DE112017001152T5

DE112017001152T5 - System und verfahren für downlink-kommunikation

Info

Publication number: DE112017001152T5
Application number: DE112017001152.3T
Authority: DE
Inventors: Stephen Jones; Junichi Sugiura
Original assignee: Sanvean Technologies LLC
Current assignee: Sanvean Technologies LLC
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-11-22
Also published as: GB201814168D0; CA3015355A1; WO2017151394A1; CA3015355C; US20170254190A1; GB2563528A; US10844703B2

Abstract

Ein Verfahren kann das Kommunizieren eines Befehls von der Oberfläche in ein Bohrloch umfassen. Das Verfahren kann außerdem das Feststellen eines Befehls, der an ein Werkzeug im Bohrloch gesendet werden soll, und das Übersetzen des Befehls in eine Meldung umfassen, wobei die Meldung eine Codesequenz enthält. Das Verfahren kann das Drehen des Bohrstrangs im Wesentlichen mit der Solldrehzahl für eine vorgegebene Dauer und das Messen der Drehrate des Bohrstrangs umfassen. Das Verfahren kann das Identifizieren der empfangenen Solldrehzahl und das Drehen des Bohrstrangs einem ersten Codewert eines ersten Codes der Meldung wie codiert umfassen. Das Verfahren kann auch das Decodieren des ersten Codes und das Drehen des Bohrstrangs einem zweiten Codewert eines zweiten Codes der Meldung, wie codiert, entsprechend umfassen. Das Verfahren kann außerdem das Decodieren des zweiten Codes, das Identifizieren des Befehls von mindestens einem der decodierten ersten und zweiten Codes und das Ausführen des Befehls umfassen.

Description

Querverweis auf verbundenen Anmeldungen
Diese Anmeldung ist eine nicht provisorische Anmeldung, die Priorität aus der provisorischen U.S.-Anmeldung Nr. 62/303,931 , eingereicht am 4. März 2016, beansprucht, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Verweis eingeschlossen ist.
Technischer Bereich/Bereich der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Systeme und Verfahren für die Kommunikation von Informationen von der Oberfläche an Ausrüstung, die sich in einem Bohrloch befindet, und speziell auf Verwendung von Variationen der Bohrstrangdrehgeschwindigkeiten zur Kommunikation.
Hintergrund der Offenbarung
Beim Bohren eines Bohrlochs kann die Kommunikation von Informationen zwischen der Oberfläche und Vorrichtungen, die sich innerhalb des Bohrlochs befinden, wünschenswert sein. Informationen, die zwischen der Oberfläche und den Vorrichtungen, die sich innerhalb des Bohrlochs befinden, kommuniziert werden können, können Daten und Befehle für Ausrüstungen in dem Schacht umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein Steuerwerkzeug im Schacht, ein Vibrationswerkzeug im Schacht, ein MWD- (Messen beim Bohren) Werkzeug und ein LWD- (Loggen beim Bohren) Werkzeug. In bestimmten Fällen kann die Kommunikation zwischen der Oberfläche und den Vorrichtungen innerhalb des Bohrlochs durch Änderung des Bohrbetriebs erfolgen, wie etwa durch Modifizierung des Flüssigkeitsstroms durch den Bohrstrang, des Gewichts, mit dem das Bit beaufschlagt wird, oder der Drehzahl des Bohrstrangs. Durch Änderung dieser Aspekte des Bohrbetriebs können codierte Sequenzen von der Oberfläche an die Ausrüstung im Bohrloch gesendet werden, wo Sensoren die codierten Sequenzen erkennen.
Steuerwerkzeuge im Bohrloch werden oft als System zum „Bit ausrichten“ oder „Bit schieben“ klassifiziert. In Systemen zum Bit ausrichten wird die Drehachse des Bohrbits von der Längsachse des Bohrstrangs allgemein in der Richtung des Bohrlochs ausgelenkt. Das Bohrloch kann üblicherweise einer Dreipunktgeometrie entsprechend erweitert werden, die durch obere und untere Stabilitätsberührungspunkte und das Bohrbit definiert wird. Der Abweichungswinkel der Bohrbitachse, verbunden mit einer endlichen Distanz zwischen dem Bohrbit und dem unteren Stabilisator, führt zu einem nicht kollinearen Zustand, der ein gebogenes Bohrloch erzeugt.
In Systemen zum Bit schieben kann der nicht kollineare Zustand erreicht werden, indem der obere und/oder der untere Stabilisator beispielsweise durch Schaufeln oder Kolben veranlasst werden, eine exzentrische Kraft oder Auslenkung auf den BHA aufzubringen, um das Bohrbit in dem gewünschten Weg zu bewegen. Die Steuerung kann erreicht werden, indem ein nicht kollinearer Zustand zwischen dem Bohrbit und mindestens zwei anderen Berührungspunkten zu erzeugen, wie etwa den oberen und unteren Stabilisatoren.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Kommunikation eines Befehls von der Oberfläche in ein Bohrloch. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Werkzeugs im Bohrloch. Das Werkzeug im Bohrloch ist mit einem Bohrstrang verbunden, wobei der Bohrstrang durch einen oberen Antrieb an der Oberfläche gedreht wird. Das Werkzeug im Bohrloch enthält einen Decoder im Bohrloch und einen Sensor für die Drehgeschwindigkeit des Bohrstrangs, und der obere Antrieb wird durch einen Drehcontroller gesteuert. Das Verfahren umfasst außerdem das Feststellen eines Befehls, der an das Werkzeug im Bohrloch gesendet werden soll, und das Übersetzen des Befehls in eine Meldung, wobei die Meldung eine Codesequenz enthält. Weiterhin enthält das Verfahren das Auswählen einer Solldrehzahl und das Codieren der Meldung basierend auf einem vorgegebenen Codierungsplan. Jeder Code der Codesequenz der Meldung ist auf einen Drehzahlwert, den Drehzahlwertunterschied von der Solldrehzahl oder auf die Dauer eines Bohrstrangdrehschritts codiert. Das Verfahren umfasst das Drehen des Bohrstrangs im Wesentlichen mit der Solldrehzahl für eine vorgegebene Dauer und das Messen der Drehrate des Bohrstrangs. Das Verfahren umfasst außerdem das Feststellen durch den Decoder im Bohrloch, dass die Drehrate des Bohrstrangs allgemein für die vorgegebene Dauer konstant bleibt, um festzustellen, ob eine Solldrehzahl emfpangen wurde, und um die empfangene Solldrehzahl mit dem Decoder im Bohrloch zu prüfen. Weiterhin umfasst das Verfahren das Drehen des Bohrstrangs einem ersten Codewert eines ersten Codes der Meldung entsprechend. Das Verfahren enthält auch das Decodieren des ersten Codes und das Drehen des Bohrstrangs einem zweiten Codewert eines zweiten Codes der Meldung wie codiert entsprechend. Ferner umfasst das Verfahren das Feststellen, dass der zweite Code durch den Decoder im Bohrloch empfangen wurde, und das Decodieren des zweiten Codes. Weiterhin umfasst das Verfahren das Identifizieren des Befehls von mindestens einem der decodierten ersten und zweiten Codes und das Ausführen des Befehls.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung ist am besten über die folgende ausführliche Beschreibung zu verstehen, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass der Standardpraxis der Branche entsprechend verschiedene Eigenschaften nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Eigenschaften können tatsächlich willkürlich vergrößert oder verkleinert werden, um die Erklärung klarer zu machen.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Bohrsystems, das mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Befehlskommunikationsfunktion, die mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht.
3A bis 3G zeigen eine Beispieldarstellung einer Codierungsfunktion für eine Meldung, die mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Befehlsempfangsfunktion, die mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht.
5A bis 5E zeigen eine Beispieldarstellung einer Decodierungsfunktion für eine Meldung, die mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht.
6 zeigt eine Beispieldarstellung einer codierten Meldung, die mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht.

Ausführliche Beschreibung
Man wird verstehen, dass die folgende Offenbarung viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele für die Umsetzung verschiedener Eigenschaften der verschiedenen Ausführungsformen bereitstellt. Spezifische Beispiele von Bestandteilen und Anordnungen sind nachfolgend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sind nicht als einschränkend vorgesehen. Weiterhin kann die vorliegende Offenbarung Referenzziffern und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und diktiert nicht für sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen, die besprochen werden.
1 zeigt ein Bohrsystem 12, das einen Bohrturm 10 enthält, der an der Oberfläche 5 platziert ist. Der obere Antrieb 22 ist an dem Bohrturm 10 aufgehängt und mit den Hebewerken 40 über die Leitung 38 verbunden. Der obere Antrieb 22 kann in Zusammenhang mit den Hebewerken 40 und der Leitung 38 den Bohrstrang 20 im Bohrloch 14 heben und senken, während das Bohrloch 14 in der Formation 16 gebildet wird. Das Bohrloch 14 kann mit dem Bohrbit 18 an einem unteren Ende 19 des Bohrstrangs 20 positioniert gebohrt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Bohrstrang 20 durch den oberen Antrieb 22 gedreht werden, auch, wenn ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung verstehen wird, dass ein Drehtisch verwendet werden kann, um den Bohrstrang 20 zu drehen, wie hierin beschrieben, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
In einigen Ausführungsformen kann die Drehung des Bohrstrangs 20 durch den oberen Antrieb 22 durch die Drehsteuerung 36 gesteuert werden. Die Drehsteuerung 36 kann manuell oder automatisch gesteuert werden. Die Drehsteuerung 36 kann beispielsweise und ohne Einschränkung die Drehrate des Bohrstrangs 20 in Reaktion auf einen Befehl steuern, wie hierin nachfolgend erklärt. Das Werkzeug im Bohrloch 60, das am Bohrstrang 20 positioniert ist, kann einen Drehratensensor umfassen, der positioniert ist, die Drehrate des Bohrstrangs 20 zu messen.
