NO325843B1

NO325843B1 - Borehulls telemetrisystem med rekonfigurerbar multiplekset dataforbindelse

Info

Publication number: NO325843B1
Application number: NO20022742A
Authority: NO
Inventors: Shohachi Miyamae; Tetsuya Tanaka; David Mathison
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2008-07-28
Also published as: GB2374365A; AU778302B2; GB2374365B; NO20022742L; AU1295701A; WO2001042623A1; US6552665B1; NO20022742D0; GB0212366D0

Description

TEKNISK OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse vedrører et telemetrisystem for bruk i forbindelse med loggesonder i borehull. Spesielt angår oppfinnelsen et system for å kommuni-sere mellom en borehullssonde, når den befinner seg i borehullet, og et overflatesystem. Oppfinnelsen tilveiebringer også et system for kommunikasjon mellom ulike sonder som er koplet til det samme overflatesystem mens de befinner seg i borehullet.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Ved logging av borehullet, omfatter én fremgangsmåte for å ta under-grunnsmålinger, å forbinde én eller flere sonder med en kabel som er tilkoplet et overflatesystem. Sondene blir så senket ned i borehullet ved hjelp av kabelen og så trukket tilbake til overflaten ("logget") gjennom borehullet mens det tas målinger. Kabelen har ofte flere ledere (en "heptakabel" med sju ledere er vanlig). Lederne i kabelen leverer kraft til sonden fra overflaten og utgjør en rute for elek-triske signaler som kan overføres mellom sonden og overflatesystemet. Disse sig-nalene er f .eks. sondestyringssignaler som passerer fra overflatesystemet til sonden, og sondedriftssignaler og -data som passerer fra sonden til overflatesystemet. En skjematisk skisse av et tidligere kjent telemetrisystem er vist på fig. 1. Det viste system omfatter en digital telemetrimodul DTM som typisk befinner seg på overflaten, en kabel C, en nedhulls telemetrimodul DTC ved hodet til en sondestreng som innbefatter et antall nedhullssonder T1, T2,... som hver inneholder en respektiv grensesnittspakke IP1, IP2,... gjennom hvilke de er i kommunikasjon med DTC via en høyhastighets sondedatabuss FTB. Dette systemet er innrettet for å håndtere datastrømmer i motsatte retninger, dvs. fra sondene, via de respek-tive IP'er og FTB'en, til DTCen og så til DTM over den samme kabel ("oppover"), og den motsatte retning fra DTM'en til DTCen og sonder over den samme vei ("nedover"). Siden hovedformålet med systemet er å fremskaffe en kommunika-sjonsvei fra sondene til overflaten slik at data innsamlet av sondene under bruk kan behandles og analyseres på overflaten, favoriserer den anvendte protokoll oppoverretningen på bekostning av nedoverretningen for å optimalisere en data-strøm fra sondene. Kommunikasjonsveien er splittet i to deler, kabelen C og sondedatabussen FTB, og drift av disse to, er asynkrone med hverandre. I FTB'en omfatter både oppoverretningen og nedoverretningen bifasemodulasjon under anvendelse av halvduplekssystemer for identisk øyeblikksdatahasighet og -frekvens synkronisert til en klokke i DTC. Differansen mellom oppadretningen og nedad-ret-ningen er at oppadretningen benytter CRC-feildeteksjon med gjenutsendelse av detekterte dårlige pakker, mens nedoverretningen alltid sender to ganger. På den annen side er de oppadrettede og nedadrettede systemer i kabelen C ganske forskjellige. Oppadrettet kommunikasjon benytter kvadraturamplitude-modulasjon under anvendelse av T5- og T7-kabelmodi, mens forbindelsen nedover benytter bare bifasemodulasjon og T5-kabelmodus. Både oppadrettet og nedadrettet kommunikasjon er halvdupleks med CRC-feildeteksjon og gjenutsendelse av detekterte dårlige pakker. Resultatet av dette er at oppadretningen ofte vil ha en effektiv datahastighet på 500kbps sammenliknet med en effektiv nedadrettet hastighet på 40 kbps. Når arbeidsfrekvensen er 6Hz, vil et slikt system således ha en periode på 166,7ms hvor omkring 150ms er tildelt oppadrettet kommunikasjon. En passende protokoll for å realisere et slikt system, er beskrevet i US 5,191,326 og US 5,331,318, hvis innhold herved inkorporeres som referanse.

