Перекрестные ссылки на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка заявляет приоритет по заявке на патент США № 62/440618, поданной 30 декабря 2016 г. Для целей США эта заявка заявляет приоритет согласно 35 U.S.C. §119 по заявке на патент США № 62/440618, поданной 30 декабря 2016 г. и озаглавленной «SYSTEM AND METHOD FOR DATA TELEMETRY AMONG ADJACENT BOREHOLES», которая настоящим включена в данный документ с помощью ссылки во всех отношениях.
Область изобретения
[0002] Настоящее изобретение относится к подземному бурению, в частности, к телеметрии данных. В вариантах осуществления предоставлены системы и способы передачи информации, такой как каротажная информация, информация измерений во время бурения, между скважинными инструментами и наземным оборудованием. Варианты осуществления применимы к бурению скважин для добычи углеводородов.
Предпосылки изобретения
[0003] Добыча углеводородов из подземных зон обычно предполагает бурение стволов скважин.
[0004] Стволы скважин создают с использованием расположенного на поверхности бурового оборудования, вращающего бурильную колонну, которая в конечном итоге проходит от наземного оборудования до целевого пласта или подземной зоны. Бурильная колонна может углубляться на тысячи футов или метров ниже поверхности. Нижний конец бурильной колонны содержит буровое долото, предназначенное для бурения (или углубления) ствола скважины. По бурильной колонне обычно прокачивается промывочная жидкость, как правило, в виде бурового «раствора». Промывочная жидкость охлаждает и смазывает буровое долото, а также выносит буровой шлам назад на поверхность. Также, использование промывочной жидкости может способствовать регулированию забойного давления для подавления притока углеводородов из пласта в ствол скважины и их потенциального выброса на поверхность.
[0005] Компоновка низа бурильной колонны (КНБК) – это название, данное оборудованию на нижнем конце бурильной колонны. В дополнение к буровому долоту КНБК может содержать такие элементы, как устройство для управления направлением бурения (например, управляемый забойный гидротурбинный двигатель или роторная управляемая система); датчики для измерения свойств окружающих геологических пластов (например, датчики для использования при каротаже); датчики для измерения скважинных условий по мере прохождения бурения; одна или более систем для телеметрии данных на поверхность; стабилизаторы; утяжеленные бурильные трубы, генераторы импульсов и т. п. КНБК обычно продвигают в ствол скважины колонной металлических труб (бурильной трубой).
[0006] Современные буровые системы могут включать любые из широкого ряда механических/электронных систем в КНБК или других местах скважин. Такие системы могут содержать любую активную механическую, электронную и/или электромеханическую систему, действующую в скважине. Такие системы могут обеспечивать любую из широкого ряда функций, включая без ограничения: сбор данных, измерение свойств окружающих геологических пластов (например, каротаж), измерение скважинных условий по мере прохождения бурения, управление скважинным оборудованием, контроль состояния скважинного оборудования, применение направленного бурения, применение измерений во время бурения (ИВБ), применение каротажа во время бурения (КВБ), измерение свойств флюидов в скважине и т. п. Данные могут быть получены с помощью датчиков, которые могут включать один или более датчиков вибрации, магнитометров, инклинометров, акселерометров, детекторов радиоактивных частиц, электромагнитных детекторов, акустических детекторов и др.; получения изображений; измерения потока флюидов; определения направлений; устройств, которые излучают сигналы, частицы или поля для обнаружения другими устройствами; и т. д.
[0007] Данные могут быть переданы в одном или обоих направлениях между скважинным оборудованием и наземным оборудованием одной или более телеметрическими системами. Телеметрическая информация может быть бесценной для проведения эффективных бурильных работ. Например, телеметрическая информация может быть использована бригадой буровой установки для принятия решений об управлении и наведении бурового долота для оптимизации скорости и траектории бурения исходя из множества факторов, включая допустимые границы, местоположения существующих скважин, свойства пласта, размер и местоположение углеводородов и т. п. По мере необходимости бригада может производить умышленные отклонения от запланированного пути исходя из информации, собранной со скважинных датчиков и переданной на поверхность телеметрией во время процесса бурения. Способность получать и передавать надежные данные из мест в скважине обеспечивает относительно более экономичное и более эффективное выполнение бурильных работ.
[0008] Есть несколько известных телеметрических методов. Они включают передачу информации путем генерирования вибраций в флюиде в скважине (например, акустическая телеметрия или гидроимпульсная (ГИ) телеметрия) и передачу информации посредством электромагнитных сигналов, которые распространяются по меньшей мере частично через землю (ЭМ (электромагнитная) телеметрия). В других телеметрических методах для передачи данных на поверхность применяют бурильную колонну с жесткой проводкой, оптоволоконный провод или акустическую телеметрию по утяжеленной бурильной трубе.
[0009] Преимущества ЭМ-телеметрии, в сравнении с ГИ телеметрией, включают обычно более высокие скорости передачи данных, повышенную надежность благодаря отсутствию движущихся деталей в скважине, высокую устойчивость к применению материалов для борьбы с поглощением (МБП) и применимость для бурения с продувкой воздухом/бурения с отрицательным дифференциальным давлением. ЭМ-система может передавать данные без сплошного столба флюида; следовательно, она может использоваться при отсутствии протекающей промывочной жидкости. Это является преимущественным, когда буровая бригада добавляет новую секцию бурильной трубы, поскольку ЭМ-сигнал может передавать информацию (например, информацию о направлении), когда буровая бригада добавляет новую трубу.
[0010] В типичном устройстве для электромагнитной телеметрии в качестве антенны используются части бурильной колонны. Бурильная колонна может быть разделена на две проводящие секции посредством включения в бурильную колонну изолирующей вставки или соединителя («стыковочного переводника»). Стыковочный переводник обычно расположен в верхней части компоновки низа бурильной колонны так, что металлическая бурильная труба в бурильной колонне выше КНБК служит как один антенный элемент, а металлические секции в КНБК служат как другой антенный элемент. Затем электромагнитные телеметрические сигналы могут быть переданы путем подачи электрических сигналов между двумя антенными элементами. Сигналы обычно включают сигналы переменного тока очень низкой частоты, приспособленные для кодирования информации для передачи на поверхность. Более высокочастотные сигналы затухают быстрее, чем низкочастотные сигналы. Электромагнитные сигналы могут быть обнаружены на поверхности, например, путем измерения разности электрических потенциалов между бурильной колонной или металлической обсадной трубой, которая проходит в землю, и одним или более заземленными стержнями.
[0011] Остается потребность в более надежных и экономически эффективных способах поддержания передачи данных между скважинным и наземным оборудованием, а также потребность в телеметрии с высокой скоростью передачи данных для применений, таких как автоматизированное бурение, каротаж с большими объемами информации и т. п.
Краткое изложение сущности изобретения
[0012] Настоящее изобретение имеет ряд аспектов, которые могут быть использованы совместно, обособленно или в любых подходящих комбинациях. Некоторые аспекты относятся к системам и способам приема и/или передачи ЭМ телеметрических сигналов, которые могут быть задействованы в одном стволе скважины и могут быть использованы для обеспечения ЭМ телеметрической связи со скважинными инструментами в одном или более других стволах скважин. Некоторые такие системы и способы выполняют различные функции обработки сигналов в местоположениях в скважине. Некоторые аспекты относятся к применению ЭМ телеметрических сигналов в определении относительных местоположений и траекторий стволов скважин. Некоторые аспекты относятся к применению передатчиков и/или приемников сигналов внутри скважины (передаваемые и принимаемые сигналы могут содержать, например, электромагнитные и/или акустические сигналы) для расчета траектории скважины. Некоторые аспекты относятся к применению ЭМ телеметрических сигналов для определения характеристик подземных пластов. Некоторые аспекты относятся к совместному использованию данных, полученных в нескольких стволах скважин. Данные могут быть полезны для предупредительной регулировки параметров бурения. Некоторые аспекты относятся к доставке нисходящих телеметрических сигналов к скважинным инструментам.
