DE102004051615A1

DE102004051615A1 - Verkabelte Kommunikationsverbindung für einen Bohrstrang, Telemetriesystem für einen Bohrstrang und Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs

Info

Publication number: DE102004051615A1
Application number: DE102004051615A
Authority: DE
Inventors: Bruce W. Sugar Land Boyle; Nicolas Houston Pacault; Jean-Michel Houston Hache; Remi New Ulm Hutin; Raghu Houston Madhavan; Jacques Bethel Jundt
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: LNTELLISERV INTERNATIONAL HOLDING, LTD., GEORG, KY; LNTELLISERV INTERNATIONAL HOLDING, LTD., KY
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2005-06-02
Also published as: CN1609410A; CA2484537C; FR2861421B1; US7040415B2; GB2407334B; FR2861421A1; CA2484537A1; MXPA04010259A; GB0422779D0; GB2407334A; RU2004130987A; US20050087368A1; CN1609410B; RU2384702C2

Abstract

Verkabelte Kommunikationsverbindung (5b) für einen Bohrstrang (6), wobei wenigstens zwei Adapterelemente (9), die im Bohrstrang (6) um einen Abstand (d1) voneinander beabstandet sind, der die Länge von drei miteinander verbundenen Bohrrohrgliedern (8) übersteigt, und durch ein Kabel (112), das die Adapterelemente (9) zur Kommunikation eines Signals dazwischen verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine verkabelte Kommunikationsverbindung für einen Bohrstrang, ein Telemetriesystem für einen Bohrstrang und ein Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 11 bzw. 39.

Vorrichtungen für die Verwendung in Bohrlöchern wie beispielsweise Vorrichtungen zum Messen beim Bohren (Measurement While Drilling, MWD) und Vorrichtungen zum Datenerfassen beim Bohren (Logging While Drilling, LWD) sind insbesondere deshalb von besonderem Interesse, da sie Informationen über Bohrlochbedingungen und/oder Eigenschaften unterirdischer Formationen in Echtzeit bereitstellen können. Derartige Messungen in einem Bohrloch können verwendet werden, um während des Bohrvorgangs Entscheidungen zu treffen oder ausgefeilte Bohrtechniken, wie beispielsweise das Geosteuern oder „geosteering" auszunutzen. Diese Techniken erfordern in starkem Maße unmittelbare Informationen über das Bohrloch, das gebohrt wird, und die umgebende Formation. Daher ist es wichtig, große Datenmengen und Befehle von einer MWD/LWD-Vorrichtung mit einer geringen Zeitverzögerung an die Oberfläche senden zu können. Hierfür sind Telemetrieverfahren entwickelt worden einschließlich der Telemetrie mit verdrahtetem Bohrrohr oder -gestänge (Wired Drill Pipe, WDP).

Die Idee, eine leitende Drahtleitung in einem Bohrstrang anzuordnen, ist seit längerem bekannt. Beispielsweise offenbart US 4 126 848 ein bohrstrangbasiertes Telemetriesystem, bei dem eine Drahtleitung verwendet wird, um Informationen vom Boden des Bohrlochs zu einer Zwischenstation im Bohrstrang zu übertragen, und ein spezieller Bohrstrang, der, wie in US 3 696 332 beschrieben, einen isolierten elektrischen Leiter und ringförmige elektrische Verbindungskontakte aufweist, wird verwendet, um die Informationen von der Zwischenstation an die Oberfläche zu übertragen. RU 2 140 537 C1 offenbart eine hybride bohrstrangbasierte Telemetrievorrichtung mit einer unteren Drahtleitungseinrichtung, die seriell mit einer oberen WDP-Einrichtung verbunden ist.

US 3 957 118 beschreibt eine lösbare Kabel- und Einklink-Einrichtung für die bohrstrangbasierte Telemetrie in Bohrgestängeglieder, die nicht anderweitig verdrahtet sind. US 3 807 502 , US 4 806 928 und US 4 901 069 beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zum Installieren eines elektrischen Leiters, beispielsweise eines Kabels, in einem Bohrstrang mit konventionellem, unverdrahtetem Bohrgestänge.

US 2 379 800 und die europäische Patentanmeldung 399 987 sowie RU 2 040 691 beschreiben Signalübertragungsvorrichtungen, die induktive Kopplungen mit WDP verwenden. WO 02/06716 beschreibt eine Vorrichtung zur Datenübertragung durch einen Strang von WDP-Gliedern unter Verwendung induktiver Koppler.

Bei Bohrarbeiten im Bohrloch wird eine große Anzahl von Bohrgestängegliedern verwendet, um eine Kette zwischen dem Mitnehmerglied an der Oberfläche oder alternativ dem Bohrkopf bei von oben angetriebenem Bohren, und einem Bohrer zu schaffen. Die Kette aus Bohrgestängegliedern bildet im wesentlichen den Körper eines Bohrstrangs, wobei dieser weitere Komponenten, wie bespielsweise MWD-Vorrichtungen, LWD-Vorrichtungen, Bohrkragen, Stabilisiereinrichtungen, gebogene Elemente, einen Schlammotor, einen Bohrerkasten und einen Bohrer aufweisen kann. Ein 5.472 m (15.000 Fuß) tiefes Bohrloch weist üblicherweise 500 Bohrgestängeglieder auf, die jeweils eine Länge von 9,14 m (30 Fuß) haben. Bei WDP-Arbeiten können einige oder auch alle Bohrgestängeglieder insbesondere durch Einbetten in ihre Wandungen mit leitenden Drähten versehen sein, um verdrahtete Bohrgestängeglieder, die hier als WDP-Glieder bezeichnet werden, zu bilden, die untereinander verbunden sind, um eine Kommunikationsverbindung zwischen der Oberfäche und dem jeweiligen Bohrwerkzeug zu bilden. Bei 500 Bohrgestängegliedern, die auch als „Rohr" oder „Röhre" bezeichnet werden, sind 1.000 Rohrenden/-schultern durch Verschrauben mit anderen Bohrgestängegliedern, Rohren, Teilen, etc., die insgesamt als „rohrförmige Elemente" bezeichnet werden, zu verbinden. Jedes Rohrende kann Kommunikationskoppler enthalten, beispielsweise induktive Koppler und insbesondere toroidale Wandler.

Die hohe Anzahl von Verbindungen in einem Bohrstrang ist problematisch hinsichtlich der Zuverlässigkeit eines WDP-Systems. Es wird erwartet, daß ein kommerzielles Bohrsystem eine MTBF oder Mindestzeit zwischen Systemausfällen von wenigstens 500 Stunden aufweist. Fällt eine der verdrahteten Verbindungen in einem WDP-System aus, dann fällt die entsprechende Kommunikationsverbindung aus, wodurch das gesamte Telemetriesystem ausfällt. Wenn daher in einem 5.472 m (15.000 Fuß) Bohrloch 500 WDP-Glieder vorhanden sind, muß jedes WDP-Glied eine MTBF von wenigstens 250.000 Stunden, d.h. 28,5 Jahren, aufweisen, damit das gesamte WDP-System eine MTBF von 500 Stunden aufweist. Das bedeutet, daß jedes WDP-Glied eine Ausfallrate von weniger als 4 × 10^–6 pro Stunde aufweisen darf. Diese Anforderung ist mit dem derzeitigen Stand der Technik nicht erfüllbar. Daher ist es wünschenswert, die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen in einem WDP-System zu verringern.

Ferner ist es wünschenswert, ein Telemetriesystem zu schaffen, das in der Lage ist, WDP-basierte Ausfälle zu überbrücken. Zudem ist es wünschenswert, ein Telemetriesystem zu schaffen, das die WDP-Technologie vorteilhaft anwendet, und zwar in Verbindung mit unverdrahteten Bohrstrangabschnitten, beispielsweise unverdrahteten Bohrgestängen, insbesondere, wenn solche unverdrahteten Bohrstrangabschnitte bereits verwendet werden. Schließlich ist es wünschenswert, über ein Telemetriesystem zu verfügen, das in der Lage ist, an oder nahe der Oberfläche drahtlos zu kommunizieren, damit die Abhängigkeit von verdrahteten Systemen im oberen Abschnitt eines Bohrstrangs verringert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verkabelte Kommunikationsverbindung für einen Bohrstrang, ein Telemetriesystem für einen Bohrstrang sowie ein Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 11 bzw. 43 zu schaffen, mit denen die Ausfallwahrscheinlichkeit verringert ist. Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1, 11 bzw. 43 gelöst.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1A zeigt einen Bohrstrang mit einem erfindungsgemäßen Telemetriesystem, das eine verrohrte Kommunikationsverbindung und eine verkabelte Kommunikationsverbindung aufweist.
