NL9101513A - Analyse en identificatie van een kolom boorvloeistof, op basis van het decoderen van meten-tijdens-het-boren signalen. - Google Patents

Analyse en identificatie van een kolom boorvloeistof, op basis van het decoderen van meten-tijdens-het-boren signalen. Download PDF

Info

Publication number
NL9101513A
NL9101513A NL9101513A NL9101513A NL9101513A NL 9101513 A NL9101513 A NL 9101513A NL 9101513 A NL9101513 A NL 9101513A NL 9101513 A NL9101513 A NL 9101513A NL 9101513 A NL9101513 A NL 9101513A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
signal
communication channel
transfer function
borehole
pressure pulse
Prior art date
Application number
NL9101513A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Teleco Oilfield Services Inc A
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teleco Oilfield Services Inc A filed Critical Teleco Oilfield Services Inc A
Publication of NL9101513A publication Critical patent/NL9101513A/nl

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/14Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
    • E21B47/18Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the well fluid, e.g. mud pressure pulse telemetry
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/14Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
    • E21B47/18Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the well fluid, e.g. mud pressure pulse telemetry
    • E21B47/24Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the well fluid, e.g. mud pressure pulse telemetry by positive mud pulses using a flow restricting valve within the drill pipe
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

ANALYSE EN IDENTIFICATIE VAN EEN KOLOM BOORVLOEISTOF. OP BASIS VAN HET DECODEREN VAN METEN-TIJDENS-HET-BOREN SIGNALEN
De uitvinding heeft betrekking op meten-tijdens-het-boren (MWD) technieken, die bij gas- en olieboringen worden toegepast. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het, op basis van het aan de oppervlakte decoderen van het MWD-signaal, schatten en identificeren van de kanaalfilterkarakteristieken van het communicatiekanaal via de boorvloeistof.
Bij het boren van gas- en oliebronnen is het voor een doelmatige werking van de boorapparatuur noodzakelijk, vooral naarmate steeds diepere bronnen aangeboord worden en steeds meer offshore gewerkt wordt, dat gegevens die voor het boorpersoneel van belang zijn in het boorgat verzameld worden en "continu", d.w.z. zonder de langdurige vertragingen die zich voordoen wanneer het boren wordt stopgezet en men instrumenten in het boorgat naar beneden laat zakken, waargenomen en naar de oppervlakte overgebracht worden. De laatste jaren zijn op het gebied van de MWD-technologie aanzienlijke vorderingen gemaakt. Als voorbeelden van MWD-systemen voor toepassing bij het meten van richtingsparameters in het boorgat kunnen genoemd worden de Amerikaanse Octrooien Nrs. 3.982.431, 4.013.945 en 4.021.774.
Bij de meetsystemen volgens de bovenvermelde octrooien wordt gebruik gemaakt van afstandsmeting via pulsen in de boorspoeling, voor het overbrengen van informatie uit de boorkopomgeving naar het boorplatform aan de oppervlakte. Afstandsmeting via pulsen in de boorspoeling bestaat uit de overdracht van informatie via een stromende kolom boorvloeistof, d.w.z. boorspoeling, waarbij de informatie met betrekking tot de waargenomen parameters in het boorgat wordt omgezet in een binaire code van drukpulsen in de boorvloeistof binnen de boorpijp of standpijp, welke drukpulsen aan de oppervlakte worden waargenomen. Deze drukpulsen worden opgewekt door onder in het boorgat de stromende kolom boorspoeling periodiek op mechanische wijze te moduleren; de hierdoor ontstane periodieke drukpulsen, die aan het aan de oppervlakte gelegen uiteinde van de kolom boorspoeling terechtkomen, worden door een geschikt in de standpijp gelegen drukoverdrager gedetecteerd. De boorspoeling wordt door de boorpijp (boorketen) naar beneden en vervolgens weer door de ringvormige ruimte tussen de boorketen en de wand van de boorput terug naar de oppervlakte gepompt voor het koelen van de boorkop, het uit de omgeving van de boorkop verwijderen van de boorspanen die ontstaan als gevolg van de werking van de boorkop en het onder controle houden van de geodruk.
Het zal duidelijk zijn dat bij het boren een nauwkeurige decodering van het MWD-gegevenssignaal aan de oppervlakte van wezenlijk belang is. Het zal eveneens duidelijk zijn dat de overbrengingskarakteristieken van de boorspoeling in de standpijp een wijziging in het MWD-gegevenssignaal tussen de zender van de pulsen in de boorspoeling en de oppervlakte tot gevolg zullen hebben. Met andere woorden, de met boorspoeling gevulde standpijp kan geanalogiseerd worden aan een kanaalfilter met bepaalde kanaalkarakteris-tieken als overbrengingsmedium. Teneinde de MWD-signaal-puls nauwkeurig en met succes te decoderen en de MWD-communicatie zodoende te optimaliseren is het noodzakelijk te komen tot een identificatie van de karakteristieken van het boorspoelingkanaal als overbrengingsmedium.
De onderhavige uitvinding omvat een werkwijze en inrichting voor het schatten en identificeren van de kanaalfil-terkarakteristieken van het communicatiekanaal via de boorspoeling (bijv. de standpijp), op basis van het aan de oppervlakte decoderen van het MWD-gegevenssignaal. De kanaalfilterkarakteristieken kunnen wiskundig gedefinieerd worden als de overdrachtsfunctie van het kanaal. De overdrachtsfunctie is een wiskundig model dat de invoer-uitvoer relatie van een fysiek systeem definieert. De onderhavige uitvinding kan tevens het door de boorspoeling in de ringvormige ruimte tussen het boorgat en de boorketen bepaalde kanaalfilter karakteriseren.
