NO344493B1

NO344493B1 - Bidireksjonalt telemetri apparat og fremgangsmåte for brønnboreoperasjoner

Info

Publication number: NO344493B1
Application number: NO20075744A
Authority: NO
Inventors: John D Macpherson
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2020-01-20
Also published as: WO2006122174A2; CA2606627C; NO20075744L; CA2606627A1; US20090115623A1; GB2469954A; GB0721434D0; GB2440077B; US8248266B2; US7477161B2; US20060290528A1; GB2440077A; WO2006122174A3; GB201012355D0

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører datatelemetriapparatur og fremgangsmåter for brønnhullsoperasjoner på oljefelt.

Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] Den beslektede teknikk fremgår av US 2004/0156264 A1, US 6,320,820 B1, US 4,884,071, US 2005/0087368 A1 og US 5,568,448. En rekke kommunikasjonsog overføringsteknikker er blitt brukt for å fremskaffe sanntidsdata fra i nærheten av en borkrone til overflaten under boring. Bruk av sensorer for måling-under-boring (MWD) med dataoverføring i sanntid gir betydelige fordeler under en boringsoperasjon. Kontinuerlig overvåkning av brønnhullstilstander gjør det f.eks. mulig med en øyeblikkelig reaksjon på potensielle brønnreguleringsproblemer og resulterer i forbedret boringseffektivitet og hullrensing.

[0003] MWD-systemer gir boreoperatører større kontroll over konstruksjonen av en brønn ved å levere informasjon om tilstander ved bunnen av et borehull hovedsakelig i sanntid etter hvert som borehullet blir boret. Visse informasjoner er av interesse for boreoperatører og blir fortrinnsvis fremskaffet fra bunnen av borehullet i hovedsakelig sanntid. Denne informasjonen innbefatter vanligvis retningsboringsvariable slik som inklinasjon og retning (asimut) for borkronen, og geologiske formasjonsdata slik som naturlig gammastrålingsnivåer og elektrisk resistivitet for bergartsformasjonen.

Uttrykket MWD-system skal forstås å omfatte utstyr og teknikker for dataoverføring fra innsiden av brønnen til jordoverflaten.

[0004] Måling av boreparametere slik som borkronevekt, dreiemoment, slitasje og lagertilstand i sanntid sørger for mer effektive boreoperasjoner. Hurtigere inntrengningshastigheter, bedre ut- og innkjøringsplanlegging, redusert utstyrssvikt, færre forsinkelser for retningsundersøkelser og eliminering av behov for å avbryte boringen ved deteksjon av unormale trykk er i virkeligheten oppnåelig ved å bruke MWD-teknikker.

[0005] Vanlige telemetrisystemer som er blitt brukt i et forsøk på å tilveiebringe data i sanntid fra i nærheten av borkronen til overflaten innbefatter slamtrykkpulssystemer, isolerte ledningssystemer, akustiske systemer og elektromagnetiske systemer.

[0006] I et slamtrykkpulssystem blir resistansen til slamstrømmingen gjennom en borestreng modulert ved hjelp av en ventil og reguleringsmekanisme montert i et vektrør nær borkronen og genererer en trykkpuls som forplanter seg i slamsøylen til overflaten. Denne type system overfører vanligvis data ved lave hastigheter, spesielt mindre enn 10 biter pr. sekund på grunn av dempning og forvrengning av de genererte pulsene.

[0007] En isolert leder eller fastkoplet forbindelse fra MWD-sensorer til overflaten er en alternativ metode for å opprette brønnhullskommunikasjoner. Uttrykket isolert leder slik det benyttes her, betyr både elektriske og optiske ledere. Denne type systemer oppviser høy datarate, og toveis kommunikasjon med høy hastighet blir mulig. Denne type systemer kan anvende et spesielt borerør og spesielle verktøyskjøtekoplinger som har isolerte ledere anordnet inne i dem. En alternativ installasjon kan bruke en kabel inne i borerøret (pipe bore) som isolert leder.

[0008] Akustiske systemer har tilveiebrakt et tredje alternativ. Et akustisk signal blir vanligvis generert nær borkronen og blir overført som spenningsbølger gjennom veggen i borerøret, eller som trykkpulser eller bølger i slamsøylen. For akustiske signaler utsendt som spenningsbølger gjennom veggene i røret, vil reflekterende og refraktiv interferens på grunn av varierende diameter og gjengeforbindelser ved skjøtene resultere i redusert signalbåndbredde. I tillegg resulterer kontakt mellom borerøret og borehullsveggen som kan inntreffe f.eks. ved en retningsbrønn, i et meget høyt signaldempningsnivå som gjør signaldeteksjon vanskelig ved overflaten.

