DE102012105273A1 - Pressure-wave generator for data transmission, particularly in drill hole, has electric pressure-wave generator for electrical generation of pressure wave free from flow cross-sectional change of drilling assembly - Google Patents
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Abstract
Description
Verschiedene Ausführungsformen betreffen Druckwellengeneratoren und Verfahren zum Steuern eines Druckwellengenerators.Various embodiments relate to pressure wave generators and methods for controlling a pressure wave generator.
Bei Erdbohrungen sind Daten zwischen der Erdoberfläche und der Bohrgarnitur im Bohrloch zu übertragen. Problematisch ist, dass der Bohrstrang im Bohrloch rotiert und durch die fortschreitende Bohrung nach dem Abbohren einer Bohrstangenlänge verlängert werden muss, so dass daher ein Verlegen von Kabeln mit ständigem Wartungsaufwand verbunden wäre.For earth boring, data is to be transferred between the surface of the earth and the drill string in the borehole. The problem is that the drill string rotates in the borehole and must be extended by the progressive bore after drilling a Bohrstangenlänge, so therefore laying cables would be associated with constant maintenance.
Datenpulstelemetriesysteme können genutzt werden, um gemessene Bohrlochdaten (wie Richtungs- und Geologiedaten) aus dem Bohrloch an die Oberfläche zu übermitteln. Die Information kann dabei in Form von Druckschwankungen in der Bohrspülung, die durch das Bohrgestänge zum Bohrmeißel gepumpt werden kann, übertragen werden. Gewöhnlich können zur Datenübertragung drei Arten von Pulsern verwendet werden: positiv Pulser, negativ Pulser und Sirenen (kontinuierliche Pulser). Gemessene Daten können Untertage in ein binäres Signal konvertiert werden, welches wiederum in Bewegungen des Pulserventils umgewandelt werden kann. Abhängig vom individuellen Design kann das Pulserventil die Durchflussöffnung in diskreten Schritten (Mud Pulser; deutsch: Spülungs-Pulser) oder in einem bestimmten kontinuierlichen Muster (Sirene) verengen oder erweitern. Der Druck der Bohrspülung im Bohrgestänge kann entsprechend der Pulserbewegung variieren und sich in Form von Druckwellen bis zur Oberfläche fortpflanzen, wo sie durch einen Druckaufnehmer erkannt und ausgelesen werden können. Ein Computer in der Oberflächeneinheit kann die Informationen decodieren (deutsch: entschlüsseln) und die Daten auf der Arbeitsplattform, wo diese verwendet werden, anzeigen.Data pulse telemetry systems can be used to transmit measured well data (such as direction and geology data) from the wellbore to the surface. The information can be transmitted in the form of pressure fluctuations in the drilling fluid, which can be pumped through the drill string to the drill bit. Usually three types of pulsers can be used for data transmission: positive pulser, negative pulser and siren (continuous pulser). Measured data can be downsampled to a binary signal, which in turn can be converted into movements of the pulse valve. Depending on the individual design, the pulse valve can narrow or widen the flow opening in discrete steps (Mud Pulser) or in a certain continuous pattern (siren). The pressure of the drilling fluid in the drill string can vary according to the pulse movement and propagate in the form of pressure waves to the surface, where they can be detected and read by a pressure transducer. A computer in the surface unit can decode the information (German: decrypt) and display the data on the work platform, where they are used.
Bei allen gewöhnlich verfügbaren Telemetriesystemen wird der Spülungsstrom zur Erzeugung von Druckschwankungen durch die Druckänderungs-Vorrichtung behindert, da sie üblicherweise im Spülungsstrom platziert werden muss und somit einen beträchtlichen Teil des Strömungsquerschnittes beansprucht.In all commonly available telemetry systems, the purge flow is impeded to create pressure variations through the pressure change device, as it usually must be placed in the purge stream and thus occupy a substantial portion of the flow area.
