JP2007515855A - ダウンホールツール間通信のための方法及び装置 - Google Patents

ダウンホールツール間通信のための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

地表モジュールを通して通信をルーティングする必要なくダウンホールツール間で通信するための方法及び装置である。ダウンホールツールによって送信される通信は、ダウンホールで検査され抽出される。通信は、他のダウンホールツールに向けられる場合、ダウンリンクにコピーされ、特定の意図されたツール、ツールのグループ又はすべてのツールに送信される。これはすべてダウンホールで行われ、コマンドと応答との間のレイテンシが大幅に低減する。

Description

本発明は、包括的には地下地層からデータを収集する方法及び装置に関する。より詳細には、本発明は、地下地層を横切るさまざまなダウンホールツール間で通信する方法及び装置に関する。
石油鉱床及び天然ガス鉱床の回収を強化するために、何年もの間、ワイヤーライン検層(ロギング)が行われてきた。ボアホール検層では、地下で測量を行う1つの方法は、地表システムに接続されたケーブルに1つ又は複数のツールを取り付けることを含む。そして、これらツールをケーブルによってボアホール内に降ろし、その後、測量を行っている間、ボアホールを通して地表に引き戻す(「検層する」)。ケーブルは、7導体「ヘプタケーブル(hepta-cable)」等、複数の導体を含む場合が多い。ケーブルの導体は、地表からツールへの電力と、ツールと地表システムとの間で電気信号が渡される経路とを提供する。信号は、たとえば、地表システムからツールに伝わるツール制御信号と、ツールから地表システムに伝わるツール動作信号及びデータとであってもよい。
地表システムとツールとの間の通信を容易にする一般的なテレメトリシステムは、地表におけるテレメトリモジュール(TM)と、ケーブルと、ツールのストリングの上部にあるダウンホールテレメトリカートリッジ(TC)とを有する場合がある。各ダウンホールツールは、通常、ダウンホールツールバス(TB)を介してTCと通信するダウンホールツールバスインタフェース(BI)を有する。このテレメトリシステムは、2つの方向、すなわちTMからツールと、ツールからTMとにおけるデータの流れを可能にするように構成される。地下からボアホールを上ってTMまでの通信を「アップリンク」と呼ぶ。TMからボアホールを下って地下までの通信を「ダウンリンク」と呼ぶ。
通常のテレメトリシステムでは、各ツールは、そのデータを、ツールバスを介してダウンホールテレメトリカートリッジまで送信する。そして、テレメトリカートリッジは、通常はワイヤーラインケーブルを介してテレメトリモジュールにデータを送信する。この構成により、ダウンホールテレメトリが簡略化されるが、この構成では、すべてのデータを地表に通信する必要がある。このため、データ又は信号を1つのダウンホールツールから別のダウンホールツールまで通信することが望まれる状況において、通常のテレメトリ構成では、データが第1のツールからTCに送信されることが必要であり、そこからデータは、アップリンクを介してTMまで通信され、その後、ダウンリンクを介してTMからTCを介して第2のツールに戻るように通信される。こうしたアップ・ダウン通信に必要な時間は、特にTCとTMとの間の距離が長い可能性がある深いボアホールでは、非効率である。ボアホールツール間でダウンホールを通信する方法が必要である。この通信方法が、ツールバスを介してダウンホールテレメトリカートリッジと通信するように設計された従来のダウンホールツールと互換性があるとすれば、有利であろう。
本発明は、上述した欠点及び他の欠点に対処する。特に、本発明は、ワイヤーラインツール間のダウンホール通信の方法を提供する。本方法は、ダウンホールモジュールを用いてアップリンクデータストリームを検査すること、ダウンホールツールに向けられた任意のデータを抽出すること、及び、ダウンホールツールに向けられた任意の抽出されたデータを、ダウンホールモジュールからダウンリンクデータストリームを介して意図されたダウンホールツールに送信することを含む。ダウンホールツールに向けられたデータは、ダウンホールに送信される前に地表に送信される必要はない。ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールバスコントローラを備えるダウンホールテレメトリカートリッジ、ソフトウェア強化ツールバスインタフェース(SEBI)を備えるダウンホール装置、又は拡張ツールバスインタフェース(XBI)を備えるダウンホール装置であってもよい。実施形態によっては、ダウンホール装置はボアホールツールであってもよい。本方法は、ダウンホールツールに向けられた任意のデータを、ダウンホールツールのグループに対し、ダウンホールからダウンリンクデータストリームを介して送信すること、又はそれをすべてのダウンホールツールにブロードキャストすることをさらに含んでもよい。
別の態様によれば、地表テレメトリモジュールと、ダウンホールモジュールと、地表とモジュールとの間の多重化データリンクであって、データがダウンホールモジュールから地表モジュールに転送されるアップリンクと、データが地表モジュールからダウンホールモジュールに転送されるダウンリンクとの間でデータを交互に転送することができる多重化データリンクと、を備えるボアホールテレメトリシステムであって、アップリンクデータがダウンホールモジュールによって検査され且つ選択的に抽出されることが可能である、ボアホールテレメトリシステムがある。実施形態によっては、ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールバスコントローラを備えるダウンホールテレメトリカートリッジ、ソフトウェア強化ツールバスインタフェース(SEBI)を備えるダウンホール装置、又は拡張ツールバスインタフェース(XBI)を備えるダウンホール装置であってもよい。ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールに向けられた任意のアップリンクデータを抽出することができ、抽出された任意のアップリンクデータを格納し且つアップリンクからダウンリンクにコピーすることができる。ダウンホールモジュールによってアップリンクから抽出される任意のデータは、後続するダウンリンク期間においてダウンリンクに送信され、意図されたダウンホールツールによって受信されるか、若しくはダウンホールツールのグループ又はすべてのダウンホールツールにブロードキャストされてもよい。
別の態様によれば、第1のダウンホールツールからの信号をダウンホールモジュールに送信すること、及び、第1のダウンホールツールからの信号が地表テレメトリモジュールに達する前に、その信号を第2のダウンホールツールに中継することを含む、ダウンホールツール間で通信する方法がある。中継することは、ダウンホールモジュールによって行われてもよい。
