DE102005008430A1

DE102005008430A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bohren eines Bohrlochs von einem entfernten Ort aus

Info

Publication number: DE102005008430A1
Application number: DE200510008430
Authority: DE
Inventors: Ernesto Sugar Land Garcia; Dimitrios Houston Pirovolou; Walter D. Thriplow Aldred; Reinhart Katy Ciglenec; Jacques R. Houston Tabanou
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2005-09-22
Also published as: FR2866922A1; FR2866922B1; RU2369738C2; NO20051106D0; GB0708138D0; CA2496162C; NO20051106L; CN1664308A; GB2435065B; CN1664308B; GB2411669B; GB2411669A; CA2496162A1; NO339046B1; RU2005105512A; GB0503402D0; GB2435065A; US7832500B2; US20050189142A1; MXPA05001898A

Abstract

Verfahren (200) zum Bohren eines Bohrlochs (11) von einem entfernten Ort aus an einer Bohrstelle (212), an der eine Bohranlage mit einem daran aufgehängten Bohrwerkzeug (224) vorgesehen ist, bei dem das Bohrwerkzeug (224) in die Erde eingebracht wird, um das Bohrloch (11) auszubilden, wobei das Bohrwerkzeug (224) entsprechend einem Bohrstellen-Setup betrieben wird, Bohrstellenparameter von mehreren Sensoren (300), die an der Bohrstelle (212) angeordnet sind, gesammelt werden (412), wenigstens ein Teil der Bohrstellenparameter an eine entfernte Steuerzentrale (202) übertragen wird (414), die Bohrstellenparameter ausgewertet werden (416) und das Bohrstellen-Setup, basierend auf der Auswertung der Bohrstellenparameter, automatisch von der Steuerzentrale (202) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Bohren eines Bohrlochs von einem entfernten Ort aus.
Die Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation umfaßt das Einbringen eines Bohrwerkzeugs in die Erde. Das Bohrwerkzeug wird von einer Bohranlage in die Erde eingebracht, um ein Bohrloch zu erzeugen, durch welches Kohlenwasserstoffe gefördert werden. Während des Bohrvorgangs ist es wünschenswert, Informationen über den Bohrbetrieb und die unterirdische Formation zu sammeln. Hierzu sind in verschiedenen Abschnitten von Vorrichtungen an der Erdoberfläche und/oder im Bohrloch Sensoren angeordnet, um Daten unter anderem über das Bohrloch, die Formation und über Betriebsbedingungen zu erzeugen. Die Daten werden gesammelt und ausgewertet, so daß den Bohrbetrieb und die Formation betreffende Entscheidungen getroffen werden können.
Üblicherweise ist an der Bohranlage ein Bohrführer anwesend, um Daten über die Bohrstelle zu sammeln und zu bewerten. Der Bohrführer beobachtet diese Daten, um zu erkennen, ob es Probleme gibt und um die erforderlichen Einstellungen an den mechanischen und/oder elektrischen Einrichtungen der Bohranlage durchzuführen. Beispielsweise kann ein Bohrführer die Bohrgeschwindigkeit, die Bohrrichtung, den Druck im Bohrloch und andere Bedingungen einstellen. Die Einstellungen ermöglichen es dem Bohrführer, den Bohrbetrieb zu steuern, um die gewünschten Ergebnisse zu erzeugen. Der Bohrführer verläßt sich dabei häufig auf sein allgemeines Verständnis oder seine Erfahrung, um die Bohreinrichtungen zu steuern, so daß das Bohrloch auf die effizienteste Weise so gebohrt wird, daß der gewünschte Bohrlochverlauf erzielt wird, und zwar vorzugsweise möglichst kostengünstig.
Üblicherweise steuert der Bohrführer den Bohrbetrieb von einer Steuerstation an der Erdoberfläche aus. Durch die Handhabung der Daten kann der Bohrführer häufig eine Beschädigung des Bohrwerkzeugs oder des Bohrlochs verhindern, die den weiteren Bohrbetrieb stören oder unmöglich machen könnten. Zudem können die Informationen dazu verwendet werden, einen gewünschten Bohrlochverlauf und optimale Bedingungen einzustellen oder den Bohrbetrieb auf andere Weise zu fördern.

Zum Unterstützen der Steuerung des Bohrbetriebs an der Bohrstelle sind verschiedene Techniken bekannt. Eine derartige Technik umfaßt die Verwendung von Steuersystemen an der Erdoberfläche zum Steuern der Bohrwerkzeuge im Bohrloch, vgl. z.B. US 6 662 110 . In diesen Fällen findet die Steuerung des Bohrbetriebs der Bohrstelle an der Bohrstelle selbst statt. Üblicherweise werden ein oder mehrere erfahrene Bohrführer an der Bohrstelle eingesetzt, um den Bohrbetrieb zu beobachten und zu steuern.

In vielen Fällen ist das Bohrwerkzeug in der Lage, während des Bohrbetriebs Daten über das Bohrloch zu sammeln. Dies ist beispielsweise beim Datenerfassen während des Bohrens (logging while drilling, LWD) oder Messen während des Bohrens (measurement while drilling, MWD) der Fall. Das Bohrwerkzeug kann auch aus dem Bohrloch entfernt werden, damit für eine weitere Untersuchung Formationsmeßwerkzeuge in das Bohrloch eingeführt werden können. Derartige Formationsmeßwerkzeuge werden verwendet, um Flüssigkeiten im Bohrloch und/oder der umgebenden Formation zu prüfen und/oder Proben davon zu nehmen. Derartige Formationsmeßwerkzeuge umfassen beispielsweise drahtleitungsbasierte Prüf- und Probennahmewerkzeuge, wie sie beispielsweise in US 4 860 581 und US 4 936 439 beschrieben sind.

