DE102018102093A1

DE102018102093A1 - Kommunikationsvorrichtung für ein Bohrgerät

Info

Publication number: DE102018102093A1
Application number: DE102018102093.7A
Authority: DE
Inventors: Mouhammed Jandal Berro; Stefan Thinibel; Matthias Reich
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-01

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Kommunikationsvorrichtung (100) für ein Bohrgerät einen Schaltkreis (102), eine mit dem Schaltkreis (102) elektrisch gekoppelte Mud-Sirene (104) und einen mit dem Schaltkreis (102) elektrisch gekoppelten Druck-Pulser (106) aufweisen. Der Schaltkreis (102) kann eingerichtet sein auszuwählen, ein Signal mittels der Mud-Sirene (104) oder des Druck-Pulsers (106) zu senden.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Kommunikationsvorrichtung für ein Bohrgerät, ein Bohrgerät und ein Verfahren zur Kommunikation mit einem Bohrgerät.
Zur Überwachung und Steuerung von Tiefbohrungen kann eine untertägige Bohrgarnitur eine Kommunikationsvorrichtung und beispielsweise verschiedene Sensoren und Messgeräte aufweisen, die während des Bohrens den Bohrpfad vermessen und das Gestein untersuchen. Gewonnene Daten können während des Abteufens der Bohrung von der Bohrlochsohle an die Oberfläche übertragen werden. Die Messdaten können einem Richtbohrer die Überwachung des Bohrvorgangs ermöglichen.
Die am meisten verbreitete Methode für die Datenübertragung ist die so genannte Mud-Pulse-Telemetrie (engl. Bohrspülungs-Puls-Telemetrie). Dabei wird eine Information mittels Druckpulse über die Bohrspülung, die kontinuierlich durch das Bohrgestänge gepumpt wird, zur Oberfläche übertragen. An der Oberfläche, bzw. dem Ort des Empfängers, werden die Druckpulse beispielsweise mittels zumindest eines Druckaufnehmers empfangen. Es können verschiedene Arten der Pulserzeugung eingesetzt werden. Eine Art der Pulserzeugung ist der Einsatz einer sogenannten Mud-Sirene (engl. Bohrspülungs-Sirene). Eine weitere Art der Pulserzeugung ist das Erzeugen von Druckpulse mittels eines sogenannten Druck-Pulsers.
Die Mud-Sirene und der Druck-Pulser haben jeweils spezifische Vor- und Nachteile. Gemäß einer Ausführungsform können in einer Kommunikationsvorrichtung für ein Bohrgerät beide Pulserzeugungsarten genutzt werden, um eine Datenübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen, eine Datenübertragung robuster gegenüber Störungen zu gestalten und/oder die Datenübertragung zu flexibilisieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Kommunikationsvorrichtung für ein Bohrgerät einen Schaltkreis, eine mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene und einen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelten Druck-Pulser aufweisen. Der Schaltkreis kann eingerichtet sein auszuwählen, ein Signal mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers zu senden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Mud-Sirene und der Druck-Pulser für eine Kommunikation in voneinander verschiedenen Frequenzbereichen ausgelegt sein. Für die Kommunikation kann der Frequenzbereich der Mud-Sirene beispielsweise außerhalb des Frequenzbereichs des Druck-Pulsers liegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kommunikationsvorrichtung mehr als eine mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene und mehr als einen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelten Druck-Pulser aufweisen, wobei der Schaltkreis eingerichtet sein kann auszuwählen, das Signal mittels einer der mehreren Mud-Sirenen oder mittels einem der mehreren Druck-Pulser zu senden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Schaltkreis einen Speicher aufweisen und der Schaltkreis kann eingerichtet sein, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen die Mud-Sirene oder den Druck-Pulser auszuwählen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kommunikationsvorrichtung eingerichtet sein, ein weiteres Signal mittels des nicht-gewählten Druck-Pulsers bzw. der nicht-gewählten Mud-Sirene zu senden, wobei der Schaltkreis eingerichtet sein kann, das Signal und das weitere Signal in einem Zeitabschnitt gleichzeitig zu senden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kommunikationsvorrichtung einen Speicher aufweisen und eingerichtet sein, mehrere Signale jeweils wahlweise mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers zu senden und der Schaltkreis kann eingerichtet sein, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen die Reihenfolge der zu sendenden Signale festzulegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kommunikationsvorrichtung zumindest einen Druckaufnehmer aufweisen und eingerichtet sein, ein Steuer-Signal zu empfangen und basierend auf dem Signal die Reihenfolge festzulegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Zeitdauer zu dem Senden eines Bits des Signals mittels der Mud-Sirene von der Zeitdauer zu dem Senden eines Bits des Signals mittels des Druck-Pulsers verschieden sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Bohrgerät eine Kommunikationsvorrichtung gemäß den oben genannten Beispielen/Ausführungsbeispielen aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Kommunikationsvorrichtung für ein Bohrgerät einen Schaltkreis, eine mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene und einen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelten Druck-Pulser aufweisen. Der Schaltkreis kann eingerichtet sein, ein Signal wahlweise mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers zu senden. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Verfahren zur Kommunikation mit einem Bohrgerät mit einer solchen Kommunikationsvorrichtung das Senden eines Signals wahlweise mittels der Mud-Sirene oder dem Druck-Pulser aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens können die Mud-Sirene und der Druck-Pulser für eine Kommunikation in voneinander verschiedenen Frequenzbereichen ausgelegt sein. Für die Kommunikation kann der Frequenzbereich der Mud-Sirene beispielsweise außerhalb des Frequenzbereichs des Druck-Pulsers liegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann die Kommunikationsvorrichtung mehr als eine mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene und mehr als einen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelten Druck-Pulser aufweisen, wobei das Verfahren das Auswählen aufweist, das Signal mittels einer der mehreren Mud-Sirenen oder mittels einem der mehreren Druck-Pulser zu senden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann der Schaltkreis einen Speicher aufweisen, und der Schaltkreis kann, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen auswählen, das Signal mittels der Mud-Sirene oder dem Druck-Pulser zu senden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das Senden eines weiteren Signals mittels des nicht-gewählten Druck-Pulsers bzw. der nicht-gewählten Mud-Sirene erfolgen, wobei das Signal und das weitere Signal in einem Zeitabschnitt gleichzeitig gesendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann der Schaltkreis einen Speicher aufweisen und das Verfahren kann ferner das Senden mehrerer Signale jeweils wahlweise mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers aufweisen, wobei die Reihenfolge der zu sendenden Signale auf Informationen gespeichert in dem Speicher beruht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann die Kommunikationsvorrichtung zumindest einen Druckaufnehmer aufweisen und das Verfahren kann ferner das Empfangen eines Steuer-Signals mittels der Kommunikationsvorrichtung aufweisen, wobei die Reihenfolge der zu sendenden Signale auf dem Steuer-Signal basiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann die Zeitdauer zu dem Senden eines Bits bei der Kommunikation mittels der Mud-Sirene von der Zeitdauer zu dem Senden eines Bits bei der Kommunikation mittels des Druck-Pulsers verschieden sein.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A ein Ausführungsbeispiel einer Kommunikationsvorrichtung;
1B ein Ausführungsbeispiel eines Bohrgeräts mit einer Kommunikationsvorrichtung;
1C ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kommunikation mit einem Bohrgerät;
2A ein Ausführungsbeispiel für ein untertägiges Bohrgerät;
2B ein Ausführungsbeispiel für eine Datenübertragung mit einer Kommunikationsvorrichtung;
3 ein Datenpaket von zu sendenden Signalen;
4 ein Ausführungsbeispiel für eine Kommunikationsvorrichtung;
5 ein Beispiel für das Filtern und Extrahieren von gesendeten Daten;
6 ein Beispiel für das Filtern und Extrahieren von gesendeten Daten aus einem Drucksignal; und
7 ein Diagramm von übertragenen Bits.

