BRPI0116924B1

BRPI0116924B1 - method of communicating data in a wellbore

Info

Publication number: BRPI0116924B1
Application number: BRPI0116924A
Authority: BR
Inventors: Roger L Schultz; Wallace R Gardner
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2015-10-13
Also published as: BR0116924A; GB0318327D0; GB2392685A; WO2002073004A1; GB2392685B

Abstract

"método de comunicar dados em um furo de poço". um sistema de telemetria cdma síncrono (10) é provido para aplicação em um furo de poço. em uma concretização descrita cada bit de dados de saídas digitais (24, 26) de múltiplas fontes de dados no fundo do poço é multiplicado por um código ortogonal (28, 30) singular ara cada fonte de dados. as saídas codificadas resultantes são moduladas sobre uma freqüência portadora (32, 34) e somadas (38) em um canal de transmissão (36). o sinal resultante é demodulado (44, 46) em um local remoto e separadamente multiplicado por cada um dos códigos (48, 50) em separado das contribuições para o sinal provenientes de cada fonte de dados. as saídas individuais demoduladas e decodificadas são então integradas (52, 54) através da extensão de cada bit de dados."method of communicating data in a wellbore". a cdma synchronous telemetry system (10) is provided for application to a wellbore. In one described embodiment each digital output data bit (24, 26) from multiple downhole data sources is multiplied by a unique orthogonal code (28, 30) for each data source. The resulting coded outputs are modulated over a carrier frequency (32, 34) and summed (38) into a transmission channel (36). the resulting signal is demodulated (44, 46) at a remote location and separately multiplied by each of the codes (48, 50) separately from the contributions to the signal from each data source. The demodulated and decoded individual outputs are then integrated (52, 54) by extending each data bit.

Description

“MÉTODO DE COMUNICAR DADOS EM UM FURO DE POÇO” CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se geralmente a sistemas de telemetria utilizados em conjunção com poços subterrâneos e, em uma concretização descrita aqui, mais especificamente apresenta um sistema de telemetria CDMA (Múltiplo Acesso por Divisão de Código) para aplicação em um furo de poço.TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to telemetry systems used in conjunction with underground wells and, in one embodiment described herein, more specifically features a CDMA (Multiple Access Access Telemetry) telemetry system. Code Division) for application to a wellbore.

FUNDAMENTOSGROUNDS

Existe necessidade por um método de transmitir dados a velocidades muito altas em poços subterrâneos. Um exemplo desta necessidade é aquela transmitir dados sísmicos a uma taxa de dados muito alta a partir de geofones posicionados em um furo de poço. No presente exemplo, uma taxa de dados de 30 Mbps pode ser requerida.There is a need for a method of transmitting data at very high speeds in underground wells. An example of this need is that it transmits seismic data at a very high data rate from geophones positioned in a wellbore. In the present example, a data rate of 30 Mbps may be required.

Infelizmente, uma taxa de dados de 30 Mbps é muito superior às capacidades dos sistemas de telemetria atuais.Por exemplo, sistemas de telemetria de diagrafia a cabo convencionais têm somente capacidade para cerca de 30 Kbps, que é de duas ordens de magnitude inferior à taxa de dados desejada.Unfortunately, a data rate of 30 Mbps is much higher than the capabilities of current telemetry systems. For example, conventional cable diagram telemetry systems only have a capacity of about 30 Kbps, which is two orders of magnitude less than the rate. desired data

Além disso, sistemas de telemetria de diagrafia a cabo convencionais não são projetados para transmitir dados provenientes de fontes de dados largamente distribuídas. Em vez disso, as fontes de dados usadas com instrumentos de diagrafia a cabo são tipicamente dispostas em relação estreita. A transmissão de dados provenientes de fontes de dados largamente distribuídas, por outro lado, pode causar retardos nos tempos de transmissão recíprocos entre as respectivas fontes de dados, dessa maneira alterando as relações entre os dados transmitidos.In addition, conventional cable-line telemetry systems are not designed to transmit data from widely distributed data sources. Instead, the data sources used with cable diagrams are typically arranged in close relationship. Transmission of data from widely distributed data sources, on the other hand, may cause delays in reciprocal transmission times between respective data sources, thereby altering the relationships between transmitted data.

No caso de dados sísmicos, é importante para a avaliação dos dados que os dados provenientes de sensores separados medidos em uma ocasião específica sejam transmitidos de uma maneira que permita a preservação desta relação temporal. Uma forma de promover este objetivo é transmitir os dados provenientes de fontes separadas simultaneamente através do mesmo canal de transmissão. Todavia, a transmissão de dados provenientes de fontes separadas via o mesmo canal de transmissão apresenta outros desafios, tal como diferenciar os dados de uma fonte dos dados dos dados provenientes de outra fonte.In the case of seismic data, it is important for data evaluation that data from separate sensors measured at a specific occasion be transmitted in a manner that allows the preservation of this temporal relationship. One way to further this goal is to transmit data from separate sources simultaneously over the same transmission channel. However, transmitting data from separate sources via the same transmission channel presents other challenges, such as differentiating data from one source from data from another.

SUMÁRIOSUMMARY

Na realização dos princípios da presente invenção, de acordo com uma concretização da mesma, um método é apresentado que resolve o problema acima da técnica.In carrying out the principles of the present invention, according to one embodiment thereof, a method is presented which solves the above problem of the art.