Die von den Formationsmeßwerkzeugen erfaßten Informationen werden üblicherweise an die Erdoberfläche gesendet. Dies kann mittels einer Drahtleitung oder durch Herausziehen des Formationsmeßwerkzeugs geschehen. Die durch Formationsmeßwerkzeuge erhaltenen Informationen werden häufig dafür verwendet festzustellen, wo ausbeutbare Ressourcen angeordnet sind. Sobald das Formationsmeßwerkzeug seine Untersuchung abgeschlossen hat, wird es aus dem Bohrloch entfernt und das Bohrwerkzeug kann wieder eingesetzt werden, um den Bohrbetrieb fortzusetzen.

Trotz dieser Fortschritte beim Bohrbetrieb besteht ein Bedarf dafür, den Bohrbetrieb an einer oder an mehreren Bohrstellen von einem entfernten Ort aus zu steuern. Hierbei sollte vorzugsweise in Echtzeit die Möglichkeit bestehen, eine Vielzahl von Daten von einer Bohrstelle oder von mehreren Bohrstellen zu berücksichtigen und in Reaktion darauf Instruktionen zu übertragen. Ferner sollten derartige Instruktionen automatisch und/oder manuell am entfernten Ort erzeugbar sein, um auf Bohrführer an der Bohrstelle verzichten zu können und/oder für eine Bohrstelle mehr Sachverstand bereitzustellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren und eine Vorrichtung zum Bohren eines Bohrlochs von einem entfernten Ort aus zu schaffen.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1 und 33 bzw. 19 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen 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.
1 illustriert schematisch eine Bohrstelle mit Einrichtungen an der Erdoberfläche und im Bohrloch zum Bohren eines Bohrlochs.
2 illustriert schematisch eine Vorrichtung zum Steuern des Bohrens eines Bohrlochs von einem entfernten Ort aus.
3 ist eine schematische Ansicht einer Kommunikationseinrichtung für eine Vorrichtung zum Steuern des Bohrens eines Bohrlochs von einem entfernten Ort aus.
4 ist ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 illustriert eine Bohrstelle 1, an der die vorliegende Erfindung verwendbar ist. Die dargestellte Bohrstelle 1 umfaßt eine Einrichtung 2 an der Erdoberfläche, eine Einrichtung 3 im Bohrloch und eine Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche. In der dargestellten Ausführungsform wird ein Bohrloch 11 auf bekannte Weise durch Rotationsbohren gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Rotationsbohren beschränkt, sondern umfaßt andere Bohranwendungen, wie beispielsweise schlammotorbasiertes Richtungsbohren, und ist auch nicht auf landbasierte Bohranlagen beschränkt.
Die dargestellte Einrichtung 3 im Bohrloch umfaßt einen Bohrstrang 12, der im Bohrloch 11 mit einem Bohrkopf 15 an seinem unteren Ende aufgehängt ist. Die Einrichtung 2 an der Erdoberfläche umfaßt eine landbasierte Anordnung 10 mit einer Plattform und einem Bohrturm, die über dem Bohrloch 11 angeordnet ist, das sich durch eine unterirdische Formation F hindurch erstreckt. Die Anordnung 10 umfaßt einen Drehtisch 16, einen Mitnehmer 17, einen Haken 18 und ein Drehgelenk 19. Der Bohrstrang 12 wird durch den Drehtisch 16 gedreht, der durch ein nicht dargestelltes Mittel mit Energie versorgt wird und am oberen Ende des Bohrstrangs 12 in den Mitnehmer 17 eingreift. Der Bohrstrang 12 ist an einem Haken 18 aufgehängt, der an einem nicht dargestellten beweglichen Block befestigt ist, durch den Mitnehmer 17 und das Drehgelenk 19, das eine Drehung des Bohrstrangs 12 relativ zum Haken 18 ermöglicht.
Die Einrichtung 2 an der Erdoberfläche umfaßt ferner Bohrflüssigkeit oder Schlamm 26 in einer Grube 27, die an der Bohrstelle 1 ausgebildet ist. Eine Pumpe 29 liefert die Bohrflüssigkeit 26 ans Innere des Bohrstrangs 12 über einen Durchlaß im Drehgelenk 19, so daß die Bohrflüssigkeit 26 wie durch den Pfeil 9 illustriert nach unten durch den Bohrstrang 12 fließt. Die Bohrflüssigkeit 26 verläßt den Bohrstrang 12 über Öffnungen im Bohrkopf 15 und fließt dann nach oben durch den Bereich zwischen der Außenseite des Bohrstrangs 12 und der Wand des Bohrlochs 11, also durch den Ringraum, wie durch die Pfeile 32 illustriert nach oben zurück. Auf diese Weise schmiert die Bohrflüssigkeit 26 den Bohrkopf 15 und trägt Formationsbohrmehl an die Erdoberfläche, wenn sie für einen weiteren Umlauf zur Grube 27 zurückgeführt wird.
Der Bohrstrang 12 umfaßt ferner eine Bohrlochbodeneinrichtung (BHA, bottom hole assembly) 100 benachbart zur Bohrspitze 15, d.h. innerhalb weniger Schwerstangenlängen von der Bohrspitze 15. Die dargestellte Bohrlochbodenanordnung 100 ist zum Messen, Verarbeiten und Speichern von Informationen sowie zum Kommunizieren mit der Erdoberfläche ausgestaltet. Die BHA 100 umfaßt hier eine Einrichtung 110 zum Erfassen und Weiterleiten wenigstens einer Eigenschaft der das Bohrloch 11 umgebenden Formation F, beispielsweise der Resistivität oder Konduktivität der Formation, der natürlichen Strahlung, der Dichte (Gammastrahlen oder Neutronen), des Porendrucks usw.
