DE112010001795T5

DE112010001795T5 - Messung der Phase von Empfangssignalen

Info

Publication number: DE112010001795T5
Application number: DE112010001795T
Authority: DE
Inventors: Jean Seydoux; Libo Yang; Mark Kuchenbecker; Reza Taherian; Emmanuel Legendre
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2012-07-19
Also published as: US9182747B2; US20130080102A1; WO2010129297A3; WO2010129297A2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Phase eines Signals, wenn die Sender- und die Empfängerschaltung separate Taktgeber verwenden. Eine Diskrepanz zwischen den separaten Taktgebern bzw. Takten wird bestimmt, da sie ein Korrekturfaktor zwischen den separaten Taktgebern bzw. Takten ist. Die Phase wird anhand einer gemessenen Zeit der Ankunft des Signals, der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors bestimmt. Um die Diskrepanz zu bestimmen, können ein Driftfaktor und eine erwartete Startzeit einer Impulsfolge verwendet werden. Es wird eine Startzeit eines Impulses innerhalb der Impulsfolge bestimmt und zum Bestimmen des Korrekturfaktors verwendet. Das Verfahren arbeitet entweder durch absolute Synchronisation der separaten Taktgeber oder insofern, als die Messungen unabhängig von der Taktsynchronisation gemacht werden.

Description

Querverweis auf andere Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C, 119(e), die Priorität und den Nutzen der varläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/173,382, eingereicht am 28. April 2009.
Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Protokollieren (logging) unterirdischer Formationen, die ein Bohrloch umgeben, mittels eines Untertage-Protokollierwerkzeugs und insbesondere auf das Erfassen von Messwerten mit einem modularen Protokollierwerkzeug während des Bohrens und das Verwenden solcher Messwerte zum Ableiten einer oder mehrerer Formationseigenschaften.
Stand der Technik
Protokollierwerkzeuge sind in Bohrlöchern lange Zeit verwendet worden, um beispielsweise Formationsbewertungsmessungen vorzunehmen, um daraus auf Eigenschaften der Formationen, die das Bohrloch umgeben, und der Fluide in den Formationen zu schließen. Übliche Protokollierwerkzeuge umfassen elektromagnetische Werkzeuge, nukleare Werkzeuge und Kernmagnetresonanz-(KMR)-Werkzeuge, wenn auch verschiedene andere Werkzeugtypen ebenfalls verwendet werden.
Frühere Protokollierwerkzeuge wurden an einem Drahtseil (wireline) in ein Bohrloch eingefahren, nachdem das Bohrloch gebohrt war. Moderne Versionen solcher Drahtleitungswerkzeuge werden noch immer extensiv genutzt. Jedoch gab der Bedarf an Informationen während des Bohrens des Bohrlochs Anlass für Werkzeuge zur Messung während des Bohrens (MWD, measurement while drilling) und zur Protokollierung während des Bohrens (LWD, logging while drilling). MWD-Werkzeuge liefern im Allgemeinen Bohrparameterinformationen wie beispielsweise das Gewicht auf den Bohrer, das Drehmoment, die Temperatur, den Druck, die Richtung und die Neigung. LWD-Werkzeuge liefern im Allgemeinen Formationsbewertungsmesswerte wie beispielsweise den spezifischen elektrischen Widerstand bzw. den Leitwert, die Porosität und KMR-Verteilungen (z. B. T1 und T2). MWD- und LWD-Werkzeuge besitzen oft Komponenten, die sie mit Drahtleitungswerkzeugen gemeinsam haben (z. B. Sende- und Empfangsantennen), jedoch müssen MWD- und LWD-Werkzeuge so konstruiert sein, dass sie nicht nur lange durchhalten, sondern auch in der rauen Bohrumgebung funktionieren.
Die Ausbreitung elektromagnetischer (EM) Wellen in einem Medium ist gekennzeichnet durch die magnetische Permeabilität des Mediums (μ) und die komplexe Permittivität (ε*), die gegeben sind durch
μ = μ_rμ₀. (2)
ε_r und μ_r sind die Permittivität und die Permeabilität des Mediums relativ zu ihren jeweiligen Werten im freien Raum (ε₀ = 8,8·10^–12 und μ₀ = 1/(4π·10^–7)), ω ist die Winkelfrequenz und σ ist die spezifische elektrische Leitfähigkeit. Diese Parameter beeinflussen den Wellenvektor k, der gegeben ist durch
wobei c, die Lichtgeschwindigkeit im luftleeren Raum, gegeben ist durch
Das meiste Gestein, das von Interesse ist, ist nichtmagnetisch, weshalb μ_r gleich eins ist. Ein EM-Messwert von einem Leitwertprotokollierwerkzeug ist auf k bezogen, das seinerseits auf ε_r und σ bezogen ist. Der Realteil und der Imaginärteil von ε* haben unterschiedliche Frequenzabhängigkeiten. Beispielsweise ist die Leitfähigkeit typischerweise konstant, bis die Frequenz 1 MHz übersteigt, worauf sie langsam abnimmt. Die Permittivität von Gestein ist andererseits sehr hoch (z. B. ~10⁹) bei Frequenzen im unteren Hz-Bereich und nimmt ab, wenn die Frequenz zunimmt, jedoch fängt sie sich bei Frequenzen um ein GHz. Die Frequenzabhängigkeit der Permittivität lautet 1/f für Frequenzen bis zu etwa 10⁴ Hz, jedoch verändert sich diese zwischen 10⁴ und 10⁸ Hz zu 1/(f^–α), wobei α etwa 0,3 ist. Da der Imaginärteil von ε* eine explizite 1/f-Abhängigkeit aufweist, dominiert er bei tiefen Frequenzen, während der Realteil bei hohen Frequenzen dominiert.
Die meisten Niederfrequenz-Leitwertwerkzeuge des Standes der Technik haben sich auf den Leitfähigkeitsausdruck der komplexen Permittivität konzentriert und den Realteil (der als Dielektrizitätskonstante bekannt ist) ignoriert. Somit messen solche Werkzeuge nur die Amplitude des empfangenen Signals, was zur Auflösung nach der Leitfähigkeit ausreichend ist. Wenn jedoch auch die Phase des Empfangssignals gemessen wird, kann nach dem Realteil und dem Imaginärteil der komplexen Permittivität aufgelöst werden. Es entsteht immer größeres Interesse an der Dielektrizitätskonstante, da sie Informationen über die Mikrogeometrie der Gesteinsmatrix enthält.
Physikbasierte Modelle, die die Frequenzabhängigkeit der Permittivität (und spezifisch der Dielektrizitätskonstante) erklären, führen die Veränderung mit der Frequenz auf drei Effekte zurück, wovon sich jeder in einem bestimmten Frequenzbereich auswirkt. Bei hohen Frequenzen, wo die Permittivität im Wesentlichen frequenzunabhängig ist, kann die Permittivität des Gesteins, das eine Mischung aus fester Matrix, Wasser und Kohlenwasserstoffen ist, unter Anwendung des Verfahrens zur Bestimmung des komplexen Brechungsindexes (CRIM, complex refractive index method) berechnet werden, das durch die folgende Gleichung (5) gezeigt ist:
Dies ist ein einfacher volumetrischer Mittelwert des Brechungsindexes (d. h. die Quadratwurzel der Permittivität) der Komponenten. Jegliche leichte Frequenzabhängigkeit in diesem Bereich ist das Ergebnis der Frequenzabhängigkeit der Wasserpermittivität.