本発明の別の態様によれば、地表テレメトリシステムと、ダウンホールツールバスコントローラを備えるダウンホールテレメトリカートリッジと、複数のダウンホールツールとを具備するダウンホールデータ取得システムであって、ダウンホールツールバスコントローラは、アップリンクデータストリームからツール間通信(ITC)データを抽出するようにプログラムされてもよく、且つ抽出されたITCデータをダウンリンクデータストリームにコピーするようにプログラムされてもよい、ダウンホールデータ取得システムがある。ダウンリンクデータストリームは、抽出されたITCデータを複数のダウンホールツールのうちの1つ又は複数に提供する。別の実施形態では、複数のダウンホールツールのうちの少なくとも1つは、アップリンクデータストリームからITCデータを抽出するようにプログラムされてもよく、且つ抽出されたITCデータをダウンリンクデータストリームにコピーするようにプログラムされてもよい拡張ツールバスインタフェース(XBI)を含む。
本発明の一態様によれば、発射信号をアップリンクデータストリームで送信すること、発射信号がアップホールに進む際にダウンホールモジュールにおいて発射信号を抽出すること、発射信号をコピーするとともに、それをダウンホールの音響送信機に送信すること、発射信号に従って音響ツールを発射させること、及び、音響データを受信することを含む、音響データを取得する方法がある。本方法は、ダウンホールモジュールによって抽出された発射信号を使用して、音波データの取得を音響ツールの発射と同期させることをさらに含んでもよい。発射信号を送信することは、音響受信機によって行われてもよい。本方法は、アップリンクからキャリパデータ信号を抽出すること、及び、キャリパデータ信号をダウンリンクデータストリームにコピーすることを含んでもよい。キャリパデータ信号は、音響送信機及び音響受信機に提供されてもよい。音響送信機は、キャリパデータ信号に従って波形データを変更してもよい。
本方法の一形態によれば、ダウンホールツールに向けられたデータは、ダウンホール音響受信機からダウンホール音響送信機に対して送信される、発射するコマンドを含む。ダウンホールツールバスコントローラは、このコマンドをダウンリンクデータストリームにコピーし、そこでコマンドは、後続するデータリンク期間においてダウンホール音響受信機とダウンホール音響送信機の双方に送信されてもよい。応用によっては、ダウンリンクデータストリームに、地表システムコマンドより高い優先順位を割り当ててもよい。したがって、ダウンホール音響送信機は発射を開始してもよく、受信機は、送信機からのコマンドの受信に続いて、データ取得を同期して開始してもよい。
別の態様によれば、ダウンホールツールに向けられたデータは、キャリパによって送信されるボアホール径情報を含む。ダウンホールモジュールは、アップリンクデータストリームからボアホール径情報を抽出し、それをダウンリンクデータストリームにコピーしてもよい。ボアホール径情報を、地表に送信することなくダウンホールモジュールを介して音波受信機に送信してもよい。
複数のダウンホールツールのうちの1つは音波受信機を含んでもよく、複数のダウンホールツールのうちの別のものは音波送信機であってもよい。発射信号を、音波受信機から送信し、ダウンホールモジュールによってアップリンクデータストリームから抽出し、音波送信機に送信し、且つ同様に音波受信機に返信してもよい。このように、音波送信機の発射と音波受信機による受信とを同期させることができる。さらに、複数のダウンホールツールのうちの1つはキャリパを含んでもよい。ボアホール径情報を、キャリパから送信し、ダウンホールモジュールによりアップリンクデータストリームから抽出し、音波送信機及び音波受信機に送信してもよい。実施形態によっては、音波受信機と音波送信機との間にキャリパを配置して、音波送信機と音波受信機との間の最大距離を延長する。地表テレメトリシステムはテレメトリモジュールであってもよく、地表システムはワイヤーラインケーブルを含んでもよい。
本発明の別の態様によれば、ダウンホールツールに向けられたデータは、ポンプツール、測定ツール又は試料採取ツールによってアップリンクに送信される情報を含む。ダウンホールモジュールは、アップリンクデータストリームからの流体測定を達成するための情報を抽出し、それをダウンリンクデータストリームにコピーしてもよい。流体測定情報を、地表に送信することなくダウンホールモジュールを介して流体試料採取ツールに送信してもよい。
本発明の別の態様では、ダウンホールツールに向けられるデータは、トラクタ又は位置決め装置による移動又は調整のためのコマンド情報を含む。ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールの移動又は位置決めを調整するための情報を抽出して、それを、トラクタ又は位置決め装置によって受信されるダウンリンクデータストリームにコピーしてもよい。そして、地表に情報を戻す必要なしに、ダウンホールモジュールを介して送信されるデータを使用して、ボアホールツールを移動し又は位置決めしてもよい。
ダウンホールモジュールを用いてアップリンクデータストリームを検査すること、ダウンホールモジュールを用いてダウンホールツールに向けられた任意のデータを抽出すること、及び、抽出された任意のデータを、ダウンホールモジュールを介して1つ又は複数のダウンホールツールに対して送信することを含む、ワイヤーラインダウンホールツール間で通信する方法も提供される。抽出されるデータを、次のダウンリンク期間であってもよい後続するダウンリンク期間中にダウンリンクデータストリームに沿って1つ又は複数のダウンホールツールに高い優先順位で送信してもよい。
本発明の追加の利点及び新規の特徴は、以下の説明に示されており、又は当業者がこれらの資料を読むか又は本発明を実施することによって知ることができる。本発明の利点を、添付の特許請求の範囲に列挙される手段を通して達成することができる。
添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、且つ本明細書の一部である。以下の説明とともに、図面は、本発明の原理を論証し且つ説明する。
図面を通して、同一の参照番号及び記述は、同様であるが必ずしも同一ではない要素を示す。本発明は、さまざまな変更形態及び代替形態が可能であるが、図面には例として特定の実施形態が示されており、本明細書ではそれらを詳細に説明する。しかしながら、本発明は開示する特定の形態に限定されるようには意図されていない、ということが理解されるべきである。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内にある変更形態、等価形態及び代替形態をすべて包含するものである。
