СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Российский патент 2011 года по МПК E21B47/12 

Родственная заявка

Этот патент заявляет приоритет по дате подачи заявки на патент США № 60/716,180, полное раскрытие которого включено сюда в качестве ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к телеметрическим системам и способам для использования в скважинных работах. Более конкретно, настоящее изобретение относится к скважинным телеметрическим системам и способам для передачи сигналов между наземным узлом и скважинным инструментом.

Уровень техники

Скважины могут буриться для обнаружения и добычи углеводородов, минералов или воды. Буровая колонна и скважинный инструмент обычно составлены из набора труб, последовательно соединенных друг с другом для образования длинной трубы с буровой коронкой на ее нижнем конце. По мере погружения бурового инструмента, буровой раствор закачивается из наземного отстойника через канал или каналы в буровом инструменте и выходит из буровой коронки. Раствор, выходящий из буровой коронки, течет обратно на поверхность для возврата в отстойник и может быть повторно пропущен через буровой инструмент. Таким образом, буровой раствор охлаждает буровой инструмент, выносит шлам и другую пустую породу из бурового инструмента и отлагает шлам и другую пустую породу в отстойнике. Как известно, в дополнение к охлаждающим и очистным работам, выполняемым раствором, закачиваемым в скважину, раствор образует глинистую корку, которая покрывает скважину и которая, наряду с другими функциями, уменьшает трение между буровой колонной и подземной формацией.

Во время буровых работ связь между оборудованием низа бурильной колонны (которое может включать множество компонентов) и наземным узлом обработки и/или другими наземными устройствами может быть осуществлена с использованием телеметрической системы. В общем, такие телеметрические системы делают возможным транспортировку энергии, данных, команд и/или других сигналов или информации между оборудованием низа бурильной колонны и наземными устройствами. Таким образом, телеметрические системы делают возможным, например, передавать данные, относящиеся к скважинным условиям и/или оборудованию низа бурильной колонны на наземные устройства для дальнейшей обработки, отображения и так далее, и также делают возможной работу оборудования низа бурильной колонны, контролируемую посредством команд и/или другой информации, отправляемой от наземных устройств в оборудование низа бурильной колонны.

Различные скважинные телеметрические системы могут быть использованы для установления требуемых возможностей связи. Примеры таких систем могут включать телеметрическую систему пульсации бурового раствора, как описано в патенте США № 5517464, проводную телеметрическую систему буровой трубы, как описано в патенте США № 6641434, электромагнитную скважинную телеметрическую систему, как описано в патенте США № 5624051, акустическую скважинную телеметрическую систему, как описано в РСТ заявке на патент США № WO 2004085796, каждый из которых включен сюда в качестве ссылки во всей своей полноте. Дополнительные примеры, использующие передачу данных или устройства связи (например, приемопередатчики, подсоединенные к датчикам), также используются для транспортировки энергии и/или данных между оборудованием низа бурильной колонны и наземным узлом.

Телеметрические системы обычно включают в себя передачу данных, собранных оборудованием низа бурильной колонны (например, одним или более компонентами, составляющими оборудование низа бурильной колонны), в наземную систему или узел. С помощью таких систем данные обычно накапливаются и организуются в пакеты, которые могут быть названы кадрами, содержащими одну точку измерений или множество точек измерений. Данные обычно передаются на поверхность в постоянном или непрерывном потоке данных. Например, набор данных, накопленных из отдельных компонентов, собирается в кадры и транспортируется на поверхность. Данные из кадра непрерывно передаются на поверхность, пока все данные из кадра не будут переданы. На поверхность обычно передается последовательность кадров, содержащих чередующиеся данные из различных компонентов. Описанный выше процесс повторяется для заданного набора кадров и/или может повторяться непрерывно (например, пока не будет выключено питание). Телеметрические компоненты или системы обычно имеют практические ограничения (например, полоса пропускания), которые ограничивают скорость передачи данных и/или объем данных, который может быть передан на поверхность за заданный период времени. В результате, часто имеют место задержки при отправке данных из оборудования низа бурильной колонны на поверхность и/или получении данных с поверхности. Дополнительно, повторные данные часто расходуют ограниченную телеметрическую полосу пропускания, тем самым замедляя или препятствуя передаче данных, относящихся к ключевой информации и/или важным событиям.

Сущность изобретения

Как излагается в нижеприведенном подробном описании, примерные способы и устройства, описанные здесь, дают возможность телеметрическим системам передавать кадры данных более эффективным образом и/или образом, облегчающим поток данных. В частности, передача некоторых данных может быть осуществлена в ответ на обнаружение или инициирование особенных событий. Дополнительно, примерные способы и устройства, описанные ниже, могут избирательно назначать приоритеты передаваемых данных или кадров, так что информация, касающаяся особенных событий (например, сигналы, относящиеся к проблематичным скважинным условиям), передается на поверхность более эффективно (т.е. быстрее) или рационально (например, с помощью лучшего использования доступной полосы пропускания), что является возможным с помощью многих известных из уровня техники телеметрических систем. Дополнительно, примерные способы и устройства, описанные ниже, могут быть использованы для обеспечения и облегчения скважинных и/или наземных решений по передаче в режиме реального времени.

В соответствии с одним раскрытым примером предусмотрен способ передачи данных между скважинным местоположением в скважине и наземным местоположением, связанным со скважиной, при этом способ содержит этапы, на которых:

измеряют скважинные данные с помощью, по меньшей мере, одного скважинного компонента;

формируют кадр данных, содержащий, по меньшей мере, часть скважинных данных;

изменяют телеметрическую полосу пропускания, выделенную, по меньшей мере, одному скважинному компоненту в ответ на скважинные данные, соответствующие одному из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации; и

передают указанные скважинные данные на наземное местоположение с помощью телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту.

При этом изменение телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту, и передача указанных скважинных данных на наземное местоположение содержит этапы, на которых формируют кадр данных и передают указанный кадр данных на наземное местоположение на основании приоритета.