Volgens de onderhavige uitvinding worden bij het naar boven stijgen van het MWD-gegevenssignaal door de kolom boorspoeling de drukpulsen omgezet in elektrische (analoge) signalen door een in de standpijp, in de ringvormige ruimte of in beide ruimtes gelegen drukover-drager. Zoals bekend worden de analoge signalen door een signaalconditioneringskaart gevoerd, waar de analoge signalen omgezet worden in digitale signalen. Vervolgens gaan de digitale signalen door een digitaal filter, dat als een trendverwijderingsalgoritme zal optreden, teneinde zeer lage frequenties, eventuele valse drukfluctuatie en eventuele bij de MWD-signalen horende gelijkstroom te elimineren. Vervolgens worden de gefilterde signalen door-een decodeerinrichting gevoerd, zoals bijvoorbeeld een decodeerinrichting van het type met nulkruisingdetectie (als beschreven in Modern Instrumentation Tape Recording; An Engineering Handbook, EMI Technology, Inc., biz. 65 (1978); Library of Congress Catalog Card No. 78-60084) voor het detecteren van binair met één en nul gecodeerde informatie. Door deze signaalverwerking zullen de overgebrachte bits door de decodeerinrichting geïdentificeerd worden.
Vervolgens worden overeenkomstig de onderhavige uitvinding de gegevens naar een nieuwe kanaalidentificatie (CHID) module gevoerd. Zoals gezegd zal het MWD-signaal dat aan de oppervlakte ontvangen wordt, vervormd worden door de filterkarakteristieken van de kolom boorspoeling, gewoonlijk is deze vervorming echter niet zodanig dat het decoderen hierdoor nadelig beïnvloed wordt. In de CHID-module worden de gedecodeerde bits gebruikt voor het reconstrueren van de doorgezonden MWD-gegevens. Nu het verzonden signaal (invoer) en het signaal dat aan de oppervlakte ontvangen wordt bekend is, kan de overdrachtsfunctie van het kanaal op twee manieren worden bepaald: (a) met behulp van een parametrische model-methode, waarbij de gegevens dienen als oefenvolgorde voor het opwekken van een fout, die gebruikt zal worden voor het verschaffen of opbouwen van een dynamisch model van het systeem of kanaal en het effect daarvan op de gegevens; en (b) met behulp van een niet-parametrische methode waarbij de invoer en de uitvoer gebruikt worden voor het maken van een correlatie- en coherentie-analyse en het bepalen van de overdrachtsfunctie van het kanaal.
Volgens de onderhavige uitvinding wordt zodoende voorzien in een werkwijze voor het schatten van de overdrachtsfunctie van een communicatiekanaal, waarbij het communicatiekanaal bepaald wordt door de boorvloeistof in een stuk boorpijp of door de boorvloeistof in de ringvormige ruimte tussen een boorgatwand en een boorketen in het boorgat, gekenmerkt door het overbrengen, door het communicatiekanaal, van een drukpuls afkomstig uit het boorgat als reactie op een signaal uit het boorgat, het ontvangen van de overgebrachte drukpuls en het omzetten van de drukpuls in een oppervlakte-signaal, het decoderen van het oppervlakte-signaal voor het bepalen van een gedecodeerd signaal, het op basis van het gedecodeerde signaal reconstrueren van de oorspronkelijke golfvorm van het signaal uit het boorgat teneinde een gereconstrueerde golfvorm r(t) te bepalen en het op basis van de gereconstrueerde golfvorm r(t) bepalen van de overdrachtsfunctie q(t) van het communicatiekanaal.
De werkwijze voor het volgens de onderhavige uitvinding bepalen van de overdrachtsfunctie van een kanaalfilter onder in het boorgat kan toegepast worden voor het verbeteren van de MWD-overdracht, door het bewaken van de kanaalkarakteristieken en het modificeren van de overdracht van het instrument onder in het boorgat, teneinde de signaaldetectie te optimaliseren. Tot een dergelijke modificatie kan behoren het veranderen van de pulsampli-tude, het code-type of de code-frequentie, teneinde de signaaldetectie te optimaliseren. Daarnaast kunnen, op basis van informatie met betrekking tot de aan de onderhavige uitvinding ontleende kanaalfilterkarak-teristieken, bepaalde boorparameters, zoals bijvoorbeeld de stromingssnelheid, gewijzigd worden teneinde de signaaldetectie te optimaliseren.
De hierboven besproken en verdere kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de onderstaande nadere beschrijving en de tekeningen.
In de tekeningen, waarin met elkaar overeenkomende onderdelen in de diverse Figuren aangeduid zijn met dezelfde verwijzingscijfers, toont (tonen):
Figuur 1 een schematisch aanzicht op een boorinstallatie en de volgens de onderhavige uitvinding gebruikte apparatuur;
Figuur 2 een zijaanzicht, deels in dwarsdoorsnede, op een MWD-inrichting voor afstandsmeting via pulsen in de boorspoeling;
Figuur 3 een grafische voorstelling waarin de effecten van een eerste kanaalfilter op de invoer en uitvoer van MWD-gegevenssignalen wordt weergegeven;
Figuur 4 een grafische voorstelling waarin de effecten van een tweede kanaalfilter op de invoer en uitvoer van MWD-gegevenssignalen wordt weergegeven;
Figuur 5 een blokschema van de overdrachtsfunctie; Figuur 6 een grafische voorstelling met betrekking tot de tijd van het kanaalfilter volgens Figuur 3;
Figuur 7 een grafische voorstelling met betrekking tot de tijd van het kanaalfilter, waarbij bij t = 5 het karakter verandert;