本発明の一実施形態によるワイヤーラインツールシステムの概略図である。
本発明の別の実施形態によるワイヤーラインツールシステムの概略図である。
本発明のさまざまな態様によるITCを示すダウンホール通信システムの概略図である。
本発明のさまざまな態様によるITCを示すダウンホール通信システムの概略図である。
本発明のさまざまな態様によるITCを示すダウンホール通信システムの概略図である。
本発明のさまざまな態様によるITCを示すダウンホール通信システムの概略図である。
本発明のさまざまな態様によるITCを示すダウンホール通信システムの概略図である。
本発明によるダウンホールITCを容易にするために使用される1つのアップリンク方法の図である。
本発明によるダウンホールITCを容易にするために使用される別のアップリンク方法の図である。
本発明による音波発射をデータ取得と同期させる一方法の図である。
ダウンホールITCを容易にする本発明のいくつかの態様によって使用されてもよいソフトウェアブロック図である。
本発明の一実施形態によるソフトウェアデータフロー及びタスク図である。
本発明の一実施形態によるダウンホールITCを容易にする書込み規則及びデータフロー図である。
本発明によるITCメッセージを書き込むために使用されてもよい一プロトコルの図であり、単一受信機へのその宛先に対するインデックス付きアドレスとともにメッセージを書き込むことを示す。
本発明によるITC同期パルスを書き込むために使用されてもよいプロトコルの図であり、単一受信機の宛先に対するインデックス付きアドレスとともに同期パルスを書き込むことを示す。
本発明の例示的な実施形態及び態様について以下に説明する。明確にするために、本明細書では実際のインプリメンテーションのすべての特徴は説明しない。当然ながら、こうした任意の実際の実施形態の開発において、システム関連及びビジネス関連の制約に従うこと等、インプリメンテーションによって異なる開発者の特定の目標を達成するために、多数のインプリメンテーション特有の判断を行わなければならない、ということが理解されよう。さらに、こうした開発努力は複雑であり且つ時間のかかる可能性があるが、それにも関わらず、この開示の利益を有する当業者には日常的な取組みである、ということが理解されよう。
本発明は、以前に可能であったよりもはるかに短時間でダウンホールITCを容易にする方法及び装置を企図する。ダウンホールツール間の通信を、本明細書では「ツール間」通信と呼び、それは以前に行われていたように地表モジュールとの間を行き来することのない、ダウンホールツール間での通信を含む。本明細書で説明する原理により、ダウンホールツールに関連するさまざまなイベントのより正確な同期、コマンドと応答との間のより短いタイムラグ、及び/又はより小さい動作オーバーヘッドが容易になる。本発明の方法及び装置は、依然としてダウンホールツールに対してローカルでありながらアップリンクデータストリームに含まれるデータ(コマンド信号を含む)を検査することにより、インプリメントされることが好ましい。データを、地表まで移動する前に検査することにより、1つ又は複数のダウンホールツールによって送信され且つ他のダウンホールツールに向けられたいかなる情報も、以前のシステムが可能であるよりもはるかに高速に抽出し、コピーし、意図された宛先に送信することができる。レイテンシ期間がより短いことにより、より優れた検層情報が得られ、したがって坑井作業がより効率的になる。本明細書で使用する「抽出する」又は「抽出された」という用語は、ソースから(たとえば情報を)導出又は取得することを意味する。
ここで図面、特に図1aに参照すると、本発明の原理によるダウンホールデータ取得システム(100)の概略図が示されている。ダウンホールデータ取得システム(100)は、地表テレメトリシステム又はモジュール(102)と、図1aにおいてダウンホールテレメトリカートリッジ(104)として示すダウンホールモジュールと、複数のダウンホールツールとを有する。実施形態によっては、ダウンホールテレメトリカートリッジ(104)は、ダウンホールツールバスコントローラ(106)を備えてもよく、ダウンホールツールは、ツールバスインタフェース(109)、強化バスインタフェース(111)、ソフトウェア強化バスインタフェース(113)又は拡張バスインタフェース(115)を備えてもよい。図1aの実施形態によれば、5つのダウンホールツール(108〜116)がある。地表テレメトリシステム(102)は、TMを備える全体的な地表システム(118)の一部であってもよい。ワイヤーラインケーブル、たとえば多重化データリンクケーブル(120)は、電力及び地表テレメトリシステム(102)とダウンホールテレメトリカートリッジ(104)との間の通信とを提供する。ダウンホールツールバス(122)は、アップリンク方向とダウンリンク方向との両方においてダウンホールツール(108〜116)とダウンホールテレメトリカートリッジ(104)との間の通信を提供する。
通常のダウンホール取得システムは、アップリンク通信とダウンリンク通信との両方を可能にするが、以前は、1つのダウンホールツールから別のダウンホールツールに送信されるいかなるデータも、アップリンクデータストリームでテレメトリモジュール(102)まで移動し、その後、意図されたツールまで再び下って移動していた。しかしながら、本発明によれば、ダウンホールツールバスコントローラ(106)を備えるテレメトリカートリッジ(104)等のダウンホールモジュールは、アップリンクITCを検査し抽出することができる。1つのダウンホールツール(108〜116)から送信され且つ別のダウンホールツール(108〜116)に向けられた任意のデータがある場合、こうしたデータはコピーされ、そのデータが地表まで移動し再び下方に戻るのを待つことなく、意図されたダウンホールツールに送信される。いかなるITCデータも、後続するダウンリンク期間、好ましくはデータが抽出されたアップリンク期間の直後の次のダウンリンク期間において、ダウンホールツールバスコントローラ(106)によって送信される。