Im Falle des ungewollten Verlustes der Bohrspülung durch Risse oder Klüfte im durchbohrten Gestein werden spezielle Materialien (beispielsweise Bindfäden oder Plastikschnipsel oder ähnliches), die auch LCM (englisch: „lost circulation material”, deutsch: Spülungsverlustmaterial) genannt werden, zum Eindämmen des Spülungsverlustes durch den Bohrstrang in die Bohrung gepumpt. Diese Materialien sollen zu der klüftigen geologischen Formation transportiert werden und die Risse dort verschließen. Das bedeutet, dass sie zunächst durch das komplette Bohrgestänge einschließlich Messgeräten, Bohrmeißel und ähnlichem fließen müssen, um anschließend die Verlustzonen zu erreichen. Aufgrund der oben beschriebenen Wirkungsweise neigt der Pulser aber dazu, durch die Spülungsverlustmaterialien zu verstopfen. Damit wird oft ein kostspieliger Ausbau des Bohrstranges und Wechsel des Pulsers nötig. Die Folge sind erhöhte Bohrkosten. Eine möglichst weitreichende Toleranz des Pulsers gegenüber LCM ist für alle verfügbaren Telemetriesysteme erwünscht, war aber technisch bisher nicht durchführbar. Ein weiteres Problem konventioneller Telemetriesysteme ist, dass alle drei Arten der Impulsgeber bewegliche Teile benötigen, um den Durchflussquerschnitt zu modifizieren und Druckpulse zu erzeugen. Die mechanisch beweglichen Teile können beschädigt werden, was zu denselben Problemen führt, die oben erwähnt wurden, und erfordern überdies einen erhöhten Wartungsaufwand.In the case of accidental loss of drilling fluid through cracks or fractures in the drilled rock, special materials (for example, twine or plastic chips or the like), also called LCM (English: "lost circulation material"), are used to contain mud loss pumped the drill string into the hole. These materials should be transported to the fissured geological formation and close the cracks there. This means that they first have to flow through the complete drill string, including gauges, drill bits, and the like to reach the loss zones. However, due to the above-described mode of operation, the pulser tends to become clogged by the mud leakage materials. This often requires costly removal of the drill string and replacement of the pulser. The result is increased drilling costs. The widest possible tolerance of the pulser to LCM is desirable for all available telemetry systems, but was technically not feasible so far. Another problem with conventional telemetry systems is that all three types of pulse generators require moving parts to modify the flow area and generate pressure pulses. The mechanically moving parts may be damaged, resulting in the same problems mentioned above, and moreover require increased maintenance.
Darüber hinaus sind alle drei Pulserarten in ihrer Datenrate sehr beschränkt und die Übertragung der Information leidet mit zunehmender Tiefe der Bohrung unter starker Dämpfung der Druckpulse. Darüber hinaus nutzen die Telemetriesysteme niedrige Trägerfrequenzen, die üblicherweise unterhalb von 50 Hz liegen. Dies schränkt die Auswahl der Trägerfrequenzen ein, denn diese sollten nicht in den Frequenzbereichen der dominanten Störgeräusche des Bohrprozesses liegen.In addition, all three types of pulse are very limited in their data rate and the transmission of information suffers with increasing depth of the bore under strong attenuation of the pressure pulses. In addition, the telemetry systems use low carrier frequencies, which are usually below 50 Hz. This limits the choice of carrier frequencies, as these should not be in the frequency ranges of the dominant noise of the drilling process.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein neuer Impulsgeber (der auch als LCM-Datenpulser oder als Druckwellengenerator bezeichnet werden kann) bereitgestellt, der elektrische Entladungen (beispielsweise mittels eines Elektroimpulsverfahrens) oder akustische Quellen (beispielsweise einen Piezoaktor) nutzt, um Impulse in der Spülflüssigkeit ohne Veränderung des Durchflussquerschnittes und ohne mechanisch bewegte Teile zu produzieren. Mit dem Impulsgeber gemäß verschiedener Ausführungsformen ist es möglich, Daten sicherer an die Oberfläche zu übertragen. Es ist auch möglich, Daten mit höherer Datenrate und über größere Distanzen zu übertragen. Der LCM-Datenpulser kann mit sehr viel höherem und breiterem operativem Frequenzband betrieben werden als die bisher verwendeten Pulser. Somit steht ein breiteres Spektrum von Frequenzen zur Verfügung, die als Trägerfrequenz verwendet werden können. Die Trägerfrequenz, die störungsunempfindlicher gegenüber den Frequenzen der Bohrgeräusche ist, kann für die Übertragung von Information und für eine gute und sichere Decodierung an der Oberfläche verwendet werden. Die Höhe der induzierten Pulsamplitude kann durch Erhöhung der Entladungsenergie ohne Einschränkung des Strömungsquerschnittes erreicht werden.According to various embodiments, a new pulser (which may also be referred to as a LCM data pulser or a pressure wave generator) is provided which utilizes electrical discharges (eg, by an electro-impulse method) or acoustic sources (eg, a piezo actuator) to provide pulses in the irrigation fluid without altering the pulse Flow cross-section and without mechanically moving parts to produce. With the pulse generator according to various embodiments, it is possible to transfer data more securely to the surface. It is also possible to transmit data at higher data rates and over longer distances. The LCM data pulser can operate at a much higher and wider operating frequency band than the pulser used previously. Thus, a wider range of frequencies is available that can be used as a carrier frequency. The carrier frequency, which is less susceptible to the frequencies of the drilling noise, can be used for the transmission of information and for a good and secure decoding on the surface. The height of the induced pulse amplitude can be achieved by increasing the discharge energy without limiting the flow cross-section.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine einfache und robuste Datenübertragung zwischen dem Bohrkopf im Bohrloch und der Erdoberfläche gewährleistet. According to various embodiments, a simple and robust data transmission between the drill bit in the borehole and the earth's surface is ensured.
