DE102015017138B4 - Mud siren arrangement - Google Patents
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Abstract
Mud-Sirenen-Anordnung, aufweisend:• einen Stator, der mindestens einen ersten Teil-Stator und mindestens einen zweiten Teil-Stator aufweist;• eine erste Mud-Sirene mit einem ersten Rotor, wobei die erste Mud-Sirene eine erste offene Querschnittsfläche aufweist, wenn der erste Teil-Stator und der erste Rotor sich zumindest teilweise überlappen;• eine zweite Mud-Sirene mit einem zweiten Rotor, wobei die zweite Mud-Sirene eine zweite offene Querschnittsfläche aufweist, wenn der zweite Teil-Stator und der zweite Rotor sich zumindest teilweise überlappen;• wobei der zweite Teil-Stator den ersten Teil-Stator teilweise umgibt;• wobei der zweite Rotor den ersten Rotor teilweise umgibt;• wobei die zweite offene Querschnittsfläche die erste offene Querschnittsfläche teilweise umgibt.A mud siren assembly comprising:• a stator having at least a first partial stator and at least a second partial stator;• a first mud siren having a first rotor, the first mud siren having a first open cross-sectional area when the first partial stator and the first rotor at least partially overlap;• a second mud siren having a second rotor, the second mud siren having a second open cross-sectional area when the second partial stator and the second rotor at least partially overlap;• wherein the second partial stator partially surrounds the first partial stator;• wherein the second rotor partially surrounds the first rotor;• wherein the second open cross-sectional area partially surrounds the first open cross-sectional area.
Description
Die Erfindung betrifft Mud-Sirenen-Anordnungen.The invention relates to mud siren arrangements.
Zum Überwachen und Steuern von Tiefbohrungen ist eine Bohrgarnitur üblicherweise mit verschiedenen Sensoren und Messgeräten ausgestattet, die während des Bohrens den so genannten Bohrpfad vermessen und das Gestein untersuchen. Die gewonnenen Daten sollen während des so genannten Abteufens der Bohrung von der Bohrlochsohle an die Oberfläche übertragen werden.To monitor and control deep drilling, a drilling rig is usually equipped with various sensors and measuring devices that measure the so-called drilling path and examine the rock during drilling. The data obtained are to be transmitted from the bottom of the borehole to the surface during the so-called sinking of the borehole.
Die Datenübertragung dient in der Tiefbohrtechnik dazu, die Messdaten der gemessenen geologischen Daten (auch bezeichnet als Logging While Drilling, LWD) und der gemessenen Ausrichtungsdaten wie beispielsweise die Neigung (Inklination), die Himmelsrichtung (Azimut), sowie die Ausrichtung des Bohrwerkzeugs (auch bezeichnet als Measuring While Drilling, MWD) zur Erdoberfläche (also Übertage) zu übertragen. Die Messdaten ermöglichen einem Richtbohrer die genaue Überwachung des Bohrvorgangs. Das am meisten verbreitete Verfahren für die Datenübertragung in einem Bohrloch ist die so genannte Mud-Pulse-Telemetrie. Sie sendet die Informationen mittels codierter Druckpulse über die Bohrspülung, die kontinuierlich durch ein Bohrgestänge gepumpt wird, zur Oberfläche. Dort werden die Druckpulse mittels eines Druckaufnehmers empfangen, decodiert und angezeigt. Zur untertägigen Pulserzeugung werden üblicherweise verschiedene Pulserarten eingesetzt, eine davon ist die so genannte Mud-Sirene.Data transmission in deep drilling technology is used to transmit the measurement data of the measured geological data (also known as logging while drilling, LWD) and the measured orientation data such as the inclination, the direction (azimuth), and the orientation of the drilling tool (also known as measuring while drilling, MWD) to the earth's surface (i.e. above ground). The measurement data enables a directional drill to precisely monitor the drilling process. The most common method for data transmission in a borehole is so-called mud pulse telemetry. It sends the information to the surface using coded pressure pulses via the drilling fluid, which is continuously pumped through a drill rod. There, the pressure pulses are received, decoded, and displayed using a pressure sensor. Various types of pulsers are usually used to generate pulses underground, one of which is the so-called mud siren.
Eine Mud-Sirene weist üblicherweise einen Stator und einen Rotor auf, wobei mittels einer Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator kontinuierliche Druckpulse (auch bezeichnet als „Töne“) erzeugt werden. Der maximale Druck im Bohrstrang über der Mud-Sirene wird dabei jedes Mal erreicht, wenn der oder die massiven Rotorblätter des Rotors die offenen Räume des Stators der Mud-Sirene überdecken. Im Gegensatz dazu ist der Druck im Bohrstrang über der Mud-Sirene dann minimal, wenn die offenen Räume des Rotors mit freien Flächen des Stators korrespondieren.A mud siren typically has a stator and a rotor, whereby continuous pressure pulses (also referred to as "tones") are generated by means of a rotational movement of the rotor relative to the stator. The maximum pressure in the drill string above the mud siren is reached each time the solid rotor blade(s) of the rotor cover the open spaces of the mud siren's stator. In contrast, the pressure in the drill string above the mud siren is minimal when the open spaces of the rotor correspond to free surfaces of the stator.
Ein Nachteil der herkömmlichen Mud-Sirene liegt in ihrer geringen Datenrate. Da deutlich weniger Daten nach Übertage übertragen werden können, als Untertage anfallen, ist es herkömmlicherweise erforderlich, mittels eines untertägigen Rechners eine aufwändige Vorprozessierung der gemessenen Rohdaten vorzunehmen. Dies resultiert jedoch in einer erforderlichen sehr komplexen und damit teuren Untertage-Recheneinheit. Auch ist die Untertage-Recheneinheit an die untertägigen Bedingungen anzupassen, beispielsweise an die im Bohrloch herrschenden Temperaturen von mindestens 150°C, an extreme Schläge und Vibrationen, sowie an die im Bohrloch herrschenden sehr hohen Drücke.One disadvantage of the conventional mud siren is its low data rate. Since significantly less data can be transmitted above ground than is generated underground, it is usually necessary to carry out complex pre-processing of the measured raw data using an underground computer. However, this results in the need for a very complex and therefore expensive underground computing unit. The underground computing unit must also be adapted to the underground conditions, for example to the temperatures in the borehole of at least 150°C, to extreme shocks and vibrations, and to the very high pressures in the borehole.
Somit liegt der Erfindung das Problem zu Grunde, die erreichbare Datenrate einer Mud-Sirenen-Anordnung zu erhöhen.The invention is therefore based on the problem of increasing the achievable data rate of a mud siren arrangement.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Mud-Sirenen-Anordnungen gemäß den Patentansprüchen 1 bis 10 gelöst.The problem is solved according to the invention by the mud siren arrangements according to
In verschiedenen Vergleichsbeispielen wird eine Mud-Sirenen-Anordnung bereitgestellt, aufweisend: eine Bohrgarnitur; eine in der Bohrgarnitur angeordnete erste Mud-Sirene; mindestens eine in der Bohrgarnitur angeordnete weitere Mud-Sirene; und mindestens eine Codiereinrichtung, die mit der ersten Mud-Sirene und der mindestens einen weiteren Mud-Sirene gekoppelt ist. Die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene sind derart angeordnet und die Codiereinrichtung steuert die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene derart an, dass zu einem Codierzeitpunkt mittels der ersten Mud-Sirene und der mindestens einen weiteren Mud-Sirene eine mehrere Bits aufweisende Information codiert und übertragen wird.In various comparative examples, a mud siren arrangement is provided, comprising: a drilling assembly; a first mud siren arranged in the drilling assembly; at least one further mud siren arranged in the drilling assembly; and at least one coding device which is coupled to the first mud siren and the at least one further mud siren. The first mud siren and the at least one further mud siren are arranged in such a way and the coding device controls the first mud siren and the at least one further mud siren in such a way that at a coding time, information comprising several bits is encoded and transmitted by means of the first mud siren and the at least one further mud siren.
Auf diese Weise kann zu einem Codierzeitpunkt, beispielsweise in einem Zeitschlitz (auch bezeichnet als Slot), nicht nur eine Ein-Bit-Information übertragen werden, sondern eine Information, die mehrere Bits aufweist. Somit wird die erreichbare Datenrate vervielfacht.In this way, at one coding point in time, for example in a time slot, not only one-bit information can be transmitted, but information that has several bits. This multiplies the achievable data rate.
Es ist darauf hinzuweisen, dass nicht nur zwei Mud-Sirenen vorgesehen sein können, sondern es können auch drei, vier, fünf oder sogar mehr Mud-Sirenen in der Bohrgarnitur angeordnet sein, womit es sogar möglich wird, eine Information von mehr als zwei Bits pro Codierzeitpunkt, beispielsweise pro Zeitschlitz, zu übertragen. So ist es beispielsweise möglich, bei drei Mud-Sirenen in der Bohrgarnitur pro Codierzeitpunkt drei Informationsbits zu übertragen, bei vier Mud-Sirenen in der Bohrgarnitur pro Codierzeitpunkt vier Informationsbits, bei fünf Mud-Sirenen in der Bohrgarnitur pro Codierzeitpunkt fünf Informationsbits, usw. Somit kann die erzielbare Datenrate deutlich erhöht werden.It should be noted that not only two mud sirens can be provided, but also three, four, five or even more mud sirens can be arranged in the drilling assembly, which even makes it possible to transmit information of more than two bits per coding time, for example per time slot. For example, with three mud sirens in the drilling assembly, it is possible to transmit three information bits per coding time, with four mud sirens in the drilling assembly, four information bits per coding time, with five mud sirens in the drilling assembly, five information bits per coding time, etc. The achievable data rate can thus be significantly increased.
In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung können die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene (im Folgenden auch bezeichnet als zweite Mud-Sirene) hintereinander in der Bohrgarnitur angeordnet sein (bezüglich einer Durchströmungsrichtung der Mud-Sirenen-Anordnung). Dies entspricht anschaulich einer Reihenschaltung mehrerer Mud-Sirenen innerhalb der Bohrgarnitur. Wenn mehr als zwei Mud-Sirenen hintereinander in Reihenschaltung innerhalb der Bohrgarnitur angeordnet sind, dann können die jeweiligen Mud-Sirenen mit unterschiedlichen Frequenzen zum Codieren und Übertragen der jeweiligen Information angetrieben werden.In an embodiment according to the invention, the first mud siren and the at least one further mud siren (hereinafter also referred to as the second mud siren) can be arranged one behind the other in the drilling assembly (with respect to a flow direction of the mud siren arrangement). This clearly corresponds to a series connection of several mud sirens within the drilling assembly. If more than two mud sirens are arranged one behind the other in series within the drilling assembly, the respective mud sirens can be driven with different frequencies for encoding and transmitting the respective information.
Die unterschiedlichen Frequenzen sollten keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sein.The different frequencies should not be integer multiples of each other.
In noch einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung können die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene nebeneinander in der Bohrgarnitur angeordnet sein (bezüglich einer Durchströmungsrichtung der Mud-Sirenen-Anordnung). Dies entspricht anschaulich einer Parallelschaltung mehrerer Mud-Sirenen innerhalb der Bohrgarnitur.In another embodiment according to the invention, the first mud siren and the at least one further mud siren can be arranged next to one another in the drilling assembly (with respect to a flow direction of the mud siren arrangement). This clearly corresponds to a parallel connection of several mud sirens within the drilling assembly.
Auch in diesem Fall sollten die unterschiedlichen Frequenzen keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sein.In this case too, the different frequencies should not be integer multiples of each other.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Vergleichsbeispielen die unterschiedlichen Frequenzen der Mud-Sirenen nicht nur durch Einstellung der Drehzahl erreicht werden können, sondern auch durch Veränderung der Flügelzahl von Rotor und/oder Stator (anders ausgedrückt durch Veränderung der Anzahl von Rotorblättern und/oder Statorblättern in den Mud-Sirenen).It should be noted that in various comparative examples, the different frequencies of the mud sirens can be achieved not only by adjusting the rotational speed, but also by changing the number of blades of the rotor and/or stator (in other words, by changing the number of rotor blades and/or stator blades in the mud sirens).
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, sowohl die Drehzahl zu verändern und auch Mud-Sirenen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Rotorblättern und/oder Statorblättern in den Mud-Sirenen zu verändern, um die jeweils gewünschten Frequenzen zu erzeugen.However, it can also be provided to change the speed and also to modify mud sirens with a different number of rotor blades and/or stator blades in the mud sirens in order to generate the desired frequencies.
Allgemein können eine Vielzahl von Mud-Sirenen innerhalb der Bohrgarnitur zu einer Kombination von einer oder mehreren Reihenschaltungen mit einer oder mehreren Parallelschaltungen angeordnet werden und zum Codieren und zum Übertragen der Information beispielsweise mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden.In general, a plurality of mud sirens can be arranged within the drilling assembly in a combination of one or more series circuits with one or more parallel circuits and can be operated, for example, at different frequencies for coding and transmitting the information.
In noch einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Codiereinrichtung die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene derart ansteuern, dass die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen zum Codieren der mehrere Bits aufweisenden Information angetrieben werden. Um eine möglichst gute Datenübertragung gewährleisten zu können bei einer möglichst geringen Dämpfung der übertragenen Signale ist es vorteilhaft, wenn die unterschiedlichen Frequenzen nicht zu hoch gewählt werden.In another embodiment according to the invention, the coding device can control the first mud siren and the at least one further mud siren in such a way that the first mud siren and the at least one further mud siren are driven at different frequencies to encode the information comprising several bits. In order to ensure the best possible data transmission with the least possible attenuation of the transmitted signals, it is advantageous if the different frequencies are not selected to be too high.
Weiterhin sollten die Frequenzen keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind.Furthermore, the frequencies should not be integer multiples of each other.
Der Codierzeitpunkt kann ein Beginn eines Zeitschlitzes einer Mehrzahl von Zeitschlitzen sein. Der Codierzeitpunkt kann somit beispielsweise derart verstanden werden, dass er den Beginn der Codierung und Übertragung einer mehr Bit-wertigen Information bezeichnet.The coding time can be the start of a time slot of a plurality of time slots. The coding time can thus be understood, for example, as the start of the coding and transmission of information with multiple bits.
Die Frequenzen der Mud-Sirenen im Betrieb können kleiner oder gleich ungefähr 100 Hz sein, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 90 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 80 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 70 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 60 Hz, beispielsweise gemäß dem Patentanspruch 10 kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 40 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 30 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 25 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 20 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 15 Hz.The frequencies of the mud sirens during operation can be less than or equal to approximately 100 Hz, for example less than or equal to approximately 90 Hz, for example less than or equal to approximately 80 Hz, for example less than or equal to approximately 70 Hz, for example less than or equal to approximately 60 Hz, for example according to
Anschaulich ist somit in verschiedenen Vergleichsbeispielen eine Mud-Sirenen-Anordnung bereitgestellt mit mehreren zueinander parallel und/oder seriell geschalteten Mud-Sirenen, die derart angesteuert werden, dass sie einerseits vorzugsweise mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen betrieben werden (beispielsweise derart, dass die unterschiedlichen Frequenzen keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind) und andererseits derart, dass sie zu einem vorgegebenen Codierzeitpunkt jeweils ein vorgebbares Codewort (bei zwei vorgesehenen Mud-Sirenen sind beispielsweise folgende Codeworte vorgesehen: „00“, „01“, „10“, und „11“) codieren und mittels der in dem Bohrgestänge enthaltenen Spülung an die Oberfläche des Bohrlochs, anschaulich an den Anfang des Bohrgestänges, welches sich Übertage befinden kann, übertragen, wo sie dann von einem entsprechend eingerichteten Empfänger empfangen und von einer Decodiereinrichtung decodiert werden.In various comparative examples, a mud siren arrangement is thus clearly provided with a plurality of mud sirens connected in parallel and/or in series, which are controlled in such a way that, on the one hand, they are preferably operated with different operating frequencies (for example, in such a way that the different frequencies are not integer multiples of one another) and, on the other hand, in such a way that they each encode a predeterminable code word at a predetermined coding time (for example, if two mud sirens are provided, the following code words are provided: "00", "01", "10", and "11") and transmit them by means of the fluid contained in the drill rod to the surface of the borehole, clearly to the beginning of the drill rod, which can be located above ground, where they are then received by a suitably configured receiver and decoded by a decoding device.