Sob um aspecto da invenção, o método inclui as etapas de instalar múltiplos sensores em um furo de poço, multiplicar cada bit de dados da saída de cada sensor por um código digital e simultaneamente transmitir as saídas de sensor codificadas para um local remoto através de um canal de transmissão. Cada um dos sensores é incluído em um nó sensor e produz uma respectiva saída digital. Em um exemplo do método, os sensores são geofones largamente distribuídos em um furo de poço, e os nós sensores são todos conectados com um cabo servindo como o canal de transmissão..In one aspect of the invention, the method includes the steps of installing multiple sensors in a wellbore, multiplying each data bit from each sensor output by a digital code and simultaneously transmitting the encoded sensor outputs to a remote location via a transmission channel. Each of the sensors is included in a sensor node and produces a respective digital output. In one example of the method, the sensors are geophones widely distributed in a wellbore, and the sensor nodes are all connected with a cable serving as the transmission channel.

Sob outro aspecto da invenção, os códigos usados para codificar as saídas de sensor são singulares para cada um dos sensores e são ortogonais entre si. De preferência, os códigos são códigos Walesh. Desta maneira, as saídas codificadas podem ser transmitidas simultaneamente no mesmo canal de transmissão sem interferência ou diafonia entre as transmissões.In another aspect of the invention, the codes used to encode sensor outputs are unique to each of the sensors and are orthogonal to each other. Preferably the codes are Walesh codes. In this way, encoded outputs can be transmitted simultaneously on the same transmission channel without interference or crosstalk between transmissions.

Sob ainda outro aspecto da invenção, as saídas de sensor codificadas são moduladas sobre uma freqüência portadora antes de serem somadas no canal de transmissão. Quando o sinal resultante é recebido no local remoto, é demodulado. O sinal demodulado é então separadamente multiplicado por cada um dos códigos para produzir respectivas transmissões decodificadas contendo contribuições separadas para o smal. listas transmissões decodificadas separadas são então integradas através da extensão de cada bit de dados para produzir uma saída da qual os dados originais podem ser interpretados.In yet another aspect of the invention, encoded sensor outputs are modulated over a carrier frequency before being summed into the transmission channel. When the resulting signal is received at the remote location, it is demodulated. The demodulated signal is then separately multiplied by each of the codes to produce respective decoded transmissions containing separate contributions to the smal. Separate decoded transmissions lists are then integrated by extending each data bit to produce an output from which the original data can be interpreted.

Sob ainda outro aspecto da invenção, as transmissões provenientes dos vários nós sensores são sincronizadas. Um elo de fase síncrona (PLL) é usado para travamento de fase das transmissões. Um correlator corrediço é usado para obter sincronização ajustando um temporizador desvio de cada nó sensor. Um correlator adiantado/retardado é usado para manter a sincronização.In yet another aspect of the invention, transmissions from the various sensor nodes are synchronized. A synchronous phase link (PLL) is used for phase locking of transmissions. A sliding correlator is used to achieve synchronization by setting a timer offset of each sensor node. An early / delayed correlator is used to maintain synchronization.

Estes e outros aspectos característicos, vantagens, benefícios e objetivos da presente invenção se evidenciarão aqueles versados na técnica da cuidadosa consideração da descrição detalhada de uma concretização representativa da invenção que se segue e dos desenhos apensos.These and other features, advantages, benefits and objects of the present invention will be apparent to those skilled in the art of careful consideration of the detailed description of a representative embodiment of the following invention and the accompanying drawings.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS A fig. 1 é uma vista esquemática de um método incorporando princípios da presente invenção; A fig. 2 é uma vista esquemática de transmissão de dados no método da fig. 1; A fig. 3 é um fluxograma ilustrando a sincronização de transmissão de dados no método da fig. 1; e A fig. 4 é uma vista esquemática de um sistema de telemetria usado no método da fig. 1.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a method incorporating principles of the present invention; Fig. 2 is a schematic view of data transmission in the method of fig. 1; Fig. 3 is a flowchart illustrating data transmission synchronization in the method of fig. 1; and FIG. 4 is a schematic view of a telemetry system used in the method of fig. 1.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

Representativamente ilustrado na fig. 1 é um método 10 que incorpora princípios da presente invenção. Na descrição que se segue do método 10 e outros aparelhos e métodos descritos aqui, termos direcionais, tais como “acima”, “abaixo”, “superior”, “inferior”, etc. são usados somente por conveniência no reportar-se aos desenhos apensos. Adicionalmente, deve ser compreendido que as várias concretizações da invenção aqui descritas podem ser utilizadas em várias orientações, tais como inclinada, invertida, horizontal, vertical, etc., e em várias configurações, sem se afastar dos princípios da presente invenção.Representatively illustrated in fig. 1 is a method 10 embodying principles of the present invention. In the following description of method 10 and other apparatus and methods described herein, directional terms such as "above", "below", "upper", "lower", etc. are used for convenience only when referring to attached drawings. Additionally, it should be understood that the various embodiments of the invention described herein may be used in various orientations, such as inclined, inverted, horizontal, vertical, etc., and in various configurations, without departing from the principles of the present invention.

No método 10, é desejado transmitir dados a uma velocidade muito alta entre múltiplos nós fonte de dados em um poço e um local remoto. Como representado na fig. 1, os nós fonte de dados incluem geofones 12. Os geofones 12 são compelidos para o exterior de uma coluna de tubos 14 por membros propensores ou molas 16. As molas 16 compelem os geofones 12 a entrarem em contato com um furo de poço 18, que pode ser revestido como mostrado na fig. 1, ou que podem ser sem revestimento.In method 10, it is desired to transmit data at a very high speed between multiple data source nodes in a well and a remote location. As shown in fig. 1, data source nodes include geophones 12. Geophones 12 are forced outwardly of a column of tubes 14 by biasing members or springs 16. Springs 16 compel geophones 12 to contact a borehole 18, which may be coated as shown in fig. 1, or which may be uncoated.

