NO851151L - Koderings- og transmisjonssystem for slam-puls-telemeri ved flate vinkeldata for et verktoey - Google Patents

Abstract

System og fremgangsmåte for fjernovering av data som indikerer verktøyflatevinkelen til et boreverktøy i et borehull (10), fra borehullet til jordoverflaten ved et system som innbefatter logging under boreoperasjonen. Orienteringen av borekronen i borehullet måles ved intervaller. Som reaksjon på hver måling, genereres det et datasignal som indikerer verktøyflatevinkelen.Et trykkpulssignal genereres i et slam-puls-telemetrisystem som reaksjon på hvert datasignal for å sende en trykkpuls-modulert Indikasjon av den målte verktøyflate-vinkelen til overflaten. Trykket til den nedoverstrmm-ende slamstrømmen måles ved et sted nede i borehullet. Som reaksjon på målingen av et sekvensmessig avbrudd og reetablering av slamtrykket som igjen indikerer tillegg av en rørseksjon til borestrengen, minskes intervallet mellom hyer måling av verktøyflatevinkelen. Dette for å tilveiebringe en hurtigere oppdatering av informasjonen om verktøyflatevinkelen og for å reorientere bore-verktøyet.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår telemetri av informasjon

relatert i forhold til borekroneorienteringen ved en måling i løpet av boringen, og nærmere bestemt et system for kodering og transmissjon av data for å bestemme verktøy-flatevinkelen ved et slam-puls-telemetrisystem under anvendelse av pulsposisjonsmodulasjon.

Ved boring av borehull i formasjoner er det ønskelig å tilveiebringe informasjon relatert i forhold til posisjonen av retningen av borehullet, mens boringen fremskrider. For å kunne tilveiebringe informasjon til boreoperatøren med hensyn til helling og asimut av borehullet, så vel som orientering av borekronen i borehullet under boringen, vil det være mulig å foreta korreksjoner i løpet av boreprosessen. Systemet er for å tilveiebringe sanntidsinformasjon med hensyn til borehullkonfigurasjonen og boreverktøyets posisjon gjør dessuten boreoperasjonen mye mer effektiv. Slik informasjon elliminerer behovet for å stoppe boreprosessen og ta opp borestrengen fra hullet og utføre målinger for å forvisse

seg om retningen og vinkelen til borehullet.

Verktøyflateorienteringen blir målt på to måter. Den første måten som skal anvendes er en rekke med tre ortogonalt monterte akselerometere som måler gravitasjonsakselerasjonen hver av de tre sensorene ortogonalt anbragt i forhold til hverandre orientert i forhold til boreverktøyet. Den andre måten er

ved hjelp av lignende data tilveiebragt fra tre ortogonalt monterte magnetometere som måler orienteringen av borehulls-verktøyet i forhold til den magnetiske nord. Denne velkjente teknikken tilveiebringer en relativ høy grad av nøyaktighet

ved måling av verktøyflatens orientering i kraft av en hver posisjon. Når borehullet f.eks. er tett opp mot vertikalplanet i forhold til jordens akse, blir akselerometermålingen unøyaktig og magnetometerdataen blir anvendt. Når vinkelen til borehullet er tilnærmet i flukt med jordens magnetiske akse, blir magnetometerdataen unøyaktig og krever pålitelighet ved akselerometerdataen. Ved alle orienteringer mellom disse to, skulle akselerometer- og magnetometerinformasjonen være

korrelaterbar for å kontrollere de i forhold til hverandre.

Ved en såkalt styremodus av en måling i løpet av boringen,

er det ønskelig å tilveiebringe periodisk indikasjon av nøyaktig vinkelorientering for boreverktøyet ved slutten av borestrengen som danner borehullet. Dette krever et system for telemetri av data fra målestredet, ved den nedre enden av borestrengen opp gjennom borehullet til overflaten, hvor det kan bli anvendt av boreoperatøren. Mange forskjellige systemer for telemetri av informasjon opp et borehull har blitt foreslått. Den mest generelle vellykkete metoden har vært å anvende trykkpulser overlagret strømmen av boreslam ned den sentrale åpningen i borestrengen, for å kode å transportere informasjon fra målepunktet til boreoperatøren ved overflaten. Selv blant slam-puls-telemetrisystemer er det flere forskjellige teknikker for koding av informasjon i trykkpulser overlagret den strømmende borefluidumsstrømmen. Et system innebærer en trykkpuls som skal bli påtrykt systemet for hver informasjonsbit som er kodet på fluidumsstrømmen.

For å generere trykkpulser nede i hullet, må slamstrømnings-banen enten bære midlertidig blokkert, eller ventilert til borehullsringrommet, for å indusere en trykkvariasjon i strømmen. Begge teknikkene for å indusere trykkpulser krever store mengder med energi for å påvirke ventil og å tilføre en trykkvariasjon i høytrykksstrømmen. Energiforbruket og utstyrets nødvendige energi, ofte flere hundre meter under jordoverflaten, og underlagt voldsomme trykkbetingelser, temperaturer.og viberasjoner er heller alvorlig. Det er derfor ønskelig å minimalisere energiforbruket nødvendig for å operere en slam-puls-ventil. System ifølge foreliggende oppfinnelse overveier derfor bruk av et modulasjonssystem for pulsposisjon for å kodere data på strømmen med boreslam som skal bli beskrevet nærmere og som krever færre slampulser for å fjernoverføre en gitt mengde med data.

