WO2013029973A2 - Acoustic system and method for transmitting signals in bores - Google Patents

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WO2013029973A2
WO2013029973A2 PCT/EP2012/065798 EP2012065798W WO2013029973A2 WO 2013029973 A2 WO2013029973 A2 WO 2013029973A2 EP 2012065798 W EP2012065798 W EP 2012065798W WO 2013029973 A2 WO2013029973 A2 WO 2013029973A2
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signals
receiver
acoustic
repeater
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Vladimir Danov
Bernd Gromoll
Martin Kautz
Andreas Ziroff
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/14—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
    • E21B47/16—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the drill string or casing, e.g. by torsional acoustic waves

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for transmitting signals in boreholes with at least one transmitter and at least one receiver for signal transmission, wherein the at least one transmitter is adapted to transmit signals and the at least one receiver abandonedbil ⁇ det is the signals of the transmitter receive.
  • Measured values of pressure and / or temperature are critical. These include e.g. Measured values of pressure and / or temperature. The measurements are taken along the borehole or at the bottom of the borehole. Starting from the location of the measurement, the measured values must be transported or transmitted as a signal from the borehole to the earth's surface in order to enable data processing and data evaluation. Signal transmission, in particular undisturbed signal transport in boreholes, however, is difficult due to the harsh conditions.
  • a transport of data by means of signals through holes is usually wired.
  • Object of the present invention is therefore to provide a system and a method for signal transmission in or over wells with large depths, especially depths greater than 3000m. In particular, it is the task of a system and a method specify which allow safe and reliable signal ⁇ transmission over long distances and under harsh conditions in boreholes.
  • the system according to the invention for transmitting signals in boreholes comprises at least one transmitter and at least one receiver for signal transmission, wherein the at least one transmitter is designed to transmit signals and the at least one receiver is designed to receive the signals of the transmitter.
  • the signals are or include acoustic signals.
  • a secure and trouble-free data transmission over long distances in boreholes can be carried out. Problems like the Da ⁇ tenübertragung via cable or radio transmission can be avoided.
  • metallic objects such as drill pipes or earth strata do not lead to any insurmountable disturbances.
  • the tight spatial conditions such as small distances in the drill string or drill pipe and with respect to the bore wall are also no problem for acoustic signals.
  • the use of long electrical lines, as required for data transmission via cable, with their specific Prob ⁇ lemen such as weight and sensitivity to tempera ture ⁇ or mechanical destruction can be avoided. This saves costs and leads to reliable data transfer. transmission via acoustic signals even in harsh conditions in boreholes.
  • the signals used can be coded.
  • the acoustic signals between transmitter and receiver can be coded analogously to a Morse signal. This allows a kind of di ⁇ gitale data transmission acoustically, which is reliabil ⁇ siger as an analog data transmission. Digital data can also be easily processed and evaluated digitally after transmission.
  • At least one repeater may be arranged in the signal path between the at least one transmitter and the at least one receiver. Also, the arrangement of more than one repeater e.g. with regular distance from each other is possible.
  • Repeaters provide a signal amplification and thus an increase in the possible distance between transmitter and receiver for secure and reliable data transport.
  • a repeater receives the signal and transmits it with higher intensity than it received the signal.
  • a repeater may include a noise filter to filter out spurious signals and not pass them on.
  • the receiver may be located at or near an entrance to the wellbore. This means it is located on the earth's surface. There is the direct data processing and evaluation ⁇ evaluation possible or from there can be a simple data transmission by means of cables or by radio. Alternatively or additionally, data transport in the opposite direction is also possible if the receiver is arranged in the borehole, in particular at the lower end of the borehole. Then the signals can be used to control and / or regulate devices such as pumps.
  • the at least one transmitter may be an acoustic generator. Acoustic generators can produce easily controlled acoustically ⁇ tables signals.
  • the at least one transmitter may be located at or near a ⁇ monito ring system in the wellbore, and adapted to be data which are measured by the monitoring system to communicate.
  • measured values such as pressure and / or temperature can be transmitted, for example, from a drill bit inside the borehole to the earth's surface.
  • the transmitter may be located at or near an entrance to the wellbore.
  • the method according to the invention for transmitting signals in boreholes comprises transmitting signals from at least one transmitter and receiving the signals transmitted by the transmitter by at least one receiver, acoustic signals being used as signals.
  • the signals may be coded, in particular from the we ⁇ ilias a transmitter, is then transmitted encoded and de ⁇ be coded forwarded by the at least one receiver or coded and / or processed.
  • At least one repeater the intensity of the signals in the signal Zvi ⁇ rule amplify the at least one transmitter and the at least one receiver.
  • Each repeater can send one characteristic signal for each. This makes it possible to distinguish and separate signals from different repeaters.
  • a following on a repeater repeater or receiver can only receive its signals, ie the signals of the previous repeater and process or amplified forward.
  • the transmitter and / or receiver and the repeaters may be powered by a battery, a thermoelectric generator, a generator for generating energy from vibration, a turbine and / or a piezoelectric element.
  • the receiver may be located at or near an entrance to the wellbore.
  • an acoustic generator can be used, which acoustic Signals generated.
  • the at least one transmitter may be placed downhole at or near a monitoring system, and transmit data measured by the monitoring system. This is associated with the advantages previously described for the system. But there are also other positions for the arrangement of the transmitter and / or the receiver possible, as described above for the inventive system for Signalübertra ⁇ tion in boreholes.
