NO341187B1 - Fremgangsmåte og system for nedihulls støykansellering i slampuls-telemetri - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

[0001]Foreliggende fremstilling angår telemetrisystemer for å kommunisere informasjon fra et sted i et brønnhull til et sted på overflaten, og mer spesielt en fremgangsmåte for å fjerne støy ved brønnhullsstedet, som er frembrakt av kilder nede i hullet.

Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002]Telemetrisystemer som benytter borefluid, generelt referert til som fluidpuls-systemer, er spesielt tilpasset for telemetri av informasjon fra bunnen av et borehull til jordoverflaten under oljebrønnborings-operasjoner. Informasjonen som fjernoverføres innbefatter ofte, men er ikke begrenset til, parametere for trykk, temperatur, retning og avvik (deviasjon) av brønnhullet. Andre parametere innbefatter loggedata slik som resistivitet i de forskjellige lagene, sonisk densitet, porøsitet, induksjon, eget potensiale og trykkgradienter. Denne informasjonen er viktig for effektiviteten til boringsoperasjonen og blir brukt ved utvikling av reservoarer.

[0003]MWD-telemetri er nødvendig for å forbinde MWD-brønnhullskomponentene med MWD-overflatekomponentene i sanntid, og for å håndtere de fleste borerelaterte operasjonene uten avbrudd. Systemet for å understøtte dette, er ganske komplekst med både brønnhulls- og overflatekomponenter som opererer i takt.

[0004]I ethvert telemetrisystem er det en sender og en mottaker. I MWD-telemetri er sender- og mottakerteknologiene ofte forskjellige hvis informasjon er oppadrettet eller nedadrettet. I en oppadrettet forbindelse blir senderen ofte referert til som slampuls-generatoren (eller enklere "pulsgiveren") og er et MWD-verktøy i bunnhullsanordningen (BHA) som kan generere trykksvingninger i slamstrømmen. Mottaker-systemet på overflaten omfatter sensorer som måler trykksvingningene og/eller strømningssvingningene, og signalbehandlingsmoduler som tolker disse målingene.

[0005]Nedadrettet forbindelse blir oppnådd ved enten periodisk å variere strømnings-hastigheten til slammet i systemet, eller ved periodisk å variere rotasjonshastigheten til borestrengen. I det første tilfelle blir strømmingshastigheten regulert ved å bruke en forbikoplingsaktivator og styringsenhet, og signalet blir mottatt i MWD-brønnhullssystemet ved å bruk en sensor som blir påvirket av enten strømning eller trykk. I det annet tilfelle blir rotasjonshastigheten på overflaten styrt manuelt, og signalet blir mottatt ved å bruk en sensor som blir påvirket.

[0006]For oppadrettet telemetri er en egnet pulsgiver beskrevet i US 6,626,253 til Hahn m.fl., som har samme søker som i foreliggende søknad og hvis innhold i sin helhet herved inkorporeres ved referanse. I Hahn '253 er det beskrevet et oscillerende skjærventilsystem for anti-tilstopping for å generere trykksvingninger i et strømmende borefluid. Systemet innbefatter en stasjonær stator og en oscillerende rotor, begge med aksiale strømningspassasjer. Rotoren oscillerer meget nær statoren, og blokkerer i det minste delvis strømningen gjennom statoren og genererer oscillerende trykkpulser. Rotoren passerer gjennom to null-hastighetsposisjoner under hver syklus, noe som letter hurtige endringer i signalfasen, frekvensen og/eller amplituden for å forenkle forbedret datakoding.

[0007]Boresystemer (beskrevet nedenfor) innbefatter slampumper for å transportere borefluid inn i borestrengen og borehullet. Trykkbølger fra slampumper på overflaten produserer betydelige mengder med støy. Pumpestøyen er resultatet av bevegelsen av slampumpestemplene. Trykkbølgene fra slampumpene forplanter seg i motsatt retning i forhold til det oppadrettede telemetrisignalet. Komponenter i støybølgene fra slampumpene på overflaten kan være tilstede i frekvensområdet som brukes for overføring av det oppadrettede telemetrisignalet og kan også ha et høyere nivå enn det mottatte, oppadrettede signalet, noe som gjør korrekt deteksjon av det mottatte, oppadrettede signalet meget vanskelig. Ytterligere støykilder innbefatter boremotoren og borkronens vekselvirkning med formasjonen. Alle disse faktorene forringer kvaliteten av det mottatte, oppadrettede signalet og gjør det vanskelig å gjenvinne den overførte informasjonen.

[0008]Det har vært mange forsøk på å finne løsninger for å redusere interfererende virkninger i MWD-telemetrisignaler. US 5,886,303 angir en metode og et apparat for kansellering av uønskede signaler i akustiske MWD-verktøy. US 2007/0017671 A1 omhandler brønnhulls telemetrisystem og -metode. Se også f.eks. US 3,747,059 og US 3,716,830 til Garcia, US 3,742,443 til Foster m.fl., US 4,262,343 til Claycomb, US 4,590,593 til Rodney, US 4,642,800 til Umeda, US 5,146,433 til Kosmala m.fl., US 4,715,022 til Yeo, US 4,692,911 til Scherbatskoy, US 5,969,638 til Chin, GB 2361789 til Tennent m.fl., og US-patentsøknad med serienr. 11/311196 fra Reckmann m.fl. Dette er eksempler på det som blir kalt "passive" systemer hvor målinger blir tatt ved eller nær overflaten av borehullet for å estimere og kansellere pumpestøy og andre støykilder på overflaten. Slike passive fremgangsmåter kan ikke skjelne mellom de oppadrettede telemetrisignalene og den boringsgenererte støyen i slamkanalen.