In einigen Ausführungsformen kann die Drehsteuerung 36 die Drehung des Bohrstrangs 20 steuern, um einen Befehl oder Daten an das Werkzeug im Bohrloch 60 zu kommunizieren, das am Bohrstrang 20 platziert ist. Das Werkzeug im Bohrloch 60 kann konfiguriert sein, den Befehl oder die Daten wie hierin nachfolgend weiter erklärt zu empfangen und zu interpretieren. Das Werkzeug im Bohrloch 60 kann jedes Werkzeug im Bohrloch sein, an das ein Befehl oder Daten gesendet werden können, und kann beispielsweise und ohne Einschränkung ein Richtungsbohrwerkzeug, ein drehsteuerbares System (RSS), ein drehsteuerbarer Motor, ein turbinengestütztes RSS, ein getriebereduziertes turbinengestütztes RSS, ein steuerbares spiralförmiges Rohrwerkzeug, einen steuerbaren Motor, eine steuerbare Turbine, ein Vibrationswerkzeug, ein Oszillationswerkzeug, ein Reibungsreduktionswerkzeug, ein Schockwerkzeug, ein Vibrations-/Schockdämpferwerkzeug, ein Rüttelwerkzeug, eine Reibahle oder ein unabhängiger Ersatz sein. Zum Zweck dieser Offenbarung werden Meldungen, Daten und Befehle bezüglich eines Richtungsbohrwerkzeugs erklärt, wobei jedoch der gewöhnliche Fachmann mit Nutzen dieser Offenbarung verstehen wird, dass das Werkzeug im Bohrloch 60 jedes Werkzeug im Bohrloch sein kann und alle Befehle oder Daten, die damit verbunden sind, den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung entsprechend empfangen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Werkzeug im Bohrloch 60 einen Controller enthalten, der einen programmierbaren Prozessor aufweist, wie etwa einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, und eine prozessorlesbare oder computerlesbare Programmiercode enthaltende Logik, die auf greifbaren, nicht transitorischen computerlesbaren Medien enthalten ist, einschließlich Anweisungen zur Steuerung der Funktion des Werkzeugs im Bohrloch 60. In einigen Ausführungsformen kann der Controller einen Befehl empfangen, der von der Oberfläche 5 aus auf die Drehrate des Bohrstrangs 20 codiert wird, wie weiter unten hierin erklärt. Der Controller kann den Befehl empfangen und interpretieren, um das Werkzeug im Bohrloch zu veranlassen, den Befehl auszuführen. Der Controller kann außerdem optional mit anderen Instrumenten in dem Bohrstrang kommunizieren, wie etwa mit Telemetriesystemen, die mit der Oberfläche 5 kommunizieren. Man wird verstehen, dass sich der Controller nicht notwendigerweise in einem Richtungsbohrwerkzeug befindet und dass er anderswo im Bohrstrang 20 in elektronischer Kommunikation mit dem Richtungsbohrwerkzeug angeordnet sein kann. Weiterhin wird der Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung verstehen, dass die mehreren Funktionen, die durch den Controller ausgeführt werden, unter einer Reihe von Vorrichtungen verteilt werden können.
Beispielsweise zeigt 2 ein Ablaufdiagramm einer Befehlskommunikationsfunktion 200, die mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht, in der ein Befehl von der Oberfläche 5 an das Werkzeug im Bohrloch 60 gesendet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Befehlskommunikationsfunktion 200 das Bestimmen eines Befehls umfassen, der an das Werkzeug im Bohrloch 60 (201) gesendet werden soll.
Der Befehl kann eine Eingabe oder ein anderes Signal sein, das an das Werkzeug im Bohrloch 60 gesendet werden soll. In einigen Ausführungsformen kann der Befehl aus einem vorgegebenen Satz Befehlstypen gewählt werden, die auf der Art des Werkzeugs im Bohrloch 60 basieren. In einigen Ausführungsformen kann der Befehl sein, einen Parameter eines Werkzeugs im Bohrloch zu ändern, wie etwa bei einer Änderung des Betriebszustands des Werkzeugs im Bohrloch 60, einer Änderung an einem vorherigen Befehl, einem Aufwecksignal, einem Schlaf- (Energiespar-) Signal, einem Schaufeleinklappsignal, einem Signal zum Ausfahren aller Schaufeln, einem Werkzeugaktivierungssignal, einem Werkzeugdeaktivierungssignal, einer gewünschten Hydraulikventilposition, einem Auslöser, einer Änderung an einem Parameter des Werkzeugs im Bohrloch 60 oder jeder anderen gewünschten Eingabe für die Funktion des Werkzeugs im Bohrloch 60. Beispielsweise kann es für eine Bohrfunktion gewünscht sein, einen Befehl an das Werkzeug im Bohrloch 60 zu senden, um den Parameter des Werkzeugs im Bohrloch zu ändern. Der Befehl kann eine Art des Befehls, eine Angabe des zu ändernden Parameters und einen Wert, der die Änderung des Parameters oder einen gewünschten Betriebsmodus darstellt, enthalten.
In einigen Ausführungsformen können der Befehl oder die Daten in eine Meldung (203) übersetzt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Meldung aus dem Befehl oder den Daten auf Grundlage einer vorgegebenen Syntax erzeugt werden. Die vorgegebene Syntax kann auf Grundlage davon gewählt werden, welches Werkzeug im Bohrloch 60 verwendet wird und welche verfügbaren Befehle an diese gesendet werden sollen. In einigen Ausführungsformen kann die Meldung eine Codesequenz sein, in die der Befehl auf Grundlage einer vorgegebenen Syntax geparst wird. In einigen Ausführungsformen können die Codewerte eines oder mehrerer Codes der Meldung die Art des Befehls identifizieren und andere Codewerte können den Inhalt oder die Daten des Befehls enthalten. Die vorgegebene Syntax kann die Bedeutung jedes Codes der Meldung auf Grundlage der Art des Befehls oder der Daten bestimmen. Der Inhalt des Befehls kann beispielsweise und ohne Einschränkung einen Wert für einen Parameter des Werkzeugs im Bohrloch 60 oder einen gewählten Betriebsmodus enthalten.
Beispielsweise und ohne Einschränkung wird eine Beispielbefehlskommunikationsfunktion 200 bezüglich einer Ausführungsform beschrieben, in der das Werkzeug im Bohrloch 60 ein RSS ist. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung versteht leicht, dass das Beschriebene nur die vorliegende Offenbarung klären und beleuchten soll und nicht vorgesehen ist, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
In einigen solchen Ausführungsformen können die zu sendenden Befehle Änderungen am Toolface, Abstand oder Betriebsmodus des Werkzeugs im Bohrloch 60 enthalten.
Wie hierin verwendet und in der Technik verstanden, bezieht sich „Toolface“ auf die Richtung, in der das Bohrloch 14 gebohrt wird. In einigen Ausführungsformen kann sich das Toolface auf die Winkelrichtung beziehen, in der das Bohrbit 18 bezüglich des Gravitationsfelds der Erde schiebt oder zeigt. In einigen Ausführungsformen kann das Toolface wie hierin verwendet eine Winkelmessung im Verhältnis zum Gravitationsfeld der Erde am Bohrbit 18 sein, sodass „Toolface=0 Grad“ eine Richtung anzeigt, die dem Gravitationsfeld entgegenläuft. Wenn das gewünschte Toolface des Werkzeuges auf 0 Grad eigestellt ist, wird erwartet, dass das Werkzeug einen reinen Aufbau ausführt, d. h. fortlaufendes Bohren des Bohrlochs 14 in einer Richtung, die der Richtung des Gravitationsfelds entgegenläuft. Ähnlich entsprechen „Toolface=90 Grad“, „Toolface=270 Grad“ und „Toolface=180 Grad“ einer reinen Drehung nach rechts, einer reinen Drehung nach links bzw. einem reinen Absenken.
Wie hierin verwendet und in der Technik verstanden, bezieht sich „Abstand“ auf die Größe (üblicherweise angegeben in Inch) der Bohrrichtungsänderung beim Bohren des Bohrlochs 14, auch bezeichnet als Biegung, Aufbaurate oder Dogleg-Stärke. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand als Exzentrizität der Achse des Werkzeugs im Bohrloch 60 von der Achse des Bohrlochs 14 definiert sein. Eine solche Exzentrizität neigt dazu, den Anstellwinkel des Bohrbits 18 zu ändern und damit die Richtung zu ändern, in der der Bohrschacht 14 gebohrt wird. Auch, wenn sich die Beschreibung auf den Abstand bezieht, versteht ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung, dass der Parameter, der hierin als Abstand bezeichnet wird, ebenso für steuerbare Systeme gilt, die die Größe der Änderung der Bohrrichtung des Bohrlochs 14 als „Steuerverhältnis (Proportion)“ bezeichnen. Wie in der Technik verstanden wird, entspricht das Steuerverhältnis (SR) der Steilheit der Kurve, die im Verhältnis zu der maximalen Biegung gemessen ist, die durch das steuerbare System aufgebracht werden kann. Beispielsweise entsprechen SR=0 %, 50 % und 100 % neutralem Bohren (keine Biegung), 50 % der maximalen Biegung (oder des maximalen Dogleg) bzw. der maximalen Biegung (des maximalen Dogleg).
