MX2010007994A - Telemetria inalambrica a traves de una tuberia de perforacion. - Google Patents

Abstract

La presente descripción se refiere a una herramienta de telemetría para uso en un pozo. La herramienta de telemetría tiene una guía de ondas conductoras hueca a través de la cual un fluido no conductor puede fluir. Un transmisor y un receptor están dispuestos en el interior hueco de la guía de ondas, separados por alguna distancia deseada. Una señal se transmite por el transmisor, propagada por la guía de ondas, y recibida por el receptor.

Description

METRÍA INALÁMBRICA A TRAVÉS DE UNA TUBERIA DE PE REFERENCIA CRUZADA PARA OTRAS SOLICITUDES plicable .

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente descripción se refiere a los si micación en perforación de pozos, particularme :emas inalámbricos y métodos para generar y t l0es de datos entre la superficie de la tie .mble en el fondo del agujero.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Generalmente, los pozos se perforan en la ti perar los depósitos naturales de hidrocarburos ríales deseables atrapados en las formaciones g ores que miden distintas propiedades de la fo fluido que están contenidas en la formación ién puede incluir sensores que miden la orie ción del BHA.

Las operaciones de perforación pueden co ante un operador en la superficie u operador ro de soporte de operaciones remotas. La oración se gira a una proporción deseada med i rotatoria, o sistema impulsor superior en la su L operador controla el peso en el barreno de a >s parámetros de operación del proceso de perfora Otro aspecto del control de la perforación y e ere a un fluido de perforación, llamado "lodo" . n fluido que se bombea desde la superficie del b stre por medio de la sarta de perforación. El l enfriar y lubricar el barreno de arrastre, y na comunicación desde la superficie al BHA. En b s reunidos por los sensores en el BHA, un opera ar enviar una orden al BHA. Una orden comú rucción para que el BHA cambie la direcció oración.

Igualmente, un "enlace ascendente" es una com BHA en la superficie. Un enlace ascendente es tí transmisión de datos reunidos por los sensores e ejemplo, es a menudo importante para un operado orientación del BHA. Así, los datos de la or .idos por los sensores en el BHA se transmiten a superficie. Las comunicaciones de enlace a iién se usan para confirmar que una orden de endenté fue entendida correctamente .

Un método común de comunicación se llama "téle o de lodos" . La telemetría de pulso de lodo es tud, pueden detectarse mediante sensores e int que la orden pueda entenderse por el BHA.

Los sistemas de telemetría de pulso de sifican típicamente como una de dos especies que tipo de generador de pulso de presión usado, descrito sistemas "híbridos". La primera espec :ema de válvula de "vástago" para generar una sos positivos o negativos, y esencialmente JOS de presión que son representaciones digitales Lsmitidos. La segunda especie, un ejemplo que se .a Patente americana. No. 3,309,656, comprende un toria o generador de pulso de presión "sirena repetidamente interrumpe el flujo del flui oración, causando así, ondas de presión va rarse en el fluido de perforación a la frecu sportador que es proporcional a la propo Con respecto a la Figura 1, un equipo de perf uye un mecanismo de accionamiento 12 para pr torsión de accionamiento a una sarta de perfor extremo inferior de la sarta de perforación 14 se La un pozo perforado 30 y porta un barreno de ar ¾ perforar una formación 18 subterránea. Du raciones de perforación, el lodo de perforaci istra desde un tanque de lodo 22 en una superfici o más bombas 24 (por ejemplo, bombas recipr rnativas) . El lodo de perforación 20 se hace c és de una línea de lodo 26 hundida a través de )erforación 14, a través del barreno de arrast as de la superficie 29 vía un espacio anular 28 a de perforación 14 y la pared del pozo perfora zar la superficie 29, el lodo de perforaci irga a través de una línea 32 en el tanque de l isición y transmisión de datos o información pozo. La herramienta MWD .34 incluye un paque tronico 36 y un dispositivo de telemetría de pe pozos de flujo de lodo 38. El dispositivo de tele jo de lodo 38 puede bloquear selectivamente el 3 20 a través de la sarta de perforación 14 pa )ios de presión en la línea de lodo 26. En otras iispositivo de telemetría de perforación de pozos *se para modular la presión en el lodo 20, para t datos desde el paquete sensor 36 a la superfici dos modulados en la presión son detectados sductor de presión 40 y un sensor del pistón de s de los cuales se acoplan a un procesador de superficie (no mostrado) . El procesador de s rficie interpreta los cambios modulados en l reconstruir los datos reunidos y enviados por e co duro magnético u óptico, memoria de acceso .) y ejecutar uno o más rutinas de software, trucciones o códigos legibles en una máquina, lizar las operaciones allí descritas. Adicion srnativamente, el procesador del sistema de ie usar hardware especializado o lógico como, po :uitos integrados de aplicación específica, con .eos de configuración programable ; circuitería .ca discreta, componentes eléctricos pasivos, e izar las funciones u operaciones descrita ente .