[0009]Den foreliggende fremstillingen er en fremgangsmåte og en anordning for aktiv kansellering av støy, slik som borestøy som blir generert nede i borehullet.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0010]Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. En utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å kommunisere et telemetrisignal fra en brønnhullsposisjon til en overflateposisjon under boringsoperasjoner. Fremgangsmåten innbefatter å måle et første signal som indikerer borestøy ved posisjonen nær kilden for støyen i en kommunikasjonskanal i borehullet. Telemetrisignalet og det første signalet blir brukt til å aktivere en pulsgenerator og tilveiebringe et oppadrettet signal ved brønnhullsposisjonen. Et annet signal blir mottatt ved overflatestedet, som indikerer det oppadrettede signalet, og det andre signalet blir behandlet for å estimere telemetrisignalet. Det første signalet kan være et trykksignal eller et strømningshastighetssignal. Frembringelse av det oppadrettede signalet kan videre innbefatte å måle et tredje signal som en respons på det oppadrettede signalet ved et sted nær brønnhullsposisjonen, filtrere det første signalet ved å bruke et filter utledet fra det tredje signalet og det første signalet, og kombinere telemetrisignalet og det filtrerte første signalet. Filtreringen kan innbefatte å påtrykke en tidsforsinkelse og en dempningsfaktor. Tidsforsinkelsen kan estimeres ved å krysskorrelere det første signalet og det tredje signalet. Utledning av filteret kan gjøres ved å estimere en overføringsfunksjon for kommunikasjonskanalen mellom posisjonen i nærheten av støykilden og en posisjon eller pulsgeneratoren. Kilden for borestøyen kan være en borkrone og/eller en slammotor. Mottakelse av det andre signalet kan gjøres ved å bruke et antall sensorer, og estimering av telemetrisignalet kan gjøres ved å dempe en overflatestøy. Kilden for borestøyen kan være transportert på en bunnhullsanordning ved å bruke et borerør.

[0011]En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et system for å kommunisere et telemetrisignal fra en brønnhullsposisjon til en overflateposisjon under boring. Systemet innbefatter en første sensor innrettet for å måle et første signal som er en indikasjon på borestøyen ved et sted nær kilden for denne i en kommunikasjonskanal i borehullet. Systemet innbefatter også minst én prosessor innrettet for å bruke telemetrisignalet og det første signalet til å aktivere en pulsgenerator og tilveiebringe et oppadrettet signal ved brønnhullsposisjonen og behandle et annet signal ved overflateposisjonen som er en indikasjon på det oppadrettede signalet for å estimere telemetrisignalet. Den første sensoren kan være innrettet for å reagere på et trykksignal og/eller et strømningshastighetssignal. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å aktivere pulsgeneratoren ved å bruke et tredje signal som reagerer på det oppadgående signalet som er målt ved hjelp av en sensor ved en posisjon nær brønnhullsposisjonen, filtrering av det første signalet ved å bruke et filter utledet fra det tredje signalet og det første signalet, og å kombinere telemetrisignalet og det filtrerte første signalet. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å filtrere det første signalet ved å påføre en tidsforsinkelse og en dempningsfaktor. Prosessoren kan videre være innrettet for å bestemme tidsforsinkelsen ved å krysskorrelere det første signalet og det tredje signalet. Prosessoren kan videre være innrettet for å utlede filteret ved å estimere en overføringsfunksjon for kommunikasjonskanalen mellom en posisjon i nærheten av støykilden og en posisjon for pulsgeneratoren. Kilden for borestøyen kan være en borkrone og/eller en slammotor. Systemet kan videre innbefatte et antall sensorer innrettet for å tilveiebringe det andre signalet, og hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere telemetrisignalet ved å dempe overflatestøy. Systemet kan innbefatte et borerør innrettet for å transportere kilden for borestøy på en bunnhullsanordning.

