DE102011120562A1

DE102011120562A1 - Nullsummen-Druckabfall-Schlammtelemetriemodulator

Info

Publication number: DE102011120562A1
Application number: DE102011120562A
Authority: DE
Inventors: Remi Hutin
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-06-14
Also published as: US20120146807A1; GB2486318A; US9228432B2; GB201120742D0; GB2486318B

Abstract

Ein Verfahren und eine Anordnung für die Schlammtelemetrie besitzt Komponenten eines Bohrlochfutterrohrs, eine Kombination Rotor/Statur (102), die innerhalb des Bohrlochfutterrohrs angeordnet ist, eine Übertagedetektionsanordnung (230), die dazu konfiguriert ist, Erhöhungen und Verringerungen des Drucks zu erfassen, einen Ventilaktuator (202), ein Ventil (206), das so konfiguriert ist, dass es durch den Ventilaktuator betätigt wird, wobei das Ventil dazu konfiguriert ist, ein Fluid aus dem Inneren des Bohrlochfutterrohrs zu einer Außenseite des Bohrlochfutterrohrs zu befödern und eine Verringerung des Fluiddrucks im Bohrlochfutterrohr zu bewirken, und ein Untertagewerkzeug, das dazu konfiguriert ist, mindestens einen Formationsparameter zu messen.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schlammimpulstelemetrievorgänge und insbesondere auf einen Nullsummen-Druckabfall-Schlammtelemetriemodulator.
Das Bohren nach Kohlenwasserstoffen schafft viele Herausforderungen für Arbeiter, die überwunden werden müssen, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf nachteilige Bedingungen am Einsatzort. Dazu kann das Bohren nach Kohlenwasserstoffen gemäß der Größe des angetroffenen Kohlenwasserstofffeldes, der Deckschichtcharakterisierung und anderer ähnlicher Probleme kostenintensiv und kompliziert sein.
Häufig werden Formationsbedingungen durch ein Untertagewerkzeug gemessen. Danach ist es erwünscht, die gemessenen Parameter von der Untertageumgebung zu einer Übertageumgebung zu übertragen. Es gibt verschiedene Methodologien, die verwendet werden können, um Signale von der Untertageumgebung zu einer Übertageumgebung zu übertragen. Ein solches Verfahren ist ein Drahtleitungsmesssystem. Drahtleitungsmesssysteme können verwendet werden, um Informationen zwischen zwei Orten zu übertragen. Solche Drahtleitungsmesssysteme haben jedoch den deutlichen Nachteil, dass sie das Aufhören des Bohrens und häufig die Entfernung von Untertagekomponenten erfordern, bevor die Drahtleitungsvorrichtung in das Bohrloch eingeführt werden kann. Obwohl Drahtleitungsmesssysteme bei der Charakterisierung von Daten unter Tage genau sein können, bleiben signifikante Probleme bei solchen Systemen. Da das Bohren unterbrochen werden muss, um zu ermöglichen, dass das Drahtleitungswerkzeug eingeführt wird, verlieren die Bohrer wertvolle Bohrzeit, wenn sie mit Drahtleitungswerkzeugen Messungen durchführen. Bohrer sind an Verfahren und Systemen interessiert, die den Bedarf an einem Bohrstopp verhindern, wodurch die Rentabilität von Vorgängen am Einsatzort erhöht wird.
Ein solches Verfahren zum Erhöhen der Rentabilität von Vorgängen am Einsatzort ist eine Technologie zum Messen während des Bohrens (”MWD”), die Schlammimpulstelemetrie genannt wird. Bohrfluid, das üblicherweise als ”Schlamm” bekannt ist, wird verwendet, um Untertagebohrstrangkomponenten zu schmieren und zu kühlen. Die Schlammimpulstelemetrie verwendet codierte Bohrfluiddruckimpulse, die unter Tage so erzeugt werden, dass sie dem ”Schlammströmungs”-Weg zur Übertageanordnung folgen. Drucksignale, die von unter Tage gesendet werden, laufen das Loch hinauf und werden von einer Übertageanordnung detektiert und decodiert. Unter Verwendung dieser Technologie sind Bohrer in der Lage, Formationsmerkmale zu messen, und sind anschließend in der Lage, diese Informationen zur Übertageumgebung während des Bohrprozesses zu übertragen, was die Rentabilität erheblich erhöht. Insbesondere kann die Schlammimpulstelemetrie verwendet werden, um Daten in Bezug auf die gemessene Formationstemperatur, den gemessenen Formationsdruck und andere Werte, die für die Bohrer von Wert sind, zu übertragen.
Das Übertragen der von Untertagewerkzeugmessungen erhaltenen Daten unter Verwendung der Schlammimpulstelemetrie kann jedoch ein komplizierter Vorgang sein. Herkömmliche Vorrichtungen haben eine Fähigkeit zur Übertragung von Informationen mit ungefähr zwölf (12) Bits pro Sekunde. Herkömmliche Vorrichtungen weisen Probleme auf, die mit der Signalstärke, der Erosion und dem Druckabfall über dem Werkzeug, das zum Senden der Signale von der Untertageumgebung verwendet wird, verbunden sind.
Herkömmliche Vorrichtungen (unter Verwendung der Schlammimpulstelemetrie-Technologie) weisen auch einen sehr deutlichen Nachteil unter Verwendung der Schlammimpulstelemetrie-Technologie auf. Die herkömmliche Schlammimpulstelemetrie-Technologie verwendet eine Reihe von Druckspitzen, die unter Tage erzeugt werden, um Informationen von der Untertageumgebung zur Übertageumgebung zu senden. Diese Druckspitzen können jedoch zu einem vorzeitigen Schlammpumpenausfall führen, da die Schlammpumpen von einer Periode mit relativ geringer Fluidreibung in einen Zustand mit sehr hoher Fluidreibung beansprucht werden. Informationen können von Punkt zu Punkt übertragen werden, aber die zum Durchführen dieser Aufgabe verwendeten Systeme durchlaufen wiederholte Zyklen mit Überdruckbeaufschlagung. Diese Überdruckbeaufschlagung führt zu einer Beanspruchung und einem letztlichen Ausfall der Schlammpumpen, wobei möglicherweise eine weitere Anlage beschädigt wird, wie z. B. teure Bohrkronen und Untertagewerkzeuge. Herkömmliche Systeme können auch die Formation überlasten, wenn sie von einem Niederdruckzustand auf einen Hochdruckzustand übergehen.
Es besteht ein Bedarf an Systemen und Verfahren, die eine Schlammimpulstelemetrie von einer Untertageumgebung zu einer Übertageumgebung ermöglichen, die den bisher verwendeten Technologien überlegen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, diesen Bedarf zu erfüllen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 8 und eine Anordnung nach Anspruch 16 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus den folgenden Abbildungen deutlich.
1 ist eine schematische Ansicht eines Abschnitts eines Nullsummen-Druckabfall-Telemetriemodulators.
2 ist eine schematische Ansicht eines zweiten Abschnitts des Nullsummen-Druckabfall-Telemetriemodulators.
3 ist ein Ablaufplan für ein Verfahren zum Senden von Signalen von einer Untertageumgebung zu einer Übertageumgebung unter Verwendung eines Nullsummen-Druckabfall-Schlammimpulstelemetriemodulators.
4 ist eine schematische Ansicht eines Bohrturms unter Verwendung eines Schlammimpulstelemetriesystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein Sinuswellendruckimpuls, der positive und negative Druckmerkmale zeigt.
6 ist ein durchschnittlicher Durchfluss durch ein Werkzeug mit dem Nullsummen-Druckabfall-Telemetriemodulator.
Selbstverständlich schafft die folgende Offenbarung viele verschiedene Beispiele zum Implementieren von verschiedenen Merkmalen von verschiedenen Ausführungsformen. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen werden nachstehend beschrieben, um diese Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind lediglich Beispiele und sollen nicht begrenzend sein. Außerdem kann diese Offenbarung Bezugsziffern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und gibt selbst keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor. Überdies kann die Formation eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt stehen können.