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.
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.
Ein Aspekt von verschiedenen Ausführungsbeispielen kann darin gesehen werden, dass ein Signal, welches beispielsweise dazu genutzt wird Daten über einen Bohrvorgang zu übertragen, flexibel über eine Mud-Sirene oder einen Druck-Pulser zu übertragen.
Ein weiterer Aspekt von verschiedenen Ausführungsbeispielen kann darin gesehen werden, dass bei mehreren zu übertragenden Signalen flexibel jeweils pro Signal entweder die Mud-Sirene oder der Druck-Pulser ausgewählt werden kann und die Reihenfolge der Signale ausgewählt werden kann. Dies kann während eines Bohrvorgangs auch geändert werden, falls beispielsweise eine Situation eintritt (z.B. Veränderung des Gesteins) die es notwendig macht, bestimmte Daten mit einer erhöhten Datenrate zu übertragen.
In den oben genannten und den folgenden Beispielen/Ausführungsbeispielen wird der Begriff des Signals als zumindest eine zu übertragende Information bzw. zu übertragende Daten verstanden. Das Signal kann auch ein Teil einer Information darstellen, beispielsweise ein Bit. Ferner werden ein oder mehrere Mud-Sirenen und/oder ein oder mehrere Druck-Pulser unter dem Begriff der Sendeanlagen zusammengefasst. Ferner wird umfasst der hier verwendete Begriff des Bohrgeräts, sowohl einen obertägigen, beispielsweise an der Erdoberfläche befindlichen, Teil und einen untertägigen Teil.
Der Begriff des Signals bzw. Drucksignals wird hier für ein Signal verwendet, dass Informationen von einer oder mehreren Quellen/Sendeanlagen überträgt. Ein Signal/Drucksignal kann beispielsweise Informationen von einer Mud-Sirene und/oder auch Informationen von einer Mud-Sirene und Informationen von einem Druckpulser (oder auch weiteren Sendeanalgen) aufweisen, d.h. ein Signal/Drucksignal kann zusammengesetzt sein.
All die im Folgenden genannten Prozessoren können jeweils in Form von Hardware, beispielsweise als eine fest-verdrahtete Logik, in Form von Firmware und/oder Software, beispielsweise ausgeführt von einem Prozessor, und/oder in einer Mischform der genannten Formen vorliegen. Ein Prozessor kann beispielsweise ein Mikroprozessor, ein Mikrokontroller oder ein ASIC (Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) sein.
1A ein Ausführungsbeispiel einer Kommunikationsvorrichtung 100 für ein Bohrgerät.
Die Kommunikationsvorrichtung 100 kann beispielsweise die Kommunikationsvorrichtung eines Bohrgeräts, beispielsweise eines untertägigen Bohrgeräts, wie in 1B dargestellt, sein. Ferner kann ein Verfahren, wie in 1C gezeigt, die Kommunikationsvorrichtung 100 betreffen.
Die Kommunikationsvorrichtung 100 weist einen Schaltkreis 102 auf. Der Schaltkreis 102 ist jeweils mit einer Mud-Sirene 104 und einem Druck-Pulser 106 elektrisch gekoppelt.
Die Kommunikationsvorrichtung 100 kann Teil eines Bohrgeräts oder Teil einer oder mehrerer Komponenten eines Bohrgeräts sein. Beispielsweise weist ein Bohrgerät mehrere Kommunikationsvorrichtung 100 auf. Die Kommunikationsvorrichtung 100 kann jedoch auch Teil anderer Vorrichtungen, beispielsweise an der Erdoberfläche befindliche Empfängeranalgen oder untertägige Signalverstärker- und/oder Signal-Repeater-Anlagen, sein. Beispielsweise können eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen 100 sowohl untertätig als auch obertätig in einem Bohrgerät vorhanden sein.
Der Schaltkreis 102 kann in Form von Hardware, beispielsweise als eine fest-verdrahtete Logik, in Form von Firmware und/oder Software, beispielsweise ausgeführt von einem Prozessor, und/oder in einer Mischform der genannten Formen vorliegen. Ein Prozessor kann beispielsweise ein Mikroprozessor, ein Mikrokontroller oder ein ASIC (Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) sein. Der Schaltkreis 102 kann mit einer Energieversorgung, beispielsweise eine Batterie oder ein Akkumulator, elektrisch gekoppelt und mit Energie versorgt werden. Beispielsweise weist das Bohrgerät die Energieversorgung auf. Dieselbe oder eine andere Energieversorgung kann für den Betrieb der Mud-Sirene 104 und/oder des Druck-Pulsers 106 genutzt werden. Beispielsweise kann der Schaltkreis 102 die Mud-Sirene 104 und/oder den Druck-Pulser 106 mit Energie versorgen.
In einer Ausführungsform kann die Mud-Sirene 104 beispielsweise einen Stator und einen Rotor aufweisen. Mittels einer Drehbewegung, beispielsweise Rotation und/oder Oszillation, des Rotors gegenüber dem Stator können kontinuierlich Druckpulse mit bestimmten Frequenzen erzeugt werden. Ein in der Nachrichtentechnik gebräuchlicher Begriff hierfür ist eine sogenannte Passband-Übertragung. Zur Datenübertragung kann die Mud-Sirene 104 so betrieben werden, dass über eine bestimmte Zeitdauer jeweils eine bestimmte Frequenz gesendet wird. In einer binären Datenübertragung entsprechen beispielsweise eine erste Frequenz einer Eins und eine zweite Frequenz einer Null. Prinzipiell können auch mehr als zwei Frequenzen genutzt werden, so dass beispielsweise eine binäre Datenübertragung mit mehr als zwei Frequenzen erfolgt oder in einem anderen Beispiel drei voneinander verschiedene Frequenzen für eine ternäre Datenübertragung anstatt einer binären Datenübertragung genutzt werden. Die Länge der Zeitdauern in der eine bestimmte Frequenz genutzt wird, kann je nach Szenario als Kompromiss zwischen einer möglichst hohen Datenrate und einer sicheren Dekodierbarkeit auf der Empfängerseite gewählt sein.
In einer Ausführungsform kann der Druck-Pulser 106 ein Ventil aufweisen, wobei das Ventil eingerichtet sein kann, den Strömungsquerschnitt für die Bohrspülung zu verändern. Bei Einstellung eines kleineren Strömungsquerschnitts mittels des Ventils kann der Druck im gesamten Bohrstrang ansteigen, bei einer Vergrößerung des Strömungsquerschnittes mittels des Ventils, kann der Druck im Bohrstrang, beispielsweise auf den Ausgangswert, (wieder) abgesenkt werden. Der Druck-Pulser kann beispielsweise ein Bypass-Ventil aufweisen, wobei das Bypass-Ventil eingerichtet sein kann, einen Teil der Bohrspülung für eine bestimmte Zeitdauer in einen Ringraum abzulassen. Bei Ablassen eines kleineren Teils der Bohrspülung in den Ringraum mittels des Bypass-Ventils kann der Druck im gesamten Bohrstrang sinken, bei einem Schließen des Bypass-Ventils, kann der Druck im Bohrstrang, beispielsweise auf den Ausgangswert, (wieder) gesteigert werden.
