
- transmitter
- underground
- tool
- resolution
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к протоколам, устройству и способам для передачи данных при направленном бурении.The present invention relates to protocols, apparatus and methods for transmitting data in directional drilling.
Уровень техникиState of the art
Настоящее изобретение, в общем, относится к области направленного бурения и, более конкретно, к усовершенствованным протоколам, устройству и способам для передачи данных при направленном бурении.The present invention relates generally to the field of directional drilling, and more particularly to improved protocols, apparatus, and methods for transmitting directional drilling data.
Технология, которая часто называется горизонтальным направленным бурением (ГНБ), может использоваться с целью установки коммунального оборудования без необходимости рыть траншею. Типичная установка коммунального оборудования подразумевает использование бурового станка, имеющего бурильную колонну, на которой установлен бурильный инструмент на дистальном конце или на подземном конце бурильной колонны. Буровой станок проталкивает бурильный инструмент сквозь землю, прикладывая осевую силу к бурильной колонне. Бурильным инструментом управляют по мере удлинения бурильной колонны для формирования направляющей скважины. После завершения направляющей скважины дистальный конец бурильной колонны прикрепляют к устройству обратной тяги, которое, в свою очередь, прикреплено к переднему концу коммунального оборудования. Устройство обратной тяги и коммунальное оборудования затем протягивают через направляющую скважину путем отвода бурильной колонны, для завершения установки. В некоторых случаях устройство обратной тяги может содержать обратный развертывающий инструмент, который используется для расширения диаметра направляющей скважины перед коммунальным оборудованием, при этом устанавливаемое коммунальное оборудование может быть большего диаметра, чем оригинальный диаметр направляющей скважины.The technology, often referred to as horizontal directional drilling (HDD), can be used to install utility equipment without having to dig a trench. A typical utility installation involves the use of a drilling rig having a drill string that carries a drilling tool at the distal end or subterranean end of the drill string. The drilling rig pushes the drilling tool through the ground by applying an axial force to the drill string. The drilling tool is controlled as the drill string is extended to form a pilot hole. After completion of the pilot hole, the distal end of the drill string is attached to a backdraft device, which in turn is attached to the forward end of the utility equipment. The backdraft device and utilities are then pulled through the pilot hole by retracting the drill string to complete the installation. In some instances, the backdraft device may comprise a reverse reaming tool that is used to expand the diameter of the pilot well in front of the utility equipment, whereby the utility equipment being installed may be of a larger diameter than the original diameter of the pilot well.
Наведение бурильного инструмента может выполняться хорошо известным способом путем ориентирования асимметричной стороны бурильного инструмента для отклонения в требуемом направлении в земле, в соответствии с движением вперед. Для управления таким наведением желательно отслеживать ориентацию бурильного инструмента на основе показаний датчика, получаемых с помощью датчиков, которые формируют часть электронного блока, который установлен на бурильном инструменте. Показания датчика, например, могут быть модулированы на сигнал определения местоположения, который передается электронным блоком, для приема над землей с помощью портативного локатора или другого соответствующего, находящегося над землей, устройства. В некоторых системах электронный блок может подавать сигнал несущей, модулированный показаниями датчика, в бурильную колонну с тем, чтобы затем передавать сигнал в буровой станок, используя бурильную колонну в качестве электрического проводника. Независимо от способа передачи данных датчика и от заданной величины мощности передачи, существует ограничение дальности передачи, на которой данные датчика могут быть получены с достаточной точностью. Дальность передачи может все еще быть дополнительно ограничена таким факторами, как, например, электромагнитные помехи, которые присутствуют в области работы. В одном из подходов предшествующего уровня техники, при попытке увеличения дальности передачи, просто увеличивали мощность передачи. Заявители, однако, считают, что такой подход может иметь ограниченное значение, в частности, когда электронный блок, находящийся под землей, работает от батареи, как дополнительно будет описано ниже. Другой подход состоит в уменьшении скорости передачи данных или скорости, с которой данные модулируют на сигнал определения местоположения. К сожалению, такой подход приводит к уменьшению пропускной способности при передаче данных.Pointing of the drilling tool can be done in a well-known manner by orienting the asymmetric side of the drilling tool to deflect in the desired direction in the ground, in accordance with the forward movement. In order to control such guidance, it is desirable to track the orientation of the drilling tool based on sensor readings obtained from sensors that form part of an electronic package that is mounted on the drilling tool. The sensor readings, for example, may be modulated onto a positioning signal, which is transmitted by an electronics unit, for reception above ground by a portable locator or other suitable above ground device. In some systems, the electronics may apply a carrier signal, modulated by the sensor readings, to the drill string to then transmit the signal to the drilling rig using the drill string as an electrical conductor. Regardless of how the sensor data is transmitted and the amount of transmission power set, there is a limitation on the transmission range over which sensor data can be obtained with sufficient accuracy. The transmission range may still be further limited by factors such as, for example, electromagnetic interference that is present in the area of operation. In one prior art approach, when trying to increase the transmission range, one simply increased the transmission power. Applicants, however, believe that such an approach may be of limited value, in particular when the underground electronics is operated on battery power, as will be further described below. Another approach is to reduce the data rate, or the rate at which data is modulated onto the location signal. Unfortunately, this approach leads to a decrease in data throughput.
Представленные выше примеры предшествующего уровня техники и ограничений, связанных с ними, должны быть иллюстративными, а не исключающими. Другие ограничения предшествующего уровня техники будут понятны для специалистов в данной области техники после чтения описания и изучения чертежей.The prior art examples presented above and the limitations associated with them are intended to be illustrative and not exclusive. Other limitations of the prior art will become apparent to those skilled in the art upon reading the description and studying the drawings.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Следующие варианты осуществления и их аспекты описаны и представлены совместно с системами, инструментами и способами, которые считаются примерными и иллюстративными, а не ограничивающими объем. В различных вариантах осуществления одна или больше из описанных выше проблем были уменьшены или устранены, в то время как другие варианты осуществления направлены на другие улучшения.The following embodiments and aspects thereof are described and presented in conjunction with systems, tools, and methods, which are considered to be exemplary and illustrative, and not limiting. In various embodiments, one or more of the problems described above have been reduced or eliminated, while other embodiments are directed towards other improvements.
В одном аспекте раскрытия, описаны устройство и соответствующий способ для использования совместно с системой, предназначенной для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводят к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время операции под землей. Передатчик поддерживается рядом с находящимся под землей инструментом для определения множества рабочих параметров, относящихся к находящемуся под землей инструменту и для обработки сигнала данных, который характеризует один или больше из рабочих параметров для передачи от находящегося под землей инструмента, на основе рабочего статуса находящегося под землей инструмента. Приемник может быть установлен в определенном местоположении над землей для приема сигнала данных и для получения рабочих параметров.In one aspect of the disclosure, an apparatus and a corresponding method are described for use in conjunction with a system designed to perform an operation underground, in which the drill string extends from the drilling rig to the underground tool in such a way that pulling and retracting the drill string generally results in to the respective movements of the underground tool during an underground operation. The transmitter is maintained near the underground tool to determine a plurality of operating parameters related to the underground tool and to process a data signal that is indicative of one or more of the operating parameters to transmit from the underground tool based on the operating status of the underground tool. . The receiver may be installed at a specific location above the ground to receive the data signal and to obtain operating parameters.
В другом аспекте описаны передатчик и соответствующий способ для использования совместно с приемником, как часть системы для выполнения работы под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента, на котором установлен передатчик, таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводит к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время операции под землей. Передатчик включает в себя, по меньшей мере, один датчик для определения одного или больше рабочих параметров, относящихся к рабочему статусу находящегося под землей инструмента, и процессор, выполненный с возможностью обработки сигнала данных для передачи из передатчика на основе рабочего статуса находящегося под землей инструмента.In another aspect, a transmitter and a corresponding method for use with a receiver are described as part of a system for performing underground work in which a drill string extends from a drilling rig to a subterranean tool on which the transmitter is mounted, such that pulling and retracting the drill string the column generally results in corresponding movements of the underground tool during an underground operation. The transmitter includes at least one sensor for determining one or more operating parameters related to the operating status of the underground tool, and a processor configured to process a data signal for transmission from the transmitter based on the operating status of the underground tool.
В еще одном, другом аспекте раскрытия описаны приемник и соответствующий способ для использования совместно с передатчиком, как часть системы для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента, на котором установлен передатчик таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводит к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время операций под землей. Приемник выполнен с возможностью приема сигнала данных, который передает передатчик, и этот сигнал данных характеризует один или больше рабочих параметров, относящихся к рабочему статусу находящегося под землей инструмента таким образом, что сигнал данных обрабатывают на основе рабочего статуса. Процессор выполнен с возможностью декодировать обработанный сигнал данных для получения одного или больше рабочих параметров.In yet another aspect of the disclosure, a receiver and a corresponding method for use in conjunction with a transmitter are described as part of a system for performing an underground operation in which a drill string extends from a drilling rig to a subterranean tool on which the transmitter is mounted such that pulling and retraction of the drill string generally results in corresponding movements of the underground tool during underground operations. The receiver is configured to receive a data signal that the transmitter transmits, and this data signal is indicative of one or more operating parameters related to the operating status of the underground tool such that the data signal is processed based on the operating status. The processor is configured to decode the processed data signal to obtain one or more operating parameters.
В еще одном аспекте настоящего раскрытия описаны передатчик и соответствующий способ для использования совместно с системой для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента таким образом, что протягивание и/или вращение бурильной колонны приводит к движению находящегося под землей инструмента вдоль проходящего под землей пути, подвергая находящийся под землей инструмент механическим ударам и вибрации. Акселерометр, как часть передатчика, определяет ориентацию тангажа находящегося под землей инструмента в каждом из диапазона с высоким разрешением и диапазона с низким разрешением, на который воздействует механические удары и вибрация, для получения последовательности показаний тангажа. Процессор выполнен с возможностью отслеживания последовательности показаний тангажа и, в ответ на это, выбора одного из диапазона с высоким разрешением и диапазона с низким разрешением, для характеризации ориентации тангажа и для усреднения последовательности показаний тангажа в выбранном одном из диапазона с высоким разрешением и диапазона с низким разрешением, для генерирования среднего значения показаний тангажа для передачи через передатчик.In yet another aspect of the present disclosure, a transmitter and related method is described for use in conjunction with a system for performing an underground operation in which a drill string extends from a drilling rig to an underground tool in such a manner that pulling and/or rotating the drill string results in movement of the buried tool. underground tool along the underground path, subjecting the underground tool to mechanical shock and vibration. The accelerometer, as part of the transmitter, determines the pitch orientation of the underground instrument in each of the high resolution band and the low resolution band subjected to mechanical shock and vibration to obtain a sequence of pitch readings. The processor is configured to monitor the sequence of pitch readings and, in response, select one of the high resolution range and the low resolution range, to characterize the pitch orientation, and to average the sequence of pitch readings in the selected one of the high resolution range and the low resolution range. resolution, to generate an average of the pitch readings for transmission through the transmitter.
