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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims description 67
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 40
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 238000005316 response function Methods 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005654 stationary process Effects 0.000 description 1
- 238000002945 steepest descent method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means 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
- E21B47/14—Means 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
- E21B47/18—Means 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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means 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
- E21B47/14—Means 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
- E21B47/18—Means 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
- E21B47/24—Means 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H17/00—Measuring 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~
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.
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)
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)
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)
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. |
-
1990
- 1990-09-10 US US07/579,706 patent/US5055837A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-09-09 NO NO91913547A patent/NO913547L/no unknown
- 1991-09-09 NL NL9101513A patent/NL9101513A/nl not_active Application Discontinuation
- 1991-09-10 GB GB9119318A patent/GB2247905B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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 |