[0009] Den fjerde teknikken som brukes for å telemetrere brønnhullsdata til overflaten anvender overføring av elektromagnetiske bølger gjennom jorden. En strøm som bærer brønnhullsdatasignal blir matet til en toroid eller krage posisjonert i nærheten av borkronen eller matet direkte til borestrengen over en elektrisk isolator. Når en toroid blir anvendt, blir en primærvikling som bærer dataene for overføring viklet omkring toroiden, og en sekundær vikling blir dannet av borerøret. En mottaker er forbundet til jorden ved overflaten hvor elektromagnetiske data blir plukket opp og registrert. Det har imidlertid vist seg at i dype eller støyfylte brønnanvendelser oppviser konvensjonelle elektromagnetiske systemer vanskeligheter når det gjelder å ekstrahere datasignalet fra den omgivende støyen ved overflaten. Overflatepulsen innbefatter tellurisk støy så vel som menneskelaget støy fra elektriske maskiner og generatorer tilknyttet boreprosessen. I tillegg kan elektromagnetisk støy genereres av bevegelsen av den ledende borestrengen i borehullet. Dempningen av de elektromagnetiske bølgene over omkring 20 Hz er i tillegg ekstrem, noe som resulterer i et meget lite signal ved overflaten. Det er vanlig at støykildesignalene er betydelig større enn de ønskede utsendte signalene. Selv om mye av støyen kan fjernes fra overflatemålingene, begrenser den høye dempningen og den lave overføringsbåndbredden bruken av vanlige elektromagnetiske teknikker til forholdsvis grunne dybder og/eller lave borkronehastigheter.

[0010] Alle de systemene som er nevnt foran, anvender en eller annen type signalinnsamling på overflaten. I mange tilfeller gjør bruken av en roterende borestreng optimal plassering av deteksjonssensorene til et problem. Trykkpulssignaler blir f.eks. vanligvis detektert ved hjelp av en trykktransduser montert oppstrøm (nær pumpen) for en drivrørslange på en ikke-roterende del av fluidforsyningsledningen. Denne posisjonen gjør midlertidig deteksjon vanskeligere på grunn av trykkpulssignaldempning som skyldes den ettergivende drivrørslangen og på grunn av refleksjoner fra rørkoplinger. Montering av trykktransdusere på den roterende borestrengen, f.eks. over drivrørskjøten og før drivrørslangen, eller inne i den roterende del av en toppdrivanordning, kan tilveiebringe overlegen deteksjon. Overføringen av signalet fra det roterende rammeverket til det stasjonære riggmiljøet krever imidlertid glideringer eller induktive koplere. Bruken av faste borestrengforbindelser som beskrevet ovenfor, krever likeledes vanligvis sleperinger eller induktive koplere montert på drivrøret for å overføre signalet fra roterende til ikke-roterende utstyr og omvendt. I tillegg, når en slepering eller en induktiv kopler blir brukt til å overføre signalet fra det roterende organet til de stasjonære omgivelsene, blir en kabel vanligvis ført gjennom toppdrivanordningen og langs kelly-slangen for å kople glideringen eller den induktive kopleren til en overflatestyringsanordning for både signal- og kraftoverføring. Disse kablene kan oppvise reparasjons- og vedlikeholdsproblemer. Det er derfor behov for et forbedret overflatetelemetrisystem for anvendelse under brønnboringsoperasjoner.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0011] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Ifølge et aspekt ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et system for å kommunisere data mellom et brønnhullsverktøy og en overflatestyringsenhet, som omfatter en roterende borestreng som strekker seg i et borehull og har en brønnhullstelemetrimodul anordnet i nærheten av en bunnende av denne og som sender et første signal over en telemetrikanal. En overflatetelemetrimodul er anordnet i nærheten av en toppende av den roterende borestrengen og er innrettet for å motta det første signalet som er utsendt av brønnhullstelemetrimodulen over overføringskanalen. Overflatetelemetrimodulen innbefatter en radiofrekvenssender anordnet i denne for utsendelse av et annet signal relatert til det første signalet. En stasjonær kommunikasjonsmodul har en radiofrekvensmottaker innrettet for å motta det andre signalet.

[0012] I følge et annet aspekt er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for kommunikasjon mellom et brønnhullsverktøy og en overflatestyringsenhet, omfattende å strekke en roterende borestreng som har en brønnhullstelemetrimodul anordnet i nærheten av en bunnende i et borehull, og å sende ut et første signal over en telemetrikanal. Det første signalet blir mottatt ved en overflatetelemetrimodul montert i nærheten av toppende av den roterende borestrengen og sender et annet signal relatert til det første signalet. Det andre signalet blir mottatt ved en stasjonær kommunikasjonsmodul.

[0013] Eksempler på de viktigste trekkene ved oppfinnelsen er dermed blitt oppsummert ganske generelt slik at den detaljerte beskrivelsen som følger kan bli bedre forstått, og for at bidragene til området lettere kan forstås. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelse som vil bli beskrevet i det etterfølgende og som vil utgjøre innhold til patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0014] For detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av utførelsesformer tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor like elementer er blitt gitt like henvisningstall, hvor:

Fig. 1 er et skjematisk diagram av en utførelsesform av et boresystem med et radiofrekvent kommunikasjonssystem i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

Fig. 1A er et skjematisk diagram som viser plassering av en sender/mottaker i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

Fig. 1B er et skjematisk diagram som viser plassering av en sender/mottaker i henhold til en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

Fig. 2 er planriss som viser plassering av et eksempel på en sender og et antall mottakere ved overflaten av et boresystem i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; og

Fig. 3 er et funksjonsmessig blokkskjema over et telemetrisystem i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

BESKRIVELSE AV UTFØRELSESFORMER

[0015] Fig.1 viser et skjematisk diagram av et eksempel på et boresystem 10. Som vist innbefatter systemet 10 et konvensjonelt tårn 11 reist på et tårndekk 12. En borestreng 20 som innbefatter en borerørseksjon 22 som strekker seg nedover inn i et borehull 26. En borkrone 50, festet til borestrengen ved brønnhullsenden, knuser den geologiske formasjonen når den blir rotert. Borestrengen 20 er koplet til et heiseverk 30 via en drivrørskjøt 21, en toppdrivanordning 28 og en line 29 gjennom et system av skiver 17. Toppdrivanordningen 28 leverer kraft for å rotere borestrengen 20. Under boringsoperasjoner blir heisverket 30 operert for å regulere vekten på borkronen 50 og inntrengningshastigheten av borestrengen 20 i borehullet 26.