Die Einstellung am Ventil kann, ähnlich wie bei der Mud-Sirene 104, in bestimmten Zeitintervallen verändert werden, d.h. eine Ventilstellung kann für eine bestimmte Zeitdauer beibehalten werden, um binär eine Eins oder eine Null für eine Datenübertragung darzustellen. Dabei entsprechen beispielsweise ein relativ erhöhtes Druckniveau im Bohrstrang einer Eins und ein relativ gesenktes Druckniveau einer Null. Umgekehrte Annahmen für Kodierung der Druckpulse sind auch möglich. Beispielsweise entsprechen ein Abfall des Druckniveaus im Bohrstrang einer Eins und ein relativ gestiegenes Druckniveau einer Null. Ein in der Nachrichtentechnik gebräuchlicher Begriff hierfür ist eine sogenannte Basisband-Übertragung (eng. Baseband).
Im Allgemeinen kann der Druck-Pulser 106 gegenüber der Mud-Sirene 104 eine höhere Reichweite für eine Datenübertragung aufweisen. Jedoch kann der Druck-Pulser 106 dahingegen eingeschränkt sein, dass dieser gegenüber der Mud-Sirene 104 relativ erhöhte Zeitdauern pro zu übertragendem Bit benötigt und so eine relativ geringere Datenrate ermöglichen kann. Die Mud-Sirene 104 kann dagegen mit deutlich kürzeren Zeitdauern pro Bit betrieben werden und kann deshalb höhere Datenraten erreichen. Jedoch kann die Mud-Sirene 104 gegenüber dem Druck-Pulser 106 nur eine geringere Reichweite für die Datenübertragung gewährleisten. In verschiedenen Beispielen in der Praxis erreichen beide Systeme geringe Datenraten von meist unter 15 bit/s.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Mud-Sirenen 104 und/oder ein oder mehrere Druck-Pulser 106 mit dem Schaltkreis 102 gekoppelt sein und der Schaltkreis kann eingerichtet sein, wahlweise eine der Mud-Sirenen 104 oder einen der Druck-Pulser 106 für das Senden eines Signals/eine Datenübertragung zu nutzen. Beispielsweise können mehrere Mud-Sirenen 104 (und/oder mehrere Druck-Pulser 106) für jeweils denselben Frequenzbereich ausgelegt sein, so dass ein Signal verstärkt wird und/oder mehrere Mud-Sirenen 104 können für jeweils voneinander verschiedene Frequenzbereiche ausgelegt sein, so dass die Kommunikationsvorrichtung 100 über eine entsprechend größere Kommunikationsbandbreite verfügt.
Dass wahlweise eine oder mehrere Mud-Sirenen 104 oder ein oder mehrere Druck-Pulser 106 für das Senden eines Signals genutzt werden, kann sich auf die Wahlfreiheit des Schaltkreises beziehen, eine oder mehrere bestimmte Sendeanlagen zu nutzen. Der Schaltkreis kann beispielsweise auch auswählen, eine Information mittels einer Sendeanlage und gleichzeitig eine andere Information (oder auch die gleiche Information zwecks Redundanz) mittels einer anderen Sendeanlage zu senden.
Ein Bohrgerät, beispielsweise der untertägige Teil des Bohrgeräts, kann verschiedene Systeme und Gerätschaften aufweisen. Eine Datenübertragung kann beispielsweise dazu dienen, Daten eines LWD-Systems (engl. „Logging While Drilling“ Erfassung während des Bohrens) und/oder eines MWD-Systems (engl. „Measuring While Drilling“ Messen während des Bohrens) von einem untertätigen Bohrgerät zu zumindest einem Empfänger zur Oberfläche zu übertragen. Ein LWD-System kann beispielsweise eingerichtet sein, geologische Daten zu erfassen, und ein MWD-System kann beispielsweise eingerichtet sein, Neigung (Inklination), Himmelsrichtung (Azimut) und/oder die Ausrichtung des Bohrwerkzeugs zur Oberfläche zu erfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schaltkreis 102 eingerichtet sein, ein Signal wahlweise mittels der Mud-Sirene 104 oder des Druck-Pulsers 106 zu senden. Anders formuliert, kann der Schaltkreis eingerichtet sein zu entscheiden, ob ein Signal über die Mud-Sirene 104 oder den Druck-Pulser 106 gesendet wird. Das Signal kann beispielsweise Informationen/Daten über den Bohrvorgang, Eigenschaften des (untertägigen) Bohrgeräts und/oder geologische Daten über die Umgebung des (untertägigen) Bohrgeräts betreffen. Mittels der Möglichkeit der Auswahl zwischen der Mud-Sirene 104 und dem Druck-Pulser 106 kann der Schaltkreis für ein oder mehrere Signale, beispielsweise nicht nur einzelne Daten (z.B. ein Messwert) sondern auch Datenpakete mit verschiedenen Daten (z.B. mehrere Messwerte), eingerichtet sein zu entscheiden, ob die jeweilige Information mit den entsprechenden Eigenschaften der Mud-Sirene 104 oder des Druck-Pulser 106, beispielsweise die jeweilige Eigenschaft in Hinblick auf Reichweite der Kommunikation und Datenrate, gesendet werden soll. D.h. der Schaltkreis kann für einzelne Informationen (oder Teilen von Informationen beispielsweise ein Bit) oder Informationspakete individuell eingerichtet sein festzulegen, wie die Daten übertragen werden sollen. Damit können beispielsweise bestimmte zu sendende Daten priorisiert werden, d.h. in einer Datenübertragung können bestimmte Daten dadurch eine relativ höhere Datentransferrate und/oder eine relativ erhöhte Datenaktualisierungsrate gegenüber anderen zu übertragenden Daten aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Mud-Sirene 104 und der Druck-Pulser 106 für eine Kommunikation/Datenübertragung in voneinander verschiedenen Frequenzbereichen ausgelegt sein. Beispielsweise kann für eine Kommunikation/Datenübertragung der Frequenzbereich der Mud-Sirene 104 außerhalb des Frequenzbereichs des Druck-Pulsers 106 liegen. Dadurch können beispielsweise gegenseitige Störung/Interferenzen vermieden werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Schaltkreis 102 einen Speicher aufweisen. Der Speicher kann beispielsweise einen oder mehrere RAM-Speicher (engl. „Random Access Memory“ - Zugriffsspeicher) und/oder ROM-Speicher (engl. „Read-Only Memory“ Nur-Lese-Speicher) aufweisen. Der Schaltkreis 102 kann eingerichtet sein, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen das Signal mittels der Mud-Sirene 104 oder dem Druck-Pulser 106 zu senden. Beispielsweise können in dem Speicher Daten, beispielsweise eine oder mehrere Konfigurationsdateien, gespeichert sein und der Schaltkreis 102 kann eingerichtet, sein die Konfigurationsdateien abzurufen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kommunikationsvorrichtung 100 eingerichtet sein, ein weiteres Signal mittels des nicht-gewählten Druck-Pulsers 106 bzw. der nichtgewählten Mud-Sirene 104 zu senden, wobei der Schaltkreis 102 eingerichtet sein kann, das Signal und das weitere Signal in einem Zeitabschnitt gleichzeitig zu senden. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Schaltkreis 102 eingerichtet sein bei zwei Signalen jeweils auszuwählen, welches der Signale mittels der Mud-Sirene 104 und welches der Signale mittels des Druck-Pulsers 106 übertragen wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kommunikationsvorrichtung 100 einen Speicher aufweisen, beispielsweise den in dem Zusammenhang mit der Schaltkreis 102 oben genannten Speicher oder einen davon verschiedenen Speicher. Die Kommunikationsvorrichtung 100 kann eingerichtet sein, mehrere Signale jeweils wahlweise mittels der Mud-Sirene 104 oder des Druck-Pulsers 106 zu senden und der Schaltkreis kann eingerichtet sein, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen die Reihenfolge der zu sendenden Signale festzulegen.