Der Zwischenbereich, wo sich die Permittivität mit dem (–α)-Exponenten der Frequenz verändert, wird auf die geometrische Gestalt der Gesteinsgefüge zurückgeführt. Die nichtleitenden Gefüge, die von leitendem Wasser umgeben sind, bilden örtliche Kondensatoren, die auf das angelegte elektrische Feld reagieren. Die Permittivität in diesem Bereich ist durch mehrere Modelle beschrieben worden, wovon eines, für ein vollständig mit Wasser gefülltes Gestein, gegeben ist durch
wobei L der Depolarisationsfaktor ist, der die mittlere Gefügeform beschreibt. Beispielsweise ist L gleich 1/3 für sphärische Gefüge, wobei er bei realistischeren sphäroidischen Gefügeformen abweicht, jedoch zwischen 0 und 1 bleibt. Diese Gleichung lässt sich ohne Weiteres so modifizieren, dass die teilweise Wassersättigung und die Auswirkung von Kohlenwasserstoffen auf die gemessene komplexe Permittivität mit erfasst sind. Wie oben erwähnt worden ist, beginnt der Zwischenfrequenzbereich bei etwa 100 kHz, was der Betriebsfrequenz der meisten Ausbreitungs- und Induktionswerkzeuge entspricht, weshalb dieser Ausdruck auf die Messwerte von diesen Werkzeugen gut anwendbar ist und zu einer komplexen Permittivität von Wasser führt, aus der die Salzhaltigkeit des Wassers bestimmt werden kann. Der Ausdruck liefert auch ein Maß für die Gefügeform, das weitere Anwendung findet.
Bei Frequenzen unter 100 kHz weist die Permittivität eine 1/f-Abhängigkeit auf. Dies lässt sich auf die Doppelschichteffekte, die durch Oberflächenladungen auf den Oberflächen der Gesteinsgefüge verursacht werden, zurückführen. Die Oberflächen der Gesteinsgefüge werden entweder durch die Art der Mineralien auf der Oberfläche oder noch entscheidender durch die wechselnden Mengen an Tonmineral an der Oberfläche aufgeladen. Diese Mineralien besitzen Oberflächenladungen, die mit einer Wolke entgegengesetzt aufgeladener Gegenionen in Kontakt sind und eine ionische Doppelschicht bilden. Die Gegenionen reagieren auf das angelegte elektrische Feld und verursachen eine hohe Permittivität. Die Permittivität in diesem Frequenzbereich ist ein Ton- bzw. Lehmindikator und kann dazu verwendet werden, die Lehmkonzentration oder die Kationenaustauschkapazität (KAK) zu schätzen. Demnach kann jedes Leitwertwerkzeug, das die Amplitude und die Phase des Empfangssignals unter 100 kHz misst, die Leitfähigkeit und die Permittivität des Gesteins bestimmen und einen Schätzwert für den Schiefergesteinsgehalt liefern. Neben der Schiefergesteinsschätzung kann der Phasenmesswert dazu verwendet werden, zusätzlich zu der herkömmlich gemessenen Amplituden-Leitfähigkeit eine Phasen-Leitfähigkeit zu bestimmen. Es hat sich gezeigt, dass diese zwei Antworten verschiedene Untersuchungstiefen aufweisen und dass ihre Kombination einen sehr guten Bettgrenzenindikator liefert.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Phase eines Signals, wenn die Sender- und die Empfängerschaltung separate Taktgeber verwenden. Eine Diskrepanz zwischen den separaten Taktgebern bzw. Takten wird bestimmt, da sie ein Korrekturfaktor zwischen den separaten Taktgebern bzw. Takten ist. Die Phase wird anhand einer gemessenen Zeit der Ankunft des Signals, der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors bestimmt. Um die Diskrepanz zu bestimmen, können ein Driftfaktor und eine erwartete Startzeit einer Impulsfolge verwendet werden. Es wird eine Startzeit eines Impulses innerhalb der Impulsfolge bestimmt und zum Bestimmen des Korrekturfaktors verwendet. Das Verfahren arbeitet entweder durch absolute Synchronisation der separaten Taktgeber oder insofern, als die Messungen unabhängig von der Taktsynchronisation gemacht werden.
Weitere Aspekte und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung und aus den beigefügten Ansprüchen hervor.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt ein beispielhaftes Bohrstellensystem.
2 zeigt ein elektromagnetisches Protokollierwerkzeug des Standes der Technik.
3 ist eine schematische Darstellung eines typischen modularen Leitwertwerkzeugs mit beispielhaften Sender- und Empfängerabständen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine beispielhafte Folge mit drei Frequenzen, verschiedenen Impulsbreiten und Zeiten zwischen den Impulsen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt verschiedene spezifische Zeiten bzw. Zeitpunkte und Zeitintervalle sowie ihren Zusammenhang untereinander gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt, wie die Subsysteme mit dem Haupt- oder Master-Taktgeber synchronisiert werden, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt einen simulierten Empfangsimpuls, nachdem er durch eine Formation gesendet worden ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt das Ergebnis einer Grobverarbeitung, bei der der Impuls von 7 signalangepasst gefiltert wird.
9 zeigt einen Grobverarbeitungsablauf, der mit einem ankommenden Signal beginnt und zu einer phasenunabhängigen Amplitudenausgabe führt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
10 ist ein erfindungsgemäßer Ablaufplan, der die in einer spezifischen erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeführten Schritte zeigt.
11 zeigt schematisch ein erstes Implementierungsverfahren einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die Figuren werden nun einige Ausführungsformen beschrieben. Der Konsistenz wegen sind in den verschiedenen Abbildungen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details angeführt, um das Verstehen verschiedener Ausführungsform und/oder Merkmale zu ermöglichen. Jedoch wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass manche Ausführungsformen unter Auslassung vieler dieser Details in die Praxis umgesetzt werden können und dass verschiedene Varianten und Modifikationen der beschrieben Ausführungsformen möglich sind. Die Begriffe ”über” und ”unter”, ”nach oben” und ”nach unten”, ”obere” und ”untere”, ”aufwärts” und ”abwärts” und ähnliche Begriffe, wie sie hier verwendet werden und relative Positionen über oder unter einem gegebenen Punkt oder Element angeben, werden in dieser Beschreibung verwendet, um bestimmte Ausführungsformen klarer zu beschreiben. Wenn solche Begriffe auf Einrichtungen und Verfahren zur Verwendung in abgelenkten oder horizontalen Bohrlöchern angewandt werden, können sie jedoch, falls passend, auf ”von links nach rechts”, ”von rechts nach links” oder ein diagonales Verhältnis verweisen.
1 zeigt ein Bohrstellensystem, in dem verschiedene Ausführungsformen verwendet werden können. Die Bohrstelle kann sich auf dem Festland oder auf offener See befinden. Bei diesem beispielhaften System wird ein Bohrloch 11 in einer Weise, die wohlbekannt ist, durch Drehbohren in unterirdische Formationen gebildet. Manche Ausführungsformen der Erfindung können auch Richtungsbohren anwenden, wie im Folgenden beschrieben wird.