In einer Ausführungsform kann ein Druckwellengenerator zur Datenübertragung, beispielsweise in einem Bohrloch, bereitgestellt werden. Der Druckwellengenerator kann eingerichtet sein zur Erzeugung einer Druckwelle frei von einer Strömungsquerschnittsänderung in einer Bohrgarnitur in dem Bohrloch.In one embodiment, a pressure wave generator may be provided for data transmission, for example in a borehole. The blast wave generator may be configured to generate a blast wave free of flow cross section change in a drill string in the wellbore.
In einer Ausführungsform kann der Druckwellengenerator einen elektrischen Druckwellengenerator enthalten. Der elektrische Druckwellengenerator kann eingerichtet sein zum elektrischen Erzeugen der Druckwelle frei von einer Strömungsquerschnittsänderung der Bohrgarnitur.In an embodiment, the pressure wave generator may include an electric pressure wave generator. The electrical pressure wave generator may be configured to electrically generate the pressure wave free of flow cross section change of the drill string.
In einer Ausführungsform kann der Druckwellengenerator einen akustischen Druckwellengenerator enthalten. Der akustische Druckwellengenerator kann eingerichtet sein zum akustischen Erzeugen der Druckwelle frei von einer Strömungsquerschnittsänderung der Bohrgarnitur.In one embodiment, the pressure wave generator may include an acoustic pressure wave generator. The acoustic pressure wave generator may be configured to acoustically generate the pressure wave free from a flow cross section change of the drill string.
In einer Ausführungsform kann der Druckwellengenerator ferner eingerichtet sein zum Erzeugen der Druckwelle frei von mechanischen Bauteilen im Strömungsquerschnitt des Bohrloches.In one embodiment, the pressure wave generator may be further configured to generate the pressure wave free of mechanical components in the flow cross-section of the wellbore.
In einer Ausführungsform kann der Druckwellengenerator ferner eine Pulssteuerung enthalten. Die Pulssteuerung kann eingerichtet sein zum Steuern von mindestens einem von einer Pulsamplitude der Druckwelle und der Pulsfrequenz der Druckwelle.In an embodiment, the pressure wave generator may further include a pulse controller. The pulse controller may be configured to control at least one of a pulse amplitude of the pressure wave and the pulse frequency of the pressure wave.
In einer Ausführungsform kann die Pulsamplitude durch ein Ändern einer Entladungsenergie gesteuert werden.In one embodiment, the pulse amplitude may be controlled by changing a discharge energy.
In einer Ausführungsform kann die Pulsfrequenz durch ein Ändern einer Entladungszeit gesteuert werden.In one embodiment, the pulse rate may be controlled by changing a discharge time.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle ein Mud-Pulse-Telemetrie-Signal sein.In one embodiment, the pressure wave may be a mud pulse telemetry signal.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Messdaten aus dem Bohrloch enthalten.In an embodiment, the data transmission may include downhole measurement data.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Steuerdaten von außerhalb des Bohrlochs enthalten.In one embodiment, the data transfer may include control data from outside the borehole.
In einer Ausführungsform können mehrere Frequenzen gleichzeitig übertragen werden.In one embodiment, multiple frequencies may be transmitted simultaneously.
