СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ Российский патент 2014 года по МПК G01V11/00 E21B47/12 H04B3/04 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка является обыкновенной заявкой на патент относительно совместно рассматриваемой предварительной заявки №61/150291 на патент США, поданной 5 февраля 2009 года, содержание которой для всех целей включено в эту заявку путем ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В общем настоящее раскрытие относится к способам и системам для скважинной телеметрии при исследованиях, имеющих отношение к подземным пластам. Более конкретно, некоторые аспекты, раскрытые в этой заявке, касаются способов и систем для передачи данных между скважинным прибором и наземной системой с использованием мультисхемной телеметрической системы, предназначенной для избирательной пересылки информации, для повышения надежности передачи данных, в частности, в неблагоприятных условиях, например, при скважинном каротаже.

Сбор и распределение с высокой точностью и большой скоростью данных о геофизических свойствах являются важным условием для успешной разведки и добычи нефтяных ресурсов. На основании данных, таких как электрические и ядерные свойства, собранных в стволе скважины, а также на основании распространения звука через пласт геофизики выполняют анализ, используемый при принятии многих важных, связанных с эксплуатацией решений. Анализ включает в себя определение, есть ли вероятность добычи углеводородов из скважины или необходимо пробурить дополнительные скважины в окрестности существующей скважины, а скважину ликвидировать как непродуктивную.

Измерения вида, описываемого в этой заявке, также являются полезными в областях, относящихся к удалению СО₂, разработке месторождений гидрата метана, мониторингу водного коллектора и геотермального процесса, мониторингу землетрясений и мониторингу оконтуривания коллекторов, наряду с другими применениями, которые известны специалистам в данной области техники.

Геофизики могут также использовать скважинные данные для выбора места установки обсадных труб в скважине и для принятия решения относительно способа перфорирования скважины, чтобы интенсифицировать движение углеводородов. Одним способом сбора скважинных геофизических свойств является способ скважинного каротажа. При скважинном каротаже каротажный прибор (часто также называемый зондом) спускают в ствол скважины на электрическом кабеле, каротажном кабеле. Каротажный прибор представляет собой снабжаемое электрической энергией измерительное устройство, которое может, например, собирать электрические данные, акустические волновые сигналы, которые распространяются через окружающий пласт, или определять степень радиоактивности. Эти измерения обычно преобразуются в цифровую форму и передаются по каротажному кабелю. Системы для передачи данных от скважинного каротажного прибора к системе регистрации данных по каротажному кабелю известны как кабельные телеметрические системы.

Типичные скважинные телеметрические системы работают в экстремальных условиях, таких как высокая температура, низкое отношение сигнала к шуму (с/ш) на поверхности и/или на скважинных приемниках вследствие значительного искажения, вызванного большой длиной кабеля, а также в других экстремальных условиях, которые, как известно, существуют в буровых скважинах описываемого в этой заявке типа. В скважинных телеметрических системах на каротажном кабеле скважинный телеметрический картридж собирает данные, которые посылаются с одного или нескольких измерительных приборов, соединенных с ним, и передает скважинные данные к наземной системе регистрации по каротажному кабелю. В зависимости от сочетания приборной колонны и скважинных условий могут создаваться шумы нескольких видов, для которых характерна тенденция неблагоприятно влиять на передачу данных и характеристики скважинной телеметрической системы.

В принадлежащем заявителю патенте США №5838727 (Schlumberger Technology Corporation) раскрыта одна телеметрическая система на каротажном кабеле. В этой телеметрической системе на каротажном кабеле данные с каротажного прибора передаются на наземный компьютер с использованием единственной несущей частоты. Каротажные кабели изначально разрабатывают с заданными механическими свойствами. Современная нефтяная скважина может быть пробурена до глубины свыше 30000 футов (914,4 м). Кабель должен обладать способностью выдерживать растягивающее напряжение, создаваемое массой каротажных приборов и массой очень длинного самого кабеля.

Как рассматривалось выше, каротаж и мониторинг буровых скважин выполняют в течение многих лет для повышения добычи и наблюдения за добычей нефти и газа из месторождений. При каротаже буровых скважин один способ выполнения подземных измерений включает в себя прикрепление одного или нескольких приборов к каротажному кабелю, соединенному с наземной системой. После этого приборы спускают в буровую скважину на каротажном кабеле и извлекают назад на поверхность (выполняя каротаж) из буровой скважины, в то же время осуществляя измерения. Каротажный кабель обычно представляет собой электрический проводящий кабель с ограниченной пропускной способностью при передаче данных. Аналогичным образом устанавливают системы постоянного мониторинга, снабженные постоянными датчиками, которые обычно также прикрепляют к электрическому кабелю.

Потребность в более высоких скоростях передачи данных для спускаемых на кабеле каротажных приборов и систем постоянного мониторинга быстро возрастает вследствие появления датчиков с более высоким разрешением, повышения скоростей каротажа и появления новых приборов, пригодных для отдельной, спускаемой на каротажном кабеле колонны. Как следствие необходимости повышения скоростей передачи данных возникают проблемы при передаче данных, такие как ухудшение качества данных. Поэтому желательно передавать данные между скважинными и наземными приборами с повышенным отношением сигнала к шуму (с/ш), чтобы качество передаваемых данных не ухудшалось.