Observe-se que os geofones 12 são ilustrados na fig. 1 como meramente um exemplo da ampla variedade de fontes de dados que pode ser usada em um método incorporando princípios da presente invenção. Outros tipos de sensores e outros tipos de fontes de dados podem ser usados consentaneamente com os princípios da invenção..Note that the geophones 12 are illustrated in fig. 1 is merely an example of the wide variety of data sources that can be used in a method incorporating principles of the present invention. Other types of sensors and other types of data sources may be used in accordance with the principles of the invention.

Somente uma pequena fração do número total de geofones 12 é representada na fig. 1. As instalações preferenciais podem incluir uma centena ou mais de geofones 12 distribuídos ao longo de milhares de metros do furo de poço 18. Todavia, deve ser claramente compreendido que qualquer número de geofones 12 pode ser usado no método 10.Only a small fraction of the total number of geophones 12 is represented in fig. 1. Preferred installations may include one hundred or more geophones 12 distributed over thousands of meters of wellbore 18. However, it should be clearly understood that any number of geophones 12 may be used in method 10.

Os geofones 12 comunicam-se com um transceptor 20 localizado na superfície da terra ou outro local remoto através de um cabo coaxial 22 se estendendo para o interior do poço. O cabo 22 serve como um canal de transmissão para comunicação entre o transceptor 20 e cada um dos geofones 16. Naturalmente, outros tipos de canais de transmissão podem ser usados no método 10. Por exemplo, comunicação entre os geofones 12 e o transceptor 20 pode ser através de ondas eletromagnéticas, pulsos acústicos transmitidos através de fluido no poço, pulsos acústicos transmitidos através da coluna de tubos 14, ou qualquer outro tipo de canal de transmissão. É desejado no método 10 transmitir dados dos geofones 12 para o transceptor 20 através do único cabo 22. Observe-se todavia que múltiplos cabos podem ser usados para comunicar entre o transceptor 20 e múltiplos respectivos grupos de nós sensores no poço, sem se afastar dos princípios da invenção.Geophones 12 communicate with a transceiver 20 located on the surface of the earth or other remote location via a coaxial cable 22 extending into the well. Cable 22 serves as a transmission channel for communication between transceiver 20 and each of geophones 16. Of course, other types of transmission channels may be used in method 10. For example, communication between geophones 12 and transceiver 20 may be through electromagnetic waves, acoustic pulses transmitted through fluid in the well, acoustic pulses transmitted through the pipe column 14, or any other type of transmission channel. It is desired in method 10 to transmit data from geophones 12 to transceiver 20 via single cable 22. Note, however, that multiple cables may be used to communicate between transceiver 20 and multiple respective sensor node groups in the well, without departing from one another. principles of the invention.

Devido à alta taxa de dados desejada e ao uso de um único canal de transmissão para comunicação entre múltiplos nós fonte de dados amplamente distribuídos e um local remoto, uma forma de transmissão de dados conhecida daqueles versados na técnica como múltiplo acesso por divisão de código (CDMA) é usado no método 10. Outrossim, uma vez que a ampla distribuição dos nós fonte de dados de outro modo causaria um retardo entre a recepção de dados transmitidos por um nó quando comparada com a recepção de dados transmitidos por outro nó (o retardo aumentando à medida que aumenta a separação entre os nós),o método 10 inclui recursos para sincronizar as transmissões provenientes de cada um dos nós, para que as transmissões de dados provenientes de todos os nós sejam recebidas no transceptor 20 como se eles simultaneamente se originassem de um único local ao longo do cabo 22.Due to the desired high data rate and the use of a single transmission channel for communication between multiple widely distributed data source nodes and a remote location, a form of data transmission known to those skilled in the art as code division multiple access ( Also, since the wide distribution of data source nodes would otherwise cause a delay between the reception of data transmitted by one node compared to the reception of data transmitted by another node (the delay). increasing as the separation between nodes increases), method 10 includes features for synchronizing transmissions from each node so that data transmissions from all nodes are received on transceiver 20 as if they simultaneously originated from a single location along cable 22.

Reportando-se adicionalmente a seguir à fig. 2, a transmissão de dados no método 10 é esquematicamente representada. Somente duas fontes de dados 24, 26 são representadas na fig. 2 para clareza de ilustração e descrição, porém deve ser claramente entendido que qualquer número de fontes de dados pode ser usado. No método 10, as fontes de dados 24, 26 são duas dos geofones 12 mostrados na fig. 1, porém deve ser entendido que qualquer outro tipo de fonte de dados pode ser usado em vez de, ou adicionalmente, aos geofones. A saída de dados das fontes de dados 24, 26 de preferência é na forma de um fluxo de bits digitais, e assim a saída de um sensor de outro modo do tipo analógico, por exemplo, seria de preferência convertida em forma digital.Referring further to fig. 2, the data transmission in method 10 is schematically represented. Only two data sources 24, 26 are represented in fig. 2 for clarity of illustration and description, but it should be clearly understood that any number of data sources may be used. In method 10, data sources 24, 26 are two of the geophones 12 shown in fig. 1, however it should be understood that any other type of data source may be used instead of or in addition to geophones. The data output from data sources 24, 26 is preferably in the form of a digital bit stream, and thus the output of an otherwise analog type sensor, for example, would preferably be converted to digital form.

Cada bit de dados da fonte de dados 24 é multiplicado por um código singular Cl por um multiplicador 28 de fundo de poço, desse modo codificando os dados. De modo similar, cada bit de dados proveniente da fonte de dados 26 é multiplicado por outro código singular C2 por um multiplicador 30 de fundo de poço, desse modo codificando aqueles dados. Onde fontes de dados adicionais são usadas, a saída de cada fonte de dados adicional seria igualmente multiplicada por outro respectivo código singular.Each data bit from data source 24 is multiplied by a singular code Cl by a wellbone multiplier 28, thereby encoding the data. Similarly, each data bit from data source 26 is multiplied by another singular code C2 by a downhole multiplier 30, thereby encoding that data. Where additional data sources are used, the output of each additional data source would also be multiplied by another respective unique code.