В следующем аспекте настоящего раскрытия описаны передатчик и соответствующий способ для использования совместно с системой, для выполнения операции под землей, при которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента таким образом, что протягивание и/или вращение бурильной колонны приводит к движению находящегося под землей инструмента вдоль пути под землей, подвергая находящийся под землей инструмент механическим ударам и вибрации. Акселерометр формирует часть передатчика для определения ориентации тангажа находящегося под землей инструмента, для получения последовательности показаний тангажа. Процессор выполнен с возможностью усреднения последовательности показаний тангажа, для генерирования среднего показания тангажа для передачи через передатчик.In a further aspect of the present disclosure, a transmitter and associated method is described for use in conjunction with a system for performing an operation underground, in which a drill string extends from a drilling rig to an underground tool such that the pulling and/or rotation of the drill string results in movement of the buried tool. underground tool along a path underground, exposing the underground tool to mechanical shock and vibration. The accelerometer forms part of the transmitter for determining the pitch orientation of an underground instrument to obtain a sequence of pitch readings. The processor is configured to average the sequence of pitch readings to generate an average pitch reading for transmission through the transmitter.
В дополнительном аспекте настоящего раскрытия учитывается, что избирательно могут использоваться передовые протоколы передачи данных, например, для улучшения частоты обновления одного или больше параметров, которые используются в отношении отслеживания находящегося под землей инструмента. Такие усовершенствованные протоколы данных могут обеспечивать существенное уменьшение количества данных, которое необходимо для эффективной характеризации заданного параметра, например, на основе изменения разрешающей способности параметра таким образом, что требуется меньшее количество битов данных. В качестве неограничительного примера, описаны передатчик и соответствующий способ для использования совместно с приемником, как части системы для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента, на котором установлен передатчик таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводит к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время операции под землей. По меньшей мере, один датчик формирует часть передатчика для определения одного или больше параметров операций, относящихся к находящемуся под землей инструменту. Процессор выполнен с возможностью передачи данных, относящихся к одному или больше рабочим параметрам, в стандартном режиме и в альтернативном режиме, таким образом, что альтернативный режим характеризует, по меньшей мере, определенный один из операционных параметров, используя количество битов, которое меньше, чем количество битов, которое характеризует определенный параметр в стандартном режиме, при этом альтернативный режим представляет определенный параметр с более низким разрешением, чем стандартный режим.In a further aspect of the present disclosure, it is recognized that advanced communication protocols can be selectively used, for example, to improve the update rate of one or more parameters that are used in relation to tracking an underground tool. Such advanced data protocols can provide a significant reduction in the amount of data needed to effectively characterize a given parameter, for example by changing the resolution of the parameter such that fewer data bits are required. As a non-limiting example, a transmitter and a corresponding method for use in conjunction with a receiver are described as part of a system for underground operation in which a drill string extends from a drilling rig to an underground tool on which the transmitter is mounted in such a way that pulling and retracting of the drill string generally results in corresponding movements of the underground tool during an underground operation. At least one sensor forms part of the transmitter for determining one or more operation parameters related to the underground tool. The processor is configured to transmit data relating to one or more operating parameters in a standard mode and an alternate mode such that the alternate mode characterizes at least a certain one of the operational parameters using a number of bits that is less than the number bits that characterizes a certain parameter in standard mode, while the alternate mode represents a certain parameter with a lower resolution than the standard mode.
В другом аспекте настоящего раскрытия описаны передатчик и соответствующий способ для использования совместно с приемником, как часть системы, для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента, на котором установлен передатчик таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, формируют соответствующие движения находящегося под землей инструмента во время операции под землей. По меньшей мере, один датчик формирует часть передатчика для определения одного или больше рабочих параметров, относящихся к находящему под землей инструменту. Процессор выполнен с возможностью передачи сигнала данных через передатчик, используя множество протоколов пакетной передачи данных, включающих в себя конкретный протокол, в котором, в соответствии с определением неподвижного состояния передатчика, используется фиксированный фрейм данных для характеризации одного или больше рабочих параметров, и многократно передает фиксированный фрейм.In another aspect of the present disclosure, a transmitter and corresponding method for use in conjunction with a receiver are described as part of a system for performing an underground operation in which a drillstring extends from a drilling rig to an underground tool on which the transmitter is mounted such that pulling and retraction of the drill string is generally shaped by corresponding movements of the underground tool during an underground operation. At least one sensor forms part of the transmitter for determining one or more operating parameters related to the underground tool. The processor is configured to transmit the data signal through the transmitter using a plurality of packet data protocols, including a specific protocol that, in accordance with the definition of the stationary state of the transmitter, uses a fixed data frame to characterize one or more operating parameters, and repeatedly transmits a fixed frame.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Примерные варианты осуществления представлены на фигурах, показанных на чертежах. Предполагается, что варианты осуществления и фигуры, раскрытые здесь, должны быть скорее иллюстративными, а не ограничительными.Exemplary embodiments are presented in the figures shown in the drawings. The embodiments and figures disclosed herein are intended to be illustrative rather than restrictive.
На фиг. 1 схематично показан на виде в вертикальной проекции вариант осуществления системы для выполнения операции под землей, в которой используются усовершенствованные протоколы передачи данных между находящимся под землей передатчиком и портативным устройством, в соответствии с настоящим раскрытием.In FIG. 1 is a schematic elevational view of an embodiment of an underground operation system utilizing advanced communication protocols between an underground transmitter and a handheld device in accordance with the present disclosure.
На фиг. 2 показана блок-схема, которая иллюстрирует вариант осуществления электронного блока, который может перемещаться находящимся под землей инструментом и может быть воплощен в соответствии с настоящим раскрытием.In FIG. 2 is a block diagram that illustrates an embodiment of an electronic assembly that can be moved by an underground tool and can be implemented in accordance with the present disclosure.
На фиг. 3 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа для отслеживания тангажа находящегося под землей инструмента и применения нелинейного распределения диапазона тангажа.In FIG. 3 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for tracking the pitch of an underground instrument and applying a non-linear pitch range distribution.
На фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа для настройки структуры пакета для передачи пакетов из находящегося под землей инструмента на основе рабочих условий или статуса находящегося под землей инструмента.In FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for setting up a packet structure for transmitting packets from an underground tool based on the operating conditions or status of the underground tool.
На фиг. 5 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа для динамического запроса фиксированной длины пакета для усреднения по множеству, в соответствии с рабочим состоянием находящегося под землей инструмента.In FIG. 5 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for dynamically requesting a fixed burst length to be averaged over a set, according to the operating state of the underground tool.
На фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления способа для динамической настройки определения силы g, для увеличения динамического диапазона на основе рабочих условий, с которыми сталкивается находящийся под землей инструмент.In FIG. 6 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for dynamically adjusting the determination of force g to increase the dynamic range based on operating conditions encountered by a buried tool.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Следующее описание представлено для обеспечения для специалиста среднего уровня возможности изготовления и использования изобретения и предусмотрено в контексте патентной заявки и ее требований. Различные модификации для описанных вариантов осуществления будут понятны для специалиста в данной области техники, и обобщенные принципы, описанные здесь, могут применяться для других вариантов осуществления. Таким образом, настоящее изобретение не предназначено для ограничения показанным вариантом осуществления, но его следует понимать в самом широком объеме, который соответствуют принципам и признакам, описанным здесь, включающим в себя модификации и эквиваленты. Следует отметить, что чертежи выполнены не в масштабе и являются схематичными по своей сути, таким образом, как считается, они наилучшим образом иллюстрируют свойства, представляющие интерес. Описательная терминология может быть принята с целью улучшения понимания читателем различных видов, представленных на чертежах, и при этом она никоим образом не является ограничительной.The following description is presented to enable the average person skilled in the art to make and use the invention, and is provided in the context of the patent application and its claims. Various modifications to the described embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generalized principles described herein may be applied to other embodiments. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiment shown, but is to be understood in its broadest scope, which is consistent with the principles and features described herein, including modifications and equivalents. It should be noted that the drawings are not to scale and are schematic in nature, and are thus considered to best illustrate the properties of interest. Descriptive terminology may be adopted for the purpose of improving the reader's understanding of the various views shown in the drawings, and is in no way limiting.
