СКВАЖИННАЯ КОММУНИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ Российский патент 2012 года по МПК E21B47/12 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится в основном к коммуникационным системам для операций на буровой площадке. Более конкретно, настоящее изобретение относится к скважинным коммуникационным системам для передачи сигналов между наземным узлом и буровой установкой со скважинным инструментом, опущенным в скважину на бурильной колонне.

Предшествующий уровень техники

Добыча углеводородов из подземных формаций включает в себя бурение в земле скважин. Для формирования скважины, скважинный буровой инструмент опускается с буровой вышки и углубляется в землю с помощью бурильной колонны. По мере углубления бурового инструмента, буровой раствор закачивается из наземного отстойника, через буровой инструмент и через бурильную коронку для охлаждения бурового инструмента и выноса шлама. Флюид выходит из бурильной коронки и течет обратно на поверхность для рециркуляции через инструмент. Буровой раствор также используется для формирования глинистой корки, покрывающей скважину. Во время бурения, является желательным обеспечить связь между наземным оборудованием и скважинным инструментом. Телеметрические устройства, обычно встроенные в скважинные инструменты, позволяют, например, прохождение энергии, команд и/или сигналов связи между наземным узлом и скважинным инструментом. Эти сигналы используются для управления и/или питания работы скважинного инструмента и отправки скважинной информации на поверхность. Такие решения известны из RU 2140539 и SU 1087082.

Фиг.1 иллюстрирует систему буровой площадки, используемую во время бурения. Система буровой площадки включает в себя наземную систему 2, скважинную систему 3 и наземный узел 4 управления. В проиллюстрированном варианте осуществления скважина 11 сформирована путем вращательного бурения хорошо известным способом. Специалисты в данной области техники, имея преимущество этого раскрытия, оценят однако, что настоящее изобретение также находит применение в буровых приложениях, отличных от обычного вращательного бурения (например, направленное бурение с использованием гидравлического забойного двигателя), и не ограничено наземными буровыми установками. Скважинная система 3 включает в себя бурильную колонну 12, опущенную в скважину 11, с бурильной коронкой 15 на ее нижнем конце. Наземная система 2 включает в себя наземную платформу и систему 10 буровой вышки, расположенную над скважиной 11, пронизывающей подземную формацию F. Система 10 буровой вышки включает в себя вращающийся стол 16, ведущую бурильную трубу 17, захват 18 и вертлюг 19. Бурильная колонна 12 вращается с помощью вращающегося стола 16, приводимого в движение с помощью непоказанного средства, которое захватывает ведущую бурильную трубу 17 на верхнем конце бурильной колонны. Бурильная колонна 12 опускается с захвата 18, прикрепленного к талевому блоку (также не показан), через ведущую бурильную трубу 17 и вращающийся вертлюг 19, который препятствует вращению бурильной колонны относительно захвата.

Наземная система дополнительно включает в себя буровой флюид или раствор 26, хранящийся в отстойнике 27, обеспеченном на буровой площадке. Насос 29 доставляет буровой флюид 26 внутрь бурильной колонны 12 через отверстие в вертлюге 19, вызывая прохождение бурового флюида вниз через бурильную колонну 12, как показано направленной стрелкой 9. Буровой флюид выходит из бурильной колонны 12 через отверстия в бурильной коронке 15, затем идет вверх через пространство между внешней стенкой бурильной колонны и стенкой скважины, называемое кольцеобразным зазором, как показано направленными стрелками 32. Таким образом, буровой флюид смазывает буровую коронку 15 и выносит шлам формации на поверхность по мере возврата в отстойник 27 для рециркуляции.

Буровая колонна 12 дополнительно включает в себя оборудование низа бурильной колонны (ВНА), в основном упомянутой как позиция 40, рядом с бурильной коронкой 15 (другими словами, в нескольких длинах буровых колец от бурильной коронки). Оборудование низа бурильной колонны включает в себя возможности для измерения, обработки и хранения информации, также как и для связи с поверхностью. ВНА 40, таким образом, включает в себя, среди других средств, устройство 41 для определения и передачи одного или более свойств формации F, окружающей скважину 11, таких как удельное сопротивление (или проводимость), естественную радиацию, плотность (гамма- или нейтронное излучение), и поровое давление.