Die BHA 100 umfaßt ferner Schwerstangen 130, 150 zum Durchführen verschiedener anderer Meßfunktionen. Die Schwerstange 150 enthält hier ein Werkzeug zum Messen beim Bohren (MWD, measurement while drilling). Das MWD-Werkzeug weist eine Einrichtung 160 zum Erzeugen elektrischer Energie für die Einrichtung 3 im Bohrloch auf. Dargestellt ist ein Schlammimpulssystem mit einem Generator, der durch den Fluß der Bohrflüssigkeit 26 angetrieben wird, die durch den Bohrstrang 12 und die Schwerstange 150 fließt. Darüber hinaus und/oder statt dessen können andere Stromversorgungs- und/oder Batterieeinrichtungen verwendet werden.
An der Bohrstelle sind Sensoren zum Sammeln von Daten über den Betrieb sowie die Bedingungen an der Bohrstelle, vorzugsweise in Echtzeit, angeordnet. Beispielsweise können Beobachtungseinrichtungen wie etwa Kameras 6 vorgesehen sein, um Bilder des Betriebs bereitzustellen. Meßeinrichtungen 7 sind an der Einrichtung 2 an der Erdoberfläche angeordnet, um Informationen darüber zu erhalten, beispielsweise über den Druck in einer Standleitung, die Last am Haken, die Tiefe, das Drehmoment an der Erdoberfläche, die Umdrehungsgeschwindigkeit und so weiter. Unterirdische Meßeinrichtungen 8 sind am Bohrwerkzeug und/oder Bohrloch vorgesehen, um Informationen betreffend die Bedingungen im Bohrloch zu liefern, beispielsweise den Druck im Bohrloch, das Gewicht am Bohrkopf, das Drehmoment am Bohrkopf, die Richtung, die Neigung, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schwerstangen, die Temperatur des Bohrwerkzeugs, die Temperatur im Ringraum und an der Oberfläche der Werkzeuge und so weiter. Die durch die Sensoren und Kameras gesammelten Informationen werden an die Einrichtung 2 an der Erdoberfläche, die Einrichtung 3 im Bohrloch und/oder die Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche geliefert.
Die Schwerstange 150, hier mit einem MWD-Werkzeug, umfaßt eine Kommunikationsunteranordnung 152, die mit der Einrichtung 2 an der Erdoberfläche kommunizieren kann. Die Kommunikationsunteranordnung 152 ist zum Senden von Signalen an und Empfangen von Signalen von der Erdoberfläche mittels Schlammimpulstelemetrie ausgestaltet. Die Kommunikationsunteranordnung 152 kann beispielsweise einen Sender umfassen, der ein Signal wie etwa ein akustisches oder elektromagnetisches Signal erzeugt, das die gemessenen Bohrparameter repräsentiert. Das erzeugte Signal wird an der Erdoberfläche durch Sendeempfänger 31 empfangen, die die empfangenen akustischen Signale in elektronische Signale für eine weitere Verarbeitung, Speicherung, Verschlüsselung und/oder Verwendung auf bekannte Weise umwandeln. Die Kommunikation zwischen der Einrichtung 2 an der Erdoberfläche und der Einrichtung 3 im Bohrloch ist hier als Schlammimpulstelemetrie beschrieben, vgl. z.B. US 5 517 464 . Es können jedoch auch andere Telemetrieeinrichtungen verwendet werden, beispielsweise verdrahtete Bohrrohre, elektromagnetische oder andere bekannte Telemetrieeinrichtungen.
Zwischen der Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche und der Einrichtung 3 im Bohrloch kann zum Beeinflussen des Bohrvorgangs eine Kommunikationsverbindung hergestellt werden. Üblicherweise kommuniziert die Einrichtung 3 im Bohrloch mit der Steuereinheit 4 über die Einrichtung 2 an der Erdoberfläche. Signale werden üblicherweise an die Einrichtung 2 an der Erdoberfläche über Schlammimpulstelemetrie übertragen und anschließend von der Einrichtung 2 an der Erdoberfläche über eine Kommunikationsverbindung 14 an die Steuereinheit 4. Alternativ hierzu können die Signale direkt von dem Bohrwerkzeug im Bohrloch 11 über die Kommunikationsverbindung 5 an die Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche übertragen werden. Die Steuereinheit 4 kann Signale an die Einrichtung 3 im Bohrloch zurücksenden, um die Bohrlochbodenanordnung 100 zu aktivieren und verschiedene Einstellungen und/oder Vorgänge im Bohrloch durchzuführen. Die Steuereinheit 4 kann dann die Einrichtung 2 an der Erdoberfläche und/oder Einrichtungen 3 im Bohrloch handhaben. Beispielsweise können durch Einstellen des Schlammflusses durch die Schlammpumpe von der Erdoberfläche in die Einrichtung 3 im Bohrloch die Bohrkräfte gesteuert werden. Derartige Einstellungen an der Einrichtung 2 an der Erdoberfläche und/oder den Einrichtungen 3 im Bohrloch können zum Steuern des Bohrbetriebs verwendet werden.