In einem Aspekt ist ein Abschnitt eines Schlammimpulstelemetriesystems 100 dargestellt. Eine Kombination Rotor/Stator 102 ist dargestellt. Die Kombination Rotor/Stator 102 wird verwendet, um beispielsweise einen Druckimpuls oder eine Reihe von Druckimpulsen unter Tage in einem Bohrloch zu erzeugen, die Daten, die von der Untertageumgebung zu einer Übertageumgebung übertragen werden sollen, darstellen. Die Kombination Rotor/Stator 102 sieht einen beweglichen/drehbaren Rotor vor, der sich in Bezug auf einen stationären Stator dreht. In einer alternativen Ausführungsform kann der Stator ein rotierender Stator sein, der mit einer bekannten Frequenz rotiert. In alternativen Konfigurationen können der Rotor und der Stator separate Abschnitte und keine kombinierte Einheit sein. Entfernte Abschnitte 103 des Rotors und Stators können die Strömung von Schlamm (Fluid) durch das Bohrloch ermöglichen oder behindern, so dass Druckimpulse innerhalb der Schlammströmung erzeugt werden. Die entfernten Abschnitte 103 befinden sich sowohl im Rotor als auch im Stator, um nach Belieben der Bedienperson eine ungehinderte Strömung von Bohrfluid durch die Kombination Rotor/Stator 102 zu ermöglichen. Die sorgfältig gesteuerte Bewegung/Drehung der Kombination Rotor/Stator 102 ermöglicht, dass ein Signal oder eine Reihe von Signalen unter Tage erzeugt und später über Tage empfangen wird. In einer Ausführungsform wird die Frequenz der Drehung des Rotors durch eine Steueranordnung 104 gesteuert, die ein Rotor/Stator-Steuermodul 108 enthält. In einer Beispielausführungsform kann die Kombination Rotor/Stator 102 eine elektrische Gleichstromzufuhr und einen integrierten Motor 109 aufweisen. In einer weiteren Beispielausführungsform kann die Kombination Rotor/Stator 102 mit Elektrizität über eine Turbine versorgt werden, die durch Bohrfluid betätigt wird, das durch die Turbine läuft. In dem Fall eines integrierten Motors 109 kann der Motor 109 mit verschiedenen Gleichstromwerten laufen, wie z. B. eine Einheit mit 28 Volt oder 36 Volt. In einer Beispielausführungsform mit einem Wechselstromgenerator oder einer Turbine kann der Wechselstromgenerator oder die Turbine auch mit anderen Untertagekomponenten verbunden sein, wie erforderlich, wie z. B. Untertagewerkzeugen, um Leistung zu diesen Komponenten zuzuführen. Gleichstrom kann auch durch Batterien zugeführt werden. In einem anderen Aspekt kann ein Inline-Ventil als alternative Lösung für die Kombination Rotor/Stator 102 verwendet werden, um den Schlammimpuls/die Schlammimpulse zu erzeugen.
Das Rotor/Stator-Steuermodul 108 ist in einer nicht begrenzenden Ausführungsform eine Kombination eines Chips auf einer PC-Platine, die für die Überwachung und Steuerung der Drehung der Kombination Rotor/Stator 102 sorgt, so dass Signale von der Untertageumgebung zur Übertageumgebung gesendet werden können. Das Rotor/Stator-Steuermodul 108 ist dazu konfiguriert, beispielsweise Signale von einem Untertagewerkzeug zu empfangen und diese Signale in ein moduliertes Signal umzusetzen, das durch die Kombination Rotor/Stator 102 zur Umgebung über Tage gesendet werden soll. Die Drehfrequenz der Kombination Rotor/Stator 102 wird elektronisch durch elektrische Betätigung des befestigten Motors 109 gesteuert. Die Frequenz der Drehung kann durch direkte Verbindung mit dem integrierten Motor 109 und der Steueranordnung 104 bestimmt werden oder dies kann durch eine separate Verbindung mit der Steueranordnung 104, die dazu konfiguriert ist, die Frequenz zu überwachen, bewerkstelligt werden.
Der Motor 109, der die Kombination Rotor/Stator 102 betätigt, kann eine Direktantriebseinheit sein, wobei sich folglich der Rotor mit einer gewünschten Rate dreht, oder kann eine magnetisch angetriebene Einheit sein. In beiden alternativen Ausführungsformen kann der Motor 109 mit einer Überdrehzahlschutzvorrichtung konfiguriert sein, um einen katastrophalen Ausfall des Motors 109 durch hohe Drehzahlen, die durch eine schnelle Schlammströmung induziert werden, zu verhindern. Der Motor 109 kann eine selbstbetriebene Einheit sein oder ihm kann elektrische Leistung von einer Verbindung innerhalb eines Werkzeugs zugeführt werden. Der Motor 109 kann dazu konfiguriert sein zu verhindern, dass Fluid in das Steuermodul 108 eintritt, wodurch ermöglicht wird, dass der Motor 109 in Fluide eintauchbar ist und Drücken standhält, die in einer Bohrlochumgebung erwartet werden.
Die Kombination Rotor/Stator 102 kann, obwohl sie mit nur einer Öffnung dargestellt ist, mehr als eine Öffnung für Fluid wie z. B. Bohrschlamm zur Strömung durch die Kombination Rotor/Stator 102 beinhalten, wenn sich die Konfiguration in einer ”offenen” Position befindet. In einer alternativen Konfiguration, einer ”geschlossenen” Konfiguration, verhindert die Kombination Rotor/Stator 102 eine Fluidströmung durch die Kombination, so dass ein Druckimpuls im Bohrfluid erzeugt werden kann. Die Kombination Rotor/Stator 102 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus Edelstahl, um eine Korrosion zu verhindern und eine lange Betriebslebensdauer innerhalb der Bohrlochumgebung sicherzustellen. Die Kombination Rotor/Stator 102 ist derart vorgesehen, dass Strömungsbereiche von unter fünfzig (50) Gallonen pro Minute bis über eintausend (1.000) Gallonen pro Minute für Größen, die beispielsweise größer sind als neun (9) Zoll, aufrechterhalten werden. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform ist der maximale Druck innerhalb des Bohrlochs zwanzigtausend (20.000) Pfund pro Quadratzoll. Berechnungen von Drücken können die Bohrschlammdichte, Rohrgröße, Pumpenkapazität und Laufgeschwindigkeit der Pumpe und nicht begrenzende Faktoren für solche Berechnungen umfassen.
Die Kombination Rotor/Stator 102 ist mit einem Fehlerschutzsystem konfiguriert, um eine Beschädigung an der Kombination Rotor/Stator 102 zu verhindern. Das Fehlerschutzsystem ist derart konfiguriert, dass eine Bedienperson einen Fehlerzustand identifizieren und eine Korrekturhandlung unternehmen kann. Solche Fehlerzustände können beispielsweise einen blockierten Zustand für die Kombination Rotor/Stator 102 umfassen. Eine Benachrichtigung über den blockierten Zustand an eine Bedienperson an der Oberfläche kann stattfinden. Ein solcher blockierter Zustand kann sich aus Materialien ergeben, die eine Bewegung des Rotors trotz einer versuchten Betätigung verhindern. Handlungen können unternommen werden, wie z. B. Beendung der Signalübertragung, wenn ein blockierter Zustand identifiziert wird. Die Kombination Rotor/Stator 102 kann auch zum Arbeiten mit variablen Betriebsbedingungen sowie Betriebsfunktionen, die die Verhinderung von schädlichen Bedingungen ermöglichen würden, ausgestattet sein. Eine solche Betriebsfunktion ist ein Selbstreinigungsmodus, der ermöglicht, dass die Kombination Rotor/Stator 102 frei von Materialien ist, indem sie entweder in einen langsamen oder schnellen Rotationsmodus eintritt, sie von angesammelten Trümmern frei macht und/oder diese beseitigt.
Die Kombination Rotor/Stator 102 kann mit internen Sieben ausgestattet sein. In einer alternativen Konfiguration können die internen Siebe beseitigt sein. In Ausführungsformen, in denen keine Siebe verwendet werden, werden diese Konfigurationen verwendet, um die Verstopfung der Kombination Rotor/Stator 102 zu minimieren. In Ausführungsformen, in denen Siebe verwendet werden, können die Siebe helfen, eine laminarere Fluidströmung durch die Kombination Rotor/Stator 102 zu erzeugen, um die Druckimpulsausbreitung zu unterstützen. Die Siebe können verwendet werden, um die durch die Kombination Rotor/Stator 102 erzeugten Druckimpulse zu lenken. In den bereitgestellten Ausführungsformen kann die Kombination Rotor/Stator 102 durch ein gesteuertes Ventil oder durch einen oszillierenden Rotor/Stator für alle Beispiele ersetzt werden.