1B zeigt ein Detail der 1A.
1C zeigt ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines Bohrstrangs.
2A zeigt einen Verbindungsunterabschnitt in Eingriff mit einem Adapterunterabschnitt zum Bilden einer erfindungsgemäßen verkabelten Kommunikationsverbindung.
2B zeigt eine zur 2A ähnliche Ausführungsform, bei der der Verbindungsunterabschnitt eine Elektronik aufweist.
3 ist ein Schnitt durch ein WDP-Glied in einem Bohrstrang.
4 zeigt die beiden zu einem WDP-Glied gemäß 3 zu verbindenden Enden.
5 zeigt ein Detail der 4 nach der Verbindung.
6 zeigt eine induktive Drehkopplung.
7A illustriert eine erfindungsgemäße Kommunikationsverbindung mit der Oberfläche.
7B illustriert eine erfindungsgemäße Kommunikationsverbindung zum Bohrloch.
8 zeigt einen Bohrstrang mit einem erfindungsgemäßen Telemetriesystem.
9 ist ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bohren eines Bohrlochs.
10 ist ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Der in 1A dargestellte Bohrstrang 6 verwendet ein erfindungsgemäßes Telemetriesystem 100 und umfaßt mehrere miteinander verbundene rohrförmige Elemente, die mittels eines nicht dargestellten Hampelmanns und eines Hakens 18 an einem Bohrgerüst 10 aufgehängt sind. Das obere Ende des Bohrstrangs 6 wird durch ein Mitnehmerglied 17 gebildet, das das oberste rohrförmige Element im Strang ist und mit einem üblichen, ein Drehmoment übertragenden Mittel in Verbindung steht, das einen Drehtisch 16 zum Drehen des Mitnehmerglieds 17 sowie des gesamten Bohrstrangs 6 aufweist. Ein Drehhaken 19 verbindet den Haken 18 mit dem Mitnehmerglied 17 und gestattet eine Drehung des Mitnehmerglieds 17 und des Bohrstrangs 6 in bezug auf den Haken 18.
Das untere Ende des Bohrstrangs 6 wird durch einen Bohrer 15 gebildet, der sich durch eine Formation F bohrt, um ein Bohrloch 7 zu erzeugen. Der Bohrer 15 ist zum Drehen mit dem Bohrstrang 6 in einer Drehbohrkonfiguration der vorbeschriebenen Art verbunden.
Der Bohrstrang 6 kann auch eine von oben angetriebene Konfiguration aufweisen, bei der ein Bohrkopf anstelle einer Mitnehmerverbindung und einem Drehtisch den Bohrstrang 6 dreht. „Gleitende" Bohrarbeiten können auch unter Verwendung eines bekannten Schlammotors vom Moineau-Typ durchgeführt werden, der hydraulische Energie aus Bohrschlamm, der aus einem Schlammloch durch den Bohrstrang 6 nach unten gepumpt wird, in eine Drehkraft zum Drehen eines Bohrers umsetzt. Das Bohren kann ferner mit sogenannten „drehsteuerbaren" Systemen durchgeführt werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Erfindung ist mit jeder dieser Konfigurationen verwendbar und nicht auf konventionelle Drehbohrarbeiten beschränkt, auch wenn derartige Vorrichtungen und Verfahren hier beispielhaft beschrieben sind.
Es wird Bezug genommen auf 1A bis 1C sowie 2A. Das Telemetriesystem 100 weist eine verkabelte Kommunikationsverbindung 5b mit zumindest zwei voneinander beabstandeten Adapterelementen 9a, 9b, 9c im Bohrstrang 6 und einem Kabel 112 auf, das die beiden Adapterelemente 9a, 9b zur Kommunikation eines Signals dazwischen verbindet. Wie insbesondere in 2A und 2B dargestellt ist, umfaßt jedes Adapterelement 9 der verkabelten Kommunikationsverbindung 5b einen Kommunikationskoppler 114 zwischen den Enden sowie eine innere ringförmige Ausnehmung 116, die vom Kommunikationskoppler 14 um einen axialen Abstand d1 beabstandet ist. Der Kommunikationskoppler 114 ist zur Kommunikation durch ein Kabel 115 verdrahtet, wodurch das Adapterelement 9 auch als Komponente in einer weiter unten beschriebenen verrohrten Kommunikationsverbindung 5a dienen kann.
Das Kabel 112 umfaßt eine lasttragende Schutzhaut 113 und wenigstens ein Paar Drahtleitungen 112a, 112b entlang seiner Länge. Das Kabel 112 trägt ferner durch eine mechanische und Kommunikationsverbindung ein Paar im wesentlichen zylindrischer Verbindungselemente 118, die voneinander beabstandet sind und miteinander über die Schutzhaut 113 und die Drahtleitungen 112a, 112b in Reihe verbunden sind. Jedes der Verbindungselemente 118 weist einen durch die Drahtleitungen 112a, 112b verbundenen komplementären Kommunikationskoppler 120 und einen Riegel 122 auf, der wenigstens einen Zahn 124 umfaßt, der durch eine Feder 126 zum Eingreifen in die ringförmige Ausnehmung 116 eines der Adapterelemente 9 auswärts vorgespannt ist. Andere bekannte mechanische Mittel zum In-Eingriff-Bringen eines kabelbeförderten Werkzeugs mit einem rohrförmigen Element in einem Bohrstrang können verwendet werden, beispielsweise der in US 5 971 072 beschriebene Verriegelungsmechanismus, das in US 4 901 060 beschriebene Zahnverankerungssystem sowie andere bekannte Verriegelungsmittel, z.B. reibungsbasierte Bremsverschlüsse, Rollenbremsen, magnetische Verriegelungen, etc.
Der Riegel 122 verwendet vorzugsweise eine „einrastende" Verriegelung, die ein In-Eingriff- und Außer-Eingriff-Bringen durch Anwenden einer vorbestimmten Kraft ermöglicht. Im Fall des In-Eingriff-Bringens wird die erforderliche Kraft durch das Gewicht des Kabels 112 und des Verbindungselements 118 bzw. der Verbindungselemente 118 ausgeübt. Zum Außer-Eingriff-Bringen wird die erforderliche Kraft durch einen Zug im Kabel 112 von einer auf einem Lastwagen, einem Anhänger oder einer Plattform an der Erdoberfläche montierten Drahtleitungseinheit ausgeübt.
Der Zahn 124 ist entlang des Verbindungselements 118 im vorbestimmten axialen Abstand d1 vom komplementären Kommunikationskoppler 120 beabstandet. In dieser Konfiguration, wenn das Kabel 112 im Bohrstrang 6 angeordnet ist, um wenigstens ein Verbindungselement 118 im Adapterelement 9 abzusenken, richtet der Eingriff eines der Verbindungselemente 118 über den Zahn 124 mit der ringförmigen Ausnehmung 116 eines der Adapterelemente 9 den komplementären Kommunikationskoppler 120 des Verbindungselements mit dem Kommunikationskoppler 114 des einen Adapterelements 9 vertikal aus, um eine Kommunikation zwischen dem einen Adapterelement 9 und dem Verbindungselement 118 herzustellen. Auf diese Weise kann ein Signal zwischen dem Kabel 112 und dem Bohrstrang 6, der das Adapterelement 9 enthält, übertragen werden. Der Kommunikationskoppler 114 und der komplementäre Kommunikationskoppler 120 sind vorzugsweise induktive Koppler, wie sie im Stand der Technik bekannt sind und weiter unten beschrieben werden.
Eine wirksame Kommunikation kann auch durch passive Positionierung unter Verwendung lediglich des Kabels 112 hergestellt werden. Mit anderen Worten ist die Verwendung einer Verriegelungseinrichtung zum Positionieren des Verbindungselements 118 im Adapterelement 9 kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, auch wenn derartige Mittel bevorzugt sind.
2B illustriert ein mit einer Elektronikanordnung 119 versehenes Ver bindungselement 118 zum Ausführen einer oder mehrerer Funktion(en), wie Schalten, Signalverstärkung, Impedanzanpassung oder Signalmodulation/Demodulation.