Pulsposisjonsmodulasjon innebærer periodisk frembringelse

av en trykkpuls i slamstrømmen med tiden mellom pulsene indikativ for data som blir sendt. Dersom en tidsperiode

på 10 millisekunder pr. numerisk verdienhet er f.eks. tildelt modulasjonssystemet, vil den numeriske verdien indikert av hver tidsperiode mellom pulsene, være summen av 10 milli-sekunds intervaller som innbefatter tiden mellom pulsene.

En tidsperiode på 4 sekunder mellom pulsene ved et slikt

system ville representere en telleverdi på 400.

En av parameterne for vurdering av orienteringen til en

bøyd underenhet anvendt for å utføre retningsboreoperasjonen,

er henvist til som verktøyflatevinkelen. Denne målingen er vinkelen med hvilke plan definert av bøyeakselen til den bøyde underenheten gjør i forhold til et vertikalt plan,

d.v.s. vridningsvinkelen. Verktøyflatevinkelen er generelt målt ved hjelp av et par x- og y-sensorer montert med den bøyde enheten, enten akselerometeret eller magnetometeret, hvilke sensorer hver frembringer en spenningsverdi. Forholdet mellom to spenningsverdier er direkte relatert i forhold til verdien for verktøyflatevinkelen. Som med alle sensorer varierer imidlertid spenningsverdiene som en funksjon av temperaturen og må bli korrigert i samsvar med visse for-spenninger og visse graderingsfaktorer før anvendelse av dem som en direkte indikasjon av verktøyflatevinkelen. Ved konvensjonelle systemer krever dette at to verdier, en for hver av x-sensorspenningsverdiene og en for y-sensorspenningsverdiene,,å bli sendt til overfalten separat for korreksjon av forspennings- og graderingsfaktoren før forholdet tas der mellom og for å tilveiebringe en verdi for verktøyflaten.

Dette kraver to separate dataord, et for hver av de to verdiene for å bli sendt til overflaten separat som krever en økt mengde med data for behandling av slam-puls-telemetriventilen og en økt forbruk av energi for å påvirke den ventilen. Fremgangs-måten og systemet ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter teknikk ved hjelp av hvilken forholdet mellom x- og y-spenningsverdiene kan bli dannet nede i borehullet og så kan forholdet bli fjernoverført til overflaten og korrigert for forspennings-og graderingsfaktorene.

Tidligere kjente databehandlingsteknikker sørger dessuten for synkronisering av dataord som blir fjernoverført til overflaten ved hjelp av synkronpulser som er separate fra datarammene og som inneholder ingen annen informasjon og som er prinsippielt dødtid. Dette igjen krever en økt mengde med databiter for å bli sendt av slam-puls-telemetriventilen og et økt forbruk av energi for å utføre denne transmisjonen. Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse anvender et dataformat som eliminerer en hver dødtid mellom rammen og derved reduksjon i energikravene for telemetri av data. Dataformatet ifølge foreliggende oppfinnelse, mini-maliserer ytterligere energikravene ved å tilveiebringe et koderingsformat som sender to ord pr. dataramme ved hjelp en enkel pulsposisjonsindikasjon pr. ramme.

Visse problemer er iboende driften av et slam-puls-telemetrisystem i styremodusen for således å tilveiebringe en kontinuer-lig indikasjon av borehullsverktøyets posisjon til en bore-operatør. For hver 10. meter eller deromkring av borestrengen er det f.eks. nødvendig å kort avbryte boreoperasjonen og avbryte slamstrømmen ved å stoppe slampumpene ved overflaten, for å tillegge en ytterligere 10 meter lang borerørsseksjon til borestrengen. I løpet av prosessen med å tillegge den ytterligere borestrengseksjonen er det nødvendig å vri bore-røret hvor borestrengen blir utsatt for et dreiemoment som en iboende del av boreseksjonens tilkobling. Så snart borestrengen har fått tilført rørseksjonen, er orientering til boreverktøyet ikke lenger det samme med hensyn til den an-gjeldende verktøyvinkelen i forhold til hva den var før boringen ble avbrutt og den ytterligere rørseksjonen ble tillagt borestrengen. Boreoperatøren må således orientere boreverktøyet på nytt til samme verktøyflatevinkel, før boreoperasjonen startes på nytt,for å bore med samme virkning og ønsket retning. I løpet av nyorienteringen av boreverktøyet er det ønskelig å tilveiebringe en vesentlig høy hastighet med data-strøm fra verktøyflatevinkelsensorene i boreverktøyet enn i løpet av den øvrige delen av boreoperasjonen. En økt data-strøm gjør det mulig for boreoperatøren å anbringe verktøyet hurtigere til dets opprinnelige posisjon og derved gjenoppta boreoperasjonen med utstyret ute av drift for en minimal tidsperiode.

Mens tidligere kjente boreinformasjonstelemetrisystemer har innbefattet tilveiebringelsen av variabel hastighet med datatransmisjon, har det generelt kun vært som reaksjon på

et signal fra boreoperatøren ved overflaten. Et slikt eksempel er ved forhold hvor borehullet blir for dypt, slik at telemetridataen blir utilstrekkelig definert. U.S. patent nr. 3,863,203, viser f.eks. en løsning på dette problem med akkustisk telemetrisystem innbefattende justerbar transmisjonshastighet for en logging i løpet av boringen. Kanaler for kommunikasjon fra overflaten til nede i hullet blir anvendt for å styre datahastigheten til det akkustiske signalet som sender informasjon opp av hullet. Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse overvåker imidlertid parameterene forbundet med behovet for hurtig oppdatering av verktøyflatevinkeldataen og automatisk kobling av hastigheten med datastrøm til høyere verdi, og tilveiebringer en indikasjon innenfor det kodete dataformatet, da med hensyn til hastigheten til datatransmi-sjonen. Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer dessuten en variabel transmisjonshastighet av verktøyflate-vinkeldata ved en måling mens boresystemet er innenfor en verktøyflatedatakodingsformat som maksimaliserer virknings-graden av slam-puls-posisjonstelemetrisystemet.