Из упомянутого выше должно быть ясно, что существует необходимость в усовершенствовании передачи данных в скважинных телеметрических системах и в телеметрической системе, которая является более приспособляемой к конкретным скважинным условиям и скважинным параметрам при передаче скважинных данных.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ РАСКРЫТИЯ

Раскрытие в этой заявке может удовлетворять по меньшей мере некоторым описанным выше и другим требованиям. На основании результатов рассмотрения уровня техники, сделанного выше, и других факторов, которые известны в области скважинной телеметрии, заявитель осознал необходимость в способах и системах для передачи данных между скважинными приборами и наземными системами надежным, эффективным способом. При этом заявитель осознал, что необходимы способы, в которых могут исключаться или по меньшей мере ослабляться недостатки, которые присущи обычным способам и системам для скважинной телеметрии, в частности скважинным телеметрическим системам, в которых используют модемы, основанные на единственной, фиксированной телеметрической схеме.

Заявитель осознал, что способы мультисхемной телеметрии можно использовать в скважинных телеметрических системах для разрешения таких проблем, как низкое отношение сигнала к шуму (с/ш), которое возникает, когда данные передают по кабелю каротажного типа. Термины «скважинные приборы» и «скважинные системы» широко используются для обозначения любого прибора или системы в подземных условиях, включая, но без ограничения ими, каротажный прибор, прибор для построения изображений, акустический прибор, прибор постоянного мониторинга и комбинированный прибор. Аспекты, раскрываемые в этой заявке, включают в себя скважинные системы связи, объединенные со множеством устройств, закрепленных на всем протяжении гибкой трубы или кабельной линии, каротажного кабеля, тонкого троса, снабженной проводом бурильной трубы или любого другого подходящего скважинного развертывающего средства, обладающего возможностями телеметрии. Должно быть понятно, что при использовании для целей этого раскрытия любого одного из терминов «каротажный кабель», «бурильная труба», «кабельная линия», «тонкий трос» или «гибкая труба», или «средство транспортировки» любое из упомянутых выше развертывающих средств или любое другое подходящее эквивалентное средство можно использовать применительно к настоящему раскрытию без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.

Согласно некоторым аспектам в настоящем раскрытии представлено использование мультисхемной телеметрической системы для получения усовершенствованной эффективной передачи данных в скважинных условиях с использованием, например, каротажных кабелей. Заявитель осознал, что мультисхемную модемную технологию можно выгодно приспособлять и применять для телеметрии данных в скважинных условиях при использовании, например, существующих кабельных систем телеметрии данных с получением результатов в части передачи данных, которые невозможны при использовании существующих в настоящее время доступных способов и систем.

Способы и системы, раскрытые в этой заявке, касаются скважинных телеметрических систем, содержащих прибор, сконфигурированный или спроектированный для развертывания в буровой скважине, пересекающей подземный пласт. В некоторых осуществлениях настоящего раскрытия прибор содержит скважинный телеметрический модуль; наземный телеметрический модуль; линию передачи данных между скважинным и наземным модулями, сконфигурированную или спроектированную для передачи данных по одному или нескольким каналам передачи данных; и мультисхемный модем, сконфигурированный или спроектированный для передачи данных между скважинным и наземным модулями с использованием телеметрической схемы, выбранной из заданного множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра.

В аспектах этой заявки по линии передачи данных передаются данные между наземным и скважинным модулями через посредство каротажного кабеля. В других осуществлениях каротажный кабель может содержать гептакабель из 7 проводов. По каротажному кабелю можно подавать электрическую энергию к скважинным приборам. Скважинный телеметрический модуль может быть соединен с по меньшей мере одним прибором, сконфигурированным для выполнения измерений при нахождении в буровой скважине, а линия передачи данных может быть сконфигурирована или спроектирована для пропускания данных к прибору и с него.

Предложен способ скважинной телеметрии, содержащий развертывание прибора на по меньшей мере одной глубине в буровой скважине, пересекающей подземный пласт. Прибор содержит скважинный телеметрический модуль, а данные передаются по линии передачи данных между скважинным телеметрическим модулем и наземным телеметрическим модулем. Линия передачи данных может содержать один или несколько каналов передачи данных. Данные передаются в соответствии с выбором телеметрической схемы из заданного множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра.

В некоторых осуществлениях по меньшей мере один из скважинного телеметрического модуля и наземного телеметрического модуля содержит мультисхемный модем, сконфигурированный или спроектированный для выбора по меньшей мере одной телеметрической схемы. В других осуществлениях мультисхемный модем может быть сконфигурирован или спроектирован для автоматического и/или ручного выбора по меньшей мере одной телеметрической схемы. В аспектах настоящего раскрытия мультисхемный модем может быть сконфигурирован или спроектирован для выбора одной из двух телеметрических схем на основании условий канала и/или скорости передачи данных.

В определенных осуществлениях настоящего раскрытия по меньшей мере одна телеметрическая схема может быть выбрана из множества схем модуляции/демодуляции на основании по меньшей мере одного скважинного параметра.

В еще одном осуществлении настоящего раскрытия прибор, сконфигурированный для развертывания на по меньшей мере одной глубине в буровой скважине, пересекающей подземный пласт, содержит множество челноков. Челноки содержат множество скважинных приборов и по меньшей мере один скважинный телеметрический картридж, при этом каждый скважинный прибор сконфигурирован или спроектирован для передачи данных по меньшей мере одним скважинным телеметрическим картриджем через связанный с ним интерфейсный блок, через посредство скважинного телеметрического контроллера. Скважинный телеметрический контроллер в рабочем состоянии соединен с наземной системой в соответствии с по меньшей мере первой и второй телеметрическими схемами, а телеметрический контроллер сконфигурирован или спроектирован для выбора между по меньшей мере первой и второй телеметрическими схемами для передачи данных наземной системой.