Betjeningen av heisverket 30 er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her.

[0016] Under boringsoperasjoner blir et passende borefluid 31 (vanligvis referert til på området som ”slam”) fra en slamtank 32 sirkulert under trykk gjennom borestrengen 20 ved hjelp av en slampumpe 34. Borefluidet 31 passerer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en trykkutjevningsanordning 36, en fluidledning 38, gjennom en svivel (ikke vist) i toppdrivanordningen 28 og drivrørskjøten 21. Borefluidet strømmer ut ved borehullsbunnen 51 gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet sirkulerer opp gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og blir levert i slamtanken 32 via en returledning 35. Alternativt kan drivrørskjøten 21 være drevet av et rotasjonsbord 14 anordnet i tårndekket 12 som er i rotasjonsmessig inngrep med kelly-skjøten 21 og som også tillater aksial bevegelse av kelly-skjøten gjennom drivhullet. Et slikt drivsystem er kjent på området og blir ikke beskrevet nærmere her.

[0017] I en utførelsesform roterer en boremotor eller slammotor 55 koplet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 57, også borkronen 50 når borefluidet 31 blir ført gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 understøtter de radiale og aksiale kreftene på borkronen 50, den nedadrettede skyvekraften til boremotoren 55 og den reaktive, oppadrettede lasten fra den påførte vekten på borkronen. En stabilisator 58, koplet til lagerenheten 57, virker som et sentraliseringsorgan for den nedre del av slammotorenheten.

[0018] Brønnhullsenheten 59 (også kalt bunnhullsanordningen eller BHA), som inneholder de forskjellige sensorene og MWD-anordningene som sørger for informasjon om formasjon og boreparameterne nede i hullet vedrørende borestrengen, innbefattende slammotoren, er koplet mellom borkronen 50 og borerøret 22. Brønnhullsenheten 59 kan ha en modulær konstruksjon ved at de forskjellige anordningene er sammenkoplede seksjoner slik at de enkelte seksjonene kan byttes ut når det er ønskelig.

[0019] Det vises fremdeles til fig.1 hvor BHA også inneholder sensorer og anordninger i tillegg til de ovenfor beskrevne sensorene. Slike anordninger innbefatter en anordning 64 for måling av formasjonsresistiviteten nær og/eller foran borkronen 50, en gammastrålingsanordning 76 for måling av formasjonens gammastrålingsintensitet og anordninger for å bestemme inklinasjonen og asimutretningen til borestrengen 20. Anordningen 64 for måling av formasjonsresistivitet er fortrinnsvis koplet inn over den nedre utløsbare delenheten 62 som leverer signaler, hvorfra resistiviteten til formasjonen nær eller foran borkronen 50 blir bestemt. En dobbel forplantnings-resistivitetsanordning (DPR) som har ett eller flere par med senderantenner 66a og 66b atskilt fra ett eller flere par med mottakerantenner 68a og 68b, kan brukes. Magnetiske dipoler blir anvendt som opererer i det midlere og laveste høyfrekvensspekteret. De utsendt elektromagnetiske bølgene blir under drift forstyrret etter hvert som de forplanter seg gjennom formasjonen som omgir resistivitetsanordningen 64. Mottakerantennene 68a og 68b detekterer de forstyrrede bølgene. Formasjonsresistivitet blir utledet fra fasen og amplituden til de detekterte signalene. De detekterte signalene blir behandlet ved hjelp av en brønnhullskrets som vanligvis er plassert i et hus over slammotoren 55 og sendt til overflaten ved å bruke et passende telemetrisystem 72 nede i borehullet.

[0020] Inklinometeret 74 og gammastrålingsanordningen 76 er egnet plassert langs resistivitetsmåleanordningen 64 for henholdsvis å bestemme inklinasjonen til den del av borestrengen som er nær borkronen 50 og formasjonens gammastrålingsintensitet. Et hvilket som helst passende inklinometer og gammastrålingsanordning kan benyttes for formålene med denne oppfinnelsen. I tillegg kan også en asimutanordning (ikke vist), slik som en magnetometer- eller gyroskopanordning, kan brukes til å bestemme borestrengens asimut. Slike anordninger er kjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her. I den ovenfor beskrevne utførelsesformen overfører slammotoren 55 kraft til borkronen 50 via én eller flere hule aksler som fører gjennom resistivitetsmåleanordningen 64. Den hule akselen gjør det mulig for borefluid å passere fra slammotoren 55 til borkronen 50. I en alternativ utførelsesform av borestrengen 20, kan slammotoren 55 være koplet inn under resistivitetsmåleanordningen 64 eller ved en hvilken som helst annen passende posisjon.