Aún mas, mientras el procesador del si rficie puede posicionarse relativamente próximo erforación (es decir, substancialmente co-local quipo de perforación) , alguna parte de o el sistema de superficie completo puede l nicación celular y/o otros enlaces de co dos en radiofrecuencia, etc., usando cualquier omunicación deseado.

Adicionalmente uno o más de los componentes le incluir uno o más procesadores o uni :esamiento (por ejemplo, un microprocesad Lcación de circuitos integrados específicos, e .pular y/o analizar los datos reunidos por los c una ubicación del fondo del pozo en luga :rficie .

En la toma de registros y perforación de óleo, la telemetría a partir de herramientas en pozo a la superficie es un área activa de d ológico. Debido a que las mediciones más sofist izan mediante toma de registros mientras se i las herramientas de perforación, la mayorí demanda incrementada en velocidad de transfe s .

La Patente U.S. No. 5,831,549 describe un tubo e suspendido dentro de un collar de perforación D una guía de ondas para la telemetría. Esta jiiere que la guía de ondas se llene de aire, exc is ocasiones en las que no sea el caso la perfo )s de petróleo.

Aunque los más recientes desarrollos en el ca tría de perforación cableada son tecnologías pr vendrán a comercializarse en el futuro, e sidad de adquirir tecnología de telemetría rápi quirible con poco capital .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente descripción se refiere a una herra Otros aspectos y ventajas de la invenci rentes a partir de la siguiente descr indicaciones anexadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para que pueda entenderse en detalle las carac ventajas de la presente descripción sriormente, una descripción más particular, remente anteriormente, puede hacerse med irencia a las modalidades de la misma que se i dibujos anexados. Se observar , sin embargo, .jos anexados ilustran sólo modalidades típica nción y por consiguiente, no se considera que l nce, para la invención se pueden admit lidades igualmente eficaces.

La Figura 1 es una vista esquemática, parcia La Figura 3 es un dibujo esquemático de una s tubería de perforación que puede usarse como pa amienta de telemetría de la Figura 2.

La Figura 4 es un gráfico que muestra cómo la tenuación se comporta como una función de frecue La Figura 5 es un gráfico que muestra Lstencia de la señal del receptor se comporta :ión de la distancia.

La Figura 6 es un diagrama de flujo que mu ilidad del método descrito en la presente descrip Se entenderá que los dibujos sólo serán usad >ósito de ilustración, y no como una definició das y límites de la invención, el alcance que rminado por el alcance de las reivindicaciones a DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN posibles numerosas variaciones o modificacion alidades descritas.

Los siguientes términos tienen un si ecializado en esta descripción. Aunque mu sistentes con los significados que se atribuirí una persona que tiene habilidad ordinaria en el lificados también están especificados en la prese En esta descripción, la "comunicación fluida" íificar conectado de tal forma que un fluido en ponentes puede viajar al otro. Por ejemplo, una riación puede estar en comunicación fluida con u .ical conectando la línea de desviación directam ría vertical. La "comunicación fluida" tamb uir circunstancias dónde exista otro componente e los componentes que están en comunicación fl pío, una válvula, una manguera, o algún otra tema de perforación debe regresar a través de lar entre la sarta de perforación y la pared de foración. En el arte, un "sistema de perforaci ocerse para incluir el equipo, mesa rotatoria alo de perforación, pero en esta descripción Br referencia a aquellos componentes que e zacto con el fluido de perforación.

El uso de una guia de ondas cilindricas para onda electromagnética entre dos puntos es Lblecido en las frecuencias de microondas . •ración de un pozo petrolero, la tubería de p e actuar como una guía de ondas cilindricas que señal de microondas entre la electrónica de l y fondo del pozo. Una vez que se esta smisión, pueden usarse técnicas de modulación comunicar datos entre los destinos de la boca ería de perforación. Pueden usarse repetidores stran dentro del interior de la tubería de p . Puede estar presente una tubería de revestimi ensamble en el agujero de fondo 222, ambos se bién se muestra un sistema de compu roprocesador 224.