Возвращаясь теперь к чертежам, на которых одинаковые элементы могут быть обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций на различных чертежах, в данный момент внимание направлено на фиг. 1, на которой представлен один вариант осуществления системы для выполнения операций под землей, в общем, обозначенной номером 10 ссылочной позиции. Система включает в себя портативное устройство 20, которое показано удерживаемым оператором над поверхностью 22 земли, а также на дополнительном увеличенном виде-вставке. Следует отметить, что проводное соединение между компонентами в устройстве 20 не было представлено для поддержания иллюстративной ясности, но следует понимать, что оно присутствует и может быть непосредственно выполнено специалистом, имеющим обычные навыки в области техники на основе данного общего раскрытия. Устройство 20 включает в себя блок 26 трехосевой антенны, которая измеряет три расположенных ортогонально компонента магнитного потока, которые обозначены как bx, by и bz. Один полезный антенный блок, который считается пригодным для использования здесь, раскрыт в документе US 6,005,532, который совместно принадлежит авторам настоящей заявки и представлен здесь по ссылке. Антенный блок 26 электрически соединен с приемным блоком 32. Средство 34 определения наклона может быть предусмотрено для измерения гравитационных углов, по которым могут быть определены компоненты потока в системе координат уровня.Returning now to the drawings, in which like elements may be denoted by like reference numerals in different drawings, attention is now directed to FIG. 1, which shows one embodiment of a system for performing underground operations, generally indicated by the reference numeral 10. The system includes a
Устройство 20 может дополнительно включать в себя графический дисплей 36, телеметрическое средство 38, имеющее антенну 40, и блок 42 обработки, взаимно соединенный, соответственно, с различными компонентами. Телеметрическое средство может передавать телеметрический сигнал 44 для приема в буровом станке. Блок обработки может включать в себя цифровой сигнальный процессор (ЦСП), который выполнен с возможностью выполнения различных процедур, необходимых во время работы. Следует понимать, что графический дисплей 36 может представлять собой сенсорный экран, чтобы способствовать выбору оператором различных кнопок, которые определены на экране, и/или может способствовать прокрутке между различными кнопками, которые определены на экране, для обеспечения выбора оператора. Такой сенсорный экран может использоваться отдельно или в комбинации с устройством 48 ввода, таким как, например, кнопочная панель. Последняя может использоваться без сенсорного экрана. Кроме того, множество вариаций устройств ввода может использоваться, и в них могут использоваться колесики прокрутки и другие соответствующие, хорошо известные формы устройства выбора. Блок обработки может включать в себя такие компоненты, как, например, один или больше процессоров, запоминающее устройство любого соответствующего типа и аналого-цифровые преобразователи. Как хорошо известно в данной области техники, последние должны быть выполнены с возможностью детектирования частоты, которая составляет, по меньшей мере, удвоенную частоту наибольшей частоты, представляющей интерес. Другие компоненты могут быть добавлены, как описано, такие как, например, магнитометр 50, который способствует определению положения относительно направления бурения, и ультразвуковые преобразователи для измерения высоты устройства над поверхностью земли.The
Также, как показано на фиг. 1, система 10 дополнительно включает в себя буровой станок 80, имеющий каретку 82, установленную с возможностью перемещения вдоль длины противостоящей пары рельс 83. Находящийся под землей инструмент 90 прикреплен к противоположному концу бурильной колонны 92. В качестве неограничительного примера бурильный инструмент показан, как инструмент, находящийся под землей, и используется, как основа для настоящего описания, однако, следует понимать, что любое соответствующее находящееся под землей устройство может использоваться, таким образом, как оно есть, например, расширяющее устройство, предназначенное для использования во время операции обратного отвода, или устройство для картографирования. В общем, бурильная колонна 92 выполнена из множества съемно закрепляемых участков буровой трубы таким образом, что буровой станок может проталкивать бурильную колонну под землю, используя движение в направлении стрелки 94, и отводить бурильную колонну, в соответствии с противоположным движением. В участках буровой трубы может быть сформирован сквозной канал для перемещения бурового раствора или текучей среды, которая разбрызгивается из бурильного инструмента под давлением, с тем, чтобы способствовать бурению через землю, а также для охлаждения бурильной головки. В общем, буровой раствор также используется для задержки и вывода выбуренной породы на поверхность вдоль внешней длины бурильной колонны. Управление может быть выполнено хорошо известным способом путем ориентирования асимметричной стороны 96 бурильного инструмента для отклонения в требуемом направлении в земле, в соответствии с проталкиванием для движения вперед, которое может называться “режимом проталкивания”. Вращение или кручение бурильной колонны буровым станком, в общем, может привести к перемещению вперед или прямому перемещению бурильного инструмента, что может называться режимом "кручения" или "перемещения вперед".Also, as shown in FIG. 1, system 10 further includes a drilling rig 80 having a carriage 82 mounted for movement along the length of an opposing pair of
Буровыми работами управляет оператор (не показан) за консолью 100 управления (лучше всего видно на увеличенном виде-вставке), которая сама включает в себя приемопередатчик 102 телеметрических данных, соединенный с телеметрической антенной 104, экран 106 дисплея, устройство ввода, такое как клавиатура 110, средство 112 обработки, которое может включать в себя соответствующие интерфейсы, и запоминающее устройство, а также один или больше процессоров. Множество рычагов 114 управления, например, для управления движением каретки 82. Приемопередатчик 104 телеметрических данных может передавать телеметрический сигнал 116 с тем, чтобы способствовать двунаправленному обмену данными с портативным устройством 20. В варианте осуществления экран 106 может представлять собой сенсорный экран таким образом, что клавиатура 110 может быть не обязательной.Drilling operations are controlled by an operator (not shown) at a control console 100 (best seen in the enlarged inset view), which itself includes a telemetry transceiver 102 connected to a telemetry antenna 104, a display screen 106, an input device such as a keyboard 110 , processing means 112, which may include appropriate interfaces, and a storage device, as well as one or more processors. A plurality of control levers 114, for example, to control the movement of the carriage 82. The telemetry transceiver 104 may transmit a telemetry signal 116 so as to facilitate bi-directional communication with the
Устройство 20 выполнено с возможностью приема электромагнитного сигнала 120 определения местоположения, который передают из бурильного инструмента или другого находящегося под землей инструмента. Сигнал определения местоположения может представлять собой дипольный сигнал. В этом случае портативное устройство может соответствовать, например, портативному устройству, описанному в любом из патентов США №№ 6,496,008, 6,737,867, 6,727,704, а также в опубликованной заявке на патент США № 2011-0001633, каждый из которых представлен здесь по ссылке. С учетом этих документов, следует понимать, что портативное устройство может работать либо в режиме обзорного определения местоположения, как представлено на фиг. 1, либо в режиме возврата в исходное положение, при установке портативного устройства на земле, как представлено в патенте 6,727,704. Хотя в настоящем раскрытии иллюстрируется дипольное поле определения местоположения, передаваемое из бурильного инструмента и, вращающееся вокруг оси симметрии поля, настоящее раскрытие не предназначено для ограничения в этом отношении.The
Сигнал 120 определения местоположения может быть модулирован информацией, генерируемой в бурильном инструменте, включающей в себя, но без ограничений, параметры ориентации положения, на основе показаний датчика ориентации тангажа и/или крена, значения температуры, значения давления, состояния батареи, показания усилия натяжения в контексте операции обратного отвода и т.п. Устройство 20 принимает сигнал 120, используя антенную решетку 26, и обрабатывает принятый сигнал для получения данных. Следует отметить, что, в качестве альтернативы, для модуляции сигнала определения местоположения требуемая информация может быть передана по бурильной колонне до бурового станка, используя электрическую проводимость, такую как средство "провод-в-трубе". В другом варианте осуществления двунаправленная передача данных может быть выполнена путем использования самой бурильной колонны в качестве электрического проводника. Усовершенствованный вариант осуществления такой системы описан в совместно принадлежащей заявке на патент США, серийный № 13/733,097, опубликованной, как опубликованная заявка США № 2013/0176139, и которая представлена здесь полностью по ссылке. В любом случае вся информация может быть сделана доступной на консоли 100 в буровом станке.The
На фиг. 2 показана блок-схема, которая иллюстрирует вариант осуществления электронного блока, в общем, обозначенного номером 200 ссылочной позиции, который может быть установлен в бурильном инструменте 90. Электронный блок может включать в себя подземный цифровой сигнальный процессор 210. Блок 214 датчика может быть электрически соединен с цифровым сигнальным процессором 210 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 216. Любая соответствующая комбинация датчиков может быть предусмотрена для заданного варианта применения и может быть выбрана, например, из акселерометра 220, магнитометра 222, датчика 224 температуры и датчика 226 давления, которые могут определять давление бурового раствора перед его разбрызгиванием из бурильной колонны и/или в пределах кольцевой области, окружающей скважинный участок бурильной колонны. В варианте осуществления, в котором передача данных к буровому станку осуществляется путем использования бурильной колонны в качестве электрического проводника, изолятор 230 формирует электрически изолирующее соединение в бурильной колонне и схематично показан, как отделяющий, находящийся сверху участок 234 бурильной колонны от находящего внутри скважины участка 238 бурильной колонны для использования в одном или обоих из режима передачи, в котором данные подключают к бурильной колонне, и режима приема, в котором данные получают из бурильной колонны. В некоторых вариантах осуществления электрическая изоляция может быть предусмотрена, как часть находящегося под землей инструмента. Электронный блок может быть соединен, как представлено и показано, через электрически изолирующий/изоляционный разрыв, сформированный изолятором, с использованием первого вывода 250a и второго вывода 250b, которые могут быть совместно обозначены номером 250 ссылочной позиции. Для режима передачи используется блок 330 возбуждения антенны, который электрически соединен между цифровым сигнальным процессором 210, находящимся под землей, и выводом 250 для непосредственного привода бурильной колонны. В общем, данные, которые могут быть переданы по бурильной колонне, могут быть модулированы, используя частоту, которая отличается от любой частоты, которая используется для возбуждения дипольной антенны 340, которая может излучать описанный выше сигнал 120 (фиг. 1), для исключения взаимных помех. Когда возбудитель 330 антенны выключен, переключатель 350 (ВКЛ./ВЫКЛ.) включения/выключения может избирательно соединять вывод 250 с полосовым фильтром (ПФ) 352, центральная частота которого соответствует центральной частоте сигнала данных, который принимают из бурильной колонны. ПФ 352, в свою очередь, соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 354, который сам по себе соединен с блоком 210 обработки цифрового сигнала. В одном варианте осуществления блокирующий постоянный ток фильтр защиты от наложения спектров может использоваться вместо полосового фильтра. Получение модулированных данных в блоке обработки цифровых сигналов может быть непосредственно выполнено специалистом среднего уровня в данной области техники с учетом определенной формы модуляции, которая используется с учетом данного общего раскрытия.In FIG. 2 is a block diagram that illustrates an embodiment of an electronic assembly, generally designated 200, that may be installed in a
Также, как показано на фиг. 2, дипольная антенна 340 может быть подключена для использования в одном или обоих из режима передачи, в котором сигнал 120 передают в окружающую землю, и режима приема, в котором принимают электромагнитный сигнал, такой как сигнал от находящегося под землей инструмента, такого как, например, датчик натяжения. Для режима передачи используется блок 360 возбуждения антенны, который электрически включен между находящимся под землей цифровым сигнальным процессором 210 и дипольной антенной 340 для возбуждения антенны. И снова, частота сигнала 120, в общем, будет существенно отличаться от частоты сигнала бурильной колонны, для исключения взаимной помехи между ними. Когда возбудитель 360 антенны отключен, переключатель (ВКЛ./ВЫКЛ.) 370 включения/выключения может избирательно подключать дипольную антенну 340 к полосовому фильтру (ПФ) 372, центральная частота которого совпадает с центральной частотой сигнала данных, принимаемых от дипольной антенны. В варианте осуществления блокирующий постоянный ток фильтр защиты от наложения спектров может использоваться вместо полосового фильтра. ПФ 372, в свою очередь, подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 374, который в свою очередь, подключен к блоку 210 цифровой обработки сигналов. Электронная схема приемопередатчика для блока цифровой обработки сигналов может быть легко выполнена с использованием множества соответствующих вариантов осуществления специалистом среднего уровня в данной области техники, с учетом, в частности, формы или форм модуляции, используемой с учетом этого общего раскрытия. Конструкция, показанная на фиг. 2, может быть модифицирована любым соответствующим образом, с учетом описания, которое было здесь представлено.Also, as shown in FIG. 2, the
Снова, как показано на фиг. 1, дальность передачи, на которой сигнал 120 определения местоположения может быть принят портативным устройством 20, обратно пропорциональна кубу расстояния. При увеличении мощности передачи от находящегося под землей инструмента увеличивается дальность передачи, при этом следует понимать, что удвоение мощности передачи приводит только к 15%-ому увеличению дальности передачи. Конечно, при этом может происходить существенное уменьшение времени работы батареи в соответствии с таким увеличением мощности, когда передатчик, установленный в подземном инструменте, работает от батареи. Кроме того, на диапазон приема может в значительной степени влиять локальная помеха. Гармонические шумы линии электропередач на частоте (n x 50) Гц и (n x 60) Гц могут представлять собой существенный источник шумов. В прошлом несущую частоту для сигнала 120 определения местоположения тщательно выбирали, чтобы исключить гармоники линии электропередач. В некоторых случаях, исключение гармоник линии электропередач может потребовать сужения полосы пропускания для данных, которые модулируют на сигнал 120 определения местоположения. Заявители, однако, определили, что сужение полосы пропускания данных приводит к снижению пропускной способности данных. Относительно малые значения пропускной способности данных могут представлять собой проблему в смысле достижения достаточно быстрого обновления данных в портативном устройстве. Например, когда оператор пытается установить требуемую ориентацию по крену находящегося под землей инструмента, с целью управления, относительно медленное обновление ориентации может привести к тому, что этот процесс потребует значительного времени. Учитывая описанное выше, должно быть понятно, что исключение помехи со стороны шумов и пропускная способность представляют собой конкурирующие интересы. До сих пор Заявитель полагал, что отсутствует эффективное решение с учетом этих конкурирующих интересов. Как будет видно, Заявитель определил протоколы данных, которые являются специализированными с точки зрения работы под землей, что делает высокоэффективным использование доступной полосы пропускания данных. Следует понимать, что эти протоколы применимы для передачи, используя электромагнитный сигнал определения местоположения, или при использовании бурильной колонны в качестве электрического проводника. В то время как определенные концепции были описаны в отношении электромагнитного сигнала, такие концепции распознают, как в равной степени применимые в отношении передачи по буровой колонне.Again, as shown in FIG. 1, the transmission range at which the
С целью передачи данных, в соответствии с настоящим раскрытием, данные могут быть кодированы по несущей любым соответствующим способом, таким как, например, кодированные по фазе, модулированные по амплитуде, модулированные по частоте, или используя любую их соответствующую комбинацию. Определенные схемы модуляции, такие как, например, манчестерское кодирование могут быть предпочтительными в смысле поддержания энергии сигнала на частоте несущей, что улучшает дальность определения местоположения. С другой стороны, другие схемы модуляции, такие как, например, квадратурная модуляция со сдвигом по фазе (КМСФ) обеспечивают относительно высокую пропускную способность для данной полосы пропускания.For the purpose of transmitting data, in accordance with the present disclosure, data may be encoded on a carrier in any suitable manner, such as, for example, encoded in phase, modulated in amplitude, modulated in frequency, or using any appropriate combination of these. Certain modulation schemes such as, for example, Manchester coding may be advantageous in terms of keeping the signal energy at the carrier frequency, which improves positioning range. On the other hand, other modulation schemes, such as, for example, Quadrature Phase Shift Modulation (QMSM), provide relatively high throughput for a given bandwidth.