WO A2 9810540 omhandler et telemetrisystem med en multiplekset dataforbindelse mellom to telemetrimoduler, hvor antall påfølgende tidsvinduer, i. e. totalt tidsvindu for transmisjon i motsatte retninger kan justeres fra basestasjonen etter kapasitetsbehov i hver retning, og hvor ny rammestruktur-informasjon sendes fra basestasjon til terminalstasjoner.

De siste fremskritt ved borehullssonder har resultert i sonder som innbefatter funksjonelle komponenter som kan aksesseres via sonde-telemetrisystemet og omprogrammeres. Et eksempel på dette er beskrevet i WO 97/28466. Selv om det er mulig å bevirke omprogrammering av en slik sonde ved å bruke det telemetrisystemet som er beskrevet ovenfor, betyr den forholdsvis store mengde med data som skal sendes ned gjennom hullet og den forholdsvis lave datahastigheten til den nedadrettede kommunikasjonen, at den tid som brukes til å oppnå omprogrammering av en enkelt sonde, sannsynligvis vil være i størrelsesorden flere timer. Dette betyr i virkeligheten at nedhulls omprogrammering er upraktisk, og selv omprogrammering på overflaten er en langsom og intensiv prosess.

Foreliggende oppfinnelse har til formål å fremskaffe et telemetrisystem som opprettholder den prioritet gitt den oppadrettede datastrøm under logging, men som kan konfigureres for å tillate økt nedadrettet datastrøm når det er nødvendig.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Ett aspekt av foreliggende oppfinnelse fremskaffer et borhullstelemetri-system som omfatter en telemetrimodul på overflaten, en telemetrimodul nede i et borehull og en multiplekset dataforbindelse mellom overflate- og nedhulls-modulene som er i stand til å overføre data alternativt mellom en oppadrettet retning hvor data blir overført fra nedhullsmodulen til overflatemodulen, og en nedadrettet forbindelse hvor data blir overført fra overflatemodulen til nedhullsmodulen; hvor dataforbindelsen kan omkoples mellom en første konfigurasjon der en forholdsvis lang tid er tildelt til den oppadrettede kommunikasjon og en forholdsvis kort tid er tilordnet til nedadrettede kommunikasjon, og en annen konfigurasjon hvor en forholdsvis lang tid er tildelt den nedadrettede kommunikasjon og en forholdsvis kort er tildelt en oppadrettet kommunikasjon.

Modulasjonen av den oppadrettede kommunikasjon og den nedadrettede kommunikasjon kan være den samme eller den kan være forskjellig. I en fore-trukket utførelsesform benytter den oppadrettede kommunikasjon kvadraturamplitude-modulasjon og den nedadrettede modulasjon benytter bifase-modulasjon. Når en flerlederkabel blir brukt til å tilveiebringe dataforbindelsen, kan forskjellige modi brukes til henholdsvis oppadrettet- og nedadrettet kommunikasjon. For eksempel kan T5- og T7-modi benyttes til oppadrettet kommunikasjon og T5-modus til nedadrettet kommunikasjon. Andre modi eller former for dataforbindel-ser kan benyttes der det passer.

Systemet kan bevirke endringen mellom konfigurasjonene ved å sende et styresignal fra overflatemodulen til nedhullsmodulen.