[0021] Brønnhullsenheten 59 kan innbefatte en MWD-seksjon som inneholder en nukleær formasjons-porøsitetsmåleanordning, en nukleær densitetsanordning og et akustisk sensorsystem plassert over slammotoren 55 for å tilveiebringe informasjon som er nyttig for evaluering og testing av undergrunnsformasjoner langs borehullet 26. Foreliggende oppfinnelse kan benytte mange egnede formasjonsdensitetsanordninger. En hvilken som helst densitetsanordning som bruker en gammastrålingskilde kan benyttes. Under bruk, kommer gammastråler utsendt fra en kilde inn i formasjonen hvor de vekselvirker med formasjonen og dempes. Dempningen av gammastrålene blir målt ved hjelp av en passende detektor hvorfra densiteten for formasjonen blir bestemt.

[0022] Et eksempel på en porøsitetsmåleanordning kan anvende en nøytronutsendelseskilde og en detektor for måling av de resulterende gammastrålene. Under bruk blir elektroner med høy energi utsendt i den omgivende formasjonen. En egnet detektor måler nøytronenergiforsinkelsen som skyldes vekselvirkning med hydrogen og atomer som er tilstede i formasjonen.

[0023] De ovenfor nevnte anordningene sender data til brønnhullstelemetrisystemet 72 som i sin tur sender de mottatte dataene opp gjennom hullet til overflatestyringsenheten 112 via en passende kommunikasjonsforbindelse eller kanal. Brønnhullstelemetrisystemet 72 mottar også signaler og data fra overflatestyringsenheten 112 og sender slike mottatte signaler og data til de riktige brønnhullsanordningene.

[0024] I en utførelsesform benytter foreliggende oppfinnelse en lednings/rørtelemetriteknikk til å kommunisere data mellom brønnhullssensorer og anordninger og et overflatetelemetrisystem under boringsoperasjoner. Som vist på fig.1 er i en slik teknikk en elektrisk leder 150 montert langs lengden av hver enkelt rørseksjon med elektriske og/eller induktive forbindelser ved hver gjengeskjøt mellom rørseksjoner. Den elektriske ledningen kan være ført i en ledning (ikke vist) inne i boringen i hver rørseksjon. Et slikt system er beskrevet i US-patent 6,670,880 til Hall m.fl., og blir herved inkorporert ved referanse. Alternativt kan en hvilken som helst annen egnet teknikk for å føre en elektrisk leder fra bunnen av hullet til overflaten, benyttes.

[0025] Det vises fremdeles til fig.1, hvor foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et overflatetelemetrisystem som tilveiebringer toveis datakommunikasjon med brønnhullstelemetrisystemet 72. Overflatetelemetrisystemet innbefatter en trådløs sender eller en sender og mottaker (sender/mottaker) -modul 100, et antall trådløse mottakere, slik som mottakerne 101a og 101b, eller 101a’ og 101b’ (kollektivt betegnet med henvisningstall 101) som er lokalisert i avstand fra hverandre ved passende posisjoner omkring masten 11 og/eller nær boretårndekket 12 og en overflatestyringsenhet eller regulator 112.

[0026] Ifølge et aspekt, kan sender/mottakermodulen 100 være plassert slik at den roterer med borestrengen, og ifølge et annet aspekt kan modulen 100 være ikkeroterende. Fig.1 viser at modulen 100 er koplet til kommunikasjonsforbindelsen 150 og plassert i borerøret under en toppdrivanordning 28 som roterer borerøret 21.

[0027] I en utførelsesform er senderen/mottakeren 100 plassert i en modul eller en overgang som er festet til en roterende seksjon av borestrengen som vist og beskrevet under henvisning til fig.1A nedenfor. Ifølge et annet aspekt kan modulen 100 være plassert i en toppdrivanordning, slik som toppdrivanordningen 28. Modulen 100 kan også være en integrert del av toppdrivanordningen 28. Ifølge et annet aspekt kan modulen 100 være ikke-roterende som beskrevet i forbindelse med fig.1B nedenfor. I konfigurasjonen på fig.1, er modulen 100, som innbefatter senderen/mottakeren 103, koplet til forbindelsen 150 for å motta signaler fra og sende signaler til brønnhullstelemetrisystemet 72. Hvis borefluid eller slam blir brukt som kommunikasjonsforbindelse mellom overflate- og brønnhullstelemetrisystemer, er en trykksensor og tilhørende kretser innbefattet i modulen 100 for å generere signaler som svarer til de signalene som utsendes fra en brønnhullstrykkpulsgiver (downhole pressure pulser).

[0028] I konfigurasjonen på fig.1A er modulen 100 festet til borerøret 21 og koplet til trådforbindelsen 150. I denne utførelsesformen roterer modulen 100 som inneholder senderen/mottakeren 103 og tilhørende kretser og anordninger, med borestrengen. Modulen 100 kan være plassert under forbindelsene 155 som er vist å være under toppdrivanordningen 28 på fig.1. I utførelsesformen på fig.1B er modulen 100 som inneholder senderen/mottakeren 103 og tilhørende kretser og anordninger, ikkeroterende og er vist festet til en fleksibel kabel 86 som beveger seg ned med borerøret 22 mens brønnen blir boret, og beveger seg opp når en ny borerørseksjon blir tilføyd borestrengen. Trådforbindelsen 150 slutter ved en koplingsanordning 82 som overfører de signalene som er mottatt fra brønnhullssystemet 72 mellom et roterende organ 82a til et ikke-roterende organ 82b. Modulen 100 er koplet til det ikkeroterende organet 82b ved hjelp av en forbindelse 84, som kan være en hvilken som helst egnet forbindelse, innbefattende en ledningsforbindelse eller en fiberoptisk forbindelse. Ifølge et aspekt kan koplingsanordningen 82 være en anordning av sleperingtypen som overfører data og kraft mellom de roterende og ikke-roterende organene 82a og 82b. Ifølge et annet aspekt kan koplingsanordningen 82 være en induktiv koplingsanordning eller en annen egnet anordning.