Wie verständlich ist, hängt die Laufzeit für die Druckimpulse von der Tiefe des Lochs sowie vom Aufbau des Bohrfluids ab. Das geschaffene System kann daher dazu konfiguriert sein, die Tiefe des Lochs während des Bohrens zu verfolgen, so dass eine korrekte Zeitsteuerung des Empfangs von Impulsen aufrechterhalten werden kann. Die Verfolgung kann durch einen Bohrlochvermessungscomputer durchgeführt werden, der durch eine Bedienperson in der Übertageumgebung überwacht wird. Da die Laufzeit der Druckimpulse auch von der Temperatur abhängt, kann die Temperatur der Übertageumgebung sowie der Untertageumgebung überwacht werden, was eine genauere Berechnung schafft.
Druckimpulse werden über Tage durch eine Detektionseinheit 230, siehe 2 detektiert, die dazu konfiguriert ist, die von der Untertageumgebung erzeugten Signale zu empfangen und zu interpretieren. Wie in 2 dargestellt, ist die Kombination Rotor/Stator 102 über einem Bohrloch angeordnet, in der dargestellten Ausführungsform von der Innenwand zur Innenwand des Bohrlochs. Die Detektionseinheit 230 ist in einer nicht begrenzenden Ausführungsform ein Druckwandler, der Schlammdruckimpulse, die durch die Kombination Rotor/Stator 102 übertragen werden, empfängt. Die Druckimpulse können ein einzelner Druckimpuls sein oder können mehrere Druckimpulse (d. h. eine Reihe von Druckimpulsen) sein. In einer Ausführungsform, die einen Druckwandler verwendet, um Schlammdruckimpulse zu empfangen, kann der Wandler so konfiguriert sein, dass er empfangene Druckimpulse in einer Wellenform an eine Lesevorrichtung wie z. B. einen Computer oder Signalprozessor ausgibt, um die empfangenen Signale zu interpretieren oder zu decodieren.
Mit Bezug auf 3 wird ein Verfahren 300 zum Senden von Signalen von einer Untertageumgebung zu einer Übertageumgebung unter Verwendung eines Nulldruckabfall-Schlammimpulstelemetriemodulators dargestellt. Wie in 3 vorgesehen, wird beispielsweise durch ein Untertagewerkzeug 302 ein Formationsparameter gelesen. Die Daten hinsichtlich des Formationsparameters können dann codiert werden 304. Eine erste Reihe von Impulsen wird dann durch das Schlammimpulstelemetriesystem vorbereitet 306. Die Impulse werden von der Untertageumgebung zu einer Übertageumgebung übertragen 308. Eine zweite Reihe von Impulsen wird dann ”codiert” vorbereitet, wobei die zweite Reihe von Impulsen ein ”negativer” Druckimpuls/”negative” Druckimpulse im Fluid sind 310. Die zweite Reihe von Impulsen wird dann von der Untertageumgebung zur Übertageumgebung zu einer Detektionsanordnung übertragen 312. Die Impulse können nach Bedarf nach geeigneter Decodierung aufgezeichnet 314 und dann angezeigt werden 316. Während der Aufzeichnung können die Impulse nach Bedarf decodiert/demoduliert werden. Alternativ können die Impulse in Schritt 314 direkt decodiert werden. In einer alternativen Konfiguration kann der zweite Impuls oder die zweite Reihe von Impulsen ”positiv” sein und der erste Impuls oder die erste Reihe von Impulsen kann ”negativ” sein.
Mit Bezug auf 5 ist eine Sinuswelle des durch die dargestellten und beschriebenen Anordnungen erzeugten Drucks dargestellt. Wie in 5 dargestellt, weist die Sinuswelle des Drucks zwei unterschiedliche Komponenten auf. Die in 1 vorgesehene Konfiguration schafft die positive Druckkomponente 504 der Druckwelle. Die Spitze des Druckimpulses kann unter einem gewünschten Spitzenpegel gehalten werden, so dass Schlammpumpen keine schädlichen Folgen durch die Steuerung der Öffnungen in der Kombination Rotor/Stator 102 haben. In einer Beispielausführungsform kann der Druck durch Erhöhen der Menge an offener Fläche, die während der Drehung des Rotors freigelegt wird, unter einem gewünschten Pegel gehalten werden. Die Verringerung der Menge an offener Fläche zwischen dem Rotor und dem Stator erhöht die Menge an Druck für das System. Die ”negative” Druckkomponente 502 der Sinuswelle wird nachstehend erörtert.
Mit Bezug auf 2 wird ein negativer Druckabschnitt 200 des Schlammtelemetriesystems dargestellt, wobei die negative Druckimpulskomponente 502 von 5 erzeugt wird. Wie verständlich ist, ist die negative Komponente ein Druckwert, der von einem Referenzwert verringert wird. Die negative Komponente ist folglich nicht notwendigerweise ein Sog oder negativer Wert im Vergleich zu einem Nullwert, sondern ist vielmehr ein Verringerungswert im Vergleich zum positiven Druckwert. Eine Bohrfluid/Schlamm-Pumpe 130 ist mit einem Bohrfluid/Schlamm-Tank 140 verbunden. Innerhalb des Schlammtanks 140 ist der Bohrschlamm 135 mit einer Temperatur und Konsistenz enthalten, die für Aktivitäten unter Tage erforderlich sind. Eine Pumpeneinlassleitung 218 saugt Bohrschlamm 135 aus dem Schlammtank 140 durch die Wirkung der Schlammpumpe 130, Der Bohrschlamm 135 wird dann aus der Schlammpumpe 130 in einen Ring 210 eines Bohrlochs 208 ausgetrieben. In der dargestellten Ausführungsform kann der Ring ein Bohrloch 208 mit beliebiger Größe sein.
In der dargestellten Ausführungsform kann die Schlammpumpe 130 eine Verdrängerpumpe, eine Zentrifugalpumpe, eine Kolbenantriebspumpe oder irgendein Fluidbetätigungssystem für eine Strömung sein. Der in das Bohrloch ausgetriebene Bohrschlamm 135 bewegt sich bis zu einem Ventil 206 hinab, das durch einen Ventilaktuator 202 betätigt wird. Signale für die Ventilbetätigung werden durch eine Steuerleitung 215, die mit dem Ventilaktuator 202 verbunden ist, übertragen. Bei einer Signalbetätigung, die durch die Steuerleitung 215 zum Ventil 206 übertragen wird, öffnet der Ventilaktuator 202 das Ventil 206, wobei es einen freien Durchgang zu einem Bereich des Rings 210 präsentiert. Bohrschlamm 135, der sich das Bohrloch 208 hinab bewegt, kann in das Rohr 204 eintreten und dieses in den Bereich des Rings 210 verlassen. Weitere Signale, die durch die Steuerleitung 215 geliefert werden, können verwendet werden, um den Ventilaktuator 202 weiter zu betätigen, wobei somit das Ventil 206 geschlossen wird. in solchen Fällen kann Bohrschlamm 135 nicht in das verbundene Rohr 204 eintreten, folglich wird der Austritt von Schlamm eingeschränkt.
Die Detektionseinheit 230 ist ferner dazu konfiguriert, die physikalischen Effekte der Betätigung des Ventils 206 zu detektieren, wobei sie folglich im Wesentlichen einen negativen Druck in Bezug auf den vorher beschriebenen positiven Druckimpuls misst. Mit Bezug auf 5 ermöglicht die Detektionseinheit 230 die Messung des dargestellten negativen Druckbereichs 502. Die Detektionseinheit 230 misst durch die zwei gesteuerten Systeme sowohl die positiven als auch negativen Druckimpulse, die in 5 dargestellt sind.
Die Amplitude des negativen Druckimpulses wird durch die Größe der Öffnung des Rohrs 204 und die Betätigungsgeschwindigkeit gesteuert. Öffnungen des Rohrs 204 mit größerer Fläche ermöglichen, dass mehr Bohrfluid 135 in den Ring 210 austritt, wobei folglich der Druckimpuls verringert wird. Öffnungen des Rohrs 204 mit kleinerer Fläche ermöglichen, dass weniger Bohrfluid in den Ring 210 austritt, wobei somit die Druckabnahme begrenzt wird.