Кроме того, передача кадра данных на наземное местоположение на основании приоритета содержит этапы, на которых передают кадр данных между периодически передаваемыми кадрами данных, при этом периодически передаваемые кадры данных имеют тот же тип, что и кадр данных.

Согласно указанному способу формирование кадра данных, содержащего скважинные данные, содержит этап, на котором кодируют кадр данных с идентифицирующей информацией, а также формирование кадров данных содержит этапы, на которых формируют кадр данных для включения в него данных из предварительно определенного кадра, определенного во время конфигурации телеметрического компонента.

Причем под специальным событием понимается одно: из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, возникает в ответ на команду и требующему незамедлительного внимания оператора.

Кроме того, формирование кадра данных, содержащего скважинные данные, содержит этап, на котором ассоциируют, по меньшей мере, один идентификатор скважинного устройства с каждой точкой данных внутри скважинных данных.

Согласно другому примеру предусмотрено устройство для передачи данных между скважинным местоположением в скважине и наземным местоположением, связанным со скважиной, устройство содержит:

телеметрический компонент, сконфигурированный для изменения телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту в ответ на скважинные данные, соответствующие одному из: состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации; и

для передачи скважинных данных на наземное местоположение с помощью телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту.

При этом в указанном устройстве изменение телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту, и передача скважинных данных на наземное местоположение содержит формирование кадра данных и передачу указанного кадра данных на наземное местоположение на основании приоритета.

Кроме того, передача указанного кадра данных на наземное местоположение на основании приоритета содержит передачу указанного кадра данных между периодически передаваемыми кадрами данных, и периодически передаваемые кадры данных имеют тот же тип, что и кадр данных.

В указанном устройстве телеметрический компонент сконфигурирован для формирования кадра данных, содержащего скважинные данные, путем ассоциирования, по меньшей мере, одного идентификатора скважинного устройства с каждой точкой данных внутри указанных скважинных данных.

Причем одно событие из: состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, соответствует событию, требующему незамедлительного внимания оператора.

Согласно третьему примеру предусмотрен способ передачи данных между скважинным местоположением в скважине и наземным местоположением, связанным со скважиной, способ содержит этапы, на которых:

формируют множество кадров данных первого типа, передаваемых между скважинным местоположением и наземным местоположением;

формируют кадры данных второго типа в ответ на обнаружение одного из: состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации; и

передают, по меньшей мере, один кадр данных второго типа на основании приоритета.

При этом кадр данных первого типа содержит повторяющийся кадр данных, и кадр данных второго типа содержит кадр данных.

Кроме того, одно из: состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации

соответствует событию, требующему незамедлительного внимания оператора.

Причем в указанном способе передача, по меньшей мере, одного кадра данных второго типа на основании приоритета содержит этап, на котором передают кадр данных второго типа из скважинного местоположения на наземное местоположение.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является схематическим видом, частично в сечении, примерной буровой площадки, имеющей наземную систему или узел, и оборудование низа бурильной колонны, помещаемое с буровой установки в скважину с помощью буровой колонны, включающей телеметрическую систему.

Фиг.2 является блок-схемой, изображающей примерный способ передачи данных между оборудованием низа бурильной колонны и наземной системой или узлом.

Фиг.3 изображает примерную последовательность кадров, содержащих данные, передаваемые между оборудованием низа бурильной колонны и наземной системой или узлом.

Фиг.4А является примерной таблицей, изображающей особенный кадр данных, накопленных оборудованием низа бурильной колонны.

Фиг.4В является примерной таблицей, изображающей особенные данные, извлеченные из примерного кадра данных на Фиг.4А для передачи на наземную систему или узел.

Фиг.4С является другой примерной таблицей особенных данных, извлеченных из примерного кадра данных на Фиг.4А для передачи на наземную систему или узел.

Фиг.5А и 5В являются примерными таблицами, изображающими особенные данные, с предшествующим им идентификацией данных, которые могут быть необязательно включены в примерный кадр данных на Фиг.4А для передачи на наземную систему или узел.

Подробное описание чертежей

Некоторые примеры показаны на вышеуказанных чертежах и подробно описаны ниже. При описании этих примеров, подобные или идентичные ссылочные номера используются для обозначения общих или подобных элементов. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, и некоторые признаки и некоторые виды чертежей могут быть показаны в увеличенном масштабе или схематически для ясности и/или краткости.

Фиг.1 изображает примерную систему 1 буровой установки, которая может содержать в себе примерное телеметрическое устройство и способы, описанные в настоящем описании. В показанном примере скважина 11 может быть сформирована с помощью хорошо известного вращательного процесса бурения, направленного бурения с помощью мотора бурового раствора или с помощью любого другого подходящего бурового процесса или процессов. Дополнительно, в то время как примерная система 1 изображена как реализованная с наземной буровой установкой, примерный способ и устройство, описанные здесь, могут быть использованы в соединении с неназемными установками. Еще дополнительно, в то время как примерная система 1 на Фиг.1 изображена как включающая в себя скважинный буровой инструмент, любой другой подходящий скважинный инструмент, такой как, например, проводные линии, гибкие насосно-компрессорные завершения, завершения для бурения на обсадных колоннах или другие скважинные инструменты, имеющие телеметрическую систему, связанную с наземной системой или узлом, может быть использован взамен.

Пример скважинной системы 1 буровой установки на Фиг.1 включает в себя скважинный инструмент или оборудование 3 низа бурильной колонны (ВНА), которое опущено в скважину 11 с помощью буровой колонны 12 и которое имеет буровую коронку 15 на своем нижнем конце. Примерная система 1 включает в себя наземную платформу и установку 10 буровой вышки, которая расположена над скважиной 11, которая пронизывает подземную формацию F. Система 1 дополнительно включает в себя буровой флюид или раствор 26, который хранится в отстойнике 27, расположенном на буровой площадке. Буровой флюид 2 6 накачивается внутрь буровой колонны 12 с помощью насоса бурового раствора (не показан), вызывая тем самым прохождение бурового раствора 26 вниз через буровую колонну 12. Буровой раствор 26 покидает буровую колонну 12 через отверстия в буровой коронке 15 и выносит шлам формации на поверхность по мере возврата бурового флюида 26 в отстойник 27 для рециркуляции.