  • the acoustic signal can be transmitted through a drilling device, in particular ⁇ sondere a drill string, in particular with an amplitude dependent on the nature of the drilling device. This minimizes interference and ensures a maximum long-lasting reliable data transmission path.
  • intensity and / or amplitude and / or time series ⁇ sequence and / or time intervals of the signals values can be used, which are distinguished from noise, in particular drilling and / or pumping noise.
  • pitches and time intervals between tones can be used, which do not occur naturally in a hole.
  • the tone frequency, amplitude and intensity may be optimized to an over ⁇ transmission over metal as it represents the drill string.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view long a borehole 1 with drill pipe 2 and acoustic transmitter 10, repeater 12 and receiver 11.
  • a borehole 1 is shown schematically as a longitudinal section. The dimensions are shown simplified for clarity and do not correspond in their Relati ⁇ each other on the real dimensions of a borehole.
  • a drill pipe 2 is arranged to convey, for example, petroleum.
  • the structure shown in Fig. 1 illustrates a particular embodiment.
  • the drill pipe 2 may also be designed to create a bore, that is for drilling, or for conveying fluids such as gas ,
  • the drill pipe 2 comprises in the illustrated embodiment ⁇ example, a monitoring system 3, a pump motor 4, a protector 5 for the pump motor 4, a pipe system 6 for pumping and a pump housing 7 with a Gasseperator 8.
  • This structure of a drill string 2 corresponds to the state of the technique.
  • an oil / water / gas mixture is derived in a line system of the bore, for further processing of the mixture. This is indicated in Fig. 1 by an arrow.
  • a system 9 according to the invention for signal transmission in boreholes 1 with an acoustic transmitter 10 and an acoustic receiver 11 is arranged.
  • a repeater 12 is arranged on the drill pipe 2.
  • the transmitter 10, receiver 11 and repeaters 12 may also at home Neren of the drill rod 2 to be integrated.
  • the transmitter 10 and the receiver 11 can also be arranged reversed, or the transmitters 10 or receivers 11 simultaneously operate as receiver 11 or.
  • the acoustic transmitter 10 is arranged close to the monitoring system 3 and receives the data to be transmitted from the monitoring system 3.
  • a monitoring system 3 can be arranged as shown in the figure at the bottom of the hole, or at another position, depending the required information and locations. It is also possible to use a plurality of monitoring systems 3.
  • the monitoring system 3 measures at its position e.g. Pressure and / or temperature and converts the data obtained into electrical signals.
  • the electrical signals are transmitted to the transmitter 10 by cable electrically or optically and coded by this. Alternatively, the data can already be transmitted to the transmitter 10 by the monitoring system 3 or an inter-connected unit.
  • the transmitter 10 converts the electrical signals into acoustic signals ⁇ rule and transmits this via the Bohrgestfitematerial acoustic, wherein comprises Bohrge ⁇ stShematerial as metal.
  • a repeater 12 may receive the ⁇ ses acoustic signal and amplified, ie further end with a higher intensity. As a result, attenuations in the acoustic signal transmission over long distances can be compensated.
  • An acoustic receiver 11 is disposed on the drill string 2 at the upper end of the Bohrlo- ches 1 and receives the akusti ⁇ specific signal from the transmitter 10.
  • the signal is received by the receiver 11, for example in an electrical, optical or radio signal umgewan ⁇ delt and a data processing device , There, the signals can be processed and thus the measured values can be evaluated. Alternatively, data processing can also take place directly at the receiver 11.
  • the data transmission in both directions, in which each transmitter 10 and a receiver 11 operates and vice versa is about the system 9 for Signalübertra ⁇ supply wells in a system of bodies in the borehole possible.
  • devices of a drill head and / or a pump can be controlled or regulated.
  • the signals are coded, emitted at a selected frequency and amplitude, which is adapted to the material of the acoustic Transmission and the length of Consequentlyswe ⁇ ges.
  • the signals can emit a device-specific code during data transmission.
  • acoustic signals of different devices can be distinguished.
  • signals of a transmitter 10 or repeater 12 superimpose the signals of another transmitter 10 or repeater 12.

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Abstract

The invention relates to an acoustic system (9) and an acoustic method for transmitting signals in bores (1), said system comprising at least one transmitter (10) and at least one receiver (11) for transmitting signals, the at least one transmitter (10) being designed to transmit acoustic signals and the at least one receiver (11) being designed to receive the acoustic signals of the transmitter (10).

Description

Beschreibung description
Akustisches System und Verfahren zur Signalübertragung in Bohrlöchern Acoustic system and method for transmitting signals in boreholes
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Signalübertragung in Bohrlöchern mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger zur Signalübertragung, wobei der wenigstens eine Sender ausgebildet ist Signale zu senden und der wenigstens eine Empfänger ausgebil¬ det ist die Signale des Senders zu empfangen. The present invention relates to a system and a method for transmitting signals in boreholes with at least one transmitter and at least one receiver for signal transmission, wherein the at least one transmitter is adapted to transmit signals and the at least one receiver ausgebil ¬ det is the signals of the transmitter receive.
