NO325847B1 - System og fremgangsmate for dataoverforing mellom et loggeverktoy og en datamaskin ved bruk av portabel minnemodul - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt feltet brønnlogging. Mer bestemt vedrører oppfinnelsen overføring og fremhenting av data til og fra et nedihullsverktøy som brukes for å måle undergrunnsegenskaper.

Moderne petroleums-boring og -produksjonsoperasjoner krever en stor meng-de informasjon som er relatert til undergrunnsegenskapene og -tilstandene. Slik informasjon inkluderer karakteristika for formasjonene som krysses av brønnhullet, i til-legg til data relatert til størrelsen og konfigurasjonen av det faktiske brønnhullet. Inn-samlingen av informasjon relatert til disse undergrunnsegenskapene benevnes vanligvis «brønnlogging». Brønnlogge-operasjoner utføres ved hjelp av flere fremgangs-måter.

Ved «kabel»-brønnlogging utføres målinger i et brønnhull (med borestrengen fjernet) ved å senke et loggeinstrument eller et verktøy inn i brønnhullet på en armert ledningskabel, og ved å foreta målinger med det opphengte verktøyet. Data overføres mellom det opphengte verktøyet og overflaten via ledningskabelen.

Selv om kabelteknikker har vært det primære middel til å utføre brønnlogging i mange år, er den inneværende trend å utføre nedihullsmålingene under den faktiske boring av brønnhullet. Denne teknikken benevnes «logging-under-boring» («Logging-While-Drilling») eller «måling-under-boring» («Measurement-While-Drilling»).[Disse uttrykkene dekker hverandre og benevnes her (LWD)]. En av de primære årsaker til denne trenden er begrensningene som er forbundet med kabellogging. Ved å inn-samle data under boreprosessen, uten behov for å fjerne boresammenstillingen for å sette inn et kabelverktøy, kan undergrunnsdata samles inn raskere og mer økono-misk.

Målet med LWD-operasjoner er å foreta nedihullsmålinger av petrofysiske, geologiske, mekaniske og andre parametere under boreprosessen. Målingene ut-føres ved bruk av instrumenter som er anordnet i bunnhullssammenstillingen (Bot-tom-Hole Assembly, BHA) av borestrengen. En del av de målte data blir typisk sendt til jordens overflate ved bruk av et konvensjonelt telemetrisystem. På grunn av bånd-bredde-begrensninger i typiske telemetrisystemer, kan imidlertid kun begrensede mengder data overføres mellom overflaten og verktøyet under den faktiske boreoperasjon. For å bevare mye av dataene som er innsamlet under boreoperasjonene, blir en stor del av dataene lagret i verktøyet inntil instrumentet bringes tilbake til overflaten. Selv om denne prosessen kanskje ikke er ideell, gitt de relativt langsomme dataoverføringer som kan oppnås i kommunikasjoner mellom nedihullsinstrumenter og overflateutstyr, kan lagring av de innsamlede data være den eneste mulighet for størstedelen av dataene.

Med konvensjonelle datafremhentingsteknikker, hentes de lagrede data frem fra verktøyets minne når verktøyet er brakt til overflaten. Samtidig blir nye parameter-konfigurasjonsdata ofte programmert inn i verktøyets minne for å endre verktøyets operasjonsmodus ved den neste borekjøringen. Med konvensjonelle LWD-verktøy kan denne operasjonen med fremhenting av data (eller «dumping» av minnet) forår-sake betydelige avbrudd i boreprosessen. Forsinkelse eller avbrudd skjer fordi riggen må forbli inaktiv mens informasjonen i minnet lastes ned inn i overflateprosesserings-utstyret. Denne prosessen er særlig kostbar ved offshoreoperasjoner, hvilket resul-terer i betydelig økonomiske tap.