Es wird nunmehr insbesondere auf 1B Bezug genommen. Die verkabelte Kommunikationsverbindung 5b kann in einem Bohrstrang 6 verwendet werden, bei dem mehrere WDP-Glieder 8 zwischen zwei Adapterelementen 9a, 9b im Bohrstrang 6 verbunden sind, um eine verrohrte Kommunikationsverbindung 5a zu bilden. In dieser Anwendung stellt die verkabelte Kommunikationsverbindung 5b einen zur verrohrten Kommunikationsverbindung 5a alternativen Weg zum Übertragen eines Signals durch den Bohrstrang 6 bereit. Somit wird die Funktionsfähigkeit der Telemetrie entlang des Bohrstrangs 6 aufrechterhalten, wenn an dem WDP-Glied 8f ein Ausfall in dem verrohrten Kommunikationssystem, d.h. dem WDP-System, auftritt, indem die verkabelte Kommunikationsverbindung 5b wie beschrieben geschaffen wird.
1C zeigt die Verwendung der verkabelten Kommunikationsverbindung 5b in einem Bohrstrang 6, bei dem ein unverdrahteter Abschnitt NW des Bohrstrangs 6 zwischen den beiden Adapterelementen 9a' und 9b' angeordnet ist. Auf diese Weise schafft die verkabelte Kommunikationsverbindung 5b einen Weg zum Übertragen eines Signals durch den unverdrahteten Abschnitt NW des Bohrstrangs 6, wodurch der unverdrahtete Abschnitt NW in einen verkabelten Abschnitt umgewandelt wird. Der unverdrahtete Abschnitt NW des Bohrstrangs 6 kann einen oder mehrere standardmäßige, d.h. unverdrahtete Rohrverbindungen 4 oder alternativ wenigstens ein unverdrahtetes Nutzelement aufweisen, beispielsweise einen Bohrstrang, Stabilisiereinrichtungen, Gefäße, gebogene Elemente, etc. Die verkabelte Kommunikationsverbindung, die hier auch als zweite Kommunikationsverbindung bezeichnet wird, schafft in diesem Sinne ein sogenanntes „hybrides" Telemetriesystem.
Die verrohrte Kommunikationsverbindung 5a, die hier auch als erste Kommunikationsverbindung bezeichnet wird, wird durch die Vielzahl von WDP-Gliedern geschaffen und nachfolgend detailliert beschrieben. Ein in der US-Patentanmeldung 2002/0193004 beschriebener WDP-Glied-Typ verwendet erste Kommunikationskoppler, vorzugsweise induktive Koppler, um Signale über die WDP-Glieder zu übertragen. Ein induktiver Koppler in den WDP-Gliedern umfaßt dabei einen Umsetzer, der einen toroidalen Kern aufweist, der aus einem Material mit hoher Permeabilität und geringem Verlust hergestellt ist, beispielsweise Supermalloy, eine Nickel-Eisen-Legierung, die für eine außerordentlich hohe anfängliche Permeabilität verarbeitet wird und für Anwendungen für die Umsetzung von Signalen mit niedrigem Pegel geeignet ist. Eine aus mehreren Windungen isolierten Drahts bestehende Wicklung umgibt den Toroidkern, um einen toroidalen Umsetzer zu bilden. In einer Ausführungsform ist der toroidale Umsetzer in Gummi oder einem anderen isolierenden Material eingebettet, und der zusammengesetzte Transformer oder Umsetzer ist in einer Rille versenkt, die in der Bohrstrangverbindung angeordnet ist.
Das in 3 bis 5 dargestellte WDP-Glied 210 weist erste Kommunikationskoppler 221, 231 am oder benachbart zum entsprechenden Ende 241 eines Buchsenendes 222 und des Endes 234 eines Stiftendes 232 davon auf. Ein erstes Kabel 214 erstreckt sich durch eine Leitung 213, um die ersten Kommunikationskoppler 221, 231 in der nachfolgend beschriebenen Weise miteinander zu verbinden.
Das WDP-Glied 210 ist mit einem langgestreckten rohrförmigen Schaft 211 versehen, der ein axiale Bohrung 212, ein Buchsenende 222, ein Stiftende 232 sowie ein erstes Kabel 214 aufweist, das sich vom Buchsenende 222 zum Stiftende 232 erstreckt. Ein erster induktiver Koppler 221 mit einer Stromschleife, z.B. ein toroidaler Umsetzer, und ein ähnlicher zweiter Kommunikationskoppler 231 sind am Buchsenende 222 bzw. am Stiftende 232 angeordnet. Der erste Kommunikationskoppler 221, der zweite Kommunikationskoppler 231 und das erste Kabel 214 stellen gemeinsam eine Kommunikationsleitung über die Länge jedes WDP-Glieds bereit. Ein induktiver Koppler 220 an der gekoppelten Schnittstelle zwischen zwei WDP-Gliedern ist mit einem ersten Kommunikationskoppler 221 des WDP-Glieds 210 und einem zweiten Kommunikationskoppler 231' des angrenzenden Rohrelements dargestellt, das ein weiteres WDP-Glied oder, wie vorstehend beschrieben, ein Adapterelement 9a sein kann. In weiteren Ausführungsformen des Telemetriesystems 100 können die induktiven Kommunikationskoppler durch andere, eine ähnliche Kommunikationsfunktion ausübende Vorrichtungen ersetzt sein, beispielsweise durch in US 4 126 848 beschriebene direkte Verbindungen mit elektrischen Kontakten.
4 und 5 zeigen die Kommunikationsverbindung 220 der 3 mit mehr Details. Das Buchsenende 222 umfaßt ein Innengewinde 223 und eine innere ringförmige Kontaktschulter 224 mit einem ersten Schlitz 225, in dem ein erster toroidaler Umsetzer 226 angeordnet ist. Der toroidale Umsetzer 226 ist mit dem Kabel 214 verbunden. In ähnlicher Weise ist das Stiftende 232' eines angrenzenden verdrahteten Rohrelements, beispielsweise eines weiteren WDP-Glieds oder eines Adapterelements 9a, mit einem Außengewinde 233' und einem ringförmigen inneren Kontaktrohrende 234' mit einem zweiten Schlitz 235' versehen, in dem ein zweiter toroidaler Umsetzer 236' angeordnet ist. Der zweite toroidale Umsetzer 236' ist mit einem zweiten Kabel 214' des angrenzenden Rohrelements 9a verbunden. Die Schlitze 225, 235' können mit einem Material hoher Leitfähigkeit und geringer Permeabilität, beispielsweise Kupfer, überzogen sein, um die Effizienz der induktiven Kopplung zu erhöhen.
Wenn das Buchsenende 222 eines WDP-Glieds mit dem Stiftende 232' des benachbarten Rohrelements, beispielsweise eines weiteren WDP-Glieds oder eines Adapterelements 9a, zusammengesetzt ist, wird eine Kommunikationsverbindung gebildet. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Abschnitt der entsprechenden Schnittstelle, wobei ein einander zugewandtes Paar induktiver Kopplungselemente, d.h. der toroidalen Umsetzer 226, 236', miteinander verriegelt werden, um eine Kommunikationsverbindung zu bilden. 5 zeigt ferner, daß die geschlossenen toroidalen Wege 240, 240' die toroidalen Umsetzer 226 bzw. 236' umschließen und daß die Leitungen 213, 213' einen Durchgang für innere elektrische Kabel 214, 214' bilden, die die beiden an den jeweiligen Enden eines WDP-Glieds angeordneten Kopplungselemente verbinden.
Die vorbeschriebenen induktiven Koppler umfassen einen mit einem dualen Toroid gebildeten elektrischen Koppler. Der Dual-Toroid-Koppler verwendet die inneren Schultern der Buchsen- und Stiftenden als elektrische Kontakte. Die inneren Schultern werden unter hohem Druck miteinander in Verbindung gebracht, wenn die Stift- und Buchsenenden zusammengesetzt werden, wodurch ein elektrischer Übergang zwischen den Stift- und Buchsenenden sichergestellt wird. Im Metall der Verbindung werden mittels toroidaler Umsetzer, die in Schlitzen angeordnet sind, Ströme induziert. Bei einer gegebenen Frequenz, beispielsweise 100 kHz, sind diese Ströme infolge des Skin-Effekts auf die Oberfläche der Schlitze beschränkt. Die Stift- und Buchsenenden bilden sekundäre Schaltkreise der entsprechenden Umsetzer, und die beiden sekundären Schaltkreise sind Rücken an Rücken über die gepaarten inneren Schulteroberflächen verbunden.