Zur Förderung von z.B. Wasser, Öl oder Gas werden Bohrlöcher gebohrt und betrieben. Bei der Bohrung und beim Betrieb von Bohrlöchern sind unterschiedliche Messwerte aus dem Inneren des Bohrloches entscheidend. Dazu gehören z.B. Messwerte von Druck und/oder Temperatur. Die Messungen erfolgen entlang des Bohrlochs oder am unteren Ende der Bohrung. Vom Ort der Messung ausgehend müssen die Messwerte als Signal aus dem Bohr- loch auf die Erdoberfläche transportiert bzw. übermittelt werden, um eine Datenverarbeitung und Datenauswertung zu ermöglichen. Eine Signalübermittlung, insbesondere ein ungestörter Signaltransport in Bohrlöchern, ist jedoch auf Grund der rauen Bedingungen schwierig. To promote e.g. Water, oil or gas drilled and operated wells. When drilling and operating wells, different measurements from inside the well are critical. These include e.g. Measured values of pressure and / or temperature. The measurements are taken along the borehole or at the bottom of the borehole. Starting from the location of the measurement, the measured values must be transported or transmitted as a signal from the borehole to the earth's surface in order to enable data processing and data evaluation. Signal transmission, in particular undisturbed signal transport in boreholes, however, is difficult due to the harsh conditions.
Ein Transport von Daten mit Hilfe von Signalen durch Bohrlöcher erfolgt in der Regel kabelgebunden. Ein kabelloser A transport of data by means of signals through holes is usually wired. A wireless
Transport z.B. über Radiofrequenzen ist ebenfalls bekannt. Diese Techniken erreichen jedoch ihre technischen Grenzen bei Bohrtiefen von 3000m. Ein zuverlässiger Transport von Messwerten aus dem Bohrloch heraus und eine zuverlässige Steue¬ rung von z.B. Pumpen ist mit den bekannten Techniken bei Bohrtiefen größer 3000m schwierig bis nicht möglich. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein System und ein Verfahren zur Signalübertragung in bzw. über Bohrlöcher mit großen Tiefen anzugeben, insbesondere Tiefen größer 3000m. Insbesondere ist es Aufgabe ein System und ein Verfah- ren anzugeben, welche eine sichere und zuverlässige Signal¬ übertragung auch über große Entfernungen und unter rauen Bedingungen in Bohrlöchern erlauben. Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Systems zur Signal¬ übertragung in Bohrlöchern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Signalübertragung in Bohrlöchern mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur Signalübertragung in Bohrlöchern gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der Nebengeordneten Ansprüche untereinander und mit Merkmalen der Unteransprüche und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden. Transport eg via radio frequencies is also known. However, these techniques reach their technical limits at drilling depths of 3000m. A reliable transport of measured values out of the well and a reliable Steue ¬ tion of eg pumps is larger with the known techniques in drilling depths 3000m difficult or not possible. Object of the present invention is therefore to provide a system and a method for signal transmission in or over wells with large depths, especially depths greater than 3000m. In particular, it is the task of a system and a method specify which allow safe and reliable signal ¬ transmission over long distances and under harsh conditions in boreholes. The stated object is achieved with respect to the system for signal ¬ transmission in boreholes with the features of claim 1 and with respect to the method for signal transmission in boreholes with the features of claim 7. Advantageous embodiments of the system according to the invention and method for signal transmission in boreholes will be apparent from the respectively associated dependent subclaims. In this case, the features of the ancillary claims can be combined with each other and with features of the subclaims and features of the subclaims.
Das erfindungsgemäße System zur Signalübertragung in Bohrlöchern umfasst wenigstens einen Sender und wenigstens einen Empfänger zur Signalübertragung, wobei der wenigstens eine Sender ausgebildet ist Signale zu senden und der wenigstens eine Empfänger ausgebildet ist die Signale des Senders zu empfangen. Die Signale sind bzw. umfassen akustische Signale. The system according to the invention for transmitting signals in boreholes comprises at least one transmitter and at least one receiver for signal transmission, wherein the at least one transmitter is designed to transmit signals and the at least one receiver is designed to receive the signals of the transmitter. The signals are or include acoustic signals.
Durch die Verwendung von akustischen Signalen kann eine si- chere und störungsfreie Datenübertragung über lange Strecken in Bohrlöchern durchgeführt werden. Probleme, wie bei der Da¬ tenübertragung über Kabel oder der Funkübertragung, können vermieden werden. So führen bei akustischen Signalen metallische Gegenstände wie z.B. Bohrgestänge oder Erdschichten zu keinen unüberwindbaren Störungen. Auch die engen räumlichen Verhältnisse wie z.B. geringe Abstände in dem Bohrgestänge bzw. Bohrrohren und in Bezug auf die Bohrwandung stellen für akustische Signale kein Problem dar. Die Verwendung von langen elektrischen Leitungen, wie sie bei einer Datenübertra- gung über Kabel notwendig sind, mit ihren spezifischen Prob¬ lemen wie z.B. Gewicht und Empfindlichkeit gegenüber Tempera¬ tur oder mechanische Zerstörung, kann vermieden werden. Dies spart Kosten und führt zu einer zuverlässigen Datenübertra- gung über akustische Signale auch unter rauen Bedingungen in Bohrlöchern . Through the use of acoustic signals, a secure and trouble-free data transmission over long distances in boreholes can be carried out. Problems like the Da ¬ tenübertragung via cable or radio transmission can be avoided. For acoustic signals, metallic objects such as drill pipes or earth strata do not lead to any insurmountable disturbances. The tight spatial conditions such as small distances in the drill string or drill pipe and with respect to the bore wall are also no problem for acoustic signals. The use of long electrical lines, as required for data transmission via cable, with their specific Prob ¬ lemen such as weight and sensitivity to tempera ture ¬ or mechanical destruction can be avoided. This saves costs and leads to reliable data transfer. transmission via acoustic signals even in harsh conditions in boreholes.