In einigen Ausführungsformen können das Toolface und der Abstand beispielsweise und ohne Einschränkung durch die Steuerung der relativen Radialpositionen der Steuerwerkzeugschaufeln steuerbar sein, die an dem Werkzeug im Bohrloch 60 platziert sind. Allgemein neigt eine Erhöhung des Abstands dazu, die Biegung des Bohrlochs 14 beim nachfolgenden Bohren zu vergrößern. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung des Toolface und der Abstand eines Richtungsbohrsystems (z. B. eines drehsteuerbaren Systems, Spiralrohrsystems, drehsteuerbaren Motorsystems usw.) das Fortschreiten des Bohrlochs 14 in zwei oder drei Dimensionen steuern.
Wenn auch bezüglich des Toolface und Abstands beschrieben, versteht ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung, dass diese Werkezugparameter je nach Art des steuerbaren Systems mit anderen Begriffen bezeichnet werden können. Beispielsweise können Toolface und Abstand zum Beispiel und ohne Einschränkung als Kraftvektortoolface, Druckvektortoolface, Positionsvektortoolface, Kraftvektorgröße, Druckvektorgröße, Positionsabstandsgröße, exzentrische Distanz und Steuerverhältnis bezeichnet oder definiert werden. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung wird verstehen, dass die Begriffe Toolface und Abstand nicht den Umfang dieser Offenbarung auf ein bestimmtes Maß oder eine Definition der Bohrrichtung und der Biegungsgröße einschränken.
In einigen Ausführungsformen, wie etwa beispielsweise und ohne Einschränkung in einer „Bit schieben“-Konfiguration, kann die Richtung (Werkezugvorderseite) des nachfolgenden Bohrens im Wesentlichen gleich sein, wie die Richtung des Abstands zwischen der Werkezugachse und der Achse des Bohrlochs 14. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann in einer Konfiguration zum Schieben des Bits ein Befehl an das Werkzeug im Bohrloch 60 für ein Toolface von 90 Grad (im Verhältnis zur hohen Seite) einen Eingang angeben, um das Fortschreiten des Bohrlochs 14 nach rechts zu steuern, wenn die Bohrfunktion voranschreitet. In einigen Ausführungsformen, in denen ein Steuerwerkzeug zum „Bit ausrichten“ verwendet wird, schreitet die Richtung des nachfolgenden Bohrens in der der Vorderseite des Werkzeugs entgegensetzten Richtung voran (d. h. in dem obigen Beispiel nach links) . Der gewöhnliche Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung versteht, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Steuerwerkzeugausführungsformen beschränkt ist.
In einigen Ausführungsformen kann die Meldung einen ersten Code umfassen, der darstellt, ob sich der Befehl auf die Änderung des Toolface oder die Änderung des Abstands bezieht. Die Meldung kann einen zweiten Code enthalten, der einen Betriebsmodus oder eine Syntax für die folgenden Codes darstellt. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann der erste Code aus „Toolface ändern“ oder „Abstand ändern“ gewählt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein zweiter Code aus „Haltemodus“ gewählt werden, wobei das Werkzeug angewiesen wird, die aktuelle Neigung und/oder den Azimut-Winkel zu halten, oder anzugeben, dass ein Wert, der eine gewünschte Änderung des Toolface oder Abstands darstellt, gesendet wird. In einigen Ausführungsformen können Sollwerte für einen Steueralgorithmus mit geschlossenem Kreis, wie etwa unter anderem für die Zielneigung, den Azimut-Winkel, und/oder das Dogleg in den Befehl eingeschlossen werden. In einigen Ausführungsformen kann der Befehl einer gewünschten relativen Änderung eines aktuellen Sollwerts entsprechen, wie etwa beispielsweise und ohne Einschränkung einer relativen Änderung für eine aktuelle Zielneigung oder einen Azimut-Winkel. In einigen Ausführungsformen kann der Befehl eine gewünschte Durchdringungsrate (ROP), an der Oberfläche gemessene Bohrgeschwindigkeit, Bohrbit-Drehrate und/oder Bohrbit-/Werkezugtiefe enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann ein Haltemodusbefehl das Werkzeug im Bohrloch 60 anweisen, ständig die Parameter des Werkzeugs im Bohrloch anzupassen, um eine gewählte Zielneigung, einen Azimut-Winkel oder ein Dogleg zu erhalten, während der Bohrbetrieb voranschreitet, hierein bezeichnet als „Haltemodus.“ In einigen Ausführungsformen kann die Neigung, der Azimut-Winkel oder das Dogleg durch das Werkzeug im Bohrloch 60 gemessen werden und dieser Wert kann ständig mit der Zielneigung, dem Ziel-Azimut-Winkel oder Ziel-Dogleg verglichen werden und abhängig von dem Fehler oder der Differenz zwischen den Ziel- und Istwerten können das programmierte Toolface und/oder der Abstand entsprechend angepasst werden, sodass der Fehler oder die Differenz im nächsten Schritt minimiert wird.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Controller im Haltemodus verwendet werden, um die Geschwindigkeit anzupassen, mit der Anpassungen bei den Anpassungen der Parameter des Werkzeugs im Bohrloch, d. h. des Zuwachses, vorgenommen werden. In solchen Ausführungsformen kann der Zuwachs durch Verwendung eines Befehls geändert werden. Wenn beispielsweise die an der Oberfläche gemessene Bohrgeschwindigkeit durch die Drehrate an den Controller kommuniziert wird, kann der Zuwachs des Controllers angepasst werden. Wenn beispielsweise die Bohrgeschwindigkeit gering ist, ist der Zuwachs des Controllers gering. Wenn die Bohrgeschwindigkeit hoch ist, ist der Zuwachs des Controllers hoch. Der Zuwachs kann einen proportionalen Zuwachs, proportionalen und integralen Zuwachs oder proportionalen, integralen und derivativen Zuwachs umfassen. Der Zuwachs kann durch einen proportionalen Controller (P), proportional-integralen (PI) Controller, proportional-integral-differentialen (PID) Controller, prädiktiven Controller oder andere Controller gesteuert werden, die für die Zuwachssteuerung verwendet werden, und kann je nach kommunizierter an der Oberfläche gemessener Bohrgeschwindigkeit geändert werden.
In einigen Ausführungsformen kann ein Befehl verwendet werden, um eine Telemetrieeinheit im Bohrloch anzuweisen, einen Uplink-Telemetriemodus zu starten, d. h. Informationen an die Oberfläche zu kommunizieren. Ein nicht einschränkendes Beispiel einer Telemetrieeinheit im Bohrloch ist eine Bohrspülungsimpulstelemetrieeinheit. Der Befehl kann die Telemetrieeinheit im Bohrloch anweisen, Informationen, die durch Sensoren oder andere Ausrüstung im Bohrloch an die Telemetrieeinheit im Bohrloch bereitgestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Diagnoseparameter, ein Bestätigungssignal an die Oberfläche (wie etwa, dass der Befehl empfangen wurde) oder eine Werkezugdiagnose für Problemlösung für ein Werkzeug im Bohrloch, kommunizieren.
In einigen Ausführungsformen kann ein zweiter Code die Art des gesendeten Werts anzeigen. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann der zweite Code in einigen Ausführungsformen anzeigen, ob ein grober Wert, ein feiner Wert oder ein grober und feiner Wert in dem Befehl gesendet werden.
In einigen Ausführungsformen können mehrere Codes verwendet werden, um den Wert der gewünschten Änderung anzugeben. In einigen Ausführungsformen kann etwa ein grober Wert auf einer vorgegebenen Werteliste gewählt werden. Beispielsweise kann für einen Befehl zum Ändern des Toolface der grobe Wert aus 0°, 90° links, 90° rechts und 180 Grad gewählt werden. In einigen Ausführungsformen kann der grobe Wert ein absoluter Wert sein, der im Verhältnis zu einem externen Referenzpunkt gemessen ist und nicht auf einem aktuellen Parameter basiert. In einigen Ausführungsformen kann ein feiner Wert aus einer vorgegebenen Liste von Werten gewählt werden, die eine Änderung im Verhältnis zu dem aktuellen Toolface oder Abstand oder einem Abstand von dem groben Wert angeben. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Code anzeigen, welche Arten von Werten gesendet werden sollen, und angeben, dass nur ein grober Wert, nur ein feiner Wert oder ein grober Wert und ein feiner Wert in der Meldung enthalten sein können. Als Beispiel kann, wenn gewünscht ist, einen Befehl an „Toolface von RSS auf 75° links ändern“ zu senden, die Meldung sein „Toolface ändern, grobe und feine Werte werden gesendet, 90° links, -15°.“
Wenn die Meldung erzeugt (203) ist, kann die Meldung nach einem vorgegebenen Codierungsschema in eine Reihe von Bohrstrangdrehschritten (205) codiert werden. In einigen Ausführungsformen kann das vorgegebene Codierungsschema beispielsweise und ohne Einschränkung einen Rahmen für die Codierung von Codewerten der Meldung in die Bohrstrangdrehschritte bereitstellen. In jedem Bohrstrangdrehschritt kann sich die Drehsteuerung 36 den Bohrstrang 20 für einen Zeitraum (hierin bezeichnet als „Dauer“ des Bohrstrangdrehschritts) mit einer Drehrate (hierin bezeichnet als „Drehzahl“ des Bohrstrangdrehschritts) drehen. Während jedes Bohrstrangdrehschritts kann ein Codewert auf eine Drehzahl des Bohrstrangs 20 während des Bohrstrangdrehschritts (hierin bezeichnet als ein „Drehzahlwert“) oder auf die Dauer des Bohrstrangdrehschritts codiert werden. In einigen Ausführungsformen, wie hierin verwendet, bedeutet codiert auf, dass der Drehzahlwert oder die Dauer eines Bohrstrangdrehschritts auf Grundlage des Codewerts dem Bohrstrangdrehschritt zugewiesen wird, der auf den Drehzahl-Wert oder die Dauer des Bohrstrangdrehschritts codiert wird. In einigen Ausführungsformen kann die Dauer eines Bohrstrangdrehschritts durch das Codierungsschema vorgegeben sein. In einigen Ausführungsformen kann die Dauer eines Bohrstrangdrehschritts einen Codewert eines Codes der Meldung darstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Drehsteuerung 36 automatisch gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Drehsteuerung 36 manuell gesteuert werden.