Während 3 bis 5 einen bestimmten Typ von Kommunikationskopplern zeigen, ist es klar, daß eine Vielzahl von Kommunikationskopplern verwendet werden kann, um ein Signal über miteinander verbundene Rohrelemente zu kommunizieren. Hierzu können beispielsweise magnetische Koppler verwendet werden, wie sie in WO 02/06716 beschrieben sind. Andere Anordnungen und/oder Koppler sind ebenfalls möglich.
In 3 ist der Abstand zwischen den Adapterelementen 9a, 9b der Einfachheit wegen als lediglich ein WDP-Glied dargestellt, d.h. 30 Fuß, entsprechend 9,144 m. Es ist jedoch klar, daß der Abstand oft als Vielzahl miteinander verbundener WDP-Glieder definiert sein kann. In einer Ausführungsform beträgt der Abstand etwa 1.000 Fuß, entsprechend 304,8 m, in der Länge. Ein Strang aus WDP-Gliedern mit dieser Länge kann ohne Repeater oder Verstärkerelemente zum Verstärken der übertragenen Signale über lange Strecken betrieben werden, wobei die vorliegende Erfindung derartige Repeater bei Bedarf vorsehen kann. Die Adapterelemente sind den hier beschriebenen WDP-Gliedern sehr ähnlich mit dem Unterschied, daß die Adapterelemente von der Standard-Gliedlänge von 30 Fuß, entsprechend 9,144 m, abweichende Längen aufweisen können, insbesondere kürzere Längen bis zu 3 Fuß, entsprechend 0,914 m, und daß die Adapterelemente zum Eingriff mit einem zweiten Kabel 112 wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben ausgestaltet sind. Ferner sind Meßwerkzeuge M im Bohrstrang angeordnet, beispielsweise MWD- und LWD-Werkzeuge, und können so ausgestaltet sein, daß sie als Adapterelemente wirken, so daß eine direkte Verbindung eines Kabels, wie beispielsweise des Kabels 112, mit einem oder mehreren Meßwerkzeugen M ermöglicht wird.
Jedes der Adapterelemente 9a, 9b in 3 weist einen zweiten Kommunikationskoppler 231', 221' am oder benachbart zu wenigstens dem entsprechenden Ende 234' eines Stiftendes 232' und des Endes 241' des Buchsenendes 222' davon auf. Die Adapterelemente sind für eine Verbindung mit einem zweiten Kabel 112 ausgestaltet, das im Bohrstrang 6 angeordnet ist, so daß das zweite Kabel 112 das Paar von Adapterelementen miteinander verbindet, um eine zweite Kommunikationsverbindung 5b wie vorstehend beschrieben zu bilden. Es ist vorgesehen, daß die zweite Kommunikationsverbindung nur bei Bedarf geschaffen wird, beispielsweise um einen Ausfall in der ersten Kommunikationsverbindung zu überbrücken oder eine Kommunikationsverbindung in einem Abschnitt des Bohrstrangs zu schaffen, wo keine besteht.
Somit ist in der in 2A und 2B dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Telemetriesystems das eine Adapterelement 9 zwischen zwei der WDP-Glieder 8 im Bohrstrang 6 angeschlossen, wobei ein Abschnitt der ersten Kommunikationsverbindung 5a, die durch miteinander verbundene WDP-Glieder einschließlich des Adapterelements 9 definiert ist, von einer zweiten Kommunikationsverbindung 5b, die durch verkabelte Adapterelemente definiert ist, umgangen oder überbrückt werden kann. Alternativ hierzu kann das eine Adapterelement 9 zwischen den WDP-Gliedern und einem unverdrahteten Abschnitt des Bohrstrangs angeschlossen sein, vgl. beispielsweise 1C , wobei der unverdrahtete Abschnitt des Bohrstrangs durch eine zweite Kommunikationsverbindung in einen verkabelten Abschnitt umwandelbar ist. In der alternativen Ausführungsform kann der unverdrahtete Abschnitt des Bohrstrangs wenigstens ein unverdrahtetes Bohrstrangglied und/oder unverdrahtetes Arbeitselement aufweisen.
Das erfindungsgemäße Telemetriesystem schlägt die Verwendung einer Vielzahl von Adapterelementen 9 vor, insbesondere die Verwendung von mehr als zwei Adapterelementen 9, die vorzugsweise mit dem vorgenannten Abstand von 1.000 Fuß, entsprechend 304,8 m, im Bohrstrang angeordnet sind. Jedes Adap terelement 9 ist dabei zur Verbindung mit einem zweiten Kabel 112 ausgestaltet, das im Bohrstrang 6 angeordnet ist, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben worden ist. Auf diese Weise dienen die beabstandeten Adapterelemente zwei Zwecken: (1) einem Leitungsweg in der ersten Kommunikationsverbindung 5a, die durch WDP-Glieder definiert ist, und (2) als „Kurzschlußbrücken", um je nach Bedarf beispielsweise ein defektes WDP-Glied oder mehrere defekte WDP-Glieder in der ersten Kommunikationsverbindung 5a zu umgehen oder zu überbrücken.
In den meisten Ausführungsformen, vgl. 1A, umfaßt das Telemetriesystem 100 ferner wenigstens ein Meßwerkzeug M, das in einem unteren Abschnitt des Bohrstrangs 6 angeordnet ist, der als Bodenanordnung (BHA, Bottom Hole Assembly) 200 bekannt ist. Ferner ist ein Computer 2 an der Oberfläche vorgesehen, um Daten zu verarbeiten, die von dem Meßinstrument oder den Meßinstrumenten M erfaßt worden sind. Zudem ist ein erstes Kommunikationselement 70 in oder über einem oberen Abschnitt des Bohrstrangs (oberhalb des Mitnehmerglieds 17) zur Kommunikation mit dem Computer 2 angeordnet. Das erste Kommunikationselement 70, das auch als Oberflächenkommunikationselement bekannt ist, kommuniziert auch mit der ersten Kommunikationsverbindung 5a und der zweiten Kommunikationsverbindung 5b durch im Stand der Technik bekannte Kommunikationsmittel. Das Telemetriesystem 100 umfaßt ferner ein zweites Kommunikationselement 80, das auch als Bodenkommunikationselement bekannt und in einem unteren Abschnitt des Bohrstrangs 6 gerade oberhalb der Bodenanordnung 200 zur Kommunikation mit (zumindest) dem Meßinstrument M oder den Meßinstrumenten M angeordnet ist. Die erste Kommunikationsverbindung 5a stellt zumindest einen Abschnitt einer operativen Kommunikationsverbindung zwischen dem Bodenkommunikationselement 80 und dem Oberflächenkommunikationselement 70 bereit. Ein zweites Kabel 112 kann im Bohrstrang 6 angeordnet sein und über ein Paar von Adapterelementen 9 verbunden sein, wodurch die zweite Kommunikationsverbindung 5b (oder ein Teil davon) gebildet wird, die zur Kommunikation mit der ersten Kommunikationsverbindung 5a angeschlossen ist. Die zweite Kommunika tionsverbindung 5b stellt somit zumindest einen Teil einer operativen Kommunikationsverbindung zwischen dem Bodenkommunikationselement 80 und dem Oberflächenkommunikationselement 70 bereit, beispielsweise eine Umgehung oder eine Ergänzung zur Kommunikationsverbindung 5a.
In Ausführungsformen des Telemetriesystems kann das erste oder Oberflächenkommunikationselement 70 entsprechend einer von vier Konfigurationen angeordnet sein: unter dem Mitnehmerglied 17 im (drehtischangetriebenen) Bohrstrang 6, über dem Mitnehmerglied 17 im (drehtischangetriebenen) Bohrstrang, unter einem Bohrkopf, der den (von oben angetriebenen) Bohrstrang stützt (nicht dargestellt) oder in einem Bohrkopf, der den (von oben angetriebenen) Bohrstrang stützt (nicht dargestellt). Wenn das erste Kommunikationselement über einem Mitnehmerglied im Bohrstrang angeordnet ist, kann es einen Schleifring oder einen Drehumsetzer zur Kommunikation von Signalen zwischen dem sich drehenden Bohrstrang 6 und den feststehenden Oberflächenkomponenten des Telemetriesystems 100 umfassen.