In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Steuern eines Druckwellengenerators zur Datenübertragung, beispielsweise in einem Bohrloch, bereitgestellt werden. Das Verfahren kann enthalten ein Erzeugen einer Druckwelle frei von einer Strömungsquerschnittsänderung einer Bohrgarnitur in dem BohrlochIn one embodiment, a method for controlling a pressure wave generator for data transmission, for example in a borehole, may be provided. The method may include generating a pressure wave devoid of a flow area change of a drill string in the wellbore
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle elektrisch erzeugt werden.In one embodiment, the pressure wave can be generated electrically.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle akustisch erzeugt werden. Beispielsweise können an Stelle einzelner Druckstöße auch kontinuierliche „Töne” erzeugt werden.In one embodiment, the pressure wave can be generated acoustically. For example, continuous "sounds" can be generated instead of individual pressure surges.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle frei von mechanischen Bauteilen im Strömungsquerschnitt des Bohrloches erzeugt werden.In one embodiment, the pressure wave can be generated free of mechanical components in the flow cross-section of the wellbore.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner enthalten ein Steuern von mindestens einem von einer Pulsamplitude der Druckwelle und der Pulsfrequenz der Druckwelle.In one embodiment, the method may further include controlling at least one of a pulse amplitude of the pressure wave and the pulse frequency of the pressure wave.
In einer Ausführungsform kann die Pulsamplitude durch ein Ändern einer Entladungsenergie gesteuert werden.In one embodiment, the pulse amplitude may be controlled by changing a discharge energy.
In einer Ausführungsform kann die Pulsfrequenz durch ein Ändern einer Entladungszeit gesteuert werden.In one embodiment, the pulse rate may be controlled by changing a discharge time.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle ein Mud-Pulse-Telemetrie-Signal sein.In one embodiment, the pressure wave may be a mud pulse telemetry signal.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Messdaten aus dem Bohrloch enthalten.In an embodiment, the data transmission may include downhole measurement data.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Steuerdaten von außerhalb des Bohrlochs enthalten.In one embodiment, the data transfer may include control data from outside the borehole.
In einer Ausführungsform können mehrere Frequenzen gleichzeitig übertragen werden.In one embodiment, multiple frequencies may be transmitted simultaneously.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and will be explained in more detail below.
Der elektrische Druckwellengenerator
Der akustische Druckwellengenerator
Die Pulssteuerung
In einer Ausführungsform kann die Pulsamplitude durch ein Ändern einer Entladungsenergie gesteuert werden.In one embodiment, the pulse amplitude may be controlled by changing a discharge energy.
In einer Ausführungsform kann die Pulsfrequenz durch ein Ändern einer Entladungszeit gesteuert werden.In one embodiment, the pulse rate may be controlled by changing a discharge time.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle ein Mud-Pulse-Telemetrie-Signal sein.In one embodiment, the pressure wave may be a mud pulse telemetry signal.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Messdaten aus dem Bohrloch enthalten.In an embodiment, the data transmission may include downhole measurement data.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Steuerdaten von außerhalb des Bohrlochs enthalten.In one embodiment, the data transfer may include control data from outside the borehole.
In einer Ausführungsform können mehrere Frequenzen gleichzeitig übertragen werden. Damit kann die Datenrate vervielfacht werden. In einer Ausführungsform kann der Druckwellengenerator also (ähnlich wie ein Lautsprecher) mehrere Töne (in anderen Worten: mehrere Frequenzen) gleichzeitig übertragen. Das kann ähnlich wie bei einem Lautsprecher funktionieren, bei dem anstelle eines einzigen Tons (oder einer einzigen Frequenz) ein Orchester oder eine Band (mit mehreren Frequenzen) zu hören sein kann.In one embodiment, multiple frequencies may be transmitted simultaneously. Thus, the data rate can be multiplied. Thus, in one embodiment, the blast wave generator (similar to a loudspeaker) can transmit multiple tones (in other words multiple frequencies) simultaneously. This can be similar to a loudspeaker, where instead of a single tone (or a single frequency), an orchestra or a band (with multiple frequencies) can be heard.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle elektrisch erzeugt werden.In one embodiment, the pressure wave can be generated electrically.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle akustisch erzeugt werden.In one embodiment, the pressure wave can be generated acoustically.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle frei von mechanischen Bauteilen im Strömungsquerschnitt des Bohrloches erzeugt werden.In one embodiment, the pressure wave can be generated free of mechanical components in the flow cross-section of the wellbore.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner enthalten ein Steuern von mindestens einem von einer Pulsamplitude der Druckwelle und der Pulsfrequenz der Druckwelle.In one embodiment, the method may further include controlling at least one of a pulse amplitude of the pressure wave and the pulse frequency of the pressure wave.