ВНА 40 дополнительно включает в себя воротники бура 42, 43 для выполнения других различных измерительных функций. Воротник бура 43 вмещает инструмент измерения во время бурения (MWD). MWD инструмент дополнительно содержит устройство 45 для генерации электрической энергии для скважинной системы. В то время, как система пульсации бурового раствора изображена с генератором, приводимым в действие буровым флюидом 26, который течет через бурильную колонну 12 и MWD воротника бура 43, могут быть применены другие энергетические или батарейные системы.

Вокруг буровой площадки расположены датчики для сбора данных, предпочтительно в режиме реального времени, касающиеся как работы буровой площадки, так и условий на буровой площадке. Наземные датчики или измерительные приборы 5, 6, 7 расположены вокруг наземных систем для обеспечения информации о наземном узле, такой как давление в напорной линии, нагрузка на захват, глубина, крутящий момент на поверхности и скорость вращения, среди прочего. Датчик 5 предпочтительно приспособлен для приема данных от скважинного датчика 8. Скважинные датчики или измерительные приборы 8 расположены вокруг бурового инструмента и/или скважины для обеспечения информации о скважинных условиях, таких как скважинное давление, нагрузки на коронку, направление, наклон, скорость вращения кольца, температура инструмента, температура в кольцеобразном зазоре и на поверхности инструмента, среди прочего. Информация, собранная датчиками и камерами, передается в наземную систему, скважинную систему и/или наземный управляющий узел.

Наземные датчики подсоединены к наземному узлу 4 управления, где данные сигнала, принятые от скважинных датчиков, обрабатываются и приводятся к формату клиентов для анализа. Наземные датчики 5, 6 и 7 подсоединены к наземному узлу управления через распределительную коробку 70. Распределительная коробка является средством для объединения множества проводов или кабелей 64, 68, 69 от наземных датчиков 5, 6 и 7, соответственно, в один большой кабель 74. В этой распределительной коробке, входящие провода могут сращиваться вместе, так что распределительная коробка уменьшает количество проводов, которые выходят из распределительной коробки и подсоединяются к наземному узлу 72. Кабель 74 обеспечивает проводное соединение между распределительной коробкой 70 и наземным узлом управления.

Наземный узел управления содержит различное обрабатывающее оборудование для обработки сигналов, которые передаются от наземных датчиков. Аналоговые сигналы от наземных датчиков преобразовываются в цифровую форму и затем обрабатываются в наземном узле. Эти обрабатывающие функции приводят к формированию визуальных представлений, отражающих информацию, изначально собранную скважинными датчиками.

MWD инструмент 43 включает в себя подузел 44 связи, который связывается с наземной системой. Подузел 44 связи приспособлен для отправки сигналов на и приема сигналов с поверхности, используя телеметрию пульсации бурового раствора. Подузел связи может включать в себя, например, передатчик, который генерирует сигнал, такой как акустический или электромагнитный сигнал, который является представлением измеренных параметров бурения. Сгенерированные сигналы принимаются на поверхности преобразователями, представленными ссылочным номером 31, которые преобразуют принятые акустические сигналы в электрические сигналы для дальнейшей обработки, хранения, кодирования и использования в соответствии с обычными способами и системами. Связь между скважиной и наземными системами изображена как телеметрия пульсации бурового раствора, такая как одна, описанная в патенте США №5517464, назначенном правоприемнику настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники оценят, что могут быть использованы различные телеметрические системы, такие как на проводных бурильных трубах, электромагнитные, акустические, сейсмические или другие известные телеметрические системы.

Наземный узел управления обычно при функционировании подсоединен к наземной системе 2 и скважинной системе 3 буровой площадки для их соединения. Обычно на наземном узле управления обеспечивается монитор (не показан), который обслуживается оператором. Оператор может посылать команды с наземного узла управления скважинному инструменту. Оператор может также контролировать скважинные операции путем просмотра данных, отображенных на мониторе наземного узла.

Как показано на Фиг.1, данные, сгенерированные наземной и скважинной системами, передаются на наземное устройство раздельно по множеству проводных кабелей. Первый набор проводных соединений 64, 68, 69 смонтирован для передачи измерений от датчиков вокруг буровой площадки в распределительную коробку. Второе проводное соединение 74 необходимо для передачи измерений от распределительной коробки к наземному узлу.