Der Schaltkreis 102 kann somit, wenn mehrere zu sendende Signale vorliegen, entscheiden, welches Signal über welche Sendeanlage gesandt wird. D.h. der Schaltkreis 102 gibt für jeweils ein Signal (in anderen Beispielen für ein Paket von Signalen) vor, ob jeweils beispielsweise die entsprechende Datenrate und Kommunikationsreichweite genutzt werden soll.
Beispielsweise kann der Schaltkreis 102 entscheiden, dass Signale entsprechend der Daten bezüglich der Neigung der Bohrung, Daten über die Himmelsrichtung des untertägigen Bohrgeräts, Daten über die Gesteinshärte und Daten über die Porosität des Gesteins (usw.) übertragen werden, wobei der Schaltkreis 102 jeweils festlegen kann, ob die Signale/Daten jeweils mittels der Mud-Sirene 104 oder des Druck-Pulsers 106 gesendet werden und welche Signale (zumindest abschnittsweise) gleichzeitig gesendet werden. Entsprechend kann die Vergabe von Zeitdauern an einer Sendeanlage zur Übertragung einer Information flexibel angepasst werden. Beispielsweise auch dynamisch, d.h. die Vergabe von Zeitdauern für bestimmte Daten an einer der Sendeanlagen kann während des Bohrvorgangs geändert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kommunikationsvorrichtung 100 eingerichtet sein, ein Steuer-Signal zu empfangen und basierend auf dem Signal die Reihenfolge festzulegen.
Beispielsweise kann die Kommunikationsvorrichtung 100 eine Empfangsanlage aufweisen, die Empfangsanlage kann einen oder mehrere Druckaufnehmer aufweisen. Die Empfangsanlage kann mit dem Schaltkreis 102 elektrisch gekoppelt sein. Der eine oder die mehreren Druckaufnehmer können eingerichtet sein, Signale, beispielsweise von einem anderen Teil des Bohrgeräts, beispielsweise einem obertägigen Teil, die beispielsweise mittels einer (oder mehreren) Mud-Sirene und/oder einem Druck-Pulser versandet worden sind, zu empfangen. Die Kommunikationsvorrichtung 100 kann eingerichtet sein, beispielsweise der Schaltkreis 102, die empfangenen Signale zu verarbeiten. Basierend auf den empfangenen Signalen kann beispielsweise sowohl das Bohrgerät als auch die Datenübertragung mittels der Kommunikationsvorrichtung 100 gesteuert werden. Beispielsweise kann anhand der empfangenen Signale die Anzahl der zu sendenden Signale, die Art der Signale (beispielsweise aus welcher Quelle oder welche Messwerte), die Reihenfolge der Signale, die Verteilung der Signale auf die Sendeanlagen und das Festlegen der jeweiligen Zeitdauern für zu sendende Signale gesteuert werden. Die empfangenen Signale können hierfür zu Änderung einer Konfiguration, beispielsweise einer Konfigurationsdatei in einem Speicher der Kommunikationsvorrichtung 100 und/oder des Schaltkreises 102, genutzt werden.
Ein Bohrgerät kann obertägig ein zu der Kommunikationsvorrichtung 100 komplementäre obertätige Kommunikationsvorrichtung aufweisen. Die obertägige Kommunikationsvorrichtung kann einen Schaltkreis und mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelt ein oder mehrere Druckaufnehmer aufweisen. Der Schaltkreis kann eingerichtet sein, anhand von in einem Speicher des Schaltkreises gespeicherten Informationen die von der Kommunikationsvorrichtung 100 gesendeten Signale zu verarbeiten.
Der obertägige Teil des Bohrgeräts kann an einer Druckleitung einer Spülungspumpe einen oder mehrere Drucksensoren/Druckaufnehmer aufweisen, welche die Druckschwankungen im Bohrstrang erfassen können und entsprechende Daten an einen Prozessor zur Auswertung weitergeben können. Der Prozessor kann Teil eines Computers sein. Der Prozessor kann eingerichtet sein, eine Abfolge von Bits aus dem Drucksignal zu erfassen und diese in Messwerte zurück zu übersetzen/berechnen.
Beispielsweise kann die obertägige Kommunikationsvorrichtung zur Verarbeitung einen Prozessor aufweisen und die in dem Speicher gespeicherten Informationen können komplementär zu den gespeicherten Informationen in einem Speicher des untertägigen Bohrgeräts sein. Beispielsweise können die Informationen in jeweils dem Speicher des untertägigen und des obertätigen Bohrgeräts dahingehend komplementär sein, dass sowohl das untertägige und das obertätige Bohrgerät die gesendeten Signale gleich interpretieren, d.h. für beide Teile des Bohrgeräts ist die Zuordnung eines oder mehrere gesendeten Bits, beispielsweise zu einem Messwert, gleich und der untertätige und der obertägige Teil eines Bohrgeräts sind jeweils für eine entsprechende Verarbeitung des Signals eingerichtet. Mit anderen Worten können jeweils in dem Speicher des untertägigen und des obertätigen Bohrgeräts Informationen für ein Datenübertragungsprotokoll gespeichert sein. Das Datenübertragungsprotokoll kann auch vorsehen, dass das Protokoll geändert wird, beispielsweise, dass ein oder mehrere Bits betreffend eines Mess- oder Steuerungswerts mit ein oder mehrere Bits eines anderen Mess- oder Steuerungswerts getauscht, relativ verschoben, nicht oder in anderer Weise übertragen werden. Das Protokoll kann auch betreffen, welches Bit über welche Sendeanlage gesendet wird. Das Protokoll kann auch eine Datenkompression beinhalten, so dass der Schaltkreis 102 in dem untertägigen Bohrgerät und der Schaltkreis in dem obertägigen Bohrgerät eingerichtet sind, entsprechend zu kodieren und dekodieren.
Die Datenübertragung kann einseitig gestaltet sein, beispielsweise kann das untertägige Bohrgerät eingerichtet sein, Daten, z.B. Messwerte, an das obertägige Bohrgerät zu senden oder das obertägige Bohrgerät kann eingerichtet sein, Daten, z.B. Steuerungssignale, zu dem untertägige Bohrgerät zu senden (und entsprechend jeweils zu empfangen). Die Datenübertragung kann auch zweiseitig sein, d.h. sowohl der Schaltkreis des obertägigen Bohrgeräts als auch der Schaltkreis 102 des untertägigen Bohrgeräts sind sowohl mit Sendeanlagen (ein oder mehreren Mud-Sirenen 102 und ein oder mehreren Druck-Pulsern 104) als auch mit Empfängeranlagen (z.B. ein oder mehreren Druckaufnehmern) elektrisch gekoppelt und sowohl das obertägige Bohrgerät als auch das untertägige Bohrgerät sind für das Empfangen und das Senden von Signalen eingerichtet.
