NO339966B1 - Fremgangsmåter, systemer og verktøy for nedlink-kommunikasjon under boring av et brønnhull - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Teknisk område

[0002]Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt fremgangsmåter for data- og signalkommunikasjon mellom overflaten og et brønnhullsverktøy i et borehull, og mer spesielt, kommunikasjon fra overflaten til et brønnhullsverktøy ved å benytte slam-strømningsvariasjoner.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

[0003]US 2005/0209782 A1 omhandler en fremgangsmåte for nedlink-kommunikasjon med et nedihullsverktøy. Brønnhull eller borehull blir boret i grunnformasjoner for produksjon av hydrokarboner (olje og gass) ved å benytte en riggkonstruksjon (på land eller offshore) og en borestreng som innbefatter et rør (sammenføyde rør eller et oppkveilingsrør) og en boringsenhet (også kalt en bunnhullsanordning eller "BHA"). Boringsenheten bærer en borkrone som blir rotert av en motor ved overflaten og/eller av en borestrengmotor eller slammotor boret av boringsenheten. Boringsenheten bærer også en rekke brønnhullssensorer som vanligvis kalles sensorer for måling-under-boring (MWD) eller MWD-verktøy. Borefluid eller slam blir pumpet ved hjelp av slampumper på overflaten inn i borestrengen, som etter utløp ved borkronen returnerer til overflaten via et ringformet rom mellom borestrengen og borehullsveggene. Borehullsverktøyene i BHA utfører en rekke funksjoner som innbefatter boring av borehullet langs en ønsket brønnbane som kan innbefatte vertikale seksjoner, rette hellende seksjoner og buede seksjoner. Signaler blir sendt fra overflaten til brønnhullsverktøyene for å få brønnhullsverktøyene til å operere på spesielle måter. Brønnhullsverktøy sender også data og signaler til overflaten i forbindelse med en lang rekke borehullstilstander og formasjonsparametere.

[0004]I én fremgangsmåte blir signaler sendt som kodede signaler fra overflaten til brønnhullsverktøyene ved å bruke borefluidsøylen i brønnhullet som overførings-medium. Slike signaler er vanligvis i form av sekvenser av trykkpulser ved hjelp av en pulsanordning ved overflaten eller ved å endre gjennomstrømningsmengden av borefluid ved overflaten. Endringene i gjennomstrømningsmengden blir avfølt eller målt ved en passende brønnhullsposisjon ved hjelp av én eller flere brønnhullsdetektorer, slik som strømningsmålere og trykksensorer, og så dechiffrert eller dekodet av en brønnhullsstyringsenhet. Fluidpulstelemetrimetoder som vanligvis benyttes, har en tendens til å være komplekse og bruker lang tid til å overføre signaler. Majoriteten av de nåværende nedlinkmetodene hvorfluidstrømningen blir variert ved å bruke anordninger på riggen som krever forholdsvis nøyaktige styringer av fluidstrømnings-variasjonen og spesielle brønnhullsoppsett for å overføre komplekse data.

[0005]Mange av brønnene eller partier av disse kan imidlertid bores ved å benytte et begrenset antall kommandoer eller signaler sendt fra overflaten til bunnhulls-verktøyene, innbefattende implementering av automatisk boring. En forenklet fremgangsmåte og et forenklet system for telemetri kan derfor brukes til å overføre signaler til bunnhullsverktøyet. Det er derfor behov for en forbedret fremgangsmåte og et forbedret system for overføring av signaler fra overflaten, detektere de overførte signalene nede i hullet og benytte de detekterte signalene til å bevirke forskjellige operasjoner med brønnhullsverktøyene under boring av borehull.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0006]Hovedtrekkene ved oppfinnelsen fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fremgangsmåter og systemer i borehull som benytter kommandoer sendt fra overflaten til å operere eller styre brønnhullsverktøy (slik som en boreanordning, en styremekanisme, MWD-sensorer, osv.). Ifølge ett aspekt, blir signaler fra overflaten sendt ved å endre fluidgjennomstrømningsmengden til det fluidet som strømmer (sirkulerer eller pumpes) i et brønnhull. Signalene kan sendes ved å benytte faste eller dynamisk tidsperiodemåter. Strømningsmengdeendringer blir detektert nede i hullet for å bestemme signalene som er sendt fra overflaten. Ifølge ett aspekt bestemmer fremgangsmåten de signalene som er sendt fra overflaten, basert på antall ganger strømningsmengden krysser en terskel. Ifølge et annet aspekt benytter fremgangsmåten også tidsperiodene tilknyttet kryssingene til å bestemme signalene. Ifølge ett aspekt kan slutten av et signal bestemmes ved hjelp av en periode med konstant strømningsmengde. Ifølge et annet aspekt, kan hvert bestemt signal svare til en kommando som er lagret i et lager nede i hullet. Strømnings-mengden ved overflaten kan endres automatisk ved hjelp av en styringsenhet som styrer slampumpene på overflaten, eller ved å styre en fluidreguleringsanordning. Strømningsmengdeendringene nede i hullet kan detekteres ved hjelp av en hvilken som helst egnet detektor, slik som en strømningsmåler, en trykksensor, osv.

[0007]I følge et annet aspekt tilveiebringer oppfinnelsen et verktøy som innbefatter et strømningsmålesystem som innbefatter en strømningsmåleranordning, slik som en trykksensor eller en strømningsmåler, slik som en turbindrevet dynamo som genere-rer et spenningssignal svarende til den målte strømningsmengden. En styringsenhet i brønnhullsverktøyet koplet til strømningsmåleren bestemmer antallet kryssinger av fluidstrømningen i forhold til en terskel, og tilordnede tidsperioder, og bestemmer beskaffenheten til de signalene som er sendt fra overflaten. Brønnhullsverktøyet inneholder informasjon i form av en matrise eller en tabell som tilordner hver kommando til en funksjon eller operasjon som skal utføres av brønnhullsverktøyet. Styringsenheten korrelerer de detekterte signalene med deres tilordnede kommandoer og opererer verktøyet som reaksjon på kommandoene.