Figuur 8 een blokschema van een kanaal-identificatie-module volgens de onderhavige uitvinding; en
Figuren 8A-8B blokschema's waarin werkwijzes en inrichtingen voor het volgens de onderhavige uitvinding identificeren van de kanaalfilterkarakteristieken van een communicatiekanaal via de boorvloeistof.
In Figuur 1 wordt een boorinrichting getoond met een boortoren 10, die een met verwijzingscijfer 12 aangeduide boorketen oftewel boorstang ondersteunt, met aan het uiteinde daarvan een boorkop 14. Zoals in de techniek bekend is, is het mogelijk dat de gehele boorketen draait of dat deze stilstaat en dat alleen maar de boorkop draait. De boorketen 12 is opgebouwd uit een reeks onderling verbonden pijpsegmenten, waarbij nieuwe segmenten worden toegevoegd naarmate de boorput dieper wordt. De boorketen is opgehangen aan een verplaatsbaar blok 16 van een lier 18 en een kroonblok 19; de gehele boorketen van de beschreven inrichting wordt roterend aangedreven met behulp van een vierkante Kelly 20, die verschuifbaar door de draaitafel 22 aan de voet van de boortoren gevoerd is en door deze draaitafel roterend wordt aangedreven. Een motorsamenstel 24 is aangesloten, zowel voor het aandrijven van de lier 18 als voor het aandrijven van de draaitafel 22.
Het onderste gedeelte van de boorketen kan een of meer segmenten 26 bevatten met een grotere diameter dan de andere segmenten van de boorketen. Zoals in de techniek bekend is, kunnen deze segmenten met een grotere diameter sensoren en electronische schakelingen bevatten voor het voorbewerken van signalen die van de sensoren afkomstig zijn. In de segmenten 26 kunnen tevens krachtbronnen zijn opgenomen, bijvoorbeeld door de boorspoeling aangedreven turbines die generatoren aandrijven, waarbij de generatoren op hun beurt weer elektrische energie leveren voor de voeding van de sensororganen en eventuele gegevensverwerkende schakelingen. Het Amerikaanse Octrooi Nr. 3.693.428, waarnaar hier verwezen wordt, geeft een voorbeeld van een systeem waarbij in de onderste segmenten van de boorketen een door de boorspoeling aangedreven turbine, een generator en sensororganen zijn opgenomen.
Boorspanen die zijn ontstaan als gevolg van de werking van de boorkop 14 worden weggevoerd door een stroom boorspoeling die door de vrije ringvormige ruimte 28 tussen de boorketen en de wand 30 van de put naar boven stijgt. Deze boorspoeling wordt via een pijp 32 afgeleverd aan een filter- en decanteersysteem, dat schematisch wordt weergegeven als tank 34. De gefiltreerde boorspoeling wordt vervolgens door een pomp 36 opgezogen, van een pulsabsortiemiddel 38 voorzien en vervolgens via de leiding 40 onder druk aan de draaiende injectorkop 42 en ; daarna aan het inwendige van de boorketen 12 afgegeven, teneinde afgeleverd te worden aan de boorkop 14 en aan de boorspoelingturbine in het boorketensegment 26.
In een MWD-systeem zoals in Figuur 2 is weergegeven, dient de kolom boorspoeling in de boorketen 12 als overdrachtsmedium voor het naar de oppervlakte vervoeren van signalen met boorparameters uit het boorgat. De signaaloverdracht wordt bewerkstelligd met behulp van de bekende techniek van het opwekken van pulsen in de boorspoeling oftewel afstandsmeting door middel van pulsen in de boorspoeling (MPT), waarbij in de kolom boorspoeling in de boorketen 12 schematisch met verwijzingscijfer 11 aangeduide (Figuur 2) drukpulsen worden opgewekt, die in het boorgat waargenomen parameters vertegenwoordigen.
De boorparameters kunnen worden waargenomen in een sensor- eenheid 44 in het boorketensegment 26, zoals in Figuur 1 is weergegeven, die in de buurt van de boorkop 14 is gelegen. Overeenkomstig bekende technieken worden de in de stroom boorspoeling in de boorketen 12 aangelegde drukpulsen 11 aan de oppervlakte ontvangen door een drukoverdrager 46; de verkregen elektrische signalen worden hierna overgebracht naar een inrichting voor signaalontvangst en decodering (onderdelen 48, 62, 64 en 66), die de signalen kan opslaan, afbeelden en/of berekeningen hiermee kan uitvoeren, teneinde informatie te verschaffen met betrekking tot diverse omstandigheden in het boorgat.
De boorspoeling die door de boorketen 12 naar beneden stroomt, wordt door een variable stromingsopening 50 gevoerd en vervolgens afgegeven voor de aandrijving van een turbine 52. De turbine 52 is mechanisch gekoppeld met de rotor van een generator 54, die door deze turbine aangedreven wordt; de generator 54 levert elektrische stroom voor de voeding van de sensors in de sensoreenheid 44. De informatie-dragende uitvoer van de sensoreenheid 44, gewoonlijk in de vorm van een elektrisch signaal, voedt een klepaandrijving 58, die op haar beurt een plunjer 56 aandrijft, die de grootte van de variabele opening 50 doet variëren. De plunjer 56 kan elektrisch of hydraulisch aangedreven worden. Door variaties in de grootte van de opening 50 ontstaan de drukpulsen 11 in de stroom boorspoeling, deze drukpulsen worden aan de oppervlakte door de eerder genoemde overdrager 46 waargenomen, teneinde aanduidingen te verschaffen met betrekking tot de diverse condities die met behulp van de conditie-sensoren in de eenheid 44 bewaakt worden. De richting van de stroom boorspoeling is in Figuur 2 met pijlen aangeduid. De drukpulsen 11 stijgen naar boven door de kolom boorspoeling, die via het inwendige van de boorketen 12 naar beneden stroomt.