[0013] Дополнительные аспекты настоящего изобретения и признаки иллюстративных вариантов осуществления представлены на прилагаемых графических материалах и/или описаны в последующем описании.
Краткое описание графических материалов
[0014] На прилагаемых графических материалах представлены неограничивающие иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения.
[0015] На фиг. 1 показан схематический вид выполнения бурильных работ.
[0016] На фиг. 2 показан иллюстративный скважинный инструмент, содержащий генератор ЭМ телеметрических сигналов в одной скважине, находящийся в связи с активным ЭМ телеметрическим приемником во второй скважине.
[0017] На фиг. 3 показано иллюстративное устройство ЭМ телеметрического приемника, содержащее кабель и один или более ЭМ телеметрических приемников, разнесенных вдоль кабеля.
[0018] На фиг. 4 показана структурная схема, на которой изображены функциональные компоненты иллюстративной ЭМ телеметрической системы, которая может быть установлена в одной скважине для связи со скважинным инструментом в другой скважине.
[0019] На фиг. 5 показан вид в вертикальном разрезе, на котором показан возможный форм-фактор ЭМ телеметрического приемника или приемопередатчика.
[0020] На фиг. 6 показан схематический вид сверху, на котором показана обстановка проведения бурильных работ, в которой группа скважин запланирована на кустовой площадке.
[0021] На фиг. 7 показана блок-схема, изображающая иллюстративный способ оптимизации телеметрической связи с одним или более скважинными инструментами или от них.
[0022] На фиг. 8 показано схематическое изображение, на котором показан набор связанных скважин.
[0023] На фиг. 9 схематически показана часть группы стволов скважин для использования в гравитационном дренаже с применением пара (SAGD).
[0024] На фиг. 10A, 10B и 10C показана обсаженная скважина, имеющая соответственно: заземленный электрод возле нижнего конца обсадной трубы, ЭМ телеметрический повторитель возле нижнего конца обсадной трубы и активный ЭМ телеметрический приемник возле нижнего конца обсадной трубы.
[0025] На фиг. 11A и 11B показано генерирование нисходящих телеметрических сигналов для скважинного инструмента, расположенного в первой скважине, посредством соответственно: подачи нисходящего телеметрического сигнала между обсадной трубой во второй скважине и заземляющим проводником; и подачи нисходящего телеметрического сигнала между обсадной трубой во второй скважине и обсадной трубой в третьей скважине.
Описание
[0026] По всему тексту последующего описания изложена подробная информация, чтобы обеспечить специалистам в данной области техники более полное понимание. Однако хорошо известные элементы могут быть не показаны или не описаны подробно во избежание ненужного затруднения описания изобретения. Последующее описание примеров технологии не предназначено быть исчерпывающим или ограничивающим систему точными формами любого приведенного в качестве примера варианта осуществления. Соответственно описание и графические материалы следует рассматривать в иллюстративном, а не в ограничительном смысле.
[0027] На фиг. 1 схематически представлены иллюстративные бурильные работы. Буровая установка 10 приводит в движение бурильную колонну 12, содержащую секции бурильной трубы, проходящие через скважину 11 до бурового долота 14. Проиллюстрированная буровая установка 10 содержит буровую вышку 10A, пол 10B буровой установки и буровую лебедку 10C для поддержки бурильной колонны.
[0028] Буровое долото 14 имеет больший диаметр, чем бурильная колонна над буровым долотом. Кольцевое пространство 15, окружающее бурильную колонну, обычно заполнено промывочной жидкостью. Промывочная жидкость закачивается через отверстие в бурильной колонне до бурового долота и возвращается на поверхность через кольцевое пространство 15, вынося буровой шлам от бурильных работ. По мере бурения скважины в стволе скважины может быть установлена обсадная колонна 16. На верхнем конце обсадной колонны установлен противовыбросовый превентор 17. Буровая установка, представленная на фиг. 1, является лишь примером. Способы и устройство, описанные в данном документе, не являются характерными для любого конкретного типа буровой установки.
[0029] Бурильная колонна 12 содержит скважинный инструмент 13, содержащий электромагнитный (ЭМ) телеметрический передатчик или приемопередатчик. В некоторых вариантах осуществления ЭМ-передатчик передает ЭМ-сигналы с помощью стыковочного переводника 20. Стыковочный переводник 20 может быть расположен, например, на верхнем по стволу скважины конце КНБК или возле него. Стыковочный переводник 20 разделяет бурильную колонну на две электропроводящие части, которые электрически изолированы друг от друга. Две части образуют конструкцию дипольной антенны. Например, одна часть диполя может состоять из КНБК до электрически изолирующего переводника, а другая часть диполя может состоять из части бурильной колонны, проходящей от переводника к поверхности.
[0030] Электрический сигнал 19A переменного тока (AC) очень низкой частоты генерируется генератором 18 ЭМ телеметрических сигналов и подается на стыковочный переводник 20. Низкочастотный сигнал переменного тока возбуждает и создает в породе электрическое поле 19A, которое распространяется через породу. Такие ЭМ телеметрические сигналы, как правило, обнаруживаются наземным оборудованием, которое обнаруживает измеряемый дифференциал напряжения между верхней частью бурильной колонны 12 и одним или более заземленными электродами (такими как заземленные стержни или заземленные пластины). Электрический сигнал 19A изменяют таким образом, чтобы закодировать информацию для передачи телеметрией.
[0031] Сложность в реализации ЭМ телеметрической системы состоит в том, что на больших расстояниях через пласты пород происходит сильное затухание ЭМ-сообщения. Это представляет собой особую сложность, когда требуется применять ЭМ-телеметрию на больших глубинах, особенно при бурении глубоких горизонтальных секций ствола скважины. Затухание ЭМ-сигналов в значительной мере зависит от типов пластов, через которые распространяются эти сигналы. Пласты, имеющие высокую удельную электропроводность, могут очень сильно ослаблять ЭМ телеметрические передачи.
[0032] В вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрены активные приемники для ЭМ телеметрических сообщений, которые расположены в скважине, соседней со скважиной, в которой расположен ЭМ телеметрический передатчик. На фиг. 2 показан иллюстративный вариант осуществления, в котором скважинный инструмент 13, содержащий генератор 18 ЭМ телеметрических сигналов, предусмотрен в бурильной колонне 12 в скважине 11A. ЭМ телеметрический приемник 28 предусмотрен во второй скважине 11B. Скважина 11B может быть названа «коммуникационной скважиной», поскольку она используется для коммуникации (скважина 11B необязательно может иметь другие применения, помимо коммуникации).
[0033] Скважины 11A и 11B являются соседними друг относительно друга. В некоторых вариантах осуществления скважины 11A и 11B находятся в пределах 10 метров друг от друга. В некоторых вариантах осуществления скважины 11A и 11B находятся в пределах 100 метров друг от друга. В некоторых вариантах осуществления скважины 11A и 11B находятся в пределах 10 километров друг от друга.
