JPH06502897A - 坑井の底に配置される掘削データを処理し翻訳する装置とその装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 坑井の底に配置される掘削データを処理し翻訳する装置と＋＋７）！＊ｆｌＤＬ Ｊ艶１床−−−−−−−一−−−−−−−一本発明は、坑井の底に配置される掘 削データを処理し翻訳するための装置に係わり、更に特に、石油掘削１こお（１ て使用されることが意図されたそうした装置に係わる。

更に、本発明は、この装置が使用されることを可能にする方法にも係わる。

例えば油井のような坑井の掘削時には、掘削ｌ＜ラメツをより適切に監視するた めに、その坑井の底におけるアセンブ１）と工具の挙動を掘削監督者が確認する ことが望まい）。これらの条件を即時に確認することが好ましく、このこと（よ 、坑井の底から地表にデータを伝送するための手段を必要とする。

坑井底における条件を確認することは、より確実書こ掘肖りすることと、掘削コ ストを低減させることを可能にする。更（こ、掘削監督者は、例えば岩石タイプ の変化や工具の磨耗や機械的不安定性といった坑井底でのあらゆる事象各こ対し て、迅速に対応する可能性を有するだろう。

坑井底から地表にデータを伝送するための幾つかの手段が、既に提案されている 。これらの手段の中には、電気導体（こよる又は電磁波による伝送がある。掘削 泥水中の圧力波（こよるデータ伝送も既に提案されている。そうしたシステムで （よ、ドリルシャフトの周囲を循環する泥水の圧力が、例え（ｆ工具付近のドリ ルシャフト内に配置されたサブユニツトの中（こ装着されたサーボ弁によって変 調される。

この圧力波は約１５［ＩＱｍ／ｓの速度で伝播する。圧力波（よ坑井底と地表と の間で数多くの反射を受ける。

泥水の圧力変調に特有の制御低下と、データの品賀を維持することの必要性とを 考慮して、データのスループ・ソト（よ低０ままである。

現時点では、データ伝送スルーブツトは１秒当たり数ビ・ソトを越えない。

将来において、泥水中でのデータ伝送のためのシステムにどんな改良があろうと 、坑井底から地表へのデータ伝送速度は制限されたままだろう。

この欠点を軽減するためには、データが坑井底で前処理され、それによって地表 に伝送されるべき信号の総量を著しく減少させるべきである。

特許文献ＧＢ−Ａ−２，２１６，６６１は、加速度計によって与えられるデータ を記録することが意図されたプロセッサを含み且つ坑井の底部に配置された、ド リルシャフトの振動を測定するための装置を開示している。この装置は、予め決 められた値を越える加速度レベルを検出し、これらのレベルだけが地表に信号と して送られる。従って、この装置では、単一のパラメタに応じたデータが、予め 決められた閾値が越えられる時にだけ地表に送られ、これは、物理的挙動の分析 なしに行われてきた。

本発明の目的は、掘削工具、ドリルシャフト、掘削泥水及び／又は坑井目体の全 体的又は個別的な挙動に特有の様々な診断を坑井底でコンパイルすると共に、従 来のデータ伝送手段の１つを経由して地表にこれらの診断の信号を送ることが可 能な、坑井底に配置される掘削データ処理装置である。

これを行うために、本発明は、掘削坑井内に配置されると共に１２工具％ら地表 にデータを伝送するための手段を備えたドリルシャフトの下端部に装着されるこ とが意図された、掘削データを処理すると共に翻訳するための装置であって前記 測定ユニットによって得られた測定値を翻訳した後に、要約メツセージだけを地 表に送るように構成されていることを特黴とする掘削データを処理すると共に翻 訳するための装置を提供する。

更に、本発明の目的は、上記の処理装置が使用されることを可能にする方法であ る。

前記方法は、 −掘削工具の挙動に応じた測定値を捉え、これらの測定値を表す信号を発生させ る段階と、 −前記信号を前処理する段階と、 −誤動作アルゴリズムを前記信号に適用する段階と、−オブザーバ−（ｏｂｉｅ ＋マ！＋）を前記信号に適用する段階と、−坑井底で得られた測定値を示す要約 メツセージを地表に送る段階と を含む。

本発明による方法は、データの処理を最適化するこ七を可能にすると共に、デー タが地表に伝送されると直ぐに掘削条件が改善されることを可能にする情報を取 り出すことを可能にする。