Da die Systeme rauen Bedingungen ausgesetzt sind, weisen alle Lager für die Kombination Rotor/Stator 102 Konfigurationen auf, die den Eintritt von Fremdmaterial in die Lager begrenzen, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen. Folglich können alle Lager abgedichtete Einheiten sein, die selbstgeschmiert sind.
Drucksensoren, die in der Detektionseinheit 230 vorgesehen sind, können als nicht begrenzende Beispiele Sensoren vom Piezowiderstandsdehnungstyp, vom kapazitiven und vom optischen Typ sein. In der dargestellten Ausführungsform werden mehrere Drucksensoren verwendet, um eine Redundanz der Druckerfassungsfähigkeit zu schaffen.
Ventilaktuatoren 202 können hydraulische oder elektrische Aktuatoren sein. Die Ventilaktuatoren 202 können Schwenkaktuatoren für ein schnelles Ansprechen innerhalb des Systems sein. Die Ventilaktuatoren 202 weisen in der dargestellten Ausführungsform einen Motor (nicht dargestellt) auf, der ein Gleichstrom- oder Wechselstrommotor sein kann. Der Motor kann mit einem Grenzschalter konfiguriert sein oder kann einen Drehmomentsensor aufweisen, um eine Biegung/einen Bruch der Komponenten des Ventils 206 bei der Betätigung zu verhindern. Der Motor kann auch mit Positionsindikatoren versehen sein, so dass eine visuelle Identifikation verwendet werden kann, um die Ventilposition durch Personal am Einsatzort bei der Entfernung des Ventilaktuators aus einem Bohrloch zu bestimmen, was ermöglicht, dass die Bedienpersonen Probleme bei der Anlage schnell identifizieren. Eine zusätzliche Fähigkeit zum Vorsehen von Daten der Ventilposition kann auch für die Bedienperson für eine entfernte Lesefähigkeit bereitgestellt werden.
Das Ventil 206, das in den gezeigten Ausführungsformen verwendet wird, kann als nicht begrenzendes Beispiel ein durch einen Motor gesteuertes Ventil sein. Das vorgesehene Ventil 206 kann Dichtungen aufweisen, wie z. B. Teflon-Dichtungen, die eine Materialeindringung verhindern. Der Körper des Ventils 206 kann aus Edelstahl, wie dargestellt, bestehen, oder kann als nicht begrenzende Beispiele Gusseisen, ein Legierungsstahl, Messing oder Bronze sein. Sitze des Ventils können ausgebildet sein, um eine leckdichte Abdichtung zu schaffen. Die Sitze können harte Sitze oder weiche Sitze sein, wie für die Anwendung erforderlich. Gehärtete Sitze können beispielsweise verwendet werden, wenn der Verschleiß ein Problem ist und wenn eine kleine Menge an Fluidleck gestattet ist. Weiche Sitze können beispielsweise verwendet werden, wenn eine leckdichte Abdichtung erwünscht ist. Typen von Ventilen können als nicht begrenzende Ausführungsformen Schmetterlings-, Nadel-, Kugel-, Stopfen- und Membranventile sein.
Ventilschäfte können haltbare Komponenten sein, die mit ihren zugehörigen Ventilaktuatoren zusammenwirken, um die Betätigung der Einbauten des Ventils 206 innerhalb der jeweiligen Ventilkappen zu ermöglichen. Für Kugelventile, die in diesen Anwendungen verwendet werden, können die Kugelventileinbauten wegen der Haltbarkeit aus Titan oder Edelstahl bestehen.
In Anwendungen, in denen ein Nadelventil verwendet wird, kann das Nadelventil wegen der Haltbarkeit aus Titan oder Edelstahl bestehen. Das Nadelventil kann außerdem für eine leichte Entfernung oder Installation in der Bohrlochuntertagekonfiguration mit Gewinde versehen sein.
In allen Anwendungen, in denen Ventile verwendet werden, können präventive Maßnahmen unternommen werden, so dass ein Ventilflattern verringert oder beseitigt wird. Eine geeignete Verbindung wird zwischen dem Ventil 206 und dem Ventilaktuator 202 aufrechterhalten, so dass ein übermäßiges Spiel beseitigt ist und eine genaue Öffnung des Ventils 206 aufrechterhalten wird.
Die geschaffenen Systeme (sowohl positiver Impuls als auch negativer Impuls) berücksichtigen eine Druckimpulsreflexion und -rückkopplung, um eine Datenverfälschung zu minimieren und die Datengenauigkeit zu erhöhen. Wie verständlich sein kann, können Druckimpulse an verschiedenen Oberflächen reflektiert werden, wodurch eine Schwierigkeit beim Erhalten von genauen empfangenen Daten verursacht wird. Druckimpulse können an unebenen Seiten des Bohrlochfutterrohrs oder an Komponenten, die innerhalb des Bohrstrangs angeordnet sind, reflektiert werden. Dazu kann die Druckimpulsreflexion eine signifikante Störung während der Detektion von impulsen verursachen. Detektoren können versehentlich mehrere Signale detektieren, obwohl nur ein Signal gesendet wurde. Die anderen detektierten Signale kommen zu einem späteren Zeitpunkt an, da der Druckimpuls entlang des Fluidweges abgelenkt wird. Die Detektionseinheit 230 ist dazu konfiguriert, die Anwesenheit von verschlechterten oder reflektierten Druckimpulsen zu identifizieren und diese Impulse aus der Berücksichtigung während der Decodierung der Signale zu beseitigen. Die Detektionseinheit 230 ist auch derart konfiguriert, dass geringfügige Druckschwankungen im Bohrfluid ignoriert werden. Solche Druckschwankungen können beispielsweise durch Schlammpumpen verursacht werden. Ein mechanisches und/oder Druckrauschen kann an der Schlammpumpe erzeugt werden und sich auf die Detektionsausrüstung im Bohrloch auswirken. Das mechanische Rauschen kann durch ein separates System überwacht werden, das mit der Detektionseinheit 230 verbunden ist. Das mechanische Rauschen kann aus dem durch die Detektionseinheit 230 erfassten Druck ausgefiltert werden. Um eine solche Analyse durchzuführen, kann die Detektionseinheit 230 mit einem Speicher und einem geeigneten Prozessor konfiguriert sein, so dass das detektierte Pumpenrauschen genauer gefiltert werden kann.
Die Detektionseinheit 230 kann derart konfiguriert sein, dass nur positive Druckimpulse erkannt werden, nur negative Druckimpulse erkannt werden oder sowohl positive als auch negative Druckimpulse erkannt werden. Die Detektionseinheit 230 mildert durch diese Konfiguration irgendwelche Probleme mit Hochfrequenzrauschen oder Niederfrequenzrauschen, da die Detektionseinheit 230 dazu konfiguriert sein kann, Druckimpulse, die zweifelhaft sind, zu ignorieren. Durch diese Konfiguration kann zyklisches Schlammpumpenrauschen entweder vom Kolben, von der Turbine oder von einer mechanischen Wirkung, die dem Fluid eine Bewegung verleiht, bei der Detektion von Druckimpulsen ignoriert oder kompensiert werden.
Eine separate Detektionseinheit 250 kann derart angeordnet sein, dass Übertage- und Untertagekommunikationen möglich sind. Die separate Detektionseinheit 250 kann derart konfiguriert sein, dass nur positive Druckimpulse erkannt werden, nur negative Druckimpulse erkannt werden oder sowohl positive als auch negative Druckimpulse erkannt werden. Die Aktivierung/Deaktivierung von Schlammpumpen kann beispielsweise zum Zuführen von Druckimpulsen zur Untertagedetektionseinheit 250 verwendet werden.
Die bereitgestellten Ausführungsformen haben sehr signifikante Vorteile, die während des Bohrens nützlich sind. Die bereitgestellten Ausführungsformen minimieren die Überdruckbeaufschlagung der Formation. Die Überdruckbeaufschlagung tritt als nicht begrenzendes Beispiel auf, wenn relativ weiche Materialien gebohrt werden oder der während des Bohrens verwendete Druck die reine Kraftfähigkeit der umgebenden Formation übersteigt. Die Überdruckbeaufschlagung kann zu einer Bohrfluideindringung in die Formation 115 (siehe 4) führen, wobei letztlich wiedergewonnene Fluide verunreinigt werden. Umweltfreundlichere Alternativen während des Bohrens werden ständig gesucht, einschließlich Minimierung von Chemikalien und Materialien, die zur Erzeugung von Bohrlöchern verwendet werden, Durch Begrenzen der Eindringung von Fluiden in die Gesamtformation, werden solche Verfahren möglich.