[0034] Для ЭМ телеметрического приемника 28 обеспечено надежное соединение для передачи данных на поверхность. В некоторых вариантах осуществления ЭМ телеметрический приемник 28 имеет проводное соединение с поверхностью. Например, ЭМ телеметрический приемник 28 может быть подвешен на кабеле, который содержит ряд проводников сигналов, а также предпочтительно содержит силовые проводники, которые подают электроэнергию на ЭМ телеметрический приемник 28. Проводники сигналов могут содержать, например, электрические проводники и/или оптические волокна. Силовые проводники, когда они предусмотрены, могут быть отдельными или выполнять двойную функцию подачи электроэнергии на ЭМ телеметрический приемник 28 и переноса сигналов на ЭМ телеметрический приемник 28 и/или с него.
[0035] В качестве другого примера, ЭМ телеметрический приемник 28 может быть соединен с наземным оборудованием с помощью проводной бурильной трубы, скважинной системы высокоскоростной передачи данных (например, VAST™ или XACT™), акустической телеметрической системы или т. п. Такие системы могут быть слишком неоправданно дорогими для установки в каждой скважине, но может быть экономически эффективным установить такую систему в скважине 11B и использовать эту систему для приема данных со скважинных инструментов и/или доставки данных на них в одной или более соседних скважинах. Такая система может быть использована во время бурения скважины 11B. В некоторых вариантах осуществления система может быть использована во время бурения обеих скважин 11A и 11B. После того как скважина 11B была пробурена, систему можно оставить установленной в скважине 11B, и она может быть использована для приема и/или отправки телеметрических сигналов с систем телеметрии данных или на них в других скважинах, находящихся поблизости.
[0036] Когда передача данных между наземным оборудованием и ЭМ телеметрическим приемником 28 обеспечивается системой, поддерживаемой бурильной колонной, ЭМ телеметрический приемник 28 необязательно прикреплен с возможностью отсоединения к бурильной колонне. Соединение между ЭМ телеметрическим приемником 28 и системой связи может быть обеспечено посредством погружного соединения, содержащего стыкуемые соединители на бурильной колонне и ЭМ телеметрическом приемнике 28. Эта конструкция может позволить поднять ЭМ телеметрический приемник из ствола 11B скважины независимо от бурильной колонны.
[0037] Выбор технологии передачи данных для переноса данных на ЭМ телеметрический приемник 28 и с него в скважине 11B может зависеть от того, была ли скважина 11B пробурена предварительно или ее бурение происходит в данный момент. В случае, когда бурение скважины 11B происходит в данный момент, телеметрический приемник 28 необязательно предусматривает или присоединен для приема данных с датчиков измерений во время бурения (ИВБ) и/или каротажных датчиков и для ретрансляции этих данных на наземное оборудование. Такие данные могут помогать тем, кто управляет оборудованием для бурения скважины 11B. В других вариантах осуществления бурильная колонна, используемая для бурения скважины 11B, может иметь инструменты для сбора ИВБ и/или каротажных данных, отделенные от ЭМ телеметрического приемника 28, но совместно использующие канал передачи данных с поверхностью, который также используется ЭМ телеметрическим приемником 28.
[0038] ЭМ телеметрический приемник 28 является активным приемником, что означает, что ЭМ телеметрический приемник 28 содержит некоторую скважинную электронику для приема и обработки ЭМ телеметрических сигналов, которые исходят из генератора 18 ЭМ телеметрических сигналов. Например, на фиг. 3 показан иллюстративный ЭМ телеметрический приемник 28’, содержащий пару входов 29A-1 и 29A-2, которые находятся в электрическом контакте с соответствующими электродами 29B-1 и 29B-2.
[0039] Входы 29A-1 и 29A-2 соединены с каскадом 29C обработки аналоговых сигналов, который может содержать, например, усилитель 29D и фильтры 29E электрического шума. Выходные данные из каскада 29C обработки сигналов оцифровываются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 29F. Оцифрованный сигнал из АЦП 29F подается на каскад 29G цифровой обработки. Каскад 29G цифровой обработки может содержать, например, цифровой фильтр 29H и каскад 29I декодирования. Каскад 29I декодирования обрабатывает принятые сигналы с получением цифровых значений, закодированных в ЭМ телеметрическом сигнале, отправленном генератором 18 ЭМ телеметрических сигналов. Каскад 29I декодирования может необязательно проверять точность принятых сигналов путем распознавания структур (например, кадров) данных, закодированных в переданных сигналах, и проверки значений, таких как контрольные суммы, биты четности или другая информация верификации данных, закодированная в переданных сигналах. В альтернативных вариантах осуществления принятый сигнал оцифровывается и отправляется вверх по стволу скважины для декодирования/обработки наземным оборудованием.
[0040] Иллюстративный ЭМ телеметрический приемник 28’ содержит интерфейс 29J, который передает декодированные цифровые значения на поверхность, например, посредством одного или более проводников сигналов в кабеле, к которому присоединен ЭМ телеметрический приемник 28’. Управляющий процессор 29K управляет общей работой ЭМ телеметрического приемника 28’.
[0041] Как более подробно описано в данном документе, ЭМ телеметрический приемник может быть выполнен с возможностью многоканального приема, таким образом, он может принимать данные с двух или более скважинных инструментов 13 (которые могут быть расположены в одной соседней скважине 11A или в разных соседних скважинах 11A). В таких случаях ЭМ телеметрический приемник 28 может различать разные обнаруживаемые сигналы по частоте. Каждому скважинному инструменту 13 может быть присвоена разная частота связи. ЭМ телеметрический приемник 28 может применять активную фильтрацию (аналоговую, или цифровую, или комбинацию аналоговой и цифровой фильтрации) для разделения сигналов с разных скважинных инструментов 13.
[0042] В некоторых вариантах осуществления в скважине 11B предусмотрено два или более приемников 28. Каждый из приемников 28 необязательно может быть выполнен с возможностью приема телеметрических данных во множестве каналов. Когда используется система, описанная в данном документе, можно выбрать частоту или частоты, которые будет использовать конкретный скважинный инструмент 13 для передачи данных для приема в скважине 11B, для оптимизации одного или более из: ОСШ, скорости передачи данных, энергопотребления на скважинном инструменте 13 или т. п. В случаях, когда имеется два или более приемников 28 в скважине 11B, также можно выбрать один из приемников 28 для приема сигналов с конкретного скважинного инструмента 13 исходя из тех же факторов. Когда имеется множество скважинных инструментов 13, оптимизация может быть осуществлена с охватом всех скважинных инструментов 13. В таких случаях каналы и/или приемники могут быть присвоены таким образом, что в результате несколько ухудшается ОСШ или другой показатель передачи данных с одного скважинного инструмента 13 для получения лучшего качества передачи данных с другого скважинного инструмента 13. В некоторых вариантах осуществления выбор приемника 28 и/или частот осуществляется сначала для скважинных инструментов 13, для которых прием является наихудшим, а оставшиеся частоты и/или приемники 28 назначаются доступными для других скважинных инструментов 13, для которых прием является более хорошим.
[0043] В иллюстративном варианте осуществления система выполнена с возможностью измерения ОСШ сигналов, переданных со скважинного инструмента 13 и принятых в приемнике 28, для каждой из ряда различных частот. Это может быть осуществлено, например, путем обеспечения передачи каждым скважинным инструментом 13 пробного сигнала и приема пробных сигналов в приемнике 28. Когда имеется два или более приемников 28, пробные сигналы с каждого скважинного инструмента 13 могут быть приняты в каждом из двух или более приемников, и может быть определено ОСШ каждого из принятых сигналов. Конкретный канал для использования конкретным скважинным инструментом 13 может быть выбран путем определения доступного канала, который предлагает наилучшее ОСШ (или другой показатель качества сигнала).