In einer Ausführungsform kann die Pulsamplitude durch ein Ändern einer Entladungsenergie gesteuert werden.In one embodiment, the pulse amplitude may be controlled by changing a discharge energy.
In einer Ausführungsform kann die Pulsfrequenz durch ein Ändern einer Entladungszeit gesteuert werden.In one embodiment, the pulse rate may be controlled by changing a discharge time.
In einer Ausführungsform kann die Druckwelle ein Mud-Pulse-Telemetrie-Signal sein.In one embodiment, the pressure wave may be a mud pulse telemetry signal.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Messdaten aus dem Bohrloch enthalten. In an embodiment, the data transmission may include downhole measurement data.
In einer Ausführungsform kann die Datenübertragung Steuerdaten von außerhalb des Bohrlochs enthalten.In one embodiment, the data transfer may include control data from outside the borehole.
Im Bohrloch können Daten, die von den Sensoren erfasst werden, quasi in Echtzeit übertragen werden. Diese Daten können einen wichtigen Beitrag zu sicheren und kostengünstigen Bohrungen leisten. Spülungspuls-Telemetrie-Systems (englisch: Mud pulse telemetry systems) können codierte Druckimpulse (bezeichnet auch als Träger (englisch: carrier) verwenden für die Übertragung von gemessenen Informationen (beispielsweise Richtungs- und Geologische Information) vom Bohrloch und können quasi in Echtzeit codiert zur Oberfläche übertragen werden.In the borehole, data collected by the sensors can be transmitted virtually in real time. These data can make an important contribution to safe and cost effective drilling. Rinse pulse telemetry systems (Mud pulse telemetry systems) can use coded pressure pulses (also referred to as carrier) for the transmission of measured information (for example, directional and geological information) from the borehole and can be virtually encoded in real time Surface to be transferred.
Der Nachweis der Impulse und deren Eigenschaften (beispielsweise Diskontinuitätspositionen, Dauer und Frequenzen), die anhand eines Geräusches durch ein Signal, das in der Spülung an einem Punkt am Standrohr gemessen werden können, kann für den Erhalt der wichtigen Informationen und für Entscheidungen über den Bohrvorgang während des Bohrens sehr wichtig sein.The detection of impulses and their properties (eg, discontinuity positions, duration, and frequencies), which can be measured by a sound signal generated by the purge at a point on the standpipe, can be used to obtain important information and make decisions about the drilling process be very important during drilling.
Der LCM-Datenpulser gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann für die sichere Übermittlung der Untertage gemessenen Informationen zur Oberfläche genutzt werden, ohne dazu den Strömungsquerschnitt der Bohrgarnitur zu verändern oder mechanisch bewegte Teile zu benutzen. Dadurch kann der Pulser nicht durch LCM verstopft werden. Da das System ohne bewegliche Teile arbeitet, unterliegt es keinen mechanischen Restriktionen oder Verschleiß. Mit dem LCM-Datenpulser ist es möglich, Pulse in kurzer Abfolge zu erzeugen und somit Daten mit einer hohen Übertragungsrate über große Distanzen zu übermitteln. Des Weiteren eröffnet die neue Pulserzeugung die Möglichkeit, eine große Bandbreite als Trägerfrequenz zu nutzen. Für tiefe Bohrungen und wenn es nötig ist, kann die Pulsamplitude durch die Änderung der Entladungsenergie erhöht werden. Somit können „lautere” Pulse an den Empfänger an der Oberfläche gesendet werden.The LCM data pulser according to various embodiments can be used for the safe transmission of the underground information measured to the surface, without changing the flow cross-section of the drill set or to use mechanically moving parts. As a result, the pulser can not be blocked by LCM. Since the system works without moving parts, it is not subject to any mechanical restrictions or wear. With the LCM data pulser, it is possible to generate pulses in a short sequence and thus to transmit data at a high transmission rate over long distances. Furthermore, the new pulse generation offers the possibility to use a large bandwidth as a carrier frequency. For deep holes and if necessary, the pulse amplitude can be increased by changing the discharge energy. Thus, "louder" pulses can be sent to the receiver on the surface.