I konvensjonelle verktøy, blir nedihullsminnet typisk lastet ned til dataprosesseringsutstyr på overflaten gjennom en «utlesingsport» («Read-Out-Port», ROP) på siden av verktøyet. Denne ROP'en omfatter typisk en konnektor inne i verktøyet og et hull i mansjetten eller vektrøret som konnektoren kan tilkoples til dataprosesseringsutstyret med. En kabel brukes til å tilkople overflateutstyr til verktøyet gjennom denne ROP'en. Hullet i vektrøret tettes typisk med en trykktett innsats før verktøyet senkes inn i brønnen. En ulempe med dette systemet er at verktøyet må forbli ubevegelig under den tid som er nødvendig for å laste ned minnet og rekonfigurere verktøyet. Økt datavolum øker typisk nedlastingstidene lenge nok til at dette betydelig påvirker riggens operasjoner. En annen ulempe er kabelen, som er et svakt ledd i systemet uttrykt ved pålitelighet, og som utgjør en sikkerhetsrisiko (utløsing) overfor personell.

US patent nr 6.343.649 beskriver en teknikk for kommunikasjon med et nedi-hullsverktøy ved å føre et serviceverktøy inn i rørstrengen for inngrep med en nedihulls kommunikasjonsinnretning. US patent nr 5.130.705 beskriver en frittstående dataregistreringsenhet for overvåking og innsamling av data om fluid-dynamikk i et brønnrør. US patent nr 4.806.153 beskriver en teknikk for lagring av informasjon om tilstander i grunnen ved bruk av en kabelløs enhet som inkluderer en minnelagrings-innretning som er egnet til å samle inn informasjon under boreoperasjonen. Etter komplettering av boreprosessen blir minnelagringsinnretningen tilkoplet til en datapro-sesseringsenhet for å ekstrahere den innsamlede informasjon. US patent nr. 4.736.204 foreslår bruk av elektromagnetiske signaler som et middel til å overføre lagrede data til en mottaker som er montert på utsiden av et loggeverktøy. US patent nr. 4.928.088 (overdratt til den foreliggende søker) beskriver en teknikk hvor det brukes en elektromagnetisk forbindelse gjennom en åpning i siden av et loggeverktøy for å etablere en kommunikasjonsforbindelse mellom innvendige og utvendige elektroniske systemer.

GB 2.358.206 beskriver et LWD-system som inkorporerer en frittstående data-nedlastingsinnretning. I dette systemet blir datanedlastingsinnretningen elektrisk tilkoplet til verktøyet og laster ned data som er lagret i minnet i verktøyet til et minne inne i datanedlastingsinnretningen. Etter at informasjonen er utvekslet, kan datanedlastingsinnretningen frakoples fra verktøyet og fysisk føres til en lokalisering nær overflatedatamaskinen hvor loggeinformasjonen, som nå befinner seg i minnet i datanedlastingsinnretningen kan leses av overflatedatamaskinen.

Den internasjonal patentpublikasjon WOA1 0142622 omhandleren fremgangsmåte og anordning for dataoverføring mellom overflaten og et logging-under-boring-verktøy i et borehull.

Disse teknikkene fortsetter å påføre en forsinkelse på boreprosessen mens dataene behandles og overføres. Det gjenstår således et behov for å finne en måte til å overføre data til og fra et nedihullsverktøy, særlig under en boreoperasjon, på en effektiv og hensiktsmessig måte.

Oppfinnelsen tilveiebringer et system for overføring av data til eller fra et log-geverktøy som er egnet til boreoperasjoner inne i en formasjon i grunnen. Systemet omfatter et loggeverktøy som er egnet til å foreta målinger av undergrunnsegenskaper under boring gjennom formasjonen i undergrunnen; en minnemodul som er anordnet i verktøyet, idet modulen er egnet til å registrere og lagre data inkludert data relatert til målingene; idet minnemodulen er egnet til å fjernes eller ekstraheres fra verktøyet; og minnemodulen er egnet til å koples til en dataprosessor som er egnet til å motta de lagrede data.

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte til overføring av data til eller fra et loggeverktøy som er egnet til boreoperasjoner inne i en undergrunnsformasjon. Fremgangsmåten omfatter anordning av en minnemodul inne i verktøyet, idet modulen er egnet til å registrere og lagre data; videre måling av en undergrunnsegenskap ved bruk av loggeverktøyet; registrering og lagring av data relatert til målingene i minnemodulen; uthenting av minnemodulen fra verktøyet; og nedlasting av de lagrede data som befinner seg i minnemodulen til dataprosesseringsutstyr.