通信ツールがデータパケットをアップホール方向及びダウンホール方向に送信することを効果的に可能にするダウンホールITCを実現するために、強化ダウンホールツールバスプロトコル及びダウンホールモジュールを使用してもよい。ダウンホールモジュールは、強化ダウンホールテレメトリカートリッジ(EDTC)を備えてもよい。ダウンホールモジュールは、拡張バスインタフェース(XBI)を有するボアホールツール等のダウンホール装置を備えてもよい。XBIは、アップリンクパケットとダウンリンクパケットとの両方からITCデータを受信することができ、ITCデータをアップリンクパケット又はダウンリンクパケットとして送信することができる。ソフトウェア強化バスインタフェース(SEBI)は、ダウンリンクパケットのITCデータのみを受信することができ、アップリンクパケットのITCデータのみを送信することができる。ツールバスインタフェース(BI)又は強化バスインタフェース(EBI)は、ITCデータパケットを送信することができないが、ダウンリンクパケットのITCデータを受信することができる。したがって、BI又はEBIを有するダウンホールツールは、ダウンリンク信号のITCデータのみを受信することができ、SEBIを有するダウンホールツールは、ダウンリンク信号のITCデータを受信することができ、且つアップリンク信号のITCデータを送信することができ、XBIを有するダウンホールツールは、アップリンク信号及びダウンリンク信号のITCデータを受信することができ、アップリンク信号又はダウンリンク信号のITCデータを送信することができる。BI又はEIBのいずれかを有するダウンホールツールは、ダウンホールITCの受信機としてしか作用することができない。
本発明の別の実施形態の概略図として図1bを参照する。ダウンホールデータ取得システム(100)は、地表テレメトリシステム(118)及び/又はモジュール(102)と、図1bにおいてXBIを有するダウンホールツール(108')として示すダウンホールモジュールと、複数のダウンホールツールと、を有する。データ取得システムはまた、ツールバスコントローラ(106)を含むダウンホールテレメトリカートリッジ(104)を有してもよい。本発明によれば、XBIを有するダウンホールツール(108')は、アップリンクITCデータを抽出するようにプログラムされる。ダウンホールツールバスコントローラ(106)はまた、アップリンクデータストリームを検査することができる。1つのダウンホールツール(108'〜116)から送信され、且つ別のダウンホールツール(108'〜116)に向けられた任意のデータがある場合、こうしたデータはコピーされ、そのデータが地表まで移動し再び下方に戻るのを待つことなく意図されたダウンホールツールに送信される。ITCデータを、XBIを有するダウンホールツール(108')又はダウンホールツールバスコントローラ(106)を介して、後続するダウンリンク期間、好ましくはデータが抽出されたアップリンク期間の直後の次のダウンリンク期間に送信してもよい。
通信をローカルに抽出し、それらを、まず地表に移動させることなくそれらの意図された宛先に中継することにより、いかなるITCも、より迅速に容易にすることができる。たとえば、図1a及び図1bの実施形態によれば、ダウンホールツール2(110)は音波受信機であってもよく、ダウンホールツール5(116)は音波送信機であってもよい。ツールストリングの全長を増大させることなく音波送信機と音波受信機との間の長距離を容易にするために、音波受信機(110)と音波送信機(116)との間にいかなる数のダウンホールツール(たとえばツール(112及び114))があってもよい。図1aに示す構成では、ITCの一例は、音波受信機(110)によって発射コマンドを音波送信機(116)に送信することである。発射するコマンド信号は、Uplink−1(アップリンク1)(124)を介して音波受信機によって送信される。しかしながら、地表まで移動して音波送信機(116)に達するように戻らなければならない代わりに、図1aにおいてダウンホールツールバスコントローラ(106)を備えるダウンホールテレメトリカートリッジ(104)として示すダウンホールモジュールは、発射コマンド(又は他の任意のITCデータ)を監視し抽出して、それを、矢印(126)によって示すように、図1aによればDownlink−1(ダウンリンク1)(128)である後続するダウンリンクにコピーする。別法として、図1bに示すようにXBIを備えるダウンホールツール(108')等のダウンホールモジュールは、発射コマンド(又は他の任意のITCデータ)を監視し抽出して、矢印(126')によって示すように、図1bによればDownlink−1(128)である後続するダウンリンクにコピーする。Downlink−1(128)は、次のダウンリンク期間であることが好ましい。Downlink−1(128)の送信中、音波受信機(110)と音波送信機(116)とはともに発射コマンドを受信する。したがって、音波送信機(116)による発射と、音波受信機(110)によるデータの取得とを、コマンドが多重化ケーブル(120)の全長を移動するのを待つことなく発射コマンドによって正確に同期させることができる。
さまざまなダウンホールツール(108〜116、108'〜116)間で、他のデータを、同様にケーブル(120)の長さを2回横断させることなく通信することができる。たとえば、ダウンホールツール4(114)はキャリパであってもよい。キャリパ(114)は、ボアホール径情報を生成し送信する。通常の構成では、キャリパ(114)は、ボアホール径情報をダウンホールテレメトリカートリッジ(104)に送信し、その情報は、地表に対してアップホールであり続け、後にダウンホールに戻る。しかしながら、本発明によれば、ダウンホールモジュール(ダウンホールツールバスコントローラ(106)を備えるダウンホールテレメトリカートリッジ(104)等)は、図1aにおいてUplink−2(130)として示す別のアップリンクを介して送信されるボアホール径情報を抽出し、それを矢印(132)によって示すように、図1aによればDownlink−2(134)である後続するダウンリンクにコピーする。別法として、ダウンホールモジュールは、図1aにおいてUplink−2(130)として示す別のアップリンクを介して送信されるボアホール径情報を抽出し、それを、矢印(132')によって示すように、図1bによればDownlink−2(134)である後続するダウンリンクにコピーする、XBIを備えたダウンホールツール(108')であってもよい。そして、ボアホール径情報は、音波受信機(110)又は音波送信機(116)によって送信され考慮される。しかしながら、図1a及び図1bには発射コマンド及びボアホール径情報が別々のアップリンク及びダウンリンクに沿って送信されているように示すが、これは必ずしもそうではない、ということが理解されよう。単一アップリンクサイクル及び/又はダウンリンクサイクルを介して複数のデータパケットを送信してもよい。
さらに、上述した2つのデータタイプは本質的に例示的なものであり限定するものではない、ということが理解されよう。本明細書で説明する原理に従って、いかなる種類のデータも、送信し、抽出し、後続するダウンリンクにコピーしてもよい(それらはすべてダウンホールで行われている)。図示するツール(108〜116、108'〜116)等のダウンホールツール間のいかなるITCも、論考する原理に従ってITCデータダウンホールを抽出し中継することにより迅速に容易にすることができる。ダウンホールITCのいくつかのさらなる詳細及び例については、図2〜図10を参照して後述する。