1B zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Bohrgeräts 110 mit einer Kommunikationsvorrichtung 100.
Das Bohrgerät 110 kann beispielsweise ein untertätiges Bohrgerät sein und kann beispielsweise wie das Bohrgerät 200 in Zusammenhang mit 2A aufgebaut sein.
1C zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Kommunikation mit einem Bohrgerät.
Das Verfahren kann mittels der Kommunikationsvorrichtung 100, wie in 1A gezeigt, beispielsweise der Kommunikationsvorrichtung 100 in einem Bohrgerät, wie in 1B gezeigt, durchgeführt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Kommunikationsvorrichtung für ein Bohrgerät einen Schaltkreis, eine mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene und einen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelten Druck-Pulser aufweisen. Der Schaltkreis kann eingerichtet sein, ein Signal wahlweise mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers zu senden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Verfahren zur Kommunikation mit einem Bohrgerät mit einer solchen Kommunikationsvorrichtung, wie in 120 dargestellt, das Senden eines Signals wahlweise mittels der Mud-Sirene oder dem Druck-Pulser aufweisen.
Aussagen, Beispiele und Weiterbildungen für die Kommunikationsvorrichtung 100 können entsprechend auch für ein solches Verfahren gelten.
2A zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein untertägiges Bohrgerät 200. Das Bohrgerät 200 kann beispielsweise das Bohrgerät 100, wie in Zusammenhang mit 1B gezeigt, sein.
Das Bohrgerät 200 kann ein Bohrgestänge 202 aufweisen. An dem Bohrgestänge 202 kann ein Bohrkopf 214 angebracht sein. Das Bohrgerät 200, beispielsweise an dem Bohrgestänge 202 angebracht oder integriert, kann ein oder mehrere Sensoren 206 und eine mit den ein oder mehreren Sensoren elektrisch gekoppelte Kommunikationsvorrichtung 204 aufweisen. Die Kommunikationsvorrichtung 204 kann beispielsweise der Kommunikationsvorrichtung 100, wie in 1A gezeigt, entsprechen. Die Kommunikationsvorrichtung 204 kann einen Schaltkreis 208 eine damit elektrisch gekoppelte Mud-Sirene 210 und einen damit elektrisch gekoppelten Druck-Pulser 212 aufweisen.
Die Anordnung/Platzierung bzw. Reihenfolge der Sendeanlagen in dem Bohrgerät 200 kann beliebig sein und kann je nach Bohrgerät 200 angepasst werden. Das Bohrgerät 200 kann beispielsweise derart modular ausgestaltet sein, dass Sendeanlagen miteinander ausgetauscht werden können.
Der Bohrkopf 214 kann beispielsweise entsprechende Werkzeuge zum Bohren und Fräsen aufweisen. In verschiedenen Beispielen weist der Bohrkopf 214 ein oder mehrere Sensoren und eine Steuerung auf, welche zu Datenübertragung und beispielsweise zur Steuerung mit der Kommunikationsvorrichtung 204 elektrisch gekoppelt sein können.
Das Bohrgerät 200 kann eine oder mehrere weitere Komponenten aufweisen. Beispielsweise können die Komponenten in Modulen aufgeteilt sein. Jede Komponente kann zur Steuerung und/oder Datenübertragung mit der Kommunikationsvorrichtung 204 elektrisch gekoppelt sein. Komponenten können beispielsweise der Bohrkopf 214, eine Lenkungseinrichtung, die ein oder mehreren Sensoren 206 und/oder eine Energieversorgung sein.
Die ein oder mehreren Sensoren 206 können beispielsweise jeweils ein oder mehrere Sensoren zur Druckmessung (beispielsweise Druck der Bohrspülung und/oder Druck auf den Bohrkopf), Sensoren für elektrische Kenngrößen (beispielsweise elektrische Kapazität und/oder elektrischer Widerstand der Bohrspülung oder des umgebenden Gesteins), Temperatur, Sensoren für geologische Gegebenheiten (beispielsweise Dichte und/oder Porosität des Gesteins/des umgebenden Materials) und Sensoren für Status und Lenkung des Bohrgeräts 200 (beispielsweise für Vibrationen und Richtung des Bohrgeräts 200) sein.
Ein Sensor der ein oder mehreren Sensoren 206 kann jeweils mit einem Prozessor gekoppelt sein, um die Messwerte zu verarbeiten und/oder der Schaltkreis 208 kann zumindest einen Prozessor aufweisen, um Messwerte zu verarbeiten. Der Schaltkreis 208 kann die entsprechenden Daten und Informationen in zu sendende Signale umsetzen. Der Schaltkreis 208 kann eingerichtet sein zu entscheiden, welche Signale gesendet werden sollen und in welchen Intervallen diese gesendet werden sollen.
2B zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Datenübertragung mit einer Kommunikationsvorrichtung 230.
In einem System 220 kann die Kommunikationsvorrichtung 230 Teil eines untertägigen Teils eines Bohrgeräts sein und ein Kommunikationsgerät 260 kann Teil des obertägigen Bohrgeräts sein. Die Datenübertragung kann mittels Druckschwankungen in der Bohrspülung 250 als Medium erfolgen. Die Kommunikationsvorrichtung 230 kann dem Kommunikationsgerät 100 oder 204 entsprechen.
Grundlage für ein zu sendendes Signal können Daten/Informationen 232 sein. Die Daten 232 können beispielsweise von an der Kommunikationsvorrichtung 230 angeschlossenen ein oder mehreren Sensoren stammen und/oder Statusinformation des untertägigen Bohrgeräts sein. Die Kommunikationsvorrichtung 230 kann entsprechende Schnittstellen aufweisen. Die Daten 232 können auch das Datenübertragungsprotokoll betreffen. Die Daten 232 können beispielsweise in einem Speicher oder Zwischenspeicher gespeichert werden, welcher Teil eines Schaltkreises 234 (beispielsweise des Schalkreises 102 aus 1A) sein kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Kommunikationsvorrichtung 230 bzw. der Schaltkreis 234 der Kommunikationsvorrichtung 230 einen Prozessor 236 auf, der eingerichtet ist, die Daten 232 zu verarbeiten und in zu sendende Signale umzusetzen. In anderen Beispielen liegen die Daten bereits, beispielsweise durch eine Verarbeitung von Daten durch Sensoren, in der Form von zu sendenden Signalen vor.
Die Kommunikationsvorrichtung 230 bzw. der Schaltkreis 234 der Kommunikationsvorrichtung 230 kann einen Sendeschaltkreis 238 aufweisen. Dieser kann beispielsweise in dem Prozessor 236 integriert sein. Der Sendeschaltkreis 238 kann beispielsweise eingerichtet sein, Signale und Daten in ein Kommunikationsprotokoll zu überführen, die Signale jeweils einer Sendeanlage und dann jeweils einer Frequenz zu zuteilen.
Die zu sendenden Signale können, beispielswiese nach einer Verarbeitung mittels des Prozessors 236 und/oder des Sendeschaltkreises 238, in einer Form 240 vorliegen. Die Form 240 zeigt schematisch fünf Informationseinheiten, wobei zwecks der Übersichtlichkeit nur eine mit Bezugszeichen versehen ist. Eine Informationseinheit kann einen Datenteil 242 und optional einen Statusteil 244 aufweisen. Der Datenteil 242 weist die zu sendenden Bits auf. Der Statusteil 244 kann beispielsweise Daten hinsichtlich einer zyklischen Redundanzprüfung (CRC), beispielsweise Hash-Werte der Daten des Datenteils 242, Steuerungsinformationen, beispielsweise Prioritätsinformationen oder Informationen über die zu nutzende Sendeanlage oder andere Informationen betreffen. Der Statusteil 244 kann in verschiedenen Beispielen auch weggelassen werden. Die Schraffur der fünf Informationseinheiten soll verdeutlichen, dass drei Informationseinheiten für das Senden mittels der Mud-Sirene 246 und die nicht-schraffierten zwei Informationseinheiten für das Senden mittels des Druck-Pulsers 248 vorgesehen sind und entsprechend von dem Schaltkreis 234 zur jeweiligen Sendeanlage durchgereicht werden.