[0044] В некоторых вариантах осуществления присваивание каналов передачи скважинным инструментам 13 может периодически повторяться. В таких вариантах осуществления конкретный скважинный инструмент 13 может быть изначально настроен на передачу на одной частоте и может впоследствии быть настроен на передачу на другой доступной частоте, которая предлагает лучшее ОСШ (или другой показатель качества сигнала). В таких системах сигналы с конкретного скважинного инструмента 13 могут изначально приниматься на одном приемнике 28 в скважине 11B, а впоследствии могут приниматься на втором приемнике 28 в скважине 11B. Первый и второй приемники 28 могут быть разнесены друг от друга вдоль скважины 11B.
[0045] Не обязательно, чтобы ЭМ телеметрический приемник 28 содержал все компоненты иллюстративного ЭМ телеметрического приемника 28’, показанные на фиг. 3. Например, в некоторых вариантах осуществления ЭМ телеметрический приемник 28 находится в высокоскоростной цифровой связи с наземным оборудованием. В некоторых таких вариантах осуществления выходные данные оцифрованного сигнала АЦП 29F могут быть переданы на наземное оборудование. Дополнительная обработка и декодирование могут быть осуществлены в наземном оборудовании. Скважинный ЭМ телеметрический приемник 28 осуществляет достаточную обработку принятых сигналов для выдачи данных, которые могут быть переданы на наземное оборудование по существу без потери качества. Обработка, такая как: частотная фильтрация, декодирование, измерение ОСШ или другого показателя (показателей) качества сигнала, присваивание каналов скважинным инструментам 13 и/или присваивание приемников 28 скважинным инструментам 13, может быть осуществлена в наземном оборудовании.
[0046] ЭМ телеметрический приемник 28 необязательно может быть спарен или объединен с ЭМ телеметрическим передатчиком 29 для упрощения двунаправленной передачи данных со скважинным инструментом 13 с использованием ЭМ телеметрических сигналов. В таких вариантах осуществления данные для передачи на скважинный инструмент 13 могут быть доставлены посредством кабеля на ЭМ телеметрический передатчик 29 и переданы из местоположения в скважине ЭМ телеметрического передатчика 29 в скважине 11B на скважинный инструмент 13 в скважине 11A.
[0047] На фиг. 4 показана иллюстративная ЭМ телеметрическая система 40, которая может быть установлена в одной скважине 11B для связи со скважинным инструментом 13 в другой скважине 11A. ЭМ телеметрическая система 40 содержит скважинный приемник 28, который может быть таким, как описано выше, поддерживаемый на кабеле 42. Кабель 42 подается в скважину 11B с лебедки 44. Кабель 42 является достаточно длинным для опускания ЭМ телеметрического приемника 28 на требуемую глубину в скважине 11B. Положение ЭМ телеметрического приемника 28 в скважине 11B можно корректировать вверх или вниз, управляя лебедкой 44.
[0048] Наземное оборудование 45 принимает данные со скважинного инструмента 13 и может осуществлять что-либо одно или более из:
• декодирования данных;
• хранения данных;
• отображения данных;
• распределения данных в местоположения, в которых они нужны;
• определения оптимальных каналов и/или приемников и/или проводниковых элементов для использования при приеме сигналов с разных скважинных инструментов 13;
• управления скважинными инструментами 13 для передачи с использованием присвоенных каналов или частот; и
• дополнительной обработки данных.
[0049] В иллюстративном варианте осуществления согласно фиг. 4 наземное оборудование 45 содержит интерфейс 45A, присоединенный для приема сигналов с кабеля 42, источник 45B питания, который подает электроэнергию на ЭМ телеметрический приемник 28 посредством кабеля 42, процессор/контроллер 45C, который работает под управлением программных команд в программном хранилище 45D для надлежащего обращения с принятыми данными; дисплей 45E, на котором процессор 45C может отображать данные; интерфейс 45F связи с поверхностью, с помощью которого принятые данные могут быть отправлены на другие устройства, такие как дисплей, удаленный от наземного оборудования 45, облачное хранилище, портативные устройства или т. п.; хранилище 45G данных, в котором могут храниться принятые данные, интерфейс 45H пользователя, с помощью которого пользователь может взаимодействовать с наземным оборудованием 45 и управлять его работой.
[0050] Интерфейс 45F связи с поверхностью может содержать один или более проводных или беспроводных интерфейсов, которые могут включать беспроводные интерфейсы, такие как WiFi, Bluetooth™, ZigBee™, Ubiquiti™, 3G, 4G, LTE или другие, и/или проводные интерфейсы, такие как Ethernet или т. п.
[0051] Устройство 40 и скважинный инструмент 13 могут быть отрегулированы различными способами для оптимизации связи между устройством 40 и скважинным инструментом 13. Они включают:
регулировку местоположения ЭМ телеметрического приемника 28 в скважине 11B;
регулировку местоположений электродов, используемых конкретным ЭМ телеметрическим приемником 28 для приема ЭМ телеметрических сигналов со скважинного инструмента 13;
выбор одного среди множества ЭМ телеметрических приемников 28 для приема сигналов со скважинного инструмента 13; и/или
регулировку характера ЭМ телеметрических сигналов, переданных со скважинного инструмента 13.
[0052] В некоторых вариантах осуществления некоторые или все из этих регулировок могут осуществляться автоматически. В типичных вариантах применения местоположение скважинного инструмента 13 в скважине 11A изменяется со временем (например, по мере бурения скважины 11A вглубь). В таких случаях описанные выше регулировки могут осуществляться периодически или непрерывно для поддержания эффективной передачи данных с инструмента 13 на наземное оборудование 45. Такие непрерывные или периодические регулировки могут осуществляться автоматически.
[0053] Регулировка местоположения ЭМ телеметрического приемника 28 в скважине 11B может включать физическое перемещение ЭМ телеметрического приемника 28 вверх или вниз в скважине 11B (например, с использованием лебедки для подъема или опускания кабеля, поддерживающего ЭМ телеметрический приемник 28 в скважине 11B) и/или выбор одного из множества ЭМ телеметрических приемников, разнесенных друг от друга в скважине 11B, для связи со скважинным инструментом 13.
[0054] Телеметрический приемник 28 необязательно может обрабатывать принятые сигналы различными способами. Например, телеметрический приемник 28 может извлекать данные из принятых сигналов и доставлять данные на наземное оборудование 45 в цифровой форме. В некоторых вариантах осуществления телеметрический приемник 28 извлекает данные и коды обнаружения ошибок и/или исправления ошибок из принятых телеметрических сигналов и обрабатывает извлеченные данные с кодами обнаружения ошибок и/или исправления ошибок для обнаружения и/или исправления ошибок в данных. Когда обнаружены ошибки, телеметрический приемник 28 необязательно может предпринять действия для получения данных без ошибок, например, путем управления скважинным телеметрическим передатчиком для передачи сигнала с запросом о повторной отправке данных.
[0055] Не обязательно, чтобы скважина 11B имела размер, необходимый для производства углеводородов или для других производственных целей. В некоторых вариантах осуществления скважина 11B может быть меньше в диаметре, чем скважина 11A. Это преимущественно может увеличить скорость и снизить стоимость бурения скважины 11B по сравнению со скважиной большего диаметра. Скважина 11B может быть достаточно большой, чтобы вместить приемник 28. Кроме того, скважина 11B может быть заполнена флюидом, выбранным так, чтобы иметь хорошие свойства приема ЭМ телеметрических сигналов. Например, флюид в скважине 11B может предоставлять высокое удельное электрическое сопротивление. Например, скважина 11B может быть заполнена подходящей промывочной жидкостью на нефтяной основе. Выполнение скважины 11B относительно маленькой в диаметре также преимущественно уменьшает количество флюида, требуемого для заполнения скважины 11B, когда это требуется.