Im Bohrloch 11 ist ein Bohrstrang 12 aufgehängt, der eine Bohrlochsohlengarnitur 100 besitzt, die an ihrem unteren Ende einen Bohrer 105 aufweist. Das oberirdische System umfasst eine Plattform- und Hebewerkanordnung 10, die über dem Bohrloch 11 positioniert ist, wobei die Anordnung 10 einen Drehtisch 16, eine Mitnehmerstange 17, einen Haken 18 und einen Drehspülkopf 19 umfasst. Der Bohrstrang 12 wird durch den durch nicht gezeigte Mittel angetriebenen Drehtisch 16 gedreht, der die Mitnehmerstange 17 am oberen Ende des Bohrstrangs in Eingriff nimmt. Der Bohrstrang 12 hängt von einem Haken 18, der an einem ebenfalls nicht gezeigten Flaschenzugblock befestigt ist, durch die Mitnehmerstange 17 und den Drehspülkopf 19, der die Drehung des Bohrstrangs in Bezug auf den Haken ermöglicht, herab. Wie wohl bekannt ist, könnte alternativ ein Kraftdrehkopfantriebssystem (top drive system) verwendet werden.
Im Beispiel dieser Ausführungsform umfasst das oberirdische System ferner Bohrfluid oder Bohrschlamm 26, der in einer an der Bohrstelle ausgebildeten Grube 27 gelagert ist. Eine Pumpe 29 liefert das Bohrfluid 26 durch eine Öffnung im Spülkopf 19 in das Innere des Bohrstrangs 12, womit das Bohrfluid dazu gebracht wird, nach unten durch den Bohrstrang 12 zu fließen, wie durch den Richtungspfeil 8 angegeben ist. Das Bohrfluid verlässt den Bohrstrang 12 durch Öffnungen in der Bohrkrone 105 und zirkuliert dann durch den Ringraumbereich zwischen der Außenseite des Bohrstrangs und der Wand des Bohrlochs 11 nach oben, wie durch die Richtungspfeile 9 angegeben ist. In dieser wohlbekannten Weise schmiert das Bohrfluid den Bohrer 105 und befördert, wenn es in die Grube 27 zur erneuten Umwälzung zurückgeführt wird, Formationsabfall nach oben zur Oberfläche.
Die Bohrlochsohlengarnitur 100 der gezeigten Ausführungsform umfasst ein Modul 120 für Protokollierung während des Bohrens (LWD), ein Modul 130 für Messung während des Bohrens (MWD), ein rotatorisch lenkbares System mit Motor und einen Bohrer 105.
Das LWD-Modul 120 ist in einem speziellen Typ von Schwerstange untergebracht, wie an sich bekannt ist, und kann einen oder mehrere bekannte Typen von Protokollierwerkzeugen enthalten. Wohlgemerkt können mehr als ein LWD- und/oder MWD-Modul eingesetzt sein, wie beispielsweise bei 120A angedeutet ist. (Verweise auf ein Modul an der Position 120 können durchweg alternativ auch ein Modul an der Stelle 120A bedeuten.) Das LWD-Modul besitzt Fähigkeiten zum Messen, Verarbeiten und Speichern von Informationen sowie zum Kommunizieren mit den Übertageeinrichtungen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das LWD-Modul eine Leitwertmessvorrichtung.
Das MWD-Modul 130 ist ebenfalls in einem speziellen Typ von Schwerstange untergebracht, wie an sich bekannt ist, und kann eine oder mehrere Vorrichtungen zum Messen von Charakteristika des Bohrstrangs und des Bohrers enthalten. Das MWD-Werkzeug umfasst ferner eine (nicht gezeigte) Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Leistung für das Untertagesystem. Diese kann typischerweise einen Schlammturbinengenerator, der durch den Fluss des Bohrfluids gespeist wird, umfassen; wohlgemerkt können andere Netz- und/oder Batteriesysteme eingesetzt sein. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das MWD-Modul einen oder mehrere der folgenden Typen von Messvorrichtungen: eine Messvorrichtung für das Gewicht auf den Bohrer, eine Drehmomentmessvorrichtung, eine Vibrationsmessvorrichtung, eine Stoßmessvorrichtung, eine Vorrichtung, die das Festhängen/Gleiten misst bzw. erfasst, eine Richtungsmessvorrichtung und eine Neigungsmessvorrichtung.
Ein Beispiel eines Werkzeugs, das das LWD-Werkzeug 120 oder ein Teil einer LWD-Werkzeugreihe 120A des Systems und des Verfahrens der Erfindung sein kann, ist das duale Leitwert-LWD-Werkzeug, das in dem US-Patent Nr. 4,899,112 mit dem Titel ”Well Logging Apparatus and Method for Determining Formation Resistivity at a Shallow and a Deep Depth”, das hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, offenbart ist. Wie in 2 zu sehen ist, liegen zwischen einer oberen und einer unteren Sendeantenne, T₁ und T₂, eine obere und eine untere Empfangsantenne, R₁ und R₂. Die Antennen sind in Eintiefungen einer modifizierten Schwerstange gebildet und in isolierendem Material angebracht. Die Phasenverschiebung der elektromagnetischen Energie zwischen den Empfängern liefert eine Angabe für den spezifischen elektrischen Widerstand der Formation bei relativ geringer Untersuchungstiefe, während die Dämpfung der elektromagnetischen Energie zwischen den Empfängern eine Angabe für den spezifischen elektrischen Widerstand der Formation bei relativ großer Untersuchungstiefe liefert. Für weitere Einzelheiten kann das oben zitierte US-Patent Nr. 4.899.112 herangezogen werden. Im Betrieb werden dämpfungsrepräsentative Signale und phasenrepräsentative Signale in einen Prozessor eingekoppelt, wovon ein output mit einer Telemetrieschaltung koppelbar ist.
Jüngere elektromagnetische Protokollierwerkzeuge verwenden eine oder mehrere Schräg- oder Querantennen mit oder ohne Axialantennen. Diese Antennen können Sender oder Empfänger sein. Eine Schrägantenne ist eine Antenne, deren Dipolmoment weder parallel noch senkrecht zur Längsachse des Werkzeugs ist. Eine Querantenne ist eine Antenne, deren Dipolmoment senkrecht zur Längsachse des Werkzeugs ist, während eine Axialantenne eine Antenne ist, deren Dipolmoment parallel zur Längsachse des Werkzeugs ist. Zwei Antennen haben dann gleiche Winkel, wenn ihre Dipolmomentvektoren die Längsachse des Werkzeugs im gleichen Winkel schneiden. Beispielsweise besitzen zwei Schrägantennen denselben Neigungswinkel, wenn ihre Dipolmomentvektoren, deren Enden gedanklich an einem Punkt auf der Längsachse des Werkzeugs fixiert sind, auf der Mantelfläche eines auf die Längsachse des Werkzeugs zentrierten rechtwinkligen Kegels liegen und sich ihre Spitze an jenem Bezugspunkt befinden. Querantennen besitzen augenscheinlich gleiche Winkel von 90 Grad, wobei dies ungeachtet ihrer azimutalen Orientierungen relativ zum Werkzeug zutrifft.