Die Handhabung des Bohrbetriebs kann durch manuelles Betätigen verschiedener Ventile, Schalter oder anderer Einrichtungen erfolgen. Die Bohrstelle ist so ausgestaltet, daß sich die Meßeinrichtungen, Ventile, Schalter und die anderen Einrichtungen der Einrichtung 2 an der Erdoberfläche und/oder der Einrichtungen 3 im Bohrloch an einem Anfangswert befinden, der als Setup der Bohrstelle bezeichnet wird. Dieses Setup kann verändert werden, um den Bohrbetrieb zu steuern, indem die Werte eingestellt werden.
Die Bohrstelle 1 kann mit automatisierten Einrichtungen versehen sein, die in der Lage sind, die erforderlichen Einstellungen am Setup der Bohrstelle entweder anstelle der manuellen Einrichtungen oder in Zusammenwirkung mit diesen durchzuführen. Wie bei den manuellen Einrichtungen, können auch die automatisierten Einrichtungen verwendet werden, um die Einrichtung 2 an der Erdoberfläche und/oder die Einrichtung 3 im Bohrloch einzustellen und/oder zu steuern. Beispielsweise können in der Einrichtung 3 im Bohrloch unterirdische Einrichtungen mit einer geschlossenen Schleife vorgesehen sein, um den Bohrbetrieb automatisch in Reaktion auf Informationen von Sensoren im Bohrloch einzustellen. Beispiele derartiger Einrichtungen sind in US-Patentanmeldung Nr. 10/065 080 beschrieben. Die Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche kann ebenfalls so ausgestaltet sein, daß sie den Bohrbetrieb automatisch steuert. Beispiele von Techniken, bei denen Steuereinrichtungen an der Erdoberfläche den Bohrbetrieb automatisch steuern, sind beispielsweise in US 6 662 110 , US-Patentanmeldung Nr. 10/248 704 und US-Patentanmeldung Nr. 10/334 437 beschrieben.
Die Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche kann dazu verwendet werden, die manuelle und/oder automatisierte Steuerung des Bohrbetriebs zu bewirken. Die Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche empfängt Informationen von den Sensoren 6, 7, 8 über die Kommunikationsverbindung 5 zwischen der Steuereinheit 4 und der Einrichtung 3 im Bohrloch und/oder über die Kommunikationsverbindung 14 zwischen der Steuereinheit 4 und der Einrichtung 2 an der Erdoberfläche. Vorzugsweise werden Informationen von der Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche in Echtzeit erhalten, so daß der Bohrbetrieb kontinuierlich beobachtbar ist. Die Steuereinheit 4 kann mit Prozessoren zum Analysieren der Daten und/oder Aktuatoren zum Reagieren darauf versehen sein. Aktuatoren können beispielsweise vorgesehen sein, um die Schlammpumpgeschwindigkeit an der Erdoberfläche, die Bohrrichtung im Bohrloch und so weiter einzustellen. An der Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche kann ein Bohrführer anwesend sein, um die empfangenen Informationen zu beobachten, zu analysieren und/oder darauf zu reagieren. Es kann vorgesehen sein, daß Service-Personal an verschiedene Bohrstellen transportiert wird, um die manuellen Steuerungen durchzuführen. Alternativ hierzu kann die Steuereinheit 4 an der Erdoberfläche mit Einrichtungen zum automatischen Steuern des Bohrbetriebs auf vorbeschriebene Weise versehen sein. Zum Handhaben des Bohrbetriebs können verschiedene Kombina tionen aus manuellen und/oder automatisierten Steuerungen an der Erdoberfläche verwendet werden.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf 2, in der eine von der Bohrstelle entfernte Vorrichtung 200 zum Steuern des Bohrbetriebs dargestellt ist. Die Vorrichtung 200 umfaßt eine Steuerzentrale 202, die operativ mit wenigstens einer Bohrstelle und hier vier Bohrstellen 212a, 212b, 212c, 212d zu deren Steuerung über jeweils eine Kommunikationsverbindung 214a, 214b, 214c, 214d verbunden ist.
Die Bohrstellen 212 können beliebigen Typs sein, beispielsweise vom Typ der in 1 dargestellten Bohrstelle. Die Bohrstelle 212a weist eine Bohranlage 222 mit einem davon in ein Bohrloch 225a einbringbaren MWD-Bohrwerkzeug 224a auf. Die Bohrstelle 212a umfaßt ferner eine Steuereinheit 228a an der Erdoberfläche, die zur Kommunikation mit Einrichtungen an der Erdoberfläche und im Bohrloch an der Bohrstelle ausgestaltet ist. Die Steuereinheit 228a sendet die von der Bohrstelle empfangenen Informationen an die entfernte Steuerzentrale 202. Die entfernte Steuerzentrale 202 sendet Instruktionen zurück zur Steuereinheit 228a, um bei Bedarf Einstellungen am Bohrbetrieb vorzunehmen.
Die Bohrstelle 212b ist im wesentlichen identisch zur Bohrstelle 212a mit dem Unterschied, daß die Kommunikationsverbindung 214b die Steuerzentrale 202 und das Bohrwerkzeug 224b direkt miteinander verbindet. Hierdurch kann die entfernte Steuerzentrale 202 Einstellungen direkt an den Bohreinrichtungen vornehmen. Zusätzlich kann eine Kommunikationsverbindung zwischen der entfernten Steuerzentrale 202 und den Einrichtungen an der Erdoberfläche an der Bohrstelle vorgesehen sein.