[0008]Ifølge et annet aspekt kan et samplingssett med kommandoer benyttes til å oppnå boring av en brønn eller en del av denne. For retningsboring kan f.eks. mål-verdier fastsettes for parametere vedrørende asimut, tangent og inklinasjon. Som et eksempel for å låse en asimut, kan retningen justeres til den ønskede retning fra overflaten. Når de overførte dataene fra brønnhullsverktøyet indikerer at den ønskede justeringen av brønnhullsverktøyet er oppnådd, kan retningen låses ved hjelp av overflatekommandoen. Denne samme prosedyren kan anvendes for å fastsette andre parametere eller aspekter ved brønnhullsverktøyet, slik som målinklina-sjon. Kommandoer kan også brukes til å styre operasjonen til styringsanordningen nede i hullet for å bore forskjellige seksjoner av et brønnhull, innbefattende vertikalt, buet, rett-tangent og fallende seksjoner. Kommandoen kan også brukes til å operere andre brønnhullsverktøy og sensorer.

[0009]Eksempler på de viktigste trekkene ved oppfinnelsen er blitt oppsummert (selv om oppsummeringen er ganske generell) for at den detaljerte beskrivelsen som følger, bedre kan forstås og slik at de bidragene som de representerer til fagområdet, kan forstås bedre. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende og som vil bli angitt i de vedføyde patentkrav.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0010]For å få en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse, skal det refereres til den følgende detaljerte beskrivelse av utførelsesformer tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor:

[0011]Fig. 1 viser en skjematisk illustrasjon av et boresystem som benytter en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0012]Fig. 2 viser et funksjonelt blokkskjema over et telemetrisystem i henhold til en utførelsesform av telemetrisystemet ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0013]Fig. 3 viser et diagram for en parameter (spenning) som funksjon av tid, som viser et prinsipp benyttet til å sende og detektere pulser i henhold til ett aspekt ved oppfinnelsen;

[0014]Fig. 4 viser noen eksempler på de strømningssekvensene som kan benyttes til å implementere fremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0015]Fig. 5 er en tabell som viser et eksempel på handlinger som kan utføres av brønnhullsverktøyene som reaksjon på visse kommandoer fra overflaten, for å bore i det minste en del av et brønnhull; og

[0016]Fig. 6 viser et eksempel på en ønsket borebane og et sett med kommandoer som kan benyttes til å bore en brønn langs den ønskede brønnbanen i henhold til en fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0017]Fig. 1 viser et skjematisk diagram over et boresystem 10 hvor en borestreng 20 kan bære en boringsenhet 90 eller en bunnhullsanordning (BHA) transportert i et "brønnhull" eller et "borehull" 26 for boring av brønnhullet. Boresystemet 10 kan innbefatte et konvensjonelt boretårn 11 reist på en plattform eller et dekk 12 som under-støtter et rotasjonsbord 14, som blir rotert av et hoveddrivsystem slik som en elektrisk motor (ikke vist) ved en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 innbefatter et metallrør 22 (et borerør vanligvis laget av sammenkoblede metallrørseksjoner eller et oppkveilingsrør) som strekker seg nedover fra overflaten inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir skjøvet inn i borehullet 26 for å bevirke boring av brønnhullet. En borkrone 50 festet til enden av boringsenheten 90 bryter opp de geologiske forma-sjonene når den blir rotert for å bore borehullet 26. Borestrengen 20 er koplet til heiseverk 30 via en drivrørskjøt 21, en svivel 28 og en ledning 29 gjennom en trekk-skive 23. Under boringsoperasjoner blir heiseverket 30 operert for å regulere vekten på borkronen, som er en parameter som påvirker inntrengningshastigheten.

[0018]Under boreoperasjoner blir et passende borefluid 31 (også kjent som "slam") fra en slamgrop (slamtank eller kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 ved hjelp av én eller flere slampumper 34. Borefluidet 31 passerer fra slampumpene 34 inn i borestrengen 20 via en trykkutjevningsanordning (ikke vist), en fluidledning 38 og drivrørskjøten 21. Borefluidet 31 blir så ført ut ved bore-hullsbunnen gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sirkuleres så oppover gjennom det ringformede rommet 27 (ringrommet) 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 utborede partikler til overflaten.

[0019]En sensor eller en anordning Si, slik som en strømningsmåler, er typisk plassert i ledningen 38 for å tilveiebringe informasjon om fluidstrømningsmengden. En dreiemomentsensor S2på overflaten og en sensor S3tilknyttet borestrengen 20 tilveiebringer henholdsvis informasjon om dreiemomentet og rotasjonshastigheten til borestrengen. I tillegg blir en sensor (ikke vist) tilknyttet ledningen 29 brukt til å tilveiebringe kraklast for borestrengen 20. Borkronen 50 kan roteres ved å rotere borerøret 22, eller en brønnhullsmotor 55 (slammotor) anordnet i boringsenheten 90, eller ved hjelp av å rotere både borerøret 22 og bruke slammotoren 55.

[0020]I utførelsesformen på fig. 1, er slammotoren 55 vist koplet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 57. Slammotoren 55 roterer borkronen 50 når borefluidet 31 passerer gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 tilveiebringer understøttelse for boringsenheten fra radiale og aksiale krefter på borkronen. En stabilisator 58 koplet til lagerenheten 57 virker som en sentreringsanordning for den nedre del av slammotorenheten.

[0021]I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en boresensormodul 59 anbrakt nær borkronen 50. Boresensormodulen 59 inneholder sensorer, kretser og behandlingsprogramvare og algoritmer vedrørende de dynamiske boreparameterne. Slike parametere innbefatter typisk borkronestøt, lugging av boringsenheten, bak-overrotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringromstrykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borkronetilstanden.