Oppfinnelsen innbefatter nærmere bestemt et fremgangsmåtesystem for fjernoverføring av data indikativ for verktøyflatevinkelen til et boreverktøy til overflaten ved en logging i løpet av tiden hvor boresystemet er i drift, hvor verktøyflatevinkelen til et boreverktøy blir målt ved intervaller ved den første frekvens og et datasignal. blir generert som reaksjon på hver måling indikativ for den målte verktøyflatevinkelen. Et trykkpulssignal blir generert for slam-puls-telemetrisystemet som reaksjon på hvert generert datasignal, for å sende en trykk-puls modulert indikasjon av den målte verktøyflate-vinkelen til overflaten. Oppfinnelsen innbefatter måling av trykket på nedoverstrømmende slamstrøm ved et sted nede i borehullet, og endring av intervallet til verktøyflatevinkel-målingen fra den første frekvensen til en andre høyere frekvens som reaksjon på målingen av et sekvensmessig avbrudd og en fornyet etablering av slamtrykkindikasjonen på den ytterligere seksjonen med borerør tillagt borestrengen for å tilveiebringe en hurtigere oppdatering av verktøyflate-vinkelen for orientering av boreverktøyet på nytt.

Et annet trekk ved oppfinnelsen innbefatter et system for fjernoverføring av dataindikasjon av verktøyflatevinkelen til et boreverktøy opp til overflaten, ved en logging mens boringen foregår, som innbefatter et par med sensorer for generering av første og andre spenning indikativ for orientering til boreverktøyet i et par ortogonale plan. En ramme med binær data blir generert som innbefatter et første og et andre binært ord, hvilket første ord har i det minste en bitposisjon indikativ for hver av

.(a) fortegnet til den første spenningen,

(b) fortegnet til den andre spenningen,

(c) om den første eller andre spenningen er større, og (d) om sensorparet er akselerometere eller magnetometere,

og det andre ordet av hvilket av flere bit-posisjoner er indika-tive for den absolutte verdien til forholdet mellom første og andre spenningen som er mellom null og en. Systemet innbefatter også innretning for oversetting av verdien for hvert av de første og andre binærordene til et par med ekvivalente første og andre tidsverdier, og innretning for å generere en rekke med tre trykkpulser i den nedoverrettete slamstrømmen til boresystemet, i det tiden mellom første og andre pulsen er lik første tidsverdi og tiden mellom den andre og tredje pulsen er lik den andre tidsverdien. Systemet innbefatter dessuten innretning lokalisert ved.overflaten og som reagerer på tiden mellom den første og andre pulsen for regenerering av det første binære dataordet og som reagerer på tiden mellom den andre og tredje pulsen for regenerering av det andre binære dataordet og innretning som reagerer på komponentene til første og andre dataord og tidligere målte verdier for borehulls-hellingen og asimut og temperaturavhengig forspenning og

graderingsfaktor for beregning av verktøyflatevinkelen.

En utførelsesform ved oppfinnelsen angår et slam-puls-telemetrisystem for sending av data indikativ for verktøyflate-vinkelen fra et boreverktøy inne i et borehull til overflaten hvor et par med ortogonale x- og y-sensorer hver frembringer en spenning indikativ for orientering av boreverktøyet og pulsposisjonsmodulasjon blir anvendt. Oppfinnelsen innbefatter et verktøyflatedataformat for hver måling av vinkelen som innbefatter en binærdataramme som innbefatter et par med binærord, i det første ord inneholder en indikasjon av (a) fortegnet til x-spenningen,

(b) fortegnet til y-spenningen,

(c) hvilke spenning er større, og

(d) om sensorene eller akselerometere eller magnetometere,

og det andre ordet som inneholder en indikasjon på absolutt verdi for forholdet mellom x-spenningen og y-spenningen mellom null og en.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et riss av en borehullsoperasjon med styremodusen til et slam-puls-telemetrisystem som innbefatter databehandling og kodeformat i samsvar med prinsippene til foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 viser asimuten til et retningsborehull.

Fig. 3 viser i perspektiv en bøyd underenhet med boreverktøy og boreflatevinkelen forbundet dermed, i det underenheten innbefatter koderings- og transmissjonssystem for slam-puls-telemetri av verktøyflatedata konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser skjematisk et format for kodering av slam-puls-telemetriverktøyflatedata for transmissjon ved et pulsposisjons-modulas j onssystem i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 viser et blokkdiagram av et system for kodering og transmisjon av verktøyflatedata konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

På fig. 1 er det vist en borerigg 11 anbragt over et bore-

hull 12. Ved<r>en utførelsesform av et system for koding og sending av verktøyflatedata anordnet i en underenhet 14 som innbefatter en del av en borekrage 15 anbragt i borehullet 12.