Et system i henhold til oppfinnelsen er spesielt egnet for anvendelse ved borehullslogging under bruk av en streng med nedhulls sonder. I den første ut-førelsesform er systemet optimalisert for å sende data fra nedhullssondene til overflaten, og i den annen utførelsesform er det optimalisert for å tillate program-mering av sondene i sondestrengen fra telemetrimodulen på overflaten. En kabel er en vanlig form for dataforbindelsen mellom telemetrimodulene på overflaten og nede i borehullet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 viser en skjematisk skisse av et tidligere kjent telemetrisystem; Fig. 2a og 2b viser skjematisk utformingen av et telemetrisystem for henholdsvis nedadrettet og oppadrettet kommunikasjon; Fig. 3 viser på hvilken måte data blir håndtert i DTC for overføring over kabelen til overflaten; Fig. 4 viser på hvilken måte dataene blir håndtert i DTC, mottatt over kabelen fra overflaten for overføring til sondestrengen; Fig. 5 viser tidstildelingen for oppadrettet og nedadrettet kommunikasjon i den første utførelsesform av systemet i henhold til oppfinnelsen; og Fig. 6 viser tidstildelingen for oppadrettet og nedadrettet kommunikasjon i den annen utførelsesform av systemet i henhold til oppfinnelsen.

BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORM

Fig. 2a og 2b viser skjematiske diagrammer av de to utførelsesformer av et telemetrisystem i samsvar med oppfinnelsen. De funksjonelle, grunnleggende deler av systemet omfatter en overflate-telemetrimodul 10, en kabel 12 og nedhulls telemetrimodul 14. Overflate-telemetrimodulen 10 innbefatter en modulator 16 for nedadrettet kommunikasjon og en demodulator 18 for oppadrettet kommunikasjon, hvor begge kamvære koplet til kabelen 12. Telemetrimodulen 14 nede i borehullet kan likeledes inneholde en demodulator 20 for nedadrettet kommunikasjon og en modulator 22 for oppadrettet kommunikasjon, der begge kan være forbundet med kabelen 12. På fig. 2a er systemet utformet for nedadrettet kommunikasjon, og dermed så er modulatoren 16 og demodulatoren 20 for nedadrettet kommunikasjon koplet til kabelen 12. Under bruk passerer signaler fra overflatetelemetrimodulen 10, via modulatoren 16, kabelen 12 og demodulatoren 20, til den nedhulls telemetrimodul 14 hvorfra de blir videreført til de forskjellige sonder i sondestrengen (ikke vist). Fig. 2b viser situasjonen for en oppadrettet kommunikasjon hvor forbindelsene og datastrømmene er reversert.

I

Fig. 3 og 4 viser skjematisk på hvilken måte dataene er i henholdsvis den oppadrettede og nedadrettede kommunikasjon. For den oppadrettede kommunikasjon (fig. 3) mottar DTC et antall pakker, hver fra en FTB-ramme F og som stammer fra en IP i sondestrengen (ikke vist). Hver pakke omfatter et pakketype-ord 100, en pakkekjerne 102 og et CRC-ord 104 (syklisk redundanskontroll-ord). DTC kontrollerer CRC-ordet og eventuelle andre inkonsistenser i hver pakkekjerne 102. Avhengig av feilen (om noen), blir en feilbit innstilt i et pakkefeilord 106, et ufullstendig feilord 108 eller et forsinkelsesfeilord 110 (én bit for hver pakkekjerne). Enhver pakkekjerne med en feil blir forkastet, og tilstanden blir sendt opp gjennom borehullet og brukeren blir varslet. En kvittering blir sendt til hver IP ved starten av neste FTB-ramme. Hvis ingen kvittering blir sendt, betrakter IP dette som en gjenutsendelsesanmodning for vedkommende pakke. DTC stripper CRC 104 og pakkesynkroniseringsordene 100 fra hver pakke og kombinerer pakke-kjernene 102 for å danne en superpakke 112 til hvilken det er tilføyd et pakkefeilord 106, et ufullstendig feilord 108 og et forsinkelsesfeilord 110. Hver superpakke opptar en posisjon i et flerords buffer 116 i DTC og blir merket med en super-pakkeindeks 118 som indikerer posisjonen i bufferlageret 116. Hvert buffersted er forsynt med en alderspeker 120 for å gjøre det mulig å sende den eldste super-pakken først, og en tom/full-indikator 122 for å indikere om en superpakke er blitt mottatt uten feil eller må sendes ut å nytt. Når den oppadrettede ramme på kabelen åpnes, blir hver superpakke sendt opp gjennom hullet til DTM, den ene etter den andre så lenge kabelens oppadrettede periode tillater (eller inntil bufferet er tomt, hvis det er kortere). Til hver superpakke er det tilføyd en rekke styreord eller biter, slik som en T5 superpakkesynkronisering 124, en T7 superpakkesynkronisering 126, en superpakkelengde 128, et oppadrettet DTC-styreekko (DTC-forsterkningsgrader, status og sendehastigheter) 130, en DTC-avgangstid 132, en DTC-ankomsttid for den foregående kabelramme 134, og et CRC-ord 136.