Die Mud-Sirene 246 und der Druck-Pulser 248 nutzen zur Datenübertragung das Medium der Bohrspülung 250.
Gemäß verschiedenen Beispielen kann, beispielsweise in einem obertätigen Teil des Bohrgeräts, eine Kommunikationsvorrichtung 260 eingerichtet sein, die gesendeten Signale, beispielsweise mit ein oder mehreren Druckaufnehmern/Drucksensoren 262 und 264, zu empfangen. Beispielsweise kann nur ein Druckaufnehmer genutzt werden, um die Signale zu empfangen oder wie hier gezeigt zwei (oder mehr) Druckaufnehmer, die für bestimmte Frequenzbereiche, beispielsweise den Sendeanlagen entsprechenden Frequenzbereiche, ausgelegt sind. Jeder Druckaufnehmer 262, 264 kann jeweils ein empfangenes Signal an ein oder mehrere Filter 266, 268 weiterleiten. Die Filter 266, 268 können eingerichtet sein, die von den Druckaufnehmern 262, 264 aufgenommenen Informationen zu filtern, beispielsweise nach den Frequenzbereichen der Sendeanlagen der Kommunikationsvorrichtung 230. Die gefilterten Daten werden einem Prozessor 270 übergeben, wobei die Filter 266, 268 auch Teil des Prozessors 270 sein können. Der Prozessor 270 kann eingerichtet sein, aus den gefilterten Daten die ursprünglichen Daten, wie mit dem Bezugszeichen 240 schematisch dargestellt, zu rekonstruierten Daten 272 wiederherzustellen. Der Prozessor 272 kann beispielsweise eingerichtet sein, CRC/Hash-Test durchzuführen, um die Korrektheit der Daten zu bestätigen. Die rekonstruierten Daten können anschließend beispielsweise auf einer Anzeige 274 angezeigt werden.
Die Kommunikationsvorrichtung 260 gezeigte Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise nicht nur als obertätiger Empfänger eingesetzt werden, sondern kann auch Teil der Kommunikationsvorrichtung 230 als untertägiger Empfänger dienen. In diesem Fall kann der Schaltkreis der Kommunikationsvorrichtung 230 beispielsweise die Filter 266, 268 und den Prozessor 270 beinhalten.
3 zeigt schematisch ein Datenpaket 300 von zu sendenden Signalen 304, 308.
Daten 302, die mit einer Mud-Sirene gesendet werden, und Daten 306, welche mit einem Druck-Pulser gesendet werden, können jeweils verschiedene Datenbits 304 und 308 aufweisen. Zwecks der Übersichtlichkeit sind jeweils nur ein Datenbit 304 und 308 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Daten 302 und 306 werden, wie mit der Zeitachse 310 angedeutet, jeweils nacheinander versendet. In diesem Beispiel werden das Datenbit 304 und das Datenbit 306 zumindest in einem Zeitabschnitt gleichzeitig gesendet.
Daten bezüglich eines Werts, beispielsweise eines Messwerts eines Sensors, können mittels eines oder mehreren Datenbits übertragen werden. Beispielsweise können solche Daten bezüglich eines Werts nur mittels Datenbits 304 der Mud-Sirene 302 oder nur mittels Datenbits 306 des Druck-Pulsers übertragen werden. Es kann auch Mischformen geben, wobei Daten bezüglich eines Werts teilweise über Datenbits 304 der Mud-Sirene 302 und teilweise über Datenbits 306 des Druck-Pulsers 306 übertragen werden.
Das Datenpaket 300 kann eine Einheit darstellen, d.h. wenn dieses Datenpaket 300 gesendet wird, können ein oder mehrere Datenpakete folgen, die dieselbe Aufteilung an Datenbits aufweisen können. Beispielsweise wird ein Messwert eines Sensors über ein bestimmtes Bit des Datenpakets 300 übertragen und es müssen mehrere Datenpakete empfangen werden, um den Messwert (der entsprechend aus mehreren Bits zusammengesetzt ist) zu rekonstruieren. Je nach Anzahl an Bits pro zu übertragendem Wert pro Datenpaket, kann eine Datenaktualisierungsrate und eine Datenrate eingestellt werden.
In der Praxis kann dies bedeuten, dass jeder einzelne Messwert immer nur in relativ großen Zeitabständen aktualisiert, bzw. die vollständige Information über den Messwert, versendet (und empfangen) wird. Beispielsweise kann erst die Neigung der Bohrung, dann die Himmelsrichtung, dann die Gesteinshärte, danach die Porosität des Gesteins usw. übertragen werden. Wenn alle Daten übertragen worden sind, kann der Prozess wieder von vorne beginnen, d.h. es kann eine Sequenz von ein oder mehreren Datenpaketen, die entsprechende Messwerte oder Steuerungswerte umfassen, periodisch gesendet werden. Manche Messwerte oder auch Steuerungsbefehle können eine höhere Priorität aufweisen. Beispielsweise kann es notwendig sein, bestimmte Messwerte in einer höheren Aktualisierungsfrequenz zu übertragen als andere Messwerte. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schaltkreis, beispielsweise der Schaltkreis 102, entscheiden, welche Datenbits 304, 306 in dem Datenpaket 300, welche Messwerte repräsentieren. D.h. Die Aufteilung der Messwerte auf die Datenbits 304, 306, die Reihenfolge der Datenbits 304, 306, die Anzahl der Datenbits 304, 306 pro Messwert und/oder die Verteilung der Datenbits 304, 306 auf die Mud-Sirene oder den Druck-Pulser können variabel und an eine Situation angepasst, gestaltet werden. Entsprechend können bestimmte Daten und/oder Steuerungsbefehle mit einer relativ höheren Datenrate, Kommunikationsreichweite, Störungsanfälligkeit und/oder Datenaktualisierungsrate versendet (und empfangen) werden, als andere Daten.
Beispielsweise kann auch während eines Vorgangs, beispielsweise eines Bohrvorgangs, die Aufteilung der Datenbits verändert werden, beispielsweise an eine Situation angepasst werden (beispielsweise bei mechanischen Probleme oder sonstigen Störungen des untertägigen Bohrgeräts oder einer Änderung der umgebenden Geologie).
Ein Datenpaket kann beispielsweise ein oder mehrere Datenbits 304, 306 mit einer festen Zuteilung im Datenpaket 300 aufweisen, die der Empfängerseite die Information zukommen lassen, dass dieses und eventuell weitere Datenpakete eine bestimmte Aufteilung der Datenbits 304, 306 aufweisen. In einem anderen Beispiel wird ein Datenpaket 300 dazu genutzt die Empfängerseite über eine andere Aufteilung der Datenbits 304, 306 zu informieren während beispielsweise folgende Datenpakete keine Bits bezüglich einer Aufteilung aufweisen.