Os códigos Cl, C2 de preferência são do tipo conhecido daqueles versados na técnica como códigos ortogonais, para finalidades descritas em maior detalhe abaixo. O uso de códigos ortogonais previne interferência e diafonia entre as transmissões. Preferencialmente, os códigos Cl, C2 são do tipo conhecido daqueles versados na técnica como códigos Walesh.The Cl, C2 codes are preferably of the type known to those skilled in the art as orthogonal codes, for purposes described in more detail below. The use of orthogonal codes prevents interference and crosstalk between transmissions. Preferably, codes C1, C2 are of the type known to those skilled in the art as Walesh codes.

Após serem codificados com os códigos Cl, C2 pelos multiplicadores 28, 30, os dados são modulados com uma freqüência portadora fc por respectivos moduladores 32, 34. Observe-se que a mesma freqüência portadora fc é usada no modular a saída codificada de cada uma das fontes de dados 24,26.After being coded with codes Cl, C2 by multipliers 28, 30, the data is modulated with a carrier frequency fc by respective modulators 32, 34. Note that the same carrier frequency fc is used in modulating the coded output of each one. of data sources 24,26.

Os dados codificados e modulados de cada uma das fontes de dados 24, 26 são então somados em um canal de transmissão 36. Esta etapa é representada na fig. 2 por um dispositivo de adição 38, que pode ser uma parte de um transmissor de cada nó fonte de dados incluindo, por exemplo, um acoplador direcional. Assim, embora somente um único dispositivo 38 seja representado na fig. 2, cada nó fonte de dados pode incluir um dispositivo em separado para desempenhar esta função.The encoded and modulated data from each of the data sources 24, 26 are then summed into a transmission channel 36. This step is depicted in FIG. 2 by an addition device 38, which may be a part of a transmitter of each data source node including, for example, a directional coupler. Thus, although only a single device 38 is shown in FIG. 2, each data source node may include a separate device for performing this function.

No método 10, o canal de transmissão 36 é o cabo 22. Todavia, como mencionado acima, qualquer outro tipo de canal de transmissão pode ser usado em lugar do cabo 22.In method 10, the transmission channel 36 is cable 22. However, as mentioned above, any other type of transmission channel may be used in place of cable 22.

Cada uma das etapas acima descritas é efetuada no fundo do poço. Assim, a fonte de dados 24, multiplicador 28 e modulador 32 são parte de um nó fonte de dados 40, e a fonte de dados 26, multiplicador 30 e modulador 34 são parte de outro nó fonte de dados 42, cada um dos quais é posicionado no fundo do poço. Cada nó fonte de dados 40, 42 também pode incluir um dispositivo de adição 38, como descrito acima.Each of the above steps is performed at the bottom of the well. Thus, data source 24, multiplier 28 and modulator 32 are part of one data source node 40, and data source 26, multiplier 30 and modulator 34 are part of another data source node 42, each of which is positioned at rock bottom. Each data source node 40, 42 may also include an addition device 38 as described above.

Um método alternativo de modular e totalizar as saídas codificadas das fontes de dados 24, 26 seria primeiramente somar os dados codificados e a seguir modular os dados somados e codificados em um transmissor central no fundo do poço. O can?1 de transmissão 36 se estende dos nós fonte de dados 40, 42 para um local remoto. No método 10, o local remoto é o transceptor 20 na superfície da terra. Todavia, qualquer outro local remoto pode ser usado, sem se afastar dos princípios da presente invenção.An alternative method of modulating and totaling the coded outputs of data sources 24, 26 would be to first sum the coded data and then modulate the summed and coded data at a deep end central transmitter. Broadcast channel 36 extends from data source nodes 40, 42 to a remote location. In method 10, the remote location is transceiver 20 on the earth's surface. However, any other remote location may be used without departing from the principles of the present invention.

Os dados codificados e modulados são recebidos no local remoto, onde são demodulados e decodificados. A freqüência portadora fc é extraída do sinal utilizando demoduladores 44, 46. Observe-se que, como representado na fig. 2, demoduladores separados 44, 46 são utilizados, porém será facilmente apreciado que um único demodulador pode altemativamente ser usado. O sinal demodulado é então separadamente multiplicado por cada um dos códigos Cl, C2 utilizando multiplicadores 48, 50, respectivamente. Devido ao fato de que os códigos Cl, C2 são ortogonais entre si, esta etapa multiplicadora decodifica o sinal, pelo fato de que a saída do multiplicador 48 inclui contribuições para o sinal provenientes da fonte de dados 24 porém sem contribuições para o sinal proveniente da fonte de dados 26, e a saída do multiplicador 50 inclui contribuições para o sinal provenientes da fonte de dados 26 porém sem contribuições para o sinal provenientes da fonte de dados 24. Observe-se que, com alguns tipos de códigos ortogonais, os códigos devem ser transpostos anteriormente a esta etapa de multiplicação..Encoded and modulated data is received at the remote location where it is demodulated and decoded. The carrier frequency fc is extracted from the signal using demodulators 44, 46. Note that as shown in FIG. 2, separate demodulators 44, 46 are used, but it will be readily appreciated that a single demodulator may alternatively be used. The demodulated signal is then separately multiplied by each of the codes Cl, C2 using multipliers 48, 50, respectively. Because the Cl, C2 codes are orthogonal to each other, this multiplier step decodes the signal, because the output of multiplier 48 includes contributions to the signal from data source 24 but no contributions to the signal from 26, and the output of multiplier 50 includes contributions to the signal from data source 26 but without contributions to the signal from data source 24. Note that with some types of orthogonal codes, codes must be transposed prior to this multiplication step.