Die verwendeten Signale können kodiert sein. So können z.B. die akustischen Signale zwischen Sender und Empfänger analog einem Morsesignal kodiert sein. Dies ermöglicht eine Art di¬ gitale Datenübertragung auf akustischem Weg, welche zuverläs¬ siger ist als eine analoge Datenübertragung. Digitale Daten sind nach der Übertragung auch einfach digital weiterzuverar- beiten und auszuwerten. The signals used can be coded. For example, the acoustic signals between transmitter and receiver can be coded analogously to a Morse signal. This allows a kind of di ¬ gitale data transmission acoustically, which is reliabil ¬ siger as an analog data transmission. Digital data can also be easily processed and evaluated digitally after transmission.
Es kann wenigstens ein Repeater im Signalweg zwischen dem wenigstens einen Sender und dem wenigstens einen Empfänger angeordnet sein. Auch die Anordnung von mehr als einem Repeater z.B. mit regelmäßigem Abstand voneinander ist möglich. DieAt least one repeater may be arranged in the signal path between the at least one transmitter and the at least one receiver. Also, the arrangement of more than one repeater e.g. with regular distance from each other is possible. The
Repeater sorgen für eine Signalverstärkung und damit eine Erhöhung des möglichen Abstands zwischen Sender und Empfänger bei sicherem und zuverlässigem Datentransport. Ein Repeater empfängt das Signal und sendet es mit höherer Intensität als er das Signal empfangen hat. Zusätzlich kann ein Repeater einen Rauschfilter enthalten, um Störsignale herauszufiltern und nicht weiterzugeben. Repeaters provide a signal amplification and thus an increase in the possible distance between transmitter and receiver for secure and reliable data transport. A repeater receives the signal and transmits it with higher intensity than it received the signal. In addition, a repeater may include a noise filter to filter out spurious signals and not pass them on.
Der Empfänger kann am oder nahe einem Eingang zum Bohrloch angeordnet sein. Dies bedeutet er ist an der Erdoberfläche angeordnet. Dort ist die direkte Datenverarbeitung und Aus¬ wertung möglich oder von dort aus kann eine einfache Datenübertragung mit Hilfe von Kabeln oder per Funk erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist auch ein Datentransport in ent- gegen gesetzter Richtung möglich, wenn der Empfänger im Bohrloch, insbesondere am unteren Ende des Bohrlochs angeordnet ist. Dann können die Signale zur Steuerung und/oder Regelung von Einrichtungen wie z.B. Pumpen verwendet werden. Der wenigstens eine Sender kann ein akustischer Generator sein. Akustische Generatoren können auf einfache Weise akus¬ tische Signale kontrolliert erzeugen. Der wenigstens eine Sender kann am oder nahe einem Monito¬ ring-System im Bohrloch angeordnet sein, und ausgebildet sein Daten, welche vom Monitoring-System gemessen werden, zu übermitteln. Dadurch können Messwerte wie Druck und/oder Tempera- tur z.B. von einer Bohrspitze im Inneren des Bohrlochs an die Erdoberfläche übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich, bei einer zuvor beschriebenen Übermittlung von Signalen in das Bohrloch hinein, kann der Sender am oder nahe einem Eingang zum Bohrloch angeordnet sein. The receiver may be located at or near an entrance to the wellbore. This means it is located on the earth's surface. There is the direct data processing and evaluation ¬ evaluation possible or from there can be a simple data transmission by means of cables or by radio. Alternatively or additionally, data transport in the opposite direction is also possible if the receiver is arranged in the borehole, in particular at the lower end of the borehole. Then the signals can be used to control and / or regulate devices such as pumps. The at least one transmitter may be an acoustic generator. Acoustic generators can produce easily controlled acoustically ¬ tables signals. The at least one transmitter may be located at or near a ¬ monito ring system in the wellbore, and adapted to be data which are measured by the monitoring system to communicate. As a result, measured values such as pressure and / or temperature can be transmitted, for example, from a drill bit inside the borehole to the earth's surface. Alternatively or additionally, in a previously described transmission of signals into the well, the transmitter may be located at or near an entrance to the wellbore.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Signalübertragung in Bohrlöchern umfasst das Senden von Signalen von wenigstens einem Sender und das Empfangen der vom Sender gesendeten Signale durch wenigstens einen Empfänger, wobei als Signale akusti- sehe Signale verwendet werden. The method according to the invention for transmitting signals in boreholes comprises transmitting signals from at least one transmitter and receiving the signals transmitted by the transmitter by at least one receiver, acoustic signals being used as signals.