Als Vergleichsbeispiel wird ein Verfahren zum Codieren und Übertragen von einer mehrere Bits aufweisenden Information offenbart. Das Verfahren kann aufweisen ein Betreiben einer in einer Bohrgarnitur angeordneten ersten Mud-Sirene mit einer ersten Frequenz; ein Betreiben einer in der Bohrgarnitur angeordneten mindestens einen weiteren Mud-Sirene mit einer weiteren Frequenz, die von der ersten Frequenz unterschiedlich ist; und ein Ansteuern der ersten Mud-Sirene und der mindestens einen weiteren Mud-Sirene derart, dass zu einem Codierzeitpunkt mittels der ersten Mud-Sirene und der mindestens einen weiteren Mud-Sirene die mehrere Bits aufweisende Information codiert und übertragen wird.As a comparative example, a method for encoding and transmitting information comprising a plurality of bits is disclosed. The method can comprise operating a first mud siren arranged in a drilling assembly at a first frequency; operating at least one further mud siren arranged in the drilling assembly at a further frequency that is different from the first frequency; and controlling the first mud siren and the at least one further mud siren such that the information comprising a plurality of bits is encoded and transmitted at a coding time by means of the first mud siren and the at least one further mud siren.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein im Wesentlichen inkompressibles Medium (beispielsweise eine im Wesentlichen inkompressible Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder Wasser- oder Ölbasische Bohrspülung) zum Übertragen der Information zur Erdoberfläche durch die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene gespült. Unter einem im Wesentlichen inkompressiblen Medium wird ein Medium verstanden, bei dem, wenn es durch eine Mud-Sirene hindurchströmt, unter Annahme eines bestimmten konstanten Differenzdrucks über der Mud-Sirene immer nur so viel des Mediums (beispielsweise Wasser) durch eine Reihenschaltung mehrerer Mud-Sirenen hindurchströmt, wie durch die Mud-Sirene hindurchpasst, die gerade die kleinste Querschnittsöffnung aller in Reihe geschalteter Mud-Sirenen aufweist.In various embodiments, a substantially incompressible medium (for example a substantially incompressible liquid such as water or water- or oil-based drilling fluid) is flushed through the first mud siren and the at least one further mud siren to transmit the information to the earth's surface. A substantially incompressible medium is understood to mean a medium in which, when it flows through a mud siren, assuming a certain constant differential pressure across the mud siren, only as much of the medium (for example water) flows through a series connection of several mud sirens as fits through the mud siren that has the smallest cross-sectional opening of all the mud sirens connected in series.
Die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene können hintereinander in der Bohrgarnitur angeordnet sein (bezüglich einer Durchströmungsrichtung der Mud-Sirenen-Anordnung).The first mud siren and the at least one further mud siren can be arranged one behind the other in the drilling assembly (with respect to a flow direction of the mud siren arrangement).
Alternativ können die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene nebeneinander in der Bohrgarnitur (bezüglich einer Durchströmungsrichtung der Mud-Sirenen-Anordnung) angeordnet sein.Alternatively, the first mud siren and the at least one further mud siren can be arranged next to each other in the drilling assembly (with respect to a flow direction of the mud siren arrangement).
Es ist allgemein anzumerken, dass bei einer Parallelschaltung mehrerer Mud-Sirenen als TFA die Summe der einzelnen TFAs der individuellen zueinander parallel geschalteten Mud-Sirenen ermittelt wird.It should be noted in general that when several mud sirens are connected in parallel as a TFA, the sum of the individual TFAs of the individual mud sirens connected in parallel is determined.
Ferner können die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen zum Codieren der mehrere Bits aufweisenden Information angetrieben werden.Furthermore, the first mud siren and the at least one further mud siren can be driven at different frequencies for encoding the information comprising multiple bits.
Der Codierzeitpunkt kann ein Beginn eines Zeitschlitzes einer Mehrzahl von Zeitschlitzen sein.The coding time may be a start of a time slot of a plurality of time slots.
Die Frequenzen der Mud-Sirenen im Betrieb können kleiner oder gleich ungefähr 100 Hz sein, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 90 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 80 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 70 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 60 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich ungefähr 40 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 30 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 25 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 20 Hz, beispielsweise kleiner oder gleich 15 Hz.The frequencies of the mud sirens in operation may be less than or equal to approximately 100 Hz, for example less than or equal to approximately 90 Hz, for example less than or equal to approximately 80 Hz, for example less than or equal to approximately 70 Hz, for example less than or equal to approximately 60 Hz, for example less than or equal to approximately 50 Hz, for example less than or equal to approximately 40 Hz, for example less than or equal to 30 Hz, for example less than or equal to 25 Hz, for example less than or equal to 20 Hz, for example less than or equal to 15 Hz.
In verschiedenen Vergleichsbeispielen wird eine Mud-Sirenen-Decodieranordnung bereitgestellt, aufweisend: einen Empfänger, eingerichtet zum Empfangen eines mittels einer Bohrspülung übertragenen Mud-Sirenen-Signals; einen mit dem Empfänger gekoppelten Decoder, eingerichtet zum Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals; wobei der Decoder eingerichtet ist zum Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem ersten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem ersten Frequenzbereich ist, zum Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem zweiten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem zweiten Frequenzbereich ist, und zum Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem dritten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem dritten Frequenzbereich ist.In various comparative examples, a mud siren decoding arrangement is provided, comprising: a receiver configured to receive a mud siren signal transmitted by means of a drilling fluid; a decoder coupled to the receiver configured to decode the received mud siren signal; wherein the decoder is configured to decode the received mud siren signal into a first multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a first frequency range, to decode the received mud siren signal into a second multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a second frequency range, and to decode the received mud siren signal into a third multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a third frequency range.
In einer Ausgestaltung kann der Decoder ferner eingerichtet sein zum Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem vierten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem vierten Frequenzbereich ist oder wenn das empfangenen Mud-Sirenen-Signal im Zeitbereich oder die Energie des empfangenen Mud-Sirenen-Signals im Frequenzbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt und beispielsweise im Wesentlichen kein Druckwellensignal (d.h. keine Veränderung des Druckes gegenüber einem Spülvorgang bei vollkommen geöffneten Mud-Sirene(n)) beispielsweise von dem Empfänger erfasst wird.In one embodiment, the decoder can further be configured to decode the received mud siren signal to a fourth multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a fourth frequency range or if the received mud siren signal in the time range or the energy of the received mud siren signal in the frequency range is below a predetermined threshold value and, for example, essentially no pressure wave signal (i.e. no change in pressure compared to a flushing process with the mud siren(s) fully open) is detected, for example, by the receiver.
In einer Ausgestaltung kann der Empfänger mindestens einen Drucksensor aufweisen zum Empfangen des Mud-Sirenen-Signals.In one embodiment, the receiver may have at least one pressure sensor for receiving the mud siren signal.
In noch einer Ausgestaltung können das erste Mehr-Bit-Signal, das zweite Mehr-Bit-Signal und das dritte Mehr-Bit-Signal jeweils mindestens oder genau zwei Bit aufweisen. In anderen Worten kann die Information, die mittels eines solchen Mehr-Bit-Signals zu einem Codierzeitpunkt bzw. während eines Zeitschlitzes codiert und übertragen wird und somit während eines entsprechenden Empfangs-Zeitschlitzes empfangen wird, mehrere Bits aufweisen, beispielsweise zwei Bits, drei Bits, vier Bits, fünf Bits, oder sogar mehr Bits.In another embodiment, the first multi-bit signal, the second multi-bit signal and the third multi-bit signal can each have at least or exactly two bits. In other words, the information that is encoded and transmitted by means of such a multi-bit signal at a coding time or during a time slot and is thus received during a corresponding reception time slot can have several bits, for example two bits, three bits, four bits, five bits, or even more bits.
Weiterhin können/kann der erste Frequenzbereich und/oder der zweite Frequenzbereich und/oder der dritte Frequenzbereich kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz sein.Furthermore, the first frequency range and/or the second frequency range and/or the third frequency range may be less than or equal to approximately 50 Hz.
In verschiedenen Vergleichsbeispielen wird ein Verfahren zum Empfangen und Decodieren eines Mud-Sirenen-Signals, das mittels einer Bohrspülung, die durch mehrere Mud-Sirenen und durch eine Bohrgarnitur gespült wird, übertragen wird, bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: ein Empfangen von dem mittels der Bohrspülung übertragenen Mud-Sirenen-Signal; ein Ermitteln einer Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals; ein Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem ersten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem ersten Frequenzbereich ist; ein Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem zweiten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem zweiten Frequenzbereich ist; und ein Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem dritten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem dritten Frequenzbereich ist.In various comparative examples, a method is provided for receiving and decoding a mud siren signal transmitted by a drilling fluid that is flushed through a plurality of mud sirens and through a drilling assembly. The method may include: receiving the mud siren signal transmitted by the drilling fluid; determining a frequency of the received mud siren signal; decoding the received mud siren signal into a first multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a first frequency range; decoding the received mud siren signal into a second multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a second frequency range; and decoding the received mud siren signal to a third multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a third frequency range.
In noch einer Ausgestaltung können das erste Mehr-Bit-Signal, das zweite Mehr-Bit-Signal und das dritte Mehr-Bit-Signal jeweils mindestens oder genau zwei Bit aufweisen.In another embodiment, the first multi-bit signal, the second multi-bit signal and the third multi-bit signal can each have at least or exactly two bits.
Weiterhin können/kann der erste Frequenzbereich und/oder der zweite Frequenzbereich und/oder der dritte Frequenzbereich kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz sein.Furthermore, the first frequency range and/or the second frequency range and/or the third frequency range may be less than or equal to approximately 50 Hz.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Mud-Sirenen-Anordnung bereitgestellt, aufweisend: einen Stator, der mindestens einen ersten Teil-Stator und mindestens einen zweiten Teil-Stator aufweist; eine erste Mud-Sirene mit einem ersten Rotor, wobei die erste Mud-Sirene eine erste offene Querschnittsfläche aufweist, wenn der erste Teil-Stator und der erste Rotor sich zumindest teilweise überlappen; eine zweite Mud-Sirene mit einem zweiten Rotor, wobei die zweite Mud-Sirene eine zweite offene Querschnittsfläche aufweist, wenn der zweite Teil-Stator und der zweite Rotor sich zumindest teilweise überlappen; wobei der zweite Teil-Stator den ersten Teil-Stator teilweise umgibt; wobei der zweite Rotor den ersten Rotor teilweise umgibt; wobei die zweite offene Querschnittsfläche die erste offene Querschnittsfläche teilweise umgibt.In various embodiments, a mud siren assembly is provided, comprising: a stator having at least a first partial stator and at least a second partial stator; a first mud siren with a first rotor, the first mud siren having a first open cross-sectional area when the first partial stator and the first rotor at least partially overlap; a second mud siren with a second rotor, the second mud siren having a second open cross-sectional area when the second partial stator and the second rotor at least partially overlap; the second partial stator partially surrounding the first partial stator; the second rotor partially surrounding the first rotor; the second open cross-sectional area partially surrounding the first open cross-sectional area.
Gemäß dem Patentanspruch 2 kann der erste Teil-Stator Teil der ersten Mud-Sirene sein und kann der zweite Teil-Stator kann Teil der zweiten Mud-Sirene sein.According to
Gemäß dem Patentanspruch 3 können der erste Teil-Stator Teil und der zweite Teil-Stator einstückig ausgebildet sein.According to
Anschaulich stellt eine solche Mud-Sirenen-Anordnung eine Parallelanordnung zweier Mud-Sirenen dar. Anschaulich wird die erste Mud-Sirene von der mindestens einen weiteren Mud-Sirene umschlossen. Sowohl die erste Mud-Sirene als auch die zweite Mud-Sirene können eine oder mehrere offene Querschnittsflächen aufweisen (auch bezeichnet als Durchgangsöffnung). In verschiedenen Ausführungsformen kann die Summe der einen oder der mehreren offenen Querschnittsflächen der ersten Mud-Sirene gleich sein der Summe der einen oder der mehreren offenen Querschnittsflächen der zweiten Mud-Sirene. Bei einer solchen Dimensionierung wird die Ermittlung der jeweiligen Betriebsfrequenzen der beiden Mud-Sirenen erheblich vereinfacht.Such a mud siren arrangement clearly represents a parallel arrangement of two mud sirens. Clearly, the first mud siren is enclosed by at least one other mud siren. Both the first mud siren and the second mud siren can have one or more open cross-sectional areas (also referred to as a through opening). In various embodiments, the sum of the one or more open cross-sectional areas of the first mud siren can be equal to the sum of the one or more open cross-sectional areas of the second mud siren. With such dimensioning, the determination of the respective operating frequencies of the two mud sirens is made considerably easier.
Allgemein kann die Mud-Sirenen-Telemetrie mit der Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden zur schnelleren Übermittlung der Untertage gemessenen Informationen (Daten) zur Oberfläche. Mit der Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erzielbare Datenrate in einem herkömmlichen hydraulischen Datenübertragungssystem gegenüber einer herkömmlichen Mud-Sirene vervielfacht (beispielsweise verdoppelt oder verdreifacht) werden. Dadurch können die Bohrungen effizienter und sicherer abgeteuft werden, was zu einer Reduzierung der Bohrkosten führen kann.In general, mud siren telemetry can be used with the mud siren arrangement according to various embodiments for faster transmission of the information (data) measured underground to the surface. With the mud siren arrangement according to various embodiments, the achievable data rate in a conventional hydraulic data transmission system can be multiplied (for example doubled or tripled) compared to a conventional mud siren. This allows the boreholes to be drilled more efficiently and safely, which can lead to a reduction in drilling costs.
Aspekte von Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie Vergleichsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Aspects of embodiments of the invention as well as comparative examples are shown in the figures and are explained in more detail below.
Es zeigen
-
1 ein Spülungspuls-Telemetrie-System mit einem Bohrgestänge und einer Mud-Sirenen-Anordnung gemäß einem Vergleichsbeispiel; -
2 eine Bohrgarnitur gemäß einem Vergleichsbeispiel; -
3A bis 3D eine herkömmliche Mud-Sirene in verschiedenen Durchlass-Zuständen; -
4 ein Diagramm, in dem eine Codierung einer Ein-Bit-Information zur Datenübertragung dargestellt ist zur Vereinfachung des Verständnisses der Erfindung; -
5 eine Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen erfindungsbemäßen Ausführungsbeispielen; -
6A bis 6H eine Darstellung von Zwei-Bit-Mud-Sirenen-Signalen im Zeitbereich und im Frequenzbereich zur Erläuterung der Erfindung; -
7A bis 7D eine Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen in verschiedenen Durchlass-Zuständen zur Vereinfachung des Verständnisses der Erfindung; -
8 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung, in dem die Änderung der offenen Querschnittsfläche der Mud-Sirenen-Anordnung aus6A bis 6D im zeitlichen Verlauf dargestellt ist; -
9A und9B Diagramme zur Erläuterung der Erfindung, in denen eine Mud-Sirenen-Signal-Überlagerung von zwei Mud-Sirenen dargestellt ist; -
10 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Codieren und Übertragen von einer Mehrfach-Bit-Information gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist; -
11 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Empfangen und Decodieren eines Mud-Sirenen-Signals gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist -
12 eine Darstellung eines Beispiels einer Übertragungsfunktion des Strömungskreislaufs in einem Bohrstrang; -
13 eine Darstellung der Ermittlung einer Übertragungsfunktion und der Übertragung der Steuerungsparameter zwischen Übertage und Untertage; -
14 eine Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen; -
15A bis 15E die Mud-Sirenen-Anordnung gemäß 14 in verschiedenen Durchlass-Zuständen; -
16A und16B Diagramme zur Erläuterung der Erfindung, in denen ein von der Mud-Sirenen-Anordnung gemäß 14 erzeugtes Mud-Sirenen-Signal im Zeitbereich (16A) und im Frequenzbereich (16B) dargestellt ist; -
17 eine Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen; -
18 eine Querschnittsansicht der Mud-Sirenen-Anordnung gemäß 17 ; -
19 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Ermitteln eines Signalspektrums gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist, wie es beispielsweise bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kommen kann; -
20 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Ermitteln eines Signalspektrums gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist, wie es beispielsweise bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kommen kann; -
21 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Ermitteln eines Signalspektrums gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist, wie es beispielsweise bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kommen kann; -
22 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Ermitteln eines Signalspektrums gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist, wie es beispielsweise bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kommen kann; -
23 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Ermitteln eines Signalspektrums gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist, wie es beispielsweise bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kommen kann; -
24 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Ermitteln eines Signalspektrums gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist, wie es beispielsweise bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kommen kann; und -
25 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Ermitteln eines Signalspektrums gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen dargestellt ist, wie es beispielsweise bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kommen kann.