Согласно аспектам настоящего раскрытия предложен способ скважинной телеметрии. Способ содержит развертывание прибора на по меньшей мере одной глубине в буровой скважине, пересекающей подземный пласт, при этом прибор содержит скважинный телеметрический модуль; получение информации о подземном пласте скважинным измерительным прибором; пересылку информации к скважинному телеметрическому контроллеру; выбор одной из множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра и передачу данных по линии передачи данных между скважинным телеметрическим контроллером и наземным телеметрическим модулем с использованием выбранной телеметрической схемы.

В определенных аспектах настоящего раскрытия множество телеметрических схем включает в себя различные схемы модуляции и демодуляции. В других аспектах выбор может быть сделан автоматически, без вмешательства пользователя. В еще одних других аспектах в этой заявке множество телеметрических схем включает в себя различные рабочие полосы пропускания. В дальнейших аспектах множество телеметрических систем включает в себя проводную, беспроводную или оптическую телеметрию. В еще одних дальнейших аспектах настоящего раскрытия множество телеметрических схем включает в себя использование различных пар проводников в гептакабеле. В некоторых осуществлениях в этой заявке множество телеметрических схем включает в себя различные схемы синхронизации приборов. В дальнейших осуществлениях, раскрытых в этой заявке, множество телеметрических схем включает в себя различные режимы передачи электрической энергии переменного тока или постоянного тока и/или электрических сигналов. В еще одних дальнейших осуществлениях множество телеметрических схем включает в себя различные рабочие соединения, основанные на совместимости с другими скважинными измерительными приборами. В еще одних дальнейших осуществлениях, раскрытых в этой заявке, множество телеметрических схем включает в себя различные рабочие соединения, основанные на виде приборной шины, и соединение между двумя следующими друг за другом скважинными измерительными приборами.

Согласно некоторым осуществлениям в настоящем раскрытии предложен способ повышения отношения сигнала к шуму (с/ш) при скважинной телеметрии. Способ содержит передачу данных с помощью по меньшей мере одной линии передачи данных между скважинным телеметрическим модулем и наземным телеметрическим модулем, при этом линия передачи данных содержит множество схем телеметрии данных; выбор одной из множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра и передачу данных по линии передачи данных с использованием выбранной телеметрической схемы, при этом выбранная телеметрическая схема снижает шум передаваемых данных для повышения отношения сигнала к шуму (с/ш) передаваемых данных.

Дополнительные преимущества и новые признаки будут изложены в описании, которое следует ниже, или могут быть усвоены специалистами в данной области техники при чтении материалов этой заявки или применении на практике принципов, описанных в этой заявке. Некоторые преимущества, описанные в этой заявке, можно получать с помощью средств, перечисленных в приложенной формуле изобретения.

ЧЕРТЕЖИ

Сопровождающими чертежами иллюстрируются определенные осуществления и они являются частью описания. Совместно с нижеследующим описанием чертежами демонстрируются и поясняются некоторые принципы настоящего изобретения.

На чертежах:

фигура 1 - схематичный вид типичного места расположения скважины, при этом буровая скважина пересекает подземный пласт;

фигура 2 - схематичный вид одного примера скважинной телеметрической системы настоящего раскрытия, предназначенной для мониторинга подземных пластов, согласно принципам, описанным в этой заявке;

фигура 3 - функциональная схема одной скважинной системы со скважинным телеметрическим картриджем согласно одному осуществлению настоящего раскрытия;

фигура 4 - один пример функциональной схемы одной конфигурации скважинной телеметрии с нисходящим каналом связи и восходящим каналом связи, с использованием скважинной адаптивной телеметрической системы с многорежимным модемом согласно настоящему раскрытию;

фигура 5 - другой пример функциональной схемы одной конфигурации линии передачи данных с использованием двухсхемной телеметрической системы при скважинной телеметрии согласно настоящему раскрытию;

фигура 6 - схематичное поперечное сечение гептакабеля для передачи данных согласно принципам, описанным в этой заявке; и

фигура 7 - блок-схема последовательности действий одного возможного способа передачи данных согласно настоящему раскрытию.

Повсюду на чертежах идентичными позициями и обозначениями указаны аналогичные, но необязательно идентичные элементы. Хотя допускаются различные модификации и альтернативные формы принципов, описанных в этой заявке, конкретные осуществления показаны для примера на чертежах и будут подробно описаны в этой заявке. Однако должно быть понятно, что изобретение не предполагается ограниченным конкретными раскрываемыми формами. Точнее, изобретение включает в себя все модификации, эквиваленты и варианты, попадающие в объем прилагаемой формулы изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Ниже описываются иллюстративные осуществления и аспекты изобретения. Конечно, следует понимать, что при разработке любого такого актуального осуществления многочисленные, специфические для реализации решения должны быть получены для достижения конкретных целей разработчика, таких как соответствие связанным с системой и связанным с деловой активностью ограничениям, которые изменяются от одной реализации к другой. Кроме того, следует понимать, что такая опытно-конструкторская разработка может быть сложной и требующей больших затрат времени, но несмотря на это должна быть обычным делом для специалистов в данной области техники, имеющих выгоду от этого раскрытия.