[0029] I overflatetelemetrisystemet kan de flere mottakerne være lokalisert på et hvilket som helst egnet sted. En borerigg, slik som vist på fig.1 eller en boreplattform til sjøs (ikke vist) innbefatter et stort antall metalliske og elektriske utstyr som innfører støy som kan interferere eller ødelegge trådløse signaler utsendt fra modulen 100 og dermed kan antallet mottakere og plasseringen av disse velges avhengig av størrelsen og formen til riggstrukturen.

[0030] Fig.2 viser et planriss over plasseringen og sammenkoplingen av visse komponenter i overflatetelemetrisystemet, innbefattende flere mottakere i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Som vist på fig.2 er mottakerne 101a-101b plassert omkring masten 11, mens modulen 100, som inneholder senderen, er forbundet med borerøret 21. Én eller flere mottakere, slik som mottakerne 101E og 101F, kan være plassert i en viss avstand fra masten 11. Dermed kan systemet innbefatte flere atskilte mottakere, der hver mottaker er koplet til styringsenheten eller regulatoren 112. Styringsenheten kan videre innbefatte en ruter 115 som utfører en feildeteksjons- og korreksjonsmetode på de signalene som er mottatt fra mottakerne 101a-101f og fører de signalene som oppfyller et valgt kriterium, til prosessoren i styringsenheten 112 for ytterligere behandling, som beskrevet mer detaljert senere. Styringsenheten 112 kan være koplet (direkte eller via en trådløs forbindelse) til et fjerntliggende sted 113, slik som et klientkontor. Styringsenheten 112 innbefatter periferienheter som er koplet til styringsenheten.

[0031] Overflatestyringsenheten 112 mottar signaler fra og sender kommandoer og informasjon til brønnhullssensorene og anordningene via overflatetelemetrimodulen 100 som beskrevet mer detaljert nedenfor. I en utførelsesform er overflatetelemetrisystemet et toveis telemetrisystem som innbefatter overflatestyringsenheten 112 som behandler signaler mottatt fra brønnhullsanordningene og sender kommandosignaler og annen informasjon til brønnhullsanordningene. Overflatestyringsenheten 112 behandler signaler (også her referert til som datasignaler) i henhold til programmerte instruksjoner levert til overflatestyringsenheten. Overflatestyringsenheten 112 inneholder en datamaskin eller en prosessor, et lager for lagring av data, datamaskinprogrammer, modeller og algoritmer, en dataregistreringsanordning og annet periferiutstyr, kollektivt betegnet med henvisningstall 140. Overflatestyringsenheten 112 bruker modellene og algoritmene til å behandle data i henhold til programmerte instruksjoner og reagerer på brukerkommandoer innført gjennom en passende anordning, slik som et tastatur. Overflatestyringsenheten 112 viser ønskede boreparametere og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 140, og den fremviste informasjonen blir brukt av en operatør til å styre boringsoperasjonene.

[0032] Fig.3 viser et funksjonelt blokkskjema over telemetrisystemet i henhold til ett aspekt ved oppfinnelsen. Ifølge et aspekt, innbefatter modulen 100 en grensesnittkrets 123, en prosessor som har et lager 122, en radiofrekvent (RF) sender 110a og en mottaker 110b, som i en utførelsesform også kan være en RF-mottaker.

Senderen 110a og mottakeren 110b kan være integrert i en enkelt enhet eller kan alternativt være separate anordninger i modulen 100. Modulen 100 kan drives av batterier (ikke vist) eller andre egnede midler.

[0033] Virkemåten til telemetrisystemet blir beskrevet nedenfor under henvisning til figurene 1-3. Under drift av boresystemet 10 blir data fra brønnhullssensorene overført til overflaten ved hjelp av brønnhullstelemetrimodulen 72 via kommunikasjonskanalen eller forbindelsen 150. Overflatetelemetrimodulen 100 mottar signaler fra og sender signaler til brønnhullstelemetrimodulen 72 via kommunikasjonsforbindelsen 150. Grenseflatekretsene 123, tiknyttet modulen 100, mottar og behandler brønnhullssignalene og leverer de behandlede signalene til prosessoren 122. Senderen 110a sender mens den roterer trådløst de mottatte signalene i form av datablokker eller pakker mot mottakerne 101a-101f. Databitene som skal sendes, blir kodet med feildeteksjons- og korreksjonsbiter ved bruk av en passende kodingsmåte.

Kodingsmåten tilføyer vanligvis paritetsbitene til databitene. Dermed innbefatter hver utsendt datapakke et visst antall databiter og et visst antall feildeteksjons- og korreksjonsbiter. Prosessoren 122 koder databitene ved å bruke programmer og kodingsmetoden. Slike programmer og kodingsmetoder er lagret i minnet som er tilknyttet prosessoren. Senderseksjonen 110a sender datasignalene som er levert til den av prosessoren. Senderen 110a kan også innbefatte en antenne som retter datasignalene til mottakerne. Sender- og mottakerutførelsene som er beskrevet her, tilveiebringer et rundstrålende eller et hovedsakelig rundstrålende overføringssystem.