В общем, данные могут быть переданы в цифровой форме по сигналу 120 определения местоположения, используя пакетную структуру. Данные могут быть переданы, используя пакеты, которые являются специализированными для определенных типов данных. Например, разные структуры пакета могут использоваться для передачи данных крена, данных тангажа, состояния батареи, температуры, давления и т.п. Чем короче пакет, тем в меньшей степени пакет подвергается нарушениям со стороны шумов при приеме в портативном устройстве 20. Поскольку пакеты передают в портативное устройство в виде потоковой передачи, необходимо, чтобы портативное устройство было выполнено с возможностью определять начало нового пакета. Варианты осуществления пакетов, которые описаны здесь, позволяют использовать биты синхронизации с этой целью. Учитывая такие основные моменты, ряд структур уникальных пакетов будут описаны непосредственно ниже.In general, data may be transmitted in digital form on the
В таблице 1 иллюстративно представлен вариант осуществления пакета крена, в соответствии с настоящим раскрытием, в контексте манчестерского кодирования, хотя последнее не является необходимым. Традиционные пакеты крена, в качестве примера, позволяют кодировать 24 положения крена (то есть, с приращением на 15 градусов), используя дополнительные биты синхронизации, которые не участвуют в кодировании. Заявитель определил, что биты синхронизации могут использоваться так, чтобы они способствовали кодированию. В это же время, количество кодируемых положений крена может быть уменьшено для уменьшения размера пакета крена. Например, Заявитель определил, что 8 кодируемых положений крена достаточны для идентификации ориентации по крену бурильного инструмента таким образом, что требуются только 3 бита данных. В Таблице 1 иллюстрируется структура пакета крена для 8 положений крена. Каждое из L (Низкого) и H (Высокого) значения представляет одну половину битового времени, в соответствии с манчестерским кодированием. Бит 1 из 3 битов данных представлен битом 1 синхронизации и битом 2 синхронизации. В настоящем варианте осуществления каждый бит синхронизации охватывает одно время бита и половину времени бита. Как можно видеть в таблице 1, разрешенное значение интервала синхронизации, охваченное битами 1 и 2 синхронизации, включает в себя либо 3 времени бита, с низким значением, после которых следуют 3 времени бита с высоким значением (крен 1-4) или 3 времени бита с высоким значением, после которых следует 3 времени бита с низким значением (крен 5-8). Таким образом, бит 1 синхронизации в комбинации с битом 2 синхронизации может представлять собой бит 1 данных и только два дополнительных бита 1 и 2 данных необходимы, чтобы составить 3 бита данных с целью кодирования трех значений битов. В соответствии с этим, любой вариант осуществления пакета может использовать биты синхронизации, таким образом, в качестве старшего значащего бита (СЗБ). Например, температура может быть кодирована, как нормальная, высокая и очень высокая таким образом, что биты синхронизации и только один бит данных требуются для пакета температуры. Следует понимать, что передача пакета может быть установлена с приоритетом. Например, при нормальных температурных условиях, пакет температуры может передаваться через фиксированный интервал, такой как, например, 15 секунд. Однако, когда скорость изменения температуры превышает определенное пороговое значение, пакет температуры может быть передан немедленно. Такое пороговое значение температуры, в качестве неограничительного примера, может представлять собой увеличение более чем на 10°C за 2 секунды. Пакет состояния батареи может быть кодирован, например, тремя битами данных, в дополнение к старшему значащему биту, представляемому битами 1 и 2 синхронизации.Table 1 exemplifies an embodiment of a bank packet according to the present disclosure in the context of Manchester coding, although the latter is not necessary. Conventional roll packets, as an example, allow 24 roll positions to be encoded (ie, in 15 degree increments) using additional sync bits that are not involved in the encoding. Applicant has determined that sync bits can be used to aid in encoding. At the same time, the number of encoded roll positions can be reduced to reduce the size of the roll packet. For example, Applicant has determined that 8 encoded roll positions are sufficient to identify the roll orientation of a drilling tool such that only 3 bits of data are required. Table 1 illustrates the roll package structure for 8 roll positions. Each of the L (Low) and H (High) values represents one half of the bit time, according to Manchester encoding. Bit 1 of the 3 data bits is represented by sync bit 1 and sync bit 2. In the present embodiment, each sync bit spans one bit time and half a bit time. As can be seen in Table 1, the allowed value of the sync interval covered by sync bits 1 and 2 includes either 3 bit times, with a low value, followed by 3 bit times with a high value (roll 1-4), or 3 bit times with a high value followed by 3 bit times with a low value (roll 5-8). Thus, sync bit 1 in combination with sync bit 2 can be data bit 1 and only two additional data bits 1 and 2 are needed to make up 3 data bits to encode the three bit values. Accordingly, any embodiment of a packet may use the sync bits, thus, as the most significant bit (MSB). For example, temperature may be encoded as normal, high, and very high such that sync bits and only one data bit are required for the temperature packet. It should be understood that packet transmission may be set with priority. For example, under normal temperature conditions, the temperature packet may be transmitted at a fixed interval such as, for example, 15 seconds. However, when the rate of temperature change exceeds a certain threshold value, the temperature packet can be transmitted immediately. Such a temperature threshold, as a non-limiting example, may be an increase of more than 10°C in 2 seconds. The battery status packet may be encoded with, for example, three data bits, in addition to the most significant bit represented by sync bits 1 and 2.
Таблица 1. Пакет кренаTable 1. Roll Package
В то время как пакеты крена часто предназначены для наиболее быстрого обновления, пакеты тангажа также передают достаточно часто. В качестве неограничительного примера один пакет тангажа может быть передан на каждые шесть пакетов крена. Традиционно, пакеты тангажа были длинными с целью определения показаний тангажа с высоким разрешением. Например, традиционные пакеты тангажа могут иметь разрешение 0,05° или 0,1%, независимо от рабочего статуса бурильного инструмента. Заявитель определил, что когда находящийся под землей инструмент вращается или просто движется, удары и вибрация могут существенно ограничить точность считываний тангажа, которая определяется акселерометрами в наборе датчиков электронного блока, который установлен на бурильном инструменте. Этот эффект дополнительно усиливается, когда бурильный инструмент продвигается в скалистой почве. На основе такого распознавания, разрешение пакета тангажа может динамически настраиваться, когда бурильный инструмент вращается и/или перемещается. Один вариант осуществления диапазонов динамического разрешения пакета тангажа представлен в таблице 2.While roll bursts are often designed to update as quickly as possible, pitch bursts are also transmitted fairly frequently. As a non-limiting example, one pitch burst may be transmitted for every six roll bursts. Traditionally, pitch packets have been long for the purpose of obtaining high resolution pitch readings. For example, traditional pitch packs may have a resolution of 0.05° or 0.1%, regardless of the working status of the drilling tool. Applicant has determined that when the underground tool is rotating or simply moving, shock and vibration can severely limit the accuracy of the pitch readings as determined by the accelerometers in the electronics sensor array that is mounted on the drilling tool. This effect is further enhanced when the drilling tool is advanced in rocky soil. Based on this recognition, the resolution of the pitch burst can be dynamically adjusted as the drilling tool rotates and/or moves. One embodiment of pitch burst dynamic resolution ranges is shown in Table 2.
Таблица 2. Динамическое разрешение тангажаTable 2. Dynamic pitch resolution
Как можно видеть в таблице 2, когда подземный инструмент находится в движении, пакет тангажа может содержать пять битов данных для определения разрешение тангажа 1° в пределах диапазона тангажа +/-16°. Если биты синхронизации используются для обозначения (+/-) знака тангажа, требуются только 4 бита данных. С другой стороны, для диапазонов +/-16°, от +17° до +45° и от -17° до -45° можно использовать шесть битов данных для определения разрешения тангажа 1,5°. Если биты синхронизации используются для обозначения знака (+/-) тангажа, требуются только 5 битов данных.As can be seen in Table 2, when the underground tool is in motion, the pitch burst may contain five data bits to define a pitch resolution of 1° within a +/-16° pitch range. If the sync bits are used to represent the (+/-) pitch sign, only 4 data bits are required. On the other hand, for ranges of +/-16°, +17° to +45°, and -17° to -45°, six data bits can be used to define a pitch resolution of 1.5°. If the sync bits are used to indicate the sign (+/-) of the pitch, only 5 data bits are required.