De sensoreenheid 44 zal meestal middelen bevatten voor het in binaire vorm omzetten van de signalen met betrekking tot de diverse bewaakte parameters, de op deze wijze gecodeerde informatie wordt gebruikt voor het sturen van de plunjer 56. De aan de oppervlakte gelegen sensor 46 zal drukpulsen in de stroom boorspoeling detecteren en deze drukpulsen zullen overeenkomen met een binaire code. In de praktijk zal de binaire code zichtbaar worden gemaakt door een reeks informatie-dragende pulsen in de boorspoeling, met twee verschillende tijdsduren, waarbij de pulsamplitu-de meestal in het traject van 2,10 - 24,60 kg/cm2 zal liggen. De overdracht van informatie naar de oppervlakte via de gemoduleerde stroom boorspoeling zal meestal bestaan uit het opwekken van een blokvoorloper, gevolgd door de seriële overdracht van de gecodeerde signalen met betrekking tot de bewaakte boorgatparameters.
Met betrekking tot Figuur 3 zal het duidelijk zijn dat dein de standpijp 12 aanwezige kolom boorspoeling een kanaalfilter bepaalt voor het overbrengen van berichten (MWD-gegevenssignalen in drukpulsen 11) tussen de plunjer 56 en de drukoverdrager 46. Het invoersignaal in de drukpulsinrichting 56 onder in het boorgat wordt weergegeven door middel van de vierkante golven in Figuur 3, die . een volgorde van gecodeerde enen en nullen bepalen. Bij het naar boven stijgen van deze invoersignalen door de standpijp zal het kanaalfilter met de in Figuur 3 als filter A weergegeven karakteristieken de MWD-gegevens-pulsen veranderen, zodat het ter hoogte van de standpijp gemeten uitvoersignaal een meer afgeronde configuratie heeft. Figuur 4 komt overeen met Figuur 3, hierbij toont Figuur 4 de MWD-gegevenssignalen door een kolom boorspoeling met verschillende kanaalkarakteristieken, die bepaald worden door het kanaalfilter B. Zoals blijkt bij bestudering van de uitvoersignalen, nadat de MWD-gegevens-pulsen door het kanaalfilter B gegaan zijn, maken de karakteristieken van het kanaal B het mogelijk dat hogere frequenties het filter onverzwakt passeren, waardoor het uitvoersignaal meer harmonisch is.
De bijzondere kanaalfilterkarakteristieken van een kolom boorspoeling kunnen wiskundig gedefinieerd worden als de overdrachtsfunctie G(S). Zoals in Figuur 5 is weergegeven, is de overdrachtsfunctie een wiskundig model dat de invoer-uitvoerverhouding bepaalt van een fysiek systeem, zoals het kanaalfilter in de kolom boorspoeling in de boorketen (of in de ringvormige ruimte). De systeemrespons (uitvoer) is het gevolg van bekrachtiging van het systeem (invoer). De oorzakelijke verhouding kan globaal gedefinieerd worden als: Overdrachtsfunctie G(S) = Uitvoer/Invoer .
Wiskundig wordt de overdrachtsfunctie gedefinieerd als de Laplace getransformeerde van de uitvoer gedeeld door de Laplace getransformeerde van de invoer (wanneer alle begincondities in het systeem op 0 gesteld zijn). De frequentie-responsfunctie wordt op soortgelijke wijze s gedefinieerd en hangt samen met de overdrachtsfunctie. Wiskundig wordt de frequentie-responsfunctie gedefinieerd, als de Fourier getransformeerde van de uitvoer gedeeld door de Fourier getransformeerde van de invoer. De term * "overdrachtsfunctie" zoals die in deze aanvrage gebezigd . wordt, heeft veelal betrekking op één van beide, dat wil zeggen op een tijdsdomeinweergave of op een frequentiedo-meinweergave en wordt wisselend toegepast.
Kanaalfilterkarakteristieken in een bepaald kanaal kunnen veranderen met betrekking tot de tijd wanneer het kanaal beïnvloed wordt door een aantal verschillende parameters. Figuur 6 toont een grafische weergave van kanaalfilter A, waarbij de kanaalfilterkarakteristieken veranderen wanneer tijd t = 5, zodat de nieuwe kanaalfilterkarakteristieken overeenkomen met kanaalfilter B (Figuur 4).
Zoals onderstaand zal worden beschreven kunnen volgens de onderhavige uitvinding de wiskundige karakteristieken van een bepaald kanaalfilter geschat en geïdentificeerd worden. Bovendien kunnen gewenste kanaalfilterkarakteristieken bewaakt worden, zodat veranderingen in de kanaal-filterkarakteristieken met betrekking tot de tijd (zoals in Figuur 7) gedetecteerd kunnen worden.
Figuur 8 toont een blokschema waarin een werkwijze voor het identificeren van kanaalfilterkarakteristieken volgens de onderhavige uitvinding wordt weergegeven. Eerst levert de systeeminvoer vanaf een zender onder in het boorgat onbewerkte MWD-gegevens r(t) aan een onbekend systeem, dat bepaald wordt door het boorspoelingkanaal g(t). Het zal duidelijk zijn dat de onbewerkte MWD-gegevens r(t) zullen lijken op de in een van de Figuren 3 of 4 getoonde invoer-signalen. Na het door de kolom boorspoeling naar boven stijgen van het MWD-gegevenssignaal worden de drukpulsen omgezet in elektrische signalen door een in de standpijp gelegen drukoverdrager 46 (of door een in de ringvormige ruimte gelegen drukoverdrager 60). De hiervan afkomstige analoge signalen worden door een signaalconditionerings- ? kaart 48, 48' gevoerd en omgezet in digitale signalen, die vervolgens naar de decodeerinrichting (66 of 66') gaan. De signalen zullen eerst via versterkers 62 of 62' worden versterkt en vervolgens door een digitaal filter 64, 64' worden gevoerd, dat als een trendalgoritme zal optreden, teneinde zeer lage frequenties, eventuele valse drukfluc-tuatie en eventuele bij de MWD-signalen horende gelijkstroom te elimineren. Vervolgens wordt het signaal verwerkt door een decodeerinrichting 66 