NO337135B1

NO337135B1 - Fremgangsmåte og anordning for høyhastighets-kommunikasjon med et nedihullsverktøy

Info

Publication number: NO337135B1
Application number: NO20045224A
Authority: NO
Inventors: David Hill Lilly; Paul Gerard Cairns; Kenneth Arthur Shorck; John Moore
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2016-01-25
Also published as: CA2487384C; GB2406121A; AU2003241616A1; US7145472B2; AU2003241616A8; US20040039466A1; CA2487384A1; GB0426285D0; GB2406121B; WO2003101047A2; WO2003101047A3; NO20045224L

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører kommunikasjoner fra et verktøy for måling-under-boring, logging-under-boring eller et kabelbrønnhullsverktøy, og spesielt tilveiebringelse av høyhastighets laberdumping og kommunikasjoner mellom et brønn-hullsverktøy og en datamaskin på overflaten.

Oppsummering av beslektet teknikk

US 4,901,289 vedrører et system for innhenting og registrering av signaler som leveres av et sett med sensorer som er anbrakt i brønnhullssonder.

US 6,205,087 B1 omhandler et system og en fremgangsmåte for sonisk data-logging.

GB 2 176 375 beskriver en kommunikasjonskabin med en databuss.

For å fremskaffe hydrokarboner slik som olje og gass, blir en boringsenhet (også kalt "bunnhullsenheten" eller "BHA") som bærer en borkrone ved sin nedre ende, transportert ned i brønnhullet eller borehullet. Boreenheten blir vanligvis transportert inn i brønnhullet ved hjelp av et oppkveilingsrør eller et borerør. I tilfelle med oppkveilingsrøret blir borkronen rotert ved hjelp av en boremotor eller "slammotor" som tilveiebringer rotasjonskraft når et borefluid blir pumpet fra overflaten inn i opp-kveilingsrøret. I tilfelle med borerøret blir den rotert ved hjelp av en kraftkilde (vanligvis en elektrisk motor) på overflaten, som roterer borerøret og dermed borkronen.

Bunnhullsanordninger (BHA) innbefatter vanligvis flere formasjonsevaluerings-sensorer for å bestemme forskjellige parametere ved den formasjonen som omgir bunnhullsanordningen, under boringen av brønnhullet. Slike sensorer blir vanligvis kalt sensorer for måling-under-boring (MWD, measurement-while-drilling). Sensorer blir også utplassert etter at borehullsboringen er blitt fullført. Utplassering av en sensoranordning nede i hullet via en kabelline utfører slike operasjoner.

Slike sensorer, uansett om de benyttes ved måling-under-logging eller i en kabelutførelse, har tradisjonelt benyttet elektromagnetiske forplantningssensorer til måling av resistiviteten, dielektrisitetskonstanten, vannmetningen til formasjonen, og nukleære sensorer for å bestemme porøsiteten i formasjonen og akustiske sensorer for å bestemme formasjonens akustiske hastighet og porøsitet. Andre brønnhulls-sensorer som er blitt brukt, innbefatter sensorer for å bestemme formasjons- densiteten og permeabiliteten. Bunnhullsanordningene innbefatter også anordninger for å bestemme BHA-helningen og asimut-verdien, så vel som trykksensorer, temperatursensorer, gammastrålingsanordninger og anordninger som bidrar til å orientere borkronen i en spesiell retning og til å endre boreretningen. Akustiske og resistivitets-anordninger er blitt foreslått til å bestemme laggrenser omkring og i visse tilfeller foran borkronen. NMR-sensorer slik som MWD-sensorer så vel som kabel-sensorer, kan tilveiebringe retningsmåling for porøsitet, vannmetning og indirekte målinger av permeabilitet og andre formasjonsparametere av interesse.

For å utvinne hydrokarboner slik som olje og gass, blir en boringsenhet (også kalt en bunnhullsanordning eller BHA) som bærer en borkrone ved sin nedre ende, transportert inn i brønnhullet eller borehullet. Boringsenheten blir vanligvis transport inn i brønnhullet ved hjelp av et oppkveilingsrør eller et borerør. I tilfelle med opp-kveilingsrøret blir borkronen rotert ved hjelp av en boremotor eller "slammotor" som tilveiebringer en rotasjonskraft når et borefluid blir pumpet fra overflaten inn i opp-kveilingsrøret. I tilfellet med borerøret, blir det rotert ved hjelp av en kraftkilde (vanligvis en elektrisk motor) på overflaten, som roterer borerøret og dermed borkronen.

Bunnhullsanordningene (BHA) innbefatter vanligvis flere formasjons-evalueringssensorer for å bestemme forskjellige parametere ved den formasjonen som omgir BHA under boringen av brønnhullet. Slike sensorer blir vanligvis kalt sensorer for måling-under-boring (MWD-sensorer). Sensorer blir også utplassert etter at boringen er blitt fullført. Ved å henge opp en avfølingsanordning i brønnhullet via en kabel kan slike operasjoner utføres.

Slike sensorer, uansett om de benyttes ved måling-under-logging eller i en kabelutførelse, har tradisjonelt benyttet elektromagnetiske forplantningssensorer til måling av resistiviteten, dielektrisitetskonstanten, vannmetningen til formasjonen, og nukleære sensorer for å bestemme porøsiteten i formasjonen og akustiske sensorer for å bestemme formasjonens akustiske hastighet og porøsitet. Andre brønnhulls-sensorer som er blitt brukt, innbefatter sensorer for å bestemme formasjons-densiteten og permeabiliteten. Bunnhullsanordningene innbefatter også anordninger for å bestemme BHA-helningen og asimut-verdien, så vel som trykksensorer, temperatursensorer, gammastrålingsanordninger og anordninger som bidrar til å orientere borkronen i en spesiell retning og til å endre boreretningen. Akustiske og resistivitets-anordninger er blitt foreslått til å bestemme laggrenser omkring og i visse tilfeller foran borkronen. NMR-sensorer slik som MWD-sensorer så vel som kabel- sensorer, kan tilveiebringe retningsmåling for porøsitet, vannmetning og indirekte målinger av permeabilitet og andre formasjonsparametere av interesse.