[0012]En annen utførelsesform er et datamaskinlesbart medium for bruk med et system for å kommunisere et telemetrisignal fra en brønnhullsposisjon til en overflateposisjon under boringsoperasjoner. Systemet innbefatter en første sensor innrettet for å måle et første signal som er en indikasjon på borestøyen ved et sted nær kilden for denne i en kommunikasjonskanal i borehullet. Mediet innbefatter instruksjoner som gjør det mulig for minst én prosessor å bruke telemetrisignalet og det første signalet til å aktivere en pulsgenerator og frembringe et oppadgående signal ved brønnhullsposisjonen, og behandle et annet signal ved overflateposisjonen som er en indikasjon på det oppadgående signalet, for å estimere telemetrisignalet. Mediet kan innbefatte et ROM, et EPROM, et EAROM, et flash-lager og/eller en optisk plate.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å få endetaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av den foretrukne utførelsesformen, tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor like elementer er blitt gitt like henvisningstall, og hvor: Fig. 1 (kjent teknikk) er en skjematisk illustrasjon av et boresystem egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2a-2c (kjent teknikk) er et skjema over en oscillerende skjærventil egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 er en illustrasjon av en utforming av noen av komponentene ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 er et flytskjema over en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse som benytter en enkelt sensor; Fig. 5 er et flytskjema over en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse som benytter to sensorer; Fig. 6 illustrerer den tilbakekoplingen som brukes av prosessoren i utførelses-formen av oppfinnelsen som er vist på fig. 5; og Fig. 7 illustrerer en fremgangsmåte for å bestemme en overføringsfunksjon for slamkanalen mellom borkronen og pulsgeneratoren.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0014]Fig.1 viser et skjematisk diagram av et boresystem 10 med en borestreng 20 som bærer en borehullssammenstilling 90 (også referert til som en bunnhulls-sammenstilling eller "BHA") transportert i et "brønnhull" eller "borehull" 26 for boring av brønnhullet. Boresystemet 10 innbefatter et konvensjonelt boretårn 11 reist på et dekke 12 som understøtter et rotasjonsbord 14 som blir rotert av en hoveddri-vanordning slik som en elektrisk motor (ikke vist) med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 innbefatter et rør slik som et borerør 22 eller et oppkveilingsrør som strekker seg nedover fra overflaten inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir skjøvet inn i brønnhullet 26 når et borerør 22 blir brukt som rør. For anvendelser med opp-kveilingsrør blir imidlertid en rørinjektor, slik som en injektor (ikke vist) imidlertid brukt til å bevege røret fra en kilde for dette, slik som en spole (ikke vist) til brønnhullet 26. Borkronen 50, som er festet til enden av borestrengen, bryter opp de geologiske for- masjonene når den blir rotert for å bore borehullet 26. Hvis et borerør 22 blir brukt, er borestrengen 20 koplet til heiseverk 30 via en drivskjøt 21, en svivel 28 og linen 29 gjennom en taljetrinse 23. Under boreoperasjoner blir heisverket 30 betjent for å regulere vekten på borkronen, som er viktig parameter som påvirker inntrengnings-hastigheten. Operasjonen til heisverket er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her.

[0015]Under boreoperasjoner, blir et passende borefluid 31 fra en slamtank (kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 ved hjelp av en slam-pumpe 34. Borefluidet passerer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en trykkutjevningsanordning (ikke vist), fluidledningen 38 og drivskjøten 21. Borefluidet 31 kommer ut ved bunnen av borehullet 51 gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sirkuleres opp gjennom hullet gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og returnerer til slamtanken 32 via en returledning 35. Borefluidet virker til å smøre borkronen 50 og føre borekaks eller borerester bort fra borkronen 50. En sensor Si som vanligvis er plassert i ledningen 38, tilveiebringer informasjon om fluidstrømningshastigheten. En dreiemomentsensor S2på overflaten og en sensor S3i forbindelse med borestrengen 20 tilveiebringer henholdsvis informasjon om dreiemomentet og rotasjonshastigheten til borestrengen. I tillegg blir en sensor (ikke vist) i forbindelse med ledningen 29 brukt til å tilveiebringe kroklasten til borestrengen 20.

[0016]I en utførelsesform av oppfinnelsen blir borkronen 50 rotert ved bare å rotere borerøret 22. I en annen utførelsesform er en brønnhullsmotor 55 (slammotor) anordnet i boringsenheten 90 for å rotere borkronen 50, og borerøret 22 blir vanligvis rotert for å supplere den rotasjonsmessige kraften om nødvendig, og for å bevirke endringer i boreretningen.

[0017]I et utførelseseksempel på 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 31 passerer gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 understøtter de radiale og aksiale kreftene på borkronen. En stabilisator 58 koplet til lagerenheten 57, virker som en sentreringsanordning for den nedre delen av slammotorenheten.

[0018]I en utførelsesform av oppfinnelsen er en boresensormodul 59 plassert nær borkronen 50. Boresensormodulen innholder sensorer, kretser og prosesserings- programvare og algoritmer i forbindelse med de dynamiske boringsparameterne. Disse parameterne innbefatter typisk borkronesprett, lugging i boringsenheten, bak-overrotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringromstrykk, akselersjonsmålinger og andre målinger av borkronetilstanden. En passende telemetri- eller kommunika-sjonsmodul 72 som f.eks. bruker toveis telemetri, er også anordnet som illustrert, i boringsenheten 90. Boresensormodulen behandler sensorinformasjonen og sender den til overflatestyringsenheten 40 via telemetrisystemet 72.

[0019]Kommunikasjonsmodulen 72, en kraftenhet 78 og et MWD-verktøy 79 er alle koplet i tandem med borestrengen 20. Fleksible rørskjøter blir f.eks. brukt for å kople inn MWD-verktøyet 79 i boringsenheten 90. Slike overganger, moduler og verktøy utgjør bunnhullsanordningen 90 mellom borestrengen 20 og borkronen 50. Boringsenheten 90 tar forskjellige målinger, innbefattende pulsede, kjernemagnetiske resonansmålinger mens borehullet 20 blir boret. Kommunikasjonsmodulen 72 frem-skaffer signalene og målingene og overfører signalene ved bruk av toveis telemetri, som f.eks. skal behandles på overflaten. Alternativt kan signalene behandles ved å bruke en brønnhullsprosessor i boringsenheten 90.