of 66', die de nulkruisingspunten in het signaal detecteert en die de overgebrachte bits identificeert als een reeks nullen en enen. In Figuur 8 is met verwijzingscijfer 80 een voorbeeld van een boodschap bestaande uit gedecodeerde gegevens aangeduid. Deze gedecodeerde gegevens worden vervolgens naar een golfvormopwekker 82 gestuurd, die de oorspronkelijk golfvorm uit het boorgat opwekt. De golfvormopwekker 82 levert vervolgens de gereconstrueerde golfvorm aan de kanaalidentificatiemodule 84 volgens de onderhavige uitvinding. In de kanaalidentificatiemodule (CHID) 84, is q(t) de overdrachtsfunctie van het onbekende boorspoelingkanaalsysteem g(t). Aanvankelijk wordt q(t) geschat op basis van eerdere ervaringen. Met deze geschatte q(t) als het uitgangspunt bestaat het doel van de CHID 84 eruit de uitvoer van het gekozen model S2(t) te vergelijken met dat van het onbekende systeem s(t), teneinde een schattingsfout e2(t) te produceren. Deze fout wordt gebruikt voor het kiezen van q(t), teneinde te voldoen aan een bepaalde criterium, dat bij voorkeur betrekking heeft op het minimaliseren van de gemiddelde kwadraatfout (MSE) E(s(t)-s2(t))2.
De fout e2(t) kan geschreven worden als: e2(t) = s(t) - s2(t) 0 < t < T
waarbij -j~
Figure NL9101513AD00141
waarbij T de duur van de bit-tijd is (zie Figuur 3); n2(t) de kanaalruis is en v een loze variabele is.
Er zijn veel verschillende manieren om het onbekende systeem te modelleren; derhalve zijn er verschillende criteriumfuncties teneinde de fout e2(t) te minimaliseren.
Indien r(t) en y(t) stationaire processen zijn, dan is ®yr(f) = G(f)srr(^) waarbij y y(t) = g(t - v) r(v)dv
Syr(f) is de spectrumdichtheid van de kruisstroom en Srr(f) is de spectrumdichtheid van de automatische stroom (E: auto power) van r(t). De overdrachtsfunctie kan dan als volgt geschreven worden: G(f) = Syj- (f ) /Srr (f )
Beide spectrale schattingsmethoden, zowel de parametrische als de niet-parametrische methode, worden toegepast voor het bepalen en beoordelen van de onbekende overdrachtsfunctie G(f) van de kolom boorspoeling. In het geval van de niet-parametrische methode wordt de Discrete Fourier Getransformeerde toegepast op de onbewerkte gegevens en op de uitvoer van het onbekende systeem. Vervolgens wordt de spectrumdichtheid van de automatische stroom (E: auto power) en van de kruisstroom bepaald en opgelost voor de overdrachtsfunctie G(f).
In het geval van de parametrische methode zal de identificatie een lineair model zijn volgens de volgende lineaire differentiaalvergelijking: s2(t)+a^S2(t-1)+...+ans2(t-n) = b^r(t-1)+...+bnr(t-n)+e2(t) waarbij a^ .an en b1( ..., bn de te schatten en op te lossen modelparameters zijn. Er zijn diverse onderling verschillende digitale verwerkingsmethodes voor het schatten en instellen van de modelparameters bekend, waarbij de verwerking in werkelijke tijd of stapelsgewijze kan geschieden. Tot deze methoden horen o.a. (a) de steilste hellingsmethode (E: steepest descent method), (b) de stochastische methode, (c) de kleinste kwadratenmethode en (d) de instrumentaal-variabelemethode (E: instrumental variable method). Wanneer de modelparameters eenmaal geschat zijn, kan G(f) opgelost worden.
Zo wordt een iteratief proces toegepast, waarbij de gedecodeerde systeemuitvoer continu bewaakt wordt en gebruikt wordt voor het instellen van de modelparameters, totdat de sommeerfunctie nagenoeg 0 is. Hier is de kanaalfilterkarakteristiek oftewel de overdrachtsfunctie van het kanaalfilter voor dat punt in de tijd bepaald en kan deze afgezet worden als amplitude en fase versus frequentie (volgens Bode).
Indien de signalen in zowel de ringvormige ruimte als in de standpijp gemeten worden, kan dezelfde analyse uitgevoerd worden zonder de gegevens te decoderen en kunnen de kanaalkarakteristieken van het communicatiekanaal via de boorvloeistof geïdentificeerd worden. Deze techniek kan op verschillende manieren worden toegepast.
In de Figuren 8a tot en met 8D zijn vier van dergelijke manieren weergegeven.
Figuur 8A toont hoe de overdrachtsfunctie door de ringvormige ruimte wordt berekend, waarbij gebruik gemaakt wordt van het gedecodeerde signaal uit de ringvormige ruimte. Figuur 8A toont hoe met behulp van de techniek volgens Figuur 8 het retoursignaal (ARS) aan de oppervlakte waargenomen wordt, het op de in het voorgaande beschreven wijze door de zender verzonden signaal gereconstrueerd wordt en hoe met dit gereconstrueerde signaal de overdrachtsfunctie van het ringvormige kanaal in de module 84 wordt berekend.
Figuur 8B toont hoe de overdrachtsfunctie van de ringvormige ruimte wordt berekend, waarbij gebruik gemaakt wordt van de gedecodeerde gegevens uit het standpijp (SPP) signaal voor het reconstrueren van het signaal uit het boorgat. Dit is van belang wanneer het aan de oppervlakte, ontvangen signaal uit de ringvormige ruimte als gevolg van ruis of van de toestroming van gas zodanig verminkt is dat het niet kan worden gedecodeerd.
Figuur 8C komt overeen met Figuur 8 en toont de werkwijze volgens de uitvinding zoals deze toegepast wordt voor het creëren van de overdrachtsfunctie van het standpijpkanaal, waarbij gebruik gemaakt wordt van het gedecodeerde signaal uit de standpijp.
Figuur 8C toont de werkwijze volgens de uitvinding zoals deze toegepast wordt voor het berekenen van de overdrachtsfunctie van het standpijpkanaal, waarbij gebruik gemaakt wordt van het gedecodeerde signaal uit de ringvormige ruimte.