図2aを参照すると、送信側はアップリンクパケットでITCデータを送信し、EDTCはそれを受信し、ダウンリンクパケットでそれを受信側に返信する。ITCデータが同じアップリンクパケットフォーマットを有する限り、且つダウンリンクITCデータが通常のダウンリンクパケットと同じフォーマットを有する場合、ツールバスプロトコル互換性が維持される。したがって、送信側ツールと受信側ツールとを互いのアップホール又はダウンホールのいずれに配置することも可能であり、それでもなおそれらが互いの間で通信することができるように、ツールストリング構成は任意であってもよい。図2bを参照すると、送信側は受信側のダウンホールに位置される。送信側は、ITCをアップリンクパケットとして送信し、EDTCは、それを受信して、受信側に対し受信されるダウンリンクパケットとして返信する。本発明の別の態様を図2cに示す。送信側はアップリンクパケットを送信し、XBIを備えるダウンホールモジュールは、そのパケットを受信し、それを受信側にダウンリンクパケットとして返信する。図2dは、本発明の別の態様を示す。送信側としてXBIを備えるダウンホールモジュールは、送信側のダウンホールに位置する受信側が受信するダウンリンクパケットでITCデータを直接送信する。図2Eは、本発明の別の態様を示す。送信側は、アップリンクパケットを、向けられたデータを抽出する受信機に送信し、その後、アップリンクパケットの残りを渡す。
本発明の原理を容易にするために、アップリンクに対して少なくとも2つの方法を使用してもよい。1つの方法は、図3に示すように、ITCデータを通常のアップリンクパケットと併合するというものである。図3に示すような連結されたアップリンクパケットは、ITCが比較的まれである(すなわち、TBフレームレートより発生率が低い)場合に帯域幅を効率的に使用することができる。この方法を非同期送信と呼ぶことができる。
使用してもよい別の方法は、図4に示すような通常のアップリンクパケットウィンドウの前に、通常の時分割多重化(TDM)方式でアップリンクパケット送信に対して別々のタイムスロットを設定するというものである。図4の別々のTDM ITCパケットは、ITCが頻繁に発生するものである(たとえば、TBフレームレートに近いか又は等しい率で発生するITCである)場合、好ましい送信方法である。ITCデータをEDTCによって容易に特定し且つ処理することができ、こうした方法を等時性伝送と呼ぶ。「非同期の」及び「等時性の」という用語は、IEEE1394の定義に一致する。
ダウンリンクITCデータは、標準的なBIが繰り返すことができるように通常のダウンリンクパケットと同じフォーマットを維持することが好ましい。ダウンリンクパケットの最大パケット長は、EBIの場合は15ワードでありBIの場合は8ワードであるが、他の長さもまた使用し又は開発してもよい。アップリンクパケット長は15ワードを越えてもよいため、こうした例では、データはこのワード長制約を満たすようにセグメント化される。セグメント化(ある場合)を、EDTC、又はXBIを備えるダウンホールモジュールによって実施してもよく、又はアップリンクパケットが、予めセグメント化構造を有してもよい。
いくつかの方法によって、ITCダウンリンクパケットが通常のダウンリンクパケットより送信に対して優先権を有するように規則を規定してもよく、それによりITCに対する最大レイテンシが保証される。たとえば、図3及び図4に示すように、送信から受信への最大レイテンシは16ミリ秒であり、それはEFTBのフレームレートである。
アップリンク送信に対して上述した2つの方法の各々はその利点を有する。上述した2つの例示的な方法に加えて他の方法もまた同様に使用してもよい。ダウンホールITCに対するインプリメンテーションとしてアップリンク方法(等時性及び非同期又は他のもの)を考慮する場合、各々又はすべてを別個に考慮してもよい。方法が相補的な利点を有する場合、2つ以上の方法をサポートしてもよい。しかしながら、環境によっては、1つの方法のみを選択してもよい。
たとえば、アップリンクパケットにおいてプロトコルオーバヘッドを考慮すると、パケットはそのヘッダ及びトレイラに6ワードを必要とする。さらに、2つのアップリンクパケット間のギャップには8ワードが必要である。このため、アップリンクパケット毎のプロトコルオーバヘッドは14ワードになる。総ツールカウントがたとえば63ツールである場合、総オーバヘッドは882ワードである。したがって、総ツールカウントが63である場合、等時性アップリンク方法は882ワードオーバヘッドを必要とする。このオーバヘッドにより、実際のデータすなわちペイロードに対する有効な帯域幅が大幅に低減する。したがって、等時性アップリンク通信を採用しなくてもよく、以下、非同期方法を考慮する。
ダウンホールモジュールは、ITCダウンリンクパケットを格納するために特定のFIFO(先入れ先出し)バッファを有してもよい。このバッファは、ケーブルからツールバスにインタフェースする通常のダウンリンクパケットバッファに類似したものであってもよい。ITCバッファがいくつかのITCパケットを格納する場合、それらを、地表からの通常のダウンリンクパケットの前の後続するダウンリンク期間(好ましくは次のダウンリンク期間)中に送信してもよい。したがって、ITCダウンリンクパケットは、通常のダウンリンクパケットより優先順位が高くてもよい。
図1を参照して上述したように、ITCにより、たとえば音波送信機を、その音波受信機から遠くに間隔を空けて配置することができ(それによって、他のツールがそれらの間に配置される)、それでもなおそれらは互いと通信することができる。したがって、ツールストリングの長さを効率的に利用しながら、音波送信機と受信機との間の間隔を長くすることができる。さらに、本発明の方法をインプリメントすることにより、音波波形取得を音波源発射と正確に同期させることができる。図5に、音波発射と波形取得を同期させる一方法(図1aに示すものに類似する)を示す。送信側ツール(音波受信機)は、ITCを介して発射トリガコマンドを送信する。コマンドを、送信側(音波受信機)と受信側(音波送信機)との両方によって受信することができる。コマンドが到着すると、受信側(音波送信機)は音波源を発射し、送信側(音波受信機)は波形取得を開始する。