Проводные соединения обычно требуют использования большого количества физических проводов, которые соединяют наземные датчики с наземным узлом через распределительную коробку. Имеющиеся в настоящее время буровые системы отображения и опроса датчиков являются часто громоздкими, тяжелыми и трудными в монтаже и демонтаже. Эти датчики расположены в разных местах буровой площадки. Может потребоваться много времени и объема работ для подсоединения проводов между наземным узлом и наземными датчиками. Это время обычно добавляется к издержкам по буровым работам. В дополнение, жгуты проводов на буровой площадке могут мешать работам на буровой площадке.

Несмотря на предыдущие усовершенствования в системах передачи данных, осталась потребность в обеспечении техник для действенной и эффективной передачи данных от скважинного инструмента в наземный компьютер. Желательно, чтобы такая система обеспечивала гибкое и эффективное средство для передачи данных с наземной и/или скважинной системы в наземный компьютер. Дополнительно желательно разработать архитектуру беспроводной сети, приспособленную к суровым условиям буровой площадки. Такая система должна предпочтительно обеспечивать, среди прочего, следующее: средства связи в режиме реального времени, интегрированные линии связи и/или аппаратуру, упрощенные конфигурации аппаратуры, уменьшение времени установки, эффективная настройка, проводные и/или беспроводные средства связи и работы, гибкие настройки, переносимость в желаемое место вокруг буровой площадки, уменьшение длины проводов, уменьшение шума и эффективной установки аппаратуры.

Сущность изобретения

В одном аспекте, настоящее изобретение относится к скважинной системе связи для буровой площадки, имеющей скважинный инструмент, опущенный с буровой вышки в скважину, пронизывающую подземную формацию. Система включает в себя, по меньшей мере, один датчик буровой площадки, приспособленный для сбора данных буровой площадки, по меньшей мере, один мобильный(передвижной) модуль связи, который может быть размещен в различных местах вокруг буровой площадки, и наземный узел, оперативно подключенный, по меньшей мере, к одному модулю связи. Модуль связи оперативно подключен к упомянутому, по меньшей мере, одному датчику буровой площадки для приема от него сигналов и преобразования принятых сигналов в форму для обработки наземным узлом управления. В другом аспекте, настоящее изобретение относится к модулю связи для передачи сигналов, по меньшей мере, от одного датчика, расположенного рядом с буровой площадкой, по меньшей мере, к одному наземному узлу управления. Буровая площадка имеет скважинный инструмент, размещенный в скважине, пронизывающей подземную формацию. Модуль включает в себя корпус, расположенный рядом с буровой площадкой, по меньшей мере, один интерфейс связи в корпусе; по меньшей мере, один модуль преобразования сигнала, расположенный в корпусе, источник энергии, и разъем, приспособленный для подключения линии связи к наземному узлу управления. Интерфейс связи приспособлен для приема сигналов, по меньшей мере, от одного датчика буровой площадки. Модуль преобразования сигнала приспособлен для преобразования сигнала, принятого от наземного датчика, в формат, принимаемый наземным узлом.

Наконец, в другом аспекте, настоящее изобретение относится к способу для связи между буровой площадкой и, по меньшей мере, одним наземным устройством. Способ включает в себя этапы, на которых избирательно устанавливают, по меньшей мере, один модуль связи в желаемом месте на буровой площадке, оперативно подсоединяют, по меньшей мере, один модуль связи, по меньшей мере, к одному датчику на буровой площадке, оперативно подсоединяют, по меньшей мере, один модуль связи к наземному узлу, и передают сигнал, по меньшей мере, от одного датчика буровой площадки к одному наземному узлу через модуль связи.

Краткое описание чертежей

Для достижения понимания в деталях описанных выше признаков и преимуществ настоящего изобретения, более конкретное описание изобретения, кратко изложенное выше, представлено со ссылкой на предпочтительные варианты их осуществления, которые проиллюстрированы в прилагающихся чертежах.