[0034] Prosessoren 122 styrer driften av senderen 110a. Ifølge et aspekt overfører senderen signalene ved en forutbestemt frekvens. Ifølge et annet aspekt kan prosessoren endre driftsfrekvensen til senderen ved å velge en frekvens blant en gruppe eller et område med frekvenser. En hvilken som helst egnet radiofrekvens kan brukes for systemet ifølge foreliggende oppfinnelse. En sendefrekvens på 2,4 GHz og 5,4 GHz har vist seg å virke tilfredsstillende i forbindelse med mottakerne, slik som mottakerne 101a-101f, som er plassert omkring masten 11.

[0035] På grunn av beskaffenheten til den metalliske strukturen og på grunn av bevegelsen av metallgjenstander omkring riggen, samt andre faktorer, kan signaler mottatt av mottakerne ha feil, slik som manglende biter, ukorrekte biter, osv. Feilen er imidlertid ofte ikke den samme for hver mottaker, og feilen kan opptre til forskjellige tider for hver mottaker. Ifølge et aspekt får prosessoren 122 senderen 110a til å sende hvert signal, som er mottatt av én eller flere mottakere blant antallet mottakere, og så blir det foretatt et utvalg vedrørende hvilken mottaker som har overvåket de korrekte datasignalene. Dette kan gjøre det mulig for hver mottaker å motta det samme signalet, dvs. den samme datapakken som svarer til et spesielt signal. En slik fremgangsmåte kan i virkeligheten tilveiebringe rundstrålet overføring av datasignaler. Den foreliggende fremstillingen tilveiebringer en anordning og en fremgangsmåte som kan velge eller bruke feilfrie signaler fra mottakerne og forkaste de signalene som har feil. Systemet tilveiebringer på grunn av nærværet av flere mottakere, også redundans. Ifølge et aspekt blir signalene fra hver mottaker først sendt til en ruter 115 som innbefatter kretser og en prosessor som anvender en feildeteksjons- og korreksjonskode, rutine eller algoritme på datapakkene som er mottatt av hver mottaker, for å bestemme om det mottatte signalet svarer til det utsendte signalet, dvs. at det mottatte signalet er feilfritt. I noen tilfeller kan feildeteksjons- og korreksjonsrutinen eller algoritmen korrigere feilen og i slike tilfeller vil det korrigerte signalet være feilfritt. Hvis det mottatte signalet fra en mottaker oppfyller dette kriteriet, så sender ruteren signalet til prosessoren 112 for ytterligere behandling. Hvis en datapakke fra en spesiell mottaker har en feil som kan korrigeres, ser ruteren etter signalene fra den neste mottakeren, osv. Ifølge én metode fortsetter ruteren å sende signaler fra en mottaker (f.eks. den første mottakeren) så lenge denne mottakeren leverer feilfrie signaler. Når en feil fra en slik mottaker blir detektert, som kan korrigeres, sender ruteren signalene fra den neste mottakeren som oppfyller kriteriet og fortsetter å sende signaler fra denne neste mottakeren inntil et feilsignal blir detektert. Ruteren fortsetter på denne måten å kople mellom andre mottakere i systemet. En hvilken som helst egnet feildeteksjons- og korreksjons- eller kodings- og dekodingsalgoritme eller kode kan brukes for formålet med foreliggende oppfinnelse. Reed-Solomon-koder har vist seg å være anvendelige for systemet og fremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse. Reed-Solomonkoder er kjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her. Når en ikkeroterende RF-sender, slik som vist på fig.1B, blir brukt, kan RF-signalene rettes til én eller flere spesielle mottakere.

[0036] For å sende overflatesignaler ned i hullet blir en sender tilknyttet overflatestyringsenheten 112 brukt til å sende trådløse signaler til mottakeren 110b i den roterende modulen 100, hvilke signaler blir behandlet og sendt av senderen 110a til brønnhullstelemetrimodulen 72 via forbindelsen 150.

[0037] Senderen 110a kan også brukes til å sende signaler fra flere sensorer i borestrengen. Ifølge et annet aspekt kan overflatetelemetrimodulen 110 innbefatte et hvilket som helst antall sensorer 111 for måling av forskjellige parametere, innbefattende overflateboringsparametere. Sensorene 111 måler parametere som innbefatter, men som ikke nødvendigvis er begrenset til, kroklast, borestrengdreiemoment, borefluidtrykk, rotasjonshastighet og temperatur. Disse parameterne kan overføres som rådata og/eller behandlede data til overflatereguleringsanordningen 112 via kommunikasjonsmoduler 101a-f. Under drift kan et fast ledningssystem som beskrevet her, ha telemetri for enhver ønsket datahastighet. Som et eksempel kan datahastigheter på 100 kilobit pr. sekund (kbps) til omkring 2 megabit pr. sekund (mbps), 4 megabit pr. sekund, osv. Slike telemetrihastigheter er meget nyttige i lukkede sløyfeborings- og/eller geostyringsoperasjoner som kjent på området. I en utførelsesform muliggjør slike høye datahastigheter vertikal seismisk profilering med flere seismiske mottakere i brønnhullsanordningen.