Die Signale können kodiert werden, insbesondere von dem we¬ nigstens einen Sender, dann kodiert gesendet werden, und de¬ kodiert werden vom wenigstens einen Empfänger oder kodiert weitergeleitet und/oder verarbeitet werden. Wenigstens ein Repeater kann die Intensität der Signale im Signalweg zwi¬ schen dem wenigstens einen Sender und dem wenigstens einen Empfänger verstärken. Jeder Repeater kann ein für ihn jeweils charakteristisches Signal senden. Dadurch sind eine Unterscheidung und eine Trennung von Signalen unterschiedlicher Repeater möglich. Ein auf einen Repeater folgender Repeater bzw. Empfänger kann nur dessen Signale, d.h. die Signale des vorhergehenden Repeaters empfangen und verarbeiten bzw. verstärkt weiterleiten. Der Sender und/oder Empfänger und die Repeater können über eine Batterie, einen thermoelektrischen Generator, einen Generator zu Erzeugung von Energie aus Vibration, eine Turbine und/oder einem Piezoelement mit Energie versorgt werden. The signals may be coded, in particular from the we ¬ nigstens a transmitter, is then transmitted encoded and de ¬ be coded forwarded by the at least one receiver or coded and / or processed. At least one repeater, the intensity of the signals in the signal Zvi ¬ rule amplify the at least one transmitter and the at least one receiver. Each repeater can send one characteristic signal for each. This makes it possible to distinguish and separate signals from different repeaters. A following on a repeater repeater or receiver can only receive its signals, ie the signals of the previous repeater and process or amplified forward. The transmitter and / or receiver and the repeaters may be powered by a battery, a thermoelectric generator, a generator for generating energy from vibration, a turbine and / or a piezoelectric element.
Der Empfänger kann am oder nahe einem Eingang zum Bohrloch angeordnet werden. Als der wenigstens eine Sender kann ein akustischer Generator verwendet werden, welcher akustische Signale generiert. Der wenigstens eine Sender kann am oder nahe einem Monitoring-System im Bohrloch angeordnet werden, und Daten, welche vom Monitoring-System gemessen werden, übermitteln. Damit sind die zuvor für das System beschriebe- nen Vorteile verbunden. Es sind aber auch andere Positionen zur Anordnung des Senders und/oder des Empfängers möglich, wie zuvor für das erfindungsgemäße System zur Signalübertra¬ gung in Bohrlöchern beschrieben. Das akustische Signal kann über eine Bohreinrichtung, insbe¬ sondere ein Bohrgestänge übertragen werden, insbesondere mit einer Amplitude abhängig von der Beschaffenheit der Bohreinrichtung. So können Störungen minimiert und ein maximal langer, zuverlässiger Datenübertragungsweg sichergestellt wer- den. The receiver may be located at or near an entrance to the wellbore. As the at least one transmitter, an acoustic generator can be used, which acoustic Signals generated. The at least one transmitter may be placed downhole at or near a monitoring system, and transmit data measured by the monitoring system. This is associated with the advantages previously described for the system. But there are also other positions for the arrangement of the transmitter and / or the receiver possible, as described above for the inventive system for Signalübertra ¬ tion in boreholes. The acoustic signal can be transmitted through a drilling device, in particular ¬ sondere a drill string, in particular with an amplitude dependent on the nature of the drilling device. This minimizes interference and ensures a maximum long-lasting reliable data transmission path.
Als Intensität und/oder Amplitude und/oder zeitliche Reihen¬ folge und/oder zeitlichen Abstände der Signale können Werte verwendet werden, welche von Störgeräuschen, insbesondere Bohr- und/oder Pumpgeräuschen unterschieden werden. So können z.B. Tonhöhen und zeitliche Abstände zwischen Tönen verwendet werden, welche bei einer Bohrung nicht natürlich auftreten. Die Tonfrequenz, Amplitude und Intensität kann auf eine Über¬ tragung über Metall, wie es das Bohrgestänge darstellt, opti- miert sein. As intensity and / or amplitude and / or time series ¬ sequence and / or time intervals of the signals values can be used, which are distinguished from noise, in particular drilling and / or pumping noise. For example, pitches and time intervals between tones can be used, which do not occur naturally in a hole. The tone frequency, amplitude and intensity, may be optimized to an over ¬ transmission over metal as it represents the drill string.
Die mit dem Verfahren zur Signalübertragung in Bohrlöchern verbundenen Vorteile sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf das System zur Signalübertragung in Bohrlöchern beschrieben wurden. The advantages associated with the downhole signal transmission method are analogous to the advantages previously described with respect to the downhole signal transmission system.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Preferred embodiments of the invention with advantageous developments according to the features of the dependent claims are explained in more detail with reference to the single figure, but without being limited thereto.