As saídas dos multiplicadores 48, 50 são então separadamente integradas através da extensão de cada bit de dados utilizando integradores 52, 54, respectivamente. As saídas dos integradores 52, 54 serão então interpretáveis como a saída de dados pelas respectivas fontes de dados 24, 26. Assim, o método 10 permite que as saídas dedados das fontes de dados 24, 26 sejam simultaneamente transmitidas para um local remoto através de um único canal de transmissão 36 e utilizando uma única ffeqüência portadora fc, e a seguir mutuamente separadas no local remoto, sem interferência e diafonia entre os sinais.The outputs of multipliers 48, 50 are then separately integrated by extending each data bit using integrators 52, 54, respectively. The outputs of the integrators 52, 54 will then be interpreted as the data output by the respective data sources 24, 26. Thus, method 10 allows the data outputs of the data sources 24, 26 to be simultaneously transmitted to a remote location via a single transmission channel 36 and using a single carrier frequency fc, and then mutually separated at the remote location, without interference and crosstalk between the signals.

Observe-se que os demoduladores 44, 46, os multiplicadores 48,50 e os integradores 52, 54 no método 10 de preferência são incluídos no transceptor 220 na superfície da terra como mostrado na fig. 1. Todavia, deve ser claramente entendido que qualquer um ou todos estes elementos podem ser de outro modo posicionados, sem se afastar dos princípios da invenção.Note that the demodulators 44, 46, multipliers 48.50 and integrators 52, 54 in method 10 are preferably included in transceiver 220 on the ground surface as shown in fig. However, it should be clearly understood that any or all of these elements may be otherwise positioned without departing from the principles of the invention.

Para que as contribuições das fontes de dados 24,26 para o sinal transmitido sejam corretamente decodificadas no transceptor 20, é importante para os respectivos bits de dados codificados que sejam transmitidos sincronicamente. Isto é, um bit de dados gerado pela fonte de dados 24 e codificado em um ponto específico no tempo e um bit de dados gerado pela fonte de dados 26 e codificado também naquele ponto específico no tempo deve ser transmitido no canal de transmissão 36 ao mesmo tempo para que sejam recebidos no transceptor 20 ao mesmo tempo. Será, todavia, facilmente apreciado por aqueles versados na técnica que, se as fontes de dados 24, 26 são amplamente separadas, ou se variações na temporização são induzidas nos moduladores 32, 34 ou dispositivo de adição 38, os bits de dados codificados poderíam ser transmitidos e recebidos em tempos diferentes. Por esta razão, o método 10 inclui recursos para sincronizar transmissões dos bits de dados codificados provenientes dos respectivos nós de dados 40, 42.In order for the contributions of data sources 24,26 to the transmitted signal to be correctly decoded on transceiver 20, it is important for the respective encoded data bits to be transmitted synchronously. That is, a data bit generated by data source 24 and encoded at a specific time point and a data bit generated by data source 26 and also encoded at that specific time point must be transmitted on transmission channel 36 thereto. time to be received on transceiver 20 at the same time. It will, however, be readily appreciated by those skilled in the art that if data sources 24, 26 are widely separated, or if timing variations are induced in modulators 32, 34 or addition device 38, the encoded data bits could be transmitted and received at different times. For this reason, method 10 includes features for synchronizing transmissions of the encoded data bits from the respective data nodes 40, 42.

Reportando-se adicionalmente a seguir à fig. 3, a sincronização das transmissões dos nós de dados 40, 42 no método 10 é esquematicamente representada. Inicialmente, as transmissões de dados separadas são travadas em fase por um elo de fase síncrona 56 utilizando técnicas bem conhecidas daqueles versados na técnica. Especificamente, no método 10, uma onda senoidal ou “tom” é objeto de difusão continuamente pelo transceptor 20 para todos os nós no fundo do poço 40, 42. Relógios em cada um dos nós 40, 42 são travados em fase com o tom. De preferência, o tom é objeto de difusão via o canal de transmissão 36.Referring further to fig. 3, the synchronization of data node transmissions 40, 42 in method 10 is schematically represented. Initially, separate data transmissions are phase locked by a synchronous phase link 56 using techniques well known to those skilled in the art. Specifically, in method 10, a sine wave or "tone" is continuously diffused by the transceiver 20 to all downhole nodes 40, 42. Clocks on each of the nodes 40, 42 are phase locked with the tone. Preferably, the tone is broadcast via the transmission channel 36.

Um correlator corrediço 58 é então usado para sincronizar a temporização de cada nó com um nó de referência ajustando um temporizador desvio no seu interior, para que as transmissões provenientes dos nós sejam sincronizadas. De preferência, o nó de referência é selecionado como o nó mais distante do transceptor 20, porém isto é desnecessário para manter-se dentro dos princípios da invenção.A sliding correlator 58 is then used to synchronize the timing of each node with a reference node by setting an offset timer inside so that transmissions from the nodes are synchronized. Preferably, the reference node is selected as the farthest node from transceiver 20, but this is unnecessary to be within the principles of the invention.

Uma vez que a sincronização seja realizada utilizando o correlator corrediço 58, a sincronização é mantida por intermédio de um correlator adiantado/atrasado 60 do tipo bem conhecido daqueles versados na técnica. De preferência, o correlator adiantado/atrasado 60 mantém a sincronização subtraindo uma correlação adiantada (por exemplo, 1 bit adiantado) de uma correlação atrasada para manter a sincronização.Once synchronization is performed using sliding correlator 58, synchronization is maintained by an early / late correlator 60 of the type well known to those skilled in the art. Preferably, the early / late correlator 60 maintains synchronization by subtracting an early correlation (e.g., 1 bit early) from a late correlation to maintain synchronization.