[0038] Ifølge et aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes følgelig et telemetrisystem for bruk i boresystemer som innbefatter roterende sender tilknyttet boresystemet, som sender datasignaler trådløst, et antall atskilte mottakere som hver mottar de utsendte datasignalene; og en prosessor som mottar datasignalene fra hver av mottakerne blant antallet mottakere og behandler datasignalene fra de mottakerne som oppfyller et valgt kriterium. Senderen kan være plassert i en borestreng slik som festet til et borerør eller en borestang eller plassert i toppdrivanordningen som roterer borestrengen. Sendermodulen kan være en integrert del av toppdrivanordningen. Ifølge et aspekt anvender prosessoren en feildeteksjons- og korreksjonsalgoritme på datasignalene som er mottatt av hver av mottakerne, og behandler signaler som oppfyller de valgte kriteriene. Det valgte kriterium kan være at datasignalet som mottas av en mottaker, er feilfritt, eller at datasignalet er blitt gjort feilfritt ved å bruke en feilkorreksjonsalgoritme. Ifølge et aspekt blir mottakerne i antallet mottakere plassert omkring en mast og/eller i andre posisjoner slik at flere mottakere kan motta det samme datasignalet som en pakke når senderen overfører datasignalet. Ifølge et annet aspekt overfører senderen slike datasignaler et antall ganger for å tilveiebringe en effekt med hovedsakelig rundstrålet overføring av datasignalene til mottakerne. Senderen mottar datasignalene fra en brønnhullsposisjon via en datakommunikasjonsforbindelse tilknyttet en borestreng, som kan være en ledningsforbindelse som overfører datasignaler fra brønnhullsanordninger, en slamsøyle tilknyttet en borestreng som overfører datasignaler fra en brønnhullsanordning, eller en fiberoptisk forbindelse tilknyttet en borestreng. Ifølge et annet aspekt, koder en prosessor tilknyttet senderen, datasignalene med paritetsbiter, og prosessoren som mottar datasignalene fra mottakeren, dekoder de mottatte datasignalene og korrigerer datasignalene ved deteksjon av feil i de mottatte datasignalene. Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen, bestemmer en ruter som er koplet til hver mottaker, hvilke datasignaler fra hver mottaker blant antallet signaler som blir brukt. De overførte signalene kan innbefatte paritetsbiter basert på en Reed-Solomon-kode, og prosessoren benytter Reed-Solomon-kode til å detektere feil i datasignalene som er mottatt av mottakerne. Senderen kan sende datasignal ved en hvilken som helst frekvens, innbefattende 2,4 GHz og 5,4 GHz. Ifølge et aspekt kan et 80 MHz fra 2,4 til 2,4835 GHz-bånd brukes. En egnet databithastighet, slik som 500 Kbit/sekund 1Mbit/sekund eller 2 Mbit/sekund, osv., kan brukes. Datahastighetene kan velges med et kompromiss mot feilhyppighet.

[0039] Foreliggende fremstilling tilveiebringer også en fremgangsmåte for bruk under borehullsoperasjoner som innbefatter: å sende datasignaler trådløst fra en roterende sender tilknyttet et boresystem; å motta de utsendte datasignalene ved et antall atskilte mottakere; og å behandle datasignaler fra hver mottaker blant antallet mottakere, som oppfyller et valgt kriterium. Senderen kan være plassert i en borestreng eller i en toppdrivanordning som roterer en borestreng. Telemetrimetoden kan anvende en feildeteksjons- og korreksjonsrutine på datasignalene som er mottatt av hver av mottakerne, og behandle datasignalene fra hver av mottakerne som oppfyller det valgte kriteriet. De flere mottakerne er plassert omkring boresystemet og senderen sender ut slike datasignaler som en pakke med biter som innbefatter paritetsbiter. Datasignalene blir sendt til mottakerne på en måte som gir en virkning som hovedsakelig rundstrålt utsendelse av datasignalene til mottakerne. Ifølge et aspekt sender senderen hvert datasignal et antall ganger for å sikre at hver mottaker mottar det samme datasignalet.

[0040] Fremgangsmåten sørger videre for utsendelse av kodede datasignaler med paritetsbiter før datasignalene overføres, og dekoding av datasignalene fra mottakerne før behandling av datasignalene. Fremgangsmåten sørger videre for korrigering av datasignalene ved deteksjon av en feil i de mottatte datasignalene ved å bruke en passende feildeteksjons- og korreksjonsmåte eller kode. Ifølge fremgangsmåten blir signaler fra en mottaker behandlet så lenge de mottatte signalene er feilfrie og er blitt korrigert. Fremgangsmåten kopler om mellom mottakere for å oppnå feilfrie signaler. Ifølge et annet aspekt tilveiebringer oppfinnelsen et telemetrisystem for bruk i en brønnhullsoperasjon som innbefatter en datakommunikasjonsforbindelse i en borestreng som roterer med borestrengen, og overfører datasignaler mellom en brønnhullsanordning og et sted på overflaten; en koplingsanordning koplet til datakommunikasjons-forbindelsen som overfører datasignaler fra den roterende datakommunikasjons-forbindelsen til et ikke-roterende organ; en sender koplet til det ikke-roterende organet, som mottar datasignalene og trådløst sender de mottatte datasignalene ved en valgt frekvens, minst én mottaker som mottar datasignalene fra senderen, og en prosessor på overflaten som behandler de mottatte datasignalene.