Следует понимать, что, по меньшей мере, с практической точки зрения, показания тангажа могут быть ограничены (+/-) 45°. Высокой точности показания тангажа желательны в определенных обстоятельствах, таких как, например, установка канализационного трубопровода, работающего под действием силы тяжести. В то время как не практично обеспечивать такую точность тангажа с высоким разрешением, по мере перемещения или вращения бурильного инструмента, Заявитель понимает, что практично передавать пакеты тангажа с высоким разрешением, в случае, когда детектируют, что бурильный инструмент находится в неподвижном состоянии. Конечно, такое детектирование может быть легко выполнено, используя акселерометры, которые представляют собой часть набора датчиков электронного блока в бурильном инструменте. В то же время, Заявители дополнительно осознают, что пакеты тангажа могут быть специально разработаны так, чтобы использовать биты данных с высокой эффективностью, когда бурильный инструмент или другое устройство, находящееся под землей, находится в неподвижном состоянии. В качестве неограничительного примера, разрешение тангажа может быть сжато в пределах диапазона +/-11° для обеспечения тангажа с высоким разрешением в этом диапазоне, при подаче менее напряженных значений разрешения за пределами этого диапазона (то есть, когда угол тангажа превышает 11°). В этом отношении, большинство установок канализационного трубопровода, работающего под действием силы тяжести, ограничено диапазоном +/- 5%, и эта степень соответствует приблизительно +/-2,86°. Такой вариант осуществления для разрешения тангажа в неподвижных условиях представлен в таблице 3, включающей в себя множество значений, в пределах четырех разных значений тангажа для установленных значений разрешения тангажа. В сумме 509 значений необходимы, чтобы пакет тангажа, имеющий 9 битов данных, можно было использовать для охвата всех четырех из намеченных диапазонов тангажа. И снова, если биты синхронизации используются для обозначения знака, требуются только 8 битов данных.It should be understood that, at least as a practical matter, pitch readings may be limited to (+/-) 45°. High precision pitch readings are desirable in certain circumstances, such as the installation of a gravity sewer pipeline. While it is not practical to provide such high resolution pitch accuracy as the drilling tool moves or rotates, the Applicant understands that it is practical to transmit high resolution pitch packets when the drilling tool is detected to be stationary. Of course, such detection can be easily performed using accelerometers, which are part of the sensor suite of the electronics in the drilling tool. At the same time, Applicants are further aware that pitch packets can be specifically designed to use data bits with high efficiency when the drilling tool or other underground device is stationary. As a non-limiting example, the pitch resolution can be compressed within the +/-11° range to provide high resolution pitch in that range, while providing less stressed resolution values outside this range (i.e., when the pitch angle exceeds 11°). In this respect, most gravity sewer installations are limited to the +/- 5% range, and this degree corresponds to approximately +/-2.86°. Such an embodiment for pitch resolution under stationary conditions is shown in Table 3, which includes a plurality of values, within four different pitch values for the set pitch resolution values. A total of 509 values are required so that a pitch burst having 9 data bits can be used to cover all four of the intended pitch ranges. Again, if the sync bits are used to indicate the sign, only 8 data bits are required.
Таблица 3. Стационарное/Статическое разрешение тангажаTable 3. Stationary/Static Pitch Resolution
Следует понимать, что диапазоны разрешения тангажа в неподвижных условиях в Таблице 3 представлены в качестве примера и предназначены не для ограничения, но в качестве демонстрации диапазонов разрешения тангажа, которые изменяются нелинейно, с целью ограничения количества битов данных, требуемых для пакета тангажа. В представленном здесь описании может быть достигнуто существенное уменьшение размера пакета, например, порядка 1/2 (то есть, с коэффициентом 2), что переводится в существенное увеличение скорости обновления с целью отслеживания находящегося под землей инструмента при использовании узкой полосы пропускания данных, которая обеспечивает достаточную защиту от шумов.It should be understood that the stationary pitch resolution ranges in Table 3 are provided by way of example and are not meant to be limiting, but to demonstrate pitch resolution ranges that vary non-linearly to limit the number of data bits required for a pitch burst. In the description presented here, a significant reduction in packet size, for example, of the order of 1/2 (i.e., by a factor of 2), can be achieved, which translates into a significant increase in the update rate to track an underground tool while using a narrow data bandwidth that provides adequate noise protection.
На фиг. 3 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая один вариант осуществления способа, в общем обозначенного номером 400 ссылочной позиции, для отслеживания тангажа и с применением нелинейного распределения диапазона тангажа, например, в соответствии с таблицами 2 и 3. Способ начинается на этапе 404 и переходит на этап 408, на котором определяются диапазоны нелинейного разрешения тангажа, представляющего интерес, и устанавливает исходный один из диапазонов, в качестве начальной точки. На этапе 412 текущее значение тангажа измеряют, как вход для этапа 416. На последнем определяют, находится ли текущий тангаж в пределах текущего установленного диапазона тангажа. Если это так, на этапе 420 передают текущее значение тангажа с разрешением установленного в данный момент диапазона тангажа. Следующее значение тангажа затем получают в 424. Если на этапе 416 детектируют, что текущее показание тангажа не находится в пределах текущего установленного диапазона тангажа, операция переходит на этап 428, на котором устанавливают соответствующий диапазон тангажа в соответствии с текущими показаниями тангажа. Операция затем возвращается на этап 416.In FIG. 3 is a flowchart illustrating one embodiment of a method, generally designated 400, for pitch tracking and using a non-linear pitch range distribution, such as in accordance with Tables 2 and 3. The method begins at 404 and proceeds to step 408, which determines the non-linear pitch resolution ranges of interest and sets the original one of the ranges as the starting point. In
Далее внимание будет направлено на фиг. 4, на которой показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая один вариант осуществления способа, в общем, обозначенного номером 500 ссылочной позиции, для изменения структуры пакета на основе рабочих условий находящегося под землей инструмента. Способ начинается на начальном этапе 504 и переходит на этап 508, на котором инициализируют структуры пакета, предназначенные для использования при обработке. В варианте осуществления инициализация может быть основана, например, на ориентации тангажа передатчика во время запуска. В другом варианте осуществления инициализация может быть основана на взаимной помехе в рабочей области таким образом, что можно использовать описанные здесь усовершенствованные протоколы пакета с более высокой защитой от шумов/помехи. Локальные помехи, например, могут детектироваться любым соответствующим образом, включая в себя, в соответствии с описанной выше, внедренной здесь заявке США 2011-0001633, и/или как описано в опубликованной заявке США 2013/0176139, которая совместно принадлежит авторам настоящей заявки и, таким образом, представлена здесь по ссылке. Например, в заявке 2013/0176139 описано, что достаточная деградация сигнала определения местоположения может быть детектирована на основе неспособности декодировать информацию ориентации крена, информацию ориентации тангажа и/или другую информацию состояния. Кроме того, можно отслеживать частоту ошибок битов (ЧОБ) сигнала определения местоположения в отношении приемлемого порогового значения. На этапе 512 определяют рабочий статус подземного инструмента, например, путем отслеживания выходных показаний акселерометра в течение короткого периода времени. Если подземный инструмент будет неподвижным, не должен детектироваться переход ускорения. Если находящийся под землей инструмент детектируется, как неподвижный, операция переходит на этап 516, который применяет статическую структуру пакета тангажа или разрешение для пакетов тангажа, которые должны быть переданы, например, в соответствии с таблицей 3. Пакеты тангажа затем передают на этапе 520.Next, attention will be directed to FIG. 4, which is a flowchart illustrating one embodiment of a method, generally denoted by
Если, с другой стороны, на этапе 512 определяют, что находящийся под землей инструмент не является неподвижным, обработка переходит на этап 524, на котором применяется динамическая структура пакета тангажа и разрешение, например, в соответствии с таблицей 2.If, on the other hand, at
В другом варианте осуществления, когда находящийся под землей инструмент детектируется, как неподвижный, сигналы от различных датчиков ориентации (акселерометров) должны быть стабильными и без изменения. В этих условиях электронный блок может переключаться на пакет фиксированной длины или фрейм данных, который содержит любую требуемую подборку данных, такой как, например, ориентация крена, ориентация тангажа, состояние батареи и температура. Фрейм данных фиксированной длины может многократно быть передан во время неподвижного состояния бурильного инструмента, для обеспечения возможности применения усреднения по множеству, для достижения общего эффекта увеличения силы сигнала путем суммирования последовательных фреймов данных, в то время как случайные шумы в сумме будут иметь нулевое среднее значение. В этом отношении, если n представляет собой количество выборок, и шумы являются случайными, отношение сигнал-шум увеличивается, как квадратный корень из n. Другими словами, чем больше количество фреймов данных, которые будут просуммированы, тем выше становится эффективное отношение сигнал-шум. Результаты улучшаются при увеличении стабильности синхронизации электронного блока 200 и устройства 20. Можно использовать контур фазовой синхронизации в устройстве 20 для дополнительного улучшения стабильности фазовой синхронизации для несущей сигнала определения местоположения. В качестве неограничительного примера фиксированный фрейм данных может быть представлен, как SSSRRRRRPPPPPPPPPPPBBTT, где S представляет собой бит синхронизации, R обозначает бит данных крена, P обозначает бит данных тангажа, B обозначает бит данных состояния батареи, и T обозначает бит состояния температуры. Буфер данных в устройстве 20 может принимать многократную передачу и может сохранять фрейм, например, как PPPBBTTSSSRRRRRPPPPPPPP. По мере накопления дополнительных фреймов, например, в области большой помехи, портативное устройство может продолжать поиск битов синхронизации и, в конечном итоге, может определять местоположение битов синхронизации, как часть декодирования фрейма. Конечно, данные могут быть размещены в буфере, в буровом станке или в любом другом соответствующем местоположении, с целью декодирования. Следует отметить, что усреднение 4 пакетов или фреймов имеет эффект уменьшения шумов с коэффициентом 2. В представленном выше примере используется 5 битов для крена (32 значения для 24 положений тактовой частоты) и 11 битов для тангажа для охвата диапазона +/-45° или +/-100 % при разрешении 0,1%. Как описано выше и как представлено в Таблице 3, нелинейное кодирование тангажа позволяет уменьшить количество битов, требуемых для охвата диапазона +/-45°, используя меньшее количество битов данных, например, используя 9 битов данных, в отличие от 11 битов.In another embodiment, when the underground tool is detected as stationary, the signals from the various orientation sensors (accelerometers) should be stable and unchanged. Under these conditions, the electronics may switch to a fixed length burst or data frame that contains any desired data collection such as, for example, roll orientation, pitch orientation, battery status, and temperature. A fixed length data frame can be repeatedly transmitted during the stationary state of the drilling tool, to enable the application of set averaging, to achieve the overall effect of increasing the signal strength by summing successive data frames, while the random noise will have an average value of zero. In this regard, if n is the number of samples and the noises are random, the signal-to-noise ratio increases as the square root of n. In other words, the larger the number of data frames to be summed, the higher the effective signal-to-noise ratio becomes. Results are improved as the timing stability of the
В качестве еще одного другого варианта осуществления, когда на этапе 512 детектируется, что подземный инструмент не вращается и/или находится в неподвижном состоянии, передача пакетов крена может быть приостановлена, как часть общей статической структуры пакета. Передача пакетов крена может быть возобновлена в соответствии с детектированием, что подземный инструмент, по меньшей мере, вращается. В некоторых вариантах осуществления перемещение подземного инструмента может затем задерживаться до тех пор, пока пакеты крена не будут приняты во время вращения.As yet another embodiment, when it is detected at
Далее внимание будет направлено на фиг. 5, которая представляет собой блок-схему последовательности операций, представляющую один вариант осуществления способа, в общем, обозначенного номером 600 ссылочной позиции, для динамического запуска фиксированной длины пакета для усреднения по множеству, в соответствии с рабочим состоянием находящегося под землей инструмента. Способ начинается на этапе 604 и переходит на этап 608, на котором инициализируются различные структуры пакета, которые требуется использовать на основе рабочего статуса наземного инструмента. Например, когда находящийся под землей движется инструмент движется, ориентация крена может быть установлена с использованием 8 положений крена, в соответствии с таблицей 1, в то время как ориентация тангажа может быть установлена, например, в соответствии с таблицей 2. Структура пакета фиксированной длины может использоваться, когда находящийся под землей инструмент не движется, например, в соответствии с описаниями, представленными непосредственно выше. Обработка затем переходит на этап 612, на котором определяется рабочий статус бурильного инструмента в смысле, находится ли он в движении или остается неподвижным. Как описано выше, в одном варианте осуществления, выходные данные акселерометра можно отслеживать в течение краткого периода времени с целью такого определения. Если определяют, что бурильный инструмент движется, операция переходит на этап 616, где осуществляется вызов структуры динамического пакета, например, в соответствии с таблицами 1 и 2. На этапе 620 пакеты передают. Операция затем возвращается на этап 612. Когда на последнем этапе определяют, что находящийся под землей инструмент является неподвижным, обработка переходит на этап 624, на котором инициируют структуру пакета фиксированной длины. На этапе 628 пакет фиксированной длины с повторениями/многократно передают для приема портативным устройством или другими соответствующими аппаратными средствами над землей. На этапе 632 принимают пакет фиксированной длины, и он может быть добавлен в буфер, как описано выше. На этапе 636 могут быть предприняты попытки декодировать значения буфера, например, для каждой итерации. В других вариантах осуществления портативное устройство может устанавливать задержку любой попытки декодирования, до тех пор, пока определенное заданное количество данных не будет накоплено в буфере. Для каждой итерации, если декодирование будет неудачным, операция возвращается на этап 632, для приема следующего пакета. После того, как будет достигнуто успешное декодирование, операция переходит на этап 640, на котором передают декодированные значения в соответствующее местоположение и затем выполняют очистку буфера. Операция затем возвращается на этап 612.Next, attention will be directed to FIG. 5, which is a flowchart representing one embodiment of a method, generally denoted by
Как описано выше и со ссылкой на фиг. 2, акселерометры 220 подвергаются высоким уровням ударов и вибрации. Для того, чтобы обеспечивать считывание тангажа в режиме реального времени во время бурения, в варианте осуществления, процессор 210 может применять непрерывный фильтр для необработанных данных тангажа, для сглаживания вариаций, индуцированных ударами и вибрацией. Например, фильтрации скорости может отбрасывать более быстрые изменения тангажа, чем +/-3° в секунду. Значение +/-3° в секунду в данном примере не является обязательным, но выводится из того факта, что буровая труба, которая составляет бурильную колонну, имеет конечный радиус изгиба, таким образом, что корпус бурильного инструмента не может изменять тангаж или направление, без прохода некоторого конечного расстояния. Например, если R представляет собой ограничивающий радиус изгиба буровой трубы, S представляет длину дуги перемещения инструмента, и тета (θ) представляет собой изменение угла тангажа:As described above and with reference to FIG. 2,
Если R = 100 футов и θ = 3°, S = 5,236 футов. Если только скорость проникновения будет выше, чем 3,57 миль в час во время управления, +/-3° в секунду должно быть адекватным значением.If R = 100 feet and θ = 3°, S = 5.236 feet. Unless the penetration rate is higher than 3.57 mph while steering, +/-3° per second should be adequate.