Der von oben angetriebene Bohrstrang 6 ist ähnlich zu dem in 1A dargestellten drehtischangetriebenen Bohrstrang mit dem Unterschied, daß der Drehtisch 16 und der Drehhaken 19 durch einen Bohrkopf ersetzt sind, der den Bohrstrang stützt und ihn dreht.
Ein Schleifring, der auch als Bürstenkontaktfläche bekannt ist, ist ein bekannter elektrischer Verbinder, der zum Übertragen von Strom oder anderen Signalen von einem feststehenden Draht in eine drehende Vorrichtung ausgestaltet ist. Üblicherweise besteht er aus einem feststehenden Graphit- oder Metallkontakt (der Bürste), die in einer sich nicht drehenden Komponente 1 (z.B. im Drehhaken 19) getragen ist, die am Außendurchmesser eines sich drehenden Metallrings (der beispielsweise am oberen Abschnitt des Mitnehmerglieds 17 getragen ist) reibt. Wenn sich der Metallring dreht, wird der elektrische Strom oder das Signal durch die feststehende Bürste in den Metallring geleitet, wodurch die Verbindung entsteht. Mehrere Ring/Bürsten-Anordnungen können entlang der Drehachse gestapelt sein, wenn mehr als ein elektrischer Schaltkreis benötigt wird.
Elektrische Drehkopplungen auf Induktionsbasis (mit Umsetzerwirkung), bekannt als Drehumsetzer, stellen eine Alternative zu Schleifringen und Kontaktbürsten dar, die auf einer Leitung zwischen einem sich drehenden und einem feststehenden Schaltkreis beruhen. Daher ist in einer induktiven Drehkopplung kein direkter Kontakt erforderlich. 6 zeigt einen vereinfachten Schnitt durch eine übliche induktive Drehkopplung zwischen einem feststehenden Schaltkreis 72, der in einem feststehenden Gehäuse 1 montiert ist, und einem sich drehenden Schaltkreis (der die Kommunikationsverbindung 5a und/oder 5b umfaßt), der am Mitnehmerglied 17 montiert ist. Die Umsetzerwindungen umfassen eine feststehende Spule 74 und eine sich drehende Spule 76, die beide konzentrisch zur Drehachse sind. Jede der beiden Spulen 74, 76 kann als Primärspule dienen, wobei die andere jeweils als Sekundärspule dient. Die feststehende Anordnung umfaßt einen Kern, der, wie ein üblicher feststehender Leistungstransformator, durch Stapel von Lamellen aus Silizium, Stahl oder anderen geeigneten, magnetisch „weichen" Materialien gebildet ist, mit dem Unterschied, daß der Kern einen inneren Abschnitt 77 und einen äußeren Abschnitt 78 aufweist, die eine Form definieren, um die sich drehenden Teile aufzunehmen. Der Hohlschaft nimmt dabei die Drähte auf, die die sich drehenden Spulen mit den sich drehenden Schaltkreisen an einem Ende des Schafts verbinden.
Wie gesagt, umfaßt der Bohrstrang 6 üblicherweise eine BHA 200, die in der Nähe des Bohrers 15 angeordnet ist. Die BHA 200 kann Möglichkeiten zum Messen, Verarbeiten und Speichern von Information sowie zur Kommunikation mit der Oberfläche über ein Bodenkommunikationselement 80 aufweisen, beispielsweise MWD-/LWD-Werkzeuge. Ein beispielhaftes Meßwerkzeug M mit derartigen Fähigkeiten zur Bestimmung der Resistivität ist in US 5 339 037 beschrieben.
Ein Signal, das eine Messung oder mehrere Messungen der BHA 200 darstellt, wird über das Bodenkommunikationselement 80 vom Meßinstrument M oder von Meßinstrumenten M im Bohrstrang 6 nach oben übertragen. Die Übertragung kann mittels üblicher Mittel erfolgen, beispielsweise durch Schlammimpulstelemetrie, elektromagnetische Telemetrie und akustische Rohrtelemetrie oder vorzugsweise durch die hier beschriebenen Kommunikationsverbindungen 5a, 5b. Das übertragene Signal wird vom Oberflächenkommunikationselement 70 empfangen, welches in bestimmten Ausführungsformen mit dem Mitnehmerglied 17 gekoppelte Mittel aufweist, beispielsweise einen Schleifring oder einen Drehumsetzer 1 zur Kommunikation des Signals von einem sich drehenden Schaltkreis zu einem feststehenden Schaltkreis im Drehhaken 19. Der feststehende Schaltkreis des Umsetzers oder Schleifrings ist über eine Drahtverbindung, wie z.B. das Kabel 3, mit einem Computer 2 an der Oberfläche zur Verarbeitung und zum Speichern/Anzeigen gekoppelt. Der Computer 2 an der Oberfläche stellt die Kommunikation mit einem Meßinstrument oder mit Meßinstrumenten M sowie deren Steuerung über geeignete Signale bereit, die entlang des Bohrstrangs 6 nach unten gerichtet sind. Der sich drehende Schaltkreis des sich drehenden Umsetzers oder Schleifrings ist ferner über die Kommunikationsverbindungen 5a, 5b, die sich durch den Bohrstrang 6 erstrecken, mit dem Bodenkommunikationselement 80 gekoppelt.
7A zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Telemetriesystems 100a mit einer drahtlosen Oberflächenkommunikationsverbindung anstelle der vorstehend beschriebenen verdrahten Kopppler. Das Telemetriesystem 100a gleicht im wesentlichen dem Telemetriesystem 100 der 1A mit dem Unterschied, daß ein Oberflächenkommunikationselement 70a operativ mit dem Mitnehmerglied 17 gekoppelt ist anstelle eines Gleitrings oder Drehübertragers am Oberflächenkommunikationselement 70. In dieser Ausführungsform besteht eine drahtlose Verbindung 3a zwischen dem Computer 2a an der Oberfläche und dem Oberflächenkommunikationselement 70a. Das Oberflächenkommunikationselement 70a ist über die Kommunikationsverbindungen 5a, 5b wie vorstehend beschrieben mit dem Bodenkommunikationselement 80 operativ verbunden.
Das Oberflächenkommunikationselement 70a umfaßt ein WDP-Modem 315, welches in einer drahtgebundenen Kommunikation mit der ersten Kommunikationsverbindung 5a steht, ein drahtloses Modem 325, welches in drahtgebundener Kommunikation mit dem WDP-Modem 315 steht, sowie eine Stromversorgung 310, die die Modems 315, 325 mit Energie speist. Die Stromver sorgung 310 kann eine Batterie oder mehrere Batterien 305 aufweisen.
Das Oberflächenkommunikationselement 70a ist vorzugsweise ein kurzes Adapterelement oder ein WDP-Oberflächenkommunikationselement, welches eine Schnittstelle zwischen der drahtlosen Kommunikationsverbindung und der verrohrten Kommunikationsverbindung 5a bildet, die hier auch als die erste Kommunikationsverbindung bezeichnet wird.
Das WDP-Modem 315 gestattet eine Kommunikation zwischen dem Oberflächenkommunikationselement 70a und dem verrohrten Kommunikationselement 5a des WDP-Systems. Das drahtlose Modem 325 gestattet eine Kommunikation zwischen dem Oberflächenelement und dem Computer an der Oberfläche über die drahtlose Verbindung 3a. Das WDP-Modem und das drahtlose Modem sind über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung 320 operativ miteinander gekoppelt. Das Oberflächenkommunikationselement 70a und der Computer 2a an der Oberfläche sind jeweils mit entsprechenden drahtlosen Sendeempfängern 325t, 2t versehen, die in der Lage sind, über die drahtlose Verbindung 3a drahtlos Signale dazwischen zu senden und zu empfangen.
7B ist eine schematische Darstellung eines üblichen Bodenkommunikationselements 80a, das die Aspekte der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Bodenkommunikationselement 80a umfaßt ein WDP-Modem 95 zur Kommunikation durch die verrohrte Kommunikationsverbindung 5a, 5b mit dem Oberflächenkommunikationselement 70a. Das WDP-Modem 95 ist für eine Hochgeschwindigkeitskommunikation mit einer Busnetzwerk-Schnittstelle 105 verdrahtet, die wiederum kommunikativ mit der BHA 200 verbunden ist. Eine Stromversorgung 90 versorgt das Bodenkommunikationselement 80a mit Energie und kann eine Batterie oder mehrere Batterien 85 aufweisen.