-
1 a mud pulse telemetry system with a drill string and a mud siren arrangement according to a comparative example; -
2 a drilling assembly according to a comparative example; -
3A to 3D a conventional mud siren in various states of operation; -
4 a diagram showing a coding of one-bit information for data transmission to facilitate the understanding of the invention; -
5 a mud siren arrangement according to various embodiments of the invention; -
6A to 6H a representation of two-bit mud siren signals in the time domain and in the frequency domain to explain the invention; -
7A to 7D a mud siren arrangement according to various comparative examples in different transmission states to simplify the understanding of the invention; -
8th a diagram to explain the invention, in which the change in the open cross-sectional area of the mud siren arrangement from6A to 6D is shown over time; -
9A and9B Diagrams for explaining the invention, in which a mud siren signal superposition of two mud sirens is shown; -
10 a flowchart showing a method for encoding and transmitting multiple-bit information according to various comparative examples; -
11 a flowchart showing a method for receiving and decoding a mud siren signal according to various comparative examples -
12 a representation of an example of a transfer function of the flow circuit in a drill string; -
13 a representation of the determination of a transfer function and the transfer of the control parameters between above ground and underground; -
14 a mud siren arrangement according to various embodiments of the invention; -
15A to 15E the mud siren arrangement according to14 in different conduction states; -
16A and16B Diagrams for explaining the invention, in which a signal generated by the mud siren arrangement according to14 generated mud siren signal in the time domain (16A) and in the frequency range (16B) is shown; -
17 a mud siren arrangement according to various embodiments of the invention; -
18 a cross-sectional view of the mud siren arrangement according to17 ; -
19 a flow chart showing a method for determining a signal spectrum according to various comparative examples, as can be used, for example, in the embodiments according to the invention; -
20 a flow chart showing a method for determining a signal spectrum according to various comparative examples, as can be used, for example, in the embodiments according to the invention; -
21 a flow chart showing a method for determining a signal spectrum according to various comparative examples, as can be used, for example, in the embodiments according to the invention; -
22 a flow chart showing a method for determining a signal spectrum according to various comparative examples, as can be used, for example, in the embodiments according to the invention; -
23 a flow chart showing a method for determining a signal spectrum according to various comparative examples, as can be used, for example, in the embodiments according to the invention; -
24 a flow chart showing a method for determining a signal spectrum according to various comparative examples, as can be used, for example, in the embodiments according to the invention; and -
25 a flow chart showing a method for determining a signal spectrum according to various comparative examples, as can be used, for example, in the embodiments according to the invention.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "fore", "rear", etc. will be used with reference to the orientation of the figure(s) being described. Since components of embodiments may be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is for purposes of illustration and is in no way limiting. It is to be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is to be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with one another, unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.In this description, the terms "connected", "connected" and "coupled" are used to describe both a direct and an indirect connection, a direct or indirect connection and a direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference numerals where appropriate.
In einem 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-Systeme (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 a borehole, data recorded by the sensors can be transmitted in real time. This data can make an important contribution to safe and cost-effective drilling. Mud pulse telemetry systems can use coded pressure pulses (also known as carriers) to transmit measured information (e.g. directional and geological information) from the borehole and can be transmitted in coded form to the surface in real time.
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.Detecting the pulses and their characteristics (e.g. discontinuity locations, durations and frequencies) from a noise through a signal measured in the mud at a point on the standpipe can be very important for obtaining important information and for making drilling decisions during drilling.
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, different types of wireless telemetry systems may be used for transmission, e.g., quasi-real-time transmission, of 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 von den Sensoren 104 in dem Bohrloch gemessen werden. Die Daten können anschließend codiert werden. Anschließend können, je nach verwendetem Telemetriesystem, die Daten zusätzlich moduliert werden. Der Sender kann angesteuert werden zum Senden der Information zur Oberfläche des Bohrlochs 108.A telemetry system can be used to measure data from the
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 113 (in anderen Worten: Druckwellen 113 in der Bohrspülung 112) gesendet. Die Druck-Wellen 113 breiten sich durch die Bohrspülung 112 innerhalb des Bohrstrangs 110 aus. An der Oberfläche des Bohrlochs 108 wird ein Druckaufnehmer, beispielsweise ein Empfänger 114, verwendet, um das Drucksignal zu messen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann auch mehr als ein Sensor, beispielsweise mehr als ein Druckaufnehmer, beispielsweise mehr als ein Empfänger, verwendet werden. Der Empfänger kann über ein Kabel 122 des Druckpuls-Telemetriesystems (oder die Empfänger können mit einem oder mehreren Kabeln) mit einem Computer 124 verbunden sein.According to one embodiment, a system that may be called pressure pulse telemetry or mud pulse telemetry may be provided. According to one embodiment, the data is sent by generating encoded pressure waves 113 (in other words: pressure waves 113 in the drilling mud 112). The pressure waves 113 propagate through the
Gemäß einer Ausführungsform kann ein System, das elektromagnetisches Telemetriesystem oder elektrodynamisches Telemetriesystem genannt werden kann, bereitgestellt werden.According to one embodiment, a system that may be called an electromagnetic telemetry system or an electrodynamic telemetry system may be provided.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein System, das akustisches Telemetriesystem genannt werden kann, bereitgestellt werden.According to 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 108, z.B. zu dem Werkzeug in dem Bohrloch 108, 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 orders or control commands) can be applied from the surface to a device in the
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 (d.h. Übertage) ausbreiten.The encoded information can be converted into transmitter actuations to induce or generate pulses (in other words, waves) that propagate in the drilling fluid to the surface (i.e., above ground).
Beispielsweise kann die im Folgenden noch näher beschriebene Mud-Sirenen-Anordnung verwendet werden.For example, the mud siren arrangement described in more detail below can be used.
An der Oberfläche (d.h. Übertage) kann ein Empfänger 114 verwendet werden zum Messen des Drucks in der Bohrspülung 112. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mehr als ein Empfänger 114 verwendet werden. Der oder die Empfänger 114 kann (oder die Empfänger können) mit einem Computer 124 verbunden sein über ein Kabel 122 (oder über mehrere Kabel). Nach Empfangen und Messen des Drucks kann der umgekehrte Prozess (Demodulation 150, Decodieren 152 und Rauschfilterung 148) in dem Computer 124 ausgeführt werden, um die Information zu extrahieren.At the surface (i.e., above ground), a
In 148 kann das empfangene Signal einer Rauschfilterung unterzogen werden. In 150 kann das Signal demoduliert werden. In 152 kann das Signal decodiert werden. In 154 können die Daten (in anderen Worten: die Information) extrahiert werden, beispielsweise für eine Echtzeit-Entscheidung. In 156 kann die Information beispielsweise einem Benutzer, beispielsweise einem Bohrmeister, angezeigt werden.In 148, the received signal can be subjected to noise filtering. In 150, the signal can be demodulated. In 152, the signal can be decoded. In 154, the data (in other words, the information) can be extracted, for example for a real-time decision. In 156, the information can be displayed to a user, for example a drilling supervisor.
Beispielsweise weist die Bohrgarnitur 102 einen Bohrmeißel 200 sowie eine Vielzahl von Sensoren auf.For example, the
Beispielsweise kann ein oder können mehrere der folgenden Sensoren in der Bohrgarnitur 102 vorgesehen sein:
- -
ein Inklinationssensor 202, mit dem ermittelt werden kann, welche Neigung die Bohrung hat; - -
ein Drucksensor 204, mit dem ermittelt werden kann, welcherDruck im Bohrloch 108 herrscht; - -
ein Gammasensor 206, mit dem beispielsweise eine Entfernung zu einer Oberkante einer Lagerstätte ermittelt werden kann; - -
ein Widerstandssensor 208, mit dem beispielsweise eine Entfernung zu einer Unterkante einer Lagerstätte ermittelt werden kann; - -
ein Richtungssensor 210, mit dem ermittelt werden kann, ob in gerader Richtung gebohrt wird; - -
ein Vibrationssensor 212, mit dem ermittelt werden kann, ob die Bohrung ruhig läuft oder vibriert; - -
ein Kalibersensor 214, mit dem ein Durchmesser der Bohrung ermittelt werden kann; - -
ein Dichtesensor 216, mit dem ermittelt werden kann, ob es Poren im Gestein gibt, in denen Öl oder Gas zu finden ist; und/oder - -
ein Porösitätssensor 218, mit dem ermittelt werden kann, ob es Poren im Gestein gibt, in denen Öl oder Gas zu finden ist.
- - an
inclination sensor 202, which can be used to determine the inclination of the borehole; - - a
pressure sensor 204, which can be used to determine the pressure prevailing in theborehole 108; - - a
gamma sensor 206, with which, for example, a distance to an upper edge of a deposit can be determined; - - a
resistance sensor 208, with which, for example, a distance to a lower edge of a deposit can be determined; - - a
direction sensor 210, which can be used to determine whether drilling is taking place in a straight direction; - - a
vibration sensor 212, which can be used to determine whether the bore is running smoothly or vibrating; - - a
caliber sensor 214, with which a diameter of the bore can be determined; - - a
density sensor 216 which can be used to determine whether there are pores in the rock in which oil or gas can be found; and/or - - a
porosity sensor 218, which can be used to determine whether there are pores in the rock in which oil or gas can be found.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die gemessenen Daten Informationen enthalten, die während des Bohrens gemessen wurden, um den Bohrungsverlauf zu überwachen und zu steuern (so genannte MWD-Daten), die während des Bohrens geloggt werden, um Information über die Beschaffenheit des durchbohrten Gesteins zu gewinnen (so genannte LWD-Daten) und Daten über den dynamischen Zustand des Bohrstranges 110 und/oder der Bohrgarnitur 102 beim Bohren (Schwingungen, Schläge usw.). According to various embodiments, the measured data may include information measured during drilling to monitor and control the borehole progress (so-called MWD data), information logged during drilling to obtain information about the nature of the drilled rock (so-called LWD data), and data about the dynamic state of the
MWD-Daten können beispielsweise Richtungs-Daten (Inklination, Azimut und Werkzeug-Ausrichtung) enthalten.For example, MWD data can contain direction data (inclination, azimuth and tool orientation).
LWD-Daten können beispielsweise 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/ oder Druck), enthalten.For example, LWD data may include data on gamma radiation, resistivity, density, porosity, caliper, pressure, temperature, seismic activity during drilling, speed of sound, rock hardness, permeability, borehole images, and/or mud properties (such as resistivity, density, hydrogen sulfide content, temperature, and/or pressure).
Daten über Bohr-Dynamiken können enthalten die Meißel-Andruckkraft (englisch: weight on bit) und/ oder Drehmoment an dem Bohrmeißel 200 und in der Bohrgarnitur 102 und Biegemomente zusammen.Data on drilling dynamics may include the weight on bit force and/or torque on the
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 das so genannte „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, drilling optimization, borehole stability, and/or pressure management. This may result in increased production and/or productivity, reduced drilling costs, facilitated risk management, and/or safer drilling.
Ferner kann die Bohrgarnitur 102 eine Mud-Sirenen-Anordnung 222 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen aufweisen, wie sie im Folgenden noch näher erläutert wird. Die Mud-Sirenen-Anordnung 222 kann an dem Ende der Bohrgarnitur 102 vorgesehen sein, die dem Ende gegenüberliegt, an dem der Bohrmeißel 200 angebracht ist.Furthermore, the
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Mud-Sirenen-Anordnung 222 grundsätzlich 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 oder auch bei Seismic-While-Drilling-Anwendungen (deutsch: Seismik-Während-Bohrens-Anwendungen), also in Anwendungen, in denen hohe Datenübertragungsraten erforderlich sind.According to various embodiments, the
Zur näheren Erläuterung der Druckpulstelemetrie wird zunächst unter Verweis auf
Die herkömmliche Mud-Sirene 300 weist üblicherweise einen unbeweglichen Stator 302 (mit einem oder mit mehreren unbeweglichen Statorblättern 304, in dem Beispiel sind vier Statorblätter 304 dargestellt, allgemein kann die Anzahl von Statorblättern 304 jedoch beliebig sein) und einen Rotor 310 (mit einem oder mit mehreren Rotorblättern 312, in dem Beispiel sind vier Rotorblätter 312 dargestellt, allgemein kann die Anzahl von Rotorblättern 312 jedoch beliebig sein) auf. Der Rotor 310 ist um eine Achse rotierbar gelagert. Der Stator 302 ist derart gestaltet, dass das Statorblatt 304 oder die Statorblätter 304 eine oder mehrere Durchflussöffnungen 306 definieren, durch welche, wenn die Mud-Sirene 300 in den Bohrstrang 110 eingesetzt ist, die Bohrspülung 112 hindurchströmen kann. Das Statorblatt 304 oder die Statorblätter 304 blockieren anschaulich die Bohrspülung in 112 in dem Bohrstrang 110. Beispielsweise bilden die Statorblätter 304 Kreissegmente, deren Außenumfang den Außenumfang der Mud-Sirene 300 definiert. Das Rotorblatt 312 oder die Rotorblätter 312 rotieren um eine Achse, die üblicherweise eine gemeinsame Achse mit dem Stator 302 ist. Je nach der Position des oder der Rotorblätter 312 relativ zu dem oder den Statorblättern 304 wird mehr oder weniger Fläche der einen oder der mehreren Durchflussöffnungen 306 des Stators 302 überdeckt, womit mehr oder weniger der von dem Stator 302 durchgelassenen Bohrspülung 112 noch blockiert wird. Auf diese Weise wird die Menge an Bohrspülung 112, die pro Zeiteinheit durch die Mud-Sirene 300 hindurchströmen kann, variiert, womit der Druck innerhalb der Bohrspülung 112 variiert werden kann. Diese Druckänderung kann Übertage mittels eines oder mehrerer Drucksensoren erfasst werden und auf diese Weise können Daten übertragen werden. Üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, sind die Rotorblätter 312 relativ zu den Statorblättern 304 so gestaltet, dass sie zumindest in einer Position im Wesentlichen die gesamte Fläche der Durchflussöffnungen 306 abdecken können, womit ein Durchströmen der Mud-Sirene 300 mit der Bohrspülung 112 im Wesentlichen vollständig blockiert und damit verhindert wird. Der Rotor 310 kann beispielsweise im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Stator 302 rotiert werden.The
Durch diese zyklische Rotation des Rotors 310 relativ zu dem Stator 302 wird eine Druckschwingung in der Bohrspülung 112 erzeugt, die Übertage von dem oder den Drucksensoren erfasst werden kann.This cyclical rotation of the
Es ist darauf hinzuweisen, dass jede beliebige andere Modulationsart, auch alle derzeit an sich bekannten Modulationsarten, in verschiedenen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden können. Beispielsweise wird ein erster Bit-Wert „1“ einem ersten Betriebszustand (beispielsweise „Aktiviert-Zustand“ (An)) der Mud-Sirene zugeordnet und ein zweiter Bit-Wert „0“ wird einen zweiten Betriebszustand (beispielsweise „Deaktiviert-Zustand“ (Aus)) der Mud-Sirene zugeordnet (diese Modulation wird im Folgenden zur Erläuterung der verschiedenen Ausführungsbeispiele verwendet).It should be noted that any other type of modulation, including all types of modulation currently known per se, can be used in various embodiments. For example, a first bit value "1" is assigned to a first operating state (for example "activated state" (on)) of the mud siren and a second bit value "0" is assigned to a second operating state (for example "deactivated state" (off)) of the mud siren (this modulation is used below to explain the various embodiments).
Herkömmlich wird jedoch pro Zeitschlitz nur genau ein Bit codiert und übertragen.Conventionally, however, only exactly one bit is encoded and transmitted per time slot.
In Tabelle 1 ist eine entsprechende Codierung für eine herkömmliche Mud-Sirene dargestellt (einem Aktiviert-Zustand (An) der Mud-Sirene ist ein erster Bit-Wert „1“ zugeordnet und einem Deaktiviert-Zustand (Aus) der Mud-Sirene ist ein zweiter Bit-Wert „0“ zugeordnet): Tabelle 1: Codierung bei einer herkömmlichen Mud-Sirene mit einer Frequenz
Für die Vervielfachung der erzielbaren Datenrate kann die Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen gleichzeitig (d.h. in einem gemeinsamen Zeitschlitz) Druckwellen in der Bohrspülung mit mehreren unterschiedlichen Frequenzen erzeugen, beispielsweise gleichzeitig zwei oder drei oder mehr Frequenzen, und zwar unabhängig voneinander. Mit einer solchen Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können dann pro Zeiteinheit (allgemein zu einem jeweiligen Codierzeitpunkt), beispielsweise pro vorgegebenem Zeitschlitz (vorgegebener Länge) in einem Übertragungsschema mit einer Vielzahl von Zeitschlitzen, mehrere Bits an Information gleichzeitig statt herkömmlicherweise nur ein Bit an Information pro Zeiteinheit (beispielsweise pro Zeitschlitz) übertragen werden. Dies ist beispielhaft in der Tabelle 1 und der Tabelle 2 dargestellt. Ein Zeitschlitz kann beispielsweise eine jeweilige Zeitdauer in einem Bereich von ungefähr 0,1 Sekunden bis ungefähr 1 Sekunde aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,2 Sekunden bis ungefähr 0,9 Sekunden, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,2 Sekunden bis ungefähr 0,8 Sekunden.In order to multiply the achievable data rate, the mud siren arrangement according to various embodiments can simultaneously (i.e. in a common time slot) generate pressure waves in the drilling fluid with several different frequencies, for example two or three or more frequencies simultaneously, independently of one another. With such a mud siren arrangement according to various embodiments, several bits of information can then be transmitted per unit of time (generally at a respective coding time), for example per predetermined time slot (predetermined length) in a transmission scheme with a large number of time slots, instead of conventionally only one bit of information per unit of time (for example per time slot). This is shown by way of example in Table 1 and Table 2. A time slot can, for example, have a respective time duration in a range from approximately 0.1 seconds to approximately 1 second, for example in a range of about 0.2 seconds to about 0.9 seconds, for example in a range of about 0.2 seconds to about 0.8 seconds.