В другом варианте осуществления угол тангажа может усредняться при бурении путем переключения на датчик c более высоким значением g (то есть, акселерометр), когда находящийся под землей инструмент вращается и/или движется. При бурении в скалистой породе, удары и вибрации корпуса находящегося под землей инструмента могут составлять несколько сотен g. Диапазон измерений типичных акселерометров MEMS, которые обычно используются для горизонтального направленного бурения, часто ограничены +1-2 g, из-за необходимости высокого разрешения. В результате такого ограниченного динамического диапазона, такой акселерометр может постоянно достигать своего верхнего и нижнего пределов, в зависимости от условий бурения. В неблагоприятных условиях с ограниченным динамическим диапазоном трудно получить представительное среднее значение тангажа даже при применении усреднения данных тангажа. В соответствии с этим, акселерометр 660 с малой стоимостью, большим значением g и низким разрешением (фиг. 2) может быть добавлен к датчику из набора датчиков для отслеживания среднего тангажа, когда находящийся под землей инструмент вращается. В еще одном другом варианте осуществления может использоваться акселерометр MEMS, который имеет программируемый диапазон g таким образом, что диапазон тангажа может быть перепрограммирован в процессе работы, когда условия гарантируются.In another embodiment, the pitch angle may be averaged while drilling by switching to a higher g-value sensor (ie, accelerometer) when the underground tool is rotating and/or moving. When drilling in rock, the shock and vibration of the body of an underground tool can be several hundred g. The measurement range of typical MEMS accelerometers, which are commonly used for horizontal directional drilling, is often limited to +1-2 g due to the need for high resolution. As a result of this limited dynamic range, such an accelerometer can constantly reach its upper and lower limits, depending on drilling conditions. Under adverse conditions with limited dynamic range, it is difficult to obtain a representative average pitch even when pitch data is averaged. Accordingly, a low cost, high g, low resolution accelerometer 660 (FIG. 2) can be added to the sensor of the mid-pitch sensor array as the underground instrument rotates. In yet another embodiment, a MEMS accelerometer can be used that has a programmable g range such that the pitch range can be reprogrammed on the fly when conditions are guaranteed.
Далее, на фиг. 6, показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая один вариант осуществления способа, в общем, обозначенного номером 700 ссылочной позиции, для динамической настройки чувствительности силы g, для расширения динамического диапазона на основе рабочих условий, с которыми сталкивается находящийся под землей инструмент. Способ начинается на этапе 704 и переходит на этап 708, на котором инициализируют определение данных, используя датчик высокого разрешения с ограниченным диапазоном силы g или датчик с высоким разрешением, когда используется программируемый датчик. На этапе 712 получают показания силы g (то есть, показания акселерометра). На этапе 716 показания сравнивают с пороговым значением, которое может быть основано на возможностях рабочего диапазона акселерометра, используемого в данное время. Если текущее показание находится в пределах диапазона, в способе продолжает использоваться диапазон с высоким разрешением на этапе 720, и выполняется передача показаний на этапе 724 во время нормальной работы. С другой стороны, если на этапе 716 детектируют, что текущее показание силы g превышает пороговое значение, операция переходит на этап 728 для переключения с датчика с высоким разрешением на датчик с высоким значением силы g и меньшим разрешением. Обработка затем переходит на этап 724 таким образом, что показания тангажа датчика с высоким разрешением могут быть подвергнуты усреднению по множеству для использования системой и/или представления оператору портативного устройства и/или бурового станка. Как часть нормального режима работы, процедура итеративно зациклена обратно на этап 712 для получения следующего показания акселерометра.Next, in FIG. 6, a flowchart is shown illustrating one embodiment of a method, generally designated
Представленное выше описание изобретения было представлено с целью иллюстрации и описания. При этом предполагается, что оно не является исключительным и не ограничивает изобретение раскрытыми точной формой или формами, и другие модификации и изменения могут быть возможными с учетом представленных выше описаний. Например, протоколы данных, описанные выше, могут быть выбраны вручную или автоматически. В одном варианте осуществления один или больше из описанных выше усовершенствованных протоколов данных для получения расширенного диапазона и/или для обеспечения защиты от помехи могут быть выбраны из портативного определения местоположения, другого, чем наземное устройство или из бурового станка. В другом варианте осуществления один или больше их описанных усовершенствованных протоколов данных может быть выбран на основе ориентации тангажа передатчика во время запуска. В еще одном, другом варианте осуществления, один или больше из описанных усовершенствованных протоколов данных могут быть выбраны на основе последовательности ориентации крена бурильной колонны. В соответствии с этим, для специалиста в данной области техники будут понятны определенные модификации, перемены, добавления и подкомбинации описанных выше вариантов осуществления.The above description of the invention has been presented for the purpose of illustration and description. This is intended to be non-exclusive and not to limit the invention to the precise form or forms disclosed, and other modifications and variations may be possible in view of the above descriptions. For example, the data protocols described above may be selected manually or automatically. In one embodiment, one or more of the enhanced data protocols described above for obtaining extended range and/or for providing interference protection may be selected from a portable positioning device other than a surface device or from a drilling rig. In another embodiment, one or more of the described advanced data protocols may be selected based on the pitch orientation of the transmitter during launch. In yet another embodiment, one or more of the described enhanced data protocols may be selected based on the roll orientation sequence of the drill string. Accordingly, certain modifications, alterations, additions, and subcombinations of the embodiments described above will be apparent to those skilled in the art.
Все варианты элементы, части и этапы, описанные здесь, предпочтительно включены. Следует понимать, что любые из этих элементов, деталей и этапов могут быть заменены другими элементами, частями и этапами или могут быть удалены вместе, как будет понятно для специалиста в данной области техники.All of the elements, parts, and steps described herein are preferably included. It should be understood that any of these elements, parts, and steps may be replaced by other elements, parts, and steps, or may be removed together, as will be understood by a person skilled in the art.
В качестве кратких итогов, в данном описании раскрыто, по меньшей мере, следующее. Передатчик поддерживается рядом с находящимся под землей инструментом для определения множества рабочих параметров, относящихся к находящемуся под землей инструменту. Передатчик обрабатывает сигнал данных так, что он характеризует один или больше из рабочих параметров для передачи из находящегося под землей инструмента, на основе статуса работы находящегося под землей инструмента. Приемник принимает сигнал данных и получает рабочие параметры. Описаны усовершенствованные протоколы данных. Усреднение тангажа и улучшение динамического диапазона тангажа для считывания показаний акселерометра описано на основе отслеживаемых механических ударов и вибраций находящегося под землей инструмента.As a summary, this description discloses at least the following. The transmitter is supported near the underground tool to determine a plurality of operating parameters related to the underground tool. The transmitter processes the data signal such that it characterizes one or more of the operating parameters for transmission from the underground tool, based on the operating status of the underground tool. The receiver receives the data signal and receives the operating parameters. Improved data protocols are described. The pitch averaging and improvement of the pitch dynamic range for accelerometer readings is described based on the tracked mechanical shocks and vibrations of the underground instrument.
КонцепцииConcepts
В данном описании далее определены, по меньшей мере, следующие концепции.In this description, at least the following concepts are further defined.
Концепция 1. Устройство, предназначенное для использования совместно с системой для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводят к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время операции под землей, упомянутое устройство, содержащее:Concept 1. An apparatus for use in conjunction with an underground operation system in which the drill string extends from the drilling rig to the underground tool in such a way that the pulling and retracting of the drill string generally results in corresponding movements of the underground tool. tool during an underground operation, said device, comprising:
передатчик, поддерживаемый рядом с находящимся под землей инструментом для определения множества рабочих параметров, относящихся к находящемуся под землей инструменту и для обработки сигнала данных, который характеризует один или больше из рабочих параметров для передачи от находящегося под землей инструмента на основе рабочего статуса находящегося под землей инструмента; иa transmitter maintained near the underground tool to determine a plurality of operating parameters related to the underground tool and to process a data signal that characterizes one or more of the operating parameters to transmit from the underground tool based on the operating status of the underground tool ; And
приемник, для установки в упомянутое выше местоположение над землей для приема сигнала данных и для получения рабочих параметров.receiver, for installation in the above-mentioned location above the ground to receive the data signal and to obtain operating parameters.
Концепция 2. Устройство по концепции 1, в котором передатчик выполнен с возможностью определения рабочего статуса находящегося под землей инструмента, на основе детектирования, по меньшей мере, одного из движения и вращения находящегося под землей инструмента.Concept 2. The apparatus of Concept 1 wherein the transmitter is configured to determine the operating status of an underground tool based on detecting at least one of movement and rotation of the underground tool.