In einigen Ausführungsformen kann das vorgegebene Codierungsschema eine Meldungssyntax auf Grundlage des zu sendenden Befehls vorgeben. Die Meldungssyntax kann beispielsweise und ohne Einschränkung die Anzahl der Bohrstrangdrehschritte definieren, um den Befehl zu senden. Jeder Code der Codeserie kann einen entsprechenden Codewert aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann jeder Codewert auf eine Drehzahl oder Dauer eines Bohrstrangdrehschritts nach dem vorgegebenen Codierungsschema codiert werden. In einigen Ausführungsformen kann das Codierungsschema daher eine Anzahl von Bohrstrangdrehschritten, einen Drehzahlwert für jeden Bohrstrangdrehschritt und eine Dauer für jeden Bohrstrangdrehschritt auf Grundlage des zu sendenden Befehls angeben. In einigen Ausführungsformen kann die Dauer eines oder mehrerer Bohrstrangdrehschritte auf Grundlage der Meldungssyntax angegeben sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Meldung so codiert sein, dass die Drehzahlwerte der Codes, die einer Drehzahl während einem Bohrstrangdrehschritt zugewiesen sind, im Verhältnis zu einer gewählten Solldrehzahl angegeben werden. Die Solldrehzahl kann in einigen Ausführungsformen eine Baselinedrehzahl sein, gegen die andere Drehzahlwerte wie hierin weiter unten erklärt versetzt werden können. In einigen Ausführungsformen kann die Solldrehzahl weiter für das Werkzeug im Bohrloch 60 angeben, dass ein Befehl an das Werkzeug im Bohrloch 60 kommuniziert wird. Die Solldrehzahl kann beispielsweise und ohne Einschränkung auf Grundlage aktueller Betriebsbedingungen des Bohrsystems 12 (207) kommuniziert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Solldrehzahl gewählt werden, bestimmte unerwünschte Dynamiken im Bohrloch zu vermeiden, wie etwa die Torsionsvibration, Stick Slip, und/oder Wirbel. Beispielsweise kann in einigen Bohrfunktionen eine geringe Drehzahl des Bohrstrangs 20 in Kombination mit einem hohen Gewicht auf dem Bit (WOB) das Auftreten der Drehvibration und/oder von Stick Slip erhöhen. Ähnlich können eine hohe Drehzahl und ein geringes WOB die Wahrscheinlichkeit eines Wirbels erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann durch Überwachung der Echtzeit-Bohrlochdynamikdaten (z. B. Stick-Slip-Stärken und/oder Wirbelstärken), die beispielsweise von einem MWD-Werkzeug kommuniziert werden, eine Solldrehzahl gewählt werden, um unerwünschte Dynamik um Bohrloch zu vermeiden.
Die Solldrehzahl kann so als Baseline verwendet werden, von der die Drehzahlwerte der Bohrstrangdrehschritte versetzt werden. Wenn die Solldrehzahl gewählt ist, kann die Drehzahl, mit der der Bohrstrang 20 gedreht wird, während jedes Bohrstrangdrehschritts auf Grundlage des Abstands von der gewählten Solldrehzahl bestimmt werden, wie als Feststellungsdrehzahlwerte (209) in 2 dargestellt. Die Solldrehzahl und codierte Meldung können dann verwendet werden, um die Drehsteuerung 36 anzuweisen, den Bohrstrang 20 zu drehen, um den Befehl an das Werkzeug im Bohrloch zu kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann der Bohrstrang 20 mit oder im Wesentlichen mit der Solldrehzahl am ersten Bohrstrangdrehschritt (211) gedreht werden, um die Solldrehzahl für das Werkzeug im Bohrloch 60 wie nachfolgend hierin beschrieben festzulegen. Die codierte Meldung kann dann übermittelt werden, indem der Bohrstrang 20 jedem Codewert der codierten Meldung für jeden Bohrstrangdrehschritt in der codierten Meldung (213) entsprechend gedreht wird.
In einigen Ausführungsformen kann die codierte Meldung einen Ausführungscode am Ende der codierten Meldung enthalten. In einigen Ausführungsformen kann der Ausführungscode während eines Bohrstrangdrehschritts übermittelt werden, der eine Drehung des Bohrstrangs 20 mit einer Ausführungsdrehzahl (215) umfassen kann. Der Empfang des Ausführungscodes kann beispielsweise und ohne Einschränkung anzeigen, dass das Senden der codierten Meldung vollständig ist, und kann das Werkzeug im Bohrloch 60 anweisen, den Befehl auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann die Ausführungsdrehzahl im Verhältnis zur Solldrehzahl vorgewählt werden.
Beispielsweise zeigen 3A bis 3G eine Beispieldarstellung einer Codierungsfunktion für eine Meldung, die Ausführungsformen wie hierin beschrieben entspricht. Diese Figuren zeigen Drehzahl vs. Zeit für die codierte Meldung 300, und geben daher auch die Drehung des Bohrstrangs 20 durch die Drehsteuerung 36 an, wenn die codierte Meldung 300 übermittelt wird.
3A zeigt, dass der Bohrstrang 20 bei einem ersten Bohrstrangdrehschritt, der als t₀ dargestellt ist, mit der Solldrehzahl 310 für eine ersten Dauer do gedreht werden kann. In einigen Ausführungsformen kann die Solldrehzahl 310 durch das Werkzeug im Bohrloch 60 erkannt werden, wenn der Bohrstrang 20 mit einer Drehzahl für eine vorgegebene Dauer gedreht wird. Die Drehrate des Bohrstrangs 20 kann auf einen bestimmten Bereich beschränkt sein, der als Solldrehzahl betrachtet wird, beispielsweise und ohne Einschränkung zwischen 20 und 200 UpM oder zwischen 60 und 160 UpM. Der vorgegebene Sollwertzeitraum kann von mindestens 30 Sekunden bis mindestens drei Minuten oder von mindestens einer Minute bis mindestens zwei Minuten, oder mindestens ca. 1 Minute 15 Sekunden reichen. In bestimmten Ausführungsformen ist die Solldrehzahl nicht vordefiniert, d. h. sie kann durch den Bediener auf Grundlage von Überlegungen eingestellt werden, wie etwa der aktuellen Betriebsbedingungen des Bohrsystems 12.
Wie in 3B bis G darstellt, können, wenn die Solldrehzahl 310 übermittelt wird, die Codes der codierten Meldung übermittelt werden. Beispielsweise wird, wie in 3B dargestellt, ein erster Code, C₁ , als Drehzahl am Bohrstrangdrehschritt t₁ übermittelt. In einigen Ausführungsformen können die Drehzahlwerte für einen oder mehrere der Codes in der Codesequenz im Verhältnis zu der Solldrehzahl eingestellt werden. Beispielsweise können die möglichen C₁ -Codewerte für den ersten Code, C₁ , jeweils einem anderen Drehzahlwert zugeordnet werden, dargestellt als 320a, 320b. Auch, wenn nur zwei Drehzahlwerte 320a, 320b für den Bohrstrangdrehschritt t₁ dargestellt sind, wird ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung verstehen, dass jede Anzahl von Drehzahlwerten abhängig von der Anzahl der Codewerte, die für den Code zur Verfügung stehen, unterschiedlichen Codewerten zugeordnet werden kann. Wenn beispielsweise Code C₁ Codewerte „Toolface ändern“ oder „Abstand ändern“ aufweist, kann jeder Codewert einem Drehzahlwert zugeordnet werden, hier 320a bzw. 320b. In einigen Ausführungsformen kann, beispielsweise und ohne Einschränkung, Drehzahlwert 320a auf eine Bohrstrang-Drehrate eingestellt werden, die um einen vorgewählten Abstand δ1 über der Solldrehzahl 310 liegt, und der Drehzahlwert 320b kann auf eine Bohrstrangdrehrate eingestellt werden, die um einen vorgewählten Abstand δ2 unter der Solldrehzahl liegt. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung wird verstehen, dass die Abstände δ1 und δ2 gleich oder unterschiedlich sein können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Beispielsweise und ohne Einschränkung kann der Drehzahlwert 320a bei 30 UpM über der Solldrehzahl 310 eingestellt werden. Der Drehzahlwert 320b kann auf 30 UpM unter der Solldrehzahl 310 voreingestellt sein. Wie ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen wird, können die Drehzahlwerte 320a, 320b auf andere Werte im Verhältnis zur Solldrehzahl 310 als das hierin gegebene Beispiel voreingestellt sein.
Wenn die Solldrehzahl 310 eingestellt ist, können die Drehzahlwerte 320a, 320b im Verhältnis zur Solldrehzahl 310 eingestellt sein. Wenn beispielsweise die Solldrehzahl 310 auf Grundlage des obigen Beispiels auf 100 UpM eingestellt ist, kann der Drehzahlwert 320a auf 130 UpM und der Drehzahlwert 320b auf 70 UpM eingestellt sein.
In einigen Ausführungsformen, in denen C₁ der einzige Code ist, der an das Werkzeug im Bohrloch 60 gesendet werden soll, kann die Ausführungsdrehzahl nach dem Bohrstrangdrehschritt t₁ übermittelt werden.