En borekrone 22 er anbragt på den nedre enden av borestrengen

18, og er festet til den. nedre enden av en bøyd underenhet 21 festet til den nedre enden av borekragen 15. Borekronen 22 skjærer ut borehullet 12 av jordformasjon 24, mens boreslammet 26 blir pumpet fra brønnhodet 28. Metalloverflatehus 29 er viste anbragt i borehullet 12 ved dens topp for å opprettholde helheten til borehullet 12 nær overflaten. Ringrommet 16

mellom borestrengen 18 og borehullveggen danner en teoretisk lukket returslambane. Slam blir pumpet fra brønnhodet 28

ved hjelp av et pumpesystem 30 gjennom en tilførselslinje 31 forbundet med borestrengen 18. Boreslam, blir på denne måten, tunget ned den sentrale aksiale passasjen til borestrengen 18

og går ut ved borekronen 22 for å føre borekaks innbefattende boreseksjonene jord, stein og lignende oppover fra borekronen til overflaten, så vel som å tilveiebringe en kraft for rotering av en slamturbin i borekronen 22 som bevirker den kuttende overflaten til borekronen å rotere og skjære gjennom formasj onene.

Innenfor området av borekragen 15, er det anordnet i borestrengen 18 en slamventil (ikke vist nærmere) som er anordnet for enten å avbryte eller på annen måte frembringer forstyrrelser i trykket til slammet som blir tvungen ned en sentral aksial åpning i borestrengen 16 av slampumpen 30. Denne slamventilen blir anvendt for å kodere trykkpulsene i strømmen med bore-

slam og for å modulere trykket til den strømmen. På denne måten blir informasjonen overført fra området nær borekronen til overflaten nær brønnhodet 28, slik at informasjonen kan bli tilveiebragt og anvendt av boreoperatøren.

Som vist. på fig. 1, er . borehullet 12 dannet i jorden av boreriggen 11 ikke helt vertikalt. D.v.s. den nedre enden av borehullet er dannet ved en vinkel mellom borehullets 15 akse og vertikalplanet 26. Denne vinkelen 27 er kjent som bore-

hullets helling.

Med henvisning til fig. 2 er det vist sett ovenfor boreriggen 11 og borehullet 12 og det fremkommer en andre parameter forbundet med et vinkelutformet borehull. Vinkelen som akselen av borehullet 28 gjør med det magnetiske nord-retningen 29, er henvisning til som asimut for borehullet og betegnet med piler 31.

På fig. 3 er det vist et perspektivriss av den nedre enden

av borestrengen 18 som innbefatter rekker med borekrager 15 som innbefatter utstyr for avføling av borehullets orientering, utstyr for behandling og koding av data med hensyn til borehullets parametere og slam-puls-telemetriutstyr, slik som slamventiler og påvirkningsanordninger som er anvendt for å fjernoverføre informasjon fra den nedre enden av borehullet til brønnhodet for bruk av boreoperatøren. Som vist på fig.

3, er den bøyde underenheten 21 festet til den nedre enden av borestrengen og avsluttet av borekronen 22. Den sentrale 30 aksen av begge segmentene til den bøyde underenheten 21 definerer og ligger innenfor et felles plan. Dette planet til den bøyde underenhetens akse er generelt ikke parallelt med et vertikalplan, men ligger derimot ved en viss vinkel i forhold til denne og representerer vridningen av den bøyde underenheten relativt i forhold til vertikalplanet. På fig. 3 er det vist en linje 32 som representerer en linje som ligger i et vertikalplan og en linje 33 som representerer en linje som ligger i planet innenfor hvilket aksen 30 til begge delen av den bøyde underenheten ligger. Disse to linjene definerer en vinkel 34 som representerer vridningen av den bøyde underenheten, vist med pilen 34', og som er henvist til som verk-tøyf latevinkel . Andre uttrykk som er anvendt med hensyn til denne karakteristikken for boreverktøyet, er en som er kalt "høyside" vinkelen for verktøyet. Slike uttrykk henviser til punktet på den øverste overflaten av borekronen, d.v.s. "høysiden" og vinkelen i forhold til dette punktet og et punkt som ligger langs planet definert av den bøyde aksen 30 til begge segmentene for den bøyde underenheten.

Høysiden, eller verktøyflatevinkelen, er informasjon av svært stor viktighet for boreoperatøren, p.g.a. at sammen med indikasjoi av asimut og helling, forteller det han i hvilken retning verktøyet er orientert og følgelig i hvilken retning borehullet er blitt dannet gjennom jordformasjonen. Det er kritisk at denne informasjonen blir tilveiebragt på en periodisk og regulær basis til boreoperatøren ved en måling i løpet av boringen, for at operatøren skal kunne foreta endringer konti-nuerlig for å foreta omdiri geringer av verktøyet i den ønskete orienteringen.

System ifølge foreliggende oppfinnelse innebærer en algoritme

og teknikk for beregning av både magnetisk og høysideverktøy-flateverdier så vel som metode for koding og sending av magnetometer- og akselerometerdata til overflaten i et kompakt og virkningsfult format for å tilveiebringe en indikasjon av verktøyflaten for boreoperatøren. Verktøyflatevinkelen blir konvensjonelt bestemt av de relative verdiene for utgangsspenningen for x- og y-akseakselerometeret (eller magnetometeret) sine sensorer innenfor borehullet. Forholdet mellom en sensorutgangsspenning V og en fysisk størrelse målt av den sensoren er definert som:

V = mS + b

hvor b er en temperatur avhengig av forspenning og m er en temperaturavhengig graderingsfaktor. For akselerometer-dataverdien V er gitt i volt og uttrykket S er relatert til gravitasjonsakelerasjonen, mens magnetometerdataen for verdien V også er i volt mens S er uttrykt i magnetisk fluks. Ved foreliggende teknikk innebærer prosedyren for beregning av verktøyflaten følgende: 1. Bestemmelse av den relative verdien for V^og V^og dannelse av uttrykket

oC= v^hvor i, j = x, y slik at 0<|c£|<1.