[0056] В некоторых вариантах применения один или более ЭМ телеметрических приемников 28 в одной скважине 11B могут принимать сообщения с данными со скважинных инструментов 13 во множестве соседних скважин. В случае, когда скважина 11B содержит несколько разнесенных ЭМ телеметрических приемников 28, данные с разных скважинных инструментов 13 могут быть ретранслированы на поверхность посредством разных ЭМ телеметрических приемников 28. ЭМ телеметрический приемник 28 может ретранслировать данные на поверхность от одного или более скважинных инструментов 13 в одном или более соседних стволах скважин.
[0057] Местоположения электродов, используемые для приема ЭМ телеметрических сигналов в ЭМ телеметрическом приемнике 28, можно отрегулировать, предоставив несколько электродов и выбрав одну или более пар электродов. ЭМ телеметрические сообщения затем могут быть обнаружены путем отслеживания дифференциала напряжения между выбранной парой (парами) электродов.
[0058] На фиг. 5 показан иллюстративный вариант осуществления, в котором ЭМ телеметрический приемник 28’’ содержит удлиненный зонд 50. Зонд 50 имеет корпус 52, который имеет электропроводные части 53, разнесенные вдоль него. Показанный зонд 50 имеет электропроводные секции 53A–53F. В других вариантах осуществления предусмотрено больше или меньше электропроводных секций 53.
[0059] Зонд 50 содержит механизм выбора, используемый для выбора того, какую пару (пары) электропроводных секций 53 отслеживать для обнаружения ЭМ телеметрических сигналов со скважинного инструмента 13. В некоторых вариантах осуществления этот механизм обеспечивает возможность обнаружения ЭМ телеметрических сигналов с разных скважинных инструментов 13 с использованием одних и тех же или разных пар электропроводных секций 13.
[0060] Механизм выбора может иметь широкий диапазон различных форм. Они включают:
предоставление сети электрически управляемых переключателей, которые могут быть выполнены с возможностью присоединения любой пары электропроводных участков 53 к входам дифференциального усилителя;
предоставление дифференциального усилителя, имеющего один вход, присоединенный к одному из электропроводных участков 53, который служит как электрод сравнения, и сети электрически управляемых переключателей, которые могут быть выполнены с возможностью присоединения любого другого из электропроводных участков 53 к другому входу дифференциального усилителя;
предоставление нескольких дифференциальных усилителей, каждый из которых присоединен для отслеживания разностей потенциалов между парой электропроводных участков 53, и сети электрически управляемых переключателей, которые могут быть выполнены с возможностью присоединения выхода выбранного одного из усилителей для преобразования в цифровую форму одним или более АЦП;
предоставление нескольких дифференциальных усилителей, каждый из которых присоединен для отслеживания разностей потенциалов между парой электропроводных участков 53, оцифровку выходных данных с дифференциальных усилителей и выбор в программном обеспечении, которое оцифровывает выходной элемент данных (выходные данные) для обработки с целью декодирования ЭМ телеметрических сигналов со скважинного инструмента 13; и/или
оцифровку разности электрических потенциалов между опорным потенциалом и каждым из проводящих участков и обработка нескольких пар оцифрованных сигналов для вычисления связанных показателей качества сигналов с использованием одного или более АЦП вместе с подходящим усилением и/или нормированием сигнала.
[0061] Обработка принятых сигналов и определение того, какие пары электропроводных участков использовать для приема сигналов со скважинного инструмента 13, могут быть осуществлены в скважине (например, в зонде 50 или в приемнике 28) или в наземном оборудовании или с использованием комбинации скважинного и наземного оборудования.
[0062] В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, электропроводные участки 53 предоставлены частями стенки герметичного корпуса зонда 50. Электропроводные участки 53 отделены друг от друга электроизолирующими кольцами 54.
[0063] В некоторых вариантах осуществления множество скважинных зондов разнесены вдоль скважины 11B. Скважинные зонды могут, например, быть разнесены вдоль кабеля, который обеспечивает проводники сигналов, соединяющие каждый из скважинных зондов с наземным оборудованием. Каждый из скважинных зондов может содержать корпус, содержащий электронику, присоединенную для измерения разностей электрических потенциалов между одной или более парами множества электродов, связанных со скважинным зондом. В некоторых вариантах осуществления некоторые или все проводники содержат электропроводные части корпуса зонда. В некоторых вариантах осуществления каждый из нескольких зондов содержит электронику для отдельного приемника 28.
[0064] В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено два или более зондов 50. Зонды 50 могут быть разнесены и соединены друг с другом таким образом, что возможный выбор пар проводящих участков для отслеживания включает пары, образованные из выбранного проводящего участка 53 из одного из зондов 50 и выбранного проводящего участка из другого из зондов 50.
[0065] Телеметрические сигналы, переданные со скважинного инструмента 13, могут быть отрегулированы в отношении одного или более из следующего (что можно в совокупности назвать параметрами ЭМ-передачи или обособленно параметром ЭМ-передачи):
уровень мощности (напряжение и/или ток);
частота передачи;
количество циклов на бит; и/или
схема кодирования данных.
Регулировка любого из параметров ЭМ-передачи включает предоставление команд или другой обратной связи на скважинный инструмент 13. Они могут быть предоставлены посредством ЭМ телеметрического передатчика, который объединен с ЭМ телеметрическим приемником 28 или другим доступным каналом связи.
[0066] Схема кодирования данных может включать протокол низкого уровня. Протокол низкого уровня управляет кодированием отдельных битов данных. Протокол низкого уровня может быть выполнен на основе импульса или на основе несущей. В вариантах осуществления изобретения может применяться любая подходящая схема для кодирования данных в ЭМ телеметрическом сигнале. Такие схемы могут включать:
КФМн (квадратурную фазовую манипуляцию);
ДФМн (двоичную фазовую манипуляцию);
ЧМн (частотную манипуляцию);
КАМ (квадратурную амплитудную модуляцию);
8АМн (8-амплитудную манипуляцию);
АФМн (амплитудно-фазовую манипуляцию);
и т. п.
Могут быть применены схемы, использующие любые подходящие комбинации изменений фазы, амплитуды, времени импульсов и/или частоты для передачи данных.
[0067] В схеме кодирования ФМн (фазовой манипуляции) может использоваться ряд циклов (на текущей частоте) для передачи каждого символа. Количество циклов, используемых для передачи каждого символа, можно изменять. Например, в средах с низким уровнем шума можно успешно передавать символы ЭМ-телеметрии с использованием двух циклов на символ. В средах с более высоким уровнем шума для передачи каждого символа может быть желательным или необходимым использовать три цикла (или более).
[0068] Схема кодирования данных также может устанавливать протокол обнаружения и/или исправления ошибок. Например, предусмотрено использование бита четности, или одного или более CRC-битов, или т. п.
[0069] На более высоком уровне схема кодирования данных может управлять упорядочением конкретным данных для передачи. На этом уровне схема кодирования данных может решать такие вопросы, как формат кадров данных (как размер кадра, так и состав), а также то, какие конкретные данные передаются в каждом кадре.