Mange verktøy er utformet for brønnhullsanalyse av hydrokarbonførende formasjoner fra et brønnhull boret inn i formasjonen. Disse brønnhullsverktøyene blir brukt ved logging-under-boring, overvåkning-under-boring og som kabelanvendelser. Et eksempel på et brønnhullsverktøy er vist i US-patent nr. 5,303,775. Petrofysiske parametere i forbindelse med formasjonen blir utledet fra målinger tatt ved hjelp av brønnhullsverktøyet. Vanligvis er de data som er innsamlet i brønnhullet omfattende og tar en uvanlig lang tid å dumpe eller overføre dataene fra verktøyet til en overflatedatamaskin for analyse. Det er derfor et behov for en fremgangsmåte og en anordning som muliggjør hurtig overføring av data fra brønnhullsverktøyet til en overflatedatamaskin. Det er også et behov for en nettserver i brønnhullsverktøyet for å muliggjøre styring av verktøyet og forbedre diagnosen og analysen av brønnhulls-verktøydataene og brønnhullsverktøyoperasjonen fra en overflatedatamaskin.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Hovedtrekkene ved oppfinnelsen fremgår av de selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en høyhastighets parallell

kommunikasjons- og data-forbindelse mellom et brønnhullsverktøy for måling-under-boring, logging-under-boring eller et kabelverktøy og en overflatedatamaskin eller en annen anordning utenfor brønnhullsverktøyet. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer to eller flere parallelle databusser inne i brønnhullsverktøyet for å tilveiebringe flere databaner mellom et brønnhullsverktøylager eller -anordning og en overflatedatamaskin. N sekvensielle dataord (databyte) blir sendt over N forskjellige busser. Foreliggende oppfinnelse muliggjør høyhastighets lagerdumping fra brønnhulls-verktøyet til en overflatedatamaskin eller en annen anordning utenfor brønnhulls-verktøyet. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en dataserver og en nett-serveranvendelse inne i prosessoren som er plassert i brønnhullsverktøyet. Nettserveren forenkler programvarekompatibilitetsoppgaver og tilveiebringe tilgang til internettet. Dataserveren er nyttig for overvåkning av data fra anordninger inne i verktøyet. Dataserveren overvåker også intern bussaktivitet inne i verktøyet og muliggjør fremvisning av disse dataene på en personlig datamaskin.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en illustrasjon av et brønnhullsverktøy utplassert i et borehull,

fig. 2 er en illustrasjon av en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse vist med et antall SPI-busser,

fig. 3 er en illustrasjon av en foretrukket utførelsesform av det foretrukne Ethernet/SP l-bussgrensesnittet,

fig. 4 er en illustrasjon av en foretrukket utførelsesform av ESPI til Ethernet-grensesnittet,

fig. 5 er en illustrasjon av en foretrukket lagerdumping over et antall SPI-busser, og

fig. 6 er en illustrasjon av en foretrukket topologi for foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV EN FORETRUKKET UTFØRELSESFORM

Fig. 1 illustrerer et skjematisk diagram over et boresystem 10 med en borestreng 20 som bærer en boringsenhet 90 (også kalt bunnhullsanordningen eller BHA) transportert i et "brønnhull" eller "borehull" 26 for boring av brønnhullet. Foreliggende oppfinnelse kan anvendes i forbindelse med brønnhullsverktøy som er utplassert i en kabel, et oppkveilingsrør eller et hvilket som helst annet utplasseringssystem som er kjent på området. Det foreliggende eksempelet viser utplassering på en borestreng. De alternative utplasseringssystemene er for å forenkle illustrasjonen, ikke vist, men er velkjente på området. Boresystemet 10 innbefatter et konvensjonelt boretårn 11 som er reist på et dekk 12 som understøtter et rotasjonsbord 14 som blir rotert ved hjelp av en primær drivanordning, slik som en elektrisk motor (ikke vist) med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 innbefatter en rørledning, slik som et borerør 22 eller et oppkveilingsrør som strekker seg nedover fra overflaten inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir skjøvet ned i brønnhullet 26 når et borerør 22 blir brukt som rørledning. For oppkveilingsrør-anvendelser blir en rørinjektor (ikke vist) brukt til å føre oppkveilingsrøret fra en kilde, slik som en spole (ikke vist) til brønn-hullet 26. Borkronen 50 som er festet til enden av borestrengen, bryter opp de geologiske formasjonene når den blir rotert for å bore borehullet 26. Hvis et borerør 22 blir brukt, er borestrengen 20 koplet til en heiseanordning 30 via en drivrørskjøt 21, en svivel 28 og en ledning 29 gjennom en trinseanordning 23. Under boring blir heiseanordningen 30 operert for å regulere vekten på borkronen, som er en viktig parameter som påvirker inntrengningshastigheten. Operasjonen av heiseanordningen er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet detaljert her.

Under boringsoperasjoner blir et egnet borefluid 31 fra en slamgrop (slam-kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 ved hjelp av en slampumpe 34. Borefluidet passerer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en trykkutjevningsanordning 36, en fluidledning 38 og en drivrørskjøt 21. Borefluidet 31 blir ført ut ved bunnen 51 av borehullet gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sirkulerer opp gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og returnerer til slamgropen 32 via en returledning 35. Borefluidet virker til å smøre borkronen 50 og til å føre borkaks eller borehullsrester bort fra borkronen 50. En sensor S1 som fortrinnsvis er plassert i ledningen 38, fremskaffer informasjon om fluidstrømningshastigheten. En dreiemomentsensor S2 på overflaten og en sensor S3 tilknyttet borestrengen 20, tilveiebringer henholdsvis informasjon om dreie-momentet og rotasjonshastigheten til borestrengen. I tillegg blir en sensor (ikke vist) tilknyttet ledningen 29, brukt til å tilveiebringe kroklasten til borestrengen 20.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir borkronen 50 rotert ved å rotere bore-røret 22. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen blir en brønnhullsmotor 55 (slammotor) anordnet i boringsenheten 90 for å rotere borkronen 50 og borerøret 22 blir vanligvis rotert for å supplere rotasjonsenergien, om nødvendig, og for å bevirke endringer i boringsretningen.