Es wird in der Figur dargestellt: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung längst einem Bohrloch 1 mit Bohrgestänge 2 und akustischem Sender 10, Repeater 12 und Empfänger 11. In der Fig. 1 ist ein Bohrloch 1 als Längsschnitt schematisch gezeigt. Die Abmessungen sind der Übersichtlichkeit halber vereinfacht dargestellt und entsprechen auch in ihrer Relati¬ on zueinander nicht den realen Abmessungen eines Bohrlochs. In dem Bohrloch 1 ist ein Bohrgestänge 2 zum fördern von z.B. Erdöl angeordnet. Der in Fig. 1 dargestellte Aufbau stellt ein spezielles Ausführungsbeispiel dar. Alternativ, der Ein¬ fachheit halber in der Figur nicht dargestellt, kann das Bohrgestänge 2 auch ausgelegt sein zum Erstellen einer Bohrung, d.h. zum Bohren, oder zur Förderung von Fluiden wie z.B. Gas . It is shown in the figure: Fig. 1 is a schematic sectional view long a borehole 1 with drill pipe 2 and acoustic transmitter 10, repeater 12 and receiver 11. In Fig. 1, a borehole 1 is shown schematically as a longitudinal section. The dimensions are shown simplified for clarity and do not correspond in their Relati ¬ each other on the real dimensions of a borehole. In the borehole 1, a drill pipe 2 is arranged to convey, for example, petroleum. The structure shown in Fig. 1 illustrates a particular embodiment. Alternatively, the A ¬ simplicity not shown in the figure sake, the drill pipe 2 may also be designed to create a bore, that is for drilling, or for conveying fluids such as gas ,
Das Bohrgestänge 2 umfasst in dem dargestellten Ausführungs¬ beispiel ein Monitoring-System 3, einen Pumpmotor 4, einen Protektor 5 für den Pumpmotor 4, ein Rohrsystem 6 zum Pumpen und ein Pumpgehäuse 7 mit einem Gasseperator 8. Dieser Aufbau eines Bohrgestänges 2 entspricht dem Stand der Technik. An dem Ende des Bohrgestänges 2, welches sich oberhalb der Erd¬ oberfläche befindet, wird ein Öl/Wasser/Gas-Gemisch in einem Leitungssystem von der Bohrung abgeleitet, zur weiteren Ver- arbeitung des Gemisches. Dies ist in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeutet . The drill pipe 2 comprises in the illustrated embodiment ¬ example, a monitoring system 3, a pump motor 4, a protector 5 for the pump motor 4, a pipe system 6 for pumping and a pump housing 7 with a Gasseperator 8. This structure of a drill string 2 corresponds to the state of the technique. At the end of the drill pipe 2, which is located above the Erd ¬ surface, an oil / water / gas mixture is derived in a line system of the bore, for further processing of the mixture. This is indicated in Fig. 1 by an arrow.
An dem Bohrgestänge 2 ist ein erfindungsgemäßes System 9 zur Signalübertragung in Bohrlöchern 1 mit einem akustischen Sen- der 10 und einem akustischen Empfänger 11 angeordnet. Zwischen dem akustischen Sender 10 und dem akustischen Empfänger 11 ist am Bohrgestänge 2 ein Repeater 12 angeordnet. Alterna¬ tiv, der Einfachheit halber in der Figur nicht dargestellt, kann der Sender 10, Empfänger 11 und Repeater 12 auch im In- neren des Bohrgestänges 2 integriert sein. Es kann bei kurzen Signalwegen auch auf den Repeater 12 verzichtet werden oder bei sehr langen Signalwegen können abhängig der Bohrgestängelänge mehrere Repeater 12 verwendet werden. Abhängig der Richtung der Signalübertragung kann der Sender 10 und der Empfänger 11 auch vertauscht angeordnet sein, oder die Sender 10 bzw. Empfänger 11 arbeiten gleichzeitig als Empfänger 11 bzw . Sender 10. On the drill string 2, a system 9 according to the invention for signal transmission in boreholes 1 with an acoustic transmitter 10 and an acoustic receiver 11 is arranged. Between the acoustic transmitter 10 and the acoustic receiver 11, a repeater 12 is arranged on the drill pipe 2. Alterna tively ¬, for simplicity, not shown in the figure, the transmitter 10, receiver 11 and repeaters 12 may also at home Neren of the drill rod 2 to be integrated. With short signal paths it is also possible to dispense with the repeater 12 or, in the case of very long signal paths, a plurality of repeaters 12 can be used depending on the drill rod length. Depending on the In the direction of the signal transmission, the transmitter 10 and the receiver 11 can also be arranged reversed, or the transmitters 10 or receivers 11 simultaneously operate as receiver 11 or. Transmitter 10.
Der akustische Sender 10 ist nahe dem Monitoring-System 3 angeordnet und bekommt die zu übertragenden Daten von dem Monitoring-System 3. Ein Monitoring-System 3 kann wie in der Figur dargestellt am Grund der Bohrung angeordnet sein, oder an einer anderen Position, abhängig der benötigten Informationen und Messorte. Es können auch mehrere Monitoring-Systeme 3 verwendet werden. Das Monitoring-System 3 misst an seiner Position z.B. Druck und/oder Temperatur und wandelt die gewonnen Daten in elektrische Signale um. The acoustic transmitter 10 is arranged close to the monitoring system 3 and receives the data to be transmitted from the monitoring system 3. A monitoring system 3 can be arranged as shown in the figure at the bottom of the hole, or at another position, depending the required information and locations. It is also possible to use a plurality of monitoring systems 3. The monitoring system 3 measures at its position e.g. Pressure and / or temperature and converts the data obtained into electrical signals.
Die elektrischen Signale werden an den Sender 10 per Kabel elektrisch oder optisch übermittelt und von diesem kodiert. Alternativ können die Daten schon vom Monitoring-System 3 oder einer zwischen geschalteten Einheit kodiert an den Sen- der 10 übermittelt werden. Der Sender 10 wandelt die elektri¬ schen Signale in akustische Signale um und übermittelt diese über das Bohrgestängematerial akustisch, wobei das Bohrge¬ stängematerial z.B. Metall umfasst. Ein Repeater 12 kann die¬ ses akustische Signal empfangen und verstärkt, d.h. mit einer höheren Intensität weitersenden. Dadurch können Dämpfungen in der akustischen Signalübermittlung über große Entfernungen hinweg kompensiert werden. The electrical signals are transmitted to the transmitter 10 by cable electrically or optically and coded by this. Alternatively, the data can already be transmitted to the transmitter 10 by the monitoring system 3 or an inter-connected unit. The transmitter 10 converts the electrical signals into acoustic signals ¬ rule and transmits this via the Bohrgestängematerial acoustic, wherein comprises Bohrge ¬ stängematerial as metal. A repeater 12 may receive the ¬ ses acoustic signal and amplified, ie further end with a higher intensity. As a result, attenuations in the acoustic signal transmission over long distances can be compensated.