На протяжении описания изобретения ссылка на «одно осуществление», «осуществление», «некоторые осуществления», «один аспект», «аспект» или «некоторые аспекты» означает, что конкретный признак, структура, способ или характеристика, описываемая применительно к осуществлению или аспекту, является включенной в по меньшей мере одно осуществление настоящего изобретения. Поэтому появление фраз «в одном осуществлении», или «в осуществлении», или «в некоторых осуществлениях» в различных местах на протяжении описания изобретения необязательно означает, что все они касаются одного и того же осуществления. Кроме того, конкретные признаки, структуры, способы или характеристики могут сочетаться любым подходящим способом в одном или нескольких осуществлениях. Слова «включающий» и «имеющий» должны иметь то же самое значение, что и слово «содержащий».

Кроме того, аспекты изобретения являются менее значимыми, чем все признаки единственного раскрытого осуществления. Поэтому пункты формулы изобретения, следующие после подробного описания, являются явно включенными в это подробное описание, при этом каждый пункт обозначает сам по себе отдельное осуществление этого изобретения.

При каротаже буровых скважин один способ выполнения подземных измерений содержит соединение одного или нескольких приборов с кабелем, соединенным с наземной системой. При этом предполагаются такие применения настоящего раскрытия, как кабельный каротаж, каротаж в процессе бурения, измерения в процессе бурения, постоянный и/или полупостоянный мониторинг, каротаж в эксплуатационных скважинах, мониторинг коллектора СО₂ и воды, мониторинг землетрясений, наряду с прочим, известным специалистам в данной области техники, когда требуется телеметрия данных. В таком случае приборы спускают в буровую скважину и затем извлекают обратно на поверхность (производя каротаж) из скважины, выполняя измерения. Кабель часто имеет многочисленные проводники, например, кабель с 7 проводниками, известный в данной области техники как гептакабель, является широко распространенным. Проводники кабеля обеспечивают подачу электрической энергии с поверхности на приборы и обеспечивают путь для прохождения электрических сигналов между прибором и наземной системой. Эти сигналы представляют собой, например, сигналы управления прибором, которые проходят от наземной системы к прибору, и рабочие сигналы прибора и данные, которые проходят от прибора к наземной системе.

Использованный на всем протяжении описания изобретения и в формуле изобретения термин «скважинный» относится к подземным условиям, в частности в стволе скважины, в таких областях, как разработка и эксплуатация нефтяного месторождения, управление нефтяными и водными коллекторами, удалением веществ, таких как СО₂, и геотермальными процессами. Термин «телеметрическая схема» относится к любой методике или способу, который используют для передачи данных между скважинным прибором и поверхностью. При этом телеметрическая схема включает в себя все контрольно-измерительные приборы и программное обеспечение, которые используют при реализации связи скважинных компонентов с поверхностью, например аппаратное обеспечение, программное обеспечение, и/или при желании или необходимости гибридные аппаратно-программные устройства можно комбинировать для получения требуемой линии передачи данных.

Обратимся к фигуре 1, на которой показан схематичный вид места расположения скважины вместе с графическим представлением разреза подземных пластов, пересекаемых буровой скважиной. Подземная система 100 включает в себя наземные контрольно-измерительные приборы 102 скважины, включая все связанные контрольно-измерительные приборы и системы мониторинга. На поверхности также показан наземный источник 104, который изображен в виде транспортного средства с установленным на нем вибрационным источником. Множество линий 106 предназначено для представления возбуждений или сейсмических вибраций, распространяющихся через подземные пласты, создающих сейсмические данные, которые могут обнаруживаться группами скважинных датчиков. Представленные системы и способы можно использовать для регистрации сейсмических данных при проведении сейсмических исследований подземных пластов 108. Аспекты этой заявки также можно использовать для управления работой и контроля ее во время добычи путем мониторинга сейсмических данных из различных подземных пластов, областей и зон. При мониторинге производительности раскрытие этой заявки можно использовать для оптимизации добычи из скважины. Расположение ствола 110 скважины можно оперативно определять на основании известных данных сейсмического исследования, которые были получены ранее. Является желательным оптимальное расположение ствола скважины, при котором можно получать оптимальную регистрацию сейсмических данных для подземных пластов, представляющих интерес.

После определения положения ствола скважины каротажный кабель (кабельную линию) 112, гибкую трубу или другое средство транспортировки можно намотать на барабан для последующего продвижения вниз по стволу скважину, при этом множество групп датчиков располагают на всем протяжении каротажного кабеля 112. Кроме того, заметим, что каротажный кабель с прикрепленными к нему сейсмическими датчиками можно протягивать, когда положение ствола скважины установлено. Компоненты, описываемые в этой заявке, можно развертывать на постоянной основе для непрерывного мониторинга продуктивной скважины или можно развертывать на определенное время для выполнения подземных сейсмических исследований и затем извлекать. Развертывания на постоянной основе делают возможным непрерывный мониторинг работ в продуктивной скважине. После установления каротажного кабеля и множества групп датчиков в заданное положение можно начинать сбор сейсмических данных. Если добыча из скважины прекращается или если по некоторой другой причине сейсмический мониторинг больше не требуется, систему можно извлекать и повторно использовать в другом месте. Заметим, что примеры систем, представленные в этой заявке для описания осуществлений, приведены с целью иллюстрации и облегчения понимания устройств и способов. Чертежи, показанные и описанные в этой заявке, не должны толковаться как ограничивающие любым способом объем притязаний.