Während des Bohrbetriebs kann das Bohrwerkzeug 224 aus dem Bohrloch entfernt und ein drahtleitungsgebundenes Werkzeug in das Bohrloch eingebracht werden, um zusätzliche Prüfungen durchzuführen. Die Bohrstelle 212c illustriert ein drahtleitungsgebundenes Werkzeug 224c, das in ein Bohrloch 225c eingebracht ist. Das Werkzeug 224c ist dazu ausgestaltet, eine Formation F zu untersuchen, durch die sich das Bohrloch erstreckt, um eine Reihe von Bedingungen im Bohrloch zu bestimmen. Beispiele drahtleitungsgebundener Werkzeuge sind in US 4 860 581 und US 4 936 439 beschrieben. Es können auch andere Werkzeuge verwendet werden, beispielsweise elektromagnetische Werkzeuge, schnelle Formationsprüfwerkzeuge, nuklear-magnetische Werkzeuge, LWD-Werkzeuge, Bohrrohrwerkzeuge, drahtleitungsbasierte Werkzeuge und andere Bohrlochwerkzeuge, die jeweils in Bohrlöcher der Bohrstellen eingebracht werden können, um verschiedene Arbeiten durchzuführen. Eines oder mehrere dieser Werkzeuge ist bzw. sind mit Sensoren versehen, um Bohrlochdaten zu gewinnen und die Daten an die Steuereinheit an der Erdoberfläche zu bringen.
An einer Bohrstelle 212d ist ein Coiled-Tubing-Werkzeug 224d, d.h. ein Bohrgestänge von der Rolle, im Bohrloch 225d angeordnet. Dies illustriert, daß andere Bohrwerkzeuge wie beispielsweise LWD-Bohrwerkzeuge, drahtleitungsbasierte Bohrwerkzeuge oder Bohrrohr-Bohrwerkzeuge ebenfalls verwendet und durch die entfernte Steuerzentrale 202 gesteuert werden können.
Die Bohrstellen 212a, 212b, 212c, 212d sind über die Kommunikationsverbindungen 214a, 214b, 214c bzw. 214d mit der entfernten Steuerzentrale 202 verbunden. Die Kommunikationsverbindungen 214a, 214b, 214c, 214d können beliebigen Typs sein, beispielsweise eine Telefonleitung 214a, eine Internetverbindung 214b, eine Satellitverbindung 214c, eine Antenne 214d, eine Mikrowellenverbindung, eine Funkverbindung, eine Mobiltelefonverbindung und so weiter. Kommunikationsverbindungen zwischen einer Bohrstelle und einer entfernten Vorrichtung sind beispielsweise in US-Patentanmeldung Nr. 10/157 186 beschrieben.
Die Kommunikationsverbindung 214 ist zum Übertragen von Signalen zwischen den Bohrstellen 212 und der entfernten Steuerzentrale 202 ausgestaltet. Im allgemeinen werden Informationen, die an der Bohrstelle 212 gesammelt werden, an die entfernte Steuerzentrale 202 übertragen und Instruktionen in Reaktion darauf zurückgesendet. Vorzugsweise werden die Instruktionen in Echtzeit gesendet, um eine ununterbrochene Steuerung der Bohrstellen zu ermöglichen. Die Instruktionen können beispielsweise dazu verwendet werden, Einrichtungen an der Erdoberfläche und/oder Einrichtungen im Bohrloch zu verändern, um den Bohrbetrieb einzustellen, um entlang eines gewünschten Weges entsprechend den gewünschten Parametern zu bohren. Die entfernte Steuerzentrale 202 kann ferner dazu verwendet werden, andere Arbeiten an den Bohrstellen zu steuern.
Zwischen den Bohrlöchern kann eine zusätzliche Kommunikationsverbindung, wie etwa die Kommunikationsverbindung 228, vorgesehen sein. Auf diese Weise können Informationen zwischen den Bohrlöchern ausgetauscht werden. Zudem können Signale von einer Bohrstelle über zwischengelagerte Bohrstellen zur entfernten Steuerzentrale 202 gesendet werden. Dies ist beispielsweise in Fällen von Vorteil, in denen eine Bohrstelle infolge ihrer Lage nicht direkt mit der Steuerzentrale 202 kommunizieren kann, oder wenn eine Kommunikationsverbindung 214 nicht hergestellt werden kann. Hierdurch wird es ermöglicht, daß die entfernte Steuerzentrale 202 eine erste Bohrstelle durch eine Kommunikationsverbindung von einer zweiten Bohrstelle aus steuert. Eine einzelne Bohrstelle kann als eine entfernte Steuerzentrale für eine andere Bohrstelle oder mehrere andere Bohrstellen dienen und mehrere Bohrstellen mit Instruktionen versorgen und steuern. Andere Variationen von Kommunikationsverbindungen und Wechselwirkungen zwischen Bohrstellen sind ebenfalls vorgesehen.
3 illustriert schematisch die Kommunikation für die von der Bohrstelle 212 entfernte Vorrichtung 200. Die Bohrstelle 212 umfaßt Sensoren 300 zum Sammeln von Informationen über die Bohrstelle 212. Die Sensoren 300 können Meßeinrichtungen, Beobachtungseinrichtungen, Kameras, etc. sein, die an Einrichtungen an der Erdoberfläche und/oder im Bohrloch angeordnet sein können. Die Daten werden von einem Prozessor 302 gesammelt und verarbeitet. Sendeempfänger, Codierer und andere Einrichtungen können verwendet werden, um die Signale je nach Bedarf zu übersetzen, zu komprimieren oder anderweitig zu manipulieren. Automatische und/oder manuelle Einrichtungen können an der Bohrstelle 212 verwendet werden, um wahlweise auf die von den Sensoren 300 erhaltenen Daten zu reagieren. Die Daten werden über Sendeempfänger 304 durch eine Kommunikationsverbindung 214 an die Steuereinheit 202, die von der Bohrstelle entfernt ist, übertragen.