Det skal bemerkes at det må tilveiebringes en måte for å huske fortegnene for Vxog V siden den absolutte verdien for vil bli sendt til overflaten.

2. Siden S er en funksjon av høysideverktøyflaten, kan følgende uttrykk settes opp:

Siden det er kjent den funksjonsmessige formel av S (<t>) kan det defineres som en funksjon f, slik at:

dette under antagelse at alle de variable er kjent untatt ø, slik at det kan foretas en løsning med hensyn til <t>

ved å anvende irritasjonsprosedyren. Denne prosedyren er relativ rett fremover, hvor det velges en startgjetning for <)> og så beregnes forskjellige verdier slik at man når den nøyaktig <t> og dette vil bevirke f ($) til å være lik 0.

Ved anvendelse av denne teknikken kan det således tilveiebringes en verdi for verktøyflatevinkelen fra forholdet mellom de to spenningene, i stedet for å måtte sende den fulle verdien både for x-sensorspenningen og y-sensorspenningen til overflaten som diskrete verdier. Ved sendingen av verdien av forholdet mellom de to nevnte spenningene, kan fortegnet til x-spenningen, fortegnet til y-spenningen og informasjonen med hensyn til hvilke av de to verdiene som var større så vel som om eller ikke informasjonen blir utledet fra enten akselerometerene eller magnetometerene, alle korreksjonene for forspennings-

og graderingsfaktoren blir gjort ved overflaten ved hjelp av iterasjonsteknikk. Denne datakoderingsformaten sparer betydelige mengder med databehandlingskapasitet og reduserer energikravene for å sende et gitt volum med verktøyflatedata fra

borehullet til overflaten.

Med henvisning til fig. 4 er det vist en fremstilling av datakodeformat ifølge foreliggende oppfinnelse. En dataramme blir identifisert innenfor grensene til klamme-parentesen 41 og representerer et enkelt mellomrom mellom slampulser ved et slam-puls-telemetrisystem. Innenfor en enkel ramme med data 41, er det to dataord betegnet med henvisningstallene 42 og 43. Hvert ord inneholder to bit-posisjoner 44 og 45 tildelt informasjonen relatert i forhold til hastigheten ved hvilken dataen blir fjernoverført til overflaten, som vil bli beskrevet nedenfor. Den neste posisjonen til hvert ord 46 er tildelt en synkronpuls.

En "0" puls blir tildelt det første ordet i rammen, mens

en "1" blir tildelt det andre ordet i rammen, slik at dersom et ord blir utelatt ved prosessen vil neste "0" synkronpuls observert i synkronpulsposisjonen angi begynnelsen av et ord. Dette elliminerer behovet for mellomrom mellom pulsrammene

og sparer også databehandlingskapasitet. Den neste pulsposisjonen 47 i det første ordet angir fortegnet for x, den neste pulsposisjonen ved det første ordet 48 angir fortegnet for y. Den 6. pulsposisjonen 49 ved det første ordet angir hvilke av de to verdiene x eller y som er større, mens neste posisjon 51 angir om eller ikke verdiene blir tilveiebragt av magnetometeret eller akselerometeret, som således muliggjør forspennings- og graderingsfaktorer tilknyttet de bestemte sensorene for tilførsel ved overflaten. Den 8. bitposisjonen 52 til det første ordet i den 5. biten med absoluttverdien for forholdet mellom x og y spenningsverdier. Det 4. til 8. bitposisjonen 53 til det andre ordet inneholder hhv. 4. til 0. biten for den absolutte verdien til forholdet x og y.

Det fremkommer således hvorledes datakoderingsformatet for verktøyflatedata maksimaliserer mengden med informasjon som kan være i en enkel ramme med data sendt til overflaten av en pulsposisjonsmodulasjonsenhet. Dette sparer naturligvis vesentlig med hensyn til energien nødvendig for å sende data for full avlesning av verktøyflateverdiene til overflaten.

Med henvisning til fig. 5, er det vist et blokkdiagram av

det totale systemet for kodering og sending av verktøyflate-data ved hjelp av slam-puls-telemetri, og konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Som vist ved blokk-diagrammet 5, fører en slamtransmissjonslinje 61 pulsposisjons-modulerte verktøyflatedata til overflaten. Hver av blokkene under slamtransmissjonslinjen 61 representerer utstyr anbragt nede i borehullet, mens hver av blokkene over slamtransmissjonslinjen representerer utstyr og behandling som er ved overflaten. Et par akselerometere (eller magnetometere) 62 og 63 er anvendt for å tilveiebringe verdier forbundet med orienteringen til boreverktøyet. x-sensoren 62 frembringer en spenningsverdi forbundet med x-komponenten til jordens gravitasjonsfelt, mens y-sensor 62 tilveiebringer en spenning forbundet med y-komponenten til jordens gravitasjonsfelt basert på posisjonen til sensorene i forhold til jorden. Utgangsspenningen til x-akselerometeret er representert ved

63, mens y-utgangsspenningen er representert ved 64. Begge disse spenningene er inngangssignalene til en prosessor som vurderer flere parametere.