Ein akustischer Empfänger 11 ist am oberen Ende des Bohrlo- ches 1 am Bohrgestänge 2 angeordnet und empfängt das akusti¬ sche Signal des Senders 10. Das Signal wird vom Empfänger 11 z.B. in ein elektrisches, optisches oder Funksignal umgewan¬ delt und zu einer Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt. Dort können die Signale verarbeitet und somit die Messwerte ausgewertet werden. Alternativ kann eine Datenverarbeitung auch direkt am Empfänger 11 erfolgen. Bei einer Ausführung der Datenübermittlung in beide Richtungen, bei welcher jeder Sender 10 auch als Empfänger 11 arbeitet und umgekehrt, ist über das System 9 zur Signalübertra¬ gung in Bohrlöchern eine Regelung von Einrichtungen im Bohr- loch möglich. So können z.B. Einrichtungen eines Bohrkopfs und/oder eine Pumpe gesteuert oder geregelt werden. An acoustic receiver 11 is disposed on the drill string 2 at the upper end of the Bohrlo- ches 1 and receives the akusti ¬ specific signal from the transmitter 10. The signal is received by the receiver 11, for example in an electrical, optical or radio signal umgewan ¬ delt and a data processing device , There, the signals can be processed and thus the measured values can be evaluated. Alternatively, data processing can also take place directly at the receiver 11. In one embodiment of the data transmission in both directions, in which each transmitter 10 and a receiver 11 operates and vice versa, is about the system 9 for Signalübertra ¬ supply wells in a system of bodies in the borehole possible. Thus, for example, devices of a drill head and / or a pump can be controlled or regulated.
Damit Umgebungsgeräusche und/oder Geräusche z.B. beim Bohren oder bei einer Förderung die akustische Datenübertragung zwi- sehen einem Sender 10 und einem Empfänger 11 nicht stören, werden die Signale kodiert, mit einer ausgewählten Frequenz und Amplitude abgegeben, welche angepasst ist an das Material der akustischen Übertragung und die Länge des Übertragungswe¬ ges. Bei Verwendung von mehreren Sendern 10 und/oder bei Ver- wendung von Repeatern 12 können diese einen gerätespezifischen Kode bei der Datenübermittlung abgeben. Dadurch können akustische Signale unterschiedlicher Geräte unterschieden werden. So kann vermieden werden, dass Signale eines Senders 10 bzw. Repeaters 12 die Signale eines anderen Senders 10 bzw. Repeaters 12 überlagern. Alternativ oder zusätzlich können auch unterschiedliche Frequenzen bzw. Töne verwendet wer¬ den oder ein zeitlicher Abstand zwischen gesendeten Signalen entsprechend lang gewählt werden. Verschieden, zuvor beschriebene Ausführungsformen können untereinander und mit Ausführungsformen, bekannt aus dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z.B. zusätzliche Schritte oder Verfahren, bekannt aus der Kabelgebundenen- oder Funk-Datenübertragung in Verbindung mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System 9 eingesetzt werden. Unterschiedliche Anordnungen von Sendern 10, Repeatern 12 und Empfängern 11 sind möglich. Verfahren der Datenübertragung können verschiedene, aus dem Stand der Technik bekannte Kodierungs- und/oder Portionierungs-Verfahren sowie Übermittlungsverfahren der nicht akustischen Übermittlung umfassen, welche auf das akustische Übermitteln von Daten angewendet werden. Die wesentliche Idee der Erfindung ist die zuverlässige Über¬ mittlung von Daten in rauen Umgebungen wie Bohrlöchern, über lange Entfernungen hinweg, durch Verwendung von akustischen Signalen zur Signal- bzw. Datenübertragung. So that ambient noise and / or noise, for example during drilling or during promotion, do not disturb the acoustic data transmission between a transmitter 10 and a receiver 11, the signals are coded, emitted at a selected frequency and amplitude, which is adapted to the material of the acoustic Transmission and the length of Übertragungswe ¬ ges. When multiple transmitters 10 are used and / or repeaters 12 are used, they can emit a device-specific code during data transmission. As a result, acoustic signals of different devices can be distinguished. Thus it can be avoided that signals of a transmitter 10 or repeater 12 superimpose the signals of another transmitter 10 or repeater 12. Alternatively or additionally, it is also possible to use different frequencies or tones, or to select a time interval between transmitted signals that is correspondingly long. Various embodiments described above may be combined with each other and with prior art embodiments known in the art. Thus, for example, additional steps or methods known from cable or radio data transmission can be used in conjunction with the method according to the invention and the system 9 according to the invention. Different arrangements of transmitters 10, repeaters 12 and receivers 11 are possible. Methods of data transmission may include various prior art encoding and / or portioning methods as well as non-acoustic transmission methods of transmission applied to the acoustic transmission of data. The essential idea of the invention is reliable over ¬ mediation of data in harsh environments such as boreholes, over long distances, through the use of acoustic signals for signal and data transmission.