На фигуре 2 показан схематичный вид одной возможной скважинной телеметрической системы. Показанная система содержит наземный регистрирующий модуль или наземный модем (НМ), который обычно расположен на поверхности, кабель С, скважинный модем (СМ) в головной части приборной колонны, которая включает в себя некоторое количество скважинных приборов Т1, Т2, …, каждый из которых содержит соответствующий интерфейсный блок IP1, IP2, …, через который осуществляется связь со скважинным модемом по приборной шине. Эта система выполнена с возможностью пропуска потоков данных в противоположных направлениях, то есть от приборов через соответствующие интерфейсные блоки и быстродействующую передаточную шину (БПШ) к скважинному модему и далее к наземному модему по кабелю (каналу восходящей связи), а в обратном направлении - от наземного модема к скважинному модему и приборам по тому же пути (каналу нисходящей связи). Главная задача системы заключается в обеспечении канала связи от приборов к поверхности, вследствие чего данные, регистрируемые приборами при использовании, могут быть обработаны и проанализированы на поверхности.

Вследствие электрических ограничений, накладываемых каротажным кабелем, невысокое отношение сигнала к шуму (с/ш) может неблагоприятно сказываться на скорости передачи данных. Желательно создать системы и способы, в которых исключены проблемы отношения сигнала к шуму (с/ш) и другие проблемы шумов, связанные со скважинными телеметрическими системами.

На фигуре 3 представлена функциональная схема скважинной системы 200 в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Система 200 включает в себя наземный блок 202 регистрации данных, находящийся в электрической связи с наземным телеметрическим блоком 204 или являющийся частью его. Наземный телеметрический блок 204 может быть или может не быть оптическим телеметрическим модулем. Наземный телеметрический блок 204 включает в себя мультисхемный модем 206.

Наземный телеметрический блок 204 в процессе работы соединен с кабелем 208, например медным кабелем или единственным оптическим кабелем. Кабельный интерфейс 208 обеспечивает линию связи между наземным телеметрическим блоком 204 и скважинным телеметрическим картриджем 210. Скважинный телеметрический картридж 210 является частью системы 200 и включает в себя скважинный мультисхемный модем 212.

Скважинный телеметрический картридж 210 в процессе работы может быть соединен со скважинной электрической приборной шиной (непоказанной). Скважинная электрическая приборная шина обеспечивает электрическую линию связи между скважинным телеметрическим картриджем 210 и одним или несколькими скважинными приборами (представленными в целом в виде скважинной системы 214 регистрации данных). Каждый из скважинных приборов может иметь один или несколько датчиков для измерения определенных параметров в стволе скважины и приемопередатчик для передачи и приема данных.

Скважинная телеметрическая система из фигуры 3 может быть гибридной оптико-электрической установкой, в которой могут сочетаться преимущества от использования стандартной электрической телеметрии и технологии скважинных датчиков совместно с очень широкополосным волоконно-оптическим интерфейсом между скважинными компонентами (оптическим телеметрическим картриджем, скважинными приборами) и наземным блоком регистрации данных.

Теперь будут описаны линии связи и передача данных между наземным блоком регистрации данных и одним из скважинных приборов (представленных скважинной системой 214 регистрации данных). Электронная нисходящая команда с блока 202 регистрации данных посылается электрическим способом к наземному телеметрическому блоку 204. Модулятор нисходящего канала связи наземного телеметрического блока 204 модулирует электронную нисходящую команду, которая передается через интерфейс 208 к скважинному телеметрическому картриджу 210. Демодулятор нисходящего канала связи демодулирует сигнал, а скважинный телеметрический картридж 210 передает демодулированный электронный сигнал по скважинной электрической приборной шине (непоказанной), с которой он принимается скважинным прибором (приборами).

Точно так же данные восходящего канала связи со скважинного прибора (приборов) передаются вверх по стволу скважины по скважинной электрической приборной шине (непоказанной) к скважинному телеметрическому картриджу 210, где они модулируются модулятором восходящего канала связи и передаются вверх по стволу скважины через интерфейс 208 на наземный телеметрический блок 204. Датчики скважинных приборов могут создавать аналоговые сигналы. Поэтому в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия при желании или необходимости аналого-цифровой преобразователь может быть включен в каждый скважинный прибор или где-либо между скважинными приборами и модуляторами/демодуляторами восходящего канала связи и нисходящего канала связи. Следовательно, аналоговые сигналы с датчиков преобразуются в цифровые сигналы, а цифровые сигналы модулируются для поверхности модулятором восходящей линии связи.

На фигуре 4 схематично показан один пример телеметрической системы 300 согласно настоящему раскрытию. Основные функциональные части системы содержат наземный телеметрический модуль или модем 302, кабель 304 и скважинный телеметрический картридж или модем 306. В одном возможном осуществлении наземный телеметрический модем 302 сконфигурирован или спроектирован для одного или нескольких каналов передачи данных, при этом первый канал имеет схему №1 модуляции/демодуляции, подключенную в соответствии с кабельным режимом №Т1, а второй канал имеет схему №2 модуляции/демодуляции, подключенную в соответствии с кабельным режимом №Т2 каротажного кабеля 304. Скважинный телеметрический картридж или модем 306 сконфигурирован аналогичным образом. Показанная на фигуре 4 система может быть сконфигурирована для передачи данных по нисходящему каналу связи и восходящему каналу связи. Хотя на фигуре 4 изображены три канала, предполагается, что для задач, описываемых в этой заявке, также можно использовать дополнительные каналы.

При использовании сигналы проходят от наземного телеметрического модуля 302 по каналам передачи данных к скважинному телеметрическому картриджу 306, с которого они проходят к различным приборам в приборной колонне 308.