Однако следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только характерные варианты осуществления этого изобретения, и, в связи с этим, не должны расцениваться как ограничивающие их объем, поскольку изобретение может допускать другие, одинаково эффективные, варианты осуществления. На чертежах:

Фиг.1 является вертикальным видом, частично в сечении и частично в виде блок-схемы, буровой площадки, имеющей наземный узел, связанный с обычной буровой вышкой и скважинным инструментом;

Фиг.2 является видом альтернативной системы связи буровой площадки, содержащей подсистему третьей стороны;

Фиг.3 является видом системы связи буровой площадки на Фиг.2 с модулем связи;

Фиг.4 является видом модуля связи, используемого с системами связи на Фиг.2 и/или 3.

Фиг.5 является схематической диаграммой, изображающей работу модуля связи на Фиг.4.

Подробное описание

Фиг.2 является видом системы 200 связи для буровой площадки, имеющей наземную систему 2, скважинную систему 3 и наземный узел 272 управления. Наземная система включает в себя буровую вышку 250 на буровой площадке 210. Скважинный инструмент 211 опущен в скважину 210 с буровой вышки 250. Один или более датчиков 202, 204, 206, 208 расположены вокруг буровой площадки.

Система 200 связи обеспечивает один или более модулей 276 связи, расположенных около различных мест вокруг буровой площадки. Эти отдельные модули связи могут быть приспособлены к конкретным потребностям буровой площадки. Свойства модулей также обеспечивают возможность распределять модули связи вокруг буровой площадки по необходимости. В некоторых случаях, модуль 276 связи является оперативно подсоединенным к буровой вышке, отстойнику, наземному узлу, буровой сети третьей стороны, и/или к другим местам. В дополнение, один или более модулей связи могут быть оперативно подсоединены с использованием множества линий.

Скважинные датчики 202 связываются с и передают информацию измерений наземным датчикам 204, 206 и/или 208. Как показано, наземные датчики 204, 206, 208 оперативно подсоединены к модулю 276 связи через наземные линии связи 214, 216, 218 соответственно.

Один или более датчиков расположены вокруг буровой площадки для приема различных ее измерений. На буровой площадке может быть использовано множество датчиков. Как показано, наземные датчики 204, 206 и 208 расположены на буровой вышке и в отстойнике бурового раствора. Скважинные датчики 202 расположены вдоль скважинного инструмента, например ВНА. Примером скважинного датчика может служить инструмент для измерения во время бурения. Датчики могут быть соединены вместе посредством линии связи. Например, скважинные датчики могут быть соединены с помощью телеметрии пульсации бурового раствора с наземными датчиками буровой вышки с помощью нисходящей линии связи. Другие скважинные телеметрические системы, такие как на проводных бурильных трубах, электромагнитные, акустические, и другие телеметрические системы, могут быть использованы в качестве скважинной телеметрической линии для передачи данных от скважинных датчиков на наземный узел.

Каждая наземная линия связи соединяется с электронным модулем (не показан) в модуле 276 связи через одну или более наземных линий связи. Электронный модуль выполняет роль аналогово-цифрового преобразователя входного сигнала. Линии связи могут быть объединены или оставлены раздельными, когда подсоединяются к модулю 276 связи.

Модуль 276 связи оперативно соединяется с наземным узлом 272 управления и передает данные наземному узлу управления для дальнейшей обработки. Соединяющая линия 278 связи предназначена для оперативного соединения модуля 276 связи с наземным узлом 272 управления.

Модуль 276 связи может быть приспособлен для осуществления действий по обработке сигнала над сигналами, принятыми от датчиков. Действие по обработке сигнала предпочтительно используется для преобразования исходных(необработанных) данных в форму, которая является пригодной для обработки. Преобразование сигнала (в зависимости от сигнала от конкретного датчика) может включать в себя умножение напряжения на некоторую величину (такую как 1.2), или сдвиг напряжения (на величину от 1 до 2 вольт) для согласования с аналогово-цифровым преобразователем. Сигнал затем может быть отправлен через аналогово-цифровой преобразователь для преобразования сигнала в цифровые значения. Сигнал может быть использован для сбора цифровых значений от аналогово-цифрового преобразователя внутри модуля связи.

Состояния различных переключателей может быть затем считано и/или записано для составления данных в пакеты (такие как Ethernet-пакеты) для передачи на наземный узел. Может быть также обеспечена дополнительная обработка и передача сигнала, такая как для различных клиентских интерфейсов. Наземный узел управления может быть любым типом наземного компьютерного узла или процессора, такого как скважинная каротажная вычислительная система, используемая для приема данных буровой площадки, обработки данных, отправки команд, отображения информации и выполнения других процессов буровой площадки.