Claims (15)

1. Werkwijze voor het schatten van de overdrachtsfunctie van een communicatiekanaal, waarbij het communicatiekanaal bepaald wordt door de boorvloei-stof in een stuk boorpijp of door de boorvloeistof in de ringvormige ruimte tussen een boorgatwand en een boorketen in het boorgat, gekenmerkt door het overbrengen, door het communicatiekanaal, van een drukpuls afkomstig uit het boorgat als reactie op een signaal uit het boorgat, het ontvangen van de overgebrachte drukpuls en het omzetten van de drukpuls in een oppervlakte-signaal, het decoderen van het oppervlakte-signaal voor het bepalen van een gedecodeerd signaal, het op basis van het gedecodeerde signaal reconstrueren van de oorspronkelijke golfvorm van het signaal uit het boorgat teneinde een gereconstrueerde golfvorm r(t) te bepalen en het op basis van de gereconstrueerde golfvorm r(t) bepalen van de overdrachtsfunctie q(t) van het communicatiekanaal.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het communicatiekanaal de ringvormige ruimte omvat en dat de overgebrachte drukpuls ontvangen wordt vanuit de ringvormige ruimte.
3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het communicatiekanaal de ringvormige ruimte omvat en dat de overgebrachte drukpuls ontvangen wordt vanuit het inwendige van de boorpijp.
4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het communicatiekanaal het inwendige van de boorpijp omvat en dat de overgebrachte drukpuls ontvangen wordt vanuit de ringvormige ruimte.
5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het communicatiekanaal het inwendige van de boorpijp omvat en dat de overgebrachte drukpuls ontvangen wordt vanuit het inwendige van de boorpijp.
6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-5, waarbij het oppervlaktesignaal een analoog elektrisch signaal is, gekenmerkt door het omzetten van het analoge elektrische signaal in een digitaal oppervlaktesignaal.
7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het gedecodeerde signaal een binair signaal omvat..
8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-7, met het kenmerk, dat het bepalen van de overdrachtsfunctie q(t) van het communicatiekanaal bestaat uit het schatten van een overdrachtsfunctie q(t) en het opwekken van een model-golfvorm s2(t), het vergelijken van s2(t) met s(t) en het opwekken van een schattingsfout e2(t) en het toepassen van e2(t) voor het kiezen van de overdrachtsfunctie q(t) van het communicatiekanaal teneinde te voldoen aan een vooraf gekozen criterium.
9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de stap van het voldoen aan het vooraf gekozen criterium bestaat uit het minimaliseren van de gemiddelde kwadratenfout.
10. Werkwijze volgens conclusie 8, gekenmerkt door het op iteratieve wijze herhalen van de procedurele stappen totdat e2(t) nagenoeg nul is.
11. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-7, met het kenmerk dat het bepalen van de over drachtsfunctie q(t) van het communicatiekanaal bestaat uit het toepassen van de Discrete Fourier Getransformeerde (DFT) op de gereconstrueerde golfvorm r(t) en het oppervlaktesignaal en het bepalen van de spectrumdichtheid van de automatische stroom (E: auto power) en van de kruisstroom naar de DFT en het oplossen voor de overdrachtsfunctie G(f) .
12. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, gekenmerkt door het bewaken van de bepaalde overdrachtsfunctie met betrekking tot de tijd en het modificeren van de overdracht van drukpulsen op basis van de bewaakte overdrachtsfunctie, teneinde de signaaldetectie aan de oppervlakte te optimaliseren.
13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de modificeerstap bestaat uit het wijzigen van de pulsamplitude, het codetype of de codefre-quentie.
14. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-11, gekenmerkt door het bewaken van de bepaalde overdrachtsfunctie met betrekking tot de tijd en het modificeren van althans één boorparameter op basis van de bewaakte overdrachtsfunctie, teneinde de signaaldetectie aan de oppervlakte te optimaliseren.
15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de modificeerstap bestaat uit het wijzigen van stromingssnelheid van de boorvloeistof.
NL9101513A 1990-09-10 1991-09-09 Analyse en identificatie van een kolom boorvloeistof, op basis van het decoderen van meten-tijdens-het-boren signalen. NL9101513A (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US57970690 1990-09-10
US07/579,706 US5055837A (en) 1990-09-10 1990-09-10 Analysis and identification of a drilling fluid column based on decoding of measurement-while-drilling signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL9101513A true NL9101513A (nl) 1992-04-01