Die Phase eines Empfangssignals, wobei die Sender- und die Empfängerschaltung ihren eigenen separaten Taktgeber verwenden, kann entweder durch absolute Synchronisation der zwei Taktgeber oder dadurch, dass die Messungen von der Taktsynchronisation unabhängig gemacht werden, gemessen werden.
Herkömmliche Leitwertwerkzeuge verwenden einen einzigen Taktgeber in dem Werkzeug, um abzutasten und den Zeitpunkt, zu dem die Sendeantenne gespeist wird, und den Zeitpunkt, zu dem die zugeordnete Welle von der Empfangsantenne empfangen wird, aufzuzeichnen. Da das Zeitintervall zwischen dem Sende- und dem Empfangsereignis der interessierende Parameter ist, muss der Taktgeber nicht mit einem anderen Taktgeber synchronisiert werden. Die Messung ist eine Zeitdifferenzmessung, weshalb kein Fehler infolge einer Taktdiskrepanz auftritt, solange der Taktgeber während der Zeitperiode, in der diese zwei Ereignisse stattfinden, nicht driftet.
Es sind modulare Leitwertwerkzeuge vorgeschlagen worden, bei denen sich verschiedene Antennen in verschiedenen Modulen befinden. Diese Module können an verschiedenen Orten einer Bohrlochsohlengarnitur (BHA, bottom hole assembly) angeordnet sein, womit ein gewünschter Sender-Empfänger-(T-R)-Abstand und eine radiale Untersuchungstiefe erzeugt wird. Den Raum zwischen den Modulen können andere LWD- oder MWD-Werkzeuge belegen, so dass kein Raum verschwendet wird. 3 zeigt eine beispielhafte BHA, die ein modulares Leitwertwerkzeug enthält.
Genauer zeigt 3 eine Anordnung dreier Module in einer BHA. Die BHA enthält einen Bohrer, gefolgt von einer rotatorisch lenkbaren Untereinheit, die das Richtungsbohren ermöglicht. In diesem Beispiele befindet sich die erste Untereinheit (Periskop-Werkzeug) unmittelbar über der rotatorisch lenkbaren Untereinheit, jedoch können sich grundsätzlich die Orte verschiedener Module von einer BHA zur anderen unterscheiden. Um einen Abstand zwischen dem ersten Modul und dem zweiten (Sender Nr. 2) zu schaffen, ist eine MWD-Untereinheit verwendet worden. Die MWD-Untereinheit dient als Abstandshalter, jedoch übt sie auch eigene Funktionen aus. Wenn der gewünschte Abstand zwischen den Modulen nicht mit einem vorhandenen LWD-Werkzeug ausgefüllt werden kann, können Gestängerohr-Teilstücke ohne besondere Funktionalität verwendet werden, um den gewünschten Abstand zu erzielen. Die Länge der BHA zwischen dem zweiten Modul und dem dritten Module (Sender Nr. 1) wird in diesem Beispiel mittels einer akustischen LWD-Untereinheit ausgefüllt. Demnach besteht das Leitwertwerkzeug in diesem Beispiel aus drei Modulen, die durch zwei LWD-Werkzeuge getrennt sind. Das Werkzeug befindet sich oberhalb der rotatorisch lenkbaren Untereinheit, wie in 3 gezeigt ist. Bei separaten Modulen ist es möglich, unterschiedliche T-R-Abstände und somit unterschiedliche radiale Untersuchungstiefen zu wählen.
Da jedes Modul vorzugsweise seinen eigenen Taktgeber besitzt, bringt der modulare Werkzeugentwurf Taktgebersynchronisations- und Driftprobleme mit sich. Das Sende-(TX)-Modul und das Empfangs-(RX)-Modul arbeiten unabhängig, wobei der Zeitpunkt der Sende- und Empfangsereignisse gewöhnlich durch zwei verschiedene Taktgeber gemessen wird. Obwohl diese Taktgeber auf Gleichheit eingestellt sein können, bevor das Werkzeug in das Bohrloch geschickt wird, besitzen die Taktgeber immanent unterschiedliche Raten, wobei dann, wenn sie allein gelassen werden, zu einem späteren Zeitpunkt nicht die gleiche Zeit messen. Außerdem können Temperaturänderungen im Bohrloch diese Taktgeber unterschiedlich beeinflussen, wobei aufgrund dessen, dass bestimmte Module um etwa 100 Fuß von anderen Modulen getrennt sein können, die Taktgeber in den getrennten Modulen unterschiedlichen lokalen Temperaturen unterworfen sein können, was eine weitere Fehlerquelle mit sich bringt.
Es seien zwei verschiedene elektronische Schaltungen betrachtet, wovon eine einen Taktgeber verwendet, der ”Master (M) genannt werden soll, und der andere einen anderen Taktgeber verwendet, der ”lokal” (L), genannt wird. M oder L können hier auch dazu verwendet werden, die dem Master-Taktgeber M bzw. dem lokalen Taktgeber L zugeordnete Schaltungsanordnung anzugeben oder zu umfassen. Im Allgemeinen können mehrere Module arbeiten, wobei im Allgemeinen eine Synchronisation zwischen allen an einer Messung beteiligten Modulen erforderlich ist. In den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen werden nur zwei Module verwendet, jedoch ist das Verfahren ohne Weiteres auf so viele Module wie erwünscht erweiterbar.
Der Einfachheit halber sei angenommen, dass der Taktgeber in der Empfängerschaltung der Master ist, obwohl es nicht darauf ankommt, ob der RX- oder der TX-Taktgeber als Master bezeichnet ist. Es sei ferner eine Folge von Sendeereignissen, die von der Sendeantenne ausgehen, betrachtet. Diese Folge kann eine vorgegebene Liste von Impulsen sein, die von der TX-Antenne in die Formation gesendet werden, wobei die Folge Impulse verschiedener Frequenz und Dauer enthalten kann und die Zeit zwischen den Impulsen verschieden sein kann. Eine beispielhafte Folge für ein EM-Protokollierwerkzeug ist in 4 gezeigt. Der Sender kann so programmiert sein, dass er eine Folge wie etwa jene, die in 4 gezeigt ist, wiederholt sendet.
Eine Implementierung zum Korrigieren der Taktgeberdrift arbeitet dadurch, dass M einen Synchronisierimpuls sendet, um einen auslösenden Zyklus zu starten. Dieses Signal wird im Allgemeinen entlang einem leitenden Pfad durch die BHA, der als Kommunikationsverbindung dient und häufig als ”Bus” bezeichnet wird, geschickt. Wenn beispielsweise mit zunehmendem Modulabstand die Buslänge zunimmt, ist die Veränderung der Zeit der Ausbreitung des Synchronisiersignals gegebenenfalls nicht mehr vernachlässigbar. Dieser Veränderung der Ausbreitungszeit muss Rechnung getragen werden, um genaue Phasenmessungen durchzuführen.