Ein Datenpaket 300 kann gemäß bekannten Protokollen organisiert sein, so können ein oder mehrere Datenpakete beispielsweise konform zum IP-Protokoll oder anderen Protokollen sein. Beispielsweise kann ein Datenpaket 300 einen Header und CRC/Hash-Informationen aufweisen. Die Verarbeitung von ein oder mehreren Datenpakten kann beispielswiese auf Information des Headers basieren.
Wie in 3 schematisch gezeigt, der Takt der Kommunikation mittels der Mud-Sirene 104 von dem Takt der Kommunikation mittels des Druck-Pulsers 106 verschieden sein. D.h. die Zeitdauer zur Übertragung von einem Bit mit der Mud-Sirene kann von der Zeitdauer zur Übertragung von einem Bit mit dem Druck-Pulser abweichen. Diese flexible Gestaltung erlaubt es, auf die Eigenheiten der Sendeanlagen einzugehen, ohne Restriktionen einer Sendeanlage auf eine andere Sendeanlage zu übertragen. Jedes der beiden Systeme kann somit mit seiner optimalen Datenrate arbeiten.
Die variable und flexible Aufteilung der Messwerte auf die Datenbits 304, 306 und auf die Mud-Sirene 302 und den Druck-Pulser 306 ermöglichen, dass die Datenraten von herkömmlichen hydraulischen Übertragungssystemen in Bohrlöchern erhöht werden können. Durch das Mehr an Daten, dass dadurch gewonnen werden kann, stehen Übertage mehr Informationen über den Bohrprozess, das Bohrloch und die Formation zur Verfügung. Weiterhin wird es ermöglicht, besonders interessante Daten während des Bohrprozesses auszuwählen und diese in einer schnelleren Folge zur Oberfläche zu übertragen, als die weniger wichtigen. Dadurch können die Bohrungen effizienter und sicherer abgeteuft werden, was zu einer Reduzierung der Bohrkosten führen kann.
Die Parallel-Übertragung im Basisband (per Druck-Pulser) und Passband (per Mud-Sirene) in Bohrlöchern ermöglicht die effektive Nutzung des verfügbaren hydraulischen Übertragungskanals durch die gleichzeitige Übertragung in Basisband und Passband, was zu einer Erhöhung der Datenraten der hydraulischen Datenübertragung im Bohrloch führt. Ferner können Daten selektiv übertragen werden, d.h. besonders wichtige bzw. kritische Daten können mit höherer Datenrate als andere Daten übertragen werden. Außerdem kann die Zuordnung der Daten während des Bohrprozesses verändert werden. Eine erhöhte Datenrate zwischen den untertägigen Sensoren und der obertägigen Mannschaft erleichtert die Bohrarbeiten und die gezielte Steuerung der Bohrung ins Zielgebiet erheblich.
4 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Kommunikationsvorrichtung 400.
Die Kommunikationsvorrichtung 400 kann aufgebaut sein, wie die Kommunikationsvorrichtung 100 und jeweils zusätzlich oder optional einen Prozessor 402, einen Speicher 404 und/oder einen Sendeschaltkreis 406 aufweisen. An die Kommunikationsvorrichtung 400 kann ein Druckaufnehmer elektrisch gekoppelt sein. Diese können wie in den verschiedenen oben genannten und in den folgenden Beispielen beschriebenen Funktionen erfüllen. Die Kommunikationsvorrichtung 400 kann für eine zweiseitige Kommunikation, d.h. Senden und Empfangen, ausgelegt sein.
5 zeigt schematisch ein Beispiel 500 für das Filtern und Extrahieren von gesendeten Daten. Beispielsweise kann der Filter 266 und/oder Filter 268, wie in 2B gezeigt, dafür eingerichtet sein.
In dem Diagramm 502, wobei Druck über die Achse 504 und Zeit über die Achse 506 aufgetragen sind, ist ein Beispiel für ein aufgenommenes Drucksignal gezeigt. Das Drucksignal kann beispielsweise mit einem Druckaufnehmer/Drucksensor, wie beispielsweise in Zusammenhang mit den vorherigen Figuren gezeigten und beschriebenen, aufgenommen worden sein. Die Zeitachse 506 kann hier beispielsweise etwa 7 Sekunden umfassen und die Druckschwankung von dem maximalen Druck bis zu dem minimalen Druck des gezeigten Drucksignals etwa ein bar.
In dem Diagramm 508, wobei eine Amplitude über die Achse 510 und Frequenz über die Achse 512 aufgetragen sind, ist das Ergebnis einer Fourier-Transformation des Drucksignals aus Diagramm 502 gezeigt. Die beiden Peaks 514 und 516 entsprechen den Arbeitsfrequenzen einer Mud-Sirene.
In dem Diagramm 518, wobei eine Amplitude über die Achse 520 und Frequenz über die Achse 522 aufgetragen sind, ist das Ergebnis eines Filterns des Signals aus Diagramm 508 gezeigt. Der entsprechende Filter ist auf die Frequenzen der Mud-Sirene angepasst, so dass nur noch die Peaks 524 und 526 entsprechend den Peaks 514 und 516 dargestellt sind.
In dem Diagramm 528, wobei der Druck über die Achse 530 und die Zeit über die Achse 532 aufgetragen sind, ist das aus dem gefilterten Signal aus Diagramm 518 berechnete (Fouriertransformierte) Drucksignal der Mud-Sirene dargestellt. Aus diesem Signal können nun Datenbits extrahiert werden. Wie an dem Signal in der 5 zu sehen ist, kann sich aufgrund der verschiedenen Frequenzen entsprechend den Peaks 524 und 526 eine Schwebung ergeben. Das Extrahieren von Informationen kann auch auf Basis der Schwebung erfolgen. Beispielsweise kann das Aufeinanderfolgen von Schwebungsknoten und Schwebungsbäuchen (zeitliche Abfolge und/oder Zeitdauer) genutzt werden, um eine Information zu encodieren bzw. zu extrahieren.
Fourier-Transformation, Filtern und/oder Extraktion von Daten/Bits kann in einer Empfängeranlage (beispielsweise obertätig oder untertägig) von entsprechenden Schaltkreisen, beispielsweise Prozessoren, wie oben in verschiedenen Beispielen beschrieben, erfolgen.
6 zeigt schematisch ein Beispiel 600 für das Extrahieren und Filtern von gesendeten Daten aus einem Drucksignal.
In dem Diagramm 602, wobei Druck über die Achse 604 und Zeit über die Achse 606 aufgetragen sind, ist ein Beispiel für ein aufgenommenes Drucksignal, beispielsweise dasselbe Drucksignal wie in Diagramm 502, gezeigt.
In dem Diagramm 608, wobei Druck über die Achse 610 und Zeit über die Achse 612 aufgetragen sind, ist ein Beispiel für ein gefiltertes Drucksignal, beispielsweise gefiltert aus dem Drucksignal aus Diagramm 602. Das Filtern kann, ähnlich zu dem Filtern beschrieben in Zusammenhang mit Diagramm 518, über eine Fourier-Transformation und über das Filtern der relevanten Frequenzbereiche geschehen. Das hier gezeigte Beispiel kann dem gefilterten Drucksignal eines Druck-Pulsers entsprechen.
In dem Diagramm 614, wobei Druck über die Achse 616 und Zeit über die Achse 618 aufgetragen sind, ist gezeigt, dass das gefilterte Drucksignal aus Diagramm 608 in Zeiteinheiten aufgeteilt wird. Eine Zeiteinheit bzw. Intervall ist in diesem Beispiel mittels des Abstands der beiden Skalenstriche 620 dargestellt.