[0022]Et telemetri- eller kommunikasjonsverktøy 99 (eller modul) er anordnet nær en øvre ende av boringsenheten 90. Kommunikasjonssystemet 99, en kraftenhet 78 og verktøy 79 for måling-under-boring (MWD) er alle koplet i tandem med borestrengen 20. Fleksible rørstubber blir f.eks. brukt til å integrere MWD-verktøyene 79 i boringsenheten 90. MWD- og andre sensorer i boringsenheten 90 tar forskjellige målinger, innbefattende trykk, temperatur, boringsparametermålinger, resistivitets-, akustiske, kjernemagnetiske resonans-boringsretnings-målinger, osv., mens borehullet 26 blir boret. Dataene eller signalene fra de forskjellige sensorene som bæres av boringsenheten 90, blir behandlet og signalene som skal overføres til overflaten, blir levert til brønnhullstelemetrisystemet eller verktøyet 99.

[0023]Telemetriverktøyet 99 fremskaffer signalene fra brønnhullssensorene og over-fører disse signalene til overflaten. Én eller flere sensorer 43 på overflaten mottar signalene som er sendt fra brønnhullet, og leverer de mottatte signalene til en over-flatestyringsenhet, prosessor eller en reguleringsenhet 40 for ytterligere behandling i henhold til programmerte instruksjoner i forbindelse med styringsenheten 40. Styringsenheten 40 på overflaten innbefatter typisk én eller flere datamaskiner eller mikroprosessorbaserte behandlingsenheter, lagerfør lagring av programmer eller modeller og data, en registreringsanordning for å registrere data, og andre periferi-enheter.

[0024]I en utførelsesform kan systemet 10 være programmert for automatisk å styre pumpene eller andre passende strømningsreguleringsanordninger 39 for å endre fluidstrømningsmengden ved overflaten eller boreren kan betjene slampumpene 34 for å bevirke de ønskede endringene i fluidgjennomstrømningsmengden i borefluidet som pumpes inn i borestrengen. På denne måten blir kodede signaler sendt ned i hullet ved å endre strømningen av borefluid på overflaten og ved å styre tidsperiodene som er tilknyttet endringene i strømningsmengdene. Ifølge ett aspekt, for å endre fluidstrømningsmengden, kan styringsenheten 40 være koplet til og styrer pumpene 34. Styringsenheten inneholder programmerte instruksjoner for å operere og styre pumpene 34 ved å fastsette pumpehastigheten slik at det fluidet som pumpes ned i hullet, vil oppvise de strømningskarakteristikkene som er i henhold til en valgt strømningsmengdeplan, hvor noen eksempler på dette er vist og diskutert under henvisning til figurene 3 og 4 nedenfor. Ifølge et annet aspekt kan styringsenheten 40 være koplet til en passende strømningsreguleringsanordning 39 i ledningen 38 for å endre strømningsmengden til borefluidet i ledningen 38 slik at fluidet ved brønnhullsposisjonen vil oppvise de strømningskarakteristikkene som er i henhold til den valgte planen. Strømningsreguleringsanordningen 39 kan være en hvilken som helst egnet anordning, innbefattende en fluidforbikoplingsanordning hvor en ventil regulerer strømningen av borefluidet fra ledningen 38 til en forbikoplings-ledning for derved å frembringe trykkpulser i borefluidet, som kan detekteres nede i brønnen. En detektor, slik som en strømningsmåler eller en trykksensor tilknyttet brønnhullstelemetriverktøyet 99, detekterer endringer i strømningsmengden nede i hullet og en prosessor i telemetriverktøyet 99 bestemmer beskaffenheten av signalene som svarer til de detekterte fluidstrømningsvariasjonene.

[0025]Det vises fremdeles til fig. 1, hvor overflatestyringsenheten 40 også mottar signaler fra andre brønnhullssensorer og anordninger samt signaler fra overflate-sensorene 43, S1-S3og andre sensorer som brukes i systemet 10, og behandler disse signalene i henhold til programmerte instruksjoner levert til overflatestyringsenheten 40. Overflatestyringsenheten 40 viser ønskede boreparametere og annen informasjon på en visningsenhet 42 som benyttes av en operatør eller en borer til å styre boringsoperasjonene.

[0026]Fig. 2 viser et funksjonelt blokkskjema 100 for et telemetrisystem 100 i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som kan benyttes under boring av brønnhull. Systemet 100 innebefatter overflatestyringsenheten 40 og en slam-strømningsenhet eller anordning 110 på overflaten, som kan være slampumpene 34 (fig. 1) eller en annen egnet anordning som kan endre strømningsmengden til det slammet 111 som pumpes ned i hullet. Slammet 111 strømmer gjennom borerøret og inn i boringsenheten 90 (fig. 1). Boringsenheten 90 innbefatter en fluidstrømnings-måleanordning eller detektor 120, slik som en strømningsmåler eller en trykksensor. En turbindriv- og en vekselstrømsdynamo eller en annen passende anordning som er kjent på området, kan benyttes som strømningsmålende anordning 120. Detektoren 120 detekterer endringene i strømningsmengden nede i hullet. Ifølge ett aspekt måler detektoren trykket eller strømningsmengden nede i hullet og leverer et signal (slik som en spenning) som svarer til den målte strømningsmengden. En brønnhulls-styringsenhet (som kan innbefatte en prosessor) 140 koplet til detektoren 120, bestemmer antallet kryssinger som beskrevet nedenfor under henvisning til figurene 3 og 4 for å bestemme den spesielle kommandoen som er sendt fra overflaten. Brønnhullsstyringsanordningen bestemmer også signal- eller tidsperioder for fluid-strømning, slik som kontante strømningsmengder i forbindelse med kryssingene. Brønnhullsstyringsenheten 140 som benytter kryssings- og tidsperiodeinformasjonen, dechiffrerer signalene som er sendt fra overflaten. Brønnhullsstyringsenheten 140 innbefatter én eller flere lagringsanordninger 141 som lagrer programmer og en liste over kommandoer som svarer til de signalene som sendes fra overflaten. Brønnhulls- styringsenheten bestemmer også signal- eller tidsperioder for fluidstrømning, slik som konstante strømningsmengder i tilknytning til krysningene. Den innbefatter også handlinger som skal utføres av brønnhullsverktøy som reaksjon på kommandoene.