Обработанная информация может быть передана в места и/или устройства в и/или за пределами буровой площадки. Наземный узел управления может отправлять информацию различным выходным получателям. Например, такие выходные получатели или наземные устройства отображения могут включать в себя устройства 280 персональных цифровых секретарей (PDA) или вторичный наземный узел 282 (т.е. офис компании, расположенный обычно в нескольких сотнях футов от наземного узла). Другие выходные получатели, такие как планшетные или карманные персональные компьютеры, наземные устройства отображения или дисплеи буровой площадки, или другое оборудование на или вне буровой площадки, могут быть использованы с соответствующими выходными линиями связи. Эти выходные получатели могут необязательно быть переносными и/или передвижными. Эти выходные получатели могут быть использованы для отображения информации о буровой площадке и реагировать на нее. Предпочтительно, чтобы эти выходные получатели были гарантированно безопасными для буровой площадки.

Выходные линии связи 286, 288 обеспечиваются для связи наземного узла 272 с выходными устройствами 280 PDA и вторичным наземным узлом 282, соответственно. Одна или более дополнительных наземных линий 290 связи может быть подсоединено к наземному датчику 284 для прямой связи с наземным узлом. Дополнительно, может быть предусмотрена скважинная линия связи от наземного узла 272 к скважинным датчикам 202, например, с использованием электромагнитной телеметрии, как описано в заявке на патент США №20050167098.

Предусмотренные здесь линии связи могут быть беспроводными, оптическими, проводными или их комбинацией. Беспроводные линии могут быть использованы для обеспечения гибкости в размещении распределительной коробки и/или модулей связи на желаемых местах вокруг буровой площадки. Например, проводные кабели могут быть, например, Ethernet-кабели или другие кабели, используемые для передачи по нему сигнала. Беспроводная линия может быть, например, радиочастотной линией, проходящей между радиочастотным передатчиком, приемником или приемопередатчиком на соответствующих узлах.

В качестве примера, радиочастотный приемопередатчик может быть расположен в одном или нескольких релейных шкафах для связи с радиочастотным передатчиком, расположенным в наземном узле. Одна или более проводных или беспроводных линий связи может быть предусмотрено между одним или более изображенными компонентами. В некоторых случаях, может быть желательно использовать сочетание проводных и беспроводных соединений в зависимости от потребностей связи. В некоторых случаях, может быть также желательным расположить определенные модули возле определенных датчиков, или на расстоянии от определенных устройств, генерирующих шум.

Фиг.3 является видом альтернативной системы 200а связи, подходящей для использования с буровой площадкой на Фиг.2. Система связи может быть такой же, как система связи на Фиг.2, за исключением множества используемых модулей связи 276а, 276b и 292.

Модули связи 276а и 276b предпочтительно расположены в непосредственной близости к наземным датчикам 268b и 266 соответственно. В этой конфигурации, каждый модуль 276а, 276b имеет отдельную наземную линию 278а, 278b связи с наземным узлом 272.

Третья сторона может пожелать иметь на буровой площадке оборудование и собирать данные о формации и скважине во время буровых работ. Таким образом, датчик 291 третьей стороны может быть расположен на буровой площадке для приема информации от датчиков 202, 266, 268а и/или 268b и передачи этой информации оборудованию третьей стороны. Как показано, наземный датчик 291 третьей стороны расположен на буровой вышке 250 и подсоединен к модулю 292 связи третьей стороны.

Этот модуль 292 связи оперативно подсоединен к наземному узлу 272 через линию 295а связи третьей стороны для связи с ним. Модуль связи третьей стороны может также быть оперативно подсоединен к оборудованию 294 третьей стороны через линию 295 связи третьей стороны. Модуль 292 может выполнять те же функции, что и модули 276а и 276b связи.

В дополнение к третьим сторонам, имеющим оборудование на буровой площадке, в некоторых случаях оборудование третьей стороны может взаимодействовать с модулями 276b. Модуль 292 третьей стороны может затем соединяться с наземным узлом 272 или другими модулями с помощью связи с одним или более модулями 276 связи. В некоторых случаях могут быть использованы дополнительные промежуточные устройства. Например, модуль третьей стороны изображен как оперативно подсоединенный к наземному датчику на буровой площадке и к модулю связи. Другие промежуточные устройства могут быть расположены в различных местах вдоль одной или более линий связи.