Das in 7A und 7B dargestellte Telemetriesystem versetzt eine drahtlose Kommunikationsverbindung, die hier auch als dritte Kommunikationsverbindung bezeichnet wird, an der Oberfläche in die Lage, mit verrohrten und/oder verkabelten Kommunikationsverbindungen im Bohrloch zu kooperieren.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Telemetriesystems 100b, bei der ein Oberflächenkommunikationselement 70b zur drahtlosen Kommunikation mit dem Computer 2b an der Oberfläche im Bohrstrang unter einem Abschnitt des Bohrstrangs angeordnet ist, der in Eingriff mit dem die Drehkraft ausübenden Mechanismus steht, beispielsweise unter dem Drehtisch 16. Das Oberflächenkommunikationselement 70b umfaßt einen ersten drahtlosen Sendeempfänger 71, und das Telemetriesystem 100b umfaßt ferner einen zweiten drahtlosen Sendeempfänger 91, der in einer Schlammrückführleitung 90 angeordnet ist, die zwischen einem Schlammloch 92 und dem Bohrloch verbunden ist. Der Sendeempfänger 91 ist vorzugsweise so nahe wie möglich am Bohrstrang 6 angeordnet, und der Ort des Sendeempfängers 91 entlang der Schlammrückführleitung 90 ist unwesentlich. Daher können alternative Orte, beispielsweise benachbart zu einem Einhänger oder einem Verrohrungsglied, ebenfalls verwendet werden. Der zweite drahtlose Sendeempfänger 91 steht in drahtgebundener Kommunikation mit dem Computer 2b an der Oberfläche über das Kabel 3b. Das Bodenkommunikationselement 80 kann mit dem Oberflächenkommunikationselement 70 auf verschiedene Arten kommunizieren einschließlich der üblichen Schlammimpulstelemetrie und verdrahteter Verbindungen, insbesondere entsprechend den Kommunikationsverbindungen 5a, 5b.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bohren 400, welches das vorstehend beschriebene Telemetriesystem verwendet. Das Verfahren 400, vgl. 9, umfaßt die folgenden Schritte: Bohren 410 eines Bohrlochs mit einem Bohrstrang 6, Erfassen 430 von Bohrlochdaten mit einem Meßwerkzeug M, das im Bohrstrang 6 angeordnet ist, während des Bohrens, und Übertragen 490 der erfaßten Bohrlochdaten an die Oberfläche des Bohrlochs über eine verkabelte Kommunikationsverbindung 5b. Die verkabelte Kommunikationsverbindung 5b ist durch wenigstens zwei voneinander beabstandete Adapterelemente 9 gebildet, die im Bohrstrang 6 angeordnet sind, sowie durch ein Kabel 112, das die Adapterelemente 9 miteinander verbindet, damit Signale zwischen den Adapterelementen 9 wie vorstehend beschrieben übertragen 420 werden können.
Das Verfahren 400 umfaßt ferner den Schritt 440, bei dem die erfaßten Bohrlochdaten an die Oberfläche des Bohrlochs über eine weitere verkabelte Kommunikationsverbindung 5a übertragen werden, die durch mehrere miteinander verbundene WDP-Glieder 8 gebildet ist, „JA" zu Schritt 450, und den Schritt 500, bei dem die erfaßten Bohrlochdaten über eine dritte Kommunikationsverbindung, die durch die Oberflächenkommunikationselemente 70, 70a, 70b gebildet ist, die zur Kommunikation mit den verbundenen WDP-Gliedern 8 verdrahtet sind, an die Oberfläche des Bohrlochs übertragen werden. Die Oberflächenkommunikationselemente 70, 70a, 70b übertragen die erfaßten Bohrlochdaten von den verbundenen WDP-Gliedern 8 an einen Computer 2, 2a an der Oberfäche zur Weiterverarbeitung und können hierfür einen oder mehrere Sendeempfänger 71, 91 verwenden, vgl. 8.
Der Übertragungsschritt 490 wird ausgeführt, indem die zweite Kommunikationsverbindung 5b verwendet wird, um einen Abschnitt der ersten Kommunikationsverbindung 5a zu umgehen, Schritt 470, wenn ein Ausfall der ersten Kommunikationsverbindung 5a festgestellt worden ist, Schritt 460, oder alternativ, um einen unverdrahteten Abschnitt NW des Bohrstrangs in einen verkabelten Abschnitt umzuwandeln, Schritt 480.
Die Identifikation einer Fehlfunktion oder eines Ausfalls im WDP-System, Schritt 460, kann dadurch erreicht werden, daß ein Signal über die erste Kommunikationsverbindung 5a geleitet wird und anschließend das Signal gemessen wird, um die Spannung und/oder den Strom sowie die Impedanz zu messen. Durch Auswertung der Impedanz kann der Ort des Ausfalls bestimmt werden. Die Impedanz kann insbesondere eine Welligkeit oder eine starke Resonanz aufweisen, was auf einen Fehler hinweist. Das empfangene Signal kann ferner in der Zeitdomäne gemessen werden. Die Verzögerung des Signals zwischen der Aussendung und dem Empfang kann ausgewertet werden, um den Ort einer Fehlstelle zu bestimmen, indem die vom Signal zurückgelegte Entfernung bestimmt wird. Diese Information kann ebenfalls verwendet werden, um die Anzahl der ausgefallenen WDP-Glieder zu bestimmen.
10 zeigt einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in Form eines Verfahrens 600. Ein Bohrloch wird mit einem Bohrstrang 6, der eine Vielzahl darin angeordneter Adapterglieder 9 aufweist, gebohrt, Schritt 610. Aufeinanderfolgende Adapterelemente im Bohrstrang werden durch zumindest vier mitein ander verbundene WDP-Glieder 8 getrennt. Die Adapterelemente 9 und die WDP-Glieder 8 bilden zusammen eine erste Kommunikationsverbindung 5a, Schritt 620. In Schritt 630 werden Bohrlochdaten während des Bohrens mit einem Meßwerkzeug M, das im Bohrstrang 6 angeordnet ist, erfaßt, und die erfaßten Bohrlochdaten werden an die Oberfläche des Bohrlochs über die erste Kommunikationsverbindung 5a übertragen, Schritt 640.
Nachdem das Vorhandensein eines Ausfalls oder Fehlers in der ersten Kommunikationsverbindung 5a festgestellt ist, Schritt 650: „JA", beispielsweise infolge einer Unmöglichkeit, mit dem Meßwerkzeug M zu kommunizieren, wird ein Kabel 112 im Bohrstrang 6 angeordnet, um eine zweite Kommunikationsverbindung 5b zu erzeugen, Schritt 660. Das Kabel 112 weist ein Paar voneinander beabstandeter Verbindungselemente 118 auf, die in Reihe entlang des Kabels verbunden sind, um eine Kommunikation mit einem entsprechenden Paar aufeinanderfolgender Adapterelemente 9 herzustellen, beispielsweise dem untersten Paar von Adapterelementen im Bohrstrang 6. Auf diese Weise wird eine zweite Kommunikationsverbindung 5b durch diese Kommunikation geschaffen. In anderen Worten, koppelt das Paar von Verbindungselementen 118 das Paar entsprechender Adapterelemente 9 kommunikativ, wie hier ausführlich beschrieben. Die zweite Kommunikationsverbindung 5b umgeht die verbundenen WDP-Glieder 8 zwischen dem Paar aufeinanderfolgender Adapterelemente 9.
Anschließend wird festgestellt, ob der Fehler im Abschnitt des Bohrstrangs zwischen dem Paar aufeinanderfolgender Adapterelemente 9 liegt, die mit dem Kabel 112 verbunden sind, Schritt 670. Nach der Feststellung, daß der Fehler nicht in dem Abschnitt des Bohrstrangs zwischen dem Paar verkabelter, aufeinanderfolgender Adapterelemente liegt, Schritt 670: „NEIN", wird das Kabel im Bohrstrang bewegt, um eine Kommunikation zwischen dem Paar der Verbindungselemente und anderen entsprechenden Paaren aufeinanderfolgender Adapterelemente herzustellen, Schritt 680, bis der Ort des Fehlers identifiziert ist. Vorzugsweise wird das Kabel so bewegt, daß jeder aufeinanderfolgende verbundene Strang von WDP-Gliedern zwischen aufeinanderfolgenden Adapterelementen 9 überbrückt wird. Sobald der Fehler identifiziert ist, beispielsweise durch eine fehlerhafte Rückgabe eines Testsignals, kann der Fehler behoben werden, 690, indem ein defektes Glied oder defekte Glieder der WDP bei einer Fahrt des Bohrstrangs 6 ersetzt werden.