Концепция 3. Устройство по концепции 1 или 2, в котором передатчик и приемник, выполненный с возможностью использования во взаимодействии множества протоколов передачи данных для передачи и приема сигнала данных, соответственно, и передатчик, выполненный с возможностью изменения протокола передачи данных, в соответствии с детектированием изменения рабочего статуса находящегося под землей инструмента.Concept 3. A device according to concept 1 or 2, in which a transmitter and a receiver configured to use a plurality of communication protocols for transmitting and receiving a data signal, respectively, and a transmitter configured to change the communication protocol, in accordance with the detection changes in the working status of an underground tool.
Концепция 4. Устройство по концепции 3, в котором передатчик выполнен с возможностью детектировать изменение рабочего состояния, по меньшей мере, как (i) изменение неподвижного состояния в динамическое состояние и (ii) изменение динамического состояния в неподвижное состояние.Concept 4: The apparatus of Concept 3 wherein the transmitter is configured to detect a change in operating state as at least (i) a change from a stationary state to a dynamic state and (ii) a change from a dynamic state to a stationary state.
Концепция 5. Устройство по концепции 3 или 4, в котором множество протоколов передачи данных включает в себя статический протокол разрешения тангажа и динамический протокол разрешения тангажа.Concept 5: An apparatus according to concept 3 or 4 wherein the plurality of communication protocols includes a static pitch resolution protocol and a dynamic pitch resolution protocol.
Концепция 6. Устройство по концепции 5, в котором статический протокол разрешения тангажа имеет более высокое разрешение, чем динамический протокол разрешения тангажа.Concept 6. The apparatus of Concept 5 wherein the static pitch resolution protocol has a higher resolution than the dynamic pitch resolution protocol.
Концепция 7. Устройство по концепции 5 или 6, в котором, по меньшей мере, один из динамического протокола разрешения тангажа и статического протокола разрешения тангажа содержит: представляют ориентацию тангажа передатчика на основе разрешения, которое уменьшается на один или больше шагов, в ответ на увеличение магнитуды ориентации тангажа.Concept 7. The apparatus of concept 5 or 6, wherein at least one of a dynamic pitch resolution protocol and a static pitch resolution protocol comprises: representing a transmitter's pitch orientation based on a resolution that decreases by one or more steps in response to an increase pitch orientation magnitude.
Концепция 8. Устройство по концепции 7, в котором статический протокол разрешения тангажа характеризует ориентацию тангажа на основе фиксированного количества битов, которое определяет фиксированное количество значений битов, и упомянутые шаги определяют, по меньшей мере, два диапазона тангажа, причем упомянутые значения битов назначают диапазонам тангажа для установления разрешения для каждого диапазона тангажа.Concept 8. Apparatus as in concept 7, wherein the static pitch resolution protocol characterizes the pitch orientation based on a fixed number of bits that defines a fixed number of bit values, and said steps define at least two pitch ranges, said bit values being assigned to the pitch ranges to set the resolution for each pitch range.
Концепция 9. Устройство по любой из концепций 3 – 8, в котором передатчик выполнен с возможностью детектировать его стационарное состояние и, в ответ на это, переключаться на фиксированную длину пакета для характеризации одного или больше рабочих параметров и, после этого, повторно передавать пакет фиксированной длины во время стационарного состояния для приема приемником.Concept 9. A device according to any of concepts 3 to 8, in which the transmitter is configured to detect its stationary state and, in response to this, switch to a fixed packet length to characterize one or more operating parameters and, thereafter, retransmit the fixed packet. length during the steady state to be received by the receiver.
Концепция 10. Устройство по концепции 9, в котором передатчик дополнительно выполнен с возможностью включать в себя, по меньшей мере, одну из ориентации крена, ориентации тангажа, состояния батареи и температуры передатчика, в качестве охарактеризованных рабочих параметров в пакете фиксированной длины.Concept 10. The apparatus of Concept 9 wherein the transmitter is further configured to include at least one of roll orientation, pitch orientation, battery status, and transmitter temperature as characterized operating parameters in a fixed length burst.
Концепция 11. Устройство по концепции 9 или 10, в котором приемник выполнен с возможностью усреднения по множеству для множества принимаемых значений пакета фиксированной длины для получения охарактеризованных рабочих параметров.Concept 11: The apparatus of concept 9 or 10 wherein the receiver is configured to set-average over a set of received values of a fixed-length burst to obtain characterized performance parameters.
Концепция 12. Устройство по любой из предыдущих концепций, в котором операционные параметры включают в себя ориентацию крена передатчика, и передатчик выполнен с возможностью передавать упомянутый сигнал данных, используя структуру пакета, включающую в себя множество различных типов пакетов, для характеризации множества рабочих параметров, включающих в себя, по меньшей мере, пакет ориентации крена, который устанавливает ориентацию крена, когда детектируется, что находящийся под землей инструмент вращается, и для приостановки передачи пакета ориентации крена из структуры пакета в ответ на детектирование, что находящийся под землей инструмент не вращается.Concept 12. An apparatus according to any of the previous concepts wherein the operational parameters include the roll orientation of the transmitter and the transmitter is configured to transmit said data signal using a packet structure including a plurality of different packet types to characterize a plurality of operational parameters including including at least a roll orientation packet that sets the roll orientation when it is detected that the underground tool is rotating, and to suspend transmission of the roll orientation packet from the package structure in response to detecting that the underground tool is not rotating.
Концепция 13. Устройство по любой из предыдущих концепций, в котором один из упомянутых рабочих параметров представляет собой ориентацию тангажа находящегося под землей инструмента, и упомянутый передатчик выполнен с возможностью передавать сигнал данных, используя протокол пакета, включающий в себя пакет тангажа с низким разрешением в ответ на детектирование динамического состояния находящегося под землей инструмента и пакет тангажа с высоким разрешением в ответ на детектирование статического состояния находящегося под землей инструмента.Concept 13. An apparatus according to any of the previous concepts wherein one of said operating parameters is the pitch orientation of an underground instrument and said transmitter is configured to transmit a data signal using a packet protocol including a low resolution pitch packet in response. to detecting the dynamic state of the underground tool; and a high-resolution pitch burst in response to detecting the static state of the underground tool.
Концепция 14. Устройство по любой из предыдущих концепций, в котором упомянутый сигнал данных выполнен на основе протокола пакета для передачи последовательности пакетов из передатчика в приемник, для характеризации одного или больше рабочих параметров таким образом, что каждый пакет включает в себя, по меньшей мере, два бита синхронизации, которые используются при декодировании каждого пакета в приемнике, в то время как биты синхронизации одновременно используются, как биты данных, совместно с другими битами, для характеризации одного или больше рабочих параметров.Concept 14. An apparatus according to any of the previous concepts wherein said data signal is based on a packet protocol for transmitting a sequence of packets from a transmitter to a receiver to characterize one or more operating parameters such that each packet includes at least two sync bits that are used in the decoding of each packet at the receiver, while the sync bits are simultaneously used as data bits, in conjunction with other bits, to characterize one or more performance parameters.
Концепция 15. Устройство по концепции 14, в котором рабочий параметр представляет собой ориентацию крена находящегося под землей инструмента.Concept 15. A device according to concept 14, in which the operating parameter is the roll orientation of the underground tool.
Концепция 16. Передатчик для использования совместно с приемником, как часть системы для выполнения под землей операции, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента, на котором установлен передатчик, таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводит к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время выполнения операции под землей, упомянутый передатчик, содержащий:
по меньшей мере, один датчик, для определения одного или больше рабочих параметров, относящихся к рабочему статусу находящегося под землей инструмента; иat least one sensor for determining one or more operating parameters related to the operating status of the underground tool; And
процессор, выполненный с возможностью обработки сигнала данных, для передачи из передатчика на основе рабочего статуса находящегося под землей инструмента.a processor configured to process the data signal for transmission from the transmitter based on the operating status of the underground tool.
Концепция 17. Приемник, предназначенный для использования совместно с передатчиком, как часть системы, для выполнения под землей операции, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента, на котором установлен передатчик таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводит к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время выполнения операций под землей, упомянутый приемник, содержащий:Concept 17. A receiver designed to be used in conjunction with a transmitter as part of a system to perform an underground operation in which a drillstring extends from a drilling rig to a subterranean tool on which the transmitter is mounted in such a way that pulling and retracting the drillstring, in general, leads to the corresponding movements of the underground tool during underground operations, said receiver, comprising:
компоновку для приема упомянутого сигнала данных, который передает передатчик, и этот сигнал данных характеризует один или больше рабочих параметров, относящихся к рабочему статусу находящегося под землей инструмента таким образом, что сигнал данных обрабатывают на основе рабочего статуса; иarranging for receiving said data signal which is transmitted by the transmitter, and said data signal indicative of one or more operating parameters related to the operating status of the underground tool such that the data signal is processed based on the operating status; And
процессор, выполненный с возможностью декодирования обработанного сигнала данных для получения одного или больше рабочих параметров.a processor configured to decode the processed data signal to obtain one or more operating parameters.
Концепция 18. Передатчик, предназначенный для использования совместно с системой для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента таким образом, что протягивание и/или вращение бурильной колонны приводит к движению находящегося под землей инструмента вдоль подземного пути, в результате чего, находящийся под землей инструмент подвергается механическим ударам и вибрации, упомянутый передатчик, содержащий:Concept 18: A transmitter for use in conjunction with an underground operation system in which a drillstring extends from a drilling rig to an underground tool such that pulling and/or rotating the drillstring moves the underground tool along the underground path, as a result of which the underground tool is subjected to mechanical shocks and vibrations, said transmitter, comprising:
акселерометр, для измерения ориентации тангажа находящегося под землей инструмента в каждом из диапазона высокого разрешения и диапазона низкого разрешения, который подвергается механическому удару и вибрации, для получения последовательности показаний тангажа; иan accelerometer for measuring a pitch orientation of an underground instrument in each of a high resolution band and a low resolution band that is subjected to mechanical shock and vibration to obtain a sequence of pitch readings; And
процессор, который выполнен с возможностью отслеживания последовательности показаний тангажа и, в соответствии с этим, для выбора одного из диапазона высокого разрешения и диапазона низкого разрешения, для характеризации ориентации тангажа и для усреднения последовательности показаний тангажа в выбранном одном из диапазона высокого разрешения и диапазона низкого разрешения, для генерирования среднего показания тангажа, для передачи из передатчика.a processor that is configured to track a sequence of pitch readings and, accordingly, to select one of a high resolution range and a low resolution range, to characterize the pitch orientation, and to average the sequence of pitch readings in the selected one of the high resolution range and the low resolution range , to generate an average pitch reading, for transmission from the transmitter.
Концепция 19. Передатчик по концепции 18, в котором упомянутая средство акселерометра включает в себя акселерометр для высокого значения силы g, c низким разрешением, предназначенный для генерирования последовательности показаний тангажа в диапазоне с высоким разрешением, и акселерометр с высоким разрешением, низким значением силы g, предназначенный для генерирования последовательности показаний тангажа в диапазоне низкого разрешения.Concept 19. The transmitter of concept 18, wherein said accelerometer means includes a high-g-force, low-resolution accelerometer for generating a sequence of pitch readings over a high-resolution range, and a high-resolution, low-g-force accelerometer, designed to generate a sequence of pitch readings in the low resolution range.