[0070] Оптимизация передачи данных со скважинного инструмента 13 на ЭМ телеметрический приемник 28 может использовать один или более показателей. Они могут включать одно или более из:
отношения сигнал/шум (ОСШ);
интенсивности сигнала на ЭМ телеметрическом приемнике 28;
достижимой постоянной скорости передачи данных;
стоимости на бит переданных данных (стоимость может быть выражена в мощности, используемой для передачи бита данных, при этом более низкая стоимость на бит может позволить более долгую работу скважинного инструмента 13 на одном комплекте батарей, когда скважинный инструмент 13 питается от батарей);
взвешенной комбинации двух или более из них (необязательно включая другие факторы);
и т. п.
[0071] Настоящая технология имеет иллюстративные применения в случаях, когда существенное количество стволов скважин пробурены на близком расстоянии, например, на кустовой площадке. В таких случаях пилотный ствол скважины часто бурят в первую очередь с целью получения информации, касающейся глубинных пластов. В таких случаях один или более ЭМ телеметрических приемников могут быть введены в пилотную скважину и использованы для помощи в бурении других скважин на кустовой площадке. Пилотные скважины часто затрамбовывают, а затем пробуривают боковой ствол скважины для обеспечения горизонтальной секции после того, как они были пробурены. Трамбование пилотной скважины может быть отложено, пока не будут пробурены остальные скважины на кустовой площадке.
[0072] В некоторых вариантах осуществления данные, переданные посредством ЭМ телеметрического приемника в скважине 11B, предназначены для применения в одном или более местоположениях, отличных от наземного оборудования 45. Например, на фиг. 6 схематически показана обстановка 60 проведения бурильных работ, в которой группа скважин 11 запланирована на кустовой площадке 62. В этом примере буровые установки 63A, 63C и 63D (в совокупности установки 63) осуществляют бурение скважин 11A, 11C и 11D соответственно. Каждая установка 63 связана с соответствующим наземным оборудованием 64, которое может быть использовано персоналом для просмотра информации, касающейся бурения соответствующей скважины 11.
[0073] Скважина 11B содержит ЭМ телеметрический приемник 28 и наземное оборудование 45, присоединенное для приема данных с ЭМ телеметрического приемника 28. Скважина 11B могла быть пробурена заранее (например, в качестве пилотной скважины), или ее могут бурить одновременно со скважинами 11A, 11C и 11D.
[0074] В некоторых вариантах осуществления в скважине, которую бурят, применяют телеметрический передатчик с высокой скоростью передачи данных, такой как проводная бурильная колонна, VAST или XACT. Эта буровая система также применяет устройство приемника для приема с нескольких стволов скважин, находящихся поблизости. Таким образом, пилотное отверстие не является необходимым, и высокоскоростная телеметрия применяется во время активного бурения.
[0075] На фиг. 6 схематически показана линиями 65A, 65C и 65D (в совокупности сообщения 65) передача данных в виде ЭМ телеметрических сигналов с ЭМ телеметрических передатчиков в скважинах 11A, 11C и 11D на соответствующий ЭМ телеметрический приемник 28 в скважине 11B. Сообщения 65 отличимые друг от друга, например, с помощью передачи на разных частотах и/или с помощью предоставления идентификатора (ID) передачи, указывающего источник сигнала.
[0076] Наземное оборудование 45, связанное со скважиной 11B, обменивается данными с наземным оборудованием 64. Этот обмен данными может быть обеспечен любым подходящим способом, например, с помощью технологии беспроводной передачи данных, такой как WiFi или Ubiquiti™, или сотовой передачи данных или т. п., или с помощью проводной сети передачи данных, такой как сеть Ethernet.
[0077] Наземное оборудование 45 может содержать переключатель, который направляет принятые данные со скважины 11A на наземное оборудование 64A, данные со скважины 11C на наземное оборудование 64C и так далее. Любые данные со скважины 11B могут быть отображены на наземном оборудовании 45. Связь между конкретными сообщениями 65 и конкретным наземным оборудованием 64 может быть установлена во время оптимизации сообщений 65, как рассмотрено более подробно в другой части данного документа. В случае, когда несколько инструментов 13 в разных скважинах 11 передают данные на ЭМ телеметрический приемник 28, оптимизация сообщений 65 может привести к назначению конкретных параметров передачи, таких как конкретная частота или частоты, конкретный способ кодирования данных, конкретный формат данных и т. д., каждому инструменту 13.
[0078] Наземное оборудование 45 может поддерживать или иметь доступ к таблице, которая связывает назначенную частоту или частоты и/или идентификатор, закодированный в принятом сигнале, с соответствующим одним из наземного оборудования 64. Поскольку данные принимаются на наземном оборудовании 45, наземное оборудование 45 определяет частоту, используемую для передачи этих данных, и/или декодирует идентификатор, закодированный в переданных данных, и использует таблицу для направления данных на правильное наземное оборудование 45. В другом иллюстративном варианте осуществления наземное оборудование 45 распространяет принятые данные по нескольких наборам наземного оборудования 64 вместе с информацией, такой как принятая частота и/или идентификатор, которая может быть использована соответствующим наземным оборудованием 64 для идентификации соответствующих ему данных.
[0079] Обратная передача данных с наземного оборудования 64 на скважинный инструмент 13 в соответствующей скважине 11 может быть осуществлена аналогичным образом. В некоторых вариантах осуществления ЭМ телеметрическим сообщениям с передатчика в стволе 11B скважины на инструмент 13 в другом стволе 11 скважины и ЭМ телеметрическим сообщениям с инструмента 13 на ЭМ телеметрический приемник 28 в стволе 11B скважины присвоены разные частоты.
[0080] В некоторых вариантах осуществления выбор частоты, и/или передатчика, и/или пары электрических контактов, используемых для передачи ЭМ телеметрических сигналов со ствола 11B скважины на конкретный скважинный инструмент в скважине 11A, может быть основан на той же информации, которая описана выше для выбора конфигурации системы для приема сообщений со скважинного инструмента 13. В других вариантах осуществления скважинные инструменты 13 выполнены с возможностью отслеживания качества принятых ЭМ телеметрических сигналов, и обратная «нисходящая» передача данных может быть использована для реконфигурации передатчиков для оптимального приема, скорости передачи данных или наборов данных.
[0081] Существуют некоторые преимущества и возможности, так как настоящая технология как передает, так и принимает ЭМ телеметрические сигналы в подземных местоположениях. Одно преимущество перед традиционной ЭМ-телеметрией состоит в том, что сигналы подвергаются более слабым электромагнитным помехам с наземного оборудования, чем в случае, когда ЭМ телеметрические сигналы обнаруживаются в приемнике, расположенном на поверхности.
[0082] Другое преимущество состоит в том, что общее затухание ЭМ телеметрического сигнала может быть меньше для сообщения 65, чем для сообщения со скважинного инструмента 13 на поверхность. Это может иметь место, например, потому что местоположение в скважине ЭМ телеметрического приемника 28 может быть ближе к скважинному инструменту 13, чем к поверхности, и/или подземные пласты могут переносить ЭМ телеметрические передачи в горизонтальных направлениях более легко, чем в вертикальных направлениях, которые пересекают проводящие пласты.
[0083] Другое преимущество состоит в том, что глубина ЭМ телеметрического приемника 28 в скважине 11B может быть изменена для оптимального приема, что является степенью свободы, недоступной для расположенного на поверхности ЭМ телеметрического приемника.