Claims

Verkabelte Kommunikationsverbindung (5b) für einen Bohrstrang (6), gekennzeichnet durch wenigstens zwei Adapterelemente (9), die im Bohrstrang (6) um einen Abstand voneinander beabstandet sind, der die Länge von drei miteinander verbundenen Bohrrohrgliedern (8) übersteigt, und durch ein Kabel (112), das die Adapterelemente (9) zur Kommunikation eines Signals dazwischen verbindet.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Adapterelemente (9) einen Kommunikationskoppler (114) zwischen seinen Enden aufweist und das Kabel (112) ein Paar Verbindungselemente (118) aufweist, die in Reihe durch dieses getragen werden, wobei jedes Verbindungselement (118) einen komplementären Kommunikationskoppler (120) aufweist, wobei die Ausrichtung des komplementären Kommunikationskopplers (120) eines Verbindungselements (118) mit dem Kommunikationskoppler (114) eines Adapterelements (9) eine Kommunikation dazwischen schafft.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Adapterelemente (9) eine innere ringförmige Ausnehmung (116) aufweist, die um einen vorgegebenen axialen Abstand (d1) vom Kommunikationskoppler (114) beabstandet ist, und daß jedes der Verbindungselemente (118) eine Verriegelung zum Eingreifen in die innere ringförmige Ausnehmung (116) eines der Adapterelemente (9) und zum Positionieren seines komplementären Kommunikationskopplers (120) in Ausrichtung mit dem Kommunikationskoppler (114) des einen Adapterelements (9) aufweist.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung jedes der Verbindungselemente (118) einen Riegel (122) mit wenigstens einem Zahn (124) zum Eingriff mit der ringförmigen Ausnehmung (116) eines der Adapterelemente (9) aufweist, wobei der Zahn (124) um den vorgegebenen axialen Abstand (d1) vom komplementären Kommunikationskoppler (120) jedes Verbindungselements (118) beabstandet ist, wobei der Eingriff des Zahns (124) mit der ringförmigen Ausnehmung (116) eines der Adapterelemente (9) den komplementären Kommunikationskoppler (120) des Verbindungselements (118) mit dem Kommunikationskoppler (114) des einen Adapterelements (9) ausrichtet und eine Kommunikation dazwischen schafft, wenn das Kabel (112) im Bohrstrang (6) angeordnet ist.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (122) eine einrastende Verriegelung aufweist.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kommunikativen Koppler (114) und die komplementären kommunikativen Koppler (120) induktive Koppler sind.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verdrahtete Bohrrohrglieder zum Bilden einer verrohrten Kommunikationsverbindung (5a, 5b) im Bohrstrang (6) zwischen den beiden Adapterelementen (9) verbunden sind, wobei die verkabelte Kommunikationsverbindung (5a) einen zur verrohrten Kommunikationsverbindung alternativen Weg zum Übertragen eines Signals durch den Bohrstrang (6) schafft.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unverdrahteter Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) zwischen den beiden Adapterelementen (9) angeordnet ist, wobei die verkabelte Kommunikationsverbindung (5b) einen Weg zum Übertragen eines Signals durch den unverdrahteten Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) schafft.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der unverdrahtete Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) wenigstens ein unverdrahtetes Bohrrohrglied umfaßt.
Kommunikationsverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der unverdrahtete Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) wenigstens ein unverdrahtetes Nutzelement umfaßt.
Telemetriesystem (100) für einen Bohrstrang (6), der in einem Bohrloch (7) angeordnet ist, gekennzeichnet durch: mehrere verdrahtete Bohrohrglieder (8) im Bohrstrang (6), die eine erste Kommunikationsverbindung (5a) schaffen, wobei jedes der verdrahteten Bohrrohr glieder (8) einen ersten Kommunikationskoppler (221, 231) am oder in der Nähe jedes Endes davon sowie ein erstes Kabel (214), das die ersten Kommunikationskoppler (221, 231) verbindet, umfaßt, und ein Paar Adapterelemente (9), die im Bohrstrang (6) um einen Abstand voneinander beabstandet sind, der die Länge dreier miteinander verbundener Bohrrohrglieder (8) überschreitet, wobei jedes Adapterelement (9) umfaßt: einen zweiten Kommunikationskoppler (231') am oder in der Nähe wenigstens eines Endes des Adapterelements (9), wobei der zweite Kommunikationskoppler (231') zum Anschluß an ein zweites Kabel (112) ausgestaltet ist, das im Bohrstrang (6) angeordnet ist, so daß ein zweites Kabel (112) das Paar von Adapterelementen (9) verbindet, um eine zweite Kommunikationsverbindung (5b) zu schaffen, wobei eines der Adapterelemente (9) im Bohrstrang (6) so verbunden ist, daß sein zweiter Kommunikationskoppler (231') benachbart zum ersten Kommunikationskoppler (221, 231) eines der verdrahteten Bohrrohrglieder (8) ist, um das eine Adapterelement (9) mit dem einen verdrahteten Bohrrohrglied (8) für eine Kommunikation dazwischen zu koppeln, wobei die erste Kommunikationsverbindung (5a) für eine Kommunikation mit einer zweiten Kommunikationsverbindung (5b) koppelbar ist, um Signale durch den Bohrstrang (6) zu übertragen.
Telemetriesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Adapterelement (9) im Bohrstrang (6) zwischen zwei der verdrahteten Bohrrohrglieder (8) verbunden ist, wobei ein Abschnitt der ersten Kommunikationsverbindung (5a) durch eine zweite Kommunikationsverbindung (5b) überbrückbar ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Adapterelement (9) zwischen das eine verdrahtete Bohrrohrglied (8) und einen unverdrahteten Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) angeschlossen ist, wobei der unverdrahtete Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) in einen verkabelten Abschnitt durch eine zweite Kommunikationsverbindung (5b) umwandelbar ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der unverdrahtete Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) wenigstens ein unverdrahtetes Bohrrohrglied (8) aufweist.
Telemetriesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der unverdrahtete Abschnitt (NW) des Bohrstrangs (6) wenigstens ein unverdrahtetes Arbeitselement (M) aufweist.
Telemetriesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kommunikationskoppler (221, 231) der verdrahteten Bohrrohrglieder und die zweiten Kommunikationskoppler (231') der Adapterelemente (9) induktive Koppler sind.
Telemetriesystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein zweites Kabel (112), das im Bohrstrang (6) angeordnet ist, um das Paar von Adapterelementen (9) zu verbinden, um eine zweite Kommunikationsverbindung (5b) zu schaffen, die zur Kommunikation mit der ersten Kommunikationsverbindung (5a) gekoppelt ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Adapterelemente (9) einen dritten Kommunikationskoppler zwischen den zweiten Kommunikationskopplern aufweist, und das zweite Kabel (112) ein Paar von in Reihe davon getragenen Verbindungselementen aufweist, die jeweils einen vierten Kommunikationskoppler umfassen, wobei eine Ausrichtung des vierten Kommunikationskopplers des Verbindungselements mit dem dritten Kommunikationskoppler des einen Adapterelements eine Kommunikation zwischen der ersten Kommunikationsverbindung und der zweiten Kommunikationsverbindung schafft.
Telemetriesystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Adapterelement (9) eine innere ringförmige Ausnehmung (116) aufweist, die um einen vorgegebenen axialen Abstand (d1) vom dritten Kommunikationskoppler beabstandet ist, und jedes der Verbindungselemente (118) eine Verriegelung zum Eingreifen in die Ausnehmung (116) eines Adapterelements (9) und zum Positionieren des vierten Kommunikationskopplers in Ausrichtung mit dem dritten Kommunikationskoppler des eingegriffenen Adapterelements aufweist.
Telemetriesystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung jedes der Verbindungselemente (118) einen Riegel (122) mit wenigstens einem Zahn (124) zum Eingriff mit der inneren ringförmigen Ausnehmung (116) eines der Adapterelemente (9) aufweist, wobei der Zahn (124) um den vorgegebenen axialen Abstand (d1) vom vierten Kommunikationskoppler jedes Verbindungselements beabstandet ist, wobei der Eingriff des Zahns (124) mit der Ausnehmung (116) eines Adapterelements (9) den vierten Kommunikationskoppler des Verbindungselements mit dem dritten Kommunikationskoppler des verbundenen Adapterelements ausrichtet und eine Kommunikation dazwischen schafft, wenn das Kabel (112) im Bohrstrang (6) angeordnet ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (122) eine einrastende Verriegelung umfaßt.
Telemetriesystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Kommunikationskoppler und die vierten Kommunikationskoppler induktive Koppler sind.
Telemetriesystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mehrere Adapterelemente, die in beabstandeten Abständen im Bohrstrang (6) angeordnet sind und jeweils zum Verbinden mit einem zweiten Kabel (112), das im Bohrstrang (6) angeordnet ist, derart ausgestaltet sind, daß ein zweites Kabel (112) zumindest zwei der Adapterelemente verbinden kann, um eine zweite Kommunikationsverbindung (5b) zu bilden, wobei eines der Adapterelemente derart mit dem Bohrstrang (6) verbunden ist, daß sein zweiter Kommunikationskoppler benachbart zu einem ersten Kommunikationskoppler eines der verdrahteten Bohrrohrglieder (8) ist, um das eine Adapterelement mit dem einen verdrahteten Bohrrohrglied zur Kommunikation dazwischen zu koppeln, wobei die erste Kommunikationsverbindung zur Kommunikation mit einer zweiten Kommunikationsverbindung (5b) koppelbar ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Kabel (112) im Bohrstrang (8) zum Verbinden des einen Adapterelements und wenigstens eines anderen der mehreren Adapterelemente vorgesehen ist, um eine zweite Kommunikationsverbindung zu schaffen, die zur Kommunikation mit der ersten Kommunikationsverbindung gekoppelt ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Meßwerkzeug (M), das in einem unteren Abschnitt des Bohrstrangs (6) angeordnet ist, einen Computer (2) an der Oberfläche zum Verarbeiten von Daten, die vom Meßwerkzeug (M) erfaßt worden sind, ein Oberflächenkommunikationselement (70), das in oder über einem oberen Abschnitt des Bohrstrangs (6) zur Kommunikation mit dem Computer (2) an der Oberfläche angeordnet ist, und ein Bodenkommunikationselement (80), das im unteren Abschnitt des Bohrstrangs (6) zur Kommunikation mit dem Meßwerkzeug (M) angeordnet ist, wobei die erste Kommunikationsverbindung (5a) zumindest einen Abschnitt einer operativen Kommunikationsverbindung zwischen dem Bodenkommunikationselement (80) und dem Oberflächenkommunikationselement (70) schafft.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwerkzeug (M) ebenfalls ein Adapterelement (9) ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch ein zweites Kabel (112), das im Bohrstrang (6) angeordnet und über das Paar von Adapterelementen (9) angeschlossen ist, wodurch eine zweite Kommunikationsverbindung (5b) geschaffen wird, die zur Kommunikation mit der ersten Kommunikationsverbindung (5a) angeschlossen ist, wobei die zweite Kommunikationsverbindung (5b) wenigstens einen Abschnitt einer operativen Kommunikationsverbindung zwischen dem Bodenkommunikationselement (80) und dem Oberflächenkommunikationselement (70) schafft.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) unterhalb eines Mitnehmerglieds (17) im Bohrstrang (6) angeordnet ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) über einem Mitnehmerglied (17) im Bohrstrang (6) angeordnet ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) unter einem den Bohrstrang (6) stützenden Bohrkopf angeordnet ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) in einem den Bohrstrang (6) stützenden Bohrkopf angeordnet ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) einen Drehumformer aufweist.
Telemetriesystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) einen Schleifring aufweist.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) einen ersten drahtlosen Sendeempfänger in verdrahteter Kommunikation mit der ersten Kommunikationsverbindung aufweist.
Telemetriesystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter drahtloser Sendeempfänger in verdrahteter Kommunikation mit dem Computer (2) an der Oberfläche vorgesehen ist, wobei der erste und der zweite Sendeempfänger zur drahtlosen Kommunikation untereinander ausgestaltet sind.
Telemetriesystem nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite drahtlose Sendeempfänger in einer Schlammrückführleitung (90) angeordnet ist, die zwischen einem Schlammloch und dem Bohrloch angeschlossen ist.
Telemetriesystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) umfaßt: ein verdrahtetes Bohrrohr-Modem (315) in verdrahteter Kommunikation mit der ersten Kommunikationsverbindung (5a), ein drahtloses Modem (25) in Kommunikation mit dem verdrahteten Bohrohr-Modem (315), und eine Stromversorgung (310), die die Modems (315, 325) mit Energie versorgt.
Telemetriesystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (310) wenigstens eine Batterie (305) aufweist.
Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs (7), bei dem ein Bohrloch (7) mit einem Bohrstrang (6) gebohrt wird und Bohrlochdaten während des Bohrens mit einem Meßwerkzeug (M), das im Bohrstrang (6) angeordnet ist, erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Bohrlochdaten über eine Kommunikationsverbindung (5a) an die Oberfläche des Bohrlochs (7) übertragen werden, wobei die Kommunikationsverbindung (5a) durch wenigstens zwei Adapterelemente (9) definiert ist, die im Bohrstrang (6) mit einem Abstand voneinander beabstandet sind, der die Länge wenigstens dreier miteinander verbundener Bohrrohrglieder (8) übersteigt, wobei ein Kabel (112) die Adapterelemente (9) zur Übertragung von Signalen dazwischen verbindet.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Bohrlochdaten über eine weitere Kommunikationsverbindung (5b), die durch eine Vielzahl von untereinander verbundenen verdrahteten Bohrrohrgliedern definiert ist, an die Oberfläche des Bohrlochs (7) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Bohrlochdaten über eine dritte Kommunikationsverbindung an die Oberfläche des Bohrlochs (7) übertragen werden, wobei die dritte Kommunikationsverbindung durch ein Oberflächenkommunikationselement (70), das zur Kommunikation mit den untereinander verbundenen verdrahteten Bohrrohrgliedern (8) verdrahtet ist, definiert wird, wobei das Oberflächenkommunikationselement (70) die erfaßten Bohrlochdaten von den untereinander verbundenen verdrahteten Bohrrohrgliedern (8) an einen Computer (2) an der Oberfläche zur Verarbeitung überträgt.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenkommunikationselement (70) einen drahtlosen Sendeempfänger zum Übertragen der erfaßten Bohrlochdaten an den Computer (2) an der Oberfläche umfaßt.
Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs (7), dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohrloch (7) mit einem Bohrstrang (6) gebohrt wird, der mehrere darin angeordnete Adapterelemente (9) aufweist, wobei aufeinanderfolgende Adapterelemente (9) durch zumindest vier untereinander verbundene verdrahtete Bohrrohrglieder (8) voneinander getrennt sind, wobei die Adapterelemente (9) und die verdrahteten Bohrrohrglieder (8) zusammen eine erste Kommunikationsverbindung (5a) bilden, und bei dem Bohrlochdaten während des Bohrens mit einem Meßwerkzeug (M), das im Bohrstrang (6) angeordnet ist, erfaßt werden, die erfaßten Bohrlochdaten an die Oberfläche des Bohrlochs (7) über die erste Kommunikationsverbindung (5a) übertragen werden, und beim Feststellen eines Ausfalls in der ersten Kommunikationsverbindung (5a) ein Kabel (112) im Bohrstrang (6) angeordnet wird, das ein Paar beabstandeter Verbindungselemente (114) aufweist, die in Reihe entlang des Kabels (112) zum Schaffen einer Kommunikation mit einem entsprechenden Paar aufeinandertolgender Adapterelemente (9) verbunden sind, wobei eine zweite Kommunikationsverbindung (5b) durch eine derartige Kommunikation geschaffen wird, die die miteinander verbundenen verdrahteten Bohrrohrglieder (8) zwischen dem Paar aufeinandertolgender Adapterelemente (9) überbrückt.
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellt wird, ob der Ausfall in dem Abschnitt des Bohrstrangs (6) zwischen dem Paar aufeinanderfolgender Adapterelemente (9) liegt, und in Reaktion auf das Feststellen, daß der Ausfall nicht im Abschnitt des Bohrstrangs (6) zwischen dem Paar aufeinandertolgender Adapterelemente (9) liegt, das Kabel (112) im Bohrstrang bewegt wird, um eine Kommunikation zwischen dem Paar von Verbindungselementen und anderen entsprechenden Paaren aufeinanderfolgender Adapterelemente zu schaffen, bis der Ort des Ausfalls festgestellt ist, und der Fehler behoben wird.