[0027]Brønnhullsverktøyet 90 kan også innbefatte en styringsreguleringsenhet 142 som regulerer styringsanordningen 146 som får borkronen 150 til å bore brønnhull i den ønskede retningen. I eksempelet på fig. 2 innbefatter brønnhullsverktøyet en slammotor 144 som roterer borkronen 150 og en styringsanordning 146 anordnet nær borkronen 150. Styringsanordningen 146 innbefatter et antall kraftpåførings-organer eller ribber 149 som kan strekkes ut uavhengig i radial retning utover fra verktøyet for selektivt å påføre kraft på borehullsveggen. De uavhengig styrte ribbene 149 kan påføre den samme eller en annen kraftmengde for å dirigere borkronen langs en hvilken som helst ønsket retning og dermed for å bore brønnhullet langs enhver ønsket brønnhullsbane. Retningssensorer 152 tilveiebringer informasjon i forhold til asimut-verdien og inklinasjon til boreverktøyet eller boringsenheten 90. Styringsenheten 140 er også koplet til én eller flere sensorer for måling-under-boring og kan styre funksjoner for slike sensorer som reaksjon på nedlink-signalene som er sendt fra overflaten. En brønnhullspulsanordning 156 sender data og informasjon til overflaten vedrørende brønnhullsmålingene. Overflatedetektorene 160 detekterer signalene som er sendt fra brønnhullet og leverer signaler tilsvarende disse til overflatestyringsenheten 40. Signalene som sendes fra brønnhullet kan innbefatte instruksjoner for å endre strømningsmengden på overflaten eller sende signaler ved å bruke en spesiell telemetriplan. Eksempler på telemetriplaner eller skjemaer som benyttes i systemet 100, blir beskrevet nedenfor i forbindelse med figurene 3-4.

[0028]Fig. 3 viser et diagram 200 over en brønnhullsmålt parameter som funksjon av tid som reaksjon på slamstrømnings-mengdeendringer bevirket ved overflaten. Diagrammet 200 viser et prinsipp eller en fremgangsmåte for å bestemme eller dekode signalene som er sendt fra overflaten. Detektoren 120 (fig. 2) i brønnhulls-telemetriverktøyet måler variasjonene i strømningsmengden og tilveiebringer et signal, slik som spenning ("V"), svarende til den målte strømningsmengden. Diagrammet 200 viser også spenningsresponsen ("V") langs den vertikale aksen som funksjon av tid ("T") langs den horisontale aksen. En terskelverdi V0med et område VVV2 for parameteren V er forhåndsdefinert og lagres i lageret 141 i forbindelse med brønnhullstelemetri-styringsenheten 140. Området V1-V2kan være definert på en måte som vil ta hensyn til hysterese som uunngåelig er tilstede i forbindelse med målinger relatert til endringer i fluidstrømningsmengder. I eksempelet på fig. 3, hver gang spenningsnivået krysser enten den øvre grensen 204 (Vi) eller den nedre grensen 206 (V2), foretar brønnhullsstyringsenheten 140 en måling. I pulssekvens-eksempelet på fig. 3 vil derfor styringsenheten 140 i brønnhullet foreta totalt tre tellinger, én telling ved hvert av punktene 210, 212 og 214. Alternativt kan et eneste terskelnivå eller én eneste terskelverdi slik som Vodefineres slik at styringsenheten foretar en telling hver gang den målte verdien krysser terskelen. I tillegg kan mer enn to terskler også defineres for tellingshyppigheten.

[0029]En pulssekvens fulgt av en konstant strømning over en valgt tidsperiode (låse-tide Tl, f.eks. 30 sekunder som vist på fig. 3) kan brukes til å definere slutten av pulssekvensen som er sendt fra overflaten i form av strømningsendringer. I eksempelet på fig. 2, når brønnhullsstyringsenheten mottar informasjon om låsetiden, svarer den da til telleverdien, slik som de tre tellingene som er vist på fig. 3 til et spesielt kommandosignal for en slik telleverdi som er lagret i et brønnhullslager. En unik kommando kan dermed tilordnes en unik telleverdi.

[0030]Ifølge ett aspekt benytter foreliggende oppfinnelse et forholdsvis lite antall kommandoer for å bevirke visse boringsoperasjoner. For å bore brønnhull eller en del av et brønnhull, kan f.eks. et begrenset antall kommandoer være tilstrekkelig for å bevirke lukket sløyfeboring av borehullet langs en forholdsvis kompleks brønnbane ved å utnytte anordningen og fremgangsmåtene som er beskrevet her. Ifølge ett aspekt kan f.eks. kommandoene til en styringsanordning være som følger: (1) Fortsett; (2) Ribber av (ingen kraft fra kraftpåføringsanordningen); (3) Fortsett med redusert kraft; (4) Øk eller fjern påføringskraft mot venstre; (5) Øk eller fjern påføringskraft mot høyre; (6) Nødstopp; (7) Hold inklinasjon; og (8) Vertikal bore-modus (100 % fallkraft). Kommandoene kan også benyttes til å drive andre brønn-hullsverktøy og sensorer. En kommando kan f.eks. brukes til å måle en parameter av interesse ved en spesiell sensor eller et spesielt verktøy, aktivere eller deaktivere en sensor eller et verktøy; å slå på eller slå av et verktøy eller en sensor, osv.

[0031]Fig. 4 tilveiebringer en nedlink-matrise 400, som viser visse eksempler på strømningsmengdetabeller som kan benyttes til å telle pulser for formålet med foreliggende oppfinnelse. Andre lignende eller forskjellige strømningsmengdetabeller kan også benyttes. I eksempelet på fig. 4 viser den venstre kolonnen 490 de ovenfor nevnte åtte kommandoeksemplene som skal sendes fra overflaten til borehullet ved å variere strømningsmengden ved overflaten. Kolonnen 410 viser en enkel terskel-kryssende måte i likhet med den som er beskrevet under henvisning til fig. 3.