Используемый модуль 276 связи предпочтительно обеспечивает гибкость в конфигурации системы на буровой площадке и расположении оборудования на буровой площадке. Модуль 276 связи предпочтительно является гарантированно безопасным (пример, огнеупорным) корпусом, содержащим источник энергии, множество преобразователей сигналов, радиорелейный шкаф, множество предохранительных устройств (пассивных и/или активных) и антенну. Один или более таких модулей может быть использован и размещен около различных мест вокруг скважины. Путем распределения модулей связи по буровой площадке, а не заодно с наземным узлом, модули связи могут быть уменьшены в размере и расположены по желанию. Предпочтительно, чтобы система связи, предусмотренная здесь, была масштабируемой, так чтобы некоторое количество модулей могло быть просто добавлено или удалено по производственной необходимости. Модули могут быть оперативно соединены во множестве конфигураций с использованием множества линий связи.

Фиг.4 является подробным видом модуля 276 связи. Модуль связи включает в себя различную электронику, расположенную в корпусе 300. Корпус 300 является предпочтительно гарантированно безопасным (например, огнеупорным) для того, чтобы дать модулю возможность работать в опасных средах. Разъемы 302 предусмотрены для оперативного подсоединения модуля связи к одному или более датчикам и/или связанными с ними линиями связи.

Электроника предпочтительно включает в себя модуль 312 источника энергии, модули 308 преобразования, защитные ограждения 310, антенну 304 и модуль 306 радиосвязи. Различная электроника может быть использована для обработки сигналов, принятых с буровой площадки для использования наземным узлом, и наоборот.

Модуль 312 источника энергии может быть любым обычным источником энергии, способным преобразовывать энергию, например, из переменного тока в постоянный ток. Модуль 308 преобразования сигнала предусмотрен для выполнения таких функций, как преобразование сигналов, из аналоговой формы в цифровую, или из кодовой в цифровую, или других преобразований. В дополнение, функции преобразования сигнала могут включать в себя умножение или сдвиг напряжения сигнала. Модуль 306 является предпочтительно приемопередатчиком, используемым для связи с другими радиостанциями, расположенными вокруг буровой площадки. Предохранительные устройства 310 могут быть пассивными или активными устройствами, используемыми для ограничения энергии, приходящей из гарантированно безопасного корпуса в опасную зону для предотвращения возгорания опасной среды. Предусмотрена также антенна 304 для передачи сигналов между модулем связи и наземным узлом. Предпочтительно, антенна расположена внутри корпуса для ее защиты.

Фиг.5 является схематической диаграммой 400 примерной диаграммы, изображающей работу модуля 27 6 связи, показанного на Фиг.4. Как показано, модуль связи имеет три наземных датчика 421, 422, и 423, размещаемых около буровой площадки для получения измерений, и подсоединенных к модулю через линии 402а, b, с. Датчики и линии могут быть теми же, что использованы на Фиг.2 и 3. Эти датчики передают данные, принятые на буровой площадке. Энергия может также обеспечиваться источником 412 энергии и распределяться между различной электроникой в модуле 400, как показано, через регуляторы энергии 414.

Модуль связи принимает эту переданную информацию через эти линии 402. Эта информация может быть различных форм. Как упоминалось, модуль 276 связи выполняет процедуры преобразования сигналов над принимаемыми от наземных датчиков сигналами. Сигналы проходят через предохранительные устройства 410а, b, с и преобразователи 408а, b, с сигнала. Сигналы могут проходить через аналогово-цифровой преобразователь 424. В зависимости от типа сигнала, сигналы могут затем проходить через дополнительные устройства для обработки. Как показано, сигналы 422 и 423 проходят через аналогово-цифровой преобразователь 424 и накопитель 425, соответственно, но сигнал 421 не проходит через дополнительное устройство.