Eine andere Möglichkeit, das Synchronisiersignal zu senden, ist eine übertragene Welle, die durch die Formation geht. Dies beinhaltet beispielsweise das Senden verschiedener Signale bei einer gegebenen Frequenz für irgendeine gewünschte Zeit. Alternativ können einige der zum Abtasten der Formation verwendeten Impulse als Synchronisierimpulse verwendet werden. Jedoch kann sich die Formationssignalausbreitungszeit verändern, wobei diese Veränderung berücksichtigt oder minimal gehalten werden muss. Die Auswirkung der Formation auf die Ausbreitungszeit ist im Allgemeinen geringer als 100 ns, wobei dann, wenn der Abstand zwischen Synchronisierimpulsen so gewählt ist, dass er sich in der Größenordnung von Sekunden bewegt, die Auswirkung der Veränderung durch die Formation vernachlässigbar ist. Demnach kann der Taktfrequenz-Korrekturschatzwert durch Verlängern der Zeit zwischen beobachteten Synchronisiersignalen beliebig verbessert werden. Die bestimmte Zeitspanne hängt von der zulässigen Toleranz ab. Ein lokaler Taktgeber misst die Zeitdifferenz zwischen den gesendeten Signalen und verwendet eine a-priori-Kenntnis der Zeiten zwischen solchen Sendungen (d. h. der zeitlichen Steuerung der Sendefolge), um einen Korrekturfaktor zu berechnen, der im Rahmen der Ausbreitungsunsicherheit über das Intervall zwischen den empfangenen Signalen genau ist. Die Unsicherheit der Formationssignalausbreitungszeit ist teilweise durch Veränderungen längs des Bohrlochs (d. h. der Messtiefe) und Veränderungen quer durch das Bohrloch (d. h. des Werkzeugdrehwinkels) bedingt. Die durch Drehung verursachte Unsicherheit kann dadurch verkleinert werden, dass die Berücksichtung auf jene Signale begrenzt wird, die bei gleichem oder nahezu gleichem Werkzeugdrehwinkel erlangt werden. Ein Vergleich der zwischen ähnlich positionierten Proben verstrichenen Zeit, gemessen durch den lokalen Taktgeber, mit der Intervallzeit zwischen den Proben gemäß der Sendefolge-Zeitsteuerung ermöglicht das Berechnen einer Taktgeberfrequenzkorrektur.
Bei der vorliegenden Erfindung kann entweder das Verfahren, wobei ein Synchronisierimpuls gesendet wird, oder jenes, wobei ein Synchronisiersignal gesendet wird, angewandt werden. Die Zeit zwischen benachbarten Synchronisierimpulsen, gemessen durch M, beispielsweise ist (T M / i – T M / i-1) und darf so kurz wie die Dauer einer Folge sein, jedoch ist sie im Allgemeinen länger als die Dauer einiger weniger Folgen (siehe 5). Es sei angemerkt, dass ein hochgestellter Index verwendet wird, um zu spezifizieren, welcher Taktgeber die Messung durchgeführt hat. Die Synchronisierimpulse werden sowohl durch den M- als auch durch den L-Taktgeber gemessen. In jedem Fall wird die Messung durch den Taktgeber in der Messschaltung vorgenommen. Sobald M T M / i misst, sendet er jenen Wert, während L diese Informationen empfängt. L geht zum Berechnen von ΔM^M = T M / i – T M / i-1 unter Verwendung der gelieferten Informationen über und berechnet außerdem ΔL^L anhand seiner eigenen Messungen derselben zwei Impulse. Wenn ein Taktgeber schneller als der andere ist, unterscheiden sich ΔM^M und ΔL^L, weshalb der Korrekturfaktor K_ppb von null verschieden ist:
Es sei angemerkt, dass K_ppb von der Zeitdifferenz zwischen Synchronisierimpulsen abhängt und vom Absolutzeitmesswert beider Taktgeber unabhängig ist. Außerdem ist K_ppb größer als null, wenn L langsamer ist als M. L berechnet außerdem die erwarteten Zeitpunkte für das Starten der nächsten Folge durch die zwei Taktgeber, nämlich T L / Si und T M / Si , wie in 5 schematisch gezeigt ist. Jene Werte relativ zum Synchronisierimpuls sind T L / SLi – T L / Si – T L / i und (8) T M / SMi = T M / Si – T M / i. (9)
Eine ausführliche Beschreibung, wie jene Größen berechnet werden, folgt nachstehend. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Taktgeberdriften zwischen Synchronisierimpulsen nahezu konstant sind, was Ableitungen ohne Weiteres zulässt. Dennoch kann, falls erforderlich, eine erweiterte Filterung durch Verwendung früherer Differenzen von Synchronisierimpulsen implementiert werden. Im nächsten Schritt wird die durch L berechnete Startfolgezeit bezüglich M berechnet:
Wenn Startfolgezeiten für beide Taktgeber relativ zu M vorliegen, können sie subtrahiert werden, um die Diskrepanz zwischen den zwei Taktgebern relativ zu M berechnen: Δ M / i = T M / SMi – T M / SLi (11)
Dieser Fehler bzw. diese Abweichung lässt sich durch das Fehlen einer Synchronisation zwischen den zwei Taktgebern erklären, wobei L diesen Wert zu M sendet. An diesem Punkt kann M K_ppb so, wie zuvor berechnet, verwenden oder vorzugsweise einen aktualisierten Wert für K_ppb anhand von Informationen aus dem vorhergehenden Zyklus interpolieren:
Die Startzeit einer der Impulse innerhalb der Folge relativ zur Startzeit der Folge ist T_f. Dieser Parameter, wenn er durch L gemessen und bezüglich M transformiert worden ist, ist
Die Differenz, wie sie nachstehend berechnet wird, ist die Korrektur für einen Impuls innerhalb der Folge ΔT M / f = T M / f – (T L / f)^M. (14)
Mit dieser Korrektur kann die Phase berechnet werden durch ϕ = [(Toa^M + ΔT M / f + Δ M / i)%(1/f)]2πf, (15) wobei die ”%”-Notation für den Modulo oder Modulus-Operator verwendet wird und Toa^M die gemessene Ankunftszeit, gemessen durch M, ist.
Der Erfassungsablauf jeder Untereinheit muss synchronisiert werden, um jeden möglichen Konflikt zu vermeiden. Alle Untereinheiten müssen mit dem Master-Taktgeber synchron laufen. Ein lokaler Taktgeber kann in Bezug auf den Master-Taktgeber geringfügig driften, jedoch sollte er neu eingestellt werden, sobald die Drift einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Jedes Zeitsignal liefert die wirkliche Taktdifferenz zwischen dem Master-Takt (MC) und dem lokalen Takt (LC). Es seien T L / i und T M / i die TOA (time of arrival) eines Zeitsignals i im lokalen Takt bzw. im Master-Takt. Es kann ein ”Anknüpfpunkt” tie, wie er in 6 gezeigt ist, eingerichtet werden. Zu diesem besonderen Zeitpunkt tie werden der lokale Takt mit dem Master-Takt synchronisiert. Nach dem Einschalten führt der erste Zeitsteuersignalaustausch zur Messung von T M / tie und T L / tie , wobei das Abgleichen des lokalen Taktes um (T M / tie – T L / tie) den ersten Anknüpfpunkt Tie_0 einrichtet. Es sei angemerkt, dass der Taktabgleich kein eigentlicher Hardwareabgleich sein muss, sondern vielmehr ein Korrekturfaktor sein kann, der berechnet und bei nachträglichen Berechnungen verwendet wird.