In Tabelle 2 ist beispielhaft eine Codierung für eine Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einer ersten Mud-Sirene und einer zweiten Mud-Sirene, die mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, dargestellt (einem Aktviert-Zustand (An) der jeweiligen Mud-Sirene ist ein jeweiliger erster Bit-Wert „1“ zugeordnet und einem Deaktiviert-Zustand (Aus) der jeweiligen Mud-Sirene ist ein jeweiliger zweiter Bit-Wert „0“ zugeordnet): Tabelle 2: Codierung bei einer Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einer ersten Mud-Sirene und einer zweiten Mud-Sirene mit zwei voneinander unabhängigen Frequenzen
Es ergeben sich somit pro Codierzeitpunkt (beispielsweise pro Zeitschlitz) folgende Zustandskombinationen der beiden Mud-Sirenen, denen jeweils ein eindeutiger 2-Bit-Wert zugeordnet ist:
- - erste Mud-Sirene deaktiviert (ausgeschaltet) und zweite Mud-Sirene deaktiviert (ausgeschaltet):
- erste Bit-Wert-Kombination „0 0“;
- - erste Mud-Sirene deaktiviert (ausgeschaltet) und zweite Mud-Sirene aktiviert (angeschaltet):
- zweite Bit-Wert-Kombination „0 1“;
- - erste Mud-Sirene aktiviert (angeschaltet) und zweite Mud-Sirene deaktiviert (ausgeschaltet):
- dritte Bit-Wert-Kombination „1 0“; und
- - erste Mud-Sirene aktiviert (angeschaltet) und zweite Mud-Sirene aktiviert (angeschaltet):
- vierte Bit-Wert-Kombination „1 1“.
- - first mud siren deactivated (switched off) and second mud siren deactivated (switched off):
- first bit-value combination “0 0”;
- - first mud siren deactivated (switched off) and second mud siren activated (switched on):
- second bit-value combination “0 1”;
- - first mud siren activated (switched on) and second mud siren deactivated (switched off):
- third bit-value combination “1 0”; and
- - first mud siren activated (switched on) and second mud siren activated (switched on):
- fourth bit-value combination “1 1”.
Allgemein können somit bei n unabhängig voneinander einstellbaren Frequenzen (und somit bei n Mud-Sirenen in einer Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen) entsprechend eine Anzahl von n Bits pro Codierzeitpunkt, d.h. pro Zeiteinheit (beispielsweise pro Zeitschlitz) codiert und gesendet werden.In general, with n independently adjustable frequencies (and thus with n mud sirens in a mud siren arrangement according to various embodiments), a number of n bits can be coded and transmitted per coding time, i.e. per time unit (for example per time slot).
Die Mud-Sirenen-Anordnung 500 weist eine Mehrzahl von mindestens zwei Mud-Sirenen 502, 504 auf, in dem in
Wie im Folgenden noch näher erläutert wird sind die erste Mud-Sirene 502 und die zweite Mud-Sirene 504 derart beispielsweise innerhalb der Bohrgarnitur 102 angeordnet und die Codiereinrichtung 506 steuert die erste Mud-Sirene 502 und die zweite Mud-Sirene 504 derart an, dass zu einem Codierzeitpunkt (beispielsweise zu Beginn eines Zeitschlitzes vorgegebener Zeitdauer) mittels der ersten Mud-Sirene 502 und der zweiten Mud-Sirene 504 eine mehrere Bits aufweisende Information codiert und übertragen wird. Die Codierung kann in einer Weise erfolgen, wie sie in der obigen Tabelle 2 dargestellt ist.As will be explained in more detail below, the
Die Codiereinrichtung 506 ist ferner eingerichtet zur Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren, welche beispielsweise ebenfalls in dem Bohrgestänge 102 enthalten sind, beispielsweise mit einem oder mehreren Sensoren, wie sie im Zusammenhang mit
Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass grundsätzlich eine beliebige Anzahl von Mud-Sirenen in der Mud-Sirenen-Anordnung 500 vorgesehen sein können, um die erzielbare Datenrate noch weiter zu erhöhen. Eine solche Mud-Sirenen-Anordnung 500, welche mehrere Mud-Sirenen 502, 504 aufweist, welche mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, kann als auch als Mehrklang-Sirene bezeichnet werden.It should be noted in this context that in principle any number of mud sirens can be provided in the
Ein Grundgedanke einer solchen Mud-Sirenen-Anordnung 500 ist, dass je mehr Frequenzen gleichzeitig zur Datenübertragung genutzt werden, desto mehr Zeichen (auch bezeichnet als Symbole oder Codeworte) können pro Zeitschlitz (auch bezeichnet als Slot) übertragen werden. Oben dargestellte und erläuterte Tabelle 2 illustriert beispielhaft diesen Grundgedanken für eine Mud-Sirenen-Anordnung mit zwei einstellbaren Frequenzen. Es ist zunächst anzunehmen, dass in diesem Fall pro Zeitschlitz jeweils zwei Zeichen gleichzeitig übertragen werden könnten.A basic idea of such a
Es hat sich jedoch in verschiedenen Versuchen folgendes herausgestellt: schaltet man zwei Mud-Sirenen 502, 504 in Reihe, wie es in
Dieser Sachverhalt wird im Folgenden anhand eines nicht einschränkenden konkreten Beispiels verdeutlicht. Auf einer Versuchsanlage wurde eine Reihenschaltung aus zwei Mud-Sirenen wie beispielsweise der Mud-Sirenen 502, 504, installiert, bei der die Mud-Sirenen 502, 504 so eingestellt wurden (mittels der Codiereinrichtung 506), dass die erste Mud-Sirene 502 einen 15 Hz-Ton und die zweite Mud-Sirene 504 einen 39 Hz-Ton erzeugte. Beim Betreiben nur der ersten Mud-Sirene 502 der beiden Mud-Sirenen 502, 504 dieser Mud-Sirenen-Anordnung 500 wurde ein 15 Hz-Ton in die Bohrspülung 112 induziert, die fehlerrobust von dem Empfänger 114 registriert werden konnte. Beim alleinigen Betrieb der zweiten Mud-Sirene 504 wurde ein 39 Hz-Ton in die Bohrspülung 112 induziert, die ebenfalls fehlerrobust von dem Empfänger 114 registriert werden konnte. Beim gleichzeitigen Betrieb der beiden Mud-Sirenen 502, 504 (Betrieb der ersten Mud-Sirene 502 zum Erzeugen eines 15 Hz-Tons und Betrieb der zweiten Mud-Sirene 504 zum Erzeugen eines 39 Hz-Tons) entstanden jedoch zwei dominante Frequenzen, die in diesem Beispiel bei 15 Hz und bei 24 Hz lagen.This situation is illustrated below using a non-limiting concrete example. A series connection of two mud sirens, such as
Es hat sich somit herausgestellt, dass die Mehrklang-Sirene in diesem Beispielfall bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer Mud-Sirenen, welche in Reihe geschaltet sind (anders ausgedrückt in Reihe angeordnet sind), nicht die beiden für die jeweiligen Mud-Sirenen 502,504 eingestellten Einzelfrequenzen in die Bohrspülung 112 und damit in das Rohrsystem induziert, sondern die tiefere eingestellte Frequenz (also die Frequenz, mit der die erste Mud-Sirene 502 betrieben wird, somit 15 Hz) sowie die Differenz aus beiden eingestellten Einzelfrequenzen (in diesem konkreten Einzelfall also 39 Hz -15 Hz = 24 Hz). Bei anderen Drehzahlen (Frequenzen) ergeben sich unter den jeweiligen Betriebsbedingungen durchaus auch andere akustische Zusammenhänge. Die bei gleichzeitigem Betrieb der ersten Mud-Sirene 502 und der zweite Mud-Sirene 504, wie oben beschrieben wurde, entstehenden dominanten Frequenzen sind in einem Frequenzdiagramm 512 in
Weiterhin zeigt
Für die Datenübertragung mittels einer solchen Mud-Sirenen-Anordnung 500 bedeutet dies nun, dass bei einer solchen Reihenschaltung der beiden Mud-Sirenen 502, 504 gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Frequenzen für die Datenübertragung verwendet werden, wie in der folgenden Tabelle 3 dargestellt ist: Tabelle 3: Codierung sowie die zur Datenübertragung genutzten Frequenzen bei einer Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einer ersten Mud-Sirene und einer zweiten Mud-Sirene mit zwei voneinander unabhängigen Frequenzen
Mit dem Symbol „-“ wird angegeben, dass die jeweilige Frequenz nicht in dem erzeugten Mud-Sirenen-Signal enthalten ist. Mit dem Symbol „+“ wird angegeben, dass die jeweilige Frequenz in dem erzeugten Mud-Sirenen-Signal enthalten ist. Mit dem Symbol „(-)“ wird angegeben, dass die jeweilige Frequenz nicht in dem erzeugten Mud-Sirenen-Signal in einer Stärke enthalten ist, dass sie zur Datenübertragung mittels beispielsweise der Bohrspülung verwendet werden könnte.The symbol "-" indicates that the respective frequency is not contained in the generated mud siren signal. The symbol "+" indicates that the respective frequency is contained in the generated mud siren signal. The symbol "(-)" indicates that the respective frequency is not contained in the generated mud siren signal at a strength that could be used for data transmission using, for example, the drilling fluid.
Es ergeben sich somit pro Codierzeitpunkt (beispielsweise pro Zeitschlitz) folgende Zustandskombinationen der beiden Mud-Sirenen, denen jeweils ein eindeutiger 2-Bit-Wert zugeordnet ist, wobei unterschiedliche Frequenzen zur Datenübertragung mittels der Bohrspülung 112 verwendet werden:
- - erste Mud-
Sirene 502 deaktiviert (ausgeschaltet) und zweite Mud-Sirene 504 deaktiviert (ausgeschaltet):- erste Bit-Wert-Kombination „0 0“;
- auf den Betriebsfrequenzen der Mud-
502, 504 wird kein veränderliches Druckwellensignal erzeugt und übertragen;Sirenen
- - erste Mud-
Sirene 502 deaktiviert (ausgeschaltet) und zweite Mud-Sirene 504 aktiviert (angeschaltet):- zweite Bit-Wert-Kombination „0 1“;
- es wird ein veränderliches Druckwellensignal auf der Betriebsfrequenz der ersten Mud-Sirene 502 (15 Hz) erzeugt und übertragen;
- - erste Mud-
Sirene 502 aktiviert (angeschaltet) und zweite Mud-Sirene 504 deaktiviert (ausgeschaltet):- dritte Bit-Wert-Kombination „1 0“;
- es wird ein veränderliches Druckwellensignal auf der Betriebsfrequenz der zweiten Mud-Sirene 504 (39 Hz) erzeugt und übertragen; und
- - erste Mud-
Sirene 502 aktiviert (angeschaltet) und zweite Mud-Sirene 504 aktiviert (angeschaltet):- vierte Bit-Wert-Kombination „1 1“
- es wird ein veränderliches Druckwellensignal auf der Differenzfrequenz (24 Hz) aus der Betriebsfrequenz der zweiten Mud-Sirene 504 (39 Hz) und der Betriebsfrequenz der ersten Mud-Sirene 502 (15 Hz) erzeugt und übertragen.
- -
first mud siren 502 deactivated (switched off) andsecond mud siren 504 deactivated (switched off):- first bit-value combination “0 0”;
- no variable pressure wave signal is generated and transmitted on the operating frequencies of the
502, 504;mud sirens
- -
first mud siren 502 deactivated (switched off) andsecond mud siren 504 activated (switched on):- second bit-value combination “0 1”;
- a variable pressure wave signal is generated and transmitted at the operating frequency of the first Mud Siren 502 (15 Hz);
- -
first mud siren 502 activated (switched on) andsecond mud siren 504 deactivated (switched off):- third bit-value combination “1 0”;
- a variable pressure wave signal is generated and transmitted at the operating frequency of the second Mud Siren 504 (39 Hz); and
- -
first mud siren 502 activated (switched on) andsecond mud siren 504 activated (switched on):- fourth bit-value combination “1 1”
- a variable pressure wave signal is generated and transmitted at the difference frequency (24 Hz) between the operating frequency of the second mud siren 504 (39 Hz) and the operating frequency of the first mud siren 502 (15 Hz).
Es werden somit anschaulich für die vier Zeichen, welche mittels zwei Bit codiert werden können, die jeweiligen Druckwellensignale in der Bohrspülung im Zeitbereich und im Frequenzbereich dargestellt. Im Zeitbereich wird das Signal jeweils für eine Zeitdauer von (also für einen Zeitschlitz der Dauer von) 0,7 Sekunden dargestellt. In Frequenzbereich ist der Bereich von 0 Hz bis 100 Hz dargestellt. Das Signal im Frequenzbereich stellt eine Fast Fourier Transformation des jeweiligen Zeitsignals dar. Allgemein kann jedoch auch eine beliebige andere Spektraltransformation zum Ermitteln der jeweiligen Frequenzbereiche verwendet werden.The respective pressure wave signals in the drilling fluid are thus clearly shown in the time domain and in the frequency domain for the four characters, which can be coded using two bits. In the time domain, the signal is shown for a period of time (i.e. for a time slot of duration) 0.7 seconds. In the frequency domain, the range from 0 Hz to 100 Hz is shown. The signal in the frequency domain represents a fast Fourier transformation of the respective time signal. In general, however, any other spectral transformation can also be used to determine the respective frequency ranges.
Ein erstes Zeitdiagramm 600 in
Ein zweites Zeitdiagramm 620 in
Ein drittes Zeitdiagramm 640 in
Ein viertes Zeitdiagramm 660 in
- -
eine erste Frequenzkomponente 672, die im Wesentlichen die Betriebsfrequenz der ersten Mud-Sirene 502von 15 Hz repräsentiert (siehe viertes Frequenzsignal 678 in einem vierten Frequenzdiagramm 670 in6H) ; - -
eine zweite Frequenzkomponente 676, die im Wesentlichen die Betriebsfrequenz der zweiten Mud- 39 Hz repräsentiert; undSirene 504 von - -
eine dritte Frequenzkomponente 674, die im Wesentlichen die Differenz der beiden obigen Betriebsfrequenzen (in einem anderen Beispiel kann die Beziehung zu den Betriebsfrequenzen anders sein),von 24 Hz repräsentiert.
- - a
first frequency component 672 which essentially represents the operating frequency of thefirst mud siren 502 of 15 Hz (seefourth frequency signal 678 in a fourth frequency diagram 670 in6H) ; - - a
second frequency component 676 which substantially represents the operating frequency of thesecond mud siren 504 of 39 Hz; and - - a
third frequency component 674 which essentially represents the difference of the two operating frequencies above (in another example the relationship to the operating frequencies may be different), of 24 Hz.
Ein solches viertes Zeitsignal 662 dient somit zum Codieren des Zeichens „1 1“ mit zwei Bit. Erfasst der Empfänger (beispielsweise Empfänger 114) beispielsweise ein Signal, das mindestens eine Spektralkomponente in einem dritten Frequenzbereich (beispielsweise in einem Frequenzbereich von 22 Hz bis 26 Hz) aufweist, dessen Amplitude über einem vorgegebenen vierten Schwellenwert liegt, so decodiert er das Signal in dem jeweiligen Zeitschlitz zu dem Zeichen „1 1“. In diesem Beispielfall ist eine deutliche Spektralkomponente in dem dritten Frequenzbereich mit einem Maximum in einem Bereich von ungefähr 24 Hz zu erkennen, womit der Empfänger für diesen Zeitschlitz das Zeichen „1 1“ decodieren würde.Such a
Bei Verwendung von drei oder mehr Mud-Sirenen in einer Reihenschaltung mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen sind die Zusammenhänge zwischen den jeweils individuell eingestellten Einzel-Betriebsfrequenzen der Mud-Sirenen und den in der Bohrspülung und damit in dem Rohrsystem induzierten Frequenzen (insbesondere bei mehreren gleichzeitig aktiven Mud-Sirenen) komplizierter, jedoch prinzipiell von demselben Charakter. Die an den Mud-Sirenen eingestellten Einzel-Betriebsfrequenzen werden in der Bohrspülung und damit in dem Rohrsystem zum Teil durch weitere Frequenzen übertönt, worauf der oder die Empfänger entsprechend kalibriert werden sollten.When using three or more mud sirens in a series connection with different operating frequencies, the relationships between the individually set operating frequencies of the mud sirens and the frequencies induced in the drilling fluid and thus in the pipe system are zen (especially when several mud sirens are active at the same time), but in principle they are of the same nature. The individual operating frequencies set on the mud sirens are partly drowned out by other frequencies in the drilling fluid and thus in the pipe system, so the receiver(s) should be calibrated accordingly.