Как показано на фигуре 4, телеметрическая система 300 может включать в себя один или несколько скважинных измерительных приборов, с которых можно получать информацию различных видов относительно подземных пластов, буровой скважины, самих приборов, свойств бурового раствора, наряду с другими данными, которые обычно регистрируются во время выполнения скважинных измерительных работ, типа описанных в этой заявке. В этом случае регистрируемые данные могут передаваться к скважинному телеметрическому картриджу 306, в котором может устанавливаться приоритет информации и может применяться оптимальная модуляция для доставки информации к наземной системе 302 регистрации по протяженному пути передачи, такому как каротажный кабель 304, при минимальной частоте повторения ошибок. Кроме того, для гарантии отсутствия потерь при передаче данных можно использовать контроль ошибок и схему повторной передачи. Такие же механизмы и способы можно также применять при передаче данных с поверхности вниз по стволу скважины, то есть данных нисходящей линии связи.

В одном примере осуществления согласно принципам, описанным в этой заявке, можно также выбирать наземную систему 302 регистрации и/или скважинный телеметрический картридж 306, чья телеметрическая схема наиболее подходит для передачи информации между наземной системой и скважинной системой. При этом в настоящем раскрытии предполагается, что телеметрическая схема может быть выбрана на основании нескольких факторов, включая, но без ограничения ими:

- шум, обусловленный скважинными условиями, такими как температура и давление в буровой скважине; характеристики бурового раствора; удары и вибрацию во время каротажной операции; конфигурацию передающего проводника, то есть кабельный режим; шум, создаваемый другим скважинным измерительным прибором (приборами), или наземной системой, или другими активными электрическими устройствами; электромагнитный шум; и другие электрические источники шума, которые оказывают влияние на телеметрическую систему.

- Шумовые свойства, такие как частотные характеристики; продолжительность, например, возможное изменение шума с течением времени; амплитуду/мощность; наряду с другими свойствами шума, которые неблагоприятно влияют на передачу данных телеметрической системой.

- Характеристики электронных устройств/компонентов, которые ухудшаются вследствие старения скважинного картриджа и системы передачи, вследствие вредного загрязнения газом, или жидкостью, или обломками породы, вследствие воздействия ударов и давления в буровой скважине, и температуры в буровой скважине, и влияния других факторов, которые вызывают ухудшение характеристик скважинных и наземных компонентов.

В настоящем раскрытии также предполагается, что телеметрическая схема может выбираться из заданного количества телеметрических схем путем автоматического выбора, основанного на заданных критериях, или может выбираться при вводе данных пользователем. Например, предполагается, что можно создать программный/аппаратный модем, который автоматически осуществляет выбор из заданных телеметрических схем на основании определенных встречающихся скважинных условий и/или состояний системных параметров. Как вариант, пользователь может задавать соответствующую телеметрическую схему на основании информации, получаемой от телеметрической системы во время использования исходной обучающей последовательности.

В одном возможном осуществлении согласно настоящему раскрытию после развертывания скважинной приборной системы во время подготовки системы/использования обучающей последовательности после включения можно контролировать качество отношения сигнала к шуму телеметрической системы, чтобы определять параметры передачи скважинных данных на основании передачи известного сигнала. При этом характеристики телеметрических картриджей или модемов можно оценивать на основании скважинных условий, а соответствующий выбор может делаться автоматически или вручную на основании результатов оценивания, вследствие чего достигается передача данных, согласованная с требованиями к работе. Как рассматривалось ранее, в настоящем раскрытии предполагается проектирование или конфигурирование мультисхемных модемов, которые способны приспосабливаться к скважинным параметрам и/или приборным/кабельным условиям, таким как температура, эксплуатация, старение, например, путем выбора соответствующей телеметрической схемы для рабочих условий из числа множества телеметрических схем.

В качестве одной возможной скважинной телеметрической системы, показанной на фигуре 5, основанной на принципах, раскрытых в этой заявке, можно использовать две телеметрические схемы, такие как усовершенствованная цифровая телеметрическая система Schlumberger и цифровая телеметрическая система Schlumberger на основе усовершенствованной схемы цифрового телеметрического картриджа. Для системы может иметься следующая последовательность действий после включения системы:

1. Приборная колонна подготавливается после включения. Например, в режиме по умолчанию в телеметрической схеме можно использовать кабельные режимы Т5 и Т7 для восходящего канала связи;

2. Наземная система регистрирует статус и режим кабеля и скважинного приемника путем измерения обучающего или известного тестового сигнала;

3. Надлежащая телеметрическая схема выбирается на основании следующего:

- если в случае схемы по умолчанию не может установиться надежная телеметрическая линия, что определяется, например, по измерению отношения сигнала к шуму, система рекомендует выбрать другую схему или изменить системные параметры, например сузить или расширить полосу частот, отведенную для телеметрической связи, увеличить или уменьшить усиление, снизить скорость передачи данных и т.д.

- Если конкретный кабельный режим, например Т7, необходим для других целей или не может использоваться вследствие отказа, так что невозможно использовать схему по умолчанию, телеметрическая схема может быть заменена на телеметрическую схему, которая работает исключительно в другом кабельном режиме, например Т5. Это решение может быть принято на этапе 1, указанном выше;

4. Приведение системы в действие с выбранной телеметрической схемой;

5. Если во время работы обнаруживаются трудности с заданными на этапе 3 параметрами, приведенный выше процесс можно повторить.