Концепция 20. Передатчик по концепции 18, в котором средство акселерометра включает в себя программируемый акселерометр для обеспечения диапазона с высоким разрешением и диапазона с низким разрешением, в соответствии с командой упомянутого процессора.
Концепция 21. Передатчик по концепции 18 или 19, в котором упомянутый процессор выполнен с возможностью переключения между диапазоном высокого разрешения и диапазоном низкого разрешения на основе порогового значения силы g.Concept 21. The transmitter of concept 18 or 19 wherein said processor is configured to switch between a high resolution band and a low resolution band based on a force threshold g.
Концепция 22. Передатчик, предназначенный для использования совместно с системой для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка до находящегося под землей инструмента таким образом, что протягивание и/или вращение бурильной колонны приводит к движению находящегося под землей инструмента вдоль подземного пути, подвергая находящийся под землей инструмент механическому удару и вибрации, упомянутый передатчик, содержащий: акселерометр для определения ориентации тангажа находящегося под землей инструмента, для получения последовательности показаний тангажа; иConcept 22: A transmitter for use in conjunction with an underground operation system in which a drillstring extends from a drilling rig to an underground tool such that the pulling and/or rotation of the drillstring causes the underground tool to move along the underground path, subjecting the underground tool to mechanical shock and vibration, said transmitter, comprising: an accelerometer for determining the pitch orientation of the underground tool, to obtain a sequence of pitch readings; And
процессор, который выполнен с возможностью усреднения последовательности показаний тангажа, для генерирования среднего значения показаний тангажа для передачи из передатчика.a processor that is configured to average the sequence of pitch readings to generate an average of the pitch readings for transmission from the transmitter.
Концепция 23. Передатчик по концепции 22, дополнительно выполненный с возможностью для постоянной фильтрации последовательности показаний тангажа, для уменьшения вариаций среднего значения показаний тангажа, в соответствии с механическим ударом и вибрацией.Concept 23. The transmitter of concept 22, further configured to continuously filter the pitch reading sequence to reduce variations in the average pitch readings due to mechanical shock and vibration.
Концепция 24. Передатчик по концепции 23, в котором упомянутый процессор выполнен с возможностью отбрасывать изменения тангажа в упомянутой последовательности показаний тангажа, которые обозначают скорость изменения ориентации тангажа, большую, чем заданное значение.Concept 24. The transmitter of concept 23 wherein said processor is configured to discard pitch changes in said sequence of pitch readings that indicate a rate of pitch change greater than a predetermined value.
Концепция 25. Передатчик, предназначенный для использования совместно с приемником, как часть системы для выполнения операций под землей, в которой бурильная колонна продолжается от буровой станции до находящегося под землей инструмента, на котором установлен передатчик таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводит к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время операции под землей, упомянутый передатчик, содержащий:Concept 25: A transmitter intended to be used in conjunction with a receiver as part of a system for underground operations in which a drillstring extends from the drilling station to a subterranean tool on which the transmitter is mounted in such a way that pulling and retracting the drillstring, in in general, leads to the corresponding movements of the underground tool during the operation underground, said transmitter, comprising:
по меньшей мере, один датчик для определения одного или больше рабочих параметров, относящихся к находящемуся под землей инструменту; иat least one sensor for determining one or more operating parameters related to the underground tool; And
процессор, выполненный с возможностью передачи данных, относящихся к одному или больше рабочим параметрам, в стандартном режиме и в альтернативном режиме, таким образом, что альтернативный режим характеризует, по меньшей мере, один конкретный один из рабочих параметров, используя количество битов, которое меньше, чем количество битов, которое характеризует конкретный параметр в стандартном режиме, с альтернативным режимом, представляющим определенный параметр с более низким разрешением, чем стандартный режим.a processor configured to transmit data related to one or more operating parameters in a standard mode and in an alternate mode, such that the alternate mode characterizes at least one specific one of the operating parameters using a number of bits that is less than, than the number of bits that characterizes a particular parameter in standard mode, with an alternate mode representing a particular parameter with a lower resolution than standard mode.
Концепция 26. Передатчик по концепции 25, в котором определенный рабочий параметр представляет собой ориентацию крена находящегося под землей инструмента, и упомянутый передатчик выполнен с возможностью передавать сигнал данных, используя протокол пакета, включающий в себя пакет крена с более высоким разрешением в упомянутом стандартном режиме и пакет крена с более низким разрешением в альтернативном режиме.Concept 26. The transmitter of concept 25 wherein the defined operating parameter is the roll orientation of the buried tool and said transmitter is configured to transmit a data signal using a packet protocol including a higher resolution roll packet in said standard mode and roll package with lower resolution in alt mode.
Концепция 27. Передатчик по концепции 26, в котором стандартный режим представляет 24 положения крена, в то время как альтернативный режим представляет 8 положений крена.Concept 27. Concept 26 transmitter in which the standard mode represents 24 roll positions while the alternate mode represents 8 roll positions.
Концепция 28. Передатчик по концепции 25, в котором конкретный параметр представляет собой ориентацию тангажа, имеющую магнитуду, и, по меньшей мере, в одном из стандартного режима и альтернативного режима, в ответ на увеличение магнитуды ориентации тангажа, разрешение ориентации тангажа уменьшается за один или больше шагов.Concept 28. The transmitter of concept 25 wherein a particular parameter is a pitch orientation having a magnitude, and in at least one of the standard mode and the alternate mode, in response to an increase in the pitch orientation magnitude, the pitch orientation resolution is reduced in one or more steps.
Концепция 29. Передатчик по концепции 25, в котором определенный рабочий параметр представляет собой ориентацию крена передатчика, и передатчик выполнен с возможностью передачи упомянутого сигнала данных, используя структуру пакета, включающую в себя множество разных типов пакетов для характеризации множества рабочих параметров, по меньшей мере включающих в себя пакет ориентации крена, который определяет ориентацию крена, в упомянутом стандартном режиме и приостановки передачи пакета ориентации крена в альтернативном режиме.Concept 29. The transmitter of concept 25 wherein the defined operating parameter is the roll orientation of the transmitter and the transmitter is configured to transmit said data signal using a packet structure including a plurality of different packet types to characterize a plurality of operational parameters at least including into itself a roll orientation packet that determines the roll orientation, in said standard mode, and suspending the transmission of the roll orientation packet in the alternate mode.
Концепция 30. Передатчик по концепции 25, в котором конкретный рабочий параметр представляет собой ориентацию тангажа находящегося под землей инструмента, и упомянутый передатчик выполнен с возможностью передачи сигнала данных, используя протокол пакета, включающий в себя пакет тангажа с более высоким разрешением в упомянутом стандартном режиме и пакет тангажа с низким разрешением в альтернативном режиме.Concept 30. The transmitter of concept 25 wherein the particular operating parameter is the pitch orientation of an underground instrument and said transmitter is configured to transmit a data signal using a packet protocol including a higher resolution pitch packet in said standard mode and low resolution pitch pack in alt mode.
Концепция 31. Передатчик по любой из концепций 25 – 30, дополнительно выполненный с возможностью переключения в упомянутый альтернативный режим на основе детектируемой электромагнитной помехи.Concept 31. The transmitter of any of the concepts 25-30, further configured to switch to said alternate mode based on detected electromagnetic interference.
Концепция 32. Передатчик для использования совместно с приемником, как часть системы для выполнения операции под землей, в которой бурильная колонна продолжается от бурового станка находящегося под землей инструмента, который поддерживает передатчик, таким образом, что протягивание и отвод бурильной колонны, в общем, приводит к соответствующим движениям находящегося под землей инструмента во время операции под землей, упомянутый передатчик, содержащий:
по меньшей мере, один датчик, предназначенный для определения одного или больше рабочих параметров, относящихся к находящемуся под землей инструменту; иat least one sensor for determining one or more operating parameters related to the underground tool; And
процессор, выполненный с возможностью передачи сигнала данных из передатчика, используя множество протоколов передачи пакетов данных, включающих в себя определенный протокол, который, в ответ на детектирование неподвижного состояния передатчика, использует фиксированный фрейм данных для характеризации одного или больше рабочих параметров и многократно передает фиксированный фрейм данных.a processor configured to transmit a data signal from a transmitter using a plurality of data burst protocols including a specific protocol that, in response to detecting a stationary state of the transmitter, uses a fixed data frame to characterize one or more operating parameters and repeatedly transmits the fixed frame data.
Концепция 33. Передатчик по концепции 32, выполненный с возможностью включать в себя, по меньшей мере, одну из ориентации крена, ориентации тангажа, состояния батареи и температуры передатчика в фиксированном фрейме данных.Concept 33. The transmitter of
Claims (40)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201361785410P | 2013-03-14 | 2013-03-14 | |
| US61/785,410 | 2013-03-14 | ||
| US14/208,470 US10227867B2 (en) | 2013-03-14 | 2014-03-13 | Directional drilling communication protocols, apparatus and methods |
| US14/208,470 | 2014-03-13 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015138128A Division RU2666374C2 (en) | 2013-03-14 | 2014-03-13 | Directional drilling communication protocols, apparatus and methods |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018131285A RU2018131285A (en) | 2018-10-29 |
| RU2018131285A3 RU2018131285A3 (en) | 2022-01-31 |
| RU2799351C2 true RU2799351C2 (en) | 2023-07-05 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU22376U1 (en) * | 2001-08-27 | 2002-03-27 | Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские Горизонты" | OBSTACLE DRILLING COMPLEX |
| RU2235830C1 (en) * | 2003-05-14 | 2004-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" | Method and device for detecting bore drilling machine location in ground |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU22376U1 (en) * | 2001-08-27 | 2002-03-27 | Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские Горизонты" | OBSTACLE DRILLING COMPLEX |
| RU2235830C1 (en) * | 2003-05-14 | 2004-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" | Method and device for detecting bore drilling machine location in ground |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2666374C2 (en) | Directional drilling communication protocols, apparatus and methods | |
| US10408041B2 (en) | Well ranging apparatus, systems, and methods | |
| US20220127956A1 (en) | Advanced Drill String Communication System, Components and Methods | |
| US20180371899A1 (en) | Downhole electromagnetic and mud pulse telemetry apparatus | |
| US20100182161A1 (en) | Wireless telemetry repeater systems and methods | |
| US10227863B2 (en) | Well ranging apparatus, methods, and systems | |
| CN109025978B (en) | Apparatus and method for utilizing multi-bit symbol streams in directional drilling systems | |
| CA2531745C (en) | Determination of the orientation and/or position of the downhole device | |
| CN102852512A (en) | Device and method for monitoring stick-slip vibration of drill bit based on measurement while drilling | |
| CN109869142B (en) | Underground data transmission device and method | |
| RU2799351C2 (en) | Protocols, device and methods for data transmission in directional drilling | |
| US11513247B2 (en) | Data acquisition systems | |
| CA3070383C (en) | Connector ring | |
| CN219826713U (en) | Wireless steering control system and device for horizontal directional drill |