Somit entstehen anschaulich bei einer Reihenschaltung mehrerer Mud-Sirenen im Betrieb zusätzliche Frequenzen, welche die eingestellten Grundfrequenzen (auch bezeichnet als Einzel-Betriebsfrequenzen) der jeweiligen einzelnen Mud-Sirenen zum Teil deutlich überlagern und somit bei der Decodierung empfängerseitig berücksichtigt werden.This clearly shows that when several mud sirens are connected in series, additional frequencies are generated during operation, which in some cases significantly overlay the set basic frequencies (also referred to as individual operating frequencies) of the respective individual mud sirens and are therefore taken into account during decoding on the receiver side.
Wie oben beschrieben wurde, wird somit bei einem gleichzeitigen Betrieb mehrerer in Reihe geschalteter Mud-Sirenen (wobei eine erste Mud-Sirene einzeln betrieben eine erste Frequenz f1 erzeugt und eine weitere (zweite) Mud-Sirene einzeln betrieben eine zweite Frequenz f2 erzeugt) ein Mehrklang erzeugt, bei dem andere Frequenzen (Störfrequenzen) als die eigentlich zu erzeugenden Frequenzen (f1 und f2) enthalten sind. Die Störfrequenzen sind dabei teilweise deutlich lauter als die eingestellten Grundfrequenzen (f1 bzw. f2). Diese Effekt der „Verstimmung“ wurde gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen erkannt und in ein Codierverfahren überführt und darin berücksichtigt (beispielsweise in einem Modell zum Berechnen der jeweils erforderlichen Betriebsfrequenzen zum Erzeugen der gewünschten Übertragungsfrequenzen innerhalb der Bohrspülung). Anschaulich wird dieses Modell in verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendet, um zu berechnen, mit welchen Drehzahlen die jeweils einzelnen miteinander in Serie geschalteten Mud-Sirenen betrieben werden müssen, damit die gewünschten dominanten Frequenzen in der Druckwelle der Bohrspülung entstehen, welche zur Datenübertragung genutzt werden sollen. Es ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ausführungsbeispielen die verschiedenen Frequenzen alternativ oder zusätzlich auch mittels Einstellens einer entsprechenden Anzahl von Rotorblättern und/oder Statorblättern realisiert werden können. Verschiedene Modelle zur Berechnung der jeweiligen Frequenzen werden im Weiteren noch näher erläutert.As described above, when several mud sirens connected in series are operated simultaneously (where a first mud siren, operated individually, generates a first frequency f1 and another (second) mud siren, operated individually, generates a second frequency f2), a multi-tone is generated that contains frequencies (interference frequencies) other than the frequencies actually to be generated (f1 and f2). The interference frequencies are sometimes significantly louder than the set fundamental frequencies (f1 or f2). This effect of "detuning" was recognized according to various embodiments and transferred to a coding process and taken into account therein (for example in a model for calculating the operating frequencies required in each case to generate the desired transmission frequencies within the drilling fluid). This model is used in various embodiments to calculate the speeds at which the individual mud sirens connected in series must be operated in order to create the desired dominant frequencies in the pressure wave of the drilling fluid, which are to be used for data transmission. It should be noted that in various embodiments the different frequencies can alternatively or additionally be realized by setting a corresponding number of rotor blades and/or stator blades. Various models for calculating the respective frequencies are explained in more detail below.
Somit wird gemäß verschiedenen Vergleichsbeispielen ein Verfahren bereitgestellt, mit dem eine Reihenschaltung aus mehreren einzelnen Mud-Sirenen aufgebaut, konfiguriert und betrieben werden kann, die frei wählbaren Mehrklänge erzeugt, die zu einer schnelleren Datenübertragung genutzt werden können.Thus, according to various comparative examples, a method is provided with which a series connection of several individual mud sirens can be constructed, configured and operated, which generates freely selectable multi-tones that can be used for faster data transmission.
Zum einfacheren Verständnis der „Verstimmung“ der Mehrklang-Mud-Sirenen-Anordnung wird zunächst die Signalentstehung erläutert anhand einer vereinfachten Mud-Sirenen-Anordnung, bei der die Mud-Sirene nur ein Statorblatt und ein Rotorblatt aufweist.To make it easier to understand the “detuning” of the multi-tone mud siren arrangement, the signal generation is first explained using a simplified mud siren arrangement in which the mud siren has only one stator blade and one rotor blade.
Zunächst wird dargestellt, wie groß die resultierende offene Querschnittsfläche (im Folgenden auch bezeichnet als total flow area (TFA)) für die Strömung (beispielsweise für die Bohrspülung) ist, wenn eine einzelne Mud-Sirene betrieben wird (siehe
Beträgt der Drehwinkel α des Rotors 702 relativ zu dem Stator 704 0° oder 360° (vgl.
Analog dazu wird nun eine Reihenschaltung zweier Mud-Sirenen betrachtet. Die Mud-Sirenen sollen mit verschiedenen Frequenzen betrieben werden. Somit hat jeder Rotor 702 der jeweiligen Mud-Sirene seinen eigenen zeitabhängigen Drehwinkel. Dementsprechend erzeugt jede Mud-Sirene ihren eigenen TFA-Verlauf im Zeitbereich und im Frequenzbereich, die jedoch ähnlich sind zu dem in
Da das Medium, beispielsweise die Bohrspülung, das die Mud-Sirene jeweils durchströmt, als im Wesentlichen inkompressibel angesehen werden kann, kann bei einem bestimmten und als konstant angenommenen Differenzdruck über die jeweiligen Mud-Sirene immer nur so viel Medium, beispielsweise Wasser, beispielsweise Bohrspülung, durch die Reihenschaltung mehrerer Mud-Sirenen hindurchströmen, wie durch die Mud-Sirene hindurchpasst, die gerade das kleinste TFA von allen in der Reihenschaltung vorhandenen Mud-Sirenen aufweist.Since the medium, for example the drilling fluid, that flows through the mud siren can be regarded as essentially incompressible, at a certain differential pressure that is assumed to be constant across the respective mud sirens, only as much medium, for example water, for example drilling fluid, can flow through the series connection of several mud sirens as fits through the mud siren that has the smallest TFA of all the mud sirens in the series connection.
Dieses Verständnis wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem entsprechenden mathematischen Modell verwendet um zu berechnen, mit welchen Drehzahlen die jeweiligen einzelnen (beispielsweise zwei) Mud-Sirenen betrieben werden müssen, damit zwei oder mehr gewünschte Frequenzen in die Strömung (beispielsweise in die Bohrspülung) induziert werden. Der Betrieb einer Multifrequenz-Mud-Sirene ist somit ermöglicht worden.This understanding is used in various embodiments in a corresponding mathematical model to calculate the speed at which the respective individual (for example two) mud sirens must be operated so that two or more desired frequencies are induced in the flow (for example in the drilling fluid). The operation of a multi-frequency mud siren is thus made possible.
Zu Beginn des Verfahrens wird üblicherweise im Rahmen einer „Kalibrierungsphase“ eine Übertragungsfunktion eines Strömungskreislaufs in einem Rohrsystem, in dem die Daten übertragen werden, beispielsweise eine Übertragungsfunktion des mit dem Übertragungsmedium, beispielsweise der Bohrspülung 112, gefüllten Bohrstrangs 110, ermittelt (Block 1002). Anschaulich wird in diesem Teilprozess ermittelt, welche Frequenzen sich für eine Datenübertragung des konkreten Systems besonders gut eignen, anders ausgedrückt, Signale welcher Frequenzen werden im Rahmen der Druckwellen-Signalübertragung in den Bohrstrang 110 ausreichend gering gedämpft, so dass die Druckwellensignale noch übertägigen von dem Empfänger 114 in ausreichender Qualität empfangen werden können.At the beginning of the method, a transfer function of a flow circuit in a pipe system in which the data is transmitted, for example a transfer function of the
Die Ermittlung und die spätere Festlegung der Frequenzen, die sich für die Datenübertragung ausreichend gut eignen, ist für jeden Einsatzfall und für jedes Rohrsystem, also für jeden Bohrstrang 110 individuell durchzuführen. Da sich die Übertragungsfunktion mit jeder neu aufgeschraubten Bohrstange ändert, ist die Übertragungsfunktion auch im laufenden Betrieb immer wieder neue zu ermitteln. Durch Reflexionen und Interferenzen in dem Bohrstrang 110 werden einige Frequenzen verstärkt und andere gedämpft oder sogar ganz ausgelöscht. Je nach den Dimensionen des Bohrstranges 110, der Position des Empfängers 114 (das heißt anschaulich der Position des einen oder der mehreren Sensoren, beispielsweise Druckaufnehmer) beispielsweise am Steigrohr und der Beschaffenheit der Bohrspülung 112 ergeben sich für den Übertragungskanal jeweils unterschiedliche individuelle Pass-Frequenzbänder und Stopp-Frequenzbänder, und damit Frequenzen (d.h. Signale mit solchen Frequenzen), die sich zwischen dem untertägigen Sender und dem übertägigen Empfänger 114 übertragen und erkennen lassen und solchen Frequenzen (d.h. Signale mit solchen Frequenzen), die zu stark gedämpft werden, und somit nicht mehr für den Empfänger erfassbar sind. Wenn man die Amplitude des Signals, das an dem Empfänger 114 ankommt, in ein Verhältnis setzt zu der oder den Amplituden des von dem Mud-Sirenen erzeugten Signals, so erhält man die so genannte Übertragungsfunktion des Kanals, in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Übertragungsfunktion des mit der Bohrspülung 112 gefüllten Bohrstrangs 110.The determination and subsequent determination of the frequencies that are sufficiently suitable for data transmission must be carried out individually for each application and for each pipe system, i.e. for each
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Übertragungsfunktion 1200 (siehe
Nachdem die Frequenzbänder ermittelt worden sind (d.h. nachdem die Übertragungsfunktion ermittelt worden ist), in denen eine Signalübertragung mit ausreichend geringer Dämpfung möglich ist, werden mindestens drei Frequenzen ermittelt, die zur Übertragung von Daten in dem Rohrsystem, beispielsweise in den Bohrstrang 110 verwendet werden sollen (Block 1004).After the frequency bands have been determined (i.e., after the transfer function has been determined) in which signal transmission with sufficiently low attenuation is possible, at least three frequencies are determined that are to be used for transmitting data in the pipe system, for example in the drill string 110 (block 1004).
Wie im Folgenden noch näher erläutert wird kann das Ermitteln der Übertragungsfunktion und auch das Ermitteln der mindestens drei Frequenzen von einem übertägigen Computer (beispielsweise dem Computer 112) durchgeführt werden.As will be explained in more detail below, the determination of the transfer function and also the determination of the at least three frequencies can be carried out by a surface computer (for example, the computer 112).
Anschließend können in 1006 mindestens zwei der drei ermittelten Frequenzen an die Codiereinrichtung 506 in dem Bohrgestänge 102 übertragen werden. Die übertragenen Frequenzen geben der Codiereinrichtung 506 die Betriebsfrequenzen der mindestens zwei Mud-Sirenen 502, 504 an. Die Übertragung im Downlink der mindestens zwei Frequenzen kann durch Übertragung des absoluten Wertes oder durch einen Index oder durch irgendeine andere Art der direkten oder indirekten (referenzierten) Übertragung der Frequenzwerte erfolgen.Subsequently, in 1006, at least two of the three determined frequencies can be transmitted to the
Nachdem die Codiereinrichtung 506 nunmehr die Steuerungsinformation erhalten hat, anders ausgedrückt die Steuerungsanweisung nunmehr zur Verfügung hat, d.h. anschaulich die Information, mit welchen Frequenzen die beiden Mud-Sirenen (beispielsweise die mindestens zwei Mud-Sirenen 502, 504) betrieben werden sollen, beginnt die Codiereinrichtung 506 die Übertragung von Daten (von Untertage nach Übertage), indem sie die zu übertragenden Daten in Zeichen (Symbolen) von jeweils mindestens zwei Bit Länge codiert, wie oben beschrieben wurde, und diese Mehrfach-Bit-Information pro Zeitschlitz (anders ausgedrückt ein Zeichen oder Symbol pro Zeitschlitz) mittels der entsprechenden Ansteuerung der zwei Mud-Sirenen 502, 504 zu dem Empfänger 114 überträgt. Somit erfolgt in 1008 ein Codieren von mehrere Bits aufweisender Information und ein Übertragen derselben mittels Betreibens von mindestens zwei Mud-Sirenen 502, 504 mit den zwei übermittelten Frequenzen gemäß der jeweils vorgegebenen Codierungsvorschrift, wie sie beispielsweise in obiger Tabelle 3 dargestellt und beschrieben worden ist.After the
Die von den Mud-Sirenen 502,504 erzeugten Druckwellen in dem Rohrsystem, beispielsweise in der Bohrspülung 112 des Bohrstranges 110, werden mittels eines Empfängers, der beispielsweise einen oder mehrerer Drucksensoren aufweist, beispielsweise mittels des Empfängers 114, Übertage empfangen. Anders ausgedrückt wird ein Mud-Sirenen-Signal empfangen (Block 1102).The pressure waves generated by the
Im Rahmen des empfangenen des Mud-Sirenen-Signals 1102 und/oder nach dem empfangen des Mud-Sirenen-Signals 1102 wird die mindestens eine Signalfrequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals ermittelt, anders ausgedrückt werden die einer oder mehreren Frequenzkomponenten des empfangenen Mud-Sirenen-Signals ermittelt (Block 1104).As part of the reception of the
In 1106 erfolgt ein Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einer mehrere Bits aufweisenden Information abhängig von der ermittelten mindestens einen Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals. Dies kann beispielsweise auf folgende Weise geschehen.
- - Das empfangene Mud-Sirenen-Signal kann zu einem ersten Mehr-Bit-Signal decodiert werden, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem ersten Frequenzbereich liegt; so kann beispielsweise das empfangene Mud-Sirene-Signal gemäß der oben dargestellten Tabelle 3 zu der Bitsequenz „1 0“ für einen jeweiligen Zeitschlitz decodiert werden, wenn das empfangene Mud-Sirenen-Signal in einem jeweiligen Zeitschlitz im Wesentlichen eine Frequenz aufweist, die der Betriebsfrequenz der ersten Mud-Sirene entspricht, also beispielsweise eine Frequenz von ungefähr 15 Hz aufweist.
- - Das empfangene Mud-Sirenen-Signal kann zu einem zweiten Mehr-Bit-Signal decodiert werden, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem zweiten Frequenzbereich liegt; so kann beispielsweise das empfangene Mud-Sirene-Signal gemäß der oben dargestellten Tabelle 3 zu der Bitsequenz „0 1“ für einen jeweiligen Zeitschlitz decodiert werden, wenn das empfangene Mud-Sirenen-Signal in einem jeweiligen Zeitschlitz im Wesentlichen eine Frequenz aufweist, die der Betriebsfrequenz der zweiten Mud-Sirene entspricht, also beispielsweise eine Frequenz von ungefähr 39 Hz aufweist.
- - Das empfangene Mud-Sirenen-Signal kann zu einem dritten Mehr-Bit-Signal decodiert werden, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem dritten Frequenzbereich liegt; so kann beispielsweise das empfangene Mud-Sirene-Signal gemäß der oben dargestellten Tabelle 3 zu der Bitsequenz „1 1“ für einen jeweiligen Zeitschlitz decodiert werden, wenn das empfangene Mud-Sirenen-Signal in einem jeweiligen Zeitschlitz im Wesentlichen eine Frequenzkomponente aufweist, die beispielsweise der Differenzfrequenz der Betriebsfrequenzen der zweiten Mud-Sirene und der Betriebsfrequenzen der ersten Mud-Sirene entspricht, also beispielsweise eine Frequenzkomponente von ungefähr 24 Hz aufweist.
- - Das empfangene Mud-Sirenen-Signal kann zu einem vierten Mehr-Bit-Signal decodiert werden, wenn beispielsweise das empfangene Signal keine Frequenzkomponente aufweist, deren Amplitude größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert; so kann beispielsweise das empfangene Mud-Sirene-Signal gemäß der oben dargestellten Tabelle 3 zu der Bitsequenz „0 0“ für einen jeweiligen Zeitschlitz decodiert werden, wenn das empfangene Mud-Sirenen-Signal in einem jeweiligen Zeitschlitz im Wesentlichen keine Frequenzkomponente mit ausreichender Amplitude aufweist.
- - The received mud siren signal can be decoded to a first multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a first frequency range; for example, the received mud siren signal can be decoded to the bit sequence "1 0" for a respective time slot according to Table 3 shown above if the received mud siren signal in a respective time slot essentially has a frequency that corresponds to the operating frequency of the first mud siren, for example has a frequency of approximately 15 Hz.