Family

ID=24318011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9101513A NL9101513A (nl) 1990-09-10 1991-09-09 Analyse en identificatie van een kolom boorvloeistof, op basis van het decoderen van meten-tijdens-het-boren signalen.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5055837A (nl)
GB (1) GB2247905B (nl)
NL (1) NL9101513A (nl)
NO (1) NO913547L (nl)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5222048A (en) * 1990-11-08 1993-06-22 Eastman Teleco Company Method for determining borehole fluid influx
US5283768A (en) * 1991-06-14 1994-02-01 Baker Hughes Incorporated Borehole liquid acoustic wave transducer
NO305219B1 (no) * 1994-03-16 1999-04-19 Aker Eng As FremgangsmÕte og sender/mottaker for overf°ring av signaler via et medium i r°r eller slanger
US5774418A (en) * 1994-04-28 1998-06-30 Elf Aquitaine Production Method for on-line acoustic logging in a borehole
US7013997B2 (en) * 1994-10-14 2006-03-21 Weatherford/Lamb, Inc. Methods and apparatus for cementing drill strings in place for one pass drilling and completion of oil and gas wells
CA2165017C (en) * 1994-12-12 2006-07-11 Macmillan M. Wisler Drilling system with downhole apparatus for transforming multiple dowhole sensor measurements into parameters of interest and for causing the drilling direction to change in response thereto
DK0857249T3 (da) 1995-10-23 2006-08-14 Baker Hughes Inc Boreanlæg i lukket slöjfe
GB9607297D0 (en) * 1996-04-09 1996-06-12 Anadrill Int Sa Noise detection and suppression system for wellbore telemetry
GB2371582B (en) 2000-03-10 2003-06-11 Schlumberger Holdings Method and apparatus enhanced acoustic mud impulse telemetry during underbalanced drilling
GB0005746D0 (en) * 2000-03-10 2000-05-03 Schlumberger Holdings Method and apparatus enhanced acoustic mud pulse telemetry during underbalanced drilling
US7417920B2 (en) * 2001-03-13 2008-08-26 Baker Hughes Incorporated Reciprocating pulser for mud pulse telemetry
US6898150B2 (en) * 2001-03-13 2005-05-24 Baker Hughes Incorporated Hydraulically balanced reciprocating pulser valve for mud pulse telemetry
US7082821B2 (en) * 2003-04-15 2006-08-01 Halliburton Energy Services, Inc. Method and apparatus for detecting torsional vibration with a downhole pressure sensor
GB2435660B (en) * 2004-11-22 2009-10-14 Baker Hughes Inc Identification of the channel frequency response using chirps
WO2006058006A2 (en) * 2004-11-22 2006-06-01 Baker Hughes Incorporated Identification of the channel frequency response using chirps and stepped frequencies
US7983113B2 (en) * 2005-03-29 2011-07-19 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for downlink communication using dynamic threshold values for detecting transmitted signals
US7313052B2 (en) * 2005-04-08 2007-12-25 Baker Hughes Incorporated System and methods of communicating over noisy communication channels
US9726010B2 (en) * 2007-07-13 2017-08-08 Baker Hughes Incorporated Estimation of multichannel mud characteristics
US20090034368A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 Baker Hughes Incorporated Apparatus and method for communicating data between a well and the surface using pressure pulses
US20090146836A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus to configure drill string communications
US9618643B2 (en) * 2010-01-04 2017-04-11 Pason Systems Corp. Method and apparatus for decoding a signal sent from a measurement-while-drilling tool
US9033048B2 (en) * 2011-12-28 2015-05-19 Hydril Usa Manufacturing Llc Apparatuses and methods for determining wellbore influx condition using qualitative indications
US11639663B2 (en) 2019-10-16 2023-05-02 Baker Hughes Holdings Llc Regulating flow to a mud pulser