En las siguientes secciones se discutirá la p la onda y se mostrarán los resultados experime Lfican la posibilidad de usar la tubería de p i la transmisión' de datos. En el c :tromagnetismo, se usan rutinariamente las guías '.ndricas para la propagación de ondas. Las guías .ndricas, particularmente aquéllas con Lsversales circulares, guían y propagan las o ancias relativamente grandes con atenuación m itud de unidad. Para las frecuencias GH en ningún componente del campo eléctrico en la la propagación, ez=0, mientras que el modo TM igún componente del campo magnético en la dir-ec ipagación, h2=0. Estos modos tienen patrones nético y eléctrico bien definidos y se han car dos índices, m y n. La frecuencia de corte, ámetro geométrico importante. Por arriba de la corte para un modo, la onda se propaga de p azmente, con atenuación mínima. A frecuencias la frecuencia de corte para el modo, la inte )o se atenúa exponencialmente con la dis ?agación .

El modo con el corte más pequeño de la frecue dominante. Para guías de onda circulares ( ndro circular derecho) , éste es el modo aencia de corte para cada modo TE, fc, nm, puede en donde Jn(kcr) es la función Bessel de prime orden, y kc está dada por, Así, dado el p! nm y el radio interno de la c (frecuencia de corte se calcula fácilmente.

Para el modo dominante, TEn, de interés H, conduce a, donde la frecuencia es MHz y a está en met esión se deriva asumiendo que la guía está bajo a de aire) para que la permitividad dieléctric 4(10-12) farad/m, y la permeabilidad magnétic O"7) henry/m. Cuando la guía está llena con el olero, por ejemplo, es 2.2. Para los fluidos co ermitividad relativa es complejo y está dada por e, i es el número imaginario y s es la conducti ido .

Antes de aplicar estas relaciones en tub "oración, es útil tener una discusión cort ructura detallada de tuberías de per icíficamente el diámetro interno de esas tube irías de perforación normalmente son tuberías lar ! (9.14 metros) . (+ o - 1.5 pies - 0.46 m) hechas :arbono. Por ejemplo, la tubería normal de cinco .e dimensiones que se describen en la Figura 3.

Como se muestra en la Figura 3, la tubería Tabla 1 ámetro interno Radio interno (m) Frecuencia (in/cm) TE ( 3.25/8.26 0.041 1.43 3.9/9.91 0.0495 1.19 4.276/10.86 0.054 1.09 Los resultados en la tabla anterior son para las con OBM, que se asume tiene la misma per itiva que la del petróleo (2.2) y ninguna conduct resultados indican que cualquier sección de la t ¦oración puede soportar una onda propagación TE1 la frecuencia esté por arriba de aproximadamente Debido a que la onda se propaga a lo largo de lice que en la dirección z, existen pérdidas de stividad finita de la pared metálica y el mat ? ?0 es la impedancia intrínseca del espacio l TI es la parte resistiva del material de la pared, i el modo TEn dominante, la expresión pa mación se reduce a Esta ecuación tiene una singularidad c uencia de operación es igual al corte de la fr Lependencia de la frecuencia de a puede ser d la después de aproximadamente 1.2 veces la frec e .

Para probar la viabilidad de usar la tu foración como una gula de ondas, se re srimento. Se usaron transceptores in srciales, listos para usar, en este experim isceptores eran bastante pequeños para ajustarse tubería de perforación y se impulsaron med »ría normal 9V. Debido a la falta de empaq lético, la prueba se corrió dentro de una t 'oración llena de aire. Esto se logró usando un b .stre con una boquilla tapada. Se colocó un sceptores directamente sobre el barreno de a del extremo inferior de la primera tu oración. Una plataforma de tubería (90 pies - 2 encima de éste, y el ensamble entero se colocó I) . La medición de RSSI proporciona una estimac stencia de la señal recibida. Después de sceptor de la superficie se colocó en la t oración, la parte superior se selló con l inio .

Los módulos del transceptor usados tuvi lientes especificaciones: Frecuencia del Trans GHz; Potencia de Salida: 60mW (18 dBm) ; Sensiti iptor: -lOOdBm; Velocidad de Datos: 250 Kbps; Mo DSSS; y Tipo de Antena: cable de M de longitu LBi) .

El cálculo de la potencia total se estimó par (rendimiento de potencia-sensibilidad del re ncia de la antena) . La Figura 5 muestra la resis señal protegida y medida. La comunicación fu a la quinta plataforma de tubería (450 pies - 0.24 dB/ft. Esta es superior a la teóricamente atribuye a la rugosidad de la superficie interi rías de perforación.. No se seleccionaron en esp rías de perforación usadas que tenían pared inte D más bien las del tipo que se han usado dura npo en una perforación real. Esta opción de tu foración es más realista y propicia que los resu Íción sean más representativos de situaciones r )ce la rugosidad de la superficie para ind luación extra. Además, existen métodos bien con '.ño de antenas del transceptor que pueden us irar el rango de comunicación. En partic rización de la excitación no se controló y es ta los resultados.