Durch Verwendung des Anknüpfpunktes kann für jedes nachträgliche Zeitsteuersignal durch Bezugnahme auf den Anknüpfpunkt die Differenz zwischen dem Master-Takt und dem lokalen Takt berechnet werden: Δ_i = (T M / i – T M / tie) – (T L / i – T L / tie) (16)
Für kleine Werte von Δ_i ist keiner Korrektur erforderlich, jedoch ist dann, wenn diese Taktdiskrepanzen zunehmen, eine erneute Taktkorrektur erforderlich. Ob eine Korrektur erforderlich ist, wird durch Vergleichen von Δ_i mit einem vorgegebenen Wert Δ_{adj_threshold} entschieden, wobei der Letztere durch den Benutzer anhand der Betriebsfrequenz und der Breite der Erregungs- und Empfangsfenster entschieden wird. Dieser Parameter sollte ausreichend lang sein, um die Anzahl von Taktabgleichungen zu minimieren, jedoch so kurz, dass das Signal in das Empfangserfassungsfenster fällt. Es sei Δ_{adj_i} der geforderte Abgleich des lokalen Taktes bei jedem Zeitsteuersignalaustausch. Dann
Nach dem Ausführen eines Taktabgleichs liegt ein neuer Anknüpfpunkt vor. Es sei D_i der aktuelle Abgleichwert, der bei jedem Zeitsteuersignalaustausch von einem lokalen Taktgeber benötigt wird, um synchron mit dem Master-Takt zu bleiben. D_i wird berechnet durch D_i = D_i-1 + Δ_{adj_i} (18)
wenn D_i ≥ 0, D_i = D_i%TCT_Länge
wenn D_i < 0, D_i = TCT_Länge – (–D_i%TCT_Länge),
wobei TCT_Länge die Dauer eines vollständigen TCT-(tool control table, Werkzeugsteuertabelle)-Erfassungszyklus ist. Dann kann die nächste Erfassungsfolge-Startzeit berechnet werden durch T L / Si = (T L / i + D_i + TCT_Länge) – (T L / i + D_i + TCT_Länge)%TCT_Länge – D_i (19)
Bei normalen Operationen werden die Sendeimpulse als Folge mit einer voreingestellten Impulsbreite T (von typischerweise 10 ms) gesendet. Der Empfänger verwendet ein längeres Empfangsabtastfenster T + ΔT (von typischerweise 20 ms), um das Signal, wenn es an der Empfangsantenne ankommt, einzufangen. Die Messungen werden durch Senden einer Folge sequentieller Mehrfrequenz-Einzelton-Impulse ausgeführt. Für jeden empfangenen Impuls werden unter Anwendung einer signalangepassten Filtertechnik die Impulsamplitude und die Ankunftszeit (TOA) des Impulses bestimmt. Die Ankunftszeit in Bezug auf eine willkürliche Zeitreferenz im Empfänger wird in einen Phasenmesswert umgesetzt. Die Amplitude und die Phase können weiterverarbeitet werden.
Bei idealen Bedingungen (d. h. wenn die Taktgeber in den beiden Modulen perfekt synchronisiert sind) ist das Empfangsabtastfenster auf das Empfangssignal zentriert. In der Praxis wird bei einer Sender/Empfänger-Synchronisation auf den Bereich innerhalb Δ_{adj_threshold} jeder empfangene 10-ms-Impuls durch ein 20-ms-Fenster erfasst, wobei er überabgetastet wird, bevor er zum Speicher übertragen wird. Durch Überabtastung wird die analoge Empfängerelektronik minimal gehalten (Vorverstärkungsabschnitt zuzüglich eines Tiefpass-Antialiasing-Filters), wobei die Messverarbeitung dann vollkommen digital erfolgt, was Flexibilität in der Algorithmusentwicklung und -implementierung gewährt. 7 zeigt einen simulierten Empfangsimpuls, nachdem er durch eine Formation gesendet worden ist. Dies ist ein durch ein quadratisches Fenster modulierter reiner Tonträger. Es können auch andere Impulse mit größerer Bandbreite verwendet werden wie etwa ein reiner Ton, der mit einer Folge pseudozufälliger Zahlen (PN, pseudorandom number) gefaltet wird, um gegen kohärentes Rauschen robuster zu sein.
Wenn der Impuls von 7 signalangepasst gefiltert wird, wird das Signal von 8 erhalten. Wie 8 zeigt, kann die Rauschmessung unmittelbar nach der Impulserfassung ausgeführt werden. Das Signal von 8 ist das Ergebnis einer Grobverarbeitung, die nachstehend beschrieben wird. Sobald die Wellenform erfasst ist, werden Kreuzkorrelationen mit gleitenden 10-ms-Sinus- und -Kosinus-Referenzfeldern auf das Empfangssignal angewandt, um die Amplitude und die TOA mit der Abtastzeiggenauigkeit (Grobverarbeitung) zu bestimmen. Die Anwendung eines signalabgestimmten Filters verschafft das beste Signal-Rausch-Verhältnis (SRV). Das Verarbeitungsdiagramm mit den verwendeten Formeln ist in 9 gezeigt. Das Ergebnis der Verarbeitung eines simulierten 100-kHz-Impulses bei quadratischem Fenster ist ein typisches Demodulationsdreieck. Bei der Grobverarbeitung sind die Trägernennfrequenzen vorzugsweise so gewählt, dass die Referenz-Kosinus- und -Sinusfunktionen in Tabellen minimaler Größe gespeichert werden können. Ein weiterer Breitband-Synchronisierimpuls würde eine schärfere Kreuzkorrelation ergeben und könnte die Grobschätzung verbessern.