本発明の他の特徴と利点が、添付図面を参照して行われる以下の説明を理解する ことによって、より一層明確になるだろう。

図１は、掘削ユニットの略断面図である。

図２は、本発明による処理及び翻訳回路の概略的な説明図である。

図３〜図７はそれぞれ、本発明による方法が使用されることを可能にするチャー トである。

図１では、参照符号１４によって全体として示されるドリルシャフトがそれから 吊り下げられているフック１２を、それ自体としては公知の方法で取り付けられ たマスト１０を含む、掘削ユニットが示されている。このドリルシャフト１４は 、掘削工具１Ｇと、ドリルカラー１８と、掘削管２Ｇを含む。図示された例では 、ドリルシャフト１４は、回転テーブル２２又は電動スイベルによって回転させ られる。導管２４が掘削管２Ｇの中に加圧掘削泥水を送り込む。この泥水は掘削 工具を出て、坑井壁とドリルシャフト１４との間の隙間内を循環する。泥水は導 管２６の位置で回収され、再循環され、その後で貯蔵タンク（図示されていない ）に導かれる。

本発明によって、掘削データを処理及び翻訳するための装置２８が、ドリルカラ ー１８と工具１６の間の、必要なだけ工具１６の近くの位置に、そのアセンブリ の内側に配置される。より詳細に後述されるように、この装置２８は、処理及び 翻訳回路３Ｇと、データを地表に伝送するための手段を含む。データを伝送する ための手段は、電気ケーブルか、ケーブル付きパイプシステムか、電磁伝送器か 、図示された例における、泥水中で発生させられるパルスによる伝送システムを 含んでよい。

この伝送手段では、工具１６の付近に配置されたサブユニット３Ｇの中に装着さ れたサーボ弁は、泥水中に圧力波を発生させるために加圧泥水の流れを選択的に 変調させるように意図されている。測定及び監視のための装置が、坑井底から伝 送されるメツセージを表す泥水中の圧力波を発生させることを公知の方法で可能 にするサブユニット３０内に配置される。こうした圧力波は、導管２４上に装着 された圧力センサ３２によって、地表で検出される。

掘削データの処理及び翻訳のための装置２８と、この装置が使用されることを可 能にする方法とが、坑井底で得られた様々な測定値を処理することと、例えば、 掘削ユニットの誤動作（すり、：ぎ運動、工具の跳ね上がり、捩じれ波、ジャミ ング）と掘削工具の状態（スリーコーンバイト（ｔｈｒｅｅ−ｃｏｎｅ　ｂｉｔ ｅ　）の歯と軸受の磨耗、切断工具の磨耗）とに関する診断のような、様々な診 断を地表に送ることを可能にする。

こうした診断に加えて、本発明による処理方法は、振動の大きさを基準化するこ とを可能にし且つそれによって掘削監督者によって地表で行われる行動の有効性 を評価することを可能にする、様々な動的測定値を量子化する。

図２に示されるように、処理及び翻訳回路３Ｇは、工具１６に隣接して配置され た測定ユニット３６（図１参照）の中に置かれた様々な測定装置によって得られ たデータを受け取る。引っ張りに関するひずみ計３８、捩じれに関するひずみ計 ４０．曲げに関するひずみ計４２、様々な磁力計４６、軸方向加速度計４８、半 径方向加速度計５０、横方向加速度計５１から来るデータが、エイリアス除去フ ィルタ５２を経由してマルチプレクサ５４内に合流する。

アナログ／ディジタル変換５６の後に、信号が、必要なだけの数のプロセッサ５ ８と信号プロセッサ５７によって処理される。補助人力６０が、地表において（ 又は、２方向伝送の場合には坑井底において）その装置を完全にパラメタ化する ことを可能にする。処理及び翻訳回路３４はサブユニット６２によって給電され 、このサブユニット６２は、入力６６の位置において掘削泥水によって駆動され るオルタネータ６４と、電気調整回路６８と、累算器７Ｇとを含む。特に制御バ ス７４が、変調サーボ弁７２に接続された伝送システム７６を操作する。

非揮発性記憶装置５９が、情報を一時的に記憶するために備えられる。この情報 は、掘削工具が地表に戻る時の翻訳のために保持される。

掘削工具に対する重量、トルク、内部圧力、外部圧力、内部温度、外部温度、泥 水流量といったパラメタの測定を可能にするために、他の測定装置が使用されて もよい。

測定ユニット３６からの坑井底の測定値と共に、処理回路３４が、掘削ユニット の様々な状態、誤動作、振動の減少又は激しさを信号で送ることを可能にする。

本発明の装置を使用する方法が、図３に概略的に示される。

場合によっては、ずれを除去し、測定値を物理的に再基準化して、それらの測定 値を固定基準に再位置付けするために、測定ユニット３６を構成する各種のひず み計３８〜５１からの信号が、８Ｇにおいて前処理される。この前処理は図４に 更に詳細に示されている。信号を表す略号の意味が次に示される。