Der Puls kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen erzeugt werden durch Nutzung einer elektrischen Entladung oder einer akustischen Quelle. Die Pulserzeugung kann erfolgen ohne mechanische Bauteile, die sich im Strömungsquerschnitt befinden und diesen beschränken. Die Pulsamplitude kann gemäß verschiedener Ausführungsformen durch Änderung der Entladungsenergie und die Pulsfrequenz durch Variierung der Entladungszeiten gesteuert werden. Die Kommunikation von Obertage nach Untertage ist gemäß verschiedenen Ausführungsformen ebenfalls mit einem LCM-Datenpulser möglich.The pulse may be generated according to various embodiments by utilizing an electrical discharge or an acoustic source. The pulse generation can be done without mechanical components, which are located in the flow cross-section and restrict this. The pulse amplitude may be controlled by varying the discharge energy and the pulse rate by varying the discharge times, according to various embodiments. Surface to underground communication is also possible with an LCM data pulser, according to various embodiments.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser genutzt werden, um gemessene Daten aus dem Bohrloch (quasi in Echtzeit) zur Oberfläche zu übertragen. Dabei kann auf bewegliche Teile verzichtet werden, die in herkömmlichen Systemen Beschränkungen verursachen. Gleichzeitig steht der volle Spülungsquerschnitt zu Verfügung. Somit kann jede Art von Material zur Beherrschung von Spülungsverlusten im Bohrloch verwendet werden. Mit diesem Pulser kann es außerdem möglich sein, Daten mit einer hohen Datenrate über große Distanzen zu übertragen.According to various embodiments, the LCM data pulser may be used to transmit measured data from the borehole (quasi in real time) to the surface. This can be dispensed with moving parts that cause limitations in conventional systems. At the same time the full flushing cross section is available. Thus, any type of material can be used to control mud losses in the wellbore. With this pulser, it may also be possible to transmit data at a high data rate over long distances.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser völlig freien Durchströmungsquerschnitt für die Spülung ermöglichen.According to various embodiments, the LCM data pulser can provide completely free flow area for flushing.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser erlauben, dass beliebige Arten von Materialien zur Bekämpfung von Spülungsverlusten mit verschiedener Größe eingesetzt werden können.According to various embodiments, the LCM data pulser may allow any types of materials to be used to control mud losses of various sizes.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser die Verfügbarkeit der gemessenen Daten an der Oberfläche quasi in Echtzeit bereitstellen, auch bei Verwendung von Materialien zur Bekämpfung von Spülungsverlusten.According to various embodiments, the LCM data pulser may provide the availability of the measured data at the surface quasi in real time, even when using materials for controlling mud losses.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser ermöglichen, dass Aus- und Einbaukosten eingespart werden können, beispielsweise weil keine Tripnotwendigkeit durch einen verstopften Pulser bestehen kann. Unter „Trippen” kann das Aus- und wieder Einbau einer Bohrgarnitur, um defekte Komponenten auszutauschen, verstanden werden.According to various embodiments, the LCM data pulser may allow removal and installation costs to be saved, for example, because there is no need for trip through a clogged pulser. Under "Trippen" can be understood the removal and reinstallation of a drill set to replace defective components.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser eine Datenübertragung über eine große Distanz (beispielsweise mittels hoher Amplituden) ermöglichen.According to various embodiments, the LCM data pulser may enable data transmission over a long distance (eg, by high amplitudes).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser eine hohe Datenübertragungsrate, beispielsweise mittels einer schnellen Pulsabfolge, ermöglichen.According to various embodiments, the LCM data pulser may enable a high data transfer rate, for example by means of a fast pulse train.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bei dem LCM-Datenpulser die Arbeitsfrequenz höher sein als bei konventionellen Pulsern.According to various embodiments, in the LCM data pulse, the operating frequency may be higher than in conventional pulsers.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser ein großes Frequenzband nutzen, aus dem die Trägerfrequenz ausgewählt werden kann. According to various embodiments, the LCM data pulser may utilize a large frequency band from which the carrier frequency may be selected.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser ohne bewegte Teile bereitgestellt werden.According to various embodiments, the LCM data pulser may be provided without moving parts.