In einigen Ausführungsformen können, wie in 3C dargestellt, die möglichen Codewerte für einen Code C₂ jeweils einer anderen Dauer d₁ des Bohrstrangdrehschritts t₁ zugewiesen sein, dargestellt als Dauern 350a, 350b, 350c, 350d und 350e. Beispielsweise kann, wenn Code C₂ die Codewerte „nur ein grober Wert wird gesendet“, „nur ein feiner Wert wird gesendet“, „grobe und feine Werte werden gesendet“, „Haltemodus starten“, „Modus alle Pad/Schaufeln ausfahren starten“ und „Modus Pad/Schaufel einfahren“ aufweist, jeder Codewert für die Dauer d₁ des Bohrstrangdrehschritts t₁ einer anderen Dauer, 350a, 350b, 350c, 350d bzw. 350e zugewiesen sein. Auch, wenn fünf Codewerte beschrieben sind, wird ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung verstehen, dass jede Anzahl von Dauern abhängig von der Anzahl der zuzuordnenden Codewerte verwendet werden kann. In einigen Ausführungsformen können die Dauern 350a bis e beispielsweise und ohne Einschränkung durch 30 Sekunden getrennt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Bohrstrang 20 abhängig von dem Codewert des Codes C₂ , der gesendet werden soll, mit der bestimmten Drehzahlwert für Code C₁ , hier 320a, für die Dauer d₁ gedreht werden, die dem zu sendenden Codewert entspricht. Daher kann beispielsweise, um die codierte Meldung für den Befehl „Toolface ändern, grobe und feine Werte werden gesendet“, der Bohrstrang 20 während Bohrstrangdrehschritt t₁ dem Drehzahlwert 320a für die Dauer 350b gedreht werden, wie in 3C darstellt.
Alle weiteren Codes der codierten Meldung können ebenfalls auf Drehzahlwerte oder Dauern für die nachfolgenden Zeiträume codiert werden. Beispielsweise zeigt 3D Code C₃ , der den Drehzahlwerten 360a bis f zugewiesen ist, die jeweils einen anderen Codewert von Code C₃ darstellen, der im Bohrstrangdrehschritt t₂ übermittelt werden soll. Die Drehzahlwerte 360a bis f können im Verhältnis zur Solldrehzahl 310 bestimmt werden. In der obigen beispielhaften Ausführungsform, in der Code C₃ ein grober Toolface-Code ist, kann jeder Drehzahlwert 360a bis f einen anderen groben Toolface-Wert darstellen. Ähnlich zeigt 3E Code C₄ , der den Drehzahlwerten 370a bis f zugewiesen ist, die jeweils einen anderen Codewert von Code C₄ darstellen, der im Bohrstrangdrehschritt t₃ übermittelt werden soll. In der obigen beispielhaften Ausführungsform, in der Code C₄ ein feiner Toolface-Code ist, kann jeder Drehzahlwert 370a bis f einen anderen feinen Toolface-Wert darstellen. Die Drehzahlwerte 370a bis f können im Verhältnis zur Solldrehzahl 310 bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Bohrstrangdrehschritte, wie etwa Bohrstrangdrehschritte t₂ und t₃ , vorgegebenen Dauern d₂ bzw. d₃ zugeordnet werden. In einigen Ausführungsformen können die vorgegebenen Dauern d₂ , d₃ von mindestens 30 Sekunden bis mindestens 3 Minuten oder von mindestens einer Minute bis mindestens 2 Minuten, oder mindestens ca. 1 Minute und 15 Sekunden reichen.
In einigen Ausführungsformen, die jedoch nicht dargestellt sind, können ein oder mehrere weitere Codes der Dauer eines Bohrstrangdrehschritts zugewiesen werden, wie hierin oben bezüglich Code C₂ erklärt.
Beispielsweise kann der Bohrstrang 20, in Fortsetzung der beispielshaften Ausführungsform wie oben beschrieben, zum Senden des Befehls „Toolface ändern, grobe und feine Werte werden gesendet, 90° links, -15°“, wobei der Codewert für „grob 90° links“ für C₃ durch den Drehzahlwert 360c und der Codewert für "fein -15' für C₄ durch den Drehzahlwert 370e dargestellt wird, während des Bohrstrangdrehschritts t₂ mit dem Drehzahlwert 360c für die Dauer d₃ gedreht werden, wie in 3D dargestellt, und nachfolgend für die Dauer d₄ während des Bohrstrangdrehschritt t₃ mit dem Drehzahlwert 370e gedreht werden, wie in 3E dargestellt.
Wenn alle Codes, die gesendet werden sollen, gesendet wurden, wie zuvor erklärt, kann der Bohrstrang 20 mit der Ausführungsdrehzahl, wie in 3F dargestellt, während des Bohrstrangdrehschritts to für die Dauer de als Drehzahlwert 380 gedreht werden. In einigen Ausführungsformen kann die Dauer de wie zuvor erklärt vorgegeben sein. Auch, wenn hierin vier Codes C₁ bis C₄ beschrieben sind, wird ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung verstehen, dass jede Anzahl von Codes in der codierten Meldung ohne Abweichung vom Umfang dieser Offenbarung übermittelt werden kann.
Um die codierte Meldung 300 zu übermitteln, kann die Drehsteuerung 36 den Bohrstrang 20 anweisen, sich den oben erklärten Drehzahlwerten und Dauern für jeden Bohrstrangdrehschritt entsprechend zu drehen. Die endgültige codierte Meldung 300 wie durch die Drehsteuerung 36 übermittelt, ist in 3G dargestellt, die die Solldrehzahl 310 und Drehzahlwerte 310, 320a, 360c, 370e und 380 an den Bohrstrangdrehschritte t₁ , t₂ , t₃ , t₄ bzw. t₅ enthält.
In einigen Ausführungsformen kann das Werkzeug im Bohrloch 60 einen oder mehrere Drehratensensoren 32 enthalten. Die Drehratensensoren 32 können verwendet werden, die Drehrate des Bohrstrangs 20 am Ort des Drehratensensors 32 entlang des Bohrstrangs 20 zu messen. Abhängig von Art und Konfiguration des Werkzeugs im Bohrloch 60 können ein oder mehrere Drehratensensoren 32 in einigen Ausführungsformen an einem oder mehreren der folgenden Elemente platziert werden: einem Abschnitt des Werkzeugs im Bohrloch 60, der sich mit dem Bohrstrang 20 dreht, an einem Abschnitt des Werkzeugs im Bohrloch 60, der allgemein bezüglich des Bohrlochs 14 unbeweglich bleibt, an einem Abschnitt des Werkzeugs im Bohrloch 60, der sich mit einer anderen Geschwindigkeit als der Bohrstrang 20 im Verhältnis zum Bohrloch 14 dreht, oder an einem Abschnitt des Werkzeugs im Bohrloch 60, der sich abhängig vom Betriebsmodus des Werkzeugs im Bohrloch 60 oder den Betriebsbedingungen im Bohrloch 14 drehen oder nicht drehen kann. In einigen Ausführungsformen kann der Drehratensensor 32 beispielsweise und ohne Einschränkung einen oder mehrere Beschleunigungsmesser, Magnetometer und/oder gyroskopische (Winkelraten-) Sensoren umfassen, einschließlich eines Kreisels eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) und/oder andere, die bedient werden können, die achsenübergreifende Beschleunigung und/oder Magnetfeldbestandteile zu messen. In einigen Ausführungsformen, in denen sich der Drehratensensor 32 mit dem Bohrstrang 20 dreht, kann die Drehzahl, die durch einen solchen Drehratensensor 32 gemessen wird, direkt die Drehzahl des Bohrstrangs 20 angeben.
In einigen Ausführungsformen kann sich ein Marker am Bohrstrang 20 oder einem Anbau am Bohrstrang 20 befinden, der sich mit dem Bohrstrang 20 dreht, und ein Drehratensensor 32 kann sich an einem Abschnitt des Werkzeugs im Bohrloch 60 befinden, der allgemein in Bezug zum Bohrloch 14 stationär bleibt, sich mit einer anderen Geschwindigkeit dreht, als der Bohrstrang 20, oder sich abhängig vom Betriebsmodus des Werkzeugs im Bohrloch 60 drehen oder nicht drehen kann. Der Drehratensensor 32 kann den Marker erkennen, wenn sich der Marker an dem Drehratensensor 32 vorbeidreht, um die relative Drehrate zwischen dem nicht drehenden oder langsam drehenden Teil des Werkzeugs im Bohrloch 60 und dem Bohrstrang 20 zu erkennen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Marker ein Magnet sein und der Drehratensensor kann ein Hall-Effekt-Sensor, ein Fluxgate-Magnetometer, ein magnetresistiver Sensor, ein MEMS-Magnetometer und/oder eine Aufnahmespule sein. In anderen Ausführungsformen kann der Drehratensensor 32 ein Infrarotsensor und der Marker ein Spiegel sein, der Licht von einer Quelle reflektiert, die sich in der Nähe des Drehratensensors 32 befindet. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Drehratensensor ein Ultraschallsensor sein, der den Marker erkennen kann. In einigen Ausführungsformen, in denen das Werkzeug im Bohrloch 60 allgemein bezüglich des Bohrlochs 14 statisch bleibt, kann die relative Drehrate, die durch diesen Drehratensensor 32 gemessen wird, direkt die Drehzahl des Bohrstrangs 20 angeben.
In Ausführungsformen, in denen sich das Werkzeug im Bohrloch 60 mit einer anderen Geschwindigkeit dreht, als der Bohrstrang 20, kann eine Kombination aus Drehratensensoren 32 eingesetzt werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Beschleunigungsmesser, Magnetometer und/oder gyroskopische Sensoren verwendet werden, um die absolute Drehrate des Werkzeugs im Bohrloch 60 zu bestimmen, und ein Hall-Effekt-Sensor, ein Fluxgate-Magnetometer, ein magnetresistiver Sensor, ein MEMS-Magnetometer oder eine Aufnahmespule kann die relative Drehrate zwischen dem Werkzeug im Bohrloch 60 und dem Bohrstrang 20 bestimmen. Die Drehzahl des Bohrstrangs 20 kann so wie folgt berechnet werden: $d R P M = a R P M + r R P M$
wobei dRPM die Drehzahl des Bohrstrangs 20 ist, aRPM die absolute Drehrate des Werkzeugs im Bohrloch 60 ist und rRPM die relative Drehrate zwischen dem Bohrstrang 20 und dem Werkzeug im Bohrloch 60 ist.