[0032]Kurvene 41 Oa-41 Oi viser pulstellinger fra én til sju. I kurve 41 Oa krysser f.eks. måleparameteren for strømningsmengde, slik som spenning, terskelen (prikket linje) én gang fulgt av låsetiden T. Det signalet som representeres av én telling fulgt av låsetiden blir betegnet som "fortsetf-kommandoen 491. I kurve 410b, krysser stråle-parameteren for strømningsmengde terskelen én gang etter en konstant lav strømningsmengde over en periode T. 410c-410i viser likeledes henholdsvis 2-7 kryssinger, hvor hver slik sekvens blir fulgt av låsetiden T. Denne tildelingen av kommandoer til spesielle sekvenser er vilkårlig. En hvilken som helst egnet kommando kan tilordnes en hvilken som helst gitt sekvens. Antallet pumpehandlinger eller handlinger foretatt ved hjelp av en strømningsreguleringsanordning for strømningsmengdeendringer på overflaten for hvert av kommandosignalene (491-498) i kolonne 490, er der listet opp i kolonne 412. For kommandoen "fortsett" (491), innbefatter f.eks. det tilsvarende signalet én kryssing og en enkelt strømnings-endringshandling. Kommandoene 492-498 viser henholdsvis 2-7 strømnings-endringshandlinger på overflaten der hver slik handling tilveiebringer en målbar signalkryssing nede i brønnhullet.

[0033]Kurvene i kolonne 420 viser en alternativ terskeltellingsmåte hvor pumpen eller strømningsreguleringsanordningen på overflaten endrer strømningen etter et forutbestemt tidsintervall som er en multippel av en fast tid T, bortsett fra pulsen 410a hvor tiden T hovedsakelig er lik null. Kurven 420b viser en kryssing etter tiden T, mens kurvene 420c-420h viser en enkelt kryssing etter de henholdsvise tidene 2T, 3T, 4T, 5T, 6T og 7T. Som nevnt tidligere kan pulsskjemaet i kolonne 420 implemen-teres ved hjelp av en enkelt handling av pumpen eller strømningsregulerings-anordningen på overflaten, som vist ved kolonne 422.

[0034]Kurvene i kolonne 430 viser et eksempel på et bitmønsterskjema som er basert på faste tidsperioder som kan benyttes til å implementere fremgangsmåtene i foreliggende oppfinnelse. Kurvene 430a og 430b har en lignende beskaffenhet som kurvene 410a og 410b. I kurve 430a, er pulskryssingen vist fulgt av to tidsperioder med konstant strømningsmengde, mens kurve 430b viser en enkelt lav strømnings-mengde over en tidsperiode fulgt av en kryssing. Pulsskjemaet som er vist i hver av kurvene 430a og 430b benytter en strømningsendringshandling på overflaten, som vist i kolonne 432. Kurve 430c viser imidlertid en strømningsmengdeendring i en første tidsperiode for å tilveiebringe en første oppadgående kryssing fulgt av tre suksessive, konstante tellinger av tidsperioder uten noen kryssing, dvs. konstant strømningsmengde. Bitmønsteret for strømningsmengdene som er vist på kurve 430c, kan være utformet som en bitsekvens "1111", hvor den første kryssingen er utpekt som en bit "1" og hver tidsperiode etterpå inntil den oppadgående kryssingen er utformet som en separat bit "1". Kurve 430d viser en første kryssing (bit "1") i likhet med kryssingen i kurve 430c, som blir fulgt av en annen kryssing (betegnet som bit "0" ettersom den er i en retning motsatt av den første kryssingen) i den neste, faste perioden, og igjen fulgt av en tredje kryssing (dvs. bit 1 ettersom den er i samme retning som den første kryssingen) i den følgende faste tidsperioden. Den tredje kryssingen er vist fulgt av en fast tid (bit "1"). Bittellingen for pulssekvensen i kurve 430d er derfor utpekt som "1011". Kurve 430g vil likeledes gi en bitsekvens på "1000", hvor den første kryssingen er bit "1" fulgt av en annen nedadrettet kryssing og to suksessivt faste tidsperioder med konstant liten strømningsmengde, hver tilsvarende en bit "0". Skjemaet som er vist i kurvene 430 tilveiebringer derfor bit-skjemaer basert på antall kryssinger og tidsperiodene med konstant strømning i forbindelse med kryssingene. Et slikt skjema kan lett dechiffreres eller dekodes nede i hullet. I eksempelet på pulsskjema i kurve 430, er begynnelsen av hver telling vist etter en lav strømningsmengde. Det tilsvarende antall overflatehandlinger for hvert av signalene er vist i kolonne 432. Signalet i kurve 430c svarer derfor til to handlinger, én for den lave strømningsmengden og én for den høye strømningsmengden, mens det signalet som svarer til kurve 430e svarer til fem handlinger, én vist for den lave strømningsmengden og en separat handling for hver av de fire kryssingene.

[0035]Kurvene i kolonne 440 viser et bitmønster som benytter dynamiske tidsperioder i stedet for de faste tidsperiodene som er vist i kurven i kolonne 430. Antallet overflatehandlinger som svarer til strømningsmengdeendringer er listet opp i kolonne 442. Kurvene 440a og 440b er de samme som kurvene 430a og 430b. Kurvene 440c-440h representerer bitmønstre hvor dynamiske tidsperioder er tilordnet terskelkryssingene. I eksemplene med kurvene 440c-440h, starter ved hver terskelkryssing en tidsperiode. Hvis det ikke er noen kryssing, er det en maksimum forutbestemt tidsperiode som så representerer en bit, f.eks. bit "0". Hvis det er en kryssing innenfor en definert tidsperiode, så kan denne kryssingen representeres av den andre biten, som i dette tilfelle vil være bit "1". Kryssingene og de tilknyttede dynamiske tidsperioder kan derfor brukes til å definere en passende bitsekvens eller kommando.