Desta maneira, sincronização é obtida e mantida. Se a sincronização é perdida, como representado pelo resultado “NÃO” da etapa 62 representando um teste de sincronização, então o correlator corrediço 58 é usado para mais uma vez obter a sincronização. Se o resultado da etapa 62 é “SIM” então o correlator adiantado/atrasado 60 continua a manter a sincronização.In this way synchronization is achieved and maintained. If synchronization is lost, as represented by the "NO" result from step 62 representing a synchronization test, then sliding correlator 58 is used to once again achieve synchronization. If the result of step 62 is "YES" then the early / late correlator 60 continues to maintain synchronization.

Reportando-se adicionalmente a seguir à fig 4. 4, um exemplo é representado de como a sincronização de transmissões provenientes dos nós 40, 42 no método 10 pode ser efetuada na prática efetiva. De preferência, o transceptor 20 inclui elementos do elo de fase síncrona 56 (por exemplo, meios convencionais para a difusão do tom de temporização), o correlator corrediço 58 e o correlator de adiantado/atrasado 60. Os nós 40, 42 incluem elementos adicionais 64, 66 do elo de fase síncrona 56 e temporizadores desvio 68, 70. As saídas de cada um destes são introduzidas nos transmissores 72, 74 que então transmitem os dados codificados para o transceptor 20 através do cabo 22. O transmissor 72 pode incluir o multiplicador 28, modulador 32 e um dispositivo de adição 38, e o transmissor 74 pode incluir o multiplicador 30, modulador 34 e um dispositivo de adição 38. Naturalmente, cada um dos elementos acima pode ser posicionado de outro modo, sem se afastar dos princípios da invenção. O cabo 22 é representado na fig. 4 por três linhas 76, 78, 80. A linha 76 representa a difusão do tom de temporização como parte do elo de fase síncrona 56. Como descrito acima, o tom é irradiado para cada um dos nós 40, 42. Os elementos separados no fundo de poço 64, 66 do elo de fase síncrona recebem o tom e travam os relógios nos transmissores 72, 74 em fase.A linha 78 representa a transmissão dos dados codificados, modulados e somados provenientes dos nós 40, 42 para o transceptor 20. A linha 80 representa transmissões do transceptor 20 para os temporizadores desvio 68,70 dos nós 40, 42 como um resultado da correlação corrediça descrita acima. Os temporizadores desvio 68, 70 retardam transmissões provenientes dos transmissores 72, 74 quando necessário para obter a sincronização das transmissões, como descrito acima.Referring further to Fig. 4, an example is shown of how synchronization of transmissions from nodes 40, 42 in method 10 can be effected in actual practice. Preferably, transceiver 20 includes synchronous phase link elements 56 (e.g., conventional timing tone diffusion means), sliding correlator 58 and forward / delay correlator 60. Nodes 40, 42 include additional elements 64, 66 of the synchronous phase link 56 and bypass timers 68, 70. The outputs of each of these are fed into transmitters 72, 74 which then transmit the encoded data to transceiver 20 via cable 22. Transmitter 72 may include the multiplier 28, modulator 32 and an addition device 38, and transmitter 74 may include multiplier 30, modulator 34 and an addition device 38. Of course, each of the above elements may be positioned in another way without departing from the principles of the invention. Cable 22 is shown in fig. 4 by three lines 76, 78, 80. Line 76 represents the timing tone diffusion as part of the synchronous phase link 56. As described above, the tone is radiated to each of the nodes 40, 42. The separate elements in the downhole 64, 66 of the synchronous phase link receive the tone and lock the clocks on the transmitters 72, 74 in phase. Line 78 represents the transmission of the encoded, modulated and summed data from nodes 40, 42 to transceiver 20. Line 80 represents transmissions from transceiver 20 to nodes offset 68.70 from nodes 40, 42 as a result of the sliding correlation described above. Bypass timers 68, 70 delay transmissions from transmitters 72, 74 when necessary to achieve synchronization of transmissions, as described above.

Ainda que as três linhas 76, 78, 80 sejam representadas na fig. 4 como sendo separadas, na prática efetiva situam-se no mesmo cabo 22. Por exemplo, o tom do elo de fase síncrona representado pela linha 76 pode ser irradiado a uma freqüência, as transmissões dos nós 40, 42 para o transceptor 20 podem utilizar outra freqüência portadora fc, e as transmissões do transceptor 20 para os temporizadores desvio 68,70 dos nós 40, 42 podem utilizar ainda outra freqüência.Although the three lines 76, 78, 80 are shown in FIG. 4 as being separate, in actual practice are located on the same cable 22. For example, the tone of the synchronous phase link represented by line 76 may be radiated at a frequency, transmissions from nodes 40, 42 to transceiver 20 may use another carrier frequency fc, and transceiver 20 transmissions to the offset timers 68,70 from nodes 40,42 may utilize yet another frequency.

Reportando-se adicionalmente a seguir à fig. 5, uma concretização alternativa do método 10 é representativamente ilustrada. Nesta concretização, sub-bandas de múltipla freqüência são usadas para transmissões entre nós fontes de dados no fundo de furo 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 e múltiplos transceptores 110, 112,1 14 posicionados em um local remoto. Os nós fonte de dados 86,88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 podem ser similares aos nós fonte de dados 40, 42 descritos acima, e os transceptores 110, 112, 114, podem ser similares ao transceptor 20 descrito acima.Referring further to fig. 5, an alternative embodiment of method 10 is depicted illustratively. In this embodiment, multiple frequency subbands are used for transmissions between nodes at the bottom of the hole 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 and multiple transceivers 110, 112.1 14 positioned at a remote location. Data source nodes 86.88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 may be similar to data source nodes 40, 42 described above, and transceivers 110, 112, 114 may be similar to transceiver 20 described above.