Für sehr hohe Raten von Druckimpulsen kann in herkömmlichen Systemen eine ”Verwischung” oder eine Kombination bestehen, so dass die Impulse zusammenlaufen und schwieriger zu unterscheiden sind. In den bereitgestellten Ausführungsformen werden die Effekte der ”Verwischung” oder der Kombination von Impulsen gelöst, da Impulse nicht nur durch Druckspitzen im Fluid erzeugt werden, sondern auch Druckabsenkungen im Fluid sind. Folglich ist die Verwischung ein geringeres Problem, da weniger Bedarf besteht, dass sehr hohe Raten von Druckimpulsen vorhanden sind, da die Datenübertragungsrate effektiv im Vergleich zu herkömmlichen Systemen unter Verwendung von Systemen mit positivem Druck verdoppelt wird. Das Beseitigen von Druckimpulsen mit so hoher Rate ermöglicht auch, dass die Komponenten in dem System haltbarer sind, was die Systemzuverlässigkeit verbessert.
Ein signifikanter Vorteil der beschriebenen Aspekte besteht darin, dass die Systeme und Verfahren während verschiedener Bohrbedingungen verwendet werden können, die für herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren unanwendbar wären. Unterdruckbohrbedingungen werden häufig bei Bohrvorgängen in Bezug auf die Kohlenwasserstoffwiedergewinnung verwendet. Unterdruckbohrbedingungen existieren, wenn der Druck innerhalb des Bohrlochs auf einem Wert gehalten wird, der niedriger ist als jener der unterirdischen Formationen an der Bohrkrone. Solche Bedingungen verhindern das Eindringen von Bohrschlamm in die Formation. Die beschriebenen Aspekte ermöglichen die Übertragung von Daten von den Untertagekonfigurationen unter solchen Unterdruckbohrbedingungen, während Unterdruckbedingungen aufrechterhalten werden. Die Verwendung während Unterdruckbedingungen kann sehr signifikante Vorteile aufweisen, einschließlich der Minimierung von Bohrfluid und weniger Verunreinigung der Formation um das Bohrloch.
Die dargestellten Aspekte ermöglichen die Verwendung der dargestellten Verfahren und Systeme, so dass das ”Drehmomentrauschen” auch aus der Betrachtung beseitigt wird, wenn der Druck mit der Detektionseinheit 230 detektiert wird. Das Drehmomentrauschen ist als Bewegung des Bohrstrangs in Sprungbewegungen aufgrund des Greifens und anschließenden Freigebens der Bohrkrone 116 (siehe 4), wenn die Bohrkrone 116 Materialien der Formation 115 greift, schneidet und freigibt, definiert. Die Detektionseinheiten 230 und 250 sind in einer nicht begrenzenden Ausführungsform dazu konfiguriert, die Anwesenheit von Drehmomentrauschen zu identifizieren und dieses während Bohrvorgängen erzeugte Rauschen zu beseitigen. Ein solches Rauschen weist in einer Ausführungsform eine ziemlich konstante Frequenz auf, die während der Verarbeitung ausgefiltert werden kann.
In den dargestellten Ausführungsformen kann die Kombination Rotor/Stator 102 derart konfiguriert sein, dass ein Übersteuerungsmerkmal vorgesehen ist, wobei während der Probennahme von Fluid die Kombination Rotor/Stator 102 unterbrochen werden kann, wenn eine solche Unterbrechung erforderlich ist, beispielsweise um eine Formationsauswertung durchzuführen.
Die Detektionseinheiten 230 und 250 können jeweils mit einem Speicher konfiguriert sein. Der Speicher kann eine flüchtige oder eine nichtflüchtige Einheit sein. Der Speicher kann dazu konfiguriert sein, zeitgestempelte oder gezählte/erfasste Ereignisse zu speichern. Eine Steuerschaltungsanordnung für die Detektionseinheiten 230, 250 kann programmierbar sein, um eine Handlung wie z. B. Betätigung eines Ventils oder einer anderen Komponente in Reaktion auf ein erfasstes Ereignis oder eine abgelaufene Zeit oder einen Bedienpersonenbefehl zu bewirken. Eine Bedienpersonenschnittstelle kann vorgesehen sein, so dass eine Zusammenwirkung zwischen Untertagekomponenten durchgeführt werden kann. Die Bedienpersonenschnittstelle kann auch ermöglichen, dass eine Bedienperson die Programmierung der Steuerschaltungsanordnung für die Detektionseinheiten 230 und 250 ändert.
In der dargestellten Ausführungsform kann ein Druckhalter in der Auslassleitung der Schlammpumpe installiert sein. Der Druckhalter ermöglicht den Einlass von Bohrfluid-”Schlamm” vom Ausgang der Schlammpumpe und hält die Austrittsbedingungen des Schlamms auf einem konstanten Druck zum Senden unter Tage. Der Druckhalter ermöglicht die Beseitigung von Druckstörungen, die durch die Schlammpumpe erzeugt werden. Der Druckhalter ermöglicht, dass kleine Schwankungen im Druck absorbiert werden, so dass ein gleichmäßiger Strom von Bohrfluid das Loch hinab befördert wird.
Ein Beispielbohrstellensystem ist in 4 schematisch dargestellt, wobei die vorstehend beschriebenen Komponenten in die in 4 beschriebenen größeren Systeme integriert sind. Die Bohrstelle umfasst ein Bohrloch. Ein Bohrstrang 105 kann sich vom Bohrturm 101 in eine Zone der Formation der Lagerstätte 115 erstrecken. Der Bohrstrang 105 verwendet das in 1 und 2 beschriebene Schlammimpulstelemetriesystem zum Übertragen von Daten von unter Tage zur Oberfläche sowie zum Übertragen von Daten von der Übertageumgebung zur Untertageumgebung.
Der Bohrstrang 105 kann auch einen beliebigen Typ von Telemetriesystem oder irgendeine Kombination von Telemetriesystemen verwenden, wie z. B. elektromagnetisch, Schlammimpuls, akustisch und/oder verdrahtetes Bohrrohr, in der bevorzugten Ausführungsform wird jedoch nur das in 1 und 2 beschriebene Schlammimpulstelemetriesystem verwendet. Eine Bohrlochsohlenanordnung ist am Ende des Bohrstrangs 105 aufgehängt. In einer Ausführungsform umfasst die Bohrlochsohlenanordnung mehrere Untertagewerkzeuge 125 zur Messung während des Bohrens oder Bohrlochvermessung während des Bohrens, wie in 4 dargestellt, wie z. B. durch die Bezugszeichen 6a und 6b gezeigt. Eines oder mehrere der Untertagewerkzeuge 6a und 6b können beispielsweise ein Werkzeug für Formationsdruck während des Bohrens sein.
Werkzeuge zur Bohrlochvermessung während des Bohrens, die am Ende des Bohrstrangs 105 verwendet werden, können ein dickwandiges Gehäuse, das üblicherweise als Schwerstange bezeichnet wird, umfassen und können eine oder mehrere einer Anzahl von Bohrlochvermessungsvorrichtungen umfassen. Die Werkzeuge zur Bohrlochvermessung während des Bohrens können in der Lage sein, Informationen zu messen, zu verarbeiten und/oder darin zu speichern sowie mit einer Ausrüstung zu kommunizieren, die an der Oberfläche der Bohrstelle angeordnet ist.
Werkzeuge zur Messung während des Bohrens können ein oder mehrere der folgenden Messwerkzeuge umfassen: einen Modulator, eine Messvorrichtung für das Gewicht an der Krone, eine Drehmomentmessvorrichtung, eine Schwingungsmessvorrichtung, eine Stoßmessvorrichtung, eine Haftgleitmessvorrichtung, eine Richtungsmessvorrichtung und eine Neigungsmessvorrichtung und/oder eine beliebige andere Vorrichtung.