[0084] Поскольку подземная среда может иметь более слабые электромагнитные помехи и/или более слабое ослабление, чем наземное оборудование, скважинные инструменты 13 могут передавать ЭМ телеметрические сигналы на более низких уровнях мощности, чем было бы необходимо для передачи данных непосредственно на наземное оборудование, и/или могут передавать с более высокими скоростями передачи данных, чем было бы применимо для передачи данных непосредственно на наземное оборудование. В некоторых случаях скважинные инструменты 13 могут передавать ЭМ телеметрические сигналы на значительно более высоких частотах передачи данных, чем частоты, принимаемые на наземном оборудовании (которые обычно не превышают 20 Гц и часто находятся в диапазоне от ½ Гц до 12 Гц). Например, в некоторых вариантах осуществления скважинные инструменты 13 передают ЭМ телеметрические сигналы на частотах 30 Гц или более. В некоторых случаях сообщения 65 могут быть обнаружены на ЭМ телеметрическом приемнике 28, когда имеют частоты в диапазоне от сотен герц до сотен килогерц. В некоторых вариантах осуществления более высокие частоты назначены скважинным инструментам 13 ближе к ЭМ телеметрическому приемнику 28, а более низкие частоты назначены скважинным инструментам 13 дальше от ЭМ телеметрического приемника 28. Доступность более высоких частот для ЭМ телеметрических передач обеспечивает большее количество не вызывающих помех полос частот передачи, которые присваивают при передачах на разные скважинные инструменты 13 и с них, чем в случае, когда применимы только частоты ниже20 Гц.
[0085] Поскольку ЭМ телеметрический передатчик 29 в скважине 11B может питаться с поверхности (например, посредством кабеля), может быть удобно использовать сообщения с ЭМ телеметрического передатчика 29, принятые на инструментах 13, для оптимизации электромагнитной передачи данных с инструментов 13 на ЭМ телеметрический приемник 28. Питаемый с поверхности передатчик может быть использован на относительно высоких уровнях мощности без расхода мощности батареи. В некоторых вариантах осуществления ЭМ телеметрический передатчик 29 используют для передачи сигналов на каждой из ряда разных частот в каждом из ряда местоположений в скважине 11B. Один или более скважинных инструментов 13, которые обнаруживают сигналы с ЭМ телеметрического передатчика 29, могут сигнализировать о том, что сигналы были обнаружены, и могут предоставлять данные, касающиеся обнаруженных сигналов, такие как интенсивность сигнала, шум и т. д. Эти данные могут затем быть обработаны для выбора подходящих параметров для передач 65, исходящих со скважинного инструмента 13.
[0086] Различные механизмы могут быть использованы скважинным инструментом 13 для подтверждения приема сигнала от ЭМ телеметрического передатчика 29. Например, скважинный инструмент 13 может содержать систему гидроимпульсной телеметрии, которая может использоваться для передачи данных, характеризующих принятые сигналы, на наземное оборудование, или скважинный инструмент 13 может передавать данные, характеризующие принятый сигнал, посредством ЭМ-телеметрии для приема на наземном оборудовании или в ЭМ телеметрическом приемнике 28. Скважинный инструмент 13 может передавать данные с использованием традиционных ЭМ телеметрических параметров (например, относительно высокой мощности и низкой частоты), чтобы повысить вероятность приема данных.
[0087] Иллюстративный способ 70 оптимизации показан на фиг. 7. Способ 70 начинается с расположения одного или более скважинных инструментов 13 в стволах 11 скважины, соседних со стволом 11B скважины. В блоке 71 ЭМ телеметрический передатчик 29 (который может быть расположен совместно с и/или объединен с ЭМ телеметрическим приемником 28) перемещают на требуемую глубину в скважине 11B.
[0088] В блоке 72 с ЭМ телеметрическим передатчиком 29 на требуемой глубине используют ЭМ телеметрический передатчик 29 для выдачи ЭМ телеметрического сигнала. Сигнал не должен передавать какие-либо конкретные данные. Сигнал может быть передан на одной или более частотах одновременно.
[0089] В блоке 73 сигнал обнаруживается в скважинном инструменте 13. В блоке 74 скважинный инструмент 13 рассчитывает и передает характеристики принятого сигнала. Характеристики могут включать интенсивность сигнала и уровень шума (или отношение сигнал/шум). Если сигнал содержит несколько частотных компонентов, скважинный инструмент может определять характеристики для каждого частотного компонента. Скважинный инструмент 13 может содержать приемник ЭМ телеметрических сигналов, который подобен или аналогичен ЭМ телеметрическому приемнику 28. В блоке 75 данные, характеризующие сигнал, принимаются и регистрируются.
[0090] В других вариантах осуществления сигналы передаются в противоположном направлении (т. е. со скважинного инструмента 13 на приемник 28), и необходимая обработка выполняется в приемнике 28 и/или в наземном оборудовании 45.
[0091] В случаях, когда есть множество скважинных инструментов 13, блоки 72–74 могут быть выполнены для каждого скважинного инструмента 13, который обнаруживает сигнал. Скважинные инструменты 13, которые не обнаруживают сигнал, могут не совершать каких-либо действий.
[0092] В блоке 75 принимается решение, все ли требуемые местоположения для ЭМ телеметрического передатчика 29 в скважине 11B были испытаны. Если да, способ 70 переходит к блоку 77. В ином случае (т. е., результат отрицательный в блоке 75), в блоке 76 задается следующая требуемая глубина, и способ 70 возвращается обратно к блоку 72.
[0093] В блоке 77 данные, принятые со скважинного инструмента (скважинных инструментов) 13, обрабатываются для определения наилучшей глубины для ЭМ телеметрического приемника 28 (соответствующей наилучшему приему, в среднем, скважинным инструментом (скважинными инструментами) 13 сигналов с ЭМ телеметрического передатчика 29) и для определения ЭМ телеметрических параметров для использования каждым из скважинных инструментов 13 для генерирования телеметрического сообщения (телеметрических сообщений) 65. В ходе этой обработки может быть предпринята попытка найти параметры, которые достигают любой из ряда разных целей, таких как: приемлемый прием с минимальным потреблением мощности (или минимальной стоимостью на бит); наиболее надежный прием; самая быстрая и надежная скорость передачи данных; самое низкое ОСШ; требуемый баланс перечисленного выше или т. п.
[0094] В блоке 78 скважинный инструмент (скважинные инструменты) 13 выполняют с возможностью использования параметров телеметрии, установленных в блоке 77. Поскольку телеметрическая связь была установлена между скважинным инструментом (скважинными инструментами) 13 и ЭМ телеметрическим приемником 28, процесс настройки может быть выполнен для поддержания качества сообщений 65. В некоторых вариантах осуществления процесс настройки включает перемещение ЭМ телеметрического приемника 28 вверх по стволу или вниз по стволу в скважине 11B и отслеживание того, как в результате изменяются характеристики принятых телеметрических сообщений 65. Этот процесс может быть выполнен автоматически для поддержания оптимального приема сообщений 65.
[0095] В некоторых случаях скважинный инструмент 13 находится в скважине, которую бурят, таким образом скважинный инструмент 13 перемещается глубже в землю по мере углубления скважины. В некоторых вариантах осуществления ЭМ телеметрический приемник 28 в другой скважине 11B может автоматически продвигаться вниз по стволу скважины с такой же или подобной скоростью, когда скважинный инструмент 13 перемещается глубже в свою скважину 11A. Эта регулировка положения может выполняться вручную или автоматически. Эта регулировка положения может осуществляться непрерывно или с периодичностью. Регулировка положения для поддержания телеметрического приемника на глубине, подобной глубине скважинного инструмента 13, может быть объединена с оптимизацией положения, например, как описано выше в отношении фиг. 7. Эта регулировка положения может выполняться путем перемещения одного ЭМ телеметрического приемника 28 или может выполняться полностью или частично путем выбора среди множества ЭМ телеметрических приемников 28, которые находятся на разных глубинах.