Oppfinnelsen tilveiebringer en minnemodul for et loggeverktøy som er egnet til boreoperasjoner inne i en formasjon i grunnen. Modulen omfatter et modulært minnelegeme som har en indre ende og en ytre ende; idet det modulære minnelegeme er egnet til å registrere og lagre data; ikke-flyktige minnemidler anordnet inne i det modulære minnelegeme; og koplingsmidler ved den indre ende av det modulære minnelegeme for å etablere kommunikasjon mellom det modulære minne og elektroniske kretssystemer inne i verktøyet.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå klart ved lesing av den følgende detaljert beskrivelse og ved henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 er et skjematisk diagram av en typisk brønnboresammenstilling.

Fig. 2 er et skjematisk diagram av en utførelse av en minnemodul som er implementert i et loggeverktøy i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 3 er et skjematisk diagram av en datalagringsinnretning i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 4 er et skjematisk diagram av en annen utførelse av en minnemodul som er implementert i et loggeverktøy i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 5 er en illustrasjon av et system for overføring av registrerte data og rekonfigurering av et loggeverktøy i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 6 er et skjematisk diagram av et loggesystem som bruker en minnemodul i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 7 er et skjematisk diagram av en annen loggesystem-konfigurasjon som bruker en minnemodul i samsvar med oppfinnelsen.

Oppfinnelsen omfatter et modulært minne som enkelt kan settes inn i og trek-kes ut fra et loggeverktøy. Modulariteten ved minnet gjør det mulig for minnet å settes inn så vel som tas av og hentes frem fra loggeverktøyet under boreprosessen. Fordi minnet er en avtagbar modul, kan et annet modulært minne settes inn i loggeverktøy-et i et trinn under den samme boreprosessen. Etter innsetting av en erstatningsmodul fortsetter bore- og loggeprosessen uten behov for å vente på fullføringen av en min-nenedlastingsprosess. Innholdet i den uthentede minnemodulen kan deretter lastes ned (lokalt eller fjerntliggende) inn i dataprosesseringsutstyr mens bore- og loggeprosessen fortsetter nede i hullet.

Fig. 1 viseren bunnhullsboresammenstilling i et brønnhull. Brønnhullet 10 blir boret av en borkrone 11 som er festet til den nedre ende av en borestreng 12 som strekker seg oppover til overflaten hvor den er forbundet til rotasjonsbordet 13 i en typisk borerigg (ikke vist). Borestrengen 12 inkluderer vanligvis et borerør 14 som holder hengende en lengde av tunge vektrør 15 som avsluttes med borkronen 11. Brønnhullet 10 er vist med et vertikalt eller hovedsakelig vertikalt øvre parti 16 og et buet nedre parti 17 som er boret under styring av et boreverktøy 20. Overf latepumper sirkulerer borefluid, eller «slam», ned gjennom borestrengen 12 hvor det går ut gjennom munnstykker i borkronen 11 og returnerer til overflaten gjennom ringrommet 18 mellom borestrengen 12 og veggene i brønnhullet 10 (ikke vist). Strømmen av slam passerer også gjennom en turbin, som driver en generator som tilfører elektrisk kraft til systemet, hvilket er kjent innen faget.