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum Beispiel die Neigung (inclination), die Himmelsrichtung (azimuth) und die richtbohrtechnische Ausrichtung (tool face) der Bohrgarnitur, die beispielsweise 50 bis 100 Meter lang sein kann, und die natürliche Gammastrahlung zur Erkennung der Oberkante der Lagerstätte sowie die Leitfähigkeit (resistivity) des umgebenden Gesteins in der Bohrgarnitur gemessen und nach Übertage geschickt werden, wobei ein „Master” in der untertägigen Elektronik den Datenstrom organisieren kann. Übertragene Daten können also beispielsweise sein: Neigung der Bohrung, Himmelsrichtung, und/oder Formationseigenschaften.According to various embodiments, for example, the inclination, azimuth, and tool face of the drill string, which may be, for example, 50 to 100 meters long, and the natural gamma ray for the detection of the top of the deposit as well Conductivity (resistivity) of the surrounding rock in the drill string are measured and sent to surface, whereby a "master" in the underground electronics can organize the data stream. Transferred data may thus be, for example: inclination of the bore, compass direction, and / or formation properties.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeweils im Abstand von mehreren Dezimetern Aktuator bereitgestellt werden. Eine Steuerung kann mittels einer Repeater-Struktur (deutsch: Wiederholer-Struktur) bereitgestellt werden oder es können so viele Aktoren bereitgestellt werden, wie nötig für eine vorgegebene Gesamt-Signalstärke. Die Aktuatoren können so geschaltet werden, dass durch Interferenz starke Druckwellen erzeugt werden, die sich beispielsweise im Strang nach oben bewegen.According to various embodiments, actuators may be provided at intervals of several decimeters, respectively. A controller can be provided by means of a repeater structure or as many actuators can be provided as necessary for a given overall signal strength. The actuators can be switched so that strong pressure waves are generated by interference, for example, move in the strand upwards.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können verschiedene Arten von Drahtlos-Telemetriesystemen für eine Übertragung, z. B. eine Übertragung quasi in Echtzeit, von Daten in Bohrlöchern verwendet werden. Während des Bohrens kann eine Art von Drahtlos-Telemetriesystem für die Übertragung verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Verarbeitung der Daten für jede Art von Drahtlos-Telemetriesystem verwendet werden.According to various embodiments, various types of wireless telemetry systems may be used for transmission, e.g. As a transmission quasi in real time, be used by data in boreholes. During drilling, one type of wireless telemetry system may be used for transmission. According to one embodiment, processing of the data may be used for any type of wireless telemetry system.
Mit einem Telemetriesystem können Daten durch die Sensoren
Gemäß einer Ausführungsform kann ein System, das Druckpulstelemetrie oder Spülungs-Puls-Telemetrie (englisch: mud pulse telemetry) genannt werden kann, bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform werden die Daten durch Erzeugen von codierten Druck-Wellen
Gemäß einer Ausführungsform kann ein System, das elektromagnetisches Telemetriesystem oder elektrodynamisches Telemetriesystem genannt werden kann, bereitgestellt werden.In one embodiment, a system that may be called an electromagnetic telemetry system or an electro-dynamic telemetry system may be provided.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein System, das akustisches Telemetriesystem genannt werden kann, bereitgestellt werden.In one embodiment, a system that may be called an acoustic telemetry system may be provided.
Die gleichen Prinzipien des Übertragens von Daten oder Kommandos (wie Befehlen oder Steuerbefehlen) können von der Oberfläche zu einem Gerät in dem Bohrloch, z. B. zu dem Werkzeug in dem Bohrloch, angewendet werden. Dies kann als „Downlink” bezeichnet werden, während die Übertragung von Daten von dem Bohrloch zur Oberfläche als „Uplink” bezeichnet werden kann.The same principles of transmitting data or commands (such as commands or control commands) may be transmitted from the surface to a device in the wellbore, e.g. To the tool in the borehole. This may be referred to as "downlink," while the transmission of data from the well to the surface may be termed an "uplink."
In
Die codierten Informationen können in Sender-Aktuierungen konvertiert werden, um Pulse (in anderen Worten: Wellen) zu induzieren oder zu erzeugen, die sich in der Bohrspülung bis zur Oberfläche ausbreiten.The coded information can be converted into transmitter actuations to produce pulses (in other words: waves), which propagate in the drilling fluid to the surface.
Beispielsweise kann eine von zwei Arten von Pulsern (in anderen Worten: Pulsgeneratoren oder Wellengeneratoren oder Druckwellengeneratoren oder Stoßwellengeneratoren) verwendet werden. Eine Art von Pulser kann mit dem Bohrsystem für Datenübertragung verbunden sein.For example, one of two types of pulsers (in other words, pulse generators or wave generators or pressure wave generators or shock wave generators) may be used. One type of pulser may be connected to the data transmission drilling system.