La atenuación medida experimentalmente puede c las mediciones reportadas en la Patente Amer condiciones de superficie particularmente ndo los puntos de datos y considerando la osión de la pared interna, se estimó una aten -0.1 dB/ft por la mayoría de las condiciones p tal atenuación y un cálculo de potencia de 160 ( Los de potencia) , puede lograrse una dist ametría que va de 1600 - 5300 pies (487.7 a srve que esto se basa en la sensibilidad del >onible comercialmente , un área que puede mejorar El uso de otras técnicas de transmisión tales c La Ultra Amplia (UWB) también puede usarse. La el frecuencia del transportador simple pueden ser d ¡istema actual puesto que el material, condición ría de perforación no pueden ser los mismos en pos. Sin embargo, la UWB tiene la ventaja que ex gía de transmisión sobre un área amplia del espe Usando la tubería de perforación como una guía comunicarse con el ensamble del agujero de fo variedad de ventajas sobre las técnicas actuale telemetría de pulso de lodo no es posible (po s perforados con aire) , se usa la telemetría G?. Esta técnica usa la formación como ismisión y, para minimizar la atenuación, :uencias de pocos Hz . Esto suministra veloci ;metría muy bajas. El método descrito presen 'ar velocidades de barreno superiores y una com reccional. El auxiliar del fondo del pozo tambi le y requiere de mucho menos potencia para ablemente, los repetidores tendrán que ser usa ría de las aplicaciones , pero se espera que cto mínimo.

Cuando se perforan pozos de petróleo basados en alcance de esta invención sólo debe determinar rna de las reivindicaciones que continúan. El tér rende" dentro de las reivindicaciones preten snder uque incluye por lo menos" tal que la nentos mencionada en una reivindicación se encuen DO abierto. "Un," "uno" y otros términos s ;enden incluir las formas plurales de los mismo se excluyan específicamente. Aun cuando la inv lescrito con respecto a un número limitado de mod I líos experimentados en el arte, que tienen ben descripción, apreciarán que otras modalidad erse sin apartarse del alcance de la invenció ribe en la presente.

Claims (1)

1. REIVI DICACI0NE5 1. Una herramienta de telemetría para uso en eterizada porque comprende: una guía de ondas conductora que tiene un inter un fluido no conductor dentro del interior de l 1S; un receptor dispuesto en el interior de la is; y un transmisor dispuesto en el interior de la .s con alguna distancia desde el receptor. 2. La herramienta de telemetría de conformida indicación 1, caracterizada porque la herramien amienta de perforación. 3. La herramienta de telemetría de conformid indicación 1, caracterizada porque la guía de o . La herramienta de telemetría de conformid indicación 1, caracterizada porque el fluido no odo de base aceite. 7. La herramienta de telemetría de conformid indicación 1, caracterizada porque el recept er transceptor y el transmisor es un segundo tra 8. La herramienta de telemetría de conformid sindicación 1, caracterizada porque el transmi =ptor operan en o arriba del rango de frec roondas . 9. La herramienta de telemetría de conformid indicación l, en donde el transmisor y el recept .do las frecuencias de Banda Ultra Ancha. 10. La herramienta de telemetría de conformid indicación 1, caracterizada porque además tidores dispuestos en el interior de la guía de transmitir una señal desde el transmisor en el a guía de ondas; usar la guía de ondas para propagar la señal smisor al receptor; y recibir la señal con el receptor. 12. El método de conformidad con la reivindic cterizado porque comprende codificar la informac 13. El método de conformidad con la reivindic icterizado porque la información codificada son )erforación y/o datos de evaluación de la formaci 14. El método de conformidad con la reivindic Lcterizado porque comprende tomar decisiones basa oración y/o datos de evaluación de la formación. 15. El método de conformidad con la reivindic eterizado porque comprende enviar instruccion 18. El método de conformidad con la reivindic eterizado porque comprende usar repetido ementar el rango de transmisión de la señal. 19. Un método para medir mediante telémet tras se perfora un pozo de perforación, cara ue comprende : Proporcionar una herramienta de teleme !oracion que comprende una sarta de perforación ;u interior; un lodo de base aceite dentro del in sarta de perforación; un primer transceptor dis interior de la sarta de perforación; y un t uesto en el interior de la sarta de perfor na distancia desde el receptor; transmitir una señal del transmisor en el inter a de perforación; usar la sarta de perforación para propagar