ВНА 3 включает в себя несколько компонентов, способных осуществлять различные скважинные функции. В примерной системе 1 на Фиг.1 ВНА 3 включает в себя компонент 16 для измерения во время бурения (MWD), телеметрический компонент 18, компонент 20 каротажа во время бурения (LWD), компонент 22 оценки формации и вращающийся управляемый (RS) компонент 24.

Однако любое сочетание одного или более каждого из этих компонентов и других компонентов может быть использовано взамен. Наземная система или узел 5 может быть реализован с использованием любой желаемой комбинации аппаратного и/или программного обеспечения. Например, платформа персонального компьютера, платформа рабочей станции и так далее может хранить на компьютерно-читаемом носителе (например, магнитном или оптическом жестком диске, памяти с произвольным доступом и так далее) и осуществлять одну или более программных процедур, программ, машиночитаемого кода или инструкций и так далее для выполнения описанных здесь операций. Дополнительно или в качестве альтернативы, наземный узел 5 может использовать выделенное аппаратное обеспечение или логику, такую как, например, специальные прикладные интегральные схемы, сконфигурированные программируемые логические контроллеры, дискретную логику, аналоговые схемы, пассивные электрические компоненты и так далее, для осуществления описанных здесь функций или операций.

Еще дополнительно, в то время как наземный узел 5 изображен в примере на Фиг.1 как расположенный относительно близко к буровой вышке, некоторые части или наземный узел 5 целиком в качестве альтернативы может быть расположен относительно удаленно от вышки. Например, наземный узел 5 может быть операционно и/или коммуникационно подсоединен к скважинному телеметрическому компоненту 18 через любое сочетание одной или более беспроводных или проводных линий связи (не показаны). Такие линии связи могут включать в себя связь через сеть коммутации пакетов (например, Интернет), проводные телефонные линии, сотовые линии связи и/или другие радиочастотные линии связи и так далее, использующие любой желаемый протокол связи. Телеметрический компонент 18 может быть использован для транспортировки сигналов между ВНА 3 и наземной системой или узлом 5. Может быть использован любой желаемый тип телеметрического компонента или сочетание телеметрических компонентов, таких как, например, телеметрические компоненты пульсации бурового раствора, электромагнитные телеметрические компоненты, телеметрические компоненты проводной буровой трубы, акустические телеметрические компоненты, восстановимая проводная индукционная муфта и так далее. MWD компонент 16 может быть использован для получения скважинных измерений, таких как направление, отклонение, нагрузка на коронку, гамма-излучение и/или любое другое измерение(я), и отправки этих измерений в наземный узел 5 с помощью телеметрического компонента 18.

Как изображено, компонент 22 для оценки информации является компонентом для испытания или взятия проб, имеющий зонд 23 для установления гидравлической связи с формацией F и выкачивания флюида в компонент оценки формации. Могут быть сделаны различные измерения флюида, и относящиеся к ним данные могут быть переданы на поверхность с помощью телеметрического компонента 18.

LWD компонент 20 может быть использован для получения измерений и накапливания скважинных данных, таких как, например, удельное сопротивление, ядерное, гамма-излучение, пористость, плотность, звуковые, сейсмические, акустические волны и так далее. Измерения, полученные с помощью LWD компонента 20, могут быть сохранены в блоке памяти (не показан) внутри LWD компонента 20 так, что когда LWD компонент 20 извлекается на поверхность, данные, связанные с измерениями, могут быть загружены в узел обработки, компьютер и так далее для анализа. В качестве альтернативы или дополнительно, по меньшей мере, некоторые из измерений или часть данных, накопленных LWD компонентом 20, может быть передана на поверхность с помощью телеметрического компонента 18.

RS компонент 24, или любой другой подходящий компонент, может быть использован для направления коронки 15 в желаемом направлении. Таким образом, ВНА 3 может продвигаться вдоль желаемого курса или пути до требуемого скважинного местоположения. RS компонент 24 может также накапливать данные, которые могут быть переданы или транспортированы на поверхность с помощью телеметрического компонента 18.

В целом, ВНА 3 может быть составлен из дополнительных и/или других компонентов, и данные, накапливаемые этими компонентами, могут быть транспортированы или переданы между компонентами (например, перед передачей на поверхность) и/или сохранены в одном или более местах в скважине (например, внутри одного или более устройств или компонентов, связанных с ВНА 3). Дополнительно, один или более компонентов ВНА 3 могут включать в себя один или более процессоров или блоков обработки (например, микропроцессор, специальная прикладная интегральная схема и так далее) для манипулирования или анализа данных, накопленных компонентами.

Потоки данных могут формироваться компонентами ВНА 3 и могут манипулироваться и/или буферизироваться в компонентах. Телеметрический компонент 18 может избирательно накапливать, собирать или захватывать данные и создавать кадры данных от одного или более компонентов на основе, например, предварительно определенного разрешения кадра, и/или данные, захваченные телеметрическим компонентом 18, могут быть транспортированы с использованием кадра или кадров, имеющих самоопределяющийся поток данных (например, поток данных содержит информацию, показывающую способ, посредством которого информация или данные внутри потока данных размещаются или организовываются). Использование самоопределяющихся потоков данных позволяет декодировать кадры данных без обращения к предварительно определенному формату кадра. В дополнение к избирательному получению данных и созданию кадров из различных компонентов, связанных с ВНА 3, телеметрический узел 18 может избирательно направлять сформированные кадры на наземный блок 5 в определенное время, в определенном порядке или последовательности, например, для достижения желаемого результата. Например, как описано значительно подробнее ниже, определенные кадры, содержащие информацию, относящуюся к специальным событиям, для которых было бы полезно транспортировать к ним относящуюся информацию, на поверхность без задержки, могут быть транспортированы на основании приоритета. В частности, в некоторых случаях кадр, содержащий такую информацию о специальных событиях, может быть транспортирован перед одним или более другими кадрами, даже если данные в других кадрах были накоплены или получены другим образом до момента накопления или получения другим образом информации о специальном событии.