SEBI又はXBIは、ITCに対し送信側機能をサポートしてもよい。図6は、本発明の一態様によるSEBI又はXBIブロック図を示す。図6の例による2つの主なコンポーネントは、マイクロプロセッサ(MPU)(736)及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)(738)である。電源投入後にMPUとFPGAとの両方の起動を容易にするために、ブートメモリ(744)を追加してもよい。算術演算を実行するために、MPUを使用することは、FPGAにおいてデジタル回路をインプリメントするより有用な場合がある。機能によっては、高速処理が必要でない場合もあり、デジタル回路によって並列に実行されてもよいが、こうした機能をMPUが行ってもよい。このため、SEBI又はXBIの一態様は、インタフェース機能を2つの部分に分割することを含んでもよい。一方の部分は、時間的に制限されるためFPGAによってインプリメントされてもよく、他方の部分は、MPUによってインプリメントされてもよい。インタフェース機能を2つの部分に分割することにより、より小さく且つより安価なFPGAを使用することができ、MPUは大きいFPGAよりはるかに安価である。しかしながら、別法として、インタフェース機能を分割しなくてもよく、より高価なFPGAを使用してもよい。図示する実施形態によれば、診断目的で、FPGAによりUART(汎用非同期レシーバ・トランスミッタ(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter))機能がサポートされる。したがって、操作者は、MPUの内部状態を調査し、専用PCソフトウェアツールを用いてPCをポートに接続することによりFPGA情報を検索してもよい。
図7は、インタフェース機能が分割される場合の2つの部分を示す。第1の部分は、ソフトウェア(又はファームウェア)部分であり、第2の部分は、ハードウェア(又はデジタル)部分であり、それらにはそれぞれMPU及びFPGAが割り当てられる。これら2つの部分は、主にSPORT0を介して、互いに通信する際に協働する。本実施形態によれば、2つの割込入力も利用され、それにより、FPGAのいくつかのレジスタがMPUのI/Oメモリ空間にマップされる間に、ハードウェア部分がソフトウェア部分にいくつかのイベントを通知することができる。MPUは、データバスを介してFPGAから追加の情報を検索することができる。いくつかの態様によれば、MPUはリセットに続いて最初にブートし、その後、ブートメモリ(図6の744)に格納された構成データを用いてFPGAをプログラムする。
上述したように、本発明によるITCは、送信側によるデータ書込みから受信側におけるデータ到着までの最大レイテンシを保証することができる。したがって、ITCアクセスには規則が課せられてもよい。この規則は、図8に示すようにダウンリンク期間中にアクセスが行われなければならないというものであってもよい。ソフトウェアEBI又はXBIは、出力信号名FRAMを提供する。FRAMのロー状態(750)は、ダウンリンク期間を示す。
この規則に従うために使用してもよい一方法は、EFTBフレームをアプリケーションプロセッサの割込入力に結合するというものである。これは、割込みをトリガするFRAM出力の立下りエッジが検出された時に、アプリケーションプロセッサにダウンリンク期間の開始を通知することができる。ダウンリンク期間の持続時間は、ツールストリング構成によって決まるが、最短期間は、一般に1ミリ秒より長い。最短期間は、EDTCのダウンホールツールバスコントローラによって保証される。この最短期間中でさえ、ITCアクセスを完了することができる。
多くの種類のITCアクセスがあってもよい。以下は、3つの種類のアクセスについて説明するが、いかなる種類の他のアクセスがあってもよい。以下に説明する3つのアクセスタイプは、ITCメッセージを書き込むことと、ITC同期パルスコマンドを書き込むことと、ITCリセットパルスを書き込むこととである。各アクセスは、異なる宛先タイプを有してもよい。以下に説明する一実施形態によれば、各アクセスタイプは3つの種類の宛先タイプを有する。以下の説明による3つの宛先タイプは、ダウンリンクパケットに対応する「インデックス(Index)」、「グループ(Group)」及び「ブロードキャスト(
broadcast)」タイプである。各宛先タイプに対してインタフェース(I/F)コマンド/応答ワードが異なり、それは、アプリケーションプロセッサが意図された目的に応じて選択することができる。
図9は、第1のアクセスタイプ、すなわちITCメッセージをその宛先をアドレス指定するインデックスとともに書き込む手続きを示す。この手続きを、アプリケーションがいくつかのデータを単一受信機に送信したい場合に使用してもよい。アプリケーションプロセッサは、メッセージ長及びツールインデックスを含むI/Fコマンドを送信する。SEBI又はXBIは、要求(図9においてITCMSGINDEXWRREQ)を受信すると、現時点がダウンリンク期間であるか否かだけでなく、割り当てられたウィンドウに関して要求されたメッセージを、続くアップリンクパケットで送信することができるか否かも検査する。両条件が満たされると、SEBI又はXBIは、アプリケーションプロセッサに確認応答(図9においてITCMSGINDEXWRACK)を返す。そして、アプリケーションは、長い遅延なしにITCメッセージをバスインタフェースに送信する。SEBI又はXBIは、データをすべて受信した後、アプリケーションに対しITCMSGWRDONEワードを返信する。上述した2つの条件のうちの少なくとも1つが満たされない場合、SEBI又はXBIはNAK(確認されず)をアプリケーションに返す。こうした場合、アプリケーションはその要求を放棄する。
アプリケーションが同じデータを複数の受信機に同時に送信したい場合、ITCのグループアドレス指定タイプを使用してもよい。各ツールは、グループアドレスのうちの1つを有する。この場合、受信機はすべて同じグループアドレスを有し、非受信機は異なるグループアドレスを有するものと想定する。アプリケーションは、ツールストリングのすべてのツールに対していくつかのデータを送信したい場合、ITCのブロードキャスト又は「全」アドレス指定タイプを使用してもよい。ブロードキャストメッセージのみが使用される場合、アプリケーションプロセッサは、受信機の各々又は受信機のグループに対してアドレス情報を維持する必要はない。
図10は、第2のアクセスタイプ、すなわちITC同期パルスを書き込む手続きを示す。受信側において単一パルスを生成するためにITC同期パルスコマンドを使用してもよい。送信側ツールにおいてITC SYNCパルスを書き込むと、それはEDTC、SEBI又はXBIにおいてSYNCパルスダウンリンクパケットになる。それが受信側ツールによって受信されると、受信側ツールはSYNPとして特定される出力ラインにおいてパルスを生成する。アプリケーションは、この信号を使用して、任意の都合のよい手段によりSYNC出力を観察することができる。先のメッセージ通信のようなITC SYNCパルスコマンドは、宛先タイプ(インデックス、グループ、ブロードキャスト)のみが異なる3つの種類の宛先タイプを有する。操作者がツールストリングの中のいくつかのツールを同期させようとする場合、方法のうちの1つは、インデックスタイプ方法が提供されるのに対し、グループアドレス指定タイプ又はブロードキャストタイプのITC SYNCパルスを提供する。異なるツールにおけるSYNCパルスの受信のタイミングは略同時であり、そのため、高精度な同期を達成することができる。SEBI I/Fコマンドの長さフィールドがなく、その後、データ転送は発生しない。ACKの場合に代わってDONEの場合となる。