For den nedadrettede kommunikasjon (fig. 4), sender DTM en nedadrettet streng 200, typisk omfattende et T5 superpakkesynkroniseringsord 202, et super-pakkelengdeord 204, en DTC for styring av oppadrettet kommunikasjon 206, en DTC-slaveklokkejustering 208, en treningsbit 210, en sekvensbit 212, en super-pakkekvittering 214, N pakkekjerner 216 og CRC-ordet 218. Ved mottakelsen 230 blir synkroniseringspulsen 202 fjernet, CRC blir beregnet, og eventuelle feil blir sendt tilbake til DTM for å anmode om en ny utsendelse. DTC tar hensyn til an-komsttiden og lagrer den for overføring tilbake til DTM ved den neste oppadrettede overføring for slaveklokke-synkronisering. Styringene 206 for den oppadrettede DTC-forbindelse blir levert til DTC under den neste oppadrettede over-føring. DTC-slaveklokkejusteringen blir brukt til å holde DTC-slaveklokken 235 synkronisert med DTM'ens hovedtidsklokke. Treningsbiten 210 blir brukt til å inn-stille DTC-treningsmodusen, og sekvensbiten 212 vender for hver nedadrettet sekvens for å detektere manglende rammer 240. Superpakke-kvitteringen 214 bekrefter den tidligere oppadrettede forbindelse, idet hver bit svarer til en superpakke. Hver superpakke som indikeres som mottatt med en feil, vil bli gjenutsendt, og hver superpakke som blir indikert som mottatt uten feil, får sin posisjon i bufferet 116 indikert som tomt ved hjelp av et flagg 122, og er tilgjengelig for gjen-bruk 250. De gjenværende pakkekjernedata 260 venter inntil den neste nedadrettede FTB-forbindelse åpner 270, ved hvilket punkt CRC 272 og synkronise-ringsordene 274 blir tilføyd hver pakke 276 for å fremskaffe FTB-pakker 278 som hver blir gjentatt 278' slik at den relevante IP kan velge den beste ved å kontroll-ere CRC. FTB-pakkene blir sendt i den rekkefølge hvor de blir mottatt, av DTM (først inn til DTM, først ut av DTC).

Fig. 5 viser tidstildelingen for den oppadrettede kommunikasjon tu og den nedadrettede kommunikasjon to under en vanlig loggeoperasjon. For den oppadrettede kommunikasjon U blir tiden bestemt av datahastigheten, antallet superpakker (et typisk buffer vil inneholde 32 superpakker) og størrelsen av hver superpakke (vanligvis 1024 ord i hver superpakke, hvorav en kjerne opp til 1016 ord er pakkekjerner, og det er én pakkekjerne pr. sonde i strengen, f.eks. opp til 16 sonder). Når den nedadrettede forbindelse D bare inneholder én streng, er tiden avhengig av datahastigheten, antallet pakker (typisk én pr. sonde i sondestrengen, derfor typisk opp til 16), og antallet ord pr. pakke (typisk opp til åtte ord). Dette er den måte hvorpå systemet på fig. 1 opererer til enhver tid, og kan i forbindelse med foreliggende oppfinnelse betraktes som den første utførelsesform av dataforbindelsen.