[0036]Kurvene i kolonne 450 viser et skjema hvor antallet kryssinger i en spesiell tidsluke definerer signalets beskaffenhet. Kurve 450e viser f.eks. to kryssinger i en første spesiell tidsluke, mens kurve 450g viser to kryssinger i en annen spesiell tidsluke. Kurve 450h viser tre kryssinger i den andre spesielle tidsluken. Ved å telle kryssinger i spesielle tidsperioder blir det mulig å tilordne slike signaler som svarer til kommandoer. Antallet overflatehandlinger som svarer til signalene 450a-450h er listet opp i kolonne 452. Signalet i kurve 450d svarer f.eks. til to handlinger, én for den lave, konstante strømningsmengden og én for den høyere strømningsmengden, mens det signalet som svarer til kurve 450h, har fire handlinger, én for den lave strømningsmengden og én for hver av de tre kryssingene. Det skal bemerkes at de ovennevnte strømningsmengde-endringsskjemaene er et par eksempler, og at et hvilket som helst annet passende skjema innbefattende enhver kombinasjon av de ovenfor beskrevne skjemaene, kan benyttes og videre at et hvilket som helst bit-skjema kan tilordnes ethvert strømningsmengdemønster.

[0037]Fig. 5 viser en tabell 500 som inneholder kommandoeksemplene som er beskrevet ovenfor og de handlingene som er foretatt i brønnhullsverktøyet ved mottakelse av hver av disse kommandoene fra overflaten. Kolonne 510 lister opp de åtte kommandoene. Kolonne 520 lister opp visse mulige tidligere eller driftsmodi under boring av et borehull. Kolonne 530 lister opp den handling som blir foretatt av brønnhullsboringsenheten som reaksjon på mottakelse av den tilsvarende kommandoen. Hvis f.eks. kommandoen er "ribber av" så vil, uansett i hvilken modus boringsenheten opererer i, brønnhullsverktøyet få ribbene til ikke å utøve noe trykk på borehullsveggene. Hvis kommandoen som er sendt fra overflaten er "tilføy/fjern retningskraft venstre", så vil den neste driftsmodusen avhenge av den foregående eller den aktuelle modusen. Hvis f.eks. den aktuelle modusen er "helningsholde-modus" så vil boringsenheten påføre kraft for å bevege boreretningen til venstre. Hvis den aktuelle modusen imidlertid er "hold inklinasjonsmodus (reduser retningskraft mot venstre)", så vil brønnhullsverktøyet opprettholde den foregående modus.

[0038]Systemet som er beskrevet ovenfor kan benytte, men krever ikke, et forbi-koplingssystem for å endre fluidstrømningsmengden på overflaten. Alternativt kan slampumper reguleres for å bevirke nødvendige strømningsmengdeendringer som vil tilveiebringe det ønskede antall terskelkryssinger. Verktøyet kan også være programmert for å motta nedlinkskommunikasjoner bare ved en viss tid etter at fluid-strømningen er satt på. Programmene er også forholdsvis enkle ettersom systemet kan programmeres for å se etter en enkelt terskel. Et begrenset antall kommandoer bidrar også til å unngå å sende et stort antall overflatesignaler eller kommandoer gjennom slammet.

[0039]Fig. 6 viser et eksempel på en brønnbane eller en profil 610 for en brønn som skal bores, som kan bevirkes ved å sende som et eksempel, seks forskjellige kommandosignaler fra overflaten i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Brønnprofileksempelet innbefatter en vertikal seksjon 612, en byggeseksjon 614 som krever nødutløsning av boringsenheten for den høye siden, en tangent eller en rett hellende seksjon 616 som krever opprettholdelse av boring langs en rett hellende bane, og en fallende seksjon 618 som krever boring av borehullet på nytt i den vertikale eller mindre hellende retningen. Kolonne 620 viser de seks kommandoene som kan påvirke boringen av borehullet 610. For å bore den vertikale seksjonen 612, sender telemetristyringsenheten på overflaten en vertikal borekommando slik som kommando 498 (fig. 4) for å få boringsenheten til automatisk å holde boringen fra denne vertikal ved å benytte retningssensorene i BHA. En "ribbe av"-kommando kan også gis hvis det er ønskelig at ribbene ikke skal påføre noen kraft på borehullsveggene. For å bore oppbyggingsseksjonen 614, kan nødutløsningskommandoen 496 gis for å aktivere en nødutløsningsanordning til en forutbestemt vinkel mot den ønskede retningen. Når boringsenheten har nådd den ønskede byggeseksjonen, blir det gitt en helningsholdekommando 497. Kommandoene for helningsholdning og venstredreining 494 eller høyredreining 495 blir gitt for å holde boreretningen langs seksjonen 616. For å oppnå fallseksjonen 618, blir en vertikal borekommando sendt. Seks forskjellige kommandoer basert på de enkle telemetriskjemaene som er beskrevet ovenfor, kan derfor benyttes til å bore en brønn langs en forholdsvis kompleks brønnbane 610.

[0040]Det skal bemerkes at beskrivelsen av foreliggende oppfinnelse med fordel kan anvendes for styringssystemer uten ribber. Som nevnt tidligere kan dessuten foreliggende oppfinnelse anvendes på et hvilket som helst antall borehullsverktøy og sensorer som reagere på signaler, innbefattende, men ikke begrenset til, trekk- anordninger i borehull, skyveanordninger, trykkstyringssystemer i borehull, MWD-sensorer, osv. Ifølge et annet aspekt kan rotasjon av borestrengen endres for å sende signaler i henhold til ett av skjemaene som er nevnt ovenfor. Terskelverdien kan så defineres i forhold til borestrengrotasjonen. Passende sensorer blir brukt for å detektere de tilsvarende terskelkryssingene.