I den foretrukne utførelsesform en av fig. 1, er slammotoren 55 koplet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 57. Slammotoren roterer borkronen 50 når borefluidet 51 passerer gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 understøtter de radiale og aksiale kreftene til borkronen. En stabilisator 58 koplet til lagerenheten 57, virker som et sentreringsorgan for den nedre del av slammotorenheten.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er en boringssensormodul 59 plassert nær borkronen 50. Boringssensormodulen inneholder sensorer, kretser og behandlings-programmer og algoritmer vedrørende de dynamiske boringsparameterne. Slike parametere innbefatter fortrinnsvis borkronestøt, lugging i boringsenheten, bakover-rotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringroms-trykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borkronetilstanden. En egnet telemetri- eller kommunikasjons-modul 72 bruker f.eks. toveis telemetri, og er også anordnet i boringsenheten 90 som illustrert. Boringssensormodulen behandler sensorinformasjonen og overfører den til overflatestyringsenheten 40 via telemetrisystemet 72.

Kommunikasjonsmodulen 72, en kraftenhet 78 og et verktøy for måling-under-boring (MWD-verktøy) 79 er alle koplet i tandem med borestrengen 20. Fleksible moduler blir f.eks. brukt til å forbinde MWD-verktøyet 79 med boringsenheten 90. Slike moduler og verktøy utgjør bunnhullsanordningen 90 mellom borestrengen 20 og borkronen 50. MWD-verktøyet 79 tar forskjellige målinger, innbefattende de kjernemagnetiske resonans-målingene, mens borehullet 26 blir boret. Kommunikasjonsmodulen 72 tilveiebringer signalene og målingene og overfører signalene ved å bruke toveis telemetri, f.eks. for å bli behandlet på overflaten. Alternativt kan signalene behandles ved å bruke en brønnhullsprosessor i brønnhullsverktøyet, MWD-verktøyet 79.

Overflatestyringsenheten eller prosessoren 40 mottar også signaler fra brønnhullssensorene og anordningene via kommunikasjonsmodulen 72, og signaler fra sensorene S1-S3 og andre sensorer som benyttes i systemet 10, og behandler slike signaler i henhold til programmerte instruksjoner levert til overflatestyringsenheten 40. Overflatestyringsenheten 40 fremviser ønskede boringsparametere og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 42 som benyttes av en operatør til å styre boringsoperasjonene. Overflatestyringsenheten 40 innbefatter fortrinnsvis en datamaskin eller et mikroprosessorbasert behandlingssystem, et lager for lagring av programmer eller modeller og data, en registreringsanordning for å registrere data, og andre periferienheter. Styringsenheten 40 er fortrinnsvis innrettet for å aktivere alarmer 44 når visse utrygge eller uønskede driftstilstander inntreffer. Fig. 1 illustrerer et skjematisk diagram av et boringssystem 10 med en borestreng 20 som bærer en boringsenhet 90 (også kalt bunnhullsanordningen; eller BHA) transportert inn i et "brønnhull" eller et "borehull" 26 for boring av borehullet. Borings-systemet 10 innbefatter et konvensjonelt boretårn 11 reist på et dekk 12 som understøtter et rotasjonsbor 14 som kan roteres av en hoveddrivanordning, slik som en elektrisk motor (ikke vist), med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 innbefatter en rørledning slik som et borerør 22 eller et oppkveilingsrør som strekker seg ned fra overflaten inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir skjøvet inn i borehullet 26 når et borerør 22 blir brukt som rørledning. For anvendelser med oppkveilingsrør blir en rørledningsinjektor (ikke vist) brukt til å føre rørledningen fra en kilde, slik som en spole (ikke vist), til brønnhullet 26. Borkronen 50 som er festet til enden av bore strengen, bryter opp de geologiske formasjonene når den blir rotert for å bore borehullet 26. Hvis et borerør 22 blir brukt, er borestrengen 20 koplet til en heiseanordning 30 via en drivrørskjøt 21, en svivel 28 og linjen 29 gjennom en trinse eller blokk 23. Under boringsoperasjoner blir heiseanordningene 30 operert for å styre vekten på borkronen, som er en viktig parameter som påvirker inntrengningshastigheten. Virkemåten til heiseanordningen er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her.

Overflatestyringsenheten eller prosessoren 40 mottar også signaler fra brønn-hullssensorene og anordningene via kommunikasjonsmodulen 72, og signaler fra sensorene S1-S3 og andre sensorer som benyttes i systemet 10, og behandler disse signalene i henhold til programmerte instruksjoner levert til overflatestyringsenheten 40. Overflatestyringsenheten 40 fremviser ønskede boringsparametere og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 42 som benyttes av en operatør til å styre boringsoperasjonene. Overflatestyringsenheten 40 innbefatter fortrinnsvis en datamaskin eller et mikroprosessorbasert behandlingssystem, et lager for lagring av programmer eller modeller og data, en registreringsanordning for å registrere data, og andre periferienheter. Styringsenheten 40 er fortrinnsvis innrettet for å aktivere alarmer 44 når visse utrygge eller uønskede driftsbetingelser inntreffer.