Die Messung, die durch die Bohrlochsohlenanordnung oder andere Werkzeuge und Sensoren am Bohrstrang 105 durchgeführt wird, kann zur Analyse zu einem Rechensystem 185 übertragen werden. Schlammimpulse können beispielsweise verwendet werden, um Formationsmessungen, die durch eines oder mehrere der Untertagewerkzeuge 6a und 6b durchgeführt werden, zum Rechensystem 185 zu senden, die zur Detektionseinheit 230 über das Schlammimpulstelemetriesystem gesendet werden, wie in 1 und 2 dargestellt.
Das Rechensystem 185 ist dazu konfiguriert, mehrere Modelle zu beherbergen, wie z. B. ein Lagerstättenmodell, und Daten von Untertagekomponenten zu erfassen und zu verarbeiten sowie den Bohrlochsohlenanordnungsort in der Lagerstätte 115 aus den Daten der Messung während des Bohrens zu bestimmen. Beispiele von Lagerstättenmodellen und einer Querbohrlochinterferenzprüfung sind in den folgenden Bezugsquellen zu finden: "Interpreting an RFT-Measured Pulse Test with a Three-Dimensional Simulator" von Lasseter, T., Karakas, M., und Schweitzer, J., SPE 14878, März 1988. "Design, Implementation and Interpretation of a Three-Dimensional Well Test in the Cormorant Field, North Sea" von Bunn, G. F., und Yaxley, L. M., SPE 15858, Oktober 1986. "Layer Pulse Testing Using a Wireline Formation Tester" von Saeedi, J., und Standen, E., SPE 16803, September 1987. "Distributed Pressure Measurements Allow Early Quantification of Reservoir Dynamics in the Jene Field" von Bunn, G. F., Wittman, M. J., Morgan, W. D., und Curnutt, R. C., SPE 17682, März 1991. "A Field Example of Interference Testing Across a Partially Communicating Fault", von Yaxley, L. M., und Blaymires, J. M., SPE 19306, 1989. "Interpretation of a Pulse Test in a Layered Reservoir" von Kaneda, R., Saeedi, J., und Ayestaran, L. C., SPE 19306, Dezember 1991.
Der Bohrturm oder eine ähnlich aussehende/funktionierende Vorrichtung kann verwendet werden, um den Bohrstrang 105 innerhalb des Bohrlochs zu bewegen, das durch unterirdische Formationen der Lagerstätte im Allgemeinen bei 115 in 4 gebohrt wird. Der Bohrstrang 105 kann in die unterirdischen Formationen 115 mit einer Anzahl von gekoppelten Bohrrohren (von denen eines mit 120 bezeichnet ist) des Bohrstrangs 105 ausgefahren werden. Das Bohrrohr, das den Bohrstrang 105 bildet, kann zu gewähnlichen Bohrrohren strukturell ähnlich sein, wie beispielsweise im US-Patent 6,174,001 , ausgegeben an Enderle, mit dem Titel ”Two-Step, a Low Torque, Wedge Thread for Tubular Connector”, ausgegeben am 7. August 2001, dargestellt. Das Bohrrohr 120 kann ein Standardbohrrohr sein.
Die Bohrlochsohlenanordnung am unteren Ende des Bohrstrangs 105 kann ein, eine Anordnung oder eine Folge von Untertagewerkzeugen umfassen. In dem dargestellten Beispiel kann die Untertagewerkzeugfolge 105 Bohrlochvermessungswerkzeuge 125, die mit einem unteren Ende davon gekoppelt sind, umfassen. Wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, kann der Begriff Bohrlochvermessungswerkzeug oder Folge solcher Werkzeuge mindestens ein oder mehrere Werkzeuge zur Bohrlochvermessung während des Bohrens (”LWD”), Formationsauswertungswerkzeuge, Formationsprobennahmewerkzeuge und andere Werkzeuge umfassen, die in der Lage sind, eine Eigenschaft der unterirdischen Formationen der Lagerstätte 115 und/oder des Bohrlochs zu messen.
Mehrere der Komponenten, die nahe dem Bohrturm 101 angeordnet sind, können verwendet werden, um die Komponenten des in 1 und 2 vorgesehenen Systems zu betreiben. Diese Komponenten werden in Bezug auf ihre Verwendungen beim Bohren des Bohrlochs 110 für ein besseres Verständnis davon erläutert. Der Bohrstrang 105 kann verwendet werden, um eine Bohrkrone 116 zu drehen und tatsächlich in die Unterseite des Bohrlochs 110 zu drängen, um seine Länge (Tiefe) zu erhöhen. Während des Bohrens des Bohrlochs 110 hebt eine Pumpe 130 Bohrfluid (Schlamm) 135 von einem Tank 140 oder von Gruben an und führt den Schlamm 135 unter Druck durch ein Standrohr 145 und eine flexible Leitung 150 oder einen Schlauch, durch einen oberen Antrieb 155 und in einen inneren Durchgang innerhalb des Bohrstrangs 105 ab. Der Schlamm 135, der auf Wasser oder Öl basieren kann, verlässt den Bohrstrang 105 durch Gänge oder Düsen (nicht separat gezeigt) in der Bohrkrone 116, wobei er die Bohrkrone 116 kühlt und schmiert und Bohrklein, das durch die Bohrkrone 116 erzeugt wird, an die Oberfläche der Erde durch eine ringförmige Anordnung anhebt.
Wenn das Bohrloch 110 bis zu einer ausgewählten Tiefe gebohrt wurde, können die Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 am unteren Ende des Rohrs 105 angeordnet werden, wenn sie nicht vorher installiert wurden. Die Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 können durch Pumpen der Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 das Rohr 105 hinab oder anderweitiges Bewegen der Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 das Rohr 105 hinab positioniert werden, während sich das Rohr 105 innerhalb des Bohrlochs 110 befindet. Die Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 können dann mit einem Adapteransatzstück 160 am Ende des Bohrstrangs 105 gekoppelt werden und können beispielsweise in der dargestellten Ausführungsform durch einen sehr geneigten Abschnitt 165 des Bohrlochs 110 bewegt werden, der unter Verwendung eines bewehrten elektrischen Kabels zum Bewegen der Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 unzugänglich wäre. Der Schlammtelemetriemodulator kann an oder nahe der Unterseite des Bohrlochs 110 angeordnet werden.
Während Bohrlochvermessungsvorgängen kann die Pumpe 130 betrieben werden, um eine Fluidströmung zu schaffen, um eine oder mehrere Turbinen (in 4 nicht gezeigt) in den Bohrlochvermessungswerkzeugen 125 zu betreiben, um Leistung zum Betreiben von bestimmten Vorrichtungen in den Bohrlochvermessungswerkzeugen 125 zu liefern. Beim Einfahren in oder Ausfahren aus dem Bohrloch 110, kann es jedoch undurchführbar sein, eine Fluidströmung zu liefern. Folglich kann Leistung zu den Bohrlochvermessungswerkzeugen 125 in anderen Weisen geliefert werden. Beispielsweise können Batterien verwendet werden, um Leistung zu den Bohrlochvermessungswerkzeugen 125 zu liefern. In einer Ausführungsform können die Batterien wiederaufladbare Batterien sein und können durch Turbinen während der Fluidströmung wiederaufgeladen werden. Die Batterien können innerhalb des Gehäuses von einem oder mehreren der Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 angeordnet sein. Andere Weisen zum Speisen der Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 können verwendet werden, einschließlich Batterien mit einmaliger Leistungsnutzung, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein.
Wenn die Bohrlochvermessungswerkzeuge 125 entlang des Bohrlochs 110 durch Bewegen des Strangs 105 bewegt werden, können Signale durch verschiedene Vorrichtungen detektiert werden, von denen nicht begrenzende Beispiele eine Vorrichtung zur Messung des spezifischen Widerstandes, eine Schüttdichtemessvorrichtung, eine Porositätsmessvorrichtung, eine Formationsaufnahme-Querschnittsmessvorrichtung 170, eine Gammastrahlen-Messvorrichtung 175 und ein Formationsfluid-Probennahmewerkzeug 610, 710, 810 umfassen können, die eine Formationsdruckmessvorrichtung 6a und/oder 6b umfassen können. Die Signale können entlang des Bohrstrangs 105 in Richtung der Oberfläche der Erde übertragen werden.