In einigen Ausführungsformen kann der gemessene Drehzahlwert von dem Drehratensensor 32 gefiltert werden, um beispielsweise Geräusche und andere Fehlerwerte von den gemessenen Drehzahlwerten zu unterdrücken, einschließlich, beispielsweise und ohne Einschränkung, Stick-Slip und Torsionsvibration. Diese Filterung kann in einigen Ausführungsformen durch einen oder mehrere der Elemente analoger Filter, digitaler Filter oder Kombinationen davon erreicht werden. In einigen Ausführungsformen kann der Filter beispielsweise und ohne Einschränkung eines oder mehrere der Elemente nichtlinearer Filter wie Medianfilter, linearer Filter wie Infinite-Impulse-Response- (IIR) Filter oder einen Finite-Impulse-Response- (FIR) Filter), oder Kombinationen daraus enthalten.
In einigen Ausführungsformen, in denen das Werkzeug im Bohrloch 60 ein angetriebenes RSS, motorunterstütztes RSS, turbinenunterstütztes RSS oder getriebereduziertes RSS ist, kann ein flussmoduliertes Downlink-Signal von den Wellendrehzahländerungen am Werkzeug im Bohrloch 60 empfangen werden. In einer solchen Ausführungsform kann sich die Drehung des Bohrstrangs 20 wie hierin besprochen auf die Drehung einer Antriebswelle unter einem Bohrspülungsmotor, einer Turbine oder einer getriebereduzierten Turbine beziehen, wobei die Meldung auf eine Bohrspülungsflussgeschwindigkeit an der Oberfläche 5 moduliert wird. In einigen Ausführungsformen kann diese Flussgeschwindigkeit durch Ausrüstung, die sich an der Oberfläche 5 befindet, computergesteuert sein. In einigen Ausführungsformen können Meldungen gesendet werden, während eine gewöhnliche Bohrspülungsimpulstelemetrie für das Uplinking in Betrieb ist, ohne die Uplinkkommunikation zu unterbrechen, was gleichzeitige Uplink- und Downlinkkommunikation gestattet.
In einigen Ausführungsformen kann der Drehratensensor 32 eine Datenverbindung mit dem Decoder im Bohrloch 33 unterhalten. Der Decoder im Bohrloch 33 kann die Bohrstrangdrehung von dem Drehratensensor 32 messen. In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 konfiguriert sein, den Befehl der codierten Meldung wie hierin oben beschrieben basierend auf den gemessenen Drehzahlwerten des Bohrstrangs 20 zu empfangen und zu interpretieren.
Beispielsweise zeigt 4 ein Ablaufdiagramm einer Meldungsempfangsfunktion 400, die mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht, in der ein Befehl von der Oberfläche 5 durch das Werkzeug im Bohrloch 60 empfangen wird. Der Decoder im Bohrloch 33 kann die Drehung des Bohrstrangs 20 während des Bohrbetriebs überwachen. In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 die Drehung des Bohrstrangs 20 sampeln und zu bestimmen, ob eine Solldrehzahl empfangen (401) wurden. Beispielsweise kann der Decoder im Bohrloch 33 bestimmen, ob eine Solldrehzahl empfangen wurde, indem er identifiziert, dass die Drehrate des Bohrstrangs 20 allgemein für einen Zeitraum konstant bleibt, der der Dauer do wie hierin oben beschrieben entspricht. Wie hierin verwendet, wird eine Drehrate als „allgemein konstant“ betrachtet, wenn die Drehrate des Bohrstrangs 20 im Verlauf der Dauer d₀ nicht mehr als 7 UpM, 5 UpM oder 3 UpM schwankt.
Wenn festgestellt wird, dass eine Solldrehzahl empfangen wurde, kann die Solldrehzahl identifiziert werden (403) . Der Decoder im Bohrloch 33 kann weiter die Drehzahl des Bohrstrangs 20 messen, um die Codes der codierten Meldung wie hierin oben (405) beschrieben zu empfangen. Der Decoder im Bohrloch 33 kann danach feststellen, ob ein Code empfangen wurde (407) . In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 feststellen, ob ein Code empfangen wurde, indem er identifiziert, ob die Drehzahl des Bohrstrangs 20 einem Codewert eines Befehls entspricht, der durch das Werkzeug im Bohrloch 60 empfangen werden kann. In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 beispielsweise und ohne Einschränkung auf Grundlage der identifizierten Solldrehzahl feststellen, dass ein Code empfangen wurde, wenn die Drehzahl des Bohrstrangs 20 allgemein für eine vorgegebene Dauer innerhalb eines Drehzahlfensters um einen Drehzahlwert auf Grundlage der Solldrehzahl, die einem Codewert der zum Empfang durch das Werkzeug im Bohrloch 60 verfügbaren Meldung entspricht, konstant bleibt. In einigen Ausführungsformen kann die vorgegebene Dauer eine feste Breite aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 die Dauer der allgemein konstanten Drehzahl des Bohrstrangs 20 messen, um einen Codewert eines Codes der codierten Meldung zu identifizieren, die auf die Dauer eines Bohrstrangdrehschritts codiert ist, wie zuvor erklärt.
Wenn der Decoder im Bohrloch 33 feststellt, dass ein Code empfangen wurde, kann der Decoder im Bohrloch 33 den empfangenen Code (409) decodieren. Der Decoder im Bohrloch 33 kann das Verfahren für jeden empfangenen Code wiederholen, bis festgestellt wird, dass die Ausführungsdrehzahl empfangen (411) wurde. Der Decoder 33 im Bohrloch kann dann die empfangenen Codes zusammensetzen und den empfangenen Befehl (413) identifizieren. Der Decoder im Bohrloch 33 kann dann den Befehl (415) ausführen.
In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 den empfangenen Code durch Vergleich des Drehzahlwerts des empfangenen Codes mit einer identifizierten Solldrehzahl decodieren. In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 ein Drehzahlfenster für jeden möglichen Code aufbauen, der für jeden Bohrstrangdrehschritt empfangen werden soll. Beispielsweise zeigen 5A bis 5E eine Beispieldarstellung einer Decodierungsfunktion für eine Meldung, die Ausführungsformen wie hierin beschrieben entspricht. Diese Figuren zeigen Drehzahl vs. Zeit für den empfangenen Drehzahlwert 500 und geben daher auch die Drehung des Bohrstrangs 20 an, die durch den Decoder 33 im Bohrloch empfangen wird, wenn die codierte Meldung 300 empfangen wird. In einigen Ausführungsformen, wie in 5A dargestellt, kann der Drehzahlwert der Solldrehzahl 510 identifiziert werden, wenn festgestellt wird, dass die Solldrehzahl 510 im Empfängerzeitschlitz r0 empfangen wird. In einigen Ausführungsformen kann die Solldrehzahl 510 als Empfangen festgestellt werden, wenn die gemessene Drehzahl des Bohrstrangs 20 für die vorgegebene Dauer do des Empfängerzeitschlitzes r₀ innerhalb eines Drehzahlfensters bleibt.
In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 den empfangenen Drehzahlwert 500 überwachen, um festzustellen, ob ein weiterer Code empfangen wird, wenn die Solldrehzahl 510 identifiziert ist. In einigen Ausführungsformen, wie zuvor bezüglich 3A bis 3G erklärt, können Drehzahlwerte jedem möglichen Codewert eines zu übertragenen Codes zugewiesen werden. Der Decoder im Bohrloch 33 kann daher den empfangenen Drehzahlwert 500 überwachen, um einen Zeitraum zu identifizieren, in dem der empfangene Drehzahlwert 500 während des Empfängerzeitschlitzes r₁ für eine vorgegebene Dauer bei einer Drehzahl im Verhältnis zu der Solldrehzahl 510 bleibt, die einem möglichen Drehzahlwert entspricht, der einem möglichen Codewert eines Codes zugewiesen ist. In einigen Ausführungsformen können Drehzahlfenster 530a, 530b eingerichtet werden, die jeweils einem Drehzahlwert entsprechen, der einem möglichen Codewert eines erwarteten Codes entspricht, dargestellt als Drehzahlfenster 520a, 520b. Beispielsweise können, wie in 5A dargestellt, die Drehzahlfenster 520a, 520b die möglichen C₁ -Codewerte wie zuvor besprochen darstellen. Wenn beispielsweise Code C₁ die Codewerte „Toolface ändern“ oder „Abstand ändern“ aufweist, können die Drehzahlfenster 520a, 520b diesen jeweils zugewiesen werden. Die Drehzahlfenster 520a, 520b können auf Grundlage der vorgewählten Abstände 51 und 52 festgestellt werden, wie zuvor besprochen. In einigen Ausführungsformen können die Drehzahlfenster 530a, 530b Drehzahlwerte innerhalb eines bestimmten Bereichs um den Drehzahlwertabstand von 51 und 52 von der Solldrehzahl 510 enthalten. In einigen Ausführungsformen können die Drehzahlfenster 520a, 520b beispielsweise und ohne Einschränkung Drehzahlwerte innerhalb von 15 UpM, 10 Upm oder 5 Upm schneller oder langsamer als die bestimmte Drehzahl als den erwarteten Drehzahlwert für jeden Codewert identifizieren lassen. In einigen Ausführungsformen kann der Codewert des Codes, der mit dem Drehzahlwert während des Empfängerzeitschlitzes r₁ verbunden ist, hier Code C₁ , durch Identifizierung, welchem Drehzahlfenster 520a, 520b die empfangene Drehzahl 500 entspricht, festgestellt werden.