Observe-se que, embora três transceptores comunicantes com quatro nós fonte de dados cada um, sejam representados na fig. 5, qualquer número de transceptores e de nós fonte de dados pode ser usado em conformidade com os princípios da invenção. De preferência, os nós fonte de dados ilustrados 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 são instalados em um poço, tais como os geofones 12 mostrados na fig. 1, e os transceptores 110, 112, 114 são localizados na superfície do solo, porém outros posicionamentos destes elementos podem ser usados sem se afastar dos princípios da invenção.Note that although three communicating transceivers with four data source nodes each are represented in FIG. 5, any number of transceivers and data source nodes may be used in accordance with the principles of the invention. Preferably, the illustrated data source nodes 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 are installed in a well, such as the geophones 12 shown in fig. 1, and transceivers 110, 112, 114 are located on the ground surface, but other positions of these elements may be used without departing from the principles of the invention.

As sub-bandas de freqüência são obtidas dividindo a largura de banda de um sistema utilizável total por um número desejado de sub-bandas. Por exemplo, se a largura de banda de sistema utilizável total é de 80 MHz e o número desejado de sub-bandas é quatro, então cada sub-banda terá uma largura de banda de 20 MHz.Frequency subbands are obtained by dividing the bandwidth of a total usable system by a desired number of subbands. For example, if the total usable system bandwidth is 80 MHz and the desired number of subbands is four, then each subband will have a bandwidth of 20 MHz.

Uma sub-banda separada é usada para transmissões entre respectivos conjuntos de nós fonte de dados e transceptores. Por exemplo, transmissões entre os nós fonte de dados 86, 88, 90, 92 e o transceptor 110 utilizariam uma primeira sub-banda, transmissões entre nós fonte de dados 94, 96, 98, 100 e o transceptor 112 utilizaram uma segunda sub-banda e transmissões entre os nós fonte de dados 102, 104, 106, 108 e o transceptor 114 utilizariam uma terceira sub-banda. Estas transmissões são representadas na fig. 5 por linhas separadas 116, 118, 120, porém deve ser entendido que as transmissões de preferência são através de um único canal de transmissão, tal como o cabo 22 acima descrito. Transmissões de cada conjunto de nós fontes de dados para seu respectivo transceptor seriam moduladas sobre uma ffeqüência portadora dentro de sua respectiva sub-banda.A separate subband is used for transmissions between respective sets of data source nodes and transceivers. For example, transmissions between data source nodes 86, 88, 90, 92 and transceiver 110 would use a first subband, transmissions between data source nodes 94, 96, 98, 100 and transceiver 112 would use a second subband. bandwidth and transmissions between data source nodes 102, 104, 106, 108 and transceiver 114 would use a third subband. These transmissions are shown in fig. 5 by separate lines 116, 118, 120, but it should be understood that the transmissions preferably are through a single transmission channel, such as cable 22 described above. Transmissions from each set of data source nodes to their respective transceiver would be modulated over a carrier frequency within their respective subband.

Como um exemplo desta concretização do método 10, presuma-se que a largura de banda de sistema utilizável total seja de 80 MHz e o número total de nós fontes de dados é de 200, com uma taxa de transmissão de dados de cada nó fonte de dados de 150 kbps. Um número desejado de sub-bandas para este exemplo pode ser de 20. Naquele caso, cada sub-banda tem uma largura de banda de 4 MHz (80 MHz/20), o número de nós fonte de dados por sub-banda é 10 (200/20), e a taxa de dados por sub-banda é de 1,5 Mbps (150 kbps X 10). A taxa de dados do sistema total é, assim, de 30 Mbps (1,5 Mbps X 20).As an example of this embodiment of method 10, it is assumed that the total usable system bandwidth is 80 MHz and the total number of data source nodes is 200, with a data transmission rate of each source node of 80 MHz. 150 kbps data. A desired number of subbands for this example may be 20. In that case, each subband has a bandwidth of 4 MHz (80 MHz / 20), the number of data source nodes per subband is 10. (200/20), and the data rate per subband is 1.5 Mbps (150 kbps X 10). The total system data rate is thus 30 Mbps (1.5 Mbps X 20).

Naturalmente, aqueles versados na técnica, com uma cuidadosa consideração da descrição acima de concretizações representativas da invenção, facilmente apreciarão que muitas modificações, adições, substituições, supressões, e outras alterações podem ser introduzidas nas respectivas concretizações, e tais alterações são contempladas pelos princípios da presente invenção. Conseqüentemente, a descrição detalhada precedente deve ser claramente compreendida com sendo oferecida a título de ilustração e exemplo somente, o espírito e âmbito da presente invenção sendo limitados exclusivamente pelas reivindicações apensas.Of course, those skilled in the art, with careful consideration of the above description of representative embodiments of the invention, will readily appreciate that many modifications, additions, substitutions, deletions, and other changes may be made to the respective embodiments, and such changes are contemplated by the principles of the invention. present invention. Accordingly, the foregoing detailed description is to be clearly understood as being offered by way of illustration and example only, the spirit and scope of the present invention being limited solely by the appended claims.