Det vises nå til fig. 2, hvor foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte og en anordning for bruk av et Ethernet-SPI-kort (ESPI) 100 som tilveiebringer et høyhastighets kommunikasjonsgrensesnitt 128 mellom et brønnhulls-verktøy, slik som et verktøy for logging-under-boring fra Baker Hughes Inteq, Acoustic Properties Explorer (APX), og en overflatedatamaskin. Den typiske bruken av foreliggende oppfinnelse for tilveiebringelse av disse kommunikasjonene, gjør det mulig for en operatør å initialisere og bestemme interne tilstander for verktøyet og å overføre innhold av de store lagrene i verktøyet til overflatedatamaskinen. I en foretrukket utførelsesform er datamaskingrensesnittet til APX-verktøyet, og ESPI-kortet som er tilveiebrakt i en foretrukket utførelsesform, basert på lEEE-standarden 802.3 Ethernet.

Som vist på fig. 2 kommuniserer en APX-verktøystyringsprosessor 104, lagringskort 106, datainnsamlingskort 108, en nettserver 101 og Ethernet/SPI-kortet (ESPI) 100 på både SPI-bussen 1 112 og SPI-bussen 2 114. I en alternativ utførel-sesform, er det tilveiebrakt ytterligere SPI-busser opp til N SPI-busser for kommunikasjon mellom APX-verktøystyringsprosessoren 104, lagringskortene 106, datainnsamlingskortene 108, nettserveren 101 og Ethernet/SPI-kortet (ESPI) 100. Nettserveren 101 er en programvareapplikasjon som kjøres på ESPI, men er vist som en separat arkitektonisk blokk på fig. 2. En verktøystrengstyringsenhet i brønnhullet kommuniserer med APX-verktøystyringsenheten 104 gjennom et verktøymodem 102.

I en foretrukket utførelsesform blir det foretrukne ESPI-kortet 100 også brukt utenfor APX-verktøyet i fremstillingen, overflateproduksjon på stedet eller borings-stedet og i brønnhullsmiljøet som et generelt Ethernet/SPI-grensesnitt som en synkron periferienhet som er nyttig når det gjelder å få PCer til å teste andre APX-kort basert på SPI-bussarkitekturen.

I en foretrukket utførelsesform er APX-verktøyet spesifisert til å operere ved temperaturer opp til 150 °C. Derfor opererer alle komponentene i verktøyet, innbefattende det foretrukne ESPI-kortet, fortrinnsvis ved eller over 150 °C. Selv om ESPI hovedsakelig blir brukt på overflaten etter at APX er blitt brakt ut av den brønnen hvor verktøyet er oppvarmet under innvirkning av brønnhullstemperaturer opp til 150 °C, kan den indre temperaturen i verktøyet fremdeles være ganske høy. For å operere ved disse høye temperaturene er DSP og andre mikroprosessorer generelt drevet ved lavere temperaturer enn ved romtemperatur. Alle DSP'er i APX-verktøyet kan spesielt opereres ved halvparten av den nominelle driftsfrekvensen. Det positive resultatet er å øke påliteligheten til operasjonen. Et negativt resultat er imidlertid at databehandlingshastigheten og kommunikasjonsbåndbredden mellom kortene blir redusert ved reduksjon av den normale driftsfrekvensen.

For effektivt å overvinne disse båndbreddebegrensningene trekker det foretrukne APX-verktøyet fordel av de parallelle kommunikasjonssystemene tilveiebrakt av et antall SPI-datakommunikasjonsbusser som er tilveiebrakt ifølge foreliggende oppfinnelse. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et brønnhullsverktøy, fortrinnsvis APX med to eller flere kommunikasjonsbusser spesielt for det formål å sikre en høy kommunikasjonsbåndbredde mellom datainnsamlingskortene, databehandlings-kortene, lagringskortene og ESPI-anordningen. Den effektive båndbredden kan økes N ganger ved tilveiebringelsen av N parallelle kommunikasjonsbusser.

Når APX-verktøyet er i drift i brønnhullet, blir data innsamlet ved en betydelig hastighet og lagret i de interne lagrene i verktøyene. Når verktøyet blir brakt til overflaten, blir innholdet i verktøylageret overført til en datamaskin på overflaten. Over-føringen må utføres i en rimelig tidsramme på grunn av den høye prisen på riggdød-tiden. Jo hurtigere jobben blir gjort, jo bedre. Alt over 20 minutter er vanligvis betraktet som uaksepterbart. Foreliggende oppfinnelse kan også anvendes til å fremskynde datakommunikasjoner mellom verktøyet og eventuelle andre anordninger, uansett om de er på overflaten eller i brønnhullet.

Tidligere var den nødvendige overføringstiden i brønnhullsverktøy over et standard seriegrensesnitt minst 3500 byte/sek., og vanligvis ikke så hurtig. Med en hastighet på 3500 byte/sek. ville dumping av et typisk APX-verktøylager med 384 megabyte ta omkring 32 timer. I en foretrukket utførelsesform, ved bruk av det 10 MHz Ethernet-grensesnittet og en enkelt tilgangsbuss inne APX-verktøyet, tar det 24 minutter å overføre standard lageret. Et 100 MHz Ethernet-grensesnitt tilveiebrakt i en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, overfører de samme dataene på 2,4 minutter.

Bruk av det foretrukne ESPI-kortet i forbindelse med dobbelte SPI-busser i APX-verktøyet, muliggjør lageroverføringer med en hastighet på 560.000 byte/sek. eller bedre avhengig av hastigheten til ESPI-kortet og antallet parallelle SPI-busser som er tilveiebrakt. I en foretrukket utførelsesform blir minnet på 384-MB i APX-verktøyet overført på 12 minutter. ESPI-kortet har ved å bruke to parallelle SPI-busser til Ethernet-omforming bevirket en 160 gangers forbedring i forhold til de gamle seriedata-overføringshastighetene under testing. Dette ville ikke være mulig uten mange parallelle SPI-busser rutet inn i ESPI-grensesnittet og en høyhastighets-bane ut av ESPI til den eksterne datamaskinen via Ethernet. I en alternativ utførelses-form blir ytterligere SPI-busser tilføyd, opp til N busser, slik at mer enn N SPI-busser kan brukes til å fremskynde lageroverføringer med en faktor på N. I andre alternative utførelsesformer blir det tilveiebrakt et lager på 1 gigabyte og en Ethernet-kortforbindelse 10/100 som tilveiebringer en 100 MHz overføringshastighet.