С помощью принципов, рассмотренных в этой заявке, можно проектировать или конфигурировать адаптивную скважинную телеметрическую систему, которая обладает способностью выбора наиболее подходящей телеметрической схемы для приспособления к шумовым источникам различных видов, скважинным условиям и т.д., уже рассмотренным выше. Предполагается, что телеметрические схемы согласно настоящему раскрытию могут быть многочисленными и могут изменяться в значительной степени. Например, телеметрические схемы могут изменяться в части вида схем модуляции и демодуляции, вида наземной системы регистрации и/или вида используемого скважинного телеметрического картриджа. С другой стороны, телеметрические схемы могут изменяться в соответствии с физической средой, используемой в сочетании с каротажным кабелем, такой как, например, проводная, беспроводная или оптическая телеметрия. Другие телеметрические схемы могут включать в себя использование полной или частичной полосы пропускания, достижимой при использовании кабеля, адаптивно зависящей от определенных условий, таких как свойства отношения сигнала к шуму или характеристики кабеля.

Кроме того, телеметрические схемы согласно настоящему раскрытию могут включать в себя выбор кабельного режима путем использования различных пар проводников в, например, гептакабеле. Например, из показанного на фигуре 6 кабеля можно выбрать пары 2, 3, 5, 6 проводников, то есть так называемый режим Т5, или на основании скважинных параметров можно выбрать проводник 7 и броню, то есть так называемый режим Т7.

Дополнительные телеметрические схемы или варианты схем, предполагаемые в настоящем раскрытии, включают в себя, но без ограничения ими:

- телеметрические схемы, основанные на принципах синхронизации времени, например, между наземной системой и скважинным прибором (приборами), включая использование глобальной системы позиционирования (GPS); между скважинными измерительными приборами; между скважинными приборами во множестве пространственно разнесенных буровых скважин; помимо прочего, относящегося к передаче скважинных данных.

- Телеметрические схемы, необходимые для различных способов передачи электрической энергии переменного тока или постоянного тока и электрических сигналов вверх по стволу скважины или вниз по стволу скважины.

- Телеметрические схемы, относящиеся к совместимости соединения с другими скважинными измерительными приборами.

- Телеметрические схемы, относящиеся к типу приборных шин и типу соединения между двумя следующими друг за другом скважинными измерительными приборами.

В дополнительном примере осуществления, показанном на фигуре 5, предусмотрены две телеметрические схемы для передачи и приема данных по соответствующему средству 404 передачи путем подразделения на связь по нисходящему каналу, то есть каналу связи с поверхности вниз по стволу скважины, и связь по восходящему каналу, то есть по каналу связи снизу по стволу скважины на поверхность:

схема №1: дуплексная связь с частотным разделением каналов, с использованием модема метода дискретной многотональной передачи при более чем одном кабельном режиме; и

схема №2: дуплексная связь с временным разделением каналов с использованием квадратурной амплитудной модуляции (КАМ) для передачи по восходящему каналу связи и модема бифазного кода с представлением единицы двойным изменением фазы для передачи по нисходящему каналу связи при единственном кабельном режиме.

Согласно примеру осуществления из фигуры 5 в схеме №1 может использоваться дискетная многотональная модуляция и демодуляция для восходящего канала связи и нисходящего канала связи. В схеме №1 любой кабельный режим можно использовать для передачи данных восходящего канала связи и нисходящего канала связи путем выделения индивидуальных частотных диапазонов для каждого способа передачи. С другой стороны, в схеме №2 можно использовать квадратурную амплитудную модуляцию и демодуляцию для восходящего канала связи и модуляцию и демодуляцию с представлением единицы двойным изменением фазы для нисходящего канала связи. Заявитель отмечает, что способы модуляции/демодуляции, то есть квадратурной амплитудной модуляции или бифазной, даны исключительно в качестве примеров и могут быть изменены в зависимости от способов связи. В схеме №2 робастный кабельный режим можно использовать для передачи данных, при этом передачи по восходящему каналу связи и по нисходящему каналу связи переключают, используя временное разделение. Предполагается, что схема №1 обеспечивает более высокую скорость передачи данных. Однако в зависимости от конкретного используемого кабельного режима и конкретной приборной колонны, которая подключена к кабелю, сигнал нисходящего канала связи в схеме №1 может быть подвержен воздействию шума. В этом случае телеметрическую систему 400 согласно настоящему осуществлению можно конфигурировать или проектировать с мультисхемным модемом или контроллером, который может автоматически выбирать схему №2, или как вариант пользователь может вручную производить переключение телеметрической системы на использование схемы №2, которая является более робастной и может лучше ослаблять плохие условия канала.

На фигуре 7 представлена блок-схема последовательности действий, показывающая один возможный способ телеметрии данных с использованием мультисхемной телеметрической системы согласно настоящему раскрытию.

Осуществления и аспекты были выбраны и описаны для наилучшего пояснения принципов изобретения и его практических применений. Предшествующее описание предназначено для обеспечения возможности другим специалистам в данной области техники наилучшим образом использовать принципы, описанные в этой заявке, в различных осуществлениях и с различными модификациями, подходящими для конкретного предполагаемого использования. Предполагается, что объем изобретения определяется нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении каротажных работ. Заявлены способы и системы для скважинной телеметрии с использованием прибора, сконфигурированного или спроектированного для развертывания в буровой скважине, пересекающей подземный пласт. Прибор включает в себя скважинный телеметрический модуль, наземный телеметрический модуль и линию передачи данных между скважинным и наземным модулями, сконфигурированную или спроектированную для передачи данных по одному или нескольким каналам передачи данных с использованием по меньшей мере одной телеметрической схемы, выбранной из множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра. Технический результат - повышение качества передачи разведочных данных. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Скважинная телеметрическая система, содержащая:
прибор, сконфигурированный для развертывания в буровой скважине, пересекающей подземный пласт, при этом прибор содержит скважинный телеметрический модуль, наземный телеметрический модуль и линию передачи данных между скважинным и наземным модулями, сконфигурированную для передачи данных по одному или нескольким каналам передачи данных, где
система сконфигурирована так, что данные передаются с использованием по меньшей мере одной телеметрической схемы, выбранной из множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра.