Die Steuerzentrale empfängt Informationen von den Bohrstellen über Sendeempfänger 306. Die Informationen werden von einem Prozessor 308 gespeichert und verarbeitet. Bei Bedarf kann ferner ein Monitor/eine Anzeige 310 vorgesehen sein, um Informationen in bezug auf die empfangenen Informationen anzuzeigen. Nach einer Auswertung können die Informationen verwendet werden, um Entscheidungen über die Bohrarbeiten an der Bohrstelle zu treffen. Auf den Entscheidungen basierende Instruktionen werden formuliert und über den Sendeempfänger 306 durch die Kommunikationsverbindung 214 zurück zur Bohrstelle 212 gesendet. Die Bohrstelle 212 ist mit Aktuatoren 312 zum Aktivieren der Instruktionen an der Bohrstelle 212 versehen.
Die Steuerzentrale 202 kommuniziert mit den Bohrstellen 212 über die Kommunikationsverbindung 214. Die Kommunikationsverbindung 214 kann an einen oder an mehrere Orte der Bohrstelle 212 gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Kommunikationsverbindung 214 mit einem Sendeempfänger gekoppelt sein, der an Einrichtungen an der Erdoberfläche und/oder im Bohrloch positioniert ist. Die Kommunikationsverbindung 214 kann auch in einer Steuereinheit an der Erdoberfläche angeordnet sein, die operativ mit Einrichtungen an der Erdoberfläche und/oder im Bohrloch über eine nebengeordnete Kommunikationsverbindung verbunden ist. Weitere Kommunikationsverbindungen können zu mehreren entfernten Orten, mehreren Bohrlöchern und/oder mehreren Orten an den Bohrstellen hinzugefügt werden.
Eine oder mehrere der Bohrstellen 212 können an die Steuerzentrale 202 Informationen für eine Auswertung übermitteln. Die Informationen können gespeichert und/oder dazu verwendet werden, um in Echtzeit Entscheidungen zu treffen. Die Informationen über und/oder zwischen den verschiedenen Bohrlöchern können miteinander verglichen und ausgewertet werden, um zur Bestimmung geologischer Bedingungen, zum Aussuchen von Formationen sowie für andere Informationen beizutragen. Die Informationen können je nach Bedarf separat oder kombiniert gespeichert werden. Zudem können Bohrdaten, Bohrlochdaten, Formationsdaten und andere Daten von einem Werkzeug, insbesondere einem Bohrwerkzeug, für eine weitere Auswertung kombiniert werden. Beispielsweise können Daten von dem Bohrwerkzeug und einem in dasselbe Bohrloch eingebrachten drahtleitungsbasierten Werkzeug für eine Auswertung verwendet werden. Ferner können Daten von Bohr- und/oder drahtleitungsbasierten Werkzeugen benachbarter Bohrlöcher ausgewertet werden. Die Möglichkeit, verschiedene Bohrlöcher und/oder Daten von verschiedenen Quellen zu kombinieren, zu vergleichen und auszuwerten, kann zu Synergieeffekten bei der Auswertung einer Vielzahl von Daten führen. Computerprogramme können dazu verwendet werden, Bohrstellen zu modellieren und Bohrpläne für eine oder mehrere Bohrstellen zu entwerfen.
In der Steuerzentrale können Bohrführer vorgesehen sein, um von den Bohrstellen empfangene Informationen zu erfassen, zu verarbeiten und zu beobachten sowie in Reaktion darauf gegebenenfalls Instruktionen zu senden. Die Bohrführer können sich in der Steuerzentrale aufhalten und mehr als ein Bohrloch beobachten und steuern. Die Erfahrung eines Bohrführers kann dann bei mehreren Bohrlöchern verwendet werden. Die Kenntnisse, Informationen und die Möglichkeit zu steuern können in der von den Bohrstellen entfernten Steuerzentrale vorgesehen sein, um Bohreinstellungen an verschiedenen Bohrstellen zu bewirken. Die personelle Besetzung jeder Bohrstelle kann dementsprechend verringert oder an die Steuerzentrale ausgelagert werden.
Die Steuerzentrale kann automatisiert sein, um Instruktionen in Reaktion auf die Daten entsprechend vorbestimmten Kriterien zu senden. Ferner können Kombinationen von manuellen und automatisierten Einrichtungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Einrichtung automatisiert sein und bei Bedarf eine manuelle Intervention durch einen Bohrführer ermöglichen. Die Einrichtung kann ferner so ausgestaltet sein, daß sie automatisch auf einen Alarm reagiert. Ein Beispiel einer automatisierten Einrichtung, die basierend auf Alarmkriterien aktivierbar ist, ist in US-Patentanmeldung Nr. 10/334 437 beschrieben.
Die in den 2 und 3 dargestellte Vorrichtung 200 wird verwendet, um Informationen über eine Bohrstelle zu empfangen und in Reaktion darauf Instruktionen zum Bohren bereitzustellen. Es ist klar, daß die Vorrichtung 200 auch verwendet werden kann, um eine Vielzahl von Bohrlochwerkzeugen zu betreiben und zu steuern, beispielsweise drahtleitungsbasierte Werkzeuge, Coiled-Tubing-Werkzeuge, LWD-Werkzeuge, Einrichtungen an der Erdoberfläche sowie andere Einrichtungen und/oder Arbeiten an der Bohrstelle.