Sobald eine Grobschätzung ausgeführt worden ist, kann mittels einer genauen Messung des Taktdiskrepanzfaktors eine genaue Bestimmung der TOA und der Amplitude vorgenommen werden. Die Verarbeitung gleicht der Grobverarbeitung mit Ausnahme, dass nun ein zeitumgekehrtes Signal, das einem signalabgestimmten Filter entspricht, mit der Trägerfrequenz bewegt wird, wie es durch den Empfänger gesehen wird. Das Empfangssignal wird als Signal mit einer verschobenen Trägerfrequenz gesehen, wie aus der folgenden Formel (die einer durch quadratisches Fenster modulierten Sinuswelle entspricht) ersichtlich ist, wobei Φ als Versatz der Impulswellenform innerhalb einer Abtastzeitdifferenz angenommen wird:
Die Fein-TOA wird geschätzt, indem zuerst ein Blackman-Fenster (verjüngtes Fenster) um das Empfangssignal angewandt wird, um den Kanteneffekt zu beseitigen. Die Verarbeitung filtert dann das Synchronisiersignal mit der analytischen Darstellung der Impulsantwort des signalabgestimmten Filters. Für den Fall des mit einer Sinuswelle modulierten quadratischen Fensters ist diese ein Sinus und Kosinus. Der optimale Ort des Spitzenmaximums wird auf den Bereich innerhalb einer Abtastzeit geschätzt. Beim Maximum wird die optimale TOA mit einer Genauigkeit erhalten, die besser als die Abtastzeit ist, mittels:
10 zeigt Schritte einer beispielhaften Ausführungsform zum Bestimmen der Phase eines Signals, wenn die Sender- und die Empfängerschaltung separate Taktgeber verwenden. Die Schritte umfassen das Bestimmen eines Driftfaktors zwischen einem Master-Taktgeber, der relativ zu einer Master-Takt-Referenzrahmen misst, und einem lokalen Taktgeber, der relativ zu einem Referenzrahmen des lokalen Taktes misst (Schritt 500), das Bestimmen einer erwarteten Startzeit einer Impulsfolge durch den Master-Taktgeber relativ zum Master-Takt-Referenzrahmen und durch den lokalen Taktgeber relativ zum Referenzrahmen des lokalen Taktes (Schritt 502), das Transformieren der bestimmten erwarteten Startzeit der Impulsfolge relativ zum Referenzrahmen des lokalen Taktes auf den Master-Takt-Referenzrahmen unter Verwendung des Driftfaktors (Schritt 504), das Bestimmen einer Diskrepanz zwischen dem Master-Takt und dem lokalen Takt anhand der erwarteten Startzeit der durch den Master-Taktgeber bestimmten Impulsfolge und der transformierten Startzeit der Impulsfolge vom lokalen Taktgeber (Schritt 506), das Bestimmen einer Startzeit eines Impulses innerhalb der Impulsfolge durch den Master-Taktgeber relativ zum Master-Takt-Referenzrahmen und durch den lokalen Taktgeber relativ zu dem Referenzrahmen des lokalen Taktes (Schritt 508), das Transformieren der relativ zum Referenzrahmen des lokalen Taktes bestimmten Startzeit des Impulses auf den Master-Takt-Referenzrahmen unter Verwendung des Driftfaktors (Schritt 510), das Bestimmen eines Korrekturfaktors zwischen dem Master-Takt und dem lokalen Takt unter Verwendung der durch den Master-Taktgeber bestimmten Startzeit des Impulses und der transformierten Startzeit des Impulses vom lokalen Taktgeber (Schritt 512) und das Bestimmen der Phase unter Verwendung einer erwarteten Ankunftszeit des Signals relativ zum Master-Takt-Referenzrahmen, der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors (Schritt 514).
11 zeigt ein lokales Datenendgerät 605, das mit einem Drucker 610, einem Mittel zum Erfassen physikalischer Größen 635 und einem Mittel zum Zugriff 615 auf ein Netz 620, mit dem ein Server 625 verbunden ist, ausgestattet ist. Der Server 625 kann mit einer Datenbank 630 ausgerüstet sein.
Das lokale Datenendgerät 605 ist beispielsweise ein allgemein verwendeter Computer. Das Mittel zum Zugriff 615 auf das Netz 620 ist beispielsweise ein Modem herkömmlichen Typs, das den Zugriff auf das Netz 620, beispielsweise das Internet, erlaubt. Der Server 625 ist ein herkömmlicher Typ. Das Datenendgerät 605 enthält Software, die bei ihrer Ausführung die Schritte des erfindungsgemäßen Prozesses implementiert. Alternativ enthält das Datenendgerät 605 keine spezifische Software, sondern implementiert einen Web-Browser und einen Web-Dienst, die im Server 625 enthalten sind.
Das Datenendgerät 605 kann einen Mikroprozessor 640 und eine Speichereinheit 645 mit einem Betriebssystem 650 und einer Anwendersoftware 655, die Anweisungen zum Implementieren des erfindungsgemäßen Prozesses enthält, umfassen. Ferner ist das lokale Datenendgerät 605 in herkömmlicher Weise mit einem Anzeigebildschirm 660 und Mitteln zur Steuerung 665 beispielsweise einer Tastatur und einer Maus ausgestattet.
Die Verwendung von zwei oder mehr Werkzeugen in einer Bohrlochsohlengarnitur kann eine Koordination von Operationen erfordern, um gleichzeitig ablaufende Operationen entweder zu verhindern oder zu gewährleisten. Beispielsweise kann es erwünscht sein, ein Werkzeug eine gewünschte Zeit nach Beginn oder nach Abschluss von Operationen eines anderen Werkzeugs zu betreiben. Das heißt, dass eine Funktionsanfangszeit (was allgemein irgendeine bestimmte Phase der Operation bedeutet, z. B. den Beginn, das Ende, eine Spitzenübertragung usw.) für ein Werkzeug relativ zu einer Funktionsanfangszeit eines anderen Werkzeugs spezifiziert werden kann. Es sind auch andere Verzögerungsschemata möglich. Bei gleichzeitig ablaufenden Operationen wird die Verzögerung auf null eingestellt, es sei denn, die Funktionsanfangszeiten sind gleich. Die Werkzeuge dazu zu bringen, mit dem gewünschten zeitlichen Abstand zu arbeiten, kann problematisch sein, wenn die Werkzeuge separate Taktgeber verwenden. Jedoch kann durch Bestimmen der Diskrepanz und des Korrekturfaktors zwischen den separaten Taktgebern, wie oben beschrieben wurde, die gewünschte Funktionsanfangszeit anhand der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors abgeglichen werden. Die abgeglichene Funktionsanfangszeit kann dann dazu verwendet werden, die Operationen der Werkzeuge zu koordinieren.