- - The received mud siren signal can be decoded to a second multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a second frequency range; for example, the received mud siren signal can be decoded to the bit sequence "0 1" for a respective time slot according to Table 3 shown above if the received mud siren signal in a respective time slot essentially has a frequency that corresponds to the operating frequency of the second mud siren, for example has a frequency of approximately 39 Hz.
- - The received mud siren signal can be decoded to a third multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a third frequency range; for example, the received mud siren signal can be decoded to the bit sequence “1 1” for a respective time slot according to Table 3 shown above if the received mud siren signal in a respective time slot essentially has a frequency component which corresponds, for example, to the difference frequency of the operating frequencies of the second mud siren and the operating frequencies of the first mud siren, that is to say, for example, has a frequency component of approximately 24 Hz.
- - The received mud siren signal may be decoded into a fourth multi-bit signal if, for example, the received signal does not have a frequency component whose amplitude is greater than a predetermined threshold; for example, the received mud siren signal may be decoded into the bit sequence "0 0" for a respective time slot according to Table 3 shown above if the received mud siren signal in a respective time slot substantially does not have a frequency component with sufficient amplitude.
Nachdem für einen jeweiligen Zeitschlitz die Bitsequenz mit mehreren Bits decodiert worden ist, wird die auf diese Weise die codierte mehrere Bits aufweisende Information ausgegeben (Block 1108).After the multi-bit bit sequence has been decoded for a respective time slot, the information comprising the multi-bit coded in this way is output (block 1108).
Anschließend wird das Verfahren für den nächsten Zeitschlitz, allgemein für eine anschließende Zeitperiode, wiederholt. Es ist anzumerken, dass das Verfahren selbstverständlich auch für mehrere Zeitschlitze im Wesentlichen parallel durchgeführt werden kann oder auch ein Mud-Sirenen-Signal für eine Vielzahl von Zeitschlitzen empfangen wird und erst nach Empfangen eines „längeren“ Mud-Sirenen-Signals die Decodierung durchgeführt wird.The procedure is then repeated for the next time slot, generally for a subsequent time period. It should be noted that the procedure can of course also be carried out for several time slots essentially in parallel or a mud siren signal can be used for a large number of time slots and decoding is only carried out after receiving a “longer” mud siren signal.
Alternativ kann es in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass der Sweep von Übertage nach Untertage geschickt wird und der untertägige Computer das Ergebnis direkt untertage auswertet und entsprechende Frequenzen selbst festlegt.Alternatively, in various embodiments, it can be provided that the sweep is sent from above ground to underground and the underground computer evaluates the result directly underground and determines the corresponding frequencies itself.
Zusammenfassend werden Daten mittels Druckwellen bei spezifischen Frequenzen übertragen. Die Druckwellen werden mit einem Mehrfrequenzpulser (Sender), der mehrere Mud-Sirenen aufweist, untertage erzeugt und übertage mittels Drucksensoren (Empfänger) wieder empfangen. Einige Frequenzen werden durch Reflexionen und Interferenzen in dem Bohrstrang 110 verstärkt und andere Frequenzen werden gedämpft oder sogar ganz ausgelöscht. Deswegen weist der Frequenzgang des Übertragungskanals (gebildet unter anderem von der Bohrspülung) Durchlass-Frequenzbereiche und Sperr-Frequenzbereiche auf. Eine adaptive bzw. frequenzselektive Technik wird eingesetzt, um die Durchlass-Frequenzbänder zu identifizieren. Dabei führt der Sender einen so genannten Sweep durch (Durchfahren aller Frequenzen mit konstanter Amplitude), während das Signal an dem Empfänger gemessen wird. Diejenigen Frequenzen, die an dem Empfänger mit den größten Amplituden ankommen sind, sind diejenigen, die am besten zur Datenübertragung genutzt werden können. Meist kommen nur relativ wenige Frequenzen zur Datenübertragung in Betracht, beispielsweise auch deshalb, weil eher hohe Frequenzen oberhalb von ungefähr 20 Hz eine sehr starke Signaldämpfung erfahren und somit zur Datenübertragung in Tiefbohrungen generell weniger geeignet sind. Weiterhin sollten die zur Datenübertragung genutzten Frequenzen keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sein, die Kombination beispielsweise von 5 Hz und 20 Hz sollte vermieden werden. Auch sollten sich die gewählten Frequenzen so weit voneinander unterscheiden, dass eine einfache, klare und fehlerrobuster Unterscheidung durch einen Auswertealgorithmus möglich ist.In summary, data is transmitted using pressure waves at specific frequencies. The pressure waves are generated underground using a multi-frequency pulser (transmitter) that has several mud sirens and received again above ground using pressure sensors (receivers). Some frequencies are amplified by reflections and interference in the
Die übertägig als am besten zur Datenübertragung geeignet erachteten Frequenzen werden zunächst anhand des im Folgenden noch näher beschriebenen mathematischen Modells ermittelt.The frequencies considered most suitable for data transmission above ground are initially determined using the mathematical model described in more detail below.
Das im Folgenden noch näher erläuterte mathematische Modell erlaubt es zu berechnen, welche Drehzahlen (bzw. Oszillationsraten), anders ausgedrückt welche Betriebsfrequenzen, an den untertägigen Mud-Sirenen eingestellt werden sollten, damit die gewünschten Frequenzen in den Spülungskanal induziert werden. Diese Drehzahlen (bzw. Oszillationsraten) werden mittels eines „Downlink“-Kommunikationskanals (Übertragung von Daten von Übertage nach Untertage zu einer Mud-Sirene oder einer Codiereinrichtung, die sich in dem Bohrloch befindet) an die Sendeinheit übertragen, die dann an den Mud-Sirenen die entsprechenden Drehzahlen bzw. Oszillationsraten einstellt.The mathematical model explained in more detail below makes it possible to calculate which speeds (or oscillation rates), in other words which operating frequencies, should be set on the underground mud sirens so that the desired frequencies are induced in the mud channel. These speeds (or oscillation rates) are transmitted via a "downlink" communication channel (transmission of data from the surface to the underground to a mud siren or a coder located in the borehole) to the transmitter unit, which then sets the corresponding speeds or oscillation rates on the mud sirens.
Beispielsweise werden zwei Mud-Sirenen in Reihenschaltung eingesetzt, um 2 Bits pro Zeitschlitz übertragen zu können in diesem Zusammenhang sollen drei Frequenzen (f1, f2 und f3) ausgewählt werden wobei gilt:
Eine erste Mud-Sirene erzeugt die erste Frequenz f1 und eine zweite Mud-Sirene erzeugt die zweite Frequenz f2; zur Datenübertragung werden aber alle drei Frequenzen (f1, f2 und f3) verwendet, wie oben beschrieben worden ist Es ist darauf hinzuweisen, dass die Anpassung der Frequenzen der Mud-Sirenen jedoch nicht nur durch Einstellung der Drehzahl verändert werden kann, sondern (alternativ oder zusätzlich) auch durch Veränderung der Flügelzahl von Rotor und Stator, anders ausgedrückt durch Veränderung bzw. Einstellen einer entsprechenden Anzahl von Rotorblättern und/oder Statorblättern der jeweiligen Mud-Sirene(n).A first mud siren generates the first frequency f1 and a second mud siren generates the second frequency f2; however, all three frequencies (f1, f2 and f3) are used for data transmission, as described above. It should be noted that the frequencies of the mud sirens can be adjusted not only by adjusting the speed, but (alternatively or additionally) also by changing the number of blades of the rotor and stator, in other words by changing or increasing the number of blades. Setting an appropriate number of rotor blades and/or stator blades of the respective Mud Siren(s).
Im Folgenden wird nun eine Parallelschaltung von mehreren Mud-Sirenen, beispielsweise von zwei Mud-Sirenen, näher erläutert.In the following, a parallel connection of several mud sirens, for example two mud sirens, is explained in more detail.
Es ist darauf hinzuweisen, dass bei Verwendung von einer Parallelschaltung zweier Mud-Sirenen nur die zwei Betriebsfrequenzen der Mud-Sirenen (f1 und f2) zur Datenübertragung verwendet werden, die an den beiden Mud-Sirenen (beispielsweise an den beiden Mud-Sirenen 502, 504) eingestellt sind.It should be noted that when using a parallel connection of two Mud sirens, only the two operating frequencies of the Mud sirens (f1 and f2) are used for data transmission, which are set on the two Mud sirens (for example on the two
Das oben beschriebene so genannte Sweep kann auch in diesem Fall von der Übertageeinheit (beispielsweise von dem Computer 112) zu der Untertageeinheit (beispielsweise zu der Codiereinheit 506) geschickt werden, wobei die manuelle Auswertung der Frequenzen in diesem Fall nicht mehr vorgesehen ist. Die Übertageeinheit kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen automatisiert werden, indem sie das Sweep-Signal empfangen kann und die Frequenzen automatisch auswerten kann und ferner den Sender über die am besten geeigneten Frequenzen zur Datenübertragung informieren kann.The so-called sweep described above can also be sent in this case from the above-ground unit (for example from the computer 112) to the below-ground unit (for example to the coding unit 506), whereby manual evaluation of the frequencies is no longer provided in this case. The above-ground unit can be automated in various embodiments in that it can receive the sweep signal and automatically evaluate the frequencies and can also inform the transmitter about the most suitable frequencies for data transmission.
So weist in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Mud-Sirenen-Anordnung 1400 einen Stator auf, der mindestens einen ersten Teil-Stator 1402 und mindestens einen zweiten Teil-Stator 1404 aufweist. Die Mud-Sirenen-Anordnung 1400 weist ebenfalls eine erste Mud-Sirene auf mit einem ersten Rotor 1406 und eine zweite Mud-Sirene mit einem zweiten Rotor 1408.Thus, in various embodiments, the
Die erste Mud-Sirene weist eine erste offene Querschnittsfläche auf, wenn der erste Teil-Stator 1402 und der erste Rotor 1406 sich zumindest teilweise überlappen. Die zweite Mud-Sirene weist eine zweite offene Querschnittsfläche auf, wenn der zweite Teil-Stator 1404 und der zweite Rotor 1408 sich zumindest teilweise überlappen. Wenn nur ein Teil der ersten offenen Querschnittsfläche und/oder der zweiten offenen Querschnittsfläche nicht von dem jeweiligen Rotor 1406, 1408 überdeckt ist, so kann durch diese Öffnung das Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, beispielsweise die Bohrspülung 112, strömen. Durch die Veränderung der Größe der insgesamt offenen Querschnittsfläche, also der Summe der zu einem jeweiligen Zeitpunkt nicht von dem ersten Rotor 1406 überdeckten ersten offenen Querschnittsfläche und der zu dem Zeitpunkt nicht von dem zweiten Rotor 1408 überdeckten zweiten offenen Querschnittsfläche, werden Druckwellen in dem Medium erzeugt und es wird ein Mud-Sirenen-Signal codiert und übertragen, wie oben im Zusammenhang einer Reihenschaltung von mehreren Mud-Sirenen schon im Detail erläutert wurde. In verschiedenen Ausführungsbeispielen umgibt der zweite Teil-Stator 1404 den ersten Teil-Stator 1402 teilweise. Ferner umgibt der zweite Rotor 1408 den ersten Rotor 1406 teilweise. Die zweite offene Querschnittsfläche umgibt die erste offene Querschnittsfläche teilweise. Mittels Rotierens des ersten Rotors 1406 relativ zu dem ersten Teil-Stator 1402 um eine Rotationsachse wird die erste offene Querschnittsfläche verändert. Mittels Rotierens des zweiten Rotors 1408 relativ zu dem zweiten Teil-Stator 1404 um eine Rotationsachse (wobei eine gemeinsame Rotationsachse die beiden Rotationsachsen bilden kann) wird die zweite offene Querschnittsfläche verändert. Der erste Rotor 1406 und der zweite Rotor 1408. werden mit unterschiedlichen Frequenzen rotiert, d.h. angetrieben.The first mud siren has a first open cross-sectional area when the first
Anschaulich bilden der erste Teil-Stator 1402 und der erste Rotor 1406 eine erste Mud-Sirene und der zweite Teil-Stator 1404 und der zweite Rotor 1408 bilden eine zweite Mud-Sirene.Clearly, the first
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können der erste Teil-Stator und der zweite Teil-Stator einstückig ausgebildet sein, alternativ getrennt voneinander. Ferner können die Statoren und Rotoren jeweils aus einem oder mehreren Statorblättern und/oder Rotorblättern gebildet werden.In various embodiments, the first partial stator and the second partial stator can be formed in one piece, or alternatively separately from one another. Furthermore, the stators and rotors can each be formed from one or more stator blades and/or rotor blades.
Bei geeigneter Auswahl der beiden Betriebsfrequenzen für den ersten Rotor 1406 und den zweiten Rotor 1408 ist ebenfalls eine Codierung einer mehrere Bits aufweisenden Information, d.h. eine Codierung eines Zeichens oder Symbols zu je einem Zeitschlitz möglich, das mehrere Bits aufweist.With a suitable selection of the two operating frequencies for the
Bei der Mud-Sirenen-Anordnung 1400 können zwei Rotoren bezüglich zweier Teil-Statoren unabhängig voneinander betrieben werden. Die Mud-Sirenen-Anordnung 1400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann mehrere Frequenzen, beispielsweise zwei Frequenzen, gleichzeitig unabhängig voneinander erzeugen. Vorteilhaft bei einer solchen Parallelschaltung mehrerer Mud-Sirenen gegenüber einer Reihenschaltung mehrerer Mud-Sirenen, wie sie oben beschrieben worden ist, ist, dass keine Störfrequenzen erzeugt werden. Wenn beide Mud-Sirenen der Mud-Sirenen-Anordnung 1400 gleichzeitig aktiviert sind, wird im Gegensatz zur Reihenschaltung ein Mehrklang erzeugt, der genau den Drehzahlen (d.h. den Frequenzen) der einzelnen Rotoren 1406, 1408 entspricht.In the
In den
Beträgt der Drehwinkel α1 des ersten Rotors 1406 relativ zu dem ersten Teil-Stator 1402 135° und der Drehwinkel α2 des zweiten Rotors 1408 relativ zu dem zweiten Teil-Stator 1404 45°, so überdecken Teile der Rotorblätter der Rotoren 1406, 1408 einen Teil der jeweiligen offenen Querschnittsflächen und es ergibt sich ein TFA1, das zwischen TFAmax und TFAmin liegt (siehe
Beträgt der Drehwinkel α1 des ersten Rotors 1406 relativ zu dem ersten Teil-Stator 1402 180° und der Drehwinkel α2 des zweiten Rotors 1408 relativ zu dem zweiten Teil-Stator 1404 180°, so stehen die Rotorblätter der Rotoren 1406, 1408 im Wesentlichen vollständig hinter den Statorblättern der Teil-Statoren 1402, 1404 und geben den gesamten halbkreisförmigen Querschnitt, anders ausgedrückt die gesamte offene Querschnittsfläche 1502 frei (vgl.