In einigen Ausführungsformen können, wie in 5B dargestellt, der Decoder im Bohrloch 33 auch die Zeitlänge des Empfängerzeitschlitzes messen, während der der Drehzahlwert übermittelt wird, um die Dauer der Bohrstrangrotation während des Empfängerzeitschlitzes r₁ möglichen Dauern wie Dauern 350a, 350b, 350c, 350d und 350e entsprechend wie zuvor besprochen zu bestimmen. Durch Messen der Länge des Empfängerzeitschlitzes r₁ kann der Wert des Codes, der mit der Dauer des Empfängerzeitschlitzes r₁ verbunden ist, hier Code Ca, festgestellt werden. Beispielsweise kann die festgestellte Dauer des Empfängerzeitschlitzes r₁ , wenn der Code Ca Codewerte von „nur ein grober Wert wird gesendet“, „nur ein feiner Wert wird gesendet“, „grobe und feine Werte werden gesendet“, „Haltemodus starten“ und „Pad-Rückzugsmodus starten“ aufweist, wobei jeder Code einer unterschiedlichen Dauer 350a, 350b, 350c, 350d bzw. 350e zugewiesen ist, verwendet werden, um den Codewert von Code Ca zu identifizieren.
In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere empfangenen Codes verwendet werden, um eine Meldungssyntax für den Decoder im Bohrloch 33 zu identifizieren. In einigen solchen Ausführungsformen kann beispielsweise der Decoder im Bohrloch 33 die Art des Befehls, der empfangenen werden soll, und die damit verbundene Syntax identifizieren. Wenn beispielsweise, wie in 5B dargestellt, die gemessene Drehzahl 500 für einen Zeitraum, der Dauer 350c entspricht, dem Drehzahlfenster 530a entspricht, kann der Decoder im Bohrloch die Codes von dem vorgegebenen Codierungsschema decodieren, das den entsprechenden Codewerten entspricht. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann wie in den vorherigen Beispielen das Drehzahlfenster 530a und die Dauer 350c als „Toolface ändern, grobe und feine Werte werden gesendet“ identifiziert werden.
Auf Grundlage der decodierten Codes kann der Decoder im Bohrloch 33 feststellen, welcher Code oder welche Codes während der Meldung erwartet werden sollten. Wenn beispielsweise die Codes C₁ und C₂ eine gesamte Meldung enthalten, kann der Decoder im Bohrloch 33 sofort einen Ausführungscode erwarten. Wenn die Codes C₁ und C₂ angeben, dass weitere Codes übermittelt werden, kann der Decoder im Bohrloch 33 Drehzahlfenster für die nachfolgenden Empfängerzeitschritte einrichten, die verwendet werden sollen, um die weiteren Codes zu nutzen.
Beispielsweise können, wie in 5C dargestellt, Drehzahlfenster 560a bis f während des Empfängerzeitschlitzes r₂ für die möglichen Drehzahlwerte eingerichtet werden, die möglichen Codewerten des Codes C₃ entsprechen, wie zuvor bezüglich der identifizierten Solldrehzahl 510 erklärt. In der obigen beispielhaften Ausführungsform, in der Code C₃ ein grober Toolface-Code ist, kann jedes Drehzahlfenster 560a bis f einen anderen groben Toolface-Wert darstellen. Ähnlich zeigt 5D Code C₄ , der den Drehzahlfenstern 570a bis f zugewiesen ist, die jeweils einen anderen Codewert von Code C₄ darstellen, der durch den Decoder im Bohrloch 33 während des Empfängerzeitschlitzes n empfangen wird. In der beispielhaften Ausführungsform oben, wo Code C₄ ein feiner Toolface-Code ist, kann jedes Drehzahlfenster 570a bis f einen anderen feinen Toolface-Wert darstellen. Die Drehzahlfenster 570a bis f können im Verhältnis zur Solldrehzahl 510 bestimmt werden.
Wenn alle erwarteten Codes identifiziert wurden, kann der Decoder im Bohrloch das Ausführungsdrehzahlfenster 580 einrichten. Die Ausführungsdrehzahl kann als empfangen betrachtet werden, wenn die während des Empfängerzeitschlitzes, in dem das Ausführungsdrehzahlfenster 580 platziert ist, hier der Empfängerzeitschlitz re, gemessene Drehzahl 500 innerhalb des Ausführungsdrehzahlfensters 580 bleibt.
In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 alle verbleibenden Codes, die noch zu decodieren sind, decodieren, wenn die Ausführungsdrehzahl empfangen wird. Der Decoder im Bohrloch 33 kann den Befehl von den Codes der codierten Meldung identifizieren. Der Decoder im Bohrloch 33 kann das Werkzeug im Bohrloch 60 anweisen, den Befehl auszuführen.
Beispielsweise kann, wie in 5E dargestellt, die empfangene Drehzahl 500 bezüglich der Drehzahlfenster decodiert werden, in die ihr Drehzahlwert während jedes Empfängerzeitschritts fällt. In dem in 5E dargestellten Beispiel läuft die empfangene Drehzahl 500 für eine Dauer 350c durch das Drehzahlfenster 530a, Drehzahlfenster 560c, Drehzahlfenster 570e und Ausführungsdrehzahlfenster 580 (in Empfängerzeitschlitz re). Der Decoder im Bohrloch 33 kann die empfangene Drehzahl 500 interpretieren, um den Befehl "Toolface ändern, grobe und feine Werte werden gesendet, 90° links, -15' zu identifizieren.
In einigen Ausführungsformen, in denen die empfangene Drehzahl 500 nicht durch ein oder mehrere Drehzahlfenster läuft, kann der Bohrlochempfänger 33 beispielsweise und ohne Einschränkung die eingehende Meldung als nicht korrekt gebildet zurückweisen. In einigen Ausführungsformen können falsche Signale oder fälschliche Meldungen durch Sicherstellen, dass die empfangene Drehzahl 500 den erwarteten Befehlen entspricht, ignoriert werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 nur erkennen, dass ein Drehzahlwert innerhalb eines Drehzahlfensters liegt, wenn der Drehzahlwert für eine vorgegebene Dauer erhalten bleibt. Die vorgegebene Dauer kann beispielsweise von mindestens 30 Sekunden bis mindestens 3 Minuten oder von mindestens einer Minute bis mindestens 2 Minuten reichen, oder mindestens ca. 1 Minute und 15 Sekunden sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Decoder im Bohrloch 33 mit anderen Bohrlochwerkzeugen kommunizieren, die im Bohrstrang 20 enthalten sind. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann der Decoder im Bohrloch 33 in einigen Ausführungsformen mit einem oder mehreren Telemetriesystemen, die mit der Oberfläche 5 kommunizieren, oder mit einem Short-Hop-Kommunikationssystem für Zweiwegekommunikation über einen Bohrlochmotor oder eine Turbine kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann die Drehsteuerung 36 eine Steuerkonfiguration in einem geschlossenen Kreis betreiben. In einigen Ausführungsformen kann die Drehsteuerung 36 mit einem geschlossenen System im Bohrloch kommunizieren, wie etwa, wenn sich das Werkzeug im Bohrloch 60 in einem Haltemodus befindet, wie zuvor beschrieben, um den Zielwert des Werkzeugs im Bohrloch 60 zu ändern. Ein gewöhnlicher Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung wird verstehen, dass der Decoder im Bohrloch 33 nicht notwendigerweise in einem drehsteuerbaren Werkzeug platziert sein muss, sondern auch anderswo im Bohrstrang 20 platziert sein kann und in elektronischer Kommunikation damit stehen kann. Weiterhin wird der Fachmann mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen, dass die mehreren Downlink-Decodierungsfunktionen, die oben beschrieben sind, unter einer Reihe von Werkzeugen 60 im Bohrloch oder einer Reihe von Vorrichtungen verteilt werden können. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann ein erster Controller entworfen sein, eine Rohdrehzahl zu messen, ein zweiter Controller kann die Rohdrehzahlmessung filtern, ein dritter Controller kann die Meldung decodieren und ein vierter Controller, wie etwa ein Controller für ein RSS, kann den Befehl ausführen, der aus der empfangenen codierten Meldung identifiziert wird. In einigen solchen Ausführungsformen können die Controller mit einem gemeinsamen Kommunikationsbus verbunden sein, und in einigen Ausführungsformen können Zwischenparameters unter diesen Controllern kommuniziert werden In einigen Ausführungsformen können die Controller in einer unteren Lochbaugruppe (BHA) platziert sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Befehl eine Änderung des Modus für das Werkzeug im Bohrloch 60 enthalten. In einigen solchen Ausführungsformen, wie etwa beispielsweise und ohne Einschränkung wenn ein Aufweckbefehl kommuniziert werden soll, kann eine codierte Meldung 600 wie in 6 dargestellt verwendet werden. An einem ersten Bohrstrangdrehschritt to kann der Bohrstrang 20 für eine vorgewählte Dauer do mit einer Solldrehzahl 610 gedreht werden, wie zuvor beschrieben. Die Drehzahl des Bohrstrangs 20 kann dann in Bohrstrangdrehschritt t'₁ für eine vorgegebene Dauer d'₁ auf null UpM oder annähernd null UpM 620 verringert werden. Zum Zweck dieser Offenbarung kann sich in einigen Ausführungsformen annähernd null UpM auf eine Drehrate beziehen, die beispielsweise und ohne Einschränkung weniger als 20 UpM, 10 UpM oder 5 UpM beträgt. Die Drehzahl des Bohrstrangs 20 kann dann während des Bohrstrangdrehschritts t'₂ für eine vorgegebene Dauer d'₂ auf einen Drehzahlwert 660a über einem vorgegebenen Aufweck-Grenzdrehzahlwert 660c erhöht werden. In einigen Ausführungsformen kann der Aufweck-Grenzdrehzahlwert 660c auf Grundlage der Solldrehzahl 610 festgestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Drehzahlwert 660a ein bestimmter Wert über dem Grenzdrehzahlwert 660c sein. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann der Drehzahlwert 660a mindestens 10 UpM über dem Aufweck-Grenzdrehzahlwert 660c liegen. In einigen Ausführungsformen, wenn auch nicht dargestellt, kann der Bohrstrang 20 nach Bohrstrangdrehschritt t'₂ auf von null oder annähernd null UpM reduziert werden. Eine codierte Meldung 600 kann durch das Werkzeug im Bohrloch 60 empfangen werden, wie hierin zuvor besprochen. Die Verwendung von null oder annähernd null UpM 620 kann beispielsweise und ohne Einschränkung eine versehentliche Interpretation, dass ein Aufweckbefehl gesendet wurde, durch das Werkzeug im Bohrloch 60 verhindern.