Obwohl die Erfindung anhand einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte gewürdigt werden, dass ein Fachmann auf dem Gebiet, der einen Nutzen aus dieser Offenbarung zieht, erkennt, dass weitere Ausführungsformen in Betracht gezogen werden können, die nicht vom Umfang der Erfindung, wie hier offenbart, abweichen. Daher soll der Umfang der Erfindung lediglich durch die angehängten Ansprüche begrenzt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4899112 [0033, 0033]

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Phase eines Signals, wenn die Sender- und die Empfängerschaltung separate Takte verwenden, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Diskrepanz zwischen den separaten Takten; Bestimmen eines Korrekturfaktors zwischen den separaten Takten; Bestimmen der Phase unter Verwendung einer gemessenen Ankunftszeit des Signals, der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen einer Diskrepanz umfasst: Bestimmen eines Driftfaktors zwischen den separaten Takten; Bestimmen einer erwarteten Startzeit einer Impulsfolge relativ zu jedem der separaten Takte; und Bestimmen der Diskrepanz unter Verwendung der bestimmten erwarteten Anfangszeiten der Impulsfolge und des Driftfaktors.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen des Driftfaktors umfasst: Aussenden eines ersten Synchronisierimpulses zu einem ersten Zeitpunkt und eines zweiten Synchronisierimpulses zu einem zweiten Zeitpunkt; Bestimmen der Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt relativ zu jedem der separaten Takte; und Bestimmen des Driftfaktors unter Verwendung der bestimmten Differenzen.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Interpolieren eines aktualisierten Werts für den Driftfaktor unter Verwendung von Informationen von einem oder von mehreren vorhergehenden Zyklen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmten des Driftfaktors umfasst: Senden verschiedener Signale durch eine Formation; Empfangen der Signale durch einen Empfänger; Messen der Ankunftszeiten von zwei oder mehr der Empfangssignale; Bestimmen der Phasendifferenz zwischen zwei oder mehr der Empfangssignale unter Verwendung der gemessenen Ankunftszeiten; und Bestimmen des Driftfaktors unter Verwendung einer oder mehrerer der bestimmten Phasendifferenzen und einer bekannten Sendefolgezeitsteuerung.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen der Phasendifferenz ferner das Verwenden der gemessenen Ankunftszeiten nur jener Empfangssignale, die bei im Wesentlichen gleichen Werkzeugdrehwinkeln empfangen werden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der erwarteten Startzeit der Impulsfolge umfasst: Bestimmen einer Zeit des Auftretens eines Endimpulses in der Impulsfolge relativ zu jedem der separaten Takte; Bestimmen für eine angrenzende, nachfolgende Impulsfolge einer Zeit des Auftretens eines Synchronisierimpulses der angrenzenden, nachfolgenden Impulsfolge relativ zu jedem der separaten Takte; Bestimmen der Differenz zwischen der bestimmten Zeit des Auftretens des Endimpulses in der Impulsfolge und der bestimmten Zeit des Auftretens des Synchronisierimpulses der angrenzenden, nachfolgenden Impulsfolge relativ zu jedem der getrennten Takte; und Bestimmen der erwarteten Startzeit unter Verwendung der bestimmten Differenzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Korrekturfaktors umfasst: Bestimmen einer Startzeit eines Impulses innerhalb einer Impulsfolge relativ zu jedem der separaten Takte; und Bestimmen des Korrekturfaktors unter Verwendung der bestimmten Startzeiten des Impulses.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Einrichten eines Anknüpfpunkts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einrichten eines Anknüpfpunkts umfasst: Messen einer Ankunftszeit eines Zeitsteuersignals relativ zu jedem der getrennten Takte; Bestimmen einer Taktdifferenz zwischen den getrennten Takten unter Verwendung der gemessenen Ankunftszeiten; und Abgleichen eines der separaten Takte durch die bestimmte Taktdifferenz.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Abgleichen eines der separaten Takte das Vornehmen eines Hardwareabgleichs oder das Verwenden eines Abgleichfaktors in nachfolgenden Berechnungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Berechnen einer Differenz zwischen den separaten Takten für irgendein nachfolgendes Zeitsteuersignal durch Bezugnahme auf den Anknüpfpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Bestimmen, ob ein Taktabgleich notwendig ist, durch Vergleich der Taktdifferenz mit einem voreingestellten Wert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Einrichten eines aktualisierten Anknüpfpunkts, falls ein Taktabgleich vorgenommen wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Berechnen der erwarteten Startzeit der nächsten Impulsfolge unter Verwendung des aktualisierten Anknüpfpunkts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen einer Impulsamplitude und einer Ankunftszeit für jeden Impuls in einer Impulsfolge unter Verwendung einer signalangepassten Filtertechnik umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Umsetzen der bestimmten Ankunftszeiten in einen Phasenmesswert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bestimmen der Impulsamplitude und der Ankunftszeiten ferner das Anwenden einer Kreuzkorrelation auf das Empfangssignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Kreuzkorrelation unter Verwendung einer analytischen Darstellung der Impulsantwort des signalangepassten Filters ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Inbeziehungsetzen der Phase eines niederfrequenten Empfangssignals mit einem Schiefergesteinsgehalt einer Probe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen einer Leitfähigkeit und einer Permittivität eines Gesteins und das Messen eines Schiefergesteinsgehalts unter Verwendung einer bestimmten Amplitude und einer bestimmten Phase eines Empfangssignals mit einer Frequenz kleiner als 100 kHz umfasst.
Untertage-Protokollierwerkzeug mit einem computerlesbaren Medium, das einen Satz darin codierter computerlesbarer Anweisungen aufweist, die, wenn sie ausgeführt werden, Aktionen ausführen, die Folgendes umfassen: Bestimmen eines Driftfaktors zwischen einem Master-Takt, der relativ zu einem Master-Takt-Referenzrahmen gemessen wird, und einem lokalen Takt, der relativ zu einem Referenzrahmen des lokalen Takts gemessen wird; Bestimmen einer erwarteten Startzeit einer Impulsfolge durch den Master-Takt, relativ zu dem Master-Takt-Referenzrahmen, und durch den lokalen Takt, relativ zu dem Referenzrahmen des lokalen Takts; Transformieren der erwarteten Startzeit der Impulsfolge, die relativ zu dem Referenzrahmen des lokalen Takts bestimmt worden ist, in den Master-Takt-Referenzrahmen unter Verwendung des Driftfaktors; Bestimmen einer Diskrepanz zwischen dem Master-Takt und dem lokalen Takt unter Verwendung der erwarteten Startzeit der Impulsfolge, die durch den Master-Takt bestimmt worden ist, und der transformierten erwarteten Startzeit der Impulsfolge von dem lokalen Takt; Bestimmen einer Startzeit eines Impulses innerhalb der Impulsfolge durch den Master-Takt, relativ zu der Master-Takt-Referenzzeit, und durch den lokalen Takt, relativ zu dem Referenzrahmen des lokalen Takts; Transformieren der Startzeit des Impulses, die relativ zu dem Referenzrahmen des lokalen Takts bestimmt worden ist, in den Master-Takt-Referenzrahmen unter Verwendung des Driftfaktors; Bestimmen eines Korrekturfaktors zwischen dem Master-Takt und dem lokalen Takt unter Verwendung der durch den Master-Takt bestimmten Startzeit des Impulses und der transformierten Startzeit des Impulses von dem lokalen Takt; und Bestimmen einer Phase unter Verwendung einer gemessenen Ankunftszeit eines Signals relativ zu dem Master-Takt-Referenzrahmen, der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors.
Modulares Untertageleitfähigkeitswerkzeug, das umfasst: zwei oder mehr Module, wobei wenigstens ein Modul eine Senderschaltung enthält, die einen ersten Taktgeber enthält, und wenigstens ein weiteres Modul eine Empfängerschaltung enthält, die einen zweiten Taktgeber enthält; und einen Prozessor, der fähig ist zum: (1) Bestimmen einer Diskrepanz zwischen den separaten Taktgebern; (2) Bestimmen eines Korrekturfaktors zwischen den separaten Taktgebern; (3) Bestimmen der Phase unter Verwendung einer gemessenen Ankunftszeit des Signals, der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors; und (4) Ausgeben der Phase an eine Ausgabevorrichtung.
Modulares Untertagewerkzeug nach Anspruch 23, wobei das Werkstück an einem Drahtseil, an einem Bohrstrang oder an einem Drahtbohrstrang angeordnet ist.
Verfahren zum Koordinieren der Operationen zweier oder mehrerer Werkzeuge innerhalb einer Bohrlochsohlenanordnung, wenn die zwei oder mehr Werkzeuge separate Taktgeber verwenden, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Diskrepanz zwischen den separaten Taktgebern; Bestimmen eines Korrekturfaktors zwischen den separaten Taktgebern; Abgleichen einer oder mehrerer Funktionsbeginnzeiten unter Verwendung der bestimmten Diskrepanz und des bestimmten Korrekturfaktors; und Koordinieren der Operationen der zwei oder mehr Werkzeuge unter Verwendung der einen oder der mehreren abgeglichenen Funktionsbeginnzeiten.