[0020]Styringsenheten eller prosessoren 40 på overflaten mottar også signaler fra andre brønnhullssensorer og anordninger og signaler fra sensorene SrS3og andre sensorer som brukes i systemet 10, og behandler slike signaler i henhold til pro-grammerte instruksjoner levert til styringsenheten 40 på overflaten. Styringsenheten 40 på overflaten fremviser ønskede boringsparametere og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 42 som benyttes av en operatør til å styre boringsoperasjonene. Styringsenheten 40 på overflaten innbefatter typisk en datamaskin eller et mikroprosessorbasert behandlingssystem, et lager for lagring av programmer eller modeller og data, en registreringsanordning for å registrere data, og andre peri-ferienheter. Styringsenheten 40 er vanligvis innrettet for å aktivere alarmer 44 når visse utrygge eller uønskede driftsforhold inntreffer. Systemet innbefatter også en brønnhullsprosessor, en sensorenhet for å foreta formasjonsevaluering og en orienteringssensor. Disse kan være plassert ved en hvilken som helst egnet posisjon på bunnhullsanordningen (BHA).

[0021]Fig. 2a er en skjematisk skisse av pulsgeneratoren, også kalt en oscillerende skjærventilenhet 19 for slampulstelemetri. Pulsgeneratorenheten 19 er plassert i den indre boringen av verktøyhuset 101. Huset 101 kan være et boret vektrør i bunnhulls anordningen 10, eller alternativt et separat hus innrettet for å passe inn i boringen i et vektrør. Borefluidet 31 strømmer gjennom statoren 102 og rotoren 103 og passerer gjennom ringrommet mellom pulsgeneratorhuset 108 og den indre diameteren av verktøyhuset 101.

[0022]Statoren 102, se fig. 2a og 2b, er fiksert i forhold til verktøyhuset 101 og pulsgeneratorhuset 108 og har flere langsgående strømningspassasjer 120. Rotoren 103, se fig. 2a og 2c, er skiveformet med tannblad 130 som skaper strømnings-passasjer 125 som er like i størrelse og form som strømningspassasjene 120 i statoren 102. Alternativt kan strømningspassasjene 120 og 125 være hull gjennom henholdsvis statoren 102 og rotoren 103. Rotorpassasjene 125 er innrettet slik at de kan innrettes, ved en vinkelmessig posisjon, med statorpassasjene 120 for å skape en rett gjennomgående strømningsbane. Rotoren 103 er posisjonert nær statoren 102 og er innrettet for å oscillere rotasjonsmessig. En vinkelmessig forskyvning av rotoren 103 i forhold til statoren 102 endrer det effektive strømningsareale som skaper trykksvingninger i den sirkulerte slamsøylen. For å oppnå en trykksyklus, er det nødvendig å åpne og lukke strømningskanalen ved å endre den vinkelmessige posisjonen til rotorbladene 130 i forhold til statorens strømningspassasje 120. Dette kan gjøres med en oscillerende bevegelse av rotoren 103. Rotorbladene 130 blir rotert i en første retning inntil strømningsarealet er fullstendig eller delvis begrenset. Dette skaper en trykkøkning. De blir så rotert i motsatt retning for å åpne strømnings-banen igjen. Dette frembringer en trykkminskning. Den nødvendige vinkelmessige forskyvningen avhenger av utformingen av rotoren 103 og statoren 102. Jo flere strømningsbaner rotoren 103 innbefatter, jo mindre er den vinkelmessige forskyvning som er nødvendig for å skape en trykksvingning. En liten aktiveringsvinkel for å skape trykkfallet, er ønskelig. Den kraft som er nødvendig for å aksellerere rotoren 103, er proporsjonal med den vinkelmessige forskyvningen. Jo lavere den vinkelmessige forskyvningen er, jo lavere blir den nødvendige aktiveringskraften for å akselerere eller deselerere rotoren 103. Som et eksempel, med åtte strømnings-åpninger på rotoren 103 og på statoren 102, blir en vinkelmessig forskyvning på om-kring 22,5° brukt for å skape trykkfallet. Dette holder aktiveringsenergien forholdsvis liten ved høye pulsfrekvenser. Legg merke til at det ikke er nødvendig å blokkere strømningen fullstendig for å skape en trykkpuls, og derfor skaper forskjellige størrelser av blokkering eller vinkelmessig rotasjon forskjellige pulsamplituder.