В то время как примерная система 1 на Фиг.1 изображена в виде одной буровой площадки, имеющей один наземный узел 5 и одно оборудование 3 низа бурильной колонны с пятью специальными компонентами, один или более наземных узлов на одной или более буровых площадках, каждая из которых может использовать любую желаемую комбинацию скважинных компонентов, может быть использована в соединении с описанными здесь примерным устройством и способами. Передача или транспортировка данных или информации между наземным узлом 5 и скважинным инструментом 3 может осуществляться с использованием любых из множества средств. Например, наземный узел 5 может отправлять команды одному или более компонентам оборудования 3 низа бурильной колонны в ответ на информацию, полученную от оборудования 3 низа бурильной колонны. Дополнительно, связь между оборудованием 3 низа бурильной колонны и наземным узлом 5 может быть одновременной, чередующейся, непрерывной и/или прерывистой.

Оператор или другая персона обычно располагается у наземного узла 5 или рядом для контролирования (например, с помощью видеомонитора, который отображает данные, получаемые из скважины) операций на буровой площадке. Обычно оператор смотрит на экран, который отображает набор данных, которые могут непрерывно обновляться, из различных скважинных и наземных компонентов. Оператор или другая персона может, в качестве альтернативы, располагаться удаленно (например, за пределами буровой площадки) в любой точке мира. В этом случае, связи между удаленным местом и буровой площадкой могут быть выполнены с использованием любой комбинации проводных и/или беспроводных систем связи. Например, такие связи могут осуществляться с использованием любой желаемой комбинации из телефонных линий, линий связи Интернет, сотовых линий связи, спутниковых линий связи и так далее.

Фиг.2 является блок-схемой, изображающей примерный процесс или способ передачи данных между оборудованием низа бурильной колонны (например, оборудованием 3 низа бурильной колонны на Фиг.1) и наземной системой или узлом (например, наземной системой или узлом 5 на Фиг.1). Перед обсуждением примерного способа на Фиг.2, следует понять, что различные операции, изображенные на Фиг.2, могут осуществляться с помощью программного обеспечения, машиночитаемых инструкций, кода и так далее. Такое программное обеспечение, машиночитаемые инструкции или код могут храниться на компьютерно-читаемом носителе (например, магнитная запоминающая среда, оптическая запоминающая среда и так далее) и выполнены процессором (например, микропроцессором) для осуществления одной или более операций, изображенных на Фиг.2. Дополнительно, если требуется, одна или более операций, изображенных на Фиг.2, могут быть выполнены автоматически или вручную, порядок операций может быть изменен, одна или более операций могут быть исключены, и/или операции могут быть подразделены на дополнительные или другие блоки, по отношению к изображенным на Фиг.2.

Возвращаясь к подробностям Фиг.2, согласно примерному способу сначала конфигурируют компоненты ВНА 3, чтобы сделать возможным накопление и/или передачу требуемым образом (блок 200). В частности, каждый из компонентов, составляющих ВНА 3, может быть сконфигурирован для сбора данных с определенной скоростью или частотой и/или сохранять собранные данные определенным образом (например, сохранять данные в компоненте, который накапливает данные, в другом компоненте и так далее).

Дополнительно, другие спецификации и параметры, такие как, например, коэффициенты измерений, могут быть установлены и сконфигурированы на основании скважинных условий, таких как тип бурового раствора, размер скважины, тип формации и так далее. Любой телеметрический компонент (например, телеметрический компонент 18 на Фиг.1) может быть сконфигурирован для генерации и передачи набора предварительно определенных или интеллектуально составленных кадров. Такая конфигурация или настройка кадра определяет количество, тип, частоту, последовательность кадров (например, порядок, в котором транспортируются определенные типы кадров), частоту и последовательность или порядок, в котором данные накапливаются из различных скважинных компонентов и помещаются в кадр, и так далее.

Как описано более подробно ниже, предварительно определенный или интеллектуальный состав кадров может быть подходящим для облегчения эффективной и быстрой транспортировки определенных типов информации на поверхность. Например, информация, относящаяся к специальным событиям, таким как те скважинные события (например, условия опасности или аварийная ситуация, проблема давления формации во время бурения и так далее), требующие незамедлительного внимания персоны, контролирующей процесс или операцию, может быть транспортирована в специально образованных кадрах, которые быстро передаются на поверхность.

Следуя конфигурации скважинных компонентов (блок 200), один или более скважинных компонентов накапливают или измеряют скважинные данные (блок 210). Такие накопленные данные могут быть сохранены в компоненте, который собирал данные, и/или в другом скважинном компоненте или множестве других скважинных компонентов (блок 212). В блоке 212, данные могут быть переданы телеметрическому компоненту или компонентам (например, телеметрическому компоненту 18) в соответствии с вышеприведенной конфигурацией кадра.

Во время нормальной работы, поток данных может быть измерен или накоплен с помощью каждого скважинного компонента (например, одного или более компонентов 18, 20, 22 и 24). Как отмечено выше, такие измеренные или накопленные данные могут быть сохранены внутри компонента, накапливающего данные, и/или других скважинных компонентов. Телеметрический компонент (например, телеметрический компонент 18) затем избирательно накапливает или собирает, по меньшей мере, некоторые данные, накопленные или измеренные в, по меньшей мере, блоке 210 от одного или более скважинных компонентов в соответствии с предварительно определенной или интеллектуально составленной конфигурацией кадра, установленной в блоке 200 (блок 220).

Следуя накоплению данных в блоке 220, примерный способ на Фиг.2 определяет, наступило ли специальное событие (блок 230). Специальное событие может быть событием, которое не возникает регулярно (например, непериодическое событие, неповторяющееся событие или состояние и так далее). Например, ошибка или сбой, связанные с одним из скважинных компонентов, накопление предварительно определенных данных, таких как высокая температура, считывание давления формации и так далее, активация определенных скважинных компонентов (например, как результат одной или более команд с поверхности) и/или специальный кадр данных может быть связан со специальным событием в блоке 230.