Prosessor 65 vurderer først hva som er den absolutte verdien for forholdet mellom verdien til en av utgangsspenningene i forhold til hverandre. Den absolutte verdien er alltid tatt slik at verdien er positiv større enn 0 og mindre enn 1. Beregningsenheten bestemmer dessuten fortegnet til hver av komponentene for spenningsverdiene Vx og V , hvilke av to verdier V x og V y er større, og med andre ord, hvilke av de to verdiene var teller og hvilke var nevner for å frembringe et forhold som en verdi mellom 0 og 1. Enheten betegner til slutt om V-spenningsverdiene er tilveiebragt fra akselerometeret eller magnetometeret. Dataen bestemt av beregningsenheten 65 blir så ført til en binærrammeenhet 66 som setter sammen en binærdataramme fra denne informasjon. D.v.s. denne enheten setter sammen to 8-bits ord i samsvar med dataformatet vist og beskrevet i forbindelse med fig. 4.ovenfor. I

tillegg til inngangssignalet fra beregningsenheten 65, mottar binærdatarammeenheten 66 et inngangssignal fra en synkron-

pulskilde 67 så vel som en transmissjonshastighetsvelgerenhet 68, som også tilveiebringer en bitgenerator indikativ for transmissjonshastigheten valgt av enheten 68. Transmissjonshastighetsvelgeren blir påvirket som reaksjon på en slamtrykk-sensor 69 også montert i underenheten 15 sammen med tilknyttet sirkulasjons- og koderingsutstyr.

Etter at binærdatarammeenheten 66 har satt sammen informasjonen fra beregningsenheten 65, synkronpulsgenerator 67, overføringshastighetsvelgeren og bitgeneratoren 68 i samsvar med dataformaten vist på fig. 4, blir verdien av dette ordet omformet fra et binært ord til et par tidsverdier. Overføringen blir gjort i samsvar med det bestemte puls-posis jonsmodulasjonsprinsippet anvendt ved slam-puls-telemetri som blir utført ved hjelp av en enhet 70. D.v.s., en tidsverdi er forbundet med verdien til det første dataordet 71, mens en andre tidsverdi er forbundet med dataordet 72 (fig. 4).

Så snart de to verdiene er bestemt, frembringer slamstyre-ventilen, som danner en del av slammodulasjonspulseren 73

for pulsposisjonen en rekke av tre pulser i slamtransmisssjons-linjen 61. Rommet mellom den første og den andre pulsen er indikativ for verdien til det første dataordet, mens avstanden mellom den andre og den tredje pulsen er indikativ for det andre dataordet. Det fremkommer således hvorledes en stor mengde med data indikativ for verktøyflaten har blitt kodet til formaten som kun krever for bruk av energi nødvendig for å frembringe rekker på tre slamtrykkpulser. Dette systemet står i motsetning til de tidligere kjente systemene hvor mange pulser må bli kodert i slamstrømmen for å transportere alle informasjonsbitene nødvendig for å spesifisere sensorspenningsverdiene og muliggjør beregninger av verktøyflate-vinkelen derfra ved overflaten.

Pulsene anbragt på slamtransmissjonslinjen 61 blir demodulert ved overflaten av en pulsposisjonsdemodulatorenheten 65 og som tilveiebringer et inngangssignal til en enhet som rekonstruerer binærdataordene til datarammen opprinnelig samlet av enheten 66 nede i borehullet. Binærordverdirekon- struksjonsenheten 76 tilfører utgangssignalet til en bereg-ningsenhet 77 som utfører den iterative beregningen for å korrigere verdien for verktøyflaten for å forspenne og gradere faktorparametere. Dette blir gjort i samsvar med iterasjonsteknikken som anvender dataforholdet til sensorspenningsverdiene, fortegnene til respektive spenninger og informasjonen med hensyn til hvilken spenning er større så

vel som om eller ikke sensoren var et magnetometer eller akselerometer i samsvar med kjente teknikker. Den iterative beregningen i enheten 77, stoler naturligvis på tidligere verdier for inklemasjonsasimut, temperaturvariasjonsfor-spennings- og graderingsfaktorer lagret i lagerenheten 78

og tilført den iterative beregningsenheten 77. Utgangssignalet fra beregningen tilfører en verktøyflateverdi til operatøren som har blitt korrigert for forspennings- og graderingsfaktorer, men som har blitt forsynt med et minimum av forbruk av energi for å fjernoverføre informasjonen til overflaten.