ＤＢＮＸ＝Ｘ軸に関する、坑井底における曲げモーメント、ＤＢＮＹ＝Ｙ軸に関 する、坑井底における曲げモーメント、ＤＭＧＸ＝Ｘ軸に沿った磁気計測定値、 ＤＭＧＹ＝Ｙ軸に沿った磁気計測定値、ＤＷＯＢ　＝工具に対する重量、 ＤＡＣＺ＝Ｚ軸に沿った加速度、 ＤＴＯＢ＝工具に対するトルク。

この前処理段階は、１組の測定値が正確であるかどうかを検査することを可能に し、更には、工具の回転速度が磁気計測定値ＤＭＧＸＳＤＭＧＹから計算される ことを可能にする。これらの測定値が移動基準において生じさせられるが故に、 これらの測定値は、固定基準において再位置付けされなければならない。

これに続いて、図３に示されるように、センサ３６から直接的に生じる信号と、 前処理された信号とが、誤動作アルゴリズム８２とオブザーバ−８４を通過する 。

誤動作アルゴリズム８２は、図５と図６に更に詳細に示される。これらのアルゴ リズムは、様々な動的測定値（ＤＷＯＢ。

ＤＴＯＢ　；　ＤＢＮＸ　；　ＤＢＮＹ）のエントロピーが量子化されることを 可能にする。

これらの測定値から、掘削アセンブリの次のような条件を検出することが可能で ある。

−工具の跳ね返りのレベル、 −回転不安定性の存在と特徴、 −無秩序な横方向振動の存在と特徴、 −工具（軸受、歯等）の磨耗、 −工具内のノズル喪失、 −坑井底モータ領域内の漏出、 −サブレａｙり機能評価（＋ｕｂ−＋ｈｏｅｋ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｒｔｔｉＢ 　）、−工具におけるジャミング、 −スタビライザ（＋ｌ＊ｂｉｌｉ＋ｅ＋）におけるジャミング又は焼付。

図６に示される方法の段階は、全てのタイプのすりこぎ運動を検出することと、 すりこぎ運動の方向の関数としてそのすりこぎ運動を量子化することを可能にす る。

図７には、オブザーバ−８４のデータ処理の最終段階が示される。この段階は、 破壊岩石１単位量当たりに掘削工具によって消費されるエネルギーが決定される ことを可能にする。これらのデータによって、掘削者にとって掘削工具の動作と その進捗との適切な表示をなす掘削工具に関するエネルギー収支を、与えること が可能である。

坑井底の機械的現象の理解度の進展に応じて、この装置は診断の新たな可能性を 考慮に入れるだろう。

泥水中で発生させられるパルスを検出することが意図された圧力センサ３２が、 フレームデコーダと、オフィスコンピュータによって有利に実現される（図示さ れていない）翻訳ステーシランとに接続される。

このようにして、本発明によって、処理回路３ｏが、坑井底で得られた測定値の 各々に応じた大量のデータを地表に送る代わりに、掘削ユニットの動作状態を表 示する信号だけを地表に送る。極めて明らかなことであるが、これらの伝送に必 要とされるスルーブツトは、当業の状態に適合している。

要約メツセージを翻訳した後でさえ、スループットが依然として低すぎることに なる可能性がある。本発明の処理及び翻訳装置は、これらのメツセージの伝送の 優先度を決定することが可能である。

より広い範囲の調査を確実なものにするために、本発明の掘削データ処理及び翻 訳装置は、特許文献ＥＰ−Ａ−０，４３１，１３６、又は、フランス特許出願９ ００９６３ｇ　もしくは９０１２９７８に開示されるような、ドリルシャフトの 動的測定のための装置と組み合わせて使用され得る。

７；、　ｌｊｌ　Ｏ）　０ ７　１　り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．掘削坑井内に配置されると共に掘削工具（１６）と、測定ユニット（３６） と、坑井底から地表にデータを伝送するための手段（３０）とを備えるドリルシ ャフト（１４）の下端部に装着されるべく意図された、掘削データを処理し翻訳 するための装置（２８）であって、前記測定ユニット（３６）によって得られた 測定値を翻訳した後に、要約メッセージだけを地表に送るべく構成されているこ とを特徴とする掘削データを処理し翻訳するための装置。
2. ２．−掘削工具の挙動に応じた測定値を捉え、これらの測定値を表す信号を発生 させる段階と、 −前記信号を前処理する段階と、 −誤動作アルゴリズムを前記信号に適用する段階と、−オブザーバーを前記信号 に適用する段階と、−坑井底で得られた測定値を示す要約メッセージを地表に送 る段階と を含む、請求項１に記載の装置を使用する方法。