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3959770A (en) * 1974-10-21 1976-05-25 Stanford Research Institute Method and apparatus for error compensation in multichannel systems
US4293936A (en) * 1976-12-30 1981-10-06 Sperry-Sun, Inc. Telemetry system
GB2142679A (en) * 1983-06-23 1985-01-23 Teleco Oilfield Services Inc Method and apparatus for borehole fluid influx detection
DE3428931C1 (de) * 1984-08-06 1985-06-05 Norton Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah Vorrichtung zur Fernuebertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberflaeche waehrend des Betriebs eines Bohrgeraetes

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895343A (en) * 1973-05-07 1975-07-15 Amoco Prod Co Apparatus for producing adaptive pilot signals
US4692911A (en) * 1977-12-05 1987-09-08 Scherbatskoy Serge Alexander Methods and apparatus for reducing interfering effects in measurement while drilling operations
US4215425A (en) * 1978-02-27 1980-07-29 Sangamo Weston, Inc. Apparatus and method for filtering signals in a logging-while-drilling system
CA1189442A (en) * 1981-11-09 1985-06-25 Gary D. Berkenkamp Pump noise filtering apparatus for a borehole measurement while drilling system utilizing drilling fluid pressure sensing
US4642800A (en) * 1982-08-23 1987-02-10 Exploration Logging, Inc. Noise subtraction filter
US4590593A (en) * 1983-06-30 1986-05-20 Nl Industries, Inc. Electronic noise filtering system
US4730281A (en) * 1985-03-15 1988-03-08 Nl Industries, Inc. Data processing filtering method and apparatus
US4750157A (en) * 1987-05-06 1988-06-07 Standard Oil Production Company Seismic vibrator earth impedance determination and compensation system
US4878206A (en) * 1988-12-27 1989-10-31 Teleco Oilfield Services Inc. Method and apparatus for filtering noise from data signals
NL9002727A (nl) * 1990-01-09 1991-08-01 Teleco Oilfield Services Inc Werkwijze voor het decoderen van mwd-signalen, waarbij gebruik gemaakt wordt van druksignalen in de ringvormige ruimte.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3959770A (en) * 1974-10-21 1976-05-25 Stanford Research Institute Method and apparatus for error compensation in multichannel systems
US4293936A (en) * 1976-12-30 1981-10-06 Sperry-Sun, Inc. Telemetry system
GB2142679A (en) * 1983-06-23 1985-01-23 Teleco Oilfield Services Inc Method and apparatus for borehole fluid influx detection
DE3428931C1 (de) * 1984-08-06 1985-06-05 Norton Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah Vorrichtung zur Fernuebertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberflaeche waehrend des Betriebs eines Bohrgeraetes

Also Published As

Publication number Publication date
NO913547L (no) 1992-03-11
NO913547D0 (no) 1991-09-09
GB2247905B (en) 1994-10-12
GB2247905A (en) 1992-03-18
GB9119318D0 (en) 1991-10-23
US5055837A (en) 1991-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL9101513A (nl) Analyse en identificatie van een kolom boorvloeistof, op basis van het decoderen van meten-tijdens-het-boren signalen.
US4733233A (en) Method and apparatus for borehole fluid influx detection
US4733232A (en) Method and apparatus for borehole fluid influx detection
US7680600B2 (en) Method, system and apparatus for formation tester data processing
RU2374443C2 (ru) Система оповещения о выбросе, использующая высокочастотный режим флюида в стволе скважины
US20230228897A1 (en) Spectral analysis and machine learning of acoustic signature of wireline sticking
US9933538B2 (en) Adaptive optimization of output power, waveform and mode for improving acoustic tools performance
Berro et al. Laboratory investigations of a hybrid mud pulse telemetry (HMPT)–A new approach for speeding up the transmitting of MWD/LWD data in deep boreholes
EP2978936A1 (en) Automated rig activity report generation
WO2020231457A1 (en) Detection and quantification of sand flows in a borehole
US20030026167A1 (en) System and methods for detecting pressure signals generated by a downhole actuator
US5272680A (en) Method of decoding MWD signals using annular pressure signals
CA1218740A (en) Method and apparatus for borehole fluid influx detection
US11725505B2 (en) Machine learning mud pulse recognition networks
US20200271808A1 (en) Synthetic aperture to image leaks and sound sources
GB2160565A (en) Making measurements in wellbores
NO20230117A1 (en) Non-intrusive tracking of objects and fluids in wellbores
WO2022075982A1 (en) Data rate optimization and synchronization for mud-pulse telemetry in a wellbore
NL9002727A (nl) Werkwijze voor het decoderen van mwd-signalen, waarbij gebruik gemaakt wordt van druksignalen in de ringvormige ruimte.

Legal Events

Date Code Title Description
BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BC A request for examination has been filed
BV The patent application has lapsed