Claims

Patentansprüche claims
1. System (9) zur Signalübertragung in Bohrlöchern (1) mit wenigstens einem Sender (10) und wenigstens einem Empfänger (11) zur Signalübertragung, wobei der wenigstens eine Sender (10) ausgebildet ist Signale zu senden und der wenigstens eine Empfänger (11) ausgebildet ist die Signale des Senders (10) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale akustische Signale sind. 1. System (9) for signal transmission in boreholes (1) with at least one transmitter (10) and at least one receiver (11) for signal transmission, wherein the at least one transmitter (10) is adapted to transmit signals and the at least one receiver (11 ) is adapted to receive the signals of the transmitter (10), characterized in that the signals are acoustic signals.
2. System (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale kodiert sind. 2. System (9) according to claim 1, characterized in that the signals are coded.
3. System (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Repeater (12) im3. System (9) according to any one of the preceding claims, character- ized in that at least one repeater (12) in
Signalweg zwischen dem wenigstens einen Sender (10) und dem wenigstens einen Empfänger (11) umfasst ist. Signal path between the at least one transmitter (10) and the at least one receiver (11) is included.
4. System (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Empfänger (11) am oder nahe einem Eingang zum Bohrloch (1) angeordnet ist. 4. System (9) according to any one of the preceding claims, character- ized in that the receiver (11) is arranged at or near an entrance to the borehole (1).
5. System (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sender (10) ein akustischer Generator ist. 5. System (9) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one transmitter (10) is an acoustic generator.
6. System (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sender (10) am oder nahe einem Monitoring-System (3) im Bohrloch (1) ange- ordnet ist, und ausgebildet ist Daten, welche vom Monitoring- System (3) gemessen werden, zu übermitteln. 6. System (9) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one transmitter (10) at or near a monitoring system (3) in the borehole (1) is arranged, and is formed, which data from Monitoring system (3) to be measured.
7. Verfahren zur Signalübertragung in Bohrlöchern (1), welches das Senden von Signalen von wenigstens einem Sender (10) und das Empfangen der vom Sender (10) gesendeten Signale durch wenigstens einen Empfänger (11) umfasst, 7. A method of signal transmission in boreholes (1), comprising transmitting signals from at least one transmitter (10) and receiving the signals transmitted by the transmitter (10) by at least one receiver (11),
dadurch gekennzeichnet, dass als Signale akustische Signale verwendet werden. characterized in that are used as signals acoustic signals.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale kodiert werden, insbesondere vom wenigstens einen Sender (10), kodiert gesendet werden, und dekodiert werden vom wenigstens einen Empfänger (11) oder kodiert weitergelei¬ tet und/oder verarbeitet werden. 8. The method according to claim 7, characterized in that the signals are encoded, in particular by the at least one transmitter (10), are sent encoded, and are decoded by the at least one receiver (11) or coded weitergelei ¬ tet and / or processed.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Repeater (12) die Intensi- tat der Signale im Signalweg zwischen dem wenigstens einen Sender (10) und dem wenigstens einen Empfänger (11) ver¬ stärkt . 9. A method according to any one of claims 7 or 8, characterized in that at least one repeater (12) did the intensities of the signals in the signal path between strengthens the at least one transmitter (10) and the at least one receiver (11) ¬ ver.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Repeater (12) ein für den jeweiligen Repeater (12) charakteristisches Signal sendet und/oder über eine Batterie, einen thermoelektrischen Generator, einen Generator zu Erzeugung von Energie aus Vibration, eine Turbine und/oder einem Piezoelement mit Energie versorgt wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that each repeater (12) transmits a signal representative of the respective repeater (12) and / or via a battery, a thermoelectric generator, a generator for generating energy from vibration, a turbine and / or a piezoelectric element is supplied with energy.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (11) am oder nahe einem Ein¬ gang zum Bohrloch (1) angeordnet wird. 11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the receiver (11) is arranged at or near a Ein¬ gear to the borehole (1).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine Sender (10) ein akustischer Generator verwendet wird, welcher akustische Sig¬ nale generiert. 12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that as the at least one transmitter (10), an acoustic generator is used, which generates acoustic Sig ¬ signals.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sender (10) am oder nahe einem Monitoring-System (3) im Bohrloch (1) angeordnet wird, und Daten, welche vom Monitoring-System (3) gemessen werden, übermittelt. 13. The method according to any one of claims 7 to 12, characterized in that the at least one transmitter (10) is arranged at or near a monitoring system (3) in the borehole (1), and data from the monitoring system (3 ) are transmitted.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Signal über eine Bohrein¬ richtung, insbesondere ein Bohrgestänge (2) übertragen wird, insbesondere mit einer Amplitude abhängig von der Beschaffen heit der Bohreinrichtung. 14. The method according to any one of claims 7 to 13, characterized in that the acoustic signal via a Bohrein ¬ direction, in particular a drill string (2) is transmitted, in particular with an amplitude dependent on the constitution of the drilling device.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Intensität und/oder Amplitude und/ode zeitliche Reihenfolge und/oder zeitlichen Abstände der Signa le Werte verwendet werden, welche von Störgeräuschen, insbe¬ sondere Bohr- und/oder Pumpgeräuschen unterschieden werden. 15. The method according to any one of claims 7 to 14, characterized in that are used as the intensity and / or amplitude and / or temporal sequence and / or time intervals of Signa le values of noise, in particular ¬ special drilling and / or Pump noise can be distinguished.
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