[0096] В некоторых вариантах осуществления множество ЭМ телеметрических приемников 28 разнесены друг от друга (например, на расстояние от 100 до 1000 футов – приблизительно от 30 до 300 м). Например, ЭМ телеметрические приемники 28 могут быть разнесены вдоль кабеля. В таких вариантах осуществления способ 70 может включать выбор разных ЭМ телеметрических приемников 28 для приема сигналов с разных скважинных инструментов 13. Этот выбор может быть основан, например, на самом лучшем ОСШ или самой высокой интенсивности сигнала.
[0097] Если сообщения 65 с конкретного скважинного инструмента 13 начинают быть ненадежными (например, ОСШ снижается до уровня, который ниже требуемого, или интенсивность принятого сигнала падает ниже некоторого порогового значения), то скважинный инструмент может быть перенастроен для изменения параметров сообщений 65, например, путем увеличения мощности, уменьшения частоты, переключения на использование большего количества циклов на бит при передаче или т. п. Дополнительно или альтернативно, ЭМ телеметрический приемник 28 может переключаться на другую комбинацию электродов, которая обеспечивает лучший прием для сообщений 65.
[0098] Если ОСШ для сообщений с конкретного скважинного инструмента 13 выше порогового значения, то скважинный инструмент 13 необязательно выполняют с возможностью передачи ЭМ телеметрических сигналов способом, который увеличивает скорость передачи данных (например, путем переключения на более высокую частоту передачи данных и/или снижения количества циклов/бит), и/или снижается потребление мощности (например, путем снижения тока и/или напряжения передаваемых сигналов и/или путем переключения на способ кодирования, с помощью которого передается больше битов при уменьшенной мощности на бит).
[0099] Поскольку ЭМ телеметрический приемник 28 может обслуживать большое количество инструментов 13, он остается экономически эффективным для обеспечения результативного аппаратного обеспечения в качестве части ЭМ телеметрического приемника 28. Например, ЭМ телеметрический приемник 28 может содержать результативные малошумяшие усилители, имеющие высокое разрешение (например, 32-битные) АЦП и значительную мощность обработки данных для выполнения результативной цифровой фильтрации, декодирования сигналов и измерений ОСШ в скважине. ЭМ телеметрический приемник 28 необязательно может содержать память для записи данных со скважины 11B и/или с одной или более скважин 11A. Кроме того, ЭМ телеметрический приемник 28 может содержать систему управления, которая адаптирует свою работу на наилучшую телеметрическую передачу данных со скважинных инструментов 13 и/или на них. Например, система управления может отслеживать каждое сообщение 65 с использованием разных пар разнесенных электродов и использовать наилучшую пару электродов для обработки сигнала. В некоторых вариантах осуществления система управления непосредственно или опосредованно управляет лебедкой, которая задает глубину скважинного приемника 28 в скважине 11B. Лебедкой можно управлять автоматически для подъема и/или опускания скважинного приемника 28 для обеспечения идентификации системой управления оптимальной глубины для приема сообщений 65.
[0100] В некоторых вариантах осуществления данные в результате каротажа скважины 11B используются для прогнозирования хороших и плохих глубин для ЭМ телеметрического приемника 28. Каротаж может, например, включать измерения удельного электрического сопротивления. Такие измерения, взятые вместе с известной глубиной скважинного инструмента (скважинных инструментов) 13, могут быть использованы для прогнозирования глубины плохого приема сообщений 65 (например, глубин, в которых пласты имеют высокую удельную электропроводность, или глубин, в которых пласты с высокой удельной электропроводностью в значительной мере блокируют пути между скважинным инструментом 13 и ЭМ телеметрическим приемником 28).
[0101] ЭМ-сигналы, которыми обмениваются между скважинными инструментами 13 в одной или более скважинах 11A и одном или более передатчиках 29 и/или приемниках 28 в скважине 11B, могут необязательно быть обработаны для получения информации об относительных положениях и траекториях скважин 11. Эта информация может применяться для бурения множества скважин, имеющих конкретное геометрическое отношение друг к другу, и/или для проверки геометрического отношения набора скважин. Например, может быть желательным бурить группу скважин, все из которых являются параллельными друг другу. На фиг. 8 показан пример набора скважин, предусмотренных для бурения с гравитационным дренажом с применением пара (SAGD). SAGD является только одним иллюстративным применением. Этот аспект изобретения не ограничен бурением скважин по технологии SAGD.
[0102] На фиг. 9 схематически показана часть группы стволов скважин для использования в SAGD, и проиллюстрировано, почему желательно управлять положениями стволов скважин. Когда два ствола скважин подходят слишком близко друг к другу, это может привести к «короткому замыканию паром» (когда пар эффективно проникает через зону, представленную пунктирной линией, во второй ствол скважины, оставляя оставшуюся «продуктивную зону» без подачи пара и, таким образом, делая ее неэксплуатационной). На фиг. 9 также показаны холодные зоны, где первичные и вторичные скважины находятся снаружи от «продуктивной зоны», таким образом пар не может нагревать необходимую зону для поддержания продуктивности и является, таким образом, неэффективным. Проблемы этих типов могут быть уменьшены путем точного бурения группы стволов скважин SAGD.
[0103] На фиг. 9 первичный ствол 110 скважины с горизонтальной секцией 110A пробуривают через необходимый пласт 120. Бурение может быть выполнено, например, посредством технологий бурения, известных специалистам в данной области техники. На фиг. 9 также показан иллюстративный вторичный ствол 170 скважины, пробуренный с использованием буровой установки 180, которая двигает бурильную колонну 190. Любые подходящие способы направленного бурения могут применяться для направления бурения вторичного ствола 170 скважины (включая способы направленного бурения, известные специалистам в данной области техники). Компоновка низа бурильной колонны (КНБК) 200 прикреплена к низу бурильной колонны 190 и имеет буровое долото 210, прикрепленное к ее нижнему концу. КНБК 200 может содержать множество секций бурильной колонны 190 и может включать систему измерения во время бурения (MWD). Скважинный инструмент 13A включен в КНБК. Местоположение вторичного ствола 170 скважины относительно первичного ствола 110 скважины может быть определено путем нахождения расстояний между скважинным инструментом 13A и: одним или более другими скважинными инструментами 13; приемником 28 в первичном стволе 110 скважины и/или передатчиком 29 в первичном стволе 110 скважины.
[0104] Использование ЭМ-сигналов для определения расстояний между разными скважинными устройствами может быть выполнено различными способами, включая любое одно или более из:
• проведения измерений времени распространения для ЭМ-сигналов, передаваемых в любом направлении между одним или более скважинными инструментами 13 и одним или более приемниками 28 сигналов;
• отслеживания затухания принимаемых ЭМ-сигналов, которые были переданы в любом направлении между скважинным инструментом 13 и приемником 28 сигналов;
• отслеживания того, как фазы принимаемых сигналов изменяются с частотой, описанной выше, например, в документе US6859761;
• приспособления технологий, описанных в документе «Dynamic Fine-Grained Localization in Ad-Hoc Wireless Sensor Networks» за авторством Savvides, Andreas; Han, Chih-Chieh; Srivastava, Mani B., Центр разработки встраиваемых сенсорных сетей (Center for Embedded Network Sensing), 