В другом примере, специальное событие может быть повторяющимся или периодическим событием, для которого желательно, чтобы данные передавались на поверхность на основании приоритета. Например, специальное событие может соответствовать конкретному измерению, такому как давление формации во время измерения при бурении, которое осуществляется периодически. В общем, такое измерение осуществляется, когда буровая колонна не вращается, например, во время соединения, и вся полоса пропускания телеметрии может быть выделена для передачи данных измерения давления формации во время бурения. Наступление специального события в блоке 230 может быть определено в ответ на прерывание телеметрического компонента одним или более скважинными компонентами для сигнализации о достижении некоторого предварительно определенного критерия. Такое прерывание телеметрического компонента может быть реализовано так, что различные скважинные компоненты отправляют сигнал телеметрическому компоненту (например, телеметрическому компоненту 18) для указания того, что наступило специальное событие. В качестве альтернативы или дополнительно, телеметрический компонент может быть сконфигурирован для отправки запросов (например, опрос) скважинным компонентам для запроса или обнаружения наступления специальных событий. В одном примере, обнаружение специальных событий в блоке 230 может сделать возможным транспортировку кадра данных, содержащего информацию об оценке формации или данные, передаваемые или транспортируемые в наземное устройство или систему, по существу непосредственно следующую за измерением или накоплением информации об оценке формации или данных с помощью компонента оценки формации (например, компонент 22 оценки формации на Фиг.1).

Если возникновение специального события обнаружено в блоке 230, то согласно примерному способу накапливают или располагают некоторые или все специальные данные, связанные со специальным событием, в специальный кадр данных или множество специальных кадров данных (блок 240). Размещение специальных данных внутри специального кадра(ов) данных может быть основано на конфигурационных параметрах, установленных в блоке 200. После того как специальные данные были собраны в специальных кадрах данных или множестве специальных кадров данных в блоке 24 0, специальные кадры данных могут быть транспортированы или переданы на поверхность в соответствии с конфигурацией блока 200 (блок 250). После того как специальные кадры данных были отправлены на поверхность в блоке 250, управление возвращается блоку 210 для того, чтобы сделать возможным повторное накопление измерений/данных и процесс передачи. Все данные в специальном кадре могут быть накоплены до передачи специального кадра, как изображено на Фиг.2, или в качестве альтернативы, данные могут накапливаться по необходимости для передачи, обеспечивая для передачи самые свежие данные. Если согласно примерному способу определяют, что специальное событие не наступило в блоке 230, в способе продолжают отправлять нормальные (т.е. неспециальные) повторяющиеся кадры данных (например, периодически передаваемые кадры данных) (блок 252). Управление затем возвращается в блок 210 для того, чтобы позволить согласно способу повторить накопление или измерение и передачу скважинных данных.

Как отмечено выше, специальные события могут быть вручную и/или автоматически вызваны описанными здесь примерными устройством и способами. Сигнализация или утверждение специального события в некоторых реализациях могут быть ограничены по времени, так что после некоторого предварительно определенного периода времени необходимость в транспортировке информации, относящейся к специальному событию, может отпасть. Дополнительно или в качестве альтернативы, промежуток времени, для которого утверждается специальное событие, как требующий дополнительной обработки, может быть основан на завершении задачи или на другом событии, таком как, например, использование компонента для выполнения измерения. Дополнительно, промежуток времени, для которого может быть установлен триггер специального события, может быть изменен (например, увеличен/уменьшен) вручную и/или автоматически на основании других сработавших триггеров для специальных событий.

Фиг.3 является схематической диаграммой примерной последовательности кадров, содержащих данные, передаваемые между оборудованием низа бурильной колонны и наземной системой или узлом. Примерная последовательность кадров данных на Фиг.3 представляет один способ, посредством которого примерный процесс на Фиг.2 может отправить специальные данные (блок 250 на Фиг.2) на наземный узел или систему. В примере на Фиг.3, три типа кадров данных (обозначенных как кадры данных 1, 2 и 3) транспортируются или передаются таким образом, что обеспечивается эффективность и быстрота транспортировки специальных кадров данных (обозначенных как специальные кадры данных 1 и 2), содержащих специальные данные, на поверхность. В то время как в примере на Фиг.3 изображены три типа кадра данных, следует понимать, что вместо этого может быть использовано большее или меньшее количество типов кадров данных.

В примере на Фиг.3, конфигурация (например, конфигурация в блоке 200 на Фиг.2) обеспечивает отправку одного кадра данных типа 1 (261) первым, затем одного кадра данных типа 2 (262), затем пяти кадров данных типа 3 (263а-е). В одном примере, кадр 1 данных (261) представляет кадр исследований. Является общей практикой для программных инструментов производить измерения, относящиеся к направлению и наклону ВНА, в то время как остановлены бурение и поток бурового раствора. Это обеспечивает более точные измерения направления и наклона ВНА. Когда насосы бурового раствора повторно запущены, MWD инструмент может быть запрограммирован для передачи кадра исследований на поверхность.

В другом примере, кадр данных типа 2 (262) может представлять служебный кадр, который включает в себя слово состояния для каждого из инструментов в ВНА. В одном конкретном примере, кадр состояния может включать в себя данные, относящиеся к температуре скважины вокруг ВНА. В другом примере, кадр данных типа 3 (263 а-е) может представлять данные из одного или более инструментов в ВНА. MWD инструмент может опрашивать отдельные инструменты для получения точек данных для каждого, и затем передавать, по меньшей мере, некоторые из накопленных данных в кадре данных. MWD инструмент может затем повторить процесс путем повторного опроса одного или более инструментов в ВНА, и затем накопить и передать, по меньшей мере, некоторые из собранных данных. Повторение такого кадра данных может продолжаться бесконечно.

Конфигурация дополнительно обеспечивает то, что при обнаружении наступления специального события (например, в блоке 230 на Фиг.2) и сбор специальных кадров данных (например, в блоке 240 на Фиг.2) специальные кадры данных транспортируются или передаются телеметрическим компонентом (например, компонентом 18) на наземный узел (например, наземный узел 5) на основании приоритета, непосредственно после завершения передачи кадра данных типа 3. В частности, специальный кадр 1 (271а) данных может быть накоплен или сформирован в то время, пока передается второй кадр данных типа 3 (263b), и, таким образом, специальный кадр 1 (271а) данных передается на наземный узел непосредственно после завершения передачи второго кадра данных типа 3 (263b).