Eine Vorrichtung und ein System zur Übertragung vom Bohrstrang 105 zum Oberflächencomputer 185 oder einer anderen Komponente, die dazu konfiguriert ist, Daten zu empfangen, zu analysieren und/oder zu senden, kann ein zweites Adapteransatzstück 190 umfassen, das zwischen ein Ende des Bohrstrangs 105 und den oberen Antrieb 155 gekoppelt sein kann und das verwendet werden kann, um einen Kommunikationskanal mit einer Detektionseinheit 230 für Signale, die von den Bohrlochvermessungswerkzeugen 125 empfangen werden, zu schaffen. Die Detektionseinheit 230 kann mit dem Oberflächencomputer 185 gekoppelt sein, um einen Datenpfad dazwischen zu schaffen. Wie verständlich ist und vorher erläutert wurde, kann die Datenübertragung ein bidirektionaler Datenpfad zwischen der Oberfläche und der Untertageumgebung sein.
Obwohl nicht gezeigt, kann der Bohrstrang 105 alternativ mit einem Drehtisch Ober eine Spülstange verbunden sein und kann an einem Laufblock oder Haken und zusätzlich einem Drehlager aufgehängt sein. Das Drehlager kann am Bohrturm 101 durch den Haken aufgehängt sein und die Spülstange kann mit dem Drehlager derart verbunden sein, dass sich die Spülstange in Bezug auf das Drehlager drehen kann.
Ein oberes Ende des Bohrstrangs 105 kann mit der Spülstange verbunden sein, wie z. B. durch erneute Schraubverbindung des Bohrstrangs 105 mit der Spülstange und der Drehtisch kann die Spülstange drehen, wodurch der damit verbundene Bohrstrang gedreht wird. Obwohl ein Drehbohrsystem in 4 gezeigt ist, können andere Bohrsysteme verwendet werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Obwohl nicht gezeigt, kann der Bohrstrang 105 eine oder mehrere Stabilisierungskränze umfassen. Ein Stabilisierungskranz kann im Bohrstrang 105 angeordnet oder damit verbunden sein, wobei der Stabilisierungskranz verwendet werden kann, um mit der Wand des Bohrlochs 110 in Eingriff zu kommen und eine Kraft darauf aufzubringen. Dies kann ermöglichen, dass der Stabilisierungskranz verhindert, dass der Bohrrohrstrang 105 von der gewünschten Richtung für das Bohrloch 110 abweicht. Während des Bohrens kann beispielsweise der Bohrstrang 105 innerhalb des Bohrlochs 110 ”taumeln”, wodurch ermöglicht wird, dass der Bohrstrang 105 von der gewünschten Richtung des Bohrlochs 110 abweicht. Diese Taumelbewegung kann auch für den Bohrstrang 105, die darin angeordneten Komponenten und die damit verbundene Bohrkrone 116 schädlich sein. Ein Stabilisierungskranz kann verwendet werden, um die Taumelbewegung des Bohrstrangs 105 zu minimieren, wenn nicht insgesamt zu beseitigen, wodurch die Effizienz des Bohrens, das an der Bohrstelle durchgeführt wird, möglicherweise erhöht wird und/oder die gesamte Lebensdauer der Komponenten an der Bohrstelle verlängert wird.
Mit Bezug auf 5 ist eine für das System entwickelte Drucksinuswelle dargestellt. Ein negativer Abschnitt 502 wird durch die in 2 vorgesehenen Ventilanordnungen erzeugt. Ein positiver Abschnitt 504 wird durch die in 1 vorgesehenen Anordnungen erzeugt. Die Gesamtsumme der in 1 und 2 vorgesehenen Systeme erzeugt den in 5 vorgesehenen Graphen des Druckimpulses. Wie in der obigen und nachstehenden Beschreibung beschrieben, bezieht sich der Nullsummendruck auf die Kapazität von positiven und negativen Druckimpulsen, die in bestimmten Fällen summiert werden können, um eine Reihe von Impulsen mit Nullsumme bereitzustellen. Obwohl sie als Sinuswellen dargestellt sind, können andere Typen von Wellen verwendet werden, einschließlich Rechteck-, Sägezahn- und Cosinuswellen, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein.
Mit Bezug auf 6 ist ein Graph des Durchflusses über die Zeit für das in 1 und 2 vorgesehene System bereitgestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist der mittlere Durchfluss 476 Gallonen pro Minute oder eine nominale Verringerung von nur 5% des mittleren Durchflusses in einem Bohrloch. Dieses System schafft folglich eine erhöhte Funktionalität mit minimalen Auswirkungen auf die Gesamtleistung.
In den Ausführungsformen, die mit einer direkten Verbindung zwischen den Komponenten versehen sind, wie z. B. zwischen einem Ventilaktuator und dem Ventil, kann als nicht begrenzendes Beispiel die Verbindung durch eine magnetische Kopplung und nicht durch eine direkte mechanische Verbindung hergestellt werden. Die Verwendung einer magnetischen Kopplung zwischen den Komponenten ermöglicht die Erzeugung einer Begrenzung der Beanspruchung, die auf eine Komponente ausgeübt wird, wenn eine Blockierung oder ein Fehler auftritt. Unter Verwendung einer magnetischen Kopplung kann die Verbindung zwischen Komponenten beendet werden, wenn übermäßige Widerstandskräfte gemessen werden. Mechanische Verbindungen können auch in anderen alternativen Ausführungsformen verwendet werden.
Die geschaffene Anordnung ermöglicht einen Betrieb unter verschiedenen Temperaturen. Die Schlammimpulstelemetrie kann bei Temperaturen von ungefähr null (0) Grad Celsius bis über zweihundert (200) Grad Celsius durchgeführt werden. Die Verfahren und Vorrichtungen können in Umgebungen verwendet werden, in denen herkömmliche Schlammimpulstelemetriesysteme arbeiten.
In einer Ausführungsform wird eine Anordnung beschrieben mit mindestens einem Bohrrohr, einer Kombination Rotor/Stator, die innerhalb des mindestens einen Bohrrohrs angeordnet ist, wobei die Kombination Rotor/Stator dazu konfiguriert ist, einen Druckimpuls in einem Fluid zu erzeugen, einem Rotor/Stator-Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, Daten von einer Untertagekomponente zu empfangen, wobei das Rotor/Stator-Steuermodul dazu konfiguriert die Kombination Rotor/Stator auf der Basis der Daten von der Untertagekomponente einzuwirken; einem Ventilaktautor, einem Ventil, das mit dem Ventilaktuator verbunden ist, wobei das Ventil so konfiguriert ist, dass es durch den Ventilaktuator betätigt wird, wobei das Ventil dazu konfiguriert ist, das Fluid aus dem Inneren des Bohrrohrs zu einem Ring zu befördern und einen Druck im Fluid zu verringern, und einer Übertagedetektionsanordnung, die dazu konfiguriert ist, Erhöhungen und Verringerungen des Drucks des Fluids, auf das durch die Kombination Rotor/Stator und/oder das Ventil eingewirkt wird, zu erfassen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anordnung ferner eine Untertagekomponente, die dazu konfiguriert ist, mindestens einen Formationsparameter zu messen und Daten für den Parameter zu entwickeln, wobei die Daten, die den mindestens einen Formationsparameter betreffen, zum Rotor/Stator-Steuermodul geliefert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Anordnung vorgesehen, bei der das Ventil entweder ein Nadelventil, ein Schmetterlingsventil oder ein Rückschlagventil ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anordnung ferner eine Detektionsanordnung, die unter Tage dazu konfiguriert ist, Daten von einer Übertageumgebung zu empfangen, wobei die Detektionsanordnung mit dem Rotor/Stator-Steuermodul verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Anordnung ferner eine Fluidturbine umfassen, die mit dem Ventilaktuator und/oder der Kombination Rotor/Stator verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Anordnung ferner eine Demodulatoreinheit umfassen, die mit der Detektionsanordnung verbunden ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Anordnung ferner einen Computer umfassen, der mit der Detektionsanordnung verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Durchführen von Schlammimpulstelemetrie beschrieben, umfassend das Vorbereiten entweder eines ersten Schlammimpulses oder einer ersten Reihe von Schlammimpulsen in einem Fluid in einer Untertageumgebung durch entweder eine Kombination Rotor/Stator oder ein Ventil, wobei die Kombination Rotor/Stator entweder einen positiven Druckimpuls oder eine Reihe von positiven Druckimpulsen erzeugt und das Ventil entweder einen negativen Druckimpuls oder eine Reihe von negativen Druckimpulsen erzeugt, Übertragen des ersten Schlammimpulses und/oder der ersten Reihe von Schlammimpulsen zu einer Detektionsanordnung in einer Übertageumgebung, Erzeugen entweder eines zweiten Schlammimpulses oder einer zweiten Reihe von Schlammimpulsen in dem Fluid, wobei entweder der zweite Schlammimpuls oder die zweite Reihe von Schlammimpulsen ein negativer Druckimpuls im Fluid ist, und Übertragen des zweiten Druckimpulses zur Detektionsanordnung.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren durchgeführt, bei dem entweder der erste Impuls oder die erste Reihe von Impulsen codiert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren durchgeführt, bei dem entweder der zweite Impuls oder die zweite Reihe von Impulsen codiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner die Aufzeichnung des ersten Druckimpulses und/oder der ersten Reihe von Druckimpulsen und des zweiten Druckimpulses und/oder der zweiten Reihe von Druckimpulsen durch einen Computer umfassen.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Anzeigen der ersten Reihe vom Impulsen und/oder der zweiten Reihe von Impulsen auf dem Computer umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Lesen mindestens einer Formationseigenschaft vor dem Vorbereiten der ersten Reihe von Schlammimpulsen umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren durchgeführt werden, wobei das Lesen der einen Formationseigenschaft durch ein Untertagewerkzeug durchgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren durchgeführt werden, wobei das Verfahren während des Bohrens durchgeführt wird.