I tillegg til forbedringene som ESPI gir i forbindelse med APX-verktøyets dumpingshastighet av lagret eller for kommunikasjon av data til og fra brønnhulls-verktøyet, muliggjør en programvareapplikasjon skrevet for både ESPI og arbeids-stasjonsgrensesnittet for bruk på overflaten til dette grensesnittet, en "responsiv" klient/server-modell å bli implementert. En klient er en overflate- eller brønnhulls-datamaskin som generelt styrer informasjonsanmodningene. Serveren reagerer på disse anmodningene. I APX-verktøyet "betjener" ESPI-kortet ifølge foreliggende oppfinnelse overflateklientdatamaskinen ved å reagere på forskjellige kommandoer slik som å returnere en filkatalog i verktøylageret, eller avfyre verktøyenes akustiske kilde. Denne systemtypen egner seg godt til å tilveiebringe et brukermiljø som "ser og føler" som om det var en vanlig periferienhet i et datanett, slik som en harddisk-stasjon i et nett.

Som vist på fig. 3, er hovedtrekkene i en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen et ESPI-kort, dobbelte SPI-bussgrensesnitt 119 og 121, en digital signal-prosessor (DSP) 118 og en Ethernet-styringsanordning 126. Meldingspakker kan overføres på begge SPI-bussene og Ethernet samtidig. DSP-systemstyringsenheten inneholder ikke bare de to SPI-bussgrensesnittene, men sikrer høyeffektiv "data-bevegelse" mellom SPI-bussene og Ethernet-styringsanordningen.

Det vises nå til fig. 3 hvor ESPI-kortet fortrinnsvis ikke tilveiebringer ROM- eller flash-lager som programkoden er permanent lagret i. For å maksimalisere fleksibili-teten ved programmering av APX-kort og for å redusere antallet kortkomponenter, har det foretrukne ESPI-kortet 256 kB med RAM, som blir brukt for både brukerkoden og dataene. Brukerkoden blir lastet seriemessig inn i ESPI ved energisering via SPI-grensesnittet 1. Et trekk ved Tl C50 DSP 118 er at den muliggjør flere oppstartings-metoder, innbefattende seriemessig oppstarting via SPI-grensesnittet 1. Brukerkoden for ESPI-kortet kommer normalt fra APX-verktøy/styringsenheten når energi blir tilført. En alternativ kilde for brukerfastvare er ESPI-oppstartingskortet. Dette er et separat kort som inneholder et EEPROM med den lagrede koden og de nødvendige SPI-grensesnittene for å sende kode seriemessig til ESPI.

Tl C50 DSP tilveiebringer to innebygde SPI-busser 112 og 114. På ESPI-kortet er disse to bussene tilkoplet utenverdenen via forskjellige drivkretser innrettet for drift i halvdupleks. Med C50-drift ved 20 MHz, kan SPI-bussene hver overføre data ved en maksimal hastighet på 2,5 megabit pr. sekund. I en foretrukket utførel-sesform blir effektiv assemblerspråkkode tilveiebrakt for spesielt å håndtere data- strømmen inn og ut av C50 DSP via to eller flere SPI-busser samtidig og ved de maksimale dataoverføringshastighetene.

LAN-styringsenheten 126 for Crystal CS8900 Ethernet LAN er optimalisert for industristandardarkitekturen (ISA) og tilveiebringer høyhastighets Ethernet-kapasitet for ESPI-kortet. Denne komponenten består av interne RAM-bufferlagre, en IEEE 802.3 MAC-motor og 10BaseT-mottaks- og sende-filtere. Denne komponenten ble utformet for bruk i PC Ethernet-kort, men har vist seg å overleve høye temperaturer kombinert med liten størrelse som gjør den egnet for bruk i brønnhullsverktøy. Alternative komponenter har blitt funnet med lignende funksjonalitet, pris og overlevelsesevne-karakteristikker.

Det vises nå til fig. 4 hvor ESP1100 overfører data fra Ethernet 128 til SPI-bussen 112 og 114 eller omvendt, som vist på fig. 4. Data blir levert til Ethernet ved hjelp av en datamaskin, en arbeidsstasjon eller en annen anordning på overflaten utenfor brønnhullsverktøyet. ESPl-programvaren får data til å bli overført fra forskjellige anordninger tilknyttet SPI-bussene på forskjellige måter. For de fleste anordningene, slik som datainnsamlingskortene, finner kommunikasjons sted over en eneste SPI-buss om gangen, enten SPI1 eller SPI2. Meldinger kan videre sende eller mottas på begge SPI-bussene eller N SPI-busser samtidig.

Ved mottakelse av data fra et lagringskort som har forbindelser til et antall SPI-busser (2-N) som vist på fig. 2, så er den effektive måten å flytte data fra anordningen til Ethernet å ha annet hvert lagringsord sendt på separate SPI-busser. Lagringsord 1 vil bli sendt på SPI-buss 1, lagringsord 2 på SPI-buss 2, lagringsord 3 på SPI-buss 3, osv. Som skissert på fig. 5 fordobler denne vekslende plasseringen av lagringsord på de to SPI-bussene effektivt kommunikasjonshastigheten til ESPI som ellers ville være tilgjengelig fra et lagringskort. I en alternativ utførelsesform er N SPI-bussene innrettet slik at en overføring fra et lagringskort eller en annen anordning blir fremskyndet med en faktor på N ganger. Lagringsord 1 vil dermed bli sendt på SPI-buss 1, lagringsord 2 på SPI-buss 2, lagringsord 3 på SPI-buss 3, lagringsord N på SPI-buss N, og lagringsord N+1 på SPI-buss 1, osv.