Auch, wenn Systeme und Verfahren zur Kommunikation von Informationen von der Oberfläche an Ausrüstung, die sich in einem Bohrloch befindet, und deren Vorteile ausführlich beschrieben wurden, sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hierin ohne Abweichen vom Geist und Umfang der Offenbarung erfolgen können, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
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 62303931 [0001]

Claims

Verfahren zum Kommunizieren eines Befehls von der Oberfläche in ein Bohrloch, umfassend: Bereitstellen eines Werkzeugs im Bohrloch, wobei das Werkzeug im Bohrloch mit einem Bohrstrang verbunden ist, der Bohrstrang durch einen oberen Antrieb an der Oberfläche gedreht wird, und das Werkzeug im Bohrloch einen Decoder im Bohrloch und einen Sensor für die Drehgeschwindigkeit des Bohrstrangs umfasst, wobei der obere Antrieb durch eine Drehsteuerung gesteuert wird; Feststellen eines zu sendenden Befehls an das Werkzeug im Bohrloch; Übersetzen des Befehls in eine Meldung, die Meldung umfassend eine Codesequenz; Auswählen einer Solldrehzahl; Codieren der Meldung auf Grundlage eines vorgegebenen Codierungsschemas, wobei jeder Code der Codesequenz der Meldung auf einen Drehzahlwert, den Drehzahlwertunterschied von der Solldrehzahl, oder auf die Dauer eines Bohrstrangdrehschritts codiert ist; Drehen des Bohrstrangs im Wesentlichen mit der Solldrehzahl für eine vorgegebene Dauer; Messen der Drehrate des Bohrstrangs; Feststellen durch den Decoder im Bohrloch, dass die Drehrate des Bohrstrangs allgemein für die vorgegebene Dauer konstant bleibt, um festzustellen, ob eine Solldrehzahl empfangen wurde; Identifizieren der empfangenen Solldrehzahl mit dem Decoder im Bohrloch; Drehen des Bohrstrangs einem ersten Codewert eines ersten Codes der codierten Meldung entsprechend; Decodieren des ersten Codes; Drehen des Bohrstrangs einem zweiten Codewert eines zweiten Codes der codierten Meldung entsprechend; Decodieren des zweiten Codes; Identifizieren des Befehls von mindestens einem der decodierten ersten und zweiten Codes; und Ausführen des Befehls.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug im Bohrloch eines von Richtungsbohrwerkzeug, drehsteuerbares System, turbinengestütztes drehsteuerbares System, getriebereduziertes turbinengestütztes drehsteuerbares System, drehsteuerbarer Motor, steuerbares Spiralrohr-Werkzeug, steuerbarer Motor, steuerbare Turbine, Vibrationswerkzeug, Oszillationswerkzeug, Reibungsverringerungswerkzeug, Schockwerkzeug, Vibrations-/Schockdämpferwerkzeug, Rüttelwerkzeug oder Reibahle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sensor für die Drehgeschwindigkeit des Bohrstrangs eines oder mehrere von Beschleunigungsmesser, Magnetometer, gyroskopischen Sensor oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug im Bohrloch umfasst: einen magnetischen Marker, der mit dem Bohrstrang verbunden ist, und einen Hall-Effekt-Sensor, einen Fluxgate-Magnetometer, einen magnetoresistiven Sensor, einen MEMS-Magnetometer oder eine Aufnahmespule, die platziert ist, um den magnetischen Marker zu erkennen, wenn sich der Marker dreht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehsteuerung manuell gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sensor für die Drehgeschwindigkeit des Bohrstrangs automatisch gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Befehl aus einem vorgewählten Satz Befehlstypen gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der vorgewählte Satz Befehlstypen auf Grundlage des Typs von Werkzeug im Bohrloch gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Werkzeug im Bohrloch ein Richtungsbohrwerkzeug oder drehsteuerbares System ist und der vorgewählte Satz Befehlstypen Abstand ändern, Toolface ändern, Haltemodus starten, Zielneigung ändern, Ziel-Azimut-Winkeländern, Ziel-Dogleg ändern, an der Oberfläche gemessene Bohrgeschwindigkeit ändern, Haltemoduszuwachsänderung ändern, Uplink-Telemetriemodus starten, Modus Pad/Schaufel ausführen starten oder Modus Pad/Schaufel einziehen starten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Code der Meldung einen Befehlstyp für die Meldung des vorgewählten Satzes Befehlstypen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung der Meldung das Parsen des Befehls auf Grundlage einer vorgegebenen Befehlssyntax umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Codewert des ersten Codes der Meldung einen Typ des Befehls bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Codewert des zweiten Codes der Meldung eine Bedeutung von mindestens einem anderen Code der Meldung bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Wert der einen oder mehreren Codes der Meldung einen Inhalt des Befehls bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 13 wobei der Codewert des ersten Codes, des zweiten Codes oder des ersten und zweiten Codes eine Meldungssyntax bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Solldrehzahl auf Grundlage von einer oder mehreren Betriebsbedingungen des Bohrsystems gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Solldrehzahl gewählt wird, um eines oder mehrere von Torsionsvibration, Stick Slip und Wirbel zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Code der Meldung einen Codewert enthält, jeder Codewert jedes Codes einem Drehzahlwert oder einer Dauer eines Bohrstrangdrehschritts entspricht, wobei der Drehzahlwert ein Drehzahlabstand von der Solldrehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Codierung der Meldung das Feststellen des Drehzahlwerts oder der Dauer auf Grundlage des Bohrstrangdrehschritts und der Solldrehzahl enthält.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Code der Meldung auf einen Drehzahlwert eines ersten Bohrstrangdrehschritts codiert ist und der zweite Code der Meldung auf eine Dauer des ersten Bohrstrangdrehschritts codiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bohrstrang für eine erste vorgegebene Zeitdauer, die einem ersten Bohrstrangdrehschritt entspricht, mit der Solldrehzahl gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Bohrstrang während eines zweiten Bohrstrangdrehschritts für eine zweite Zeitdauer dem ersten Code der codierten Meldung entsprechend gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die zweite Dauer durch den Wert des zweiten Codes bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die zweite Dauer eine zweite vorgewählte Zeitdauer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehrate des Bohrstrangs allgemein konstant ist, wenn die Drehrate innerhalb eines Drehzahlfensters bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Aufbauen eines Drehzahlfensters für jeden möglichen Code, der für einen ersten Bohrstrangdrehschritt nach der Solldrehzahl empfangen werden soll, wobei die Drehzahlfenster auf Grundlage der Solldrehzahl bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Feststellen, dass der erste Code durch den Decoder im Bohrloch empfangen wurde, das Feststellen umfasst, ob die Drehrate des Bohrstrangs allgemein innerhalb eines eingerichteten Drehzahlfensters konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Feststellen, dass der zweite Code durch den Decoder im Bohrloch empfangen wurde, das Messen der Dauer des Bohrstrangdrehschritts und das Decodieren eines Codewerts, der dem zweiten Code entspricht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Decodieren des ersten Codes das Identifizieren des Codewerts umfasst, der mit dem Drehzahlfenster verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Decodieren des zweiten Codes das Feststellen des Codewerts umfasst, der mit der Dauer des Bohrstrangdrehschritts verbunden ist.
Verfahren aus Anspruch 1, ferner umfassend: Drehen des Bohrstrangs mit einer Ausführungsdrehzahl; und Feststellen, dass der Ausführungsdrehzahlcode durch den Decoder im Bohrloch empfangen wurde.
Verfahren aus Anspruch 1, ferner umfassend: Drehen des Bohrstrangs einem dritten Code der codierten Meldung entsprechend; Decodieren des dritten Codes; und wobei der Befehl aus den decodierten ersten, zweiten und dritten Codes decodiert wird.
Verfahren nach Anspruch 32, ferner umfassend das Aufbauen eines Drehzahlfensters für jeden möglichen Codewert für den dritten Code, der für einen zweiten Bohrstrangdrehschritt nach dem ersten Bohrstrangdrehschritt empfangen werden soll, wobei die Drehzahlfenster auf Grundlage der Solldrehzahl bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Feststellen, dass der dritte Code durch den Decoder im Bohrloch empfangen wurde, das Feststellen umfasst, ob die Drehrate des Bohrstrangs allgemein innerhalb eines eingerichteten Drehzahlfensters während des zweiten Bohrstrangdrehschritts konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Filtern der Drehrate des Bohrstrangs, wobei das Filtern nichtlineares Filtern und/oder lineares Filtern enthält.