Det er nødvendig å oppdatere verktøyflaten med en mye større frekvens umiddelbart følgende tillegget av en rørseksjon til borestrengen, som beskrevet ovenfor. For å tillegge en boreseksjon blir slampumpene anbragt ved overflaten og brønn-hodet avbrutt, som reduserer slamtrykkstrømmen nede i hullet. Som beskrevet ovenfor, detekterer slamtrykksensoren 69 dette avbruttet i slamtrykket så vel som påfølgende nytt overtrykk i systemet bevirket av gjenoppstartingen av slampumpene etter tillegg av borestrengseksjonen og den på nytt begynnende boring. Gjenopprettelsen av trykket i systemet blir detektert av slamtrykksensoren 69 som tilveiebringer et overførings-hastighetsvelgersignal som angir at en mye høyere verktøyflate-hastighetsdata nå er nødvendig ved overflaten av boreoperatøren for å orientere boreverktøyet på nytt innenfor et minimalt tidspunkt. Hastigheten ved hvilke spenningsverdiene blir samplet og verktøyfalteberegningen gjort ved beregningsenheten 65 blir således økt med en på forhånd valgt verdi, f.eks. i størrelsesorden av faktoren 4, slik at i stedet for å tilveiebringe en verktøyflateindikasjon hvert 20. sekund ved dette intervallet for en på forhånd valgt tidsperiode, blir verktøyflateverdien beregnet på nytt og sendt hvert 5. sekund. Dette fortsetter for en tilstrekkelig tidsperiode for boreoperatøren for å kunne ha orientert verktøy og begynt boringen i full målestokk igjen etter "tiden ut", går transmissjonshastighetsvelgeren tilbake til standardhastig-heten ved hvilken informasjonen blir samplet og sendt til overflaten. Dette krever naturligvis økt energi, for å

rive slammodulasjonspulseren 78 for slamposisjonen ved en økt hastighet for en kortere tidsperiode, for å tilveiebringe ytterligere informasjon når behovet er mest kritisk. Når transmissjonshastighetsvelgeren 68 blir påvirket som reaksjon av slamtrykksensoren, frembringer den også en kodet bitindikasjon i posisjonene 44 og 45 til datarammeformaet på fig. 4 for å angi hastigheten ved hvilken data blir sendt opp fra hullet til overflateutstyret.

Som det fremgår av ovenfor nevnte system for kodering og overføring av verktøyflatedataformat ved slammodulasjons-pulstelemetrisystem for pulsposisjon er dette gjort mer effektivt og anvendelsen av energi nede i hullet for å sende maksimal mengde med informasjon til overflaten er gjort til et minimum av energiforbruk.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte for å fjernsende data indikativ for verk-tøyf latevinkelen til et boreverktøy i et borehull til overflaten ved et system som logger i løpet av boringen, karakterisert ved måling av ortogonale orienteringskjennetegn for boreverk-tøyet ved intervaller til en første frekvens, generering av et datasignal indikativ for verktøyflate-vinkelen som reaksjon på hver måling, generering av et trykkpulssignal på et slam-puls-telemetrisystem som reaksjon på hvert generert datasignal for å sende en trykkpulsmodulert indikasjon på den målte verktøy-flatevinkelen, måling av trykket til den nedoverstrømmende slamstrømmen ved et sted nede i borehullet, og endring av intervallet for verktøyflatevinkelmålingen fra den første frekvensen til en høyere frekvens som reaksjon på målingen av et sekvensmessig avbrudd og gjenopprettelse av slamtrykkindikasjonen for tillegget av boreseksjonen til borestrengen for å tilveiebringe en hurtigere oppdatering av verktøyflatevinkelen for reorientering av boreverktøyet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at datasignalgenereringstrinnet innbefatter generering av en komponent av datasignalet som er indikativ for frekvensen til måleintervallet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre frekvensen gjøres høyere enn den første frekvensen med en faktor lik 4.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykkpulssignalgenereringstrinnet innbefatter modulering av rekker med slamtrykkpulser i samsvar med et trykkpulsposisjonsprinsipp.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved generering av en første indikativ posisjon til en x-akse som er montert på boreverktøyet, generering av en andre spenning indikativ for posisjonen til en y-sensor anbragt i boreverktøyet, og at datasignalgenereringstrinnet innbefatter: sammensetning av en ramme med binærdata innbefattende et par med binærord, et første ord som inneholder en indikasjon av frekvensen til verktøyflatevinkelmålingen, fortegnet til den første spenningen, fortegnet til den andre spenningen, hvilke spenning er større og om sensorene er akelserometere eller magnetometere og om det andre ordet inneholder en indikasjon på den absolutte verdien til forholdet mellom første og andre spenning mellom 0 og 1.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at som pulstelemetrisystem anvendes et av pulsposi-sjonsmodulasjonstypen og at trykkpulssignalgenereringstrinnet innbefatter generering av tre slamtrykkpulser, i det tidsavstanden mellom første og andre puls er indikativ for verdien til det første binærordet i rammen med binærdata og tidsavstanden mellom den andre og tredje pulsen er indikativ for verdien til det andre binærordet i rammen med binærdata.

7.. System for fjernoverføring av data indikativ for verk-tøyf latevinkelen til et boreverktøy i et borehull opp til overflaten ved logging i løpet av boringen, karakterisert ved at det innbefatter: et par med sensorer for å generering av en første og andre spenning indikativ for orientering til boreverktøyet i et par med ortogonale plan, innretning for å generere, en ramme med binærdata innbefattende et første og andre binært ord, i det det første ordet har i det minste en bitposisjon indikativ for (a) fortegnet til den første spenningen, (b) fortegnet til den andre spenningen, (c) om den første eller andre spenningen er større, og om sensorparet er akselerometere eller magnetometere, og et andre ord med flere bitposisjoner indikativ for den absolutte verdien til forholdet mellom den første og den andre spenningen som er mellom null og en, innretning for å omsette verdien til hver av det■første og andre binærordet i et par med ekvivalente første og andre tidsverdier, innretning for å generere en rekke av tre trykkpulser i den nedoverstrømmende slamstrømmen til borestrømmen, i det tiden mellom den første og andre pulsen er lik den første tidsverdien og tiden mellom den andre og tredje pulsen som er lik den andre tidsverdien, innreting anbragt ved overflaten og reagerende på tiden mellom første og andre pulsen for å regenerere det første binærdataordet og reaksjonen på tiden mellom andre og tredje pulsen for å regenerere det andre binærdataordet, og innretning som reagerer på komponentene til det første og andre dataordet og tidligere målte verdier for borehulls-inklinasjonen og asimuten og temperaturen avhengig av fospennings- og vurderingsfaktoren for beregningen av verk-tøyf latevinkelen .