I en foretrukket utførelsesform, for å romme den dobbelte beskaffenheten til ESPI-kommunikasjonene, tilveiebringer ESPI-programvaren to forskjellige typer pro-gramprotokoller, en intern verktøyprotokoll for SPI-bussene og en annen for Ethernet-kommunikasjonene mellom verktøyet og anordningene utenfor verktøyet.

Programvareprotokollen for SPI-bussene omfatter ord i meldinger som omfatter to dataord eller byte (16 biter). En meldingspakke består av en "Til/Fra"-adresse, den negaterte verdien av adressen eller "IKKE Til/Fra", et kommandoord, lengden til de følgende dataene, og dataord, og en 16-bits kontrollsum. Dette er en enkel protokoll som er meget effektiv og muliggjør en overføringshastighet nær det teoretiske maksimum, dvs. 2,5 MBps pr. SPI-buss.

Ethernet-protokoller kan være meget komplekse. I tilfelle med ESPI-protokoll-rekkefølgen er protokollen et veldokumentert delsett av TCP/IP-protokollsettet som kalles brukerdatagramprotokollen (DUP, User Datagram Protocol). I tillegg til denne protokollen er det flere protokoller som anvendes for å opprette kommunikasjoner mellom datamaskiner. Disse er en adressebestemmelsesprotokoll (ARP, address resolution protocol), som tilveiebringer den "virkelige" adressen for ESPI-maskin-varen til den kommuniserende datamaskinen, og internett-meldingsstyrings-protokollen (ICMP, Internet control message protocol), som tilveiebringer en "ping"-ekkofunksjon for å bestemme om ESPI er tilstede.

Med implementeringen av UDP-sokler på ESPI kan et hvilket som helst moderne ESPI-datasystem utstyrt med et Ethernet-kort og et operativsystem brukes til å kommunisere med dette kortet. Windows NT og praktisk talt et hvilket som helst operativsystem tilveiebringer bibliotekrutiner for åpning av "sokler" av UDP-typen. Dette gjør det mulig for en programmerer å åpne en bok om sokkelprogrammering og typeprogrammering i "hvordan"-eksempler. Ved å bruke UDP gis den hurtigste kommunikasjonsstandarden for å dumpe verktøy-data, utføre kalibreringer, diagnose, verktøyprogrammering, osv.

Selv om UDP-protokollen er hurtig, er det fremdeles mer administrasjon tilknyttet denne protokollen enn med SPINET-protokollen tilveiebrakt av foreliggende oppfinnelse. Selv om rådatakapasiteten til de to SPI-bussene er 5 megabiter pr. sekund og rådatautmatingen til 10BaseT Ethernet er 10 megabiter pr. sekund, er den virkelige datastrømningen inn i ESPI nesten i overensstemmelse med den mulige datastrømningen som tillates av Ethernet-grensesnittet. Denne nesten-til pasningen fyller effektiviteten til SPINET-protokollen og styringen i UDP-protokollen. I en alternativ utførelsesform, ved å bruke en 10/100 100 MHz Ethernet-forbindelse, mulig-gjør foreliggende oppfinnelse kommunikasjon ved 100 MHz.

ESPI-grensesnittet er en ny komponent som sørger for høyhastighetskommuni-kasjoner i sanntid mellom verktøy som benytter SPI-busser og datamaskiner med

Ethernet-kort. Kommunikasjonshastigheten nærmer seg den maksimale hastigheten på 10MBps for Ethernet som tillater meget større lagre å bli "dumpet" fra verktøy enn hva som er ansett rimelig tidligere. Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å skrive programvare for overflatedatamaskiner ved å bruke standard sokkelgrensesnitt, tilveiebringe verktøydiagnose og evaluering i sanntid av en tidligere ukjent beskaffenhet i oljeindustrien. Brukere kan nå være tilkoplet et verktøy omtrent som de kan være tilkoplet mange andre anordninger tilknyttet en arbeidsstasjon som kommuniserer med et verktøy via foreliggende oppfinnelse.

UDP er en upålitelig kommunikasjonsprotokoll hvor meldinger ikke blir garantert levert i likhet med TCP. Meldinger blir ganske enkelt sendt eller mottatt. Dette forenkler pakkeoverføring gjennom nettet, og forbedret UDP-gjennomløp er hurtig siden liten behandling av meldingene blir utført.

I en foretrukket utførelsesform blir UDP-kontrollsummer satt til null for å lette behandlingsbyrden på anmodnings- og sendings-prosessorene for beregning av disse kontrollsummene. Kontrollsummen blir utført på alle UDP-dataene pluss en del av IP-dataene, idet denne behandlingen forbruker betydelig datakraft i tid ved generering av meldinger. Maskinvarekontrollsummen som Ethernet-styringsenheten automatisk tilføyer ved slutten av en pakke, blir stolt på for nøyaktig overføring og mottakelse.

En kommunikasjonsbuss-protokoll er tilveiebrakt og befinner seg på toppen av UDP-laget som benytter eksisterende koder og drivkretser. Denne protokollen tilveiebringer også en kommunikasjons/sendings-modus hvorved en eneste anmodning blir besvart med flere pakker. Denne teknikken reduserer anmodnings/svar-administrasjonen og tillater slaveenheten å bli kjørt så hurtig som mulig. Overføringen av mange pakker reduseres av administrasjonen og forbedrer gjennomkjøringen. Eventuelle tapte pakker blir igjen etterspurt etter at hele datamengden er blitt overført.