В одном примере, специальный кадр 1 (271а-b) данных может соответствовать измерениям давления формации во время бурения. Из-за относительной важности этого типа данных и относительной неактивности других скважинных инструментов в ВНА, MWD инструмент передает специальный кадр 1 (271а-b) данных на основании приоритета. MWD инструмент может передавать второй специальный кадр 1 (271b) данных, представляющий непрерывный поток специальных данных. Например, второй специальный кадр 1 (271b) данных может представлять непрерывные данные из измерения давления формации во время бурения. MWD инструмент может повторять специальный кадр 1 данных и непрерывные данные до тех пор, пока не произойдет специальное событие. Например, MWD инструмент может продолжать передавать специальный кадр 1 до тех пор, пока измерение давления формации во время бурения не завершено и данные не переданы на поверхность. После завершения специального события MWD инструмент может продолжить передавать кадр 3 (263с) данных.

Данные в специальном кадре данных могут соответствовать данным из других типов инструментов. Например, данные от сейсмоприемника, электромагнитного датчика кондукторной части ствола скважины и отклик от вращающейся управляемой системы могут все образовывать специальный кадр данных. Специальный кадр данных может включать комбинации данных из более чем одного измерения. Другие примеры специальных кадров данных, которые не выходят за объем изобретения, станут очевидными для обычных специалистов в данной области техники. Специальный кадр 2 (272) данных может быть образован во время передачи четвертого кадра 263d данных типа 3 и, таким образом, передан непосредственно после передачи четвертого кадра 263d данных типа 3. Специальный кадр 2 данных может соответствовать тревоге или опасности, которые требуют внимания оператора. Например, специальный кадр 2 (272) данных может соответствовать изменению состояния конкретного инструмента. В другом примере, специальный кадр 2 (272) данных может соответствовать конкретному измерению, которое выходит за пределы ожидаемого диапазона, такому как температура бурильной коронки или скважинное давление. Другие примеры условий тревоги или опасности станут очевидными для обычных специалистов в данной области техники.

Таким образом, специальные кадры 1 и 2 (271а-b, 272) данных могут быть переданы на поверхность на основании приоритета. В одном примере, специальные кадры данных передаются по существу немедленно после завершения формирования специальных кадров. В другом примере, передача специальных кадров данных начинается даже до того, как весь специальный кадр данных сформирован. Таким образом, первая часть специального кадра данных может быть передана, в то время как остальная часть кадра данных накапливается и оставляется.

Фиг.4А является примерной таблицей, изображающей пример специальных данных, собранных оборудованием низа бурильной колонны (например, ВНА 3 на Фиг.1) в соответствии с конфигурацией (блок 200 на Фиг.2). Как показано на Фиг.4А, специальный кадр данных накапливается (например, в блоке 240 на Фиг.2) из множества скважинных компонентов в ответ на возникновения специального события. Данные в примерной таблице на Фиг.4А сконфигурированы так, как определено в, например, телеметрическом компоненте (например, телеметрическом компоненте 18 на Фиг.1). В примере на Фиг.4А данные накапливаются для скважинных компонентов 1, 2, 3 и 4 в ответ на обнаружение специального события. Фиг.4В и 4С являются примерными таблицами, изображающими специальные данные, извлеченные из примерного специального кадра данных на Фиг.4А для передачи на наземную систему или узел (например, наземную систему или узел 5 на Фиг.1). В конкретном примере на Фиг.4В каждая строка представляет слово, которое передается на поверхность. Таким образом, Фиг.4В показывает синхронизирующее слово, слово идентификации компонента и 4 слова данных, представляющих данные из идентифицированного компонента (в данном случае, компонента 1). За данными из первого компонента следует идентификатор второго компонента и данные из второго идентифицированного компонента.

На Фиг.4С данные A, D, Е, и Н для компонента 1 были извлечены для транспортировки или передачи на наземный узел (например, наземный узел или систему 5 на Фиг.1). Предпочтительно, но не обязательно, извлеченные данные транспортируются в порядке, в котором они появились в примерной таблице (т.е. сверху вниз) на Фиг.4А для облегчения идентификации данных (например, источника данных) на поверхности. Извлеченные данные могут также сопровождаться или включать в себя идентификатор для идентификации данных и/или типа компонента, который собрал извлеченные данные. Кадр также может начинаться с синхронизационного слова и идентификатора кадра для идентификации кадра, транспортирующего извлеченные данные в виде специального кадра.

Несмотря на то, что примерная таблица на Фиг.4В изображает синхронизационную информацию и идентификатор кадра в виде одного слова, вместо этого может быть использовано множество слов. Также, в то время как данные в примере на Фиг.4В изображены как передаваемые как отдельные точки данных, данные могут в качестве альтернативы или дополнительно передаваться с использованием любого несжатого или сжатого формата данных.

Фиг.4С является другим примером таблицы специальных данных, извлеченных из примерного кадра данных на Фиг.4А для передачи на наземную систему или узел. В примере на Фиг.4С, извлеченные данные или информация, связанная с компонентом (например, компонентом 1), может быть передана на поверхность по необходимости с помощью специального события и/или множества специальных событий.

Фиг.5А и 5В являются примерными таблицами, изображающими специальные данные, предваренные идентификацией для данных, которая может быть необязательно включена в специальный кадр данных для передачи на наземную систему или узел. В примерной схеме кодирования на Фиг.5А, каждое значение 305 данных предваряется идентификатором, составленным из соответствующего номера 302 компонента (т.е. компонента, связанного с накопленными данными) и идентификатора 304 измерения (например, В', С', F', М' и так далее).