Das Vorangehende umreißt Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, so dass der Fachmann auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann auf dem Gebiet sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung leicht als Basis zum Entwerfen oder Modifizieren von anderen Prozessen und Strukturen zur Ausführung desselben Zwecks und/oder Erreichen derselben Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen verwenden kann. Der Fachmann auf dem Gebiet sollte auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er verschiedene Änderungen, Substitutionen und Veränderungen hier vornehmen kann, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6174001 [0056]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Interpreting an RFT-Measured Pulse Test with a Three-Dimensional Simulator” von Lasseter, T., Karakas, M., und Schweitzer, J., SPE 14878, März 1988 [0055]
”Design, Implementation and Interpretation of a Three-Dimensional Well Test in the Cormorant Field, North Sea” von Bunn, G. F., und Yaxley, L. M., SPE 15858, Oktober 1986 [0055]
”Layer Pulse Testing Using a Wireline Formation Tester” von Saeedi, J., und Standen, E., SPE 16803, September 1987 [0055]
”Distributed Pressure Measurements Allow Early Quantification of Reservoir Dynamics in the Jene Field” von Bunn, G. F., Wittman, M. J., Morgan, W. D., und Curnutt, R. C., SPE 17682, März 1991 [0055]
”A Field Example of Interference Testing Across a Partially Communicating Fault”, von Yaxley, L. M., und Blaymires, J. M., SPE 19306, 1989 [0055]
”Interpretation of a Pulse Test in a Layered Reservoir” von Kaneda, R., Saeedi, J., und Ayestaran, L. C., SPE 19306, Dezember 1991 [0055]

Claims

Anordnung, die umfasst: mindestens ein Bohrrohr; eine Kombination Rotor/Stator (102), die innerhalb des mindestens einen Bohrrohrs angeordnet ist, wobei die Kombination Rotor/Stator dazu konfiguriert ist, einen Druckimpuls in einem Fluid zu erzeugen; ein Rotor/Stator-Steuermodul (108), das dazu konfiguriert ist, Daten von einer Untertagekomponente zu empfangen, wobei das Rotor/Stator-Steuermodul dazu konfiguriert ist, auf die Kombination Rotor/Stator auf der Basis der Daten von der Untertagekomponente einzuwirken; einen Ventilaktuator (202); ein Ventil (206), das mit dem Ventilaktuator verbunden ist, wobei das Ventil so konfiguriert ist, dass es durch den Ventilaktuator betätigt wird, wobei das Ventil dazu konfiguriert ist, das Fluid aus dem Inneren des Bohrrohrs zu einem Ring zu befördern und einen Druck im Fluid zu verringern; und eine Übertagedetektionsanordnung (230), die dazu konfiguriert ist, Erhöhungen und Verringerungen des Drucks des Fluids, auf das durch die Kombination Rotor/Stator und/oder das Ventil eingewirkt wird, zu messen.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Untertagekomponente, die dazu konfiguriert ist, mindestens einen Formationsparameter zu messen und Daten für den Parameter zu entwickeln, wobei die Daten, die den mindestens einen Formationsparameter betreffen, zum Rotor/Stator-Steuermodul (108) geliefert werden.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (206) entweder ein Nadelventil, ein Schmetterlingsventil, ein oszillierender Rotor/Stator und/oder ein Rückschlagventil ist.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Detektionsanordnung (250), die dazu konfiguriert ist, unter Tage Daten von einer Übertageanordnung zu empfangen, wobei die Detektionsanordnung mit dem Rotor/Stator-Steuermodul (108) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fluidturbine, die mit dem Ventilaktuator (202) und/oder der Kombination Rotor/Stator (102) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Demodulatoreinheit, die mit der Detektionsanordnung verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Computer, der mit der Detektionsanordnung verbunden ist.
Verfahren zum Durchführen von Schlammimpulstelemetrie, das umfasst: Vorbereiten von entweder einem ersten Schlammimpuls oder einer ersten Reihe von Schlammimpulsen in einem Fluid in einer Untertageumgebung durch entweder eine Kombination Rotor/Stator (102) oder ein Ventil (206), wobei die Kombination Rotor/Stator entweder einen positiven Druckimpuls oder eine Reihe von positiven Druckimpulsen erzeugt und das Ventil entweder einen negativen Druckimpuls oder eine Reihe von negativen Druckimpulsen erzeugt; Übertragen des ersten Schlammimpulses und/oder der ersten Reihe von Schlammimpulsen zu einer Detektionsanordnung (230) in einer Übertageumgebung; Erzeugen von entweder einem zweiten Schlammimpuls oder einer zweiten Reihe von Schlammimpulsen in dem Fluid, wobei entweder der zweite Schlammimpuls oder die zweite Reihe von Schlammimpulsen ein negativer Druckimpuls in dem Fluid ist; und Übertragen des zweiten Druckimpulses zur Detektionsanordnung.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der erste Impuls oder die erste Reihe von Impulsen codiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der zweite Impuls oder die zweite Reihe von Impulsen codiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das Aufzeichnen des ersten Druckimpulses und/oder der ersten Reihe von Druckimpulsen und des zweiten Druckimpulses und/oder der zweiten Reihe von Druckimpulsen durch einen Computer.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch das Anzeigen der ersten Reihe von Impulsen und/oder der zweiten Reihe von Impulsen auf dem Computer.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das Lesen mindestens einer Formationseigenschaft vor dem Vorbereiten der ersten Reihe von Schlammimpulsen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesen der mindestens einen Formationseigenschaft durch ein Untertagewerkzeug stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Bohrens durchgeführt wird.
Anordnung, die umfasst: mindestens ein Bohrrohr; ein Steuerventil, das innerhalb des mindestens einen Bohrrohrs angeordnet ist, wobei das Steuerventil dazu konfiguriert ist, einen Druckimpuls in einem Fluid zu erzeugen; ein Ventilsteuermodul, das dazu konfiguriert ist, Daten von einer Untertagekomponente zu empfangen, wobei das Ventilsteuermodul dazu konfiguriert ist, auf das Steuerventil auf der Basis der Daten von der Untertagekomponente einzuwirken; einen Ventilaktuator (202); ein Ventil (206), das mit dem Ventilaktuator verbunden ist, wobei das Ventil so konfiguriert ist, dass es durch den Ventilaktuator betätigt wird, wobei das Ventil dazu konfiguriert ist, das Fluid aus dem Inneren des Bohrrohrs zu einem Ring zu befördern und einen Druck im Fluid zu verringern; und eine Übertagedetektionsanordnung (230), die dazu konfiguriert ist, Erhöhungen und Verringerungen des Drucks des Fluids, auf das durch die Kombination Rotor/Stator und/oder das Ventil eingewirkt wird, zu messen.