Trinnene for å oppnå denne overføringsmodusen er som følger. Overflatedatamaskinen, en PC eller en annen anordning utenfor verktøyet, utsteder en kommando for å avlese en fullstendig fil. Verktøyet bekrefter kommandoen og svarer med en pakke som inneholder et ekko av filinformasjonen som er etterspurt, pluss starten av den aktuelle datafilen. Alt dette befinner seg i den største pakkestørrelsen som slavenoden kan tilveiebringe. Nå er vertsdatamaskinen oppmerksom på hvor mange pakker som vil være nødvendig og hvor store de vil være. Slavenodene sender den første pakken tilbake til vertsdatamaskinen, og ved slutten venter slavenoden med en forsinkelse på noen få millisekunder for å sikre at pakkene er blitt innhentet på pålitelig måte ved den eksterne anordningen. Mens dette skjer, begynner slavestasjonen å samle inn data som vil bli brukt i den neste pakken, når den første ventetiden er utløpt, sender den den neste pakken til datamaskinen. Dette trinnet blir gjentatt inntil alle dataene er blitt overført. Den siste rammen fra slavestasjonen inneholder en spesiell kvitteringskode som informerer den eksterne anordningen om at overføringsmodusen er fullstendig. Både datamaskinen, den eksterne anordningen og slavestasjonen vender nå tilbake til normal bussdrift med enkeltanmodninger/svar. PC/Ekstrernanordningen, holder rede på om eventuelle pakker mangler og foretar normale forespørsler for å samle inn disse dataene. Dette er eventuelt ikke nødvendig hvis en fullstendig overføring fant sted uten feil.

Ethernet-kommunikasjon er en kommunikasjonsmetode uten prioritet. Meldinger blir kringkastet og kan kollidere med andre meldinger fra andre noder tilkoplet Ethernet. Når en sendingsenhet detekterer en kollisjon, så avføler sendings-enheten dette og fraholder seg fra å sende, og sender så på nytt meldingene på et senere tidspunkt inntil meldingene kommer gjennom. For å eliminere kollisjon og den overføringsforsinkelsen som forårsakes ved ny sending etter en kollisjon, er den foretrukne oppfinnelse forbedret når det gjelder denne topologien. I en foretrukket utførelsesform består nettet av to noder, vertsdatamaskinen og MWD- eller kabel-verktøyet. Adam-bussprotokollen er et anmodnings/svar-arrangement slik at ved et gitt tidspunkt er det bare én melding på bussen, og dermed er muligheten for meldingskollisjon nesten ikke-eksisterende, igjen forbedrer dette gjennom-strømningen. En annen fordel ved denne nettverkstopologien er at en rutingsanordning kan utelates. Som vist på fig. 6 er senderporten 146 og datamaskinen (PCen) koplet til mottaksporten 150 på verktøyet, og mottaksporten 148 på PCen er koplet til sendeporten 152 på verktøyet. Dette muliggjør mindre maskinvare og mindre kompleksitet.

Høye temperaturer i forbindelse med brønnhullsoperasjoner ble ikke betraktet som en betydelig faktor. Det var en bekymring til å begynne med om at når verktøyet ble fjernet fra borehullet, ville det ha en høy temperatur, men for å overvinne dette problemet ble busstransformatorene viklet på spesielle kjerner og kretsene ble testet for å opp til 200 °C.

I en foretrukket utførelsesform, som vist på fig. 2, gjør en innbakt http-nettserver 101 som befinner seg i ESPI-kortet, det mulig for hele programvaren å befinne seg i verktøyet med bare én nettleser nødvendig på verts-PCen, idet denne arkitekturen løser programkompatibilitetsproblemene. For å muliggjøre fjerntilgang på vanskelige steder og problemløsning fra fjerntliggende steder, kan forbindelser til andre nettsteder for sporingsformål, vedlikehold og for verktøydokumentasjon implementeres. Evnen til å laste ned de siste versjoner av sin egen fastvare fra et fjerntliggende nettsted, finnes også, foruten menneskelige inngrep og påtvungne oppdateringer.

I en foretrukket utførelsesform er en liten server som befinner seg i ESPI-kortet, anordnet i verktøyet for å understøtte overføring eller mottakelse av e-post. Diagnostiske utløsere kan være implementert i den sentrale gruppen med e-post hvis problemer blir detektert. Også tekniske varsler kan være tilføyd slik at bare verktøy en spesiell oppbygning vil motta e-posten når de er tilknyttet nettet. Dette er en forbedring i henhold til menneskelige feil siden det nå gjøres på en innbyrdes måte.

Et MWD/LWD- eller kabel-Ethernet-modem i brønnhullet er tilveiebrakt i henhold til foreliggende oppfinnelse. Et brønnhullsmodem for MWD/LWD-Ethernet er understøttet av de nåværende verktøyer for innføring i brønnhull, siden den mekaniske forbindelsen allerede eksisterer på verktøyene, slik at bare modem-kortene må erstattes. Det er tilgjenglige brikker for Ethernet som kan moduleres på en koaksialkabel slik at et modem teoretisk også kan benyttes. Denne topologien vil gjøre det mulig å fordele lageret eller sentralisere det, eller begge deler. Lagerdumping kan utføres med alle nodene, og den vil muliggjøre en enkel integrasjon i det aktuelle systemet.

Ifølge en annen utførelsesform blir fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse implementert som et sett med datamaskinutførbare instruksjoner på et datamaskinlesbart medium, som omfatter ROM, RAM, CD ROM, Flash eller et hvilket som helst datamaskinlesbart medium, som nå er kjent eller ukjent, som når det utføres får en datamaskin til å implementere fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Selv om den foregående beskrivelsen er rettet mot de foretrukne utførelses-formene av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle varianter innenfor rammen av de vedføyde patentkrav, skal omfattes av den foregående beskrivelse. Eksempler på de viktigste trekkene ved oppfinnelsen er blitt oppsummert ganske generelt slik at den detaljerte beskrivelsen som følger, kan forstås bedre, og slik at bidragene til teknikkens stand kan forstås. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende, og som vil utgjøre innholdet i de vedføyde patentkrav.