4 illustriert ein Verfahren 400 zum Bohren wenigstens eines Bohrlochs von einem von einer Bohrstelle entfernten Ort. Zur Illustration wird beispielhaft auf die Vorrichtung 200 aus 2 Bezug genommen. Das Bohrwerkzeug 224a wird in die Erde eingebracht, Schritt 410. Das Bohrwerkzeug kann je nach Bedarf während des Bohrvorgangs gestoppt, gestartet, zurückgezogen und/oder vorgetrieben werden. An der Bohrstelle 212 angeordnete Sensoren sammeln Informationen über die Bohrstelle 212, wie beispielsweise Bohrstellenparameter von der Einrichtung an der Erdoberfläche, der Einrichtung im Bohrloch, dem Bohrloch und/oder der das Bohrloch umgebenden Formation, Schritt 412. Die Daten können vom Bohrwerkzeug gesammelt werden, während es in die Erde eingebracht wird, um das Bohrloch zu erzeugen. Die Daten können vom Bohrwerkzeug gesammelt werden, während es ruht. Die Daten können auch von einem drahtleitungsgebundenen Werkzeug 224c oder einem anderen im Bohrloch angeordneten Werkzeug, von Einrichtungen an der Erdoberfläche oder aus bestehenden Daten oder per Hand eingegebenen Daten gesammelt werden.
Die Bohrstellenparameter werden an die Steuerzentrale übertragen, Schritt 414. Die Bohrstellenparameter können je nach Bedarf, sobald sie erfaßt sind, in Echtzeit oder in bestimmten Intervallen gesendet werden. Die Informationen können von einem oder mehreren der Sensoren an einer oder mehrere der Bohrstellen gesendet und für eine Auswertung an der von den Bohrstellen entfernten Steuerzentrale 202 gesammelt werden. Nach Empfang können die Daten auf verschiedene Arten manipuliert werden. Die Daten werden ausgewertet und Entscheidungen werden basierend auf den empfangenen Bohrstellenparametern getroffen. Die Entscheidungen können auf allen oder einem Teil der Daten in Echtzeit oder zu bestimmten Intervallen getroffen werden. Die Entscheidungen können auf vorbestimmten Kriterien, auf der Erfahrung des Bohrführers, auf gewünschten Resultaten, programmierten Modellen und so weiter basieren. Die Entscheidungen werden dann verwendet, um einen gewünschten Bohrplan zu erstellen. Zum Ausführen des Bohrplans wird das Setup der Bohrstelle automatisch durch die Steuerzentrale basierend auf der Auswertung der Bohrstellenparameter eingestellt, Schritt 418.
Üblicherweise werden Instruktionen an die Bohrstelle gesendet, um das Bohrstellen-Setup einzustellen. Sobald die Instruktionen an der Bohrstelle empfangen werden, werden sie ausgeführt. Die Änderung des Bohrstellen-Setup ändert wiederum den Bohrbetrieb. Beispielsweise können die Bohrgeschwindigkeit oder der Bohrweg basierend auf den empfangenen Daten eingestellt werden. Instruktionen können an eine oder mehrere der Bohrarbeiten an einer oder mehreren der Bohrstellen gesendet werden, um das Bohrstellen-Setup zu ändern, um die gewünschte Bohrgeschwindigkeit und/oder den gewünschten Bohrweg zu erzielen.

Claims

Verfahren (200) zum Bohren eines Bohrlochs (11) von einem entfernten Ort aus an einer Bohrstelle (212), an der eine Bohranlage mit einem daran aufgehängten Bohrwerkzeug (224) vorgesehen ist, bei dem das Bohrwerkzeug (224) in die Erde eingebracht wird, um das Bohrloch (11) auszubilden, wobei das Bohrwerkzeug (224) entsprechend einem Bohrstellen-Setup betrieben wird, Bohrstellenparameter von mehreren Sensoren (300), die an der Bohrstelle (212) angeordnet sind, gesammelt werden (412), wenigstens ein Teil der Bohrstellenparameter an eine entfernte Steuerzentrale (202) übertragen wird (414), die Bohrstellenparameter ausgewertet werden (416), und das Bohrstellen-Setup basierend auf der Auswertung der Bohrstellenparameter automatisch von der Steuerzentrale (202) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bohrstellen-Setup manuell an der Bohrstelle (212) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Bohrstellen-Setup automatisch an der Bohrstelle (212) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die automatischen Einstellungen von einer Steuereinheit (4) an der Erdoberfläche und/oder einer Steuereinheit im Bohrloch durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem wenigstens ein Teil der Sensoren (300) an einer Einrichtung (2) der Bohrstelle (212) an der Erdoberfläche, einer Einrichtung (3) der Bohrstelle (212) im Bohrloch (11), im Bohrloch (11) und/oder einer benachbarten Formation (F) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zwischen der Steuerzentrale (202) und der Bohrstelle (212) eine Kommunikationsverbindung (214) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Kommunikationsverbindung (214) zwischen der Steuerzentrale (202) und einer Steuereinheit (4) der Bohrstelle (212) an der Erdoberfläche geschaffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Kommunikationsverbindung an der Bohrstelle (212) zwischen der Steuereinheit (4) an der Erdoberfläche einerseits und einer Einrichtung (2) der Bohrstelle (212) an der Erdoberfläche und/oder einer Einrichtung (3) der Bohrstelle (212) im Bohrloch andererseits geschaffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Kommunikationsverbindung (214) zwischen einer entfernten Steuerzentrale (202) und dem Bohrlochwerkzeug (224) geschaffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Kommunikationsverbindung zwischen wenigstens einer Bohrstelle (212) geschaffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem ein Bohrlochwerkzeug (224) in das Bohrloch (11) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem wenigstens ein Teil der Sensoren (300) am Bohrlochwerkzeug (224) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Bohrwerkzeug (224) entfernt wird, bevor das Bohrlochwerkzeug eingebracht wird, und das Bohrwerkzeug (224) erneut in das Bohrloch (11) eingebracht wird, nachdem das Bohrlochwerkzeug entfernt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem ein drahtleitungsgebundenes Bohrlochwerkzeug, ein Coiled-Tubing-Bohrlochwerkzeug, ein schnelles Formationsprüfwerkzeug und/oder ein elektromagnetisches Bohrlochwerkzeug als Bohrlochwerkzeug verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Bohrlochparameter mittels Satellit, Kabel, Telekommunikationsleitung, Internet, Funk und/oder Mikrowellen übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das Übertragen und Einstellen in Echtzeit durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem das Übertragen und das Einstellen in Intervallen durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem als Bohrwerkzeug ein MWD-Werkzeug, ein LWD-Werkzeug, ein drahtleitungsbasiertes Bohrwerkzeug und/oder ein Bohrrohr-Bohrwerkzeug verwendet werden.