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at hver av første og andre binærord har en bitposisjon for en synkronpuls og at synkronpulsbiten i hvert ord er av motsatt polaritet.

9. System ifølge krav 7, karakterisert ved innretning for å variere frekvensen med hvilken rammene til binærdataen blir generert fra den første og andre spenningen.

10. System ifølge krav 9, karakterisert ved at frekvensvarieringsinnretningen øker frekvensen til gene-reringen av rammen med binærdata fra den første og andre spenningen som en reaksjon på en sekvens med hovedsakelig reduksjon i trykket til den nedoverstrømmende slamstrømmen og bred etablering av trykket som angir tillegget av rørsek-sjonen til borestrengen.

11. System ifølge krav 10,. karakterisert ved at både det første og andre dataordet innbefatter i det minste en bitposisjon indikativ for frekvensen, ved hvilke rammene med binærdata blir generert.

12. System ifølge krav 7, karakterisert ved at beregningsinnretningen beregner verktøyflatevinkelen ved hjelp av en iterasjonsteknikk.

13. System for fjernoverføring av puls for sending av data indikativ for verktøyflatevinkelen fra et boreverktøy i et borehull til overflaten og et par med ortogonale x- og y-sensorer hver frembringer en spenning indikativ for orientering til boreverktøyet og pulsposisjonsmodulasjonen blir anvendt, en verktøyflatedataformat for hver vinkel-måling, karakterisert ved å innbefatte: en binær dataramme som innbefatter et par med binærord, i det det første inneholder indikasjon av (a) fortegnet til x-spenningen, (b) fortegnet til y-spenningen, (c) hvilke av spenningene er større, og andre ord som inneholder indikasjon av sluttverdien til forholdet mellom x-spenningen og y-spenningen mellom null og en.

14. System ifølge krav 13, karakterisert ved at både det første og andre binærordet som innbefatter binær-datarammen inneholder en synkronbit.

15. System ifølge krav 13, karakterisert ved at både det første og andre binærordet som innbefatter binær-datarammen inneholder en indikasjon på frekvensen med hvilken verktøyflatevinkelmålingen blir gjort og fjernoverført til overflaten.

16. System for overføring av data indikativ for verktøyflate-vinkelen til et boreverktøy i et borehull til overflaten ved et system som logger mens boring, karakterisert ved at det innbefatter: innretning for å måle de ortogonale kjennetegnene til orienteringen for boreverktøyet ved intervaller til den første frekvens, innretning for å generere datasignal indikativ for verktøy-flatevinkelen som reaksjon på hver måling, innretning for å generere et trykkpulssignal på slam-puls-telemetrisystemet som reaksjon på hvert generert datasignal for å sende en trykkpulsmodulert indikasjon av den målte verktøyflatevinkelen, innretning for å,måle trykket til den nedoverstrømmende slamstrømmen ved et sted nede i borehullet, innretning for å endre intervallet til verktøyflatevinkel-målingen fra den første frekvensen til en andre høyere frekvens som reaksjon på målingen av et frekvensmessig avbrudd og reetablering av slamtrykkindikasjonen for ytterligere tillegg av rørseksjon til borestrengen for å tilveiebringe hurtigere oppdatering av verktøyflatevinkelen for reorientering av boreverktøyet.

17. System ifølge krav 16, karakterisert ved at datasignalgenereringsinnretningen innbefatter innretning for å generere en komponent av datasignalet som er indikativ for frekvensen til intervallet med målingen.

18. System ifølge krav 17, karakterisert ved at den andre frekvensen er høyere enn den første frekvensen med en faktor lik 4.

19. System ifølge krav 17, karakterisert ved at trykkpulssignalgenereringsinnretningen innbefatter modulering av en rekke slamtrykkpulser i samsvar med et trykk-pulsposisjonsskj erna.

20. System ifølge krav 16, karakterisert ved innretning for å generere en første spenning indikativ for posisjonen til en x-aksesensor montert i boreverktøyet, innretning for å generere en andre spenning indikativ for posisjonen til en y-aksesensor montert i boreverktøyet, og at datasignalgenereringsinnretningen innbefatter innretning for å sette sammen en ramme binærdata innbefattende et par med binærord, i det det første ordet inneholder indikasjon av frekvensen til verktøyflatevinkelmålingen, fortegnet til første spenning, fortegnet til den andre spenningen, hvilke spenning er større og om sensorene er akselerometere eller magnetometere og det andre ordet inneholder en indikasjon av den absolutte verdien til forholdet mellom første og andre spenningen mellom 0 og 1.

21. System ifølge krav 20, karakterisert ved at slam-puls-telemetrisystemet er av pulsposisjonsmodulasjons-typen og at trykkpulssignalgenereringstrinnet innbefatter en innretning for å generere tre slamtrykkpulser, i det tiden mellom første og andre puls er indikativ for verdien til det første binærordet i rammen med binærdata og tiden mellom andre og tredje pulsen er indikativ for verdien til det andre binærordet i rammen med binærdata.