Claims

PATENTKRAV

1. Telemetrisystem for bruk i et boresystem (10),

k a r a k t e r i s e r t v e d:

en sender (110a; 103) tilknyttet til en roterende del eller seksjon (100) av boresystemet (10) lokalisert ved en overflate konfigurert til å sende datasignaler trådløst;

et flertall av mottakere (101a-101f) omkring senderen (110a; 103), hvor hver mottaker i flertallet av mottakere mottar de utsendte datasignalene; og

en styringsenhet (112) som mottar datasignalene fra hver av mottakerne i flertallet av mottakere og behandler datasignalene fra mottakerne som oppfyller et valgt kriterium.

2. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor senderen er plassert på en måte som er én av: langs en borestrengs (20) del eller seksjon over overflaten som roterer; og i en toppdrivanordning (28) som roterer en borestreng (20).

3. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor styringsenheten (112) omfatter en ruter (115) som anvender en feildeteksjons- og korreksjonsrutine på datasignalene som er mottatt av hver av mottakerne (101a-101f).

4. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor det valgte kriteriet er ett av:

et valgt datasignal er feilfritt; og

et valgt datasignal er blitt gjort feilfritt ved å bruke en feildeteksjons- og korreksjonsrutine.

5. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor mottakerne (101a-101f) i flertallet av mottakere er plassert omkring en mast (11) assosiert med boresystemet (10), og hvor senderen (110a; 103) sender hvert datasignal som en pakke med biter som innbefatter paritetsbiter.

6. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor senderen (110a; 103) sender datasignalet på en måte som gir rundstrålet overføring av datasignalene til mottakeren (101a-101f).

7. Telemetrisystem ifølge krav 6, hvor flertallet av mottakere (101a-101f) er plassert på en måte slik at mer enn én mottaker i flertallet av mottakere mottar hvert utsendt datasignal.

8. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor senderen (110a; 103) mottar datasignaler fra et brønnhullssted via en datakommunikasjonsforbindelse (150) som er én av: en ledningsforbindelse (150) som overfører datasignaler fra en brønnhullsanordning (59); en slamsøyle, tilknyttet en borestreng (20), som overfører datasignaler fra en brønnhullsanordning (59); og en fiberoptisk forbindelse som overfører datasignaler fra en brønnhullsanordning (59); et borerør (21, 22); og en undergrunnsformasjon.

9. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor en prosessor (122) tilknyttet senderen (110a; 103) koder datasignalene med paritetsbiter, og hvor styringsenheten (112) dekoder de mottatte datasignalene og korrigerer datasignalene ved deteksjon av en feil i de mottatte datasignalene.

10. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor en ruter (115) som er koplet til hver mottaker i flertallet av mottakere (101a-101f), bestemmer hvilke datasignaler fra hver mottaker i flertallet mottakere skal behandles.

11. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor de utsendte signalene innbefatter paritetsbiter basert på en Reed-Solomon-kode, og styringsenheten bruker Reed-Solomonkoden til å detektere feil i datasignalene som er mottatt av mottakerne (101a-101f).

12. Telemetrisystem ifølge krav 1, hvor senderen (110a; 103) sender ut datasignalene ved en frekvens som er én av fra omkring 2,4 GHz til omkring 5,4 GHz.

13. Fremgangsmåte for bruk ved telemetri i borehullsoperasjoner,

k a r a k t e r i s e r t v e d:

å sende datasignaler trådløst fra en overflatesender (110a; 103) tilknyttet til en roterende del eller seksjon (100) av et boresystem (10);

å motta de utsendte datasignalene ved et flertall av mottakere (101a-101f) plassert omkring senderen (110a; 103); og

å bestemme hvilke datasignaler som er mottatt av mottakerne (101a-101f) i flertallet av mottakere, oppfyller et valgt kriterium.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor senderen (110a; 103) er plassert på en måte som er én av: i en borestreng (20); i en toppdrivanordning (28) som roterer en borestreng (20); og under en toppdrivanordning (28).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å anvende en feildeteksjons- og korreksjonsrutine på datasignalene som er mottatt av hver av mottakerne (101a-101f), og å behandle datasignaler fra hver av mottakerne (101a-101f) som oppfyller det valgte kriteriet.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor senderen (110a; 103) sender hvert datasignal som en pakke med biter som innbefatter paritetsbiter.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å sende ut datasignalene til flertallet av mottakere (101a-101f) på en måte som gir en virkning som er rundstrålet overføring av datasignalene til mottakerne (101a-101f).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor flertallet av mottakere (101a-101f) er plassert på en måte som gjør det mulig for et antall mottakere å motta hvert utsendt datasignal.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor senderen (110a; 103) mottar datasignalene fra et brønnhullssted via en datakommunikasjonsforbindelse (150) tilknyttet en borestreng (20).

20. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å kode datasignalene med paritetsbiter før utsendelse av datasignalene, og å dekode og korrigere datasignalene fra mottakerne (101a-101f) før utsendelse av datasignalene for

behandling.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å velge datasignalene fra hver av mottakerne (101a-101f) for behandling.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende: å kode de utsendte datasignalene med paritetsbiter ved å bruke en Reed-Solomon-kode, og å dekode og korrigere datasignalene som er mottatt av mottakerne i flertallet av mottakere (101a-101f), ved å bruke Reed-Solomon-koden.