[0041]Som beskrevet ovenfor, tilveiebringer derfor foreliggende oppfinnelse i henhold til et aspekt en fremgangsmåte som innbefatter: å kode en kommando for en brønnhullsanordning i et fluid som pumpes inn i et brønnhull, ved å variere en strøm-ningsmengde i forhold til en forutbestemt terskel; å bestemme et antall tider for fluid-strømningsmengde-kryssinger av en valgt terskel ved å bruke en brønnhullssensor i fluidkommunikasjon med det pumpede fluidet, å dekode kommandoen basert på antall ganger fluidstrømningsmengden krysser den valgte terskelen; og å betjene brønnhullsanordningen i henhold til dekodede kommandoen.

[0042]Ifølge et annet aspekt, er det tilveiebrakt en fremgangsmåte som innbefatter: å sende signaler fra overflaten til et brønnhullssted som en funksjon av endring av strømningsmengden for et fluid som strømmer inn i et brønnhull; å detektere endringer i strømningsmengden ved brønnhullsstedet og tilveiebringe et signal som svarer til de detekterte endringene i strømningsmengden; et organ for å bestemme antall tider da signalet krysser en terskel; og å bestemme de signalene som er sendt fra overflaten basert på antall ganger signalet krysser terskelen. Ifølge et aspekt blir det sendt et antall signaler der hvert signal svarer til en enkelt endring i fluid-strømningsmengden. Ifølge et annet aspekt blir signalene sendt ved å endre fluid-strømningsmengden i henhold til et bitmønster som benytter faste tidsperioder. Ifølge et annet aspekt, blir signalene sendt ved å endre fluidstrømningsmengden i henhold til et bitmønster som benytter dynamiske tidsperioder, forutbestemte tidsluker eller et unikt antall kryssinger av terskelen.

[0043]Ifølge et annet aspekt, tilveiebringer oppfinnelsen et system for boring av et brønnhull som innbefatter: en strømningsreguleringsenhet på et overflatested som sender datasignaler ved å endre fluidstrømningsmengde for et borefluid som strømmer inn i en borestreng under boring av borehullet; en detektor i borestrengen som leverer signaler svarende til endringen i fluidstrømningsmengde ved et brønn-hullssted; og en styringsenhet som bestemmer de datasignalene som er sendt fra overflaten, basert på antall ganger signalet krysser en terskel. Systemet innbefatter en prosessor eller en styringsenhet som styrer en pumpe som tilveiebringer fluid under trykk eller en strømningsreguleringsanordning forbundet med en ledning som tilfører fluidet til borestrengen for å endre fluidstrømningsmengden på overflaten. En brønnhullsstyringsenhet bestemmer de signalene som er sendt fra overflaten basert på tidsperioder tilknyttet kryssinger av fluidstrømningen for en terskel. Tidsperiodene kan være en fast tidsperiode, en dynamisk tidsperiode eller være basert på valgte tidsluker. Brønnhullsstyringsenheten korrelerer de bestemte signalene med kommandoer lagret i et lager tilknyttet styringsenheten. Styringsenheten styrer også en retningsstyreanordning eller et annet brønnhullsverktøy i henhold til kommandoene under boring av brønnhullet. Ifølge et aspekt, innbefatter kommandoene: en kommando for boring av en vertikalseksjon; boring av en over-bygningsseksjon; boring av en tangentseksjon; boring av en fallseksjon; måling av en parameter av interesse; å instruere en anordning om å utføre en funksjon; å slå på en anordning, og å slå av en anordning.

[0044]Den foregående beskrivelse er rettet mot spesielle utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse med det formål å illustrere og forklare oppfinnelsen. Det vil imidlertid være klart for en fagkyndig på området at mange modifikasjoner og endringer av de utførelsesformene som er angitt ovenfor, er mulige uten å avvike fra rammen og omfanget av oppfinnelsen, slik som definert av de følgende patentkrav. Det er følgelig ment at de følgende patentkrav skal tolkes for å omfatte alle slike modifikasjoner og endringer.

Claims (22)

1. Telemetrifremgangsmåte, karakterisert vedfølgende trinn: å sende et flertall av signaler fra et overflatested til et brønnhullssted ved endring av strømningsmengde for et fluid som strømmer inn i et brønnhull (26), hvor hvert signal blir representert av et bestemt antall ganger strømningsmengden krysser en terskel (antall kryssinger) og en assosiert tidsperiode som er én av: i) som følger etter antallet kryssinger, og ii) som kommer forut for antallet kryssinger; å detektere endringer i strømningsmengden for fluidet ved brønnhullsstedet; å telle antall ganger de detekterte endringer i strømningsmengden for fluidet krysser terskelen og den assosierte tidsperiode; og å bestemme signalene som er sendt fra overflaten basert på det telte antall ganger da strømningsmengden for fluidet krysser terskelen og den assosierte tidsperiode.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor antallet kryssinger er det samme, og tidsperioden som kommer forut for antallet kryssinger er forskjellig for hvert av de flere signalene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor antallet kryssinger er forskjellig, og tidsperioden som følger etter antallet kryssinger er den samme for hvert av flertallet av signaler.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor sending av flertallet av signaler innbefatter: å endre fluidstrømningsmengden ved å styre en fluidstyringsenhet (40) ved overflate-stedet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor sending av flertallet av signaler innbefatter: å endre fluidstrømningsmengden ved å styre en slampumpe (110; 34) ved overflate-stedet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor hvert signal svarer til et kommandosignal for en brønnhullsanordning.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor detektering av endringer i strømnings-mengden for fluidet innbefatter: å måle én av: fluidstrømningsmengde og trykk.

8. System for boring av et brønnhull (26), karakterisert vedat det omfatter: en strømningsreguleringsenhet på et overflatested som sender et flertall av signaler ved endring av fluidstrømningsmengde for et borefluid som strømmer inn i en borestreng (20) under boring av brønnhullet (26), hvor hvert signal som er sendt fra overflaten, er representert av et bestemt antall ganger strømningsmengden krysser en terskel og en assosiert tidsperiode som er én av: i) som følger etter det bestemte antall ganger strømningsmengden krysser terskelen, og ii) som kommer forut for det bestemte antall ganger strømningsmengden krysser terskelen; en detektor som tilveiebringer signaler som svarer til endringene i fluidstrømningsmengden ved et brønnhullssted; og en styringsenhet som er konfigurert til å telle signalene som er sendt fra overflaten, basert på antallet ganger som signalene krysser terskelen og den assosierte tidsperiode.