Eine erste Art Pulser verwendet elektrische Entladung und eine zweite Art Pulser verwendet einen akustischen Aktuator oder mehrere akustische Aktuatoren. Beide Arten von Pulsern können die Daten senden durch Erzeugen von codierten Druckwellen
In
Gemäß verschiedener Ausführungsformen können die gemessenen Daten enthalten Daten, die während des Bohrens gemessen wurden, um den Bohrungsverlauf zu überwachen und zu steuern (englisch: measurement while drilling, MWD), die während des Bohrens geloggt werden, um Information über die Beschaffenheit des durchbohrten Gesteins zu gewinnen (englisch: logging while drilling, LWD) und Daten über den dynamischen Zustand des Bohrstranges beim Bohren (Schwingungen, Schläge usw.).According to various embodiments, the measured data may include data measured during drilling to monitor and monitor the bore history logged during drilling for information about the nature of the drilled rock logging while drilling (LWD) and data on the dynamic state of the drill string during drilling (vibrations, impacts, etc.).
MWD-Daten können enthalten Richtungs-Daten (Inklination, Azimut und Werkzeug-Ausrichtung).MWD data may include directional data (inclination, azimuth and tool orientation).
LWD-Daten können enthalten Daten über Gamma-Strahlung, Widerstand, Dichte, Porosität, Messtaster (englisch: caliper), Druck, Temperatur, seismischer Aktivität während des Bohrens, Schallgeschwindigkeit, Härte des Gesteins, Permeabilität, Abbildungen des Bohrlochs und/oder Spülungs-Eigenschaften (wie beispielsweise Widerstand, Dichte, Hydrogensulfid-Gehalt, Temperatur, und/ der Druck).LWD data may include data on gamma radiation, resistance, density, porosity, caliper, pressure, temperature, seismic activity during drilling, sonic velocity, hardness of the rock, permeability, maps of the well and / or mud Properties (such as resistance, density, hydrosulfide content, temperature, and / or pressure).
Daten über Bohr-Dynamiken können enthalten die Meißelandruckkraft (englisch: weight an bit) und/oder Drehmoment an dem Bohrmeißel und in der Bohrgarnitur und Biegemomente zusammen.Data on drilling dynamics may include weight on bit and / or torque on the drill bit and in the drilling set and bending moments together.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Echtzeit-Dienste basierend auf Telemetrie-Daten profitieren oder bereitgestellt werden und die Echtzeit-Dienste können von den Telemetrie-Daten profitieren. Die Echtzeit-Dienste können enthalten Richtbohrarbeiten, Reservoir-Navigation, Bohr-Optimierung, Bohrlochstabilität, und/oder „Pressure Management” (Optimierung des Druckes in der Bohrung). Dadurch kann eine Erhöhung der Produktion und/oder Produktivität, eine Reduktion der Bohrkosten, erleichtertes Risiko-Management und/oder ein sichereres Bohren erreicht werden.According to various embodiments, real-time services may benefit or be provided based on telemetry data, and the real-time services may benefit from the telemetry data. The real-time services may include directional drilling, reservoir navigation, borehole optimization, wellbore stability, and / or "pressure management" (optimizing the pressure in the well). This can increase production and / or productivity, reduce drilling costs, facilitate risk management, and / or safer drilling.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der LCM-Datenpulser in allen Arten von Bohrungen eingesetzt werden, von flachen bis tiefen Bohrlöchern, auch wenn Materialien zur Eindämmung von Spülungsverlusten verwendet werden. Er kann in Reservoir-Navigation-Anwendungen verwendet werden und bei Seismic-While-Drilling-Anwendungen (deutsch: Seismik-Während-Bohrens-Anwendungen), wo hohe Datenübertragungsraten erforderlich und notwendig sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein System mit einem LCM-Datenpulser in sehr tiefen Bohrungen eingesetzt werden, da mit der LCM-Puls-Telemetrie große Amplituden des Nutzsignals erzeugt werden können. Die hohe Dämpfung in tiefen Bohrungen kann somit geringe Auswirkungen auf die Signale haben, die von den Empfängern an der Oberfläche aufgezeichnet werden.According to various embodiments, the LCM data pulser can be used in all types of wells, from shallow to deep wells, even when materials are used to contain mud losses. It can be used in reservoir navigation applications and seismic-while-drilling applications, where high data transmission rates are required and necessary. According to various embodiments, a system with an LCM data pulser can be used in very deep holes, since with the LCM pulse telemetry large amplitudes of the useful signal can be generated. The high attenuation in deep holes may thus have little effect on the signals recorded by the receivers on the surface.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine schnelle Datenübertragung auch noch in tiefen Bohrlöchern bereitgestellt werden.According to various embodiments, fast data transmission may still be provided in deep wellbores.
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