[0023]Rotoren 103 er festet til akselen 106. Akselen 106 passerer gjennom en

fleksibel belg 107 og passer inn gjennom lagrene 109 som fikserer akselen i radial og aksial retning i forhold til huset 108. Akselen er forbundet med en elektrisk motor 104 som kan være en reversibel, børsteløs DC-motor, en servomotor eller en skrittmotor. Motoren 104 blir styrt elektronisk ved hjelp av kretser i elektronikkmodulen 135, for å gjøre det mulig for rotoren 103 å bli drevet nøyaktig i hver retning. Den nøyaktige styringen av posisjonen til rotoren 103 sørger for spesifikk forming av den genererte trykkpulsen. Slike motorer er kommersielt tilgjengelige og blir ikke diskutert nærmere her. Elektronikkmodulen 135 kan inneholde en programmerbar prosessor som kan være forhåndsprogrammert for å overføre data under anvendelse av en hvilken som helst av et antall kodingsmåter som innbefatter, men ikke er begrenset til, amplitude-skiftnøkling (ASK), frekvensskiftnøkling (FSK) eller faseskiftnøkling (PSK) eller en kombinasjon av disse teknikkene.

[0024]I en utførelsesform av oppfinnelsen har verktøyhuset 101 trykksensorer, ikke vist, montert i posisjoner over og under pulsgeneratorenheten, med avfølingsflaten eksponert for fluidet i boringen i borestrengen. Disse sensorene blir drevet av elektronikkmodulen 135 og kan være for å motta utsendte trykkpulser fra overflaten. Prosessoren i elektronikkmodulen 135 kan være programmert for å endre data-kodingsparameterne basert på pulser utsendt fra overflaten. Kodingsparameterne kan innbefatte kodingstyper, basislinjepuls-amplitude, basislinjefrekvens eller andre parametere som påvirker kodingen av data.

[0025]Hele pulsgeneratorhuset 108 er fylt med et passende smøremiddel 101 for å smøre lagrene 109 og for å trykk-kompensere innsiden av pulsgeneratorhuset 108 trykkmessig med brønnhullstrykket i boreslammet 31. Lagrene 109 er typisk antifrik-sjonslagre som er kjent på området og som ikke blir beskrevet nærmere her. I en ut-førelsesform er pakningen 107 en fleksibel belgpakning direkte koplet til akselen 106 og pulsgeneratorhuset 108 og forsegler hermetisk det oljefylte pulsgeneratorhuset 108. Den vinkelmessig bevegelsen av akselen 106 forårsaker at det fleksible mate-riale i belgpakningen 107 vris for derved å romme den vinkelmessige bevegelsen. Det fleksible belgmateriale kan være et elastomermateriale eller alternativt et fiber-forsterket elastomermateriale. Det er nødvendig å holde den vinkelmessige rota-sjonen forholdsvis liten slik at belgmaterialet ikke vil bli overbelastet av vridnings- bevegelsen. I en alternativ, foretrukket utførelsesform kan pakningen 107 være en rotasjonsmessig elastomer-akselpakning eller en mekanisk flatepakning.

[0026]I en utførelsesform er motoren 104 utstyrt med en dobbelendet aksel eller alternativt en hul aksel. Én ende av motorakselen er festet til akselen 106, og den andre enden av motorakselen er testet til en torsjonsfjær 105. Den andre enden av torsjonsfjæren 105 er forankret med endehetten 115. Torsjonsfjæren 105 sammen med akselen 106 og rotoren 103 omfatter et mekanisk fjær/masse-system. Torsjonsfjæren 105 er utformet slik at dette fjær/masse-system er ved sin egen frekvens ved eller nær den ønskede oscillasjonspulsfrekvensen for pulsgeneratoren. Metodologien for å utforme et resonant torsjonsfjær/masse-system er velkjent på de mekaniske områdene og blir ikke nærmere beskrevet her. Fordelen ved et resonant system er at når systemet er i resonans, må motoren bare tilveiebringe kraft for å overvinne ytre krefter og systemdempning, mens de rotasjonsmessige treghetskreftene blir ut-ballansert av resonanssystemet.

[0027]Det vises nå til fig. 3 hvor komponenter i en utførelsesform av oppfinnelsen er illustrert. Der er det vist et borehull 303 i en grunnformasjon 310. Ringrommet mellom borestrengen og borehullsveggen tjener som en kommunikasjonskanal for telemetrisignaler. Borkronen er skissert ved 301. Borkronen blir boret ved enden av en hul aksel 308 som utgjør en del av BHA-en. Pulsgeneratoren er skissert ved 307. En første trykksensor 303 er anordnet nær borkronen. Denne trykksensoren reagerer på trykkvariasjoner i slammet (som kan være utformet som det første signalet). En komponent i trykkvariasjonen er et resultat av forholdsvis lave frekvensendringer forårsaket av endringer i slamstømningen som en del av boringsoperasjonene. I tillegg vil trykkendringene også innbefatte en komponent med høyere frekvens som er et resultat av driften av borkronen. Under normale boringsoperasjoner vil trykkvaria-sjonene, forårsaket av boringshandlingen, bli addert til det oppadgående telemetrisignalet fra pulsgeneratoren 307. Passive systemer som beror på målinger av trykket ved eller nær overflaten, vil være ute av stand til å skjelne mellom det oppadgående telemetrisignalet og borestøyen.

[0028]Det vises nå til fig. 4, hvor signalet 401 i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, fra trykksensoren 305, blir matet til en signalprosessor 403. Signalprosessoren 403 bruker det målte signalet fra den første trykksensoren til å tilveiebringe en innmating til pulsgeneratoren 404 som kompenserer for den slampulsen som forplanter seg langs boresøylen på grunn av borestøyen. Det kompenserende signalet og det kodede telemetrisignalet fra sekvenseringsanordningen 407 blir matet til pulsgeneratoren. Utgangen fra pulsgeneratoren vil så hovedsakelig bestå av det ønskede oppadgående telemetrisignalet. Forskjellige fremgangsmåter for å bestemme kompenseringssignalet blir diskutert nedenfor.