In dem Diagramm 622, wobei Druck über die Achse 624 und Zeit über die Achse 626 aufgetragen sind, ist gezeigt, dass das gefilterte und in Zeiteinheiten eingeteilte Drucksignal aus Diagramm 614 gemittelt wird. Beispielsweise wird das Drucksignal jeweils über jede Zeiteinheit gemittelt. Es ergibt sich pro Zeiteinheit ein gemitteltes Signal, dessen Druckwert über oder unter einem Schwellenwert 628 liegt.
In dem Diagramm 632, wobei Bits über die Achse 634 und Zeit über die Achse 636 aufgetragen sind, ist gezeigt, dass das aus dem gefilterten, in Zeiteinheiten eingeteilte und gemittelte Drucksignal aus Diagramm 622 in eine Reihe von Bits überführt wird. Dabei entspricht ein „0“-Bit 638 einem gemittelten Drucksignal über dem Schwellenwert 628 und ein „1“-Bit 640 einem gemittelten Drucksignal unter dem Schwellenwert 628. Das hier für den Druck-Pulser gezeigte Verfahren zur Extraktion von Bits bzw. Daten kann analog für die Mud-Sirene erfolgen.
Auch die im Beispiel 600 gezeigten Verarbeitungen und Berechnungen (Fourier-Transformation, Filtern, Einteilung in Zeiteinheiten, Mittelung, Übertragung in Bitdarstellung) können in einer Empfängeranlage (beispielsweise obertätig oder untertägig) von entsprechenden Schaltkreisen, beispielsweise Prozessoren, wie oben in verschiedenen Beispielen beschrieben, erfolgen.
7 zeigt schematisch ein Diagramm 700 von übertragenen Bits.
Ähnlich zu 3 können Daten 702, die mit einer Mud-Sirene gesendet werden, und Daten 706, welche mit einem Druck-Pulser gesendet werden, jeweils verschiedene Datenbits 704 und 708 aufweisen. Zwecks der Übersichtlichkeit sind jeweils nur ein Datenbit 704 und 708 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Daten 702 und 706 werden, wie mit der Zeitachse 710 angedeutet, jeweils nacheinander versendet.
In diesem und den vorangegangenen Beispielen ist zur Veranschaulichung das Drucksignal aus Diagramm 502 dasselbe Drucksignal wie in Diagramm 602. Das Diagramm 700 zeigt die übertragenen/zu übertragenden Bits aus diesem Drucksignal. In diesem konkreten Beispiel wird für die Mud-Sirene eine Frequenzumtastungs-Modulation (engl. Frequency Shift Keying, FSK) verwendet. Die erste Frequenz für die Mud-Sirene liegt bei 43 Hz und die zweite Frequenz bei 60 Hz. Das zeitliche Intervall (oder auch Slotweite genannt) bzw. die zeitliche Dauer der Übertragung eines Bits liegt bei 0,8s. Der Druck-Pulser benutzt in diesem Beispiel ein Non-Return-to-Zero (Keine Rückkehr zu Null) Modulationsverfahren und weist eine zeitliche Dauer der Übertragung eines Bits von 1s auf. Dieses konkrete Beispiel ist zur Veranschaulichung gedacht und nicht einschränkend. In anderen Beispielen können Modulationsverfahren, Slotweiten, Frequenzen und/oder Anzahl der Bits je Sendeanlage variieren.

Claims

Kommunikationsvorrichtung für ein Bohrgerät, aufweisend: • einen Schaltkreis, • eine mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene, • einen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelter Druck-Pulser, • wobei der Schaltkreis eingerichtet ist auszuwählen, ein Signal mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers zu senden.
Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kommunikationsvorrichtung mindestens eine zusätzliche mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene und mindestens einen zusätzlichen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelten Druck-Pulser aufweist, wobei der Schaltkreis eingerichtet ist auszuwählen, das Signal mittels einer der mindestens einen zusätzlichen Mud-Sirene oder mittels einem des mindestens einen zusätzlichen Druck-Pulsers zu senden.
Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schaltkreis einen Speicher aufweist, und der Schaltkreis eingerichtet ist, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen die Mud-Sirene oder den Druck-Pulser auszuwählen.
Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kommunikationsvorrichtung eingerichtet ist, ein weiteres Signal mittels des nicht-gewählten Druck-Pulsers bzw. der nicht-gewählten Mud-Sirene zu senden, wobei der Schaltkreis eingerichtet ist, das Signal und das weitere Signal in einem Zeitabschnitt gleichzeitig zu senden.
Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kommunikationsvorrichtung einen Speicher aufweist und eingerichtet ist, mehrere Signale jeweils wahlweise mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers zu senden und der Schaltkreis eingerichtet ist, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen die Reihenfolge der zu sendenden Signale festzulegen.
Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Kommunikationsvorrichtung ferner einen Druckaufnehmer aufweist und eingerichtet ist, ein Steuer-Signal zu empfangen und basierend auf dem Signal die Reihenfolge festzulegen.
Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zeitdauer zu dem Senden eines Bits des Signals mittels der Mud-Sirene von der Zeitdauer zu dem Senden eines Bits des Signals mittels des Druck-Pulsers verschieden ist.
Bohrgerät, welches eine Kommunikationsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 aufweist.
Verfahren zur Kommunikation mit einem Bohrgerät, wobei das untertägige Bohrgerät eine Kommunikationsvorrichtung aufweist und die Kommunikationsvorrichtung aufweist: • einen Schaltkreis, • eine mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene, • einen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelter Druck-Pulser, wobei das Verfahren aufweist: • Auswählen der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers zum Senden eines Signals; und • Senden des Signals mittels der ausgewählten Mud-Sirene oder mittels des ausgewählten Druck-Pulsers.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Kommunikationsvorrichtung mindestens eine zusätzliche mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelte Mud-Sirene und mindestens einen zusätzlichen mit dem Schaltkreis elektrisch gekoppelten Druck-Pulser aufweist, wobei das Verfahren das Auswählen aufweist, das Signal mittels einer der mindestens einen zusätzlichen Mud-Sirene oder mittels einem des mindestens einen zusätzlichen Druck-Pulsers zu senden.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Schaltkreis einen Speicher aufweist, und der Schaltkreis, anhand von in dem Speicher gespeicherten Informationen auswählt, das Signal mittels der Mud-Sirene oder dem Druck-Pulser zu senden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner aufweisend: • Senden eines weiteren Signals mittels des nichtgewählten Druck-Pulsers bzw. der nicht-gewählten Mud-Sirene, wobei das Signal und das weitere Signal in einem Zeitabschnitt gleichzeitig gesendet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Schaltkreis einen Speicher aufweist und das Verfahren ferner aufweist: • Senden mehrerer Signale jeweils wahlweise mittels der Mud-Sirene oder des Druck-Pulsers, wobei die Reihenfolge der zu sendenden Signale auf Informationen gespeichert in dem Speicher beruht.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Kommunikationsvorrichtung einen Druckaufnehmer aufweist und das Verfahren ferner das Empfangen eines Steuer-Signals mittels der Kommunikationsvorrichtung aufweist, wobei die Reihenfolge der zu sendenden Signale auf dem Steuer-Signal basiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Zeitdauer zu dem Senden eines Bits des Signals mittels der Mud-Sirene von der Zeitdauer zu dem Senden eines Bits des Signals mittels des Druck-Pulsers verschieden ist.