第3のアクセスタイプ、すなわちITCツールリセットパルスを書き込むことは、ITC SYNCパルスに対する方法と同様である。結果としてのパルスは、受信側ツールのTLRP(ツールリセットパルス)出力として示される。しかしながら、BIはTLRPパケットを受信するとその内部データバッファを初期化する、ということが理解されよう。TLRPパルスに関連する3つの種類の宛先タイプには、インデックスタイプ、グループタイプ及びブロードキャストタイプが含まれる。
アプリケーションに対して有用であり得るいくつかのバスインタフェース情報がある。ツールインデックス及びグループアドレスを読み出すために、XBI又はSEBIはアプリケーションプロセッサに対し、ツールアドレス及びグループアドレスのその現在値を通知する。アプリケーションプロセッサは、常にXBI状態又はSEBI状態を読み出すことができる。各アクセス又は問合せはバスインタフェースによって応答される。NAKは決して発生しない。
上述した説明は、本発明とそのインプリメンテーションのいくつかの例とを例示し説明するためにのみ提示した。それは、網羅的であるようにも、又は本発明を開示したいかなる厳密な形態にも限定するようには意図されていない。上記教示に鑑みて多くの変更及び変形が可能である。本発明の原理とその実際的な応用を最もよく説明するために好ましい態様を選択し説明した。上述した説明は、当業者が、企図される特定の用途に適するように本発明をさまざまな実施形態及び態様で且つさまざまな変更形態で最もよく利用することができるように意図されている。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって規定されるように意図されている。

Claims (48)

  1. ワイヤーラインダウンホールツール間の通信の方法であって、
    アップリンクデータストリームを検査すること、及び
    ダウンホールツールに向けられた任意のデータを抽出すること
    を含む、ワイヤーラインダウンホールツール間の通信の方法。
  2. ダウンホールモジュールが、前記アップリンクデータストリームを検査する前記ステップを実行する、請求項1に記載の方法。
  3. 意図されたダウンホールツールに対し、前記アップリンクデータストリームから抽出されたデータを、ダウンリンクデータストリームを介して送信することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記ダウンホールツールに向けられたデータは、ダウンホールに送信される前に前記地表に送信される必要はない、請求項3に記載の方法。
  5. ダウンホールツールのグループに対し、ダウンホールツールに向けられた任意のデータを、ダウンリンクデータストリームを介して送信することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  6. すべてのダウンホールツールに対し、ダウンホールツールに向けられた任意のデータを、ダウンリンクデータストリームを介してブロードキャストすることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記ダウンホールツールに向けられたデータは、ダウンホール音響受信機から送信され且つダウンホール音響送信機に向けられた発射するコマンドを含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記ダウンホール音響送信機及び前記ダウンホール音響受信機による前記コマンドの受信に続いて、前記ダウンホール音響送信機は発射を開始し、前記ダウンホール音響受信機は前記ダウンホール音響送信機の前記発射と同期してデータ取得を開始する、請求項7に記載の方法。
  9. 前記ダウンホールツールに向けられたデータは、キャリパによって送信されるボアホール径情報を含む、請求項1に記載の方法。
  10. ダウンホールモジュールは、前記アップリンクデータストリームから前記ボアホール径情報を抽出し、それをダウンリンクデータストリームにコピーする、請求項9に記載の方法。
  11. 前記ボアホール径情報は、前記地表に戻ることなく前記ダウンホールモジュールを介して音波送信機に送信される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールバスコントローラを備えるダウンホールテレメトリカートリッジ、ソフトウェア強化(enhanced)ツールバスインタフェース(SEBI)を備えるダウンホール装置、又は拡張ツールバスインタフェース(XBI)を備えるダウンホール装置である、請求項2に記載の方法。
  13. 前記ダウンホール装置はボアホールツールである、請求項12に記載の方法。
  14. 地表テレメトリシステムと、
    ダウンホールツールバスコントローラを備えるダウンホールテレメトリカートリッジと、
    複数のダウンホールツールと、
    を具備するダウンホールデータ取得システムであって、
    前記ダウンホールツールバスコントローラは、アップリンクITCデータを抽出するようにプログラムされる、ダウンホールデータ取得システム。
  15. 前記ダウンホールツールバスコントローラは、抽出されたITCデータをダウンリンクデータストリームにコピーするようにプログラムされる、請求項14に記載のシステム。
  16. 前記ダウンリンクデータストリームは、前記抽出されたITCデータを前記複数のダウンホールツールのうちの1つ又は複数に提供する、請求項15に記載のシステム。
  17. 前記複数のダウンホールツールのうちの1つは音波受信機を含み、該複数のダウンホールツールのうちの別のものは音波送信機を含む、請求項14に記載のシステム。
  18. 発射信号が前記音波受信機から送信され、前記ダウンホールツールバスコントローラによってアップリンクデータストリームから抽出され、前記音波送信機に送信される、請求項16に記載のシステム。
  19. 前記発射信号はまた、前記音波受信機にも送信され、前記音波送信機の前記発射と該音波受信機の前記受信とは、前記抽出された発射信号によって同期する、請求項18に記載のシステム。
  20. 前記複数のダウンホールツールのうちの1つはキャリパを含む、請求項14に記載のシステム。
  21. ボアホール径情報が前記キャリパから送信され、前記ダウンホールツールバスコントローラによってアップリンクデータストリームから抽出され、前記音波送信機に送信される、請求項20に記載のシステム。
  22. 音響データを取得する方法であって、