For direkte programmeringsaktiviteter tilpasses i henhold til foreliggende oppfinnelse, den annen dataforbindelsesutforming som vist på fig. 6, hvor mer tid tD', er tilgjengelig for nedadrettet kommunikasjon D' og mindre tid tu- for oppadrettet kommunikasjon IT. Dette kan oppnås på følgende måte: først blir antallet pakkekjerner og/eller antallet ord pr. pakkekjerne i hver nedadrettet streng øket. Vanligvis vil datahastigheten og modulasjonstypen som benyttes for den nedadrettede kommunikasjon, forbli den samme som i den første utførelsesform for å forenkle implementeringen. Deretter blir størrelsen av superpakkene i den oppadrettede kommunikasjon redusert ved å redusere størrelsen av pakkekjernedata-ene i hver superpakke. I én utførelsesform vil hver kjernepakke bestå av ett ord som bare er en bekreftelse på mottakelsen av dataene fra den foregående nedadrettede forbindelse. Størrelsen av superpakke-kjernedataene kan således være så liten som 16 ord i den typiske utførelsesform av en sondestreng som er nevnt ovenfor, og følgelig vil mindre tid være nødvendig for å sende hele innholdet i bufferlageret. Igjen behøver datahastigheten og modulasjonstypen ikke å bli forandret.

Omkoplingen mellom de to konfigurasjoner krever modifikasjon av styringen av både DTM og DTC. DTM er under direkte programvarestyring ved overflaten. DTC-styringen kan modifiseres ved å benytte den oppadrettede DTC-styredel av den nedadrettede streng. Passende styreord blir innbefattet for å endre super-pakkestørrelsen. Hver FTB-pakke kan innbefatte instruksjoner for hver sonde om å sende bare det ene ord for kvittering for mottakelse.

Ved å anvende den ovenfor beskrevne løsning, er det mulig å sørge for reprogrammering av en sonde over den vanlige loggekabel på en tid som kan måles i minutter istedenfor timer, som tilfellet er med nåværende telemetrisyste-mer.

I den annen utførelsesform er FTB-pakkene forskjellige ved at de er lenger enn i den første utførelsesform, og mer enn én FTB-pakke kan gå til en gitt sonde fra hver nedadrettet streng. I dette tilfelle vil hver FTB-pakke krever spesifikk adressering for å bli mottatt av IP for vedkommende sonde. Det er klart at det er mulig å spre perioder av de to utførelsesformer blant hverandre for å gjøre det mulig for sondene å veksle mellom logging og omprogrammering.

Ved slutten av programmeringen, som kan bekreftes ved hjelp av passende kvitteringssignaler, sender DTM en annen DTC-styring for å instruere DTCen om å gjenoppta sin opprinnelige telemetrioppførsel (første utførelsesform).

Claims

1. Telemetrisystem for borehull, omfattende en telemetrimodul (10) på overflaten, en nedhulls telemetrimodul (14) og en multiplekset dataforbindelse (12) mellom overflate- og nedhulls-modulene (10,14) som er i stand til å overføre data vekselvis mellom en oppadretning hvor data blir overført fra nedhullsmodulen (14) til overflatemodulen (10), og en nedadretning hvor data blir overført fra overflatemodulen (10) til nedhullsmodulen (14); karakterisert ved at dataforbindelsen (12) kan omkoples mellom en første konfigurasjon der en forholdsvis lang tid blir tildelt den oppadrettede kommunikasjon og en forholdsvis kort tid blir tildelt den nedadrettede kommunikasjon, og en andre konfigurasjon hvor en forholdsvis lang tid blir tildelt til den nedadrettede kommunikasjon, og en forholdsvis kort tid blir tildelt den oppadrettede kommunikasjon.

2. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor dataoverføring over dataforbindelsen (12) blir modulert, og hvor modulasjonen for den oppadrettede kommunikasjon er forskjellig fra modulasjonen av den nedadrettede kommunikasjon.

3. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor dataforbindelsen overfører data mellom overflate- og nedhulls-modulene (10,14) via en kabel (12).

4. Telemetrisystem ifølge krav 3, hvor kabelen (12) også leverer kraft til verk-tøy eller sonder (T1-T4) nede i borehullet.

5. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor telemetrimodulen (14) nede i borehullet er forbundet med minst én sonde (TrT4) for å ta målinger mens den er i borehullet, idet dataforbindelsen (12) tjener til å føre data til og fra sonden (TrT4).

6. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor modulen (14) nede i borehullet er instruert om å endre fra den første konfigurasjon til den annen konfigurasjon ved hjelp av et signal overført over dataforbindelsen (12) fra overflatemodulen (10).

7. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor den oppadrettede kommunikasjon over-fører data som en sekvens av superpakker (112), hvor hver superpakke omfatter en rekke datapakkekjerner (102) sammen med tilføyde styre- og status-ord; og hvor den nedadrettede kommunikasjon overfører data i en enkelt datastreng (200) som omfatter en rekke datapakkekjerner (216) og styreinstruksjoner for telemetrimodulen (14) nede i borehullet.

8. Telemetrisystem ifølge krav 7, hvor de oppadrettede superpakker (112) i den første konfigurasjon, innbefatter et forholdsvis stort antall ord, og den nedadrettede streng (200) har forholdsvis få ord sammenliknet med totalen i den oppadrettede superpakkesekvens; og hvor hver oppadrettet superpakke (112) i den annen konfigurasjon har forholdsvis få ord, og den nedadrettede streng (200) har et stort antall ord.

9. Telemetrisystem ifølge krav 7, videre omfattende en nedhulls sondestreng som innbefatter et antall sonder OVT4), hvor hver pakkekjerne (102) i den oppadrettede superpakke (112) stammer fra en sonde (TrT4) i sondestrengen.

10. Telemetrisystem ifølge krav 9, hvor hver datapakke i den nedadrettede streng (200) blir ført til en sonde (TrT4) i sondestrengen.

11. Telemetrisystem ifølge krav 8, hvor det for å endre fra den første konfigurasjon til den annen konfigurasjon, blir sendt et styresignal fra telemetrimodulen (10) på overflaten til telemetrimodulen (14) nede i borehullet for å instruere telemetrimodulen (14) nede i borehullet om å tildele færre ord til hver superpakke (112).

12. Telemetrisystem ifølge krav 8, hvor det for å endre fra den annen konfigurasjon til den første konfigurasjon, blir sendt et styresignal fra telemetrimodulen (10) på overflaten til telemetrimodulen (14) nede i borehullet for å instruere telemetrimodulen (14) nede i borehullet om å tildele flere ord til hver superpakke (112).

13. Telemetrisystem ifølge krav 10, hvor datapakkene i den annen konfigurasjon i den nedadrettede forbindelse blir brukt til å programmere i det minste én sonde (TrT4) i sondestrengen for å endre dens funksjonalitet.

14. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor dataoverføringen over dataforbindelsen (12) er modulert, og modulasjonen i oppadretning er kvadratur-amplitudemodula-sjon.

15. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor dataoverføringen over dataforbindelsen (12) er modulert, og modulasjonen i nedadretning er bifase-modulasjon.

16. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor data som overføres i nedadretning omfatter en datapakke (200) som omfatter et kontroll-ord (218).

17. Telemetrisystem ifølge krav 16, hvor feil i data som overføres i nedadretning, blir indikert med nevnte kontroll-ord (218).

18. Telemetrisystem ifølge krav 17, hvor data i nedadretning blir overført på nytt fra telemetrimodulen (10) på overflaten.

19. Telemetrisystem ifølge krav 16, hvor data som overføres i oppadretning, omfatter en datapakke som omfatter et kontroll-ord (104).