Claims

1. Anordning for kommunikasjon mellom et brønnhullsverktøy og en overflatedatamaskin, omfattende: et brønnhullsverktøy for føring gjennom et brønnhull (26) i en formasjon; en prosessor tilknyttet med brønnhullsverktøyet for styring av kommunikasjoner mellom brønnhullsverktøyet og en ekstern anordning utenfor brønnhulls-verktøyet, over en kommunikasjonsforbindelse; minst én intern eller indre anordning tilknyttet brønnhullsverktøyet; og et flertall av parallelle databusser (112, 114) tilknyttet verktøyet for overføring av dataene mellom prosessoren og den minst ene indre anordningen i forbindelse med brønnhullsverktøyet; karakterisert ved: en kommunikasjonsprotokoll for overføring av data mellom prosessoren og den minst ene interne anordningen, hvor kommunikasjonsprotokollen er en anvendelse for overføring eller sending av suksessive dataord eller byte mellom prosessoren og den interne anordningen over forskjellige busser.

2. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en nettserver (101) tilknyttet prosessoren.

3. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en responsiv klient/server-modell, hvor en klient utenfor verktøyet anmoder om en handling av brønnhullsverktøyet.

4. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende: en overvåkningsfunksjon i prosessoren for å overvåke aktivitet på minst én buss; og en fremvisningsanordning (42) for å fremvise den overvåkede aktiviteten.

5. Anordning ifølge krav 1, hvor prosessoren er en Ethernet-styringsanordning (126).

6. Anordning ifølge krav 5, videre omfattende: en Ethernet-sendeport og mottaksport til en ekstern anordning; en Ethernet-sendeport og mottaksport til en intern anordning; en direkte forbindelse mellom den eksterne anordningens Ethernet-sendeport og den interne anordningens Ethernet-mottaksport; og en direkte forbindelse mellom Ethernet-sendeporten i den interne anordningen og Ethernet-mottaksporten for den eksterne anordningen, slik at en rutingsanordning ikke er nødvendig for kommunikasjon mellom den interne anordningen og den eksterne anordningen.

7. Anordning ifølge krav 1, hvor kommunikasjonsprotokollen sender bare én melding om gangen for hovedsakelig å eliminere kollisjoner.

8. Anordning ifølge krav 1, hvor N dataord eller byte blir overført mellom prosessoren og den interne anordningen over N forskjellige databusser.

9. Anordning ifølge krav 5, hvor kontrollsummene til kommunikasjonsprotokollen for den eksterne og den interne anordningen blir satt lik null for å lette arbeidet med kalibrering eller kalkulering av kontrollsummene på den interne anordningen, hvor en kontrollsum blir tilføyd ved slutten av en pakke ved hjelp av prosessoren.

10. Anordning ifølge krav 2, hvor nettserveren (101) tilveiebringer all programvare som befinner seg i verktøyet, og en nettleser tilveiebringer et grensesnitt til verktøyet, som letter programkompatibilitetsproblemer.

11. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en e-postserver i prosessoren for sending og mottakelse av e-poster.

12. Anordning ifølge krav 11, hvor e-postserveren er konfigurert til å sende tekniske e-postvarslinger adressert slik at bare verktøy med spesiallagde adresser vil motta en e-post når den er tilknyttet e-postserveren.

13. Fremgangsmåte for kommunikasjon mellom et brønnhullsverktøy og en overflatedatamaskin, karakterisert vedfølgende trinn: å styre kommunikasjoner mellom brønnhullsverktøyet og en ekstern anordning utenfor brønnhullsverktøyet; og å overføre eller sende suksessive dataord eller byte mellom en intern anordning i brønnhullsverktøyet og prosessoren over forskjellige busser.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å sende dataene i samsvar med en kommunikasjonsprotokoll for overføring av data mellom den eksterne anordningen og den minst ene interne anordningen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å tilveiebringe tilgang til Internett via en nettserver (101) tilknyttet prosessoren.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å etterspørre, fra en klient utenfor verktøyet, om en handling av brønnhulls-verktøyet i en reagerende klient/server-modell.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende. å overvåke aktivitet på en databuss via en overvåkningsfunksjon i prosessoren; og å fremvise den overvåkede aktiviteten.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å understøtte Ethernet-kommunikasjoner.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, videre omfattende: å forbinde en ekstern anordnings Ethernet-sendingsport og en intern anordnings Ethernet-mottaksport; og å forbinde en intern anordnings Ethernet-sendeport og en ekstern anordnings Ethernet-mottakerport slik at en rutingsanordning ikke er nødvendig for kommunikasjon mellom den eksterne anordningen og den interne anordningen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor bare én melding sendes om gangen for derved hovedsakelig å eliminere kollisjoner.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å overføre N dataord eller byte mellom prosessoren og den interne anordningen over N forskjellige databusser.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 18, videre omfattende: å fastsette kommunikasjonsprotokoll-kontrollsummerfor den interne anordningen til null for å lette beregningsarbeidet med kontrollsummene i den interne anordningen; og å tilføye en kontrollsum ved slutten av en pakke under overføring av dataene.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 15, omfattende: å tilveiebringe i nettserveren (101) all programvare som befinner seg i verktøyet, og å aksessere verktøyet via en nettleser som utgjør et grensesnitt til verktøyet som letter problemer med programvarekompatibilitet.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å sende og motta e-poster i en e-postserver i prosessoren.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, videre omfattende: å kringkaste tekniske varsler via e-postserveren slik at bare verktøy med en spesiell oppbygning mottar en e-post når den er tilknyttet e-postserveren.