В примерной схеме кодирования на Фиг.5 В передается идентификатор 306 компонента, после чего следует слово, которое включает в себя идентификатор 304 измерения и значения 305 данных. Таким образом, идентификаторы измерений (например, В', F', С', М' и так далее) могут быть отправлены для идентификации отдельных точек данных, как показано на Фиг.5 В, и необходимость включать идентификатор компонента в каждое значение данных или точку исчезает. Дополнительно, примерные схемы кодирования кадров на Фиг.5А и 5В исключают необходимость в отправке данных в конкретном порядке или последовательности (например, предварительно определенной последовательности кадров) для осуществления идентификации компонентов, связанных с данными, в наземном узле или системе. Как результат, с помощью примерных схем кодирования кадров на Фиг.5А и 5В, скважинный компонент может отправлять данные на поверхность при необходимости, чтобы дать возможность оператору принимать важные решения своевременно.

Как правило, схема кодирования, используемая для формирования кадров данных, может быть определена на поверхности перед спуском в скважину, сконструирована или определена в скважине с помощью нисходящей линии связи и/или на основе некоторого числа компонентов, осуществляющих измерения в примерно одинаковое время, и/или изменена, когда компонент находится в скважине.

Независимо от схемы кодирования кадра данных (например, способа организации, форматирования и так далее данных) для транспортировки данных в наземный узел наземный узел получает извлеченные данные и использует знание алгоритма или схемы кодирования для идентификации данных. Как только наземный узел идентифицировал данные, наземный узел может манипулировать или, иначе, анализировать или обрабатывать данные, которые могут быть, например, предоставлены (например, отображены) оператору в режиме реального времени. Таким образом, оператор может реагировать на некоторые или все данные, например, посылая команды одному или более скважинным компонентам.

При работе оператор может принимать данные в порядке, изложенном в примерной схеме передачи данных, показанной на Фиг.3. Например, оператор может принимать данные, относящиеся к кадру данных типа 1, который представляет данные из одного или более компонентов, таких как геодезическое устройство, которое формирует стационарные данные контроля. Как только кадр данных типа 1 был транспортирован или передан, кадр данных типа 2 транспортирует данные от одного или более компонентов, таких как, например, MWD компонент, LWD компонент и так далее, которые могут не требоваться на регулярной (например, периодической) основе. Как только данные из кадра данных типа 2 были транспортированы на поверхность, данные, связанные с кадром данных типа 3, транспортируются, в свою очередь, на поверхность. Как изображено на Фиг.3, множество кадров данных типа 3 транспортируется на поверхность, где каждый набор кадров данных типа 3 включает в себя свежеполученные данные, в то время как процесс бурения продолжается. Кадры данных типа 3 могут содержать измерения и/или другие данные. Дополнительно, кадры данных типа 3 могут быть ограничены по размеру, так что может потребоваться более одного такого кадра для транспортировки больших частей данных. Например, блок данных от одного или более компонентов может быть отправлен на поверхность в одном или более кадрах.

В результате тревоги или специального события, специальные кадры данных могут быть отправлены между последовательностью кадров данных типа 3. Как результат, специальные кадры данных, содержащие, например, информацию о скважинных данных, требующих неотложного внимания оператора на поверхности, могут быть переданы наверх. В противоположность этому, некоторые известные из уровня техники системы могут терять такие специальные данные о событии из-за задержки в средствах восходящей связи, используемых в этих системах. В качестве альтернативы или в дополнение, эти известные системы могут отправлять такие специальные события на поверхность только в ответ на перезагрузку системы и/или могут распространять такие специальные данные среди неспециальных кадров данных (например, кадров данных типа 3), делая, тем самым, неэффективным использование доступной телеметрической полосы пропускания. Опять, в противоположность вышеупомянутым средствам связи, описанные здесь примерные устройство и способы позволяют составлять и передавать специальные кадры данных по наступлении специальных событий. Такие кадры отправляются, по необходимости, и обычно непосредственно после завершения передачи другого кадра данных (например, предварительно определенного типа кадра данных), так что информация, относящаяся к специальным событиям, предоставляется оператору на поверхности как можно быстрее.

Вышеупомянутые примерные устройство и способы могут быть модифицированы многими способами для получения одинакового или подобного результата. Например, специальные кадры данных могут транспортироваться с использованием описанных здесь средств с поверхности в скважинный компонент и/или из скважинного компонента на поверхность. Дополнительно, описанное здесь примерное устройство может быть вручную и/или автоматически активировано для осуществления описанной операции. Активация может быть выполнена по желанию и/или на основании сформированных данных, обнаруженных условий и/или анализа результатов скважинных операций.

Избирательное прохождение данных из одного или более скважинных компонентов на поверхность может быть использовано для управления полосой пропускания. Другими словами, полоса пропускания связи телеметрического компонента, размещенного в различных скважинных компонентах, может варьироваться или изменяться при обнаружении специального события, и специальные кадры данных, содержащие относящуюся к ним информацию, асинхронно (например, при необходимости и/или при наступлении специального события) передаются на поверхность во время, когда другие предварительно определенные кадры данных могли бы иначе быть переданы на поверхность. Другими словами, приоритетная передача специальных кадров данных позволяет передавать специальные данные на поверхность вне очереди (т.е. в порядке или последовательности, отличной от порядка, в котором накапливаются все скважинные данные), так что специальные данные могут быть отправлены перед или вначале данных, накопленных до того, как были собраны специальные данные. Специальные события могут быть также инициированы с поверхности (например, вручную оператором и/или автоматически с помощью программного обеспечения) и/или с помощью одного или более скважинных компонентов при возникновении специального события (например, предварительно определенного набора условий). Информация, направленная в скважину, может транспортироваться, например, к одному или более скважинным инструментам или компонентам с использованием любого желаемого способа нисходящей связи.