Beträgt der Drehwinkel α1 des ersten Rotors 1406 relativ zu dem ersten Teil-Stator 1402 270° und der Drehwinkel α2 des zweiten Rotors 1408 relativ zu dem zweiten Teil-Stator 1404 90°, so überdecken wiederum Teile der Rotorblätter der Rotoren 1406, 1408 einen Teil der jeweiligen offenen Querschnittsflächen und es ergibt sich ein TFA2, das ebenfalls zwischen TFAmax und TFAmin liegt (siehe
Beträgt der Drehwinkel α1 des ersten Rotors 1406 relativ zu dem ersten Teil-Stator 1402 90° und der Drehwinkel α2 des zweiten Rotors 1408 relativ zu dem zweiten Teil-Stator 1404 315°, so überdecken wiederum Teile der Rotorblätter der Rotoren 1406, 1408 einen Teil der jeweiligen offenen Querschnittsflächen und es ergibt sich ein TFA3, das ebenfalls zwischen TFAmax und TFAmin liegt (siehe
Die Mud-Sirenen-Anordnung 1700 ist in einem Bohrgestänge 1702 angeordnet und weist einen unbeweglichen Stator 1704 auf, einen innen halbkreisförmigen (ersten) Rotor 1706 und einen diesen teilweise umgebenden außen halbkreisförmigen (zweiten) Rotor 1708 auf. Die Mud-Sirenen-Anordnung 1700 weist ferner einen ersten Antrieb 1710 für den ersten Rotor 1706 auf sowie einen zweiten Antrieb 1712 für den zweiten Rotor 1708. Es ist darauf hinzuweisen, dass der erste Antriebs 1710 und der zweite Antrieb 1712 auch als gemeinsamer kombinierter Antrieb implementiert sein kann. Die beiden Rotoren 1706, 1708 können mittels einer Wellen-Hohlwellenkombination 1714 miteinander und mit den Antrieben 1710, 1712 verbunden, beispielsweise mechanisch gekuppelt sein.The
Ein Teil des Stators 1704, der erste Rotor 1706, der erste Antrieb 1710 sowie die Antriebswelle zum Antreiben des ersten Rotors 1706 mittels des ersten Antriebs 1710, die Teil der Wellen-Hohlwellenkombination 1714 ist, bildet eine erste Mud-Sirene in der Mud-Sirenen-Anordnung 1700.A part of the
Ein Teil des Stators 1704, der zweite Rotor 1708, der zweite Antrieb 1712 sowie die Antriebswelle zum Antreiben des zweiten Rotors 1708 mittels des zweiten Antriebs 1712, die Teil der Wellen-Hohlwellenkombination 1714 ist, bildet eine zweite Mud-Sirene in der Mud-Sirenen-Anordnung 1700.A portion of the
Der Betrieb der Mud-Sirenen-Anordnung 1700 zum Codieren von Informationen, welche mehrere Bits aufweist, zu einem jeweiligen Codierzeitpunkt, beispielsweise zu einem jeweiligen Zeitschlitz, ist im Wesentlichen gleich dem Betrieb der Mud-Sirenen-Anordnung 1400 gemäß
In den
In den jeweiligen Berechnungsvorschriften wird folgende Nomenklatur verwendet:
- - TFA1(t) bezeichnet die so genannte Total Flow Area-Funktion über die Zeit einer ersten Mud-Sirene von zwei oder mehr als zwei in Reihe oder parallel angeordneten Mud-Sirenen einer Mud-Sirenen-Anordnung;
- - n bezeichnet einen Berechnungsschritt-Index und ist eine ganze natürliche Zahl, die
von 0 bis (B-1) läuft (n = 0, 1, 2, 3, ..., (B-1)) (er wird nur verwendet, wenn der jeweilige Rotor mehrere Rotorblätter aufweist, wobei B die Anzahl der Rotorblätter angibt); - - B1 bezeichnet die Anzahl der Rotorblätter des Rotors der ersten Mud-Sirene;
- - α1(t) bezeichnet eine Funktion der Veränderung des Drehwinkel α1 des Rotors relativ zu dem Stator der ersten Mud-Sirene;
- - r1 bezeichnet den Radius der Öffnungsfläche der ersten Mud-Sirene;
- - TFA2(t) bezeichnet die so genannte Total Flow Area-Funktion über die Zeit einer zweiten Mud-Sirene von zwei oder mehr als zwei in Reihe oder parallel angeordneten Mud-Sirenen einer Mud-Sirenen-Anordnung;
- - B2 bezeichnet die Anzahl der Rotorblätter des Rotors der zweiten Mud-Sirene;
- - α2(t) bezeichnet eine Funktion der Veränderung des Drehwinkel α2 des Rotors relativ zu dem Stator der zweiten Mud-Sirene; und
- - r2 bezeichnet bei einer Reihenschaltung mehrerer Mud-Sirenen den Radius der Öffnungsfläche der zweiten Mud-Sirene, und bei einer Parallelschaltung mehrerer Mud-Sirenen den Radius ausgehend von der Rotationsachse der zweiten Mud-Sirene bis zum Außenumfang der zweiten Mud-Sirene (der „Radius“ der Öffnungsfläche der zweiten Mud-Sirene ergibt sich in dem Fall einer Parallelschaltung zu (r2 - r1)).
- - TFA 1 (t) means the so-called total flow area function over time of a first mud siren of two or more than two mud sirens arranged in series or parallel in a mud siren arrangement;
- - n denotes a calculation step index and is an integer running from 0 to (B-1) (n = 0, 1, 2, 3, ..., (B-1)) (it is only used if the respective rotor has several rotor blades, where B indicates the number of rotor blades);
- - B 1 denotes the number of blades of the rotor of the first Mud Siren;
- - α 1 (t) denotes a function of the change in the angle of rotation α 1 of the rotor relative to the stator of the first mud siren;
- - r 1 denotes the radius of the opening area of the first mud siren;
- - TFA 2 (t) means the so-called total flow area function over time of a second mud siren of two or more than two mud sirens arranged in series or parallel in a mud siren arrangement;
- - B 2 denotes the number of blades of the rotor of the second Mud Siren;
- - α 2 (t) denotes a function of the change in the angle of rotation α 2 of the rotor relative to the stator of the second mud siren; and
- - r 2 denotes the radius of the opening area of the second mud siren in the case of a series connection of several mud sirens, and in the case of a parallel connection of several mud sirens, the radius starting from the axis of rotation of the second mud siren to the outer circumference of the second mud siren (the "radius" of the opening area of the second mud siren in the case of a parallel connection is (r 2 - r 1 )).
In 1908 wird TFA1(t) ermittelt für einen jeweiligen Wert des Laufindex n. Dies geschieht dadurch, dass in 1910 für den jeweiligen Wert von n überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α1(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 1912), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 1914):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 1918), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 1920):
Damit ist TFA1(t) ermittelt und damit bekannt für alle Drehwinkel (Block 1916).Thus, TFA 1 (t) is determined and thus known for all angles of rotation (block 1916).
Weiterhin wird in 1922 TFA2(t) ermittelt für den Wert des Index n. Dies geschieht dadurch, dass in 1924 für den Wert von n überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α2(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 1926), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 1928):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 1930), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 1932):
Damit ist TFA2(t) ermittelt und damit bekannt für alle Drehwinkel (Block 1934).Thus, TFA 2 (t) is determined and thus known for all angles of rotation (block 1934).
Nunmehr wird überprüft, ob TFA1(t) kleiner ist als TFA2(t) (Block 1936).Now it is checked whether TFA 1 (t) is smaller than TFA 2 (t) (block 1936).
Ist dies der Fall (Block 1938), so gilt folgende Zuordnung (Block 1940):
Ist dies jedoch nicht der Fall (Block 1942), so gilt folgende Zuordnung (Block 1944):
Damit ist TFA(t) bekannt (Block 1946).Thus, TFA(t) is known (block 1946).
Auf die nunmehr bekannte Funktion TFA(t) im Zeitbereich kann in 1948 eine Spektraltransformation, beispielsweise eine Fourier Transformation, beispielsweise eine Fast Fourier Transformation, angewendet werden, womit sich ein Signalspektrum ergibt (Block 1950). Daraus können die induzierten Frequenzkomponenten und die sich daraus ergebenden Antriebsfrequenzen für die beiden Mud-Sirenen 1904, 1906 ermittelt werden, wie oben beschrieben wurde.A spectral transformation, such as a Fourier transformation, such as a fast Fourier transformation, can be applied to the now known function TFA(t) in the time domain in 1948, resulting in a signal spectrum (block 1950). From this, the induced frequency components and the resulting drive frequencies for the two
In 2008 wird TFA1(t) ermittelt. Dies geschieht dadurch, dass in 2010 überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α1(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 2012), dann ergibt sich TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2014):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 2016), dann ergibt sich TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2018):
Damit ist TFA1(t) ermittelt und damit bekannt (Block 2020).Thus, TFA 1 (t) is determined and thus known (Block 2020).
Weiterhin wird in 2022 TFA2(t) ermittelt. Dies geschieht dadurch, dass in 2024 überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α2(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 2026), dann ergibt sich TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2028):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 2030), dann ergibt sich TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2032):
Damit ist TFA2(t) ermittelt und damit bekannt (Block 2034).Thus, TFA 2 (t) is determined and thus known (block 2034).
Nunmehr wird überprüft, ob TFA1(t) kleiner ist als TFA2(t) (Block 2036).Now it is checked whether TFA 1 (t) is smaller than TFA 2 (t) (block 2036).
Ist dies der Fall (Block 2038), so gilt folgende Zuordnung (Block 2040):
Ist dies jedoch nicht der Fall (Block 2042), so gilt folgende Zuordnung (Block 2044):
Damit ist TFA(t) bekannt.Thus, TFA(t) is known.
Auf die nunmehr bekannte Funktion TFA(t) im Zeitbereich kann in 2046 eine Spektraltransformation, beispielsweise eine Fourier Transformation, beispielsweise eine Fast Fourier Transformation, angewendet werden, womit sich ein Signalspektrum ergibt (Block 2048). Daraus können die induzierten Frequenzkomponenten und die sich daraus ergebenden Antriebsfrequenzen für die beiden Mud-Sirenen 2004, 2006 ermittelt werden, wie oben beschrieben wurde.A spectral transformation, such as a Fourier transformation, such as a fast Fourier transformation, can be applied to the now known function TFA(t) in the time domain in 2046, resulting in a signal spectrum (block 2048). From this, the induced frequency components and the resulting drive frequencies for the two
Für jede der Mud-Sirenen wird die jeweilige TFAi(t) ermittelt, nämlich TFA1(t) für die erste Mud-Sirene 2104 (Block 2114), TFA2(t) für die zweite Mud-Sirene 2106 (Block 2116), TFA3(t) für die dritte Mud-Sirene 2108 (Block 2118), ..., TFAi(t) für die i-te Mud-Sirene 2110 (Block 2120), und TFAN(t) für die N-te Mud-Sirene 2112 (Block 2122).For each of the mud sirens, the respective TFA i (t) is determined, namely TFA 1 (t) for the first mud siren 2104 (block 2114), TFA 2 (t) for the second mud siren 2106 (block 2116), TFA 3 (t) for the third mud siren 2108 (block 2118), ..., TFA i (t) for the i-th mud siren 2110 (block 2120), and TFA N (t) for the N-th mud siren 2112 (block 2122).
Dies erfolgt beispielsweise unter Verwendung der Gleichungen (2) bis (4), wie in Bezug auf
Damit sind alle TFAi(t) ermittelt und damit bekannt für alle geschaltete Sirenen bei jedem Drehwinkel(Blöcke 2126, 2128, 2130, 2132, und 2134).Thus, all TFA i (t) are determined and thus known for all switched sirens at each angle of rotation (
Anschließend erfolgt in 2136 ein Vergleich aller berechneten Werte der TFAi(t) (also aller berechneten Werte von TFA1(t) bis TFAN(t)). Das kleinste TFAi(t) wird als TFA(t) zugeordnet. Damit ist TFA(t) bekannt (Block 2138).Subsequently, in 2136, all calculated values of TFA i (t) (i.e. all calculated values from TFA 1 (t) to TFA N (t)) are compared. The smallest TFA i (t) is assigned as TFA(t). TFA(t) is thus known (block 2138).
Auf die nunmehr bekannte Funktion TFA(t) im Zeitbereich kann in 2140 eine Spektraltransformation, beispielsweise eine Fourier Transformation, beispielsweise eine Fast Fourier Transformation, angewendet werden, womit sich ein Signalspektrum ergibt (Block 2142). Daraus können die induzierten Frequenzkomponenten und die sich daraus ergebenden Antriebsfrequenzen für die N Mud-Sirenen 2104, 2106, 2108, ..., 2110, 2112 ermittelt werden, wie oben beschrieben wurde.A spectral transformation, for example a Fourier transformation, for example a fast Fourier transformation, can be applied to the now known function TFA(t) in the time domain in 2140, resulting in a signal spectrum (block 2142). From this, the induced frequency components and the resulting drive frequencies for the
In 2208 wird TFA1(t) ermittelt für einen jeweiligen Wert des Laufindex n. Dies geschieht dadurch, dass in 2210 für den jeweiligen Wert von n überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α1(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 2212), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2214):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 2218), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2220):
Damit ist TFA1(t) ermittelt und damit bekannt für alle Drehwinkel (Block 2216).Thus, TFA 1 (t) is determined and thus known for all angles of rotation (block 2216).
Weiterhin wird in 2222 TFA2(t) ermittelt für einen jeweiligen Wert des Laufindex n. Dies geschieht dadurch, dass in 2224 für den jeweiligen Wert von n überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α2(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 2226), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2228):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 2230), dann ergibt sich für diesen Wert von n die TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2232):
Damit ist TFA2(t) ermittelt und damit bekannt für alle Drehwinkel (Block 2234).Thus, TFA 2 (t) is determined and thus known for all angles of rotation (block 2234).
Nunmehr wird TFA(t) ermittelt gemäß folgender Vorschrift (Block 2236):
Auf die nunmehr ermittelte Funktion TFA(t) im Zeitbereich kann in 2238 eine Spektraltransformation, beispielsweise eine Fourier Transformation, beispielsweise eine Fast Fourier Transformation, angewendet werden, womit sich ein Signalspektrum ergibt (Block 2240). Daraus können die induzierten Frequenzkomponenten und die sich daraus ergebenden Antriebsfrequenzen für die beiden Mud-Sirenen 2204, 2206 ermittelt werden, wie oben beschrieben wurde.A spectral transformation, for example a Fourier transformation, for example a fast Fourier transformation, can be applied to the now determined function TFA(t) in the time domain in 2238, resulting in a signal spectrum (block 2240). From this, the induced frequency components and the resulting drive frequencies for the two
In 2308 wird TFA1(t) ermittelt. Dies geschieht dadurch, dass in 2310 überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α1(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 2312), dann ergibt sich TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2314):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 2316), dann ergibt sich TFA1(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2318):
Damit ist TFA1(t) ermittelt und damit bekannt für alle Drehwinkel (Block 2320).Thus, TFA 1 (t) is determined and thus known for all angles of rotation (block 2320).
Weiterhin wird in 2322 TFA2(t) ermittelt. Dies geschieht dadurch, dass in 2324 überprüft wird, ob für den zeitlichen Verlauf des Drehwinkels α2(t) folgende Vorschrift erfüllt ist:
Wenn dies der Fall ist (Block 2326), dann ergibt sich TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2328):
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist (Block 2330), dann ergibt sich TFA2(t) gemäß folgender Vorschrift (Block 2332):
Damit ist TFA2(t) ermittelt und damit bekannt für alle Drehwinkel (Block 2334).Thus, TFA 2 (t) is determined and thus known for all angles of rotation (block 2334).
Nunmehr wird TFA(t) ermittelt gemäß folgender Vorschrift (Block 2336):
Auf die nunmehr bekannte Funktion TFA(t) im Zeitbereich kann in 2338 eine Spektraltransformation, beispielsweise eine Fourier Transformation, beispielsweise eine Fast Fourier Transformation, angewendet werden, womit sich ein Signalspektrum ergibt (Block 2340). Daraus können die induzierten Frequenzkomponenten und die sich daraus ergebenden Antriebsfrequenzen für die beiden Mud-Sirenen 2004, 2006 ermittelt werden, wie oben beschrieben wurde.A spectral transformation, for example a Fourier transformation, for example a fast Fourier transformation, can be applied to the now known function TFA(t) in the time domain in 2338, resulting in a signal spectrum (block 2340). From this, the induced frequency components and the resulting drive frequencies for the two
Für jede der Mud-Sirenen wird die jeweilige TFAi(t) ermittelt, nämlich TFA1(t) für die erste Mud-Sirene 2404 (Block 2414), TFA2(t) für die zweite Mud-Sirene 2406 (Block 2416), TFA3(t) für die dritte Mud-Sirene 2408 (Block 2418), ..., TFAi(t) für die i-te Mud-Sirene 2410 (Block 2420), und TFAN(t) für die N-te Mud-Sirene 2412 (Block 2422).For each of the mud sirens, the respective TFA i (t) is determined, namely TFA 1 (t) for the first mud siren 2404 (block 2414), TFA 2 (t) for the second mud siren 2406 (block 2416), TFA 3 (t) for the third mud siren 2408 (block 2418), ..., TFA i (t) for the i-th mud siren 2410 (block 2420), and TFA N (t) for the N-th mud siren 2412 (block 2422).
Dies erfolgt beispielsweise unter Verwendung der Gleichungen (18) bis (23), wie in Bezug auf
Damit sind alle TFAi(t) ermittelt und damit bekannt für alle Drehwinkel (Blöcke 2426, 2428, 2430, 2432, und 2434).Thus, all TFA i (t) are determined and thus known for all rotation angles (
Nunmehr wird TFA(t) ermittelt gemäß folgender Vorschrift (Block 2436):
Auf die nunmehr bekannte Funktion TFA(t) (Block 2438) im Zeitbereich kann in 2440 eine Spektraltransformation, beispielsweise eine Fourier Transformation, beispielsweise eine Fast Fourier Transformation, angewendet werden, womit sich ein Signalspektrum ergibt (Block 2442). Daraus können die induzierten Frequenzkomponenten und die sich daraus ergebenden Antriebsfrequenzen für die N Mud-Sirenen 2404, 2406, 2408, ..., 2410, 2412 ermittelt werden, wie oben beschrieben wurde.A spectral transformation, for example a Fourier transformation, for example a fast Fourier transformation, can be applied to the now known function TFA(t) (block 2438) in the time domain in 2440, resulting in a signal spectrum (block 2442). From this, the induced frequency components and the resulting drive frequencies for the
Zunächst wird für jede der Mud-Sirenen in Reihenschaltung 2504 die jeweilige TFAiRS(t) ermittelt, nämlich TFA1RS(t) für die erste Mud-Sirene, TFA2RS(t) für die zweite Mud-Sirene, TFA3RS(t) für die dritte Mud-Sirene, ..., TFAiRS(t) für die i-te Mud-Sirene, und TFANRS(t) für die N-te Mud-Sirene.First, for each of the mud sirens in series connection 2504, the respective TFA iRS (t) is determined, namely TFA 1RS (t) for the first mud siren, TFA 2RS (t) for the second mud siren, TFA 3RS (t) for the third mud siren, ..., TFA iRS (t) for the i-th mud siren, and TFA NRS (t) for the N-th mud siren.