Et LWD-verktøy 19 er innkoplet i borestrengen 12 mellom den øvre ende av boreverktøyet 20 og den nedre ende av rørseksjonen 14. LWD-sammenstillingen er vanligvis anordnet i et ikke-magnetisk vektrør, og inkluderer retningssensorer så som ortogonalt monterte aksellerometere og magnetometere som respektivt måler komponenter av jordens gravitasjon og magnetfelt og produserer utgangssignaler som ma-tes til et minne som er tilkoplet til en kontroller (ikke vist). Den foreliggende oppfinnel-se kan implementeres med konvensjonelle LWD-verktøy 19 som er utstyrt med slike sensorer, så vel som andre som er egnet til å foreta andre målinger (eksempelvis akustiske sensorer, gammestrålesensorer, EM-energisensorer, eller trykksensorer). Fig. 2 viser en seksjon av boreverktøyet 19 som inneholder en utførelse av minnemodulen 29 ifølge oppfinnelsen. Verktøyet inneholder et elektronikk-chassis 23 inne i vektrøret 15 i verktøyet 19. Chassiset 23 rommer kretssystemene for å styre verktøy- og måleoperasjoner, hvilket er kjent innen faget. Chassiset 23 rommer også kretssystemet 24 for å tilveiebringe et grensesnitt mellom minnemodulen 29 og måle-kretssystemet. En innvendig passasje 21 gjennom chassiset 23 sørger for strøm av boreslam gjennom verktøyet til borkronen 11. Vektrøret 15 har en åpning 22 som strekker seg inn i chassiset 23 og fører til en konnektor 25 for kommunikasjon mellom minnemodulen 29 og prosesseringskretssystemet. Vektrøret 15 kan også være forsynt med et deksel eller en plugg for å tette åpningen 22 under boreoperasjoner (ikke vist). Fig. 3 viser en utførelse av et modulært minne ifølge oppfinnelsen. Modulen 29 er egnet til innsetting inne i verktøyet 19. Minnet har kapasitet til å registrere data som fremskaffes av verktøysensoren/ene. Minnemodulen 29 er fortrinnsvis sylindrisk i form for enkel innsetting i og uttrekking fra åpningen 22. O-ringer 26 er anordnet i spor 51 på utsiden av modulen 29 for å tette modulen inne i vektrøret 15. Når de an-vendes nedihulls, blir vektrøret og modulen typisk utsatt for høye trykk og tempera-turer. Ifølge denne utførelse har modul-legemet spor 27 som er tildannet ved den ytre ende. Sporene 27 muliggjør utvidelse, hvilket forbedrer tetningen ved aktivering av O-ringene 26. En holdering kan også brukes til å holde modulen inne i vektrøret hvis dette er ønskelig (ikke vist). Modulen 29 er også forsynt med et gjenget hull 28 i sen-ter av den utvendige overflate for å tillate enkel uttrekking fra vektrøret 29.

Modulen 29 omfatter også elektroniske minnekretssystemer 30. Ethvert egnet minne, uansett om det er kjent eller vil bli utviklet senere, kan brukes til implemen-tering i modulen 29. For eksempel bruker en utførelse et ikke-flyktig minne som består av Flash- eller E2PROM-innretninger med en kapasitet på én eller to Gigabyte. Avhengig av størrelsen på minnet som er nødvendig og størrelsen av modulen 29, kan forskjellige pakketeknikker brukes, så som, men ikke begrenset til: 1. Plastinnkapslede overf latemonterte komponenter som er montert på stive eller fleksible trykte kretskort. 2. Brikke på kortteknikk, hvor ubeskyttede brikker monteres direkte på en PCB (Printed Circuit Boards). 3. Multi-brikkemodul-teknikker, hvor ubeskyttede brikker er kombinert på et enkelt substrat og innkapslet i keramiske forbindelser eller epoksyforbindelser. Moderne teknikker muliggjør stabling av brikkene vertikalt for å oppnå maksimal pakketetthet.

Ifølge denne utførelse har både minnekretssystemet 30 og elektronikk-chassiset 23 elektriske konnektorer 31, 25 som sammenkoples når modulen 29 settes inn i verktøyet for å muliggjøre kraftoverføring og overføring av lese-skrive-signaler mellom verktøyets grensesnittkretssystemer og minnekretsene. Modulen 29 kan også være forsynt med sin egen kraftkilde (eksempelvis batteri) hvis det er nødven-dig.