    発射信号をアップホールに送信すること、
    前記発射信号がアップホールに進む際にダウンホールモジュールを用いて該発射信号を抽出すること、
    前記発射信号をコピーするとともに、それをダウンホールの音響送信機に送信すること、及び
    前記発射信号に従って前記音響ツールを発射させること
    を含む、音響データを取得する方法。
  23. 前記抽出された発射信号を使用して、音波データの取得を前記音響ツールの前記発射と同期させることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
  24. 前記発射信号を送信することは、音響受信機によって行われる、請求項22に記載の方法。
  25. 前記ダウンホールモジュールを用いてキャリパデータ信号を抽出すること、及び該キャリパデータ信号を高優先順位でダウンリンクデータストリームにコピーすることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
  26. 前記キャリパデータ信号は音響送信機に提供される、請求項25に記載の方法。
  27. ワイヤーラインダウンホールツール間で通信する方法であって、
    ダウンホールモジュールを用いてアップリンクデータストリームを検査すること、
    前記ダウンホールモジュールを用いてダウンホールツールに向けられた任意のデータを抽出すること、及び
    抽出された任意のデータを、前記ダウンホールモジュールを介して1つ又は複数のダウンホールツールに送信すること
    を含む、ワイヤーラインダウンホールツール間で通信する方法。
  28. 前記抽出されたデータは、後続するダウンリンク期間中にダウンリンクデータストリームに沿って前記1つ又は複数のダウンホールツールに送信される、請求項27に記載の方法。
  29. 前記アップリンクデータストリームは、ダウンホール音響受信機から送信され且つダウンホール音響送信機に向けられた発射するコマンドを含む、請求項27に記載の方法。
  30. 前記コマンドに基づいてダウンホール音響送信機の発射とダウンホール音響受信機のデータ取得とを同期させることをさらに含む、請求項29に記載の方法。
  31. 前記ダウンホールツールに向けられたデータは、キャリパによって送信されるボアホール径情報を含む、請求項27に記載の方法。
  32. 前記ダウンホールツールに向けられたデータは、流体試料の取得を達成するために送信される情報を含む、請求項27に記載の方法。
  33. 前記ダウンホールツールに向けられたデータは、ツール又はツールストリングの移動を達成するために送信されるボアホール径情報を含む、請求項27に記載の方法。
  34. 前記ダウンホールモジュールは、前記アップリンクデータストリームから前記ボアホール径情報を抽出し、それをダウンリンクデータストリームにコピーする、請求項33に記載の方法。
  35. ダウンホールツール間で通信する方法であって、
    第1のダウンホールツールからの信号をダウンホールモジュールに送信すること、及び
    前記第1のダウンホールツールからの前記信号が地表テレメトリモジュールに達する前に、該信号を第2のダウンホールツールに中継すること
    を含む、ダウンホールツール間で通信する方法。
  36. 前記中継することは、前記ダウンホールモジュールによって行われる、請求項35に記載の方法。
  37. ダウンホールツール間で通信する方法であって、
    第1のダウンホールツールから信号を送信すること、及び
    前記信号が地表テレメトリモジュールに達する前にダウンホールモジュールにおいて前記信号をインタセプトすること
    を含む、ダウンホールツール間で通信する方法。
  38. 前記信号は、前記ダウンホールモジュールにより少なくとも1つのダウンホールツールに中継される、請求項37に記載の方法。
  39. 前記ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールバスコントローラを備えるダウンホールテレメトリカートリッジ、ソフトウェア強化ツールバスインタフェース(SEBI)を備えるダウンホール装置、又は拡張ツールバスインタフェース(XBI)を備えるダウンホール装置である、請求項38に記載の方法。
  40. 地表テレメトリモジュールと、ダウンホールモジュールと、該地表モジュールと該ダウンホールモジュールとの間の多重化データリンクであって、データが該ダウンホールモジュールから前記地表モジュールに転送されるアップリンクと、データが該地表モジュールから前記ダウンホールモジュールに転送されるダウンリンクとの間でデータを交互に転送することができる多重化データリンクと、を具備するボアホールテレメトリシステムであって、前記アップリンクデータは、前記ダウンホールモジュールによって検査され且つ選択的に抽出されることが可能である、ボアホールテレメトリシステム。
  41. 前記ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールに向けられた任意のアップリンクデータを抽出することができる、請求項40に記載のシステム。
  42. 前記ダウンホールモジュールは、抽出された任意のアップリンクデータを格納し且つ前記アップリンクから前記ダウンリンクにコピーすることができる、請求項40に記載のシステム。
  43. 前記ダウンホールモジュールによって前記アップリンクから抽出される任意のデータは、後続するダウンリンク期間において前記ダウンリンクにコピーされ、意図されたダウンホールツールによって受信される、請求項42に記載のシステム。
  44. 前記ダウンホールモジュールによって前記アップリンクから抽出される任意のデータは、前記後続するダウンリンク期間において前記ダウンリンクにコピーされ、ダウンホールツールのグループ又はすべてのダウンホールツールにブロードキャストされる、請求項43に記載のシステム。
  45. 前記データリンクはワイヤーラインケーブルである、請求項40に記載のシステム。
  46. 前記ワイヤーラインケーブルは複数のダウンホールツール間に広がる、請求項45に記載のシステム。
  47. 前記複数のダウンホールツールは、音響受信機、音響送信機、キャリパ及び試料採取装置のうちの2つ以上を含む、請求項46に記載のシステム。
  48. 前記ダウンホールモジュールは、ダウンホールツールバスコントローラを備えるダウンホールテレメトリカートリッジ、ソフトウェア強化ツールバスインタフェース(SEBI)を備えるダウンホール装置、又は拡張ツールバスインタフェース(XBI)を備えるダウンホール装置である、請求項40に記載のシステム。
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