В некоторых реализациях, некоторые скважинные компоненты будут время от времени отправлять на поверхность больше или меньше информации (например, во время стационарного каротажа). Вместо того чтобы иметь фиксированное выделение полосы пропускания, описанные здесь примерные способы и устройство могут изменять телеметрическую полосу пропускания, выделенную для скважинных компонентов на основании рабочих скважинных условий для обеспечения наилучшего использования доступной телеметрической полосы пропускания. Например, в случае специального события, компонент или компоненты, имеющие информацию, касающуюся специального события, могут быстро передать ее (например, временно получив дополнительную телеметрическую полосу пропускания) на поверхность для дальнейшей обработки (например, для того, чтобы позволить оператору на поверхности предпринять ответное действие). Дополнительно, такая вариация выделения телеметрической полосы пропускания может быть изменена в ответ на потребности или требования, сделанные одним или более операторами. Еще дополнительно, в случае отказа одного или более скважинных компонентов, телеметрическая полоса пропускания, которая иначе использовалась бы этими компонентами, может вместо этого быть использована оставшимися работающими скважинными компонентами.

Вышеизложенное описание и обеспеченные им примерные устройство и способы предназначены только для целей иллюстрации и не должны трактоваться как ограничения. Таким образом, несмотря на то, что определенное устройство и способы были здесь описаны, объем защиты этого патента также не ограничен. Наоборот, этот патент охватывает все варианты осуществления изобретения, явно попадающие в объем прилагаемой формулы изобретения либо буквально, либо согласно теории эквивалентов. Дополнительно, термин «содержащий» в формуле изобретения означает «включающий в себя по меньшей мере», так что приводимый список элементов в пункте формулы изобретения является открытой группой.

Изобретение относится к телеметрическим системам и способам их использования в скважинных условиях. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и увеличение скорости передачи данных. Для этого устройство для передачи данных оборудовано телеметрическим компонентом, сконфигурированным для изменения телеметрической полосы, выделенной скважинному компоненту в ответ на скважинные данные, и для передачи скважинных данных на наземное местоположение. Для осуществления способа передачи данных по первому варианту измеряют скважинные данные с помощью скважинного компонента, формируют кадр данных, изменяют телеметрическую полосу пропускания, выделенную скважинному компоненту в ответ на скважинные данные, соответствующие состоянию опасности, аварийной ситуации и проблеме, вызванной давлением формации. Для осуществления способа по второму варианту формируют множество кадров данных первого типа, передаваемых между скважинным местоположением и наземным положением. Формируют кадры данных второго типа в ответ на обнаружение одного из типа данных о состоянии опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации. Передают кадр данных второго типа на основании приоритета. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ передачи данных между скважинным местоположением в скважине и наземным местоположением, связанным со скважиной, при этом способ содержит этапы, на которых измеряют скважинные данные с помощью, по меньшей мере, одного скважинного компонента, формируют кадр данных, содержащий, по меньшей мере, часть скважинных данных, изменяют телеметрическую полосу пропускания, выделенную, по меньшей мере, одному скважинному компоненту в ответ на скважинные данные, соответствующие одному из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, и передают указанные скважинные данные на наземное местоположение с помощью телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту.

2. Способ по п.1, в котором изменение телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту, и передача указанных скважинных данных на наземное местоположение содержит этапы, на которых формируют кадр данных и передают указанный кадр данных на наземное местоположение на основании приоритета.

3. Способ по п.2, в котором передача кадра данных на наземное местоположение на основании приоритета содержит этапы, на которых передают кадр данных между периодически передаваемыми кадрами данных.

4. Способ по п.3, в котором периодически передаваемые кадры данных имеют тот же тип, что и кадр данных.

5. Способ по п.1, в котором формирование кадра данных, содержащего скважинные данные, содержит этап, на котором кодируют кадр данных с идентифицирующей информацией.

6. Способ по п.1, в котором формирование кадров данных содержит этапы, на которых формируют кадр данных для включения в него данных из предварительно определенного кадра, определенного во время конфигурации телеметрического компонента.

7. Способ по п.1, в котором одно из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, возникает в ответ на команду.

8. Способ по п.1, в котором формирование кадра данных, содержащего скважинные данные, содержит этап, на котором ассоциируют, по меньшей мере, один идентификатор скважинного устройства с каждой точкой данных внутри скважинных данных.

9. Способ по п.1, в котором одно из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, соответствует событию, требующему незамедлительного внимания оператора.

10. Устройство для передачи данных между скважинным местоположением в скважине и наземным местоположением, связанным со скважиной, содержит телеметрический компонент, сконфигурированный для изменения телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту в ответ на скважинные данные, соответствующие одному из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, и для передачи скважинных данных на наземное местоположение с помощью телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту.

11. Устройство по п.10, в котором изменение телеметрической полосы пропускания, выделенной, по меньшей мере, одному скважинному компоненту, и передача скважинных данных на наземное местоположение содержит формирование кадра данных и передачу указанного кадра данных на наземное местоположение на основании приоритета.

12. Устройство по п.11, в котором передача указанного кадра данных на наземное местоположение на основании приоритета содержит передачу указанного кадра данных между периодически передаваемыми кадрами данных.

13. Устройство по п.12, в котором периодически передаваемые кадры данных имеют тот же тип, что и кадр данных.

14. Устройство по п.10, в котором телеметрический компонент сконфигурирован для формирования кадра данных, содержащего скважинные данные, путем ассоциирования, по меньшей мере, одного идентификатора скважинного устройства с каждой точкой данных внутри указанных скважинных данных.

15. Устройство по п.10, в котором одно из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, соответствует событию, требующему незамедлительного внимания оператора.

16. Способ передачи данных между скважинным местоположением в скважине и наземным местоположением, связанным со скважиной, содержит этапы, на которых формируют множество кадров данных первого типа, передаваемых между скважинным местоположением и наземным местоположением, формируют кадры данных второго типа в ответ на обнаружение одного из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, и передают, по меньшей мере, один кадр данных второго типа на основании приоритета.

17. Способ по п.16, в котором кадр данных первого типа содержит повторяющийся кадр данных, и кадр данных второго типа содержит кадр данных.

18. Способ по п.16, в котором одно из состояния опасности, аварийной ситуации и проблемы, вызванной давлением формации, соответствует событию, требующему незамедлительного внимания оператора.

19. Способ по п.16, в котором передача, по меньшей мере, одного кадра данных второго типа на основании приоритета содержит этап, на котором передают кадр данных второго типа из скважинного местоположения на наземное местоположение.