Dies erfolgt beispielsweise unter Verwendung der Gleichungen (2) bis (4), wie in Bezug auf
Damit sind alle TFAi(t) ermittelt und damit bekannt für alle geschaltete Sirenen bei jedem Drehwinkel.Thus, all TFA i (t) are determined and thus known for all switched sirens at each angle of rotation.
Anschließend erfolgt in 2514 ein Vergleich aller berechneten Werte der TFAiRS(t) (also aller berechneten Werte von TFA1RS(t) bis TFANRS(t)). Das kleinste TFAiRS(t) wird als TFARS(t) zugeordnet. Damit ist TFARS(t) bekannt.A comparison of all calculated values of the TFA iRS (t) (i.e. all calculated values from TFA 1RS (t) to TFA NRS (t)) is then carried out in 2514. The smallest TFA iRS (t) is assigned as TFA RS (t). TFA RS (t) is thus known.
Ferner wird für jede der Mud-Sirenen die jeweilige TFAiPS(t) ermittelt, nämlich TFA1PS(t) für die erste Mud-Sirene, TFA2PS(t) für die zweite Mud-Sirene, TFA3PS(t) für die dritte Mud-Sirene, ..., TFAiPS(t) für die i-te Mud-Sirene, und TFANPS(t) für die N-te Mud-Sirene.Furthermore, the respective TFA iPS (t) is determined for each of the mud sirens, namely TFA 1PS (t) for the first mud siren, TFA 2PS (t) for the second mud siren, TFA 3PS (t) for the third mud siren, ..., TFA iPS (t) for the i-th mud siren, and TFA NPS (t) for the N-th mud siren.
Dies erfolgt beispielsweise unter Verwendung der Gleichungen (18) bis (23), wie in Bezug auf
Damit sind alle TFAiPS(t) ermittelt und damit bekannt für alle geschaltete Sirenen bei jedem Drehwinkel.This means that all TFA iPS (t) are determined and thus known for all switched sirens at every angle of rotation.
Nunmehr wird TFAPS(t) ermittelt gemäß folgender Vorschrift (Block 2518):
Nunmehr wird überprüft, ob folgende Vorschrift erfüllt ist:
Ist Vorschrift (34) erfüllt (Block 2522), dann wird TFARS(t) im Folgenden als TFA(t) verwendet (Block 2524).If rule (34) is fulfilled (block 2522), then TFA RS (t) is used as TFA(t) in the following (block 2524).
Ist Vorschrift (34) jedoch nicht erfüllt (Block 2526), dann wird TFAPS(t) im Folgenden als TFA(t) verwendet (Block 2528).However, if rule (34) is not fulfilled (block 2526), then TFA PS (t) is used as TFA(t) in the following (block 2528).
Auf die nunmehr ermittelte Funktion TFA(t) im Zeitbereich kann in 2530 eine Spektraltransformation, beispielsweise eine Fourier Transformation, beispielsweise eine Fast Fourier Transformation, angewendet werden, womit sich ein Signalspektrum ergibt (Block 2532). Daraus können die induzierten Frequenzkomponenten und die sich daraus ergebenden Antriebsfrequenzen für die N+N Mud-Sirenen ermittelt werden, wie oben beschrieben wurde.A spectral transformation, such as a Fourier transformation, such as a fast Fourier transformation, can be applied to the now determined function TFA(t) in the time domain in 2530, resulting in a signal spectrum (block 2532). From this, the induced frequency components and the resulting drive frequencies for the N+N mud sirens can be determined, as described above.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in einer Mud-Sirenen-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen eine beliebige Anzahl von in Reihe und/oder parallel geschaltete Mud-Sirenen vorgesehen sein können und entsprechend mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden können zum Erzielen einer entsprechend hohen Datenrate.It should be noted that in a mud siren arrangement according to various embodiments, any number of mud sirens connected in series and/or in parallel can be provided and can be operated accordingly at different frequencies to achieve a correspondingly high data rate.
Es ist ferner darauf hinzuweisen, dass die Mud-Sirenen-Anordnungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen in allen Tiefbohrungen eingesetzt werden können, von flachen bis hin zu tiefen Bohrlöchern. Eine erhöhte Datenrate zwischen den untertägigen Sensoren und den übertägigen Einrichtungen erleichtert die Bohrarbeiten und die gezielte Steuerung der Bohrung in ein gewünschtes Zielgebiet erheblich.It should also be noted that the mud siren arrangements according to various embodiments can be used in all deep boreholes, from shallow to deep boreholes. An increased data rate between the underground sensors and the surface facilities significantly facilitates drilling operations and the targeted control of the borehole to a desired target area.
Im Folgenden werden Vergleichsbeispiele beschrieben:
Vergleichsbeispiel 1 Mud-Sirenen-Anordnung, aufweisend:- • eine Bohrgarnitur;
- • eine in der Bohrgarnitur angeordnete erste Mud-Sirene;
- • mindestens eine in der Bohrgarnitur angeordnete weitere Mud-Sirene;
- • mindestens eine Codiereinrichtung, die mit der ersten Mud-Sirene und der weiteren Mud-Sirene gekoppelt ist; und
- • wobei die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene derart angeordnet sind und die Codiereinrichtung die erste Mud-Sirene und die weitere Mud-Sirene derart ansteuert, dass zu einem Codierzeitpunkt mittels der ersten Mud-Sirene und der weiteren Mud-Sirene eine mehrere Bits aufweisende Information codiert und übertragen wird.
Vergleichsbeispiel 2. Mud-Sirenen-Anordnung gemäß Beispiel 1, wobei die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene hintereinander in der Bohrgarnitur angeordnet sind.Vergleichsbeispiel 3. Mud-Sirenen-Anordnung gemäß Beispiel 1, ferner aufweisend:- wobei die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene nebeneinander in der Bohrgarnitur angeordnet sind.
- Vergleichsbeispiel 4. Mud-Sirenen-Anordnung gemäß einem der Beispiele 1
bis 3,- wobei die Codiereinrichtung die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene derart ansteuert, dass die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen zum Codieren der mehrere Bits aufweisenden Information angetrieben werden.
Vergleichsbeispiel 5. Mud-Sirenen-Anordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4,- wobei der Codierzeitpunkt ein Beginn eines Zeitschlitzes ist. Vergleichsbeispiel 6. Mud-Sirenen-Anordnung gemäß Beispiel 4
oder 5, - wobei die Frequenzen kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz sind. Vergleichsbeispiel 7. Verfahren zum Codieren und Übertragen von einer mehrere Bits aufweisenden Information, wobei das Verfahren aufweist:
- • Betreiben einer in einer Bohrgarnitur angeordneten ersten Mud-Sirene mit einer ersten Frequenz;
- • Betreiben mindestens einer in der Bohrgarnitur angeordneten mindestens einer weiteren Mud-Sirene mit einer weiteren Frequenz, die von der ersten Frequenz unterschiedlich ist; und
- • Ansteuern der ersten Mud-Sirene und der mindestens einen weiteren Mud-Sirene derart, dass zu einem Codierzeitpunkt mittels der ersten Mud-Sirene und der mindestens einen weiteren Mud-Sirene die mehrere Bits aufweisende Information codiert und übertragen wird.
- wobei der Codierzeitpunkt ein Beginn eines Zeitschlitzes ist. Vergleichsbeispiel 6. Mud-Sirenen-Anordnung gemäß Beispiel 4
- Vergleichsbeispiel 8. Verfahren gemäß Beispiel 7, wobei ein im Wesentlichen inkompressibles Medium zum Übertragen der Information zur Erdoberfläche durch die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene gespült wird.
- Vergleichsbeispiel 9. Verfahren gemäß Beispiel 7 oder 8, wobei die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene hintereinander in der Bohrgarnitur angeordnet sind.
Vergleichsbeispiel 10. Verfahren gemäß Beispiel 7 oder 8, wobei die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene nebeneinander in der Bohrgarnitur angeordnet sind.Vergleichsbeispiel 11. Verfahren gemäß einem der Beispiele 7bis 10, wobei die erste Mud-Sirene und die mindestens eine weitere Mud-Sirene mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen zum Codieren der mehrere Bits aufweisenden Information angetrieben werden.Vergleichsbeispiel 12. Verfahren gemäß einem der Beispiele 7bis 11, wobei der Codierzeitpunkt ein Beginn eines Zeitschlitzes ist.Vergleichsbeispiel 13. Verfahren gemäß Beispiel 11oder 12, wobei die Frequenzen kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz sind.Vergleichsbeispiel 14. Mud-Sirenen-Decodieranordnung, aufweisend:- einen Empfänger, eingerichtet zum Empfangen eines mittels einer Bohrspülung übertragenen Mud-Sirenen-Signals;
- einen mit dem Empfänger gekoppelten Decoder, eingerichtet zum Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals;
- wobei der Decoder eingerichtet ist zum
- • Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem ersten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem ersten Frequenzbereich ist;
- • Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem zweiten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem zweiten Frequenzbereich ist; und
- • Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem dritten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem dritten Frequenzbereich ist.
Vergleichsbeispiel 15. Mud-Sirenen-Decodieranordnung gemäß Beispiel 14, wobei der Empfänger mindestens einen Drucksensor aufweist zum Empfangen des Mud-Sirenen-Signals.Vergleichsbeispiel 16. Mud-Sirenen-Decodieranordnung gemäß Beispiel 14oder 15, wobei das erste Mehr-Bit-Signal, das zweite Mehr-Bit-Signal und das dritte Mehr-Bit-Signal jeweils mindestens oder genau zwei Bit aufweisen.Vergleichsbeispiel 17. Mud-Sirenen-Decodieranordnung gemäß einem der Beispiele 14bis 16, wobei der erste Frequenzbereich und/oder der zweite Frequenzbereich und/oder der dritte Frequenzbereich kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz ist.Vergleichsbeispiel 18. Verfahren zum Empfangen und Decodieren eines Mud-Sirenen-Signals, das mittels einer Bohrspülung, die durch mehrere- Mud-Sirenen und durch eine Bohrgarnitur gespült wird, übertragen wird, wobei das Verfahren aufweist:
- • Empfangen von dem mittels der Bohrspülung übertragenen Mud-Sirenen-Signal;
- • Ermitteln einer Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals;
- • Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem ersten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem ersten Frequenzbereich ist;
- • Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem zweiten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem zweiten Frequenzbereich ist;
- • Decodieren des empfangenen Mud-Sirenen-Signals zu einem dritten Mehr-Bit-Signal, wenn die ermittelte Frequenz des empfangenen Mud-Sirenen-Signals in einem dritten Frequenzbereich ist.
- Mud-Sirenen und durch eine Bohrgarnitur gespült wird, übertragen wird, wobei das Verfahren aufweist:
Vergleichsbeispiel 19.Verfahren gemäß Beispiel 18, wobei das erste Mehr-Bit-Signal, das zweite Mehr-Bit-Signal und das dritte Mehr-Bit-Signal jeweils mindestens oder genau zwei Bit aufweisen.Vergleichsbeispiel 20. Verfahren gemäß Beispiel 18oder 19, wobei der erste Frequenzbereich und/oder der zweite Frequenzbereich und/oder der dritte Frequenzbereich kleiner oder gleich ungefähr 50 Hz ist.
- Comparative Example 1 Mud siren arrangement, comprising:
- • a drilling set;
- • a first mud siren arranged in the drilling assembly;
- • at least one additional mud siren arranged in the drilling assembly;
- • at least one coding device coupled to the first mud siren and the further mud siren; and
- • wherein the first mud siren and the at least one further mud siren are arranged in such a way and the coding device controls the first mud siren and the further mud siren in such a way that at a coding time, information comprising a plurality of bits is encoded and transmitted by means of the first mud siren and the further mud siren.
- Comparative Example 2. Mud siren arrangement according to Example 1, wherein the first mud siren and the at least one further mud siren are arranged one behind the other in the drilling assembly.
- Comparative Example 3. Mud siren arrangement according to Example 1, further comprising:
- wherein the first mud siren and the at least one further mud siren are arranged next to each other in the drilling assembly.
- Comparative Example 4. Mud siren arrangement according to any one of Examples 1 to 3,
- wherein the coding device controls the first mud siren and the at least one further mud siren such that the first mud siren and the at least one further mud siren are driven at mutually different frequencies for coding the information having a plurality of bits.
- Comparative Example 5. Mud siren arrangement according to any one of Examples 1 to 4,
- wherein the coding time is a start of a time slot. Comparative Example 6. Mud siren arrangement according to Example 4 or 5,
- wherein the frequencies are less than or equal to about 50 Hz. Comparative Example 7. A method for encoding and transmitting information comprising a plurality of bits, the method comprising:
- • Operating a first mud siren arranged in a drilling assembly at a first frequency;
- • Operating at least one additional mud siren arranged in the drilling assembly at a further frequency which is different from the first frequency; and
- • Controlling the first mud siren and the at least one further mud siren such that at a coding time the information comprising a plurality of bits is encoded and transmitted by means of the first mud siren and the at least one further mud siren.
- Comparative Example 8. The method of Example 7, wherein a substantially incompressible medium for transmitting the information to the earth's surface is flushed through the first mud siren and the at least one further mud siren.
- Comparative Example 9. Method according to Example 7 or 8, wherein the first mud siren and the at least one further mud siren are arranged one behind the other in the drilling assembly.
- Comparative Example 10. Method according to Example 7 or 8, wherein the first mud siren and the at least one further mud siren are arranged next to each other in the drilling assembly.
- Comparative Example 11. The method according to any one of examples 7 to 10, wherein the first mud siren and the at least one further mud siren are driven at mutually different frequencies for encoding the multi-bit information.
- Comparative Example 12. The method according to any one of examples 7 to 11, wherein the coding time is a start of a time slot.
- Comparative Example 13. The method of Example 11 or 12, wherein the frequencies are less than or equal to about 50 Hz.
- Comparative Example 14. Mud siren decoding arrangement comprising:
- a receiver configured to receive a mud siren signal transmitted by a drilling fluid;
- a decoder coupled to the receiver, configured to decode the received mud siren signal;
- where the decoder is set up to
- • decoding the received mud siren signal into a first multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a first frequency range;
- • decoding the received mud siren signal to a second multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a second frequency range; and
- • Decoding the received mud siren signal to a third multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a third frequency range.
- Comparative Example 15. The mud siren decoding arrangement according to example 14, wherein the receiver comprises at least one pressure sensor for receiving the mud siren signal.
- Comparative Example 16. The mud siren decoding arrangement according to example 14 or 15, wherein the first multi-bit signal, the second multi-bit signal and the third multi-bit signal each have at least or exactly two bits.
- Comparative Example 17. The mud siren decoding arrangement of any one of Examples 14 to 16, wherein the first frequency range and/or the second frequency range and/or the third frequency range is less than or equal to about 50 Hz.
- Comparative Example 18. A method for receiving and decoding a mud siren signal generated by a drilling fluid passing through a plurality of
- Mud sirens and flushed through a drilling set, the method comprising:
- • Receiving the mud siren signal transmitted via the drilling fluid;
- • Determining a frequency of the received mud siren signal;
- • decoding the received mud siren signal into a first multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a first frequency range;
- • Decoding the received mud siren signal into a second multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a second frequency range;
- • Decoding the received mud siren signal to a third multi-bit signal if the determined frequency of the received mud siren signal is in a third frequency range.
- Mud sirens and flushed through a drilling set, the method comprising:
- Comparative Example 19. The method of Example 18, wherein the first multi-bit signal, the second multi-bit signal and the third multi-bit signal each have at least or exactly two bits.
- Comparative Example 20. The method of example 18 or 19, wherein the first frequency range and/or the second frequency range and/or the third frequency range is less than or equal to about 50 Hz.
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Title |
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NAMUQ, Mohamed ; REICH, Matthias ; BERNSTEIN, Swanhild : Continuous wavelet transformation: A novel approach for better detection of mud pulses. In: Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 110, 2013, Nr. 1, S. 232-242. – ISSN 0920-4105 |
REICH, M.: Auf krummen Touren durch den Untergrund. Grundlagen der Richtbohrtechnik. In: Erdöl, Erdgas, Kohle, Vol. 127, 2011, Nr. 1, S. 35-40. – ISSN 0179-3187 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102015017138A1 (en) | 2016-10-20 |
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