9. System ifølge krav 8, hvor strømningsstyringsenheten innbefatter en prosessor som styrer én av: en pumpe som leverer fluidet under trykk; og en strømningsreguleringsanordning (39) tilknyttet en ledning (38) som leverer fluidet til borestrengen (20).

10. Telemetrisystem (99, 100), karakterisert vedat det omfatter: en strømningsreguleringsenhet på et overflatested som sender et flertall av signaler ved endring av fluidstrømningsmengde for et borefluid som strømmer inn i en borestreng (20), hvor hvert signal svarer til en kommando og er representert av minst én kryssing av en terskel med strømningsmengden og et bestemt antall av assosierte tidsperioder som er én av: i) som følger etter den minst ene kryssing av terskelen med strømningsmengden, og ii) som kommer forut for den minst ene kryssing av terskelen med strømningsmengden; en detektor som er konfigurert nedihulls til å tilveiebringe signaler som svarer til endringene i den minst ene kryssing av terskelen; og en styringsenhet som er konfigurert til å telle tidsperiodene som er assosiert med den minst ene kryssing og kommandoen, basert på antallet av de telte tidsperioder som er assosiert med den minst ene kryssing.

11. System ifølge krav 10, hvor hver assosiert tidsperiode er én av: (i) en fast tidsperiode, (ii) en dynamisk tidsperiode og (iii) valgte tidsluker.

12. System ifølge krav 8, hvor styringsenheten bestemmer signalene som er sendt fra overflaten, ved å sammenlikne antallet kryssinger og de assosierte tidsperioder med kommandoer som er lagret i et lager (141) som er tilordnet / assosiert med styringsenheten (140).

13. System ifølge krav 12, hvor styringsenheten (140, 146) videre regulerer en retningsstyringsanordning (142) i et brønnhullsverktøy (90) som er båret av borestrengen (20), som reaksjon på minst én kommando for å bore brønnhullet (26) langs en valgt bane.

14. System ifølge krav 13, hvor den minst ene kommando svarer til én av: å bore en vertikal seksjon (612); å bore en overbyggingsseksjon (614); å bore en tangentseksjon (616); å bore en fallende seksjon (618); å måle en parameter av interesse; å inspisere en anordning for å utføre en funksjon; å slå på en anordning; og å slå av en anordning.

15. System ifølge krav 8, hvor detektoren er én av: en trykksensor og en strøm-ningsmålingsanordning.

16. Verktøy for bruk ved boring av et brønnhull (26), karakterisert ved: en bunnhullsanordning (BHA) som kan transporteres inn i brønnhullet (26) ved hjelp av en rørledning som mottar fluid fra et overflatested under boring av brønn-hullet (26); en sensor (43, S1-S3) som detekterer endringer i strømningsmengde for fluidet ved en posisjon i brønnhullet (26) og som tilveiebringer signaler som svarer til endringene i strømningsmengden; og en prosessor som teller antall kryssinger av signalene fra en terskelverdi og tidsperioder tilknyttet / assosiert med kryssingene for å bestemme signaler som er sendt fra overflaten, hvor hvert signal som er sendt fra overflaten, er representert av et bestemt antall ganger strømningsmengden krysserterskelen og de assosierte tidsperioder, og hvor de assosierte tidsperioder er én av: i) som følger etter det bestemte antall ganger strømningsmengden krysser terskelen, og ii) som kommer forut for det bestemte antall ganger strømningsmengden krysser terskelen.

17. Verktøy ifølge krav 16, hvor prosessoren bestemmer kommandoer i forbindelse med hvert av signalene som er mottatt fra overflaten, ut fra data som er lagret i et lager (141) tilknyttet prosessoren.

18. Verktøy ifølge krav 17, hvor BHAen videre innbefatter en retningsstyringsanordning (142), og hvor prosessoren styrer retningsstyringsanordningen (142) i henhold til minst én kommando for å bore brønnhullet (26) langs en valgt bane.

19. Verktøy ifølge krav 17, hvor sensoren er én av: en trykksensor og en strøm-ningsmålingsanordning.

20. Fremgangsmåte for styring av en brønnhullsanordning,karakterisert vedfølgende trinn: å kode en kommando for brønnhullsanordningen i et fluid som pumpes inn i et brønnhull (26) ved å variere en strømningsmengde i forhold til en terskel, hvor kommandoen svarer til et bestemt antall ganger strømningsmengden krysser terskelen og en assosiert tidsperiode som er én av: i) som følger etter det bestemte antall ganger strømningsmengden krysser terskelen, og ii) som kommer forut for det bestemte antall ganger strømningsmengden krysser terskelen; å telle et antall tider / ganger hvor fluidstrømningsmengden krysser terskelen og tidsperioden assosiert med antallet av kryssinger ved å bruke en brønnhullssensor i fluidkommunikasjon med fluidet; å dekode kommandoen basert på antallet ganger hvor fluidstrømnings-mengden krysser terskelen og den assosierte tidsperiode; og å operere brønnhullsverktøyet i henhold til den dekodede kommandoen.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å assosiere hvert bestemt signal med en kommando som er valgt fra et flertall av kommandoer som er lagret i et verktøy i brønnhullet (26).

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, hvor den valgte kommandoen velges fra en gruppe bestående av: i) å bore en vertikal seksjon (612); ii) å bore en overbyggingsseksjon (614); iii) å bore en tangentseksjon (616); iv) å bore en fallende seksjon (618); v) å måle en parameter av interesse; vi) å inspisere en anordning for å utføre en funksjon; vii) å slå på en anordning; og viii) å slå av en anordning.