Сигналы могут затем преобразовываться преобразователями 426а, b, с в последовательный формат для передачи через высокоскоростную шину 427 связи. Сигналы затем поступают в наземный узел через линию связи. Модуль связи может иметь компонент 428b проводной связи или компонент 428а беспроводной связи с наземным узлом. Эти компоненты могут быть, например, как показано, преобразователями последовательного протокола в протокол Ethernet и/или протокола Ethernet в радиопротокол. Как показано, проводная передача данных реализуется через линию 430 связи, и беспроводная передача данных реализуется через антенну 404. Эти линии могут быть теми же, что и линии, описанные здесь ранее со ссылкой на Фиг.2 и 3. Могут быть использованы один или несколько компонентов связи. Переключатель 432 может быть предусмотрен для возможности избирательной активации для передачи одного или более проводных, беспроводных компонентов. Переключатель может быть аппаратным или программным.

В то время как изобретение было описано с использованием ограниченного числа вариантов осуществления, специалисты в данной области техники, имея преимущества этого раскрытия, оценят, что другие изменения являются возможными без выхода за пределы раскрытого здесь объема изобретения или его сущности. Соответственно, объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.

Это описание предназначено только для иллюстративных целей и не должно расцениваться в ограничивающем смысле. Только язык формулы изобретения следующей ниже должен определять объем изобретения. Термин «содержащий» внутри формулы изобретения предназначен для обозначения «включающий в себя, по меньшей мере», так что приведенный в формуле изобретения список элементов является открытой группой.

Группа изобретений относится в основном к коммуникационным системам для операций на буровой площадке, а именно к скважинным коммуникационным системам для передачи сигналов между наземным узлом и буровой установкой со скважинным инструментом, опущенным в скважину на бурильной колонне. Скважинная система связи для буровой площадки содержит множество датчиков буровой площадки, приспособленных для сбора данных буровой площадки; и множество мобильных модулей связи. При этом, по меньшей мере, один из множества мобильных модулей связи располагается в различных местах вокруг буровой площадки. Каждый из упомянутого множества мобильных модулей связи при функционировании подсоединен к упомянутому, по меньшей мере, одному из множества датчиков буровой площадки для приема его сигналов и преобразования принятых сигналов в форму для обработки наземным узлом управления. Каждый из множества мобильных модулей связи включает, расположенные в корпусе, модуль источника питания и модуль преобразования сигнала, приспособленный для преобразования сигнала из одной формы в другую форму. Наземный узел управления при функционировании подсоединен беспроводным способом, по меньшей мере, к одному из множества мобильных модулей связи. Техническим результатом является повышение эффективности передачи данных. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Скважинная система связи для буровой площадки, имеющей скважинный инструмент, опущенный с буровой вышки в скважину, пронизывающую подземную формацию, содержащая: множество датчиков буровой площадки, приспособленных для сбора данных буровой площадки; и множество мобильных модулей связи, при этом, по меньшей мере, один из множества мобильных модулей связи располагается в различных местах вокруг буровой площадки, при этом каждый из упомянутого множества мобильных модулей связи при функционировании подсоединен к упомянутому, по меньшей мере, одному из множества датчиков буровой площадки для приема его сигналов и преобразования принятых сигналов в форму для обработки наземным узлом управления, при этом каждый из множества мобильных модулей связи включает расположенные в корпусе модуль источника питания и модуль преобразования сигнала, приспособленный для преобразования сигнала из одной формы в другую форму; при этом наземный узел управления при функционировании подсоединен беспроводным способом, по меньшей мере, к одному из множества мобильных модулей связи.

2. Скважинная система связи по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, одну линию связи, которая при функционировании соединяет упомянутые, по меньшей мере, один из указанного множества модулей связи с наземным узлом управления.

3. Система связи по п.2, в которой упомянутая, по меньшей мере, одна линия связи является одной из проводных, беспроводных, оптических линий или их комбинацией.

4. Система связи по п.1, в которой множество датчиков буровой площадки включает, по меньшей мере, один наземный датчик и, по меньшей мере, один скважинный датчик, в которой, по меньшей мере, один наземный датчик приспособлен обнаруживать сигналы, полученные, по меньшей мере, от одного скважинного датчика.

5. Система связи по п.1, в которой множество модулей связи при функционировании соединено, по меньшей мере, с одним датчиком буровой площадки через, по меньшей мере, одну проводную линию связи, беспроводную линию связи, оптическую линию связи или их комбинацию.