2. Телеметрическая система по п.1, в которой по меньшей мере один из скважинного телеметрического модуля и наземного телеметрического модуля содержит мультисхемный модем, сконфигурированный для выбора по меньшей мере одной телеметрической схемы.

3. Телеметрическая система по п.2, в которой мультисхемный модем сконфигурирован для автоматического выбора по меньшей мере одной телеметрической схемы.

4. Телеметрическая система по п.2, в которой мультисхемный модем сконфигурирован для ручного выбора по меньшей мере одной телеметрической схемы.

5. Телеметрическая система по п.2, в которой мультисхемный модем сконфигурирован для выбора одной из двух телеметрических схем на основании условий канала.

6. Телеметрическая система по п.2, в которой мультисхемный модем сконфигурирован для выбора одной из двух телеметрических схем на основании скорости передачи данных.

7. Телеметрическая система по п.1, в которой по меньшей мере одна телеметрическая схема выбрана из множества схем модуляции/демодуляции на основании по меньшей мере одного скважинного параметра.

8. Телеметрическая система по п.1, в которой линия передачи данных передает данные между поверхностью и скважинными модулями по каротажному кабелю.

9. Телеметрическая система по п.8, в которой каротажный кабель содержит гептакабель с 7 проводами.

10. Телеметрическая система по п.8, в которой каротажный кабель также подает электрическую энергию к скважинным приборам.

11. Телеметрическая система по п.1, в которой скважинный телеметрический модуль соединен с по меньшей мере одним прибором, сконфигурированным для выполнения измерений при нахождении в буровой скважине, при этом линия передачи данных сконфигурирована для прохождения данных к прибору и от него.

12. Прибор, сконфигурированный для развертывания на по меньшей мере одной глубине в буровой скважине, пересекающей подземный пласт, содержащий:
множество челноков, содержащих:
множество скважинных приборов и по меньшей мере один скважинный телеметрический картридж, при этом каждый скважинный прибор сконфигурирован для передачи данных по меньшей мере одним скважинным телеметрическим картриджем через связанный с ним интерфейсный блок, посредством скважинного телеметрического контроллера, при этом
скважинный телеметрический контроллер в рабочем состоянии соединен с наземной системой в соответствии с по меньшей мере первой и второй телеметрическими схемами, и
телеметрический контроллер сконфигурирован для выбора между по меньшей мере первой и второй телеметрическими схемами для передачи данных наземной системой по меньшей мере на основе одного скважинного параметра.

13. Способ скважинной телеметрии, содержащий этапы, при выполнении которых:
развертывают прибор на по меньшей мере одной глубине в буровой скважине, пересекающей подземный пласт, при этом прибор содержит скважинный телеметрический модуль;
получают информацию о подземном пласте скважинным измерительным прибором;
пересылают информацию к скважинному телеметрическому контроллеру;
выбирают одну из множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра; и
передают данные по линии передачи данных между скважинным телеметрическим контроллером и наземным телеметрическим модулем, используя выбранную телеметрическую схему.

14. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя различные схемы модуляции и демодуляции.

15. Способ по п.13, в котором выбор делается автоматически без вмешательства пользователя.

16. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя различные рабочие полосы пропускания.

17. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя проводную, беспроводную или оптическую телеметрию.

18. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя использование различных пар проводников в гептакабеле.

19. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя различные схемы синхронизации приборов.

20. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя различные режимы передачи электрической энергии переменного тока или постоянного тока и/или электрических сигналов.

21. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя различные рабочие соединения, основанные на совместимости с другими скважинными измерительными приборами.

22. Способ по п.13, в котором множество телеметрических схем включает в себя различные рабочие соединения, основанные на виде приборной шины, и соединение между двумя следующими друг за другом скважинными измерительными приборами.

23. Способ повышения отношения сигнала к шуму (с/ш) при скважинной телеметрии, содержащий этапы, при выполнении которых:
передают данные с помощью по меньшей мере одной линии передачи данных между скважинным телеметрическим модулем и наземным телеметрическим модулем, при этом линия передачи данных содержит множество схем телеметрии данных;
выбирают одну из множества телеметрических схем на основании по меньшей мере одного скважинного параметра; и
передают данные по линии передачи данных, используя выбранную телеметрическую схему, при этом
выбранная телеметрическая схема снижает шум в передаваемых данных для повышения отношения сигнала к шуму (с/ш) принимаемых данных.

24. Скважинная телеметрическая система, содержащая:
скважинный телеметрический модуль,
наземный телеметрический модуль,
линию передачи данных между скважинным и наземным модулями, причем линия передачи данных содержит телеметрическую схему по умолчанию и дополнительную телеметрическую схему, и
механизм переключения, сконфигурированный для переключения между телеметрической схемой по умолчанию и дополнительной телеметрической схемой на основе измерения известного тестового сигнала.

25. Скважинная телеметрическая система по п.24, в которой измерение указывает то, что телеметрическая схема по умолчанию не может обеспечить желаемое отношение сигнал-шум.

26. Скважинная телеметрическая система по п.24, в которой измерение указывает на отказ телеметрической системы по умолчанию.