Claims

A method of communicating data in a wellbore (18), comprising the step of: installing multiple sensor nodes (40,42) in the wellbore (18), each of the sensor nodes (40,42) including at least a sensor (24,26) producing a respective digital output; characterized in that it further comprises the steps of multiplying the digital output of each sensor (24, 26) by a unique digital CDMA code (Cl, C2) for that sensor (24, 26) to thereby produce a coded digital output of each sensor (24.26); and simultaneously transmitting the coded outputs of the sensors (24, 26) to a remote location via a transmission channel (36).

Method according to claim 1, characterized in that in the installation step the sensors (24,26) include geophones (12).

Method according to claim 2, characterized in that it further comprises the step of compelling the sensors (24, 26) into contact with the borehole (18), the sensors (24, 26) producing respective digital outputs while the sensors (24,26) are compelled to contact the borehole (18).

Method according to claim 1, characterized in that in the step of multiplying, the codes (Cl, C2) are orthogonal to each other.

Method according to claim 4, characterized in that in the step of multiplying, the orthogonal codes are Walesh codes (Cl, C2).

Method according to claim 1, characterized in that the transmitting step further comprises modulating the sensor outputs encoded with a carrier frequency (fc).

Method according to claim 6, characterized in that the transmitting step further comprises summing the modulated coded sensor outputs in the transmission channel (36).

A method according to claim 7, further comprising the step of receiving the summed modulated coded sensor outputs at the remote location.

Method according to claim 8, characterized in that the receiving step further comprises demodulating the summed modulated coded sensor outputs.

Method according to claim 9, characterized in that the receiving step further comprises multiplying the demodulated coded sensor outputs summed by each of the codes (Cl, C2), thereby separating the coded sensor outputs.

A method according to claim 10, further comprising the step of integrating each of the separate coded sensor outputs, thereby producing the respective digital sensor outputs (24, 26).

Method according to claim 11, characterized in that in the step of integrating, the separate coded sensor outputs are integrated through each bit of the sensor outputs.

A method according to claim 1, characterized in that the step of multiplying further comprises multiplying each bit of each digital sensor output by the code (Cl, C2) corresponding to the respective sensor (24,26).

A method according to claim 1, characterized in that the transmitting step further comprises synchronously transmitting the encoded sensor outputs.

A method according to claim 14, characterized in that the transmitting step further comprises phase locking of the transmissions from each of the sensor nodes (40,42).

A method according to claim 14, characterized in that the phase locking step further comprises transmitting a remote site signal to each of the sensor nodes (40,42).

A method according to claim 14, characterized in that the transmission step further comprises transmitting the signal on the same transmission channel (36) as used to transmit the modulated coded sensor outputs from the sensor nodes (40,42 ) to the remote location.

The method according to claim 14, characterized in that the transmission step further comprises using a sliding correlator (58) to set a bypass timer (68, 70) of each sensor node (40, 42) so that transmissions from node (40, 42) are synchronized with transmissions from a selected reference node (40,42).

The method of claim 18, wherein the transmitting step further comprises using an early / late correlator (60) to maintain the synchronization of transmissions from each node (40,42) with transmissions from the node. reference (40,42).

A method according to claim 1, further comprising the step of dividing the sensor nodes (86-108) into multiple sets of sensor nodes (86-92, 94-100, 102-108). and wherein the transmitting step further comprises modulating the coded sensor outputs of each set of sensor nodes (86-92, 94-100, 102-108) with a separate carrier frequency (fc).

Method according to claim 20, characterized in that the transmissions from the sensor node assemblies (86-92, 94-100, 102-108) and from the remote location are via the same transmission channel (36). ).

Method according to claim 20, characterized in that multiple transceivers (110,112, 114) are installed at the remote location, where each transceiver (110, 112, 114) communicates with a respective of the sensor node assemblies. (86-92, 94-100, 102-108) through a separate frequency subband (116,118,120).

A method of communicating data in a wellbore (18), comprising the step of: installing multiple data sources (24,26) in the wellbore (18); characterized in that it further comprises the steps of: encoding each bit of a digital output of each data source (24, 26) by multiplying the bit by a unique CDMA code (Cl, C2) corresponding to the data source (24, 26) thereby producing a coded digital output from each data source (24, 26); transmitting the encoded data source outputs simultaneously on the same transmission channel (36) to a remote location; and, separating data source outputs at the remote location by multiplying each bit of data source outputs simultaneously transmitted by each of the codes (Cl, C2).

Method according to claim 23, characterized in that in the coding and separation steps the codes (Cl, C2) are orthogonal to each other.

Method according to claim 24, characterized in that in the coding and separation steps the codes (Cl, C2) are Walesh codes.

A method according to claim 23, characterized in that in the transmit step, the encoded data source outputs are synchronously transmitted on the transmit channel (36).

A method according to claim 23, characterized in that the transmitting step further comprises modulating the coded data source outputs on a carrier frequency (fc) and adding the modulated coded data source outputs to the channel. transmission (36).

Method according to claim 23, characterized in that the coding step is carried out in the wellbore (18).

Method according to claim 23, characterized in that the step of transmitting is carried out in the wellbore (18).

A method according to claim 23, further comprising the step of integrating each bit of the separate data source outputs.

A method according to claim 23, further comprising the step of dividing data sources (86-108) into multiple sets of data sources (86-92, 94-100, 102-108). and wherein the step of transmitting further comprises modulating the coded outputs of each data source set (86-92, 94-100, 102-108) with a separate carrier frequency (fc).

Method according to claim 31, characterized in that the transmissions from the data source sets (86-92, 94-100, 102-108) and from the remote location are made through the same transmission channel ( 36).

A method according to claim 31, characterized in that multiple transceivers (110, 112, 114) are installed at the remote location, and where each transceiver (110, 112, 114) communicates with a respective set of transceivers. data sources (86-92, 94-100, 102-108) across a separate frequency subband (116, 118,120).