[0029]Fig. 5 viser et alternativt arrangement. Signalet 501 fra den første sensoren 305 blir matet til signalprosessoren 503. I tillegg blir signalet 505 fra en annen sensor 309 også matet til signalprosessoren 503. Dette kan refereres til som det tredje signalet. Den andre trykksensoren er anordnet over pulsgeneratoren. Signalprosessoren tilveiebringer så et kompenseringssignal til pulsgeneratoren 506 basert på signalene 501, 505 fra de to sensorene 305, 309. Utgangen fra pulsgeneratoren er derfor en kombinasjon av telemetrisignalet fra sekvenseringsanordningen 507 og kompenseringssignalet fra prosessoren 503. Ved egnet utforming av kompenseringssignalet blir trykkvariasjoner i slamsøylen på grunn av boringen dempet.

[0030]Utledningen av kompenseringssignalet blir så beskrevet. På fig. 6 er det vist en grunnleggende konfigurasjon for de to sensorene 305, 309. De tykke, brutte linjene indikerer signaler inne i slamkanalen. I en utførelsesform av oppfinnelsen blir det systemet som er illustrert på fig. 5, først operert uten noe telemetrisignal, men med fortsatt boring. Inne i prosessoren 403 er det vist to eksempler på parametere som kan justeres. Én av dem er forsinkelsestiden T som kan anvendes av pulsgeneratoren på utgangen fra den første sensoren. En annen parameter er den relative forsterkningsgraden som skal påføres kompenseringssignalet. Når det ikke er noe telemetrisignal, og hvis kompenseringssignalet er korrekt, så bør den andre sensoren ha null utgang, dvs. at pulsgeneratoren 405 korrekt har kompensert for den slampulsen som forplanter seg langs slamsøylen og som ble generert av borkronen. Hvis imidlertid den andre sensoren 309 ikke måler et signal når det ikke er noe telemetrisignal, endrer prosessoren tidsforsinkelsen 605 og/eller den relative forsterkningsgraden 607 for kompenseringssignalet for å minimalisere, f.eks. i minste kvadraters forstand, det målte signalet ved den andre sensoren. Fagkyndige på området vil innse at kompenseringssignalet bør ha motsatt polaritet i forhold til det signalet som er detektert av den første sensoren.

[0031]I tillegg til å justere forsinkelsen og forsterkningsfaktoren, kan prosessoren utføre ytterligere operasjoner ved fremskaffelse av kompenseringssignalet. Kompenseringssignalet kan f.eks. være båndbegrenset for å svare til den båndbredden som skal brukes for telemetrisignalene.

[0032]I tillegg blir det i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen tatt målinger med den første sensoren og den andre sensoren med pulsgeneratoren inoperativ. Under disse forholdene gir en korrelasjon mellom signalene ved de to sensorene et direkte mål på forplantningstiden for en slampuls mellom de to sensorene mens borkronen er i drift. Den estimerte driftsforsinkelsen kan så interpoleres for å gi tidsforsinkelsen mellom den første sensoren og pulsgeneratoren. Hvis derfor s^t) og s2(t) er signalene ved de to sensorene, er krysskorrelasjonen mellom de to signalene gitt ved:

hvor Twer et tidsvindu som korrelasjonen blir bestemt over. Den tidsforsinkelse for hvilken Rsis2(~0 når et maksimum, er et estimat av tiden eller forplantningen av en slampuls fra den første sensoren til den andre sensoren. Denne bestemte verdien blir interpolert for å gi en forsinkelsestid mellom den første sensoren og pulsgeneratoren. Det skal bemerkes at denne estimerte tidsforsinkelsen kan måtte justeres for elektromekaniske forsinkelser i pulsgeneratoren. Som det vil være kjent for fagkyndige på området, bør et lavkuttfilter anvendes forut for bestemmelsen av auto-korrelasjonen.

[0032]Dempningen av en slampuls som forplanter seg mellom den første sensoren og den andre sensoren, kan bestemmes ved å måle effekten i signalene Si og S2over en vinduslengde. Dempningen kan så interpoleres for å gi en estimert dempning av en slampuls mellom den første sensoren og pulsgeneratoren.

[0033]Når den andre sensoren er posisjonert nær pulsgeneratoren, er det mulig å estimere overføringsfunksjonen for slamkanalen mellom sensoren Si og pulsgeneratoren. Dette er illustrert på fig. 7. På denne figuren er det vist to sensorer 701,711, telemetrikoderen 709 og pulsgeneratoren 709. I fravær av et telemetrisignal,

hvor F(.) betegner Fourier-transformasjonen av et signal, og H12er overførings-funksjonen. Overføringsfunksjonen for pulsgeneratoren Hf er en kjent (eller bestem-

bar) størrelse. Filteret som skal anvendes på utgangen Si kan dermed være gitt av

[0034]Fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i den foreliggende fremstillingen, vil forstå at fremgangsmåten og anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse også kan brukes til å dempe støy i slamkanalen forårsaket av bruk av en slammotor. For formålet med oppfinnelsen kan slam generert ved hjelp av slammotoren også være innbefattet i uttrykket "borestøy". Dette kan gjennomføres ved å anbringe den første sensoren over slammotoren, pulsgeneratoren over den første trykksensoren og den andre trykksensoren over pulsgeneratoren.