6. Система связи по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один из множества модулей связи содержит: по меньшей мере, один интерфейс связи, расположенный в корпусе, при этом интерфейс связи приспособлен принимать сигналы от множества датчиков буровой площадки; и разъем, приспособленный для осуществления беспроводной связи между интерфейсом связи и наземным узлом управления для устранения кабельного соединения между интерфейсом связи и наземным узлом управления.

7. Система связи по п.4, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один модуль третьей стороны, при функционировании подсоединенный к одному из: 1) по меньшей мере, один наземный датчик, 2) по меньшей мере, один из множества модулей связи, 3) наземный узел управления и 4) их комбинации для их связи, и, по меньшей мере, один датчик третьей стороны, расположенный на буровой площадке и приспособленный для сбора данных буровой площадки, при этом, по меньшей мере, один датчик третьей стороны при функционировании подсоединен к одному из: 1) по меньшей мере, один датчик буровой площадки, 2) по меньшей мере, один модуль третьей стороны, 3) один из множества модулей связи, 4) наземный узел управления и 5) их комбинаций.

8. Система связи по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один наземный узел отображения.

9. Система связи по п.8, где наземный узел отображения является одним из устройств: персональный цифровой секретарь (PDA), настольный ПК, дополнительный наземный и их комбинацией.

10. Модуль связи на буровой площадке, имеющей скважинный инструмент, расположенный в скважине, пронизывающей подземную формацию, содержащий: корпус, располагаемый около буровой площадки; по меньшей мере, один интерфейс связи, расположенный в корпусе, при этом интерфейс связи приспособлен для приема сигналов от датчика буровой площадки, по меньшей мере, один модуль преобразования сигнала, расположенный в корпусе, при этом модуль преобразования сигнала приспособлен для преобразования сигнала, полученного от датчика буровой площадки в форму, принимаемую наземным компьютерным узлом для обработки, источник энергии; и средство для беспроводной связи между интерфейсом связи и наземным компьютерным узлом, расположенным на буровой площадке, и, по меньшей мере, одно предохранительное устройство, расположенное внутри модуля связи для ограничения энергии, проходящей через модуль связи.

11. Модуль связи по п.10, дополнительно содержащий, по меньшей мере, одну радиостанцию, позволяющую модулю связи связываться с другим оборудованием на буровой площадке.

12. Модуль связи по п.10, дополнительно содержащий аналогово-цифровой преобразователь.

13. Модуль связи по п.10, дополнительно содержащий накопитель.

14. Модуль связи по п.10, в котором модуль преобразования сигнала имеет преобразователь для преобразования сигнала в форму, принимаемую наземным компьютерным узлом.

15. Модуль связи по п.10, в котором упомянутый корпус выполнен таким образом, чтобы обеспечивать модулю связи функционирование в опасных средах.

16. Модуль связи по п.10, дополнительно содержащий переключатель для избирательной активации, по меньшей мере, одного из разъемов.

17. Способ для связи между датчиком, расположенным на буровой площадке и, по меньшей мере, одним наземным компьютерным узлом, расположенным на буровой площадке, при этом буровая площадка имеет скважинный инструмент, размещенный в скважине, пронизывающей подземную формацию, при этом способ содержит этапы, на которых: размещают, по меньшей мере, один модуль связи в местоположении на поверхности на буровой площадке; при функционировании подсоединяют, по меньшей мере, один модуль связи, по меньшей мере, к одному датчику на буровой площадке; подсоединяют беспроводным способом, по меньшей мере, один модуль связи к наземному компьютерному узлу для устранения кабельного соединения между модулем связи и наземным компьютерным узлом, в модуле связи преобразовывают сигнал от указанного датчика в формат для обработки наземным компьютерным узлом, при этом модуль связи приспособлен только для преобразования исходных данных в форму для обработки, и передают преобразованный сигнал на наземный компьютерный узел через модуль связи.

18. Способ по п.17, в котором упомянутый этап преобразования сигнала включает в себя сдвиг напряжения сигнала, умножение напряжения и преобразование аналоговых сигналов в цифровые.

19. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором передают сигнал, по меньшей мере, от одного датчика буровой площадки модулю третьей стороны.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий этап, на котором передают сигнал от модуля третьей стороны наземному узлу управления через по меньшей мере один из модуля связи и модуля третьей стороны.

21. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором передают сигналы от наземного узла управления, по меньшей мере, одному выходному получателю.