Vorrichtung (200) zum Bohren eines Bohrlochs (11) von einem entfernten Ort aus, umfassend: eine Bohrstelle (212), die umfaßt: eine Bohranordnung mit einem über einen Bohrstrang (12) an einer Bohranlage aufgehängten Bohrwerkzeugs (224), das einen Bohrkopf (15) an seinem bohrlochbodenseitigen Ende aufweist und dazu ausgestaltet ist, in die Erde einzudringen, um das Bohrloch (11) zu bilden, mehrere Sensoren (300), die an der Bohrstelle (212) angeordnet und zum Sammeln von Bohrstellenparametern ausgestaltet sind, und einen Sendeempfänger (304) zum Senden von Signalen an und Empfangen von Signalen von der Bohrstelle (212); eine entfernte Steuerzentrale (202), die umfaßt: einen Sendeempfänger (306) zum Senden von Signalen an und Empfangen von Signalen von dem entfernten Ort, einen Prozessor (308), der zum Erzeugen einer Auswertung der Bohrstellenparameter und zum Treffen von Entscheidungen in Reaktion darauf ausgestellt ist, und eine Steuerung, die zum automatischen Einstellen des Bohrstellen-Setups entsprechend der Auswertung der Bohrstellenparameter ausgestaltet ist; und eine Kommunikationsverbindung (214) zwischen der Bohrstelle (212) und entfernten Sendeempfängern (306) zum Austausch von Signalen dazwischen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Bohrstelle (212) einen Prozessor (302) zum Auswerten der Bohrstellenparameter und Treffen von Entscheidungen in Reaktion darauf umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, bei der die Bohrstelle (212) eine Steuereinheit (4) an der Erdoberfläche aufweist, die zum Einstellen des Bohrstellen-Setups ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Steuereinheit (4) zum automatischen Einstellen des Bohrstellen-Setups ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, bei der die Steuereinheit (4) zum manuellen Einstellen des Bohrstellen-Setups ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der die Bohrstelle (212) eine Einrichtung (2) an der Erdoberfläche und eine Einrichtung (3) im Bohrloch umfaßt, und das Bohrwerkzeug (224) zumindest einen Teil der Einrichtung (3) im Bohrloch bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der eine Kommunikationsverbindung zwischen der Einrichtung (2) an der Erdoberfläche und der Einrichtung (3) im Bohrloch vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, bei der der Sendeempfänger (304) an der Einrichtung (2) an der Erdoberfläche und/oder an der Einrichtung (3) im Bohrloch (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei der die entfernte Steuerzentrale (202) einen Monitor zum Anzeigen der Bohrstellenparameter umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei der eine Kommunikationsverbindung zwischen Sendeempfängern (304) an wenigstens einer Bohrstelle (212) zum Austausch von Signalen dazwischen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, bei der die Kommunikationsverbindung eine Satellitenverbindung, eine Kabelverbindung, eine Telekommunikationsleitungsverbindung, eine Internetverbindung, eine Funkverbindung und/oder eine Mikrowellenverbindung umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, bei der die Bohrstelle (212) ein Bohrlochwerkzeug aufweist, das im Bohrloch (11) angeordnet werden kann, wobei wenigstens ein Teil der Sensoren am Bohrlochwerkzeug angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der das Bohrlochwerkzeug ein drahtbasiertes Bohrlochwerkzeug, ein Coiled-Tubing-Bohrlochwerkzeug, ein schnelles Formationsprüfwerkzeug und/oder ein elektromagnetisches Bohrlochwerkzeug ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 31, bei der das Bohrwerkzeug (224) ein MWD-Bohrwerkzeug, ein LWD-Bohrwerkzeug, ein drahtleitungsbasiertes Bohrwerkzeug und/oder ein Bohrrohr-Bohrwerkzeug ist.
Verfahren (400) zum Bohren eines Bohrlochs (11) von einem entfernten Ort aus an einer Bohrstelle (212), bei dem ein Bohrwerkzeug entsprechend eines Bohrstellen-Setups betrieben wird, um das Bohrloch (11) zu bilden, Bohrstellenparameter von mehreren Sensoren (300) erfaßt werden, die an der Bohrstelle (212) angeordnet sind, das Bohrstellen-Setup an der Bohrstelle (212) über eine Steuereinheit (4) an der Bohrstelle (212) eingestellt wird, zumindest ein Teil der Bohrstellenparameter von der Bohrstelle (212) zu einer entfernten Steuerzentrale (202) übertragen wird, und das Bohrstellen-Setup an der entfernten Steuerzentrale (202) basierend auf einer Auswertung der Bohrstellenparameter automatisch eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das Bohrstellen-Setup manuell an der Bohrstelle (212) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, bei dem das Bohrstellen-Setup automatisch an der Bohrstelle (212) eingestellt wird.