[0035]Når støy i slamkanalen på grunn av borestøy er blitt dempet, blir det så mulig å bruke tidligere kjente fremgangsmåter til å dempe støy som skyldes overflatekilder slik som slampumper. Et eksempel på en slik fremgangsmåte er beskrevet i Reckmann- søknaden, som har samme søker som foreliggende søknad og hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse. Som beskrevet der, blir målinger tatt med en dobbelsensor (strømningshastighet eller trykk) brukt til å dempe pumpe-støy i et signal ved et sted på overflaten, referert til som det andre signalet, som reaksjon på det oppadgående signalet i et slampuls-telemetrisystem.

[0036]Driften av senderen og mottakerne kan styres av brønnhullsprosessoren og/eller overflateprosessoren. Implisitt i styringen og behandlingen av dataene er bruken av et datamaskinprogram på et passende maskinlesbart medium som gjør det mulig for prosessoren å utføre styringen og behandlingen. Det maskinlesbare mediet kan innbefatte én eller flere ROM, EPROM, EAROM, flash-lagre og optiske plater. Resultatene av behandlingen kan mates ut til et passende medium for visning eller for bruk i etterfølgende operasjoner relatert til reservoarutvikling. Disse ytterligere operasjonene kan innbefatte utforming av avslutningsstrenger, posisjonering av ytterligere borehull og operasjoner for strømningsregulerings-anordninger.

[0037]Den foregående beskrivelse er rettet mot spesielle utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse med det formål å illustrere og forklare. Det vil imidlertid være opplagt for en fagkyndig på området at mange modifikasjoner og endringer av den utførelsesformen som er angitt ovenfor, er mulig uten å avvike fra oppfinnelsens ramme definert av de etterfølgende patentkrav.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for å kommunisere et telemetrisignal fra en brønnhulls-posisjon til en overflateposisjon under boringsoperasjoner, hvor fremgangsmåten omfatter: å måle et første signal (501) som er en indikasjon på borestøy ved en posisjon nær kilden for støyen i en kommunikasjonskanal i borehullet (26, 303); å bruke telemetrisignalet og det første signalet (501) til å aktivere en pulsgenerator (307, 405, 506, 609, 709) og frembringe et oppadgående signal ved brønnhullsposisjonen i borehullet (26, 303), slik at effekter av borestøyen på det oppadgående signalet blir dempet; å motta et andre signal ved overflateposisjonen som en reaksjon på det oppad gående signalet; og å behandle det andre signalet for å estimere telemetrisignalet,karakterisert vedat: frembringelse av det oppadgående signalet videre omfatter: (i) å måle et tredje signal (505) som en reaksjon på det oppadgående signalet ved en posisjon nær brønnhullsposisjonen og mellom brønnhullsposisjonen og overflateposisjonen; (ii) å filtrere det første signalet (501) ved å bruke et filter utledet fra det tredje signalet (505) og det første signalet (501); og (iii) å kombinere telemetrisignalet og det filtrerte første signalet, og hvor filteret videre blir utledet fra sampling, før måling av det første signalet (501), av et signal ved posisjonen eller stedet nær kilden for støyen under en innførings-eller treningsperiode når det er borestøy og ikke noe telemetrisignal.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det første signalet (501) er valgt fra den gruppe som består av: (i) et trykksignal og (ii) et strømningshastighetssignal.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor filtreringen videre omfatter: å anvende en tidsforsinkelse og en dempningsfaktor.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, videre omfattende: å bestemme tidsforsinkelsen ved å krysskorrelere det første signalet (501) og det tredje signalet (505).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor utledning av filteret videre omfatter: å estimere en overføringsfunksjon for kommunikasjonskanalen mellom posisjonen i nærheten av støykilden og en posisjon for pulsgeneratoren (307, 405, 506, 609, 709).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor kilden for borestøy er valgt fra den gruppe som består av: (i) en borkrone (50, 301) og (ii) en slammotor (55).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor mottakelse av det andre signalet videre omfatter: å bruke et antall sensorer (Si, S2, S3, 305, 309), og hvor estimering av telemetrisignalet videre omfatter: å dempe en overflatestøy.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å transportere kilden for borestøy på en bunnhullsanordning ved å bruke et borerør (22).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor frembringelse av det oppadgående signalet blir utført ved å bruke et kompenserende signal som svarer til båndbredden for telemetrisignalet.