Fig. 4 viser en annen utførelse av en minnemodul 29 ifølge oppfinnelsen. I henhold til denne utførelsen er modulen tilkoplet til verktøyets grensesnittkrets-system via induktive kopiere 50. Kopiere 50 består av vindinger som er dannet rundt et ferrit-legeme. Modulens elektroniske minne og forbindelse til kretssystemet 24 er av hensyn til klarhet ved illustrasjonen ikke vist. Som vist på fig. 4 har de induktive kopiere 50 «U» formede ferrit-kjerner. Ferrit-kjemen og vindingene kan innkapslet i fiberglass-epoksy og overstøpt med gummi, hvilket er kjent innen faget. Kretsmodel-len for induktiv kopling er velkjent innen faget. For eksempel illustrerer US patent nr 4.928.088,4.901.069,4.806.928 (som alle er overdratt til den foreliggende søker) og 5.455.573 kretsmodeller som kan brukes for å implementere induktiv kopling ifølge oppfinnelsen.

I operasjon vil det være en avstand mellom de induktive kopiere 50 i chassiset 23 og modulen 29, slik at koplingen ikke vil være 100% effektiv. For å forbedre kop-lingseffektiviteten, og for å forminske effektene av skjevinnreting mellom polflatene, er det ønskelig at polflatene har så stort overflateareal som mulig. Det vil forstås av fagpersoner innen området at andre åpningskonfigurasjoner og monteringsteknikker kan implementeres for å oppnå den ønskede kopling.

Fig. 5 viser et system for overføring av data og rekonfigurering av verktøyet ifølge oppfinnelsen. Loggeverktøyet 32 har en åpning 33 på sin side. Systemet inneholder flere minnemoduler 34,35 ifølge oppfinnelsen. En grensesnittenhet 36 brukes til å tilkople minnemodulen som inneholder lagrede data til en dataprosesseringsinn-retning 37. Prosesseringsinnretningen 37 er en egnet datamaskin for generelle formål som har passende maskinvare. De nøyaktige utforminger av grensesnittenheten og prosesseringsinnretningen er her uvesentlig.

I en utførelse av oppfinnelsen settes en tom minnemodul 34 inn i åpningen 33. Modulen settes inn i åpningen og tilkoples til den elektronisk grensesnittenhet via de elektriske konnektorer 31, 25 eller de induktive kopiere 50. Ved dette punkt igangset-tes boreprosessen. Etter en viss periode med boring og registrering hentes verktøyet 32 opp til overflaten. Minnemodulen 34 blir deretter tatt av fra verktøyet gjennom åpningen 33, og de lagrede data hentes ut.

Etter demonteringen av de modulære minnet 34, blir en ny minnemodul 35 innsatt i verktøyet for å erstatte den opprinnelige eller tidligere minnemodulen. Denne nyinnsatte modulen kan inneholde parametere og andre data som er relatert til verk-tøyets konfigurasjon for den neste borekjøringen. Ved dette punkt blir verktøyet 32 på ny innsatt i brønnhullet, og bore- og loggeprosessen fortsetter. Den opphentede minnemodulen 34 kan håndbæres til overflatesystemet for å laste ned de lagrede data. Grensesnittenheten 36 tilkopler minnemodulen til dataprosesseringsutstyret 37 for nedlastingsoperasjonen. Som drøftet ovenfor har det faktiske trinnet med nedlasting av minnet i denne prosedyren blitt frakoplet fra boreoperasjonene. Fig. 6 viser en annen utførelse av oppfinnelsen hvor minnemodulen 38 er posisjonert i det øvre parti 39 av BHA 40. Ifølge denne utførelsen settes minnemodulen 38 inn i og hentes ut fra enden av verktøyet. Minnemodulen kan være anordnet i begge ender av verktøyet. Modulen 38 plugges inn i chassiset inne i vektrøret på en tilsvarende måte som beskrevet ovenfor. Fig. 7 viser et system ifølge oppfinnelsen hvor minnemodulen 41 er posisjonert ved det øvre parti av BHA'en som inneholder bore- og loggeverktøyene. Ifølge denne utførelse er minnemodulen 41 lokalisert i det øvre parti av verktøyet 42. Minnemodulen kan være forbundet til flere loggeverktøy 43,44,45 som befinner seg i BHA'en for å overføre eller registrere data. En sentral buss 46 brukes til å forbinde hvert verktøy til minnemodulen. Minnemodulene ifølge oppfinnelsen kan også kombineres med en permanent minneinnretning for registrering av dataene (ikke vist). I en slik utførelse kan det permanente minnet tjene som et reserveminne i tilfelle minnemodulen ska-des eller kommunikasjon på den sentrale bussen forringes. Den sentrale bussen 46 kan også brukes til dataoverføring med minnemodulen 41 eller en permanent minneinnretning ved forbindelse til bussen fra enden av verktøyet 42.

Oppfinnelsen tilveiebringer betydelige fordeler i forhold til konvensjonelle data-overføringsteknikker. Oppfinnelsen tilveiebringer en momentan dumping av registrert informasjon. Alle verktøyene i BHA'en kan sende sine sanntidsdata eller data i registrert modus til en liten minnedel, som når den hentes opp ved overflaten raskt kan tas ut og erstattes med en tom minnedel. Feltpersonell kan deretter bringe hele minnet til dataprosesseringsenheten og laste ned de registrerte data over for eksempel en 100 Mbps-forbindelse. Oppfinnelsen tillater også mer fleksible og raskere operasjoner. Alle verktøy kan programmeres, og data fra verktøyene kan lastes ned fra et punkt med meget høye hastigheter.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med hensyn til et begrenset antall ut-førelser, vil fagpersoner innen området forstå at det kan tenkes ut andre utførelser som ikke avviker fra oppfinnelsens ramme. For eksempel kan minnemodulene ifølge oppfinnelsen implementeres inne i forskjellige konfigurasjoner med forskjellige dimen-sjoner og ytterligere trekk, så som et fiskehode for fjernopphenting. Oppfinnelsens omfang skal således kun begrenses av de vedføyde krav.

Claims (7)

1. System for overføring av data til eller fra et loggeverktøy (32) som er egnet til boreoperasjoner inne i en undergrunnsformasjon, karakterisert ved et loggeverktøy som er egnet til å foreta målinger av undergrunnsegenskaper under boring gjennom undergrunnsformasjonen, idet verktøyet innehar elektroniske kretser innrettet til å styre verktøy og målinger; en minnemodul (29) som er anordnet inne i verktøyet og koplet til kretsene, idet modulen er egnet til å registrere og lagre data inkludert data relatert til målingene og til parameterinformasjon for bruk i verktøyet når forespurt av nevnte kretsene under boringen; at minnemodulen er egnet til å fjernes raskt fra verktøyet for erstatning med en annen minnemodul i løpet av boreoperasjonen; og at minnemodulen er egnet til tilkopling til en dataprosessor (37) som er egnet til å motta de lagrede data og/eller overføre data til minnemodulen.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at minnemodulen omfatter ikke-flyktige minnemidler (30).

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at verktøyet og minnemodulen inkluderer induktive kopiere (50) for å kople modulen sammen med det elektroniske kretssystem inne i verktøyet.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at minnemodulen er satt inn og anordnet i en åpning på en side av verktøyet.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at dataprosessoren danner en del av et overflate-datamaskinsystem.

6. Fremgangsmåte til overføring av data til eller fra et loggeverktøy (32) som er egnet til boreoperasjoner inne i en undergrunnsformasjon, karakterisert ved anordning av en minnemodul (29) inne i verktøyet, idet modulen er egnet til å registrere og lagre data relatert til parameterinformasjon for bruk i verktøyet når forespurt av elektroniske kretser i verktøyet under boringen; måling av en undergrunnsegenskap ved bruk av loggeverktøyet; registrering og lagring av data relatert til målingene i minnemodulen, uthenting av minnemodulen fra verktøyet for erstatning med en annen minnemodul under boreoperasjonene; og nedlasting av de lagrede data som befinner seg i minnemodulen til dataprosesseringsutstyr (37).

7. Fremgangsmåten ifølge krav 6, karakterisert ved videre å laste opp utvalgte data til minnemodulen; og å sette inn minnemodulen i loggeverktøyet før en boreoperasjon.