10. System for kommunisering av et telemetrisignal fra en brønnhullsposisjon til en overflateposisjon under boringsoperasjoner, hvor systemet omfatter: (a) en første sensor (Si, 305) innrettet for å måle et første signal (501) som er en indikasjon på borestøyen ved en posisjon nær kilden for denne i en kommunikasjonskanal i borehullet (26, 303); (b) minst én prosessor (403, 503) innrettet for: (A) å bruke telemetrisignalet og det første signalet (501) til å aktivere en pulsgenerator (307, 405, 506, 609, 709) og tilveiebringe et oppadgående signal ved brønnhullsposisjonen i borehullet (26, 303), slik at effekter av borestøyen på det oppadgående signalet blir dempet; og (B) å behandle et andre signal ved overflateposisjonen som en reaksjon på det oppadgående signalet for å estimere telemetrisignalet; ogkarakterisert ved: (c) en andre sensor (S2, 309) ved en posisjon nær brønnhullsposisjonen og mellom brønnhullsposisjonen og overflateposisjonen, idet den andre sensoren (S2, 309) er konfigurert til å måle et tredje signal (505) i kommunikasjonskanalen i borehullet (26, 303), hvor den minst ene prosessoren (403, 503) videre er innrettet for å aktivere puls generatoren (307, 405, 506, 609, 709) ved: (i) å måle det tredje signalet (505) som er en reaksjon på det oppadgående signalet, ved hjelp av den andre sensoren (S2, 309); (ii) å filtrere det første signalet (501) ved å bruke et filter utledet fra det tredje signalet (505) og det første signalet (501); og (iii) å kombinere telemetrisignalet og det filtrerte første signalet, og hvor den minst ene prosessoren (403, 503) videre er innrettet for å utlede filteret fra sampling, før måling av det første signalet (501), av et signal ved posisjonen eller stedet nær kilden for støyen under en innførings- eller treningsperiode når det er borestøy og ikke noe telemetrisignal.

11. System ifølge krav 10, hvor den første sensoren (Si, 305) er innrettet for å reagere på én av: (i) et trykksignal og (ii) et strømningshastighetssignal.

12. System ifølge krav 10, hvor den minst ene prosessoren (403, 503) videre er innrettet for å filtrere det første signalet (501) ved å påføre en tidsforsinkelse og en dempningsfaktor.

13. System ifølge krav 12, hvor den minst ene prosessoren (403, 503) videre er innrettet for å bestemme tidsforsinkelsen ved å krysskorrelere det første signalet (501) og det tredje signalet (505).

14. System ifølge krav 10, hvor den minst ene prosessoren (403, 503) videre er innrettet for å utlede filteret ved å estimere en overføringsfunksjon for kommunikasjonskanalen mellom posisjonen i nærheten av støykilden og en posisjon for pulsgeneratoren (307, 405, 506, 609, 709).

15. System ifølge krav 10, hvor kilden for borestøy er valgt fra den gruppe som består av: (i) en borkrone (50, 301) og (ii) en slammotor (55).

16. System ifølge krav 10, videre omfattende et antall sensorer (S^ S2, S3, 305, 309) innrettet for å frembringe det andre signalet, og hvor den minst ene prosessoren (403, 503) videre er innrettet for å estimere telemetrisignalet ved å dempe en over-flatestøy.

17. System ifølge krav 10, videre omfattende et borerør (22) innrettet for å transportere kilden for borestøy på en bunnhullsanordning.

18. System ifølge krav 10, hvor den andre sensoren (S2, 309) er posisjonert for estimering av overføringsfunksjonen for slamkanalen mellom den første sensoren (Si, 305) og pulsgeneratoren (307, 405, 506, 609, 709).

19. Datamaskinlesbart medium som har instruksjoner derpå, hvilke, når de blir avlest av minst én prosessor (403, 503), forårsaker at den minst ene prosessoren (403, 503) utfører en fremgangsmåte, hvor fremgangsmåten omfatter: å kommunisere et telemetrisignal og et første signal (501) som er en indikasjon på borestøy ved en brønnhullsposisjon i et borehull (26, 303) for å aktivere en pulsgenerator (307, 405, 506, 609, 709) og frembringe et oppadgående signal ved brønnhullsposisjonen, slik at effekter av borestøyen på det oppadgående signalet blir dempet; ogkarakterisert vedat mediet omfatter instruksjoner som gjør det mulig for den minst ene prosessoren (403, 503): (A) å bruke telemetrisignalet og det første signalet (501) til å aktivere en pulsgenerator (307, 405, 506, 609, 709) og frembringe et oppadgående signal ved brønnhullsposisjonen i borehullet (26, 303); og å behandle et andre signal ved en overflateposisjon som en reaksjon på det oppadgående signalet for å estimere telemetrisignalet,karakterisert vedat: frembringelse av det oppadgående signalet videre omfatter: (i) å måle et tredje signal (505) som en reaksjon på det oppadgående signalet ved en posisjon nær brønnhullsposisjonen og mellom brønnhullsposisjonen og overflateposisjonen; (ii) å filtrere det første signalet (501) ved å bruke et filter utledet fra det tredje signalet (505) og det første signalet (501); og (iii) å kombinere telemetrisignalet og det filtrerte første signalet, og hvor filteret videre blir utledet fra sampling, før måling av det første signalet (501), av et signal ved posisjonen eller stedet nær kilden for støyen under en innførings-eller treningsperiode når det er borestøy og ikke noe telemetrisignal.

20. Datamaskinlesbart medium ifølge krav 19, videre omfattende minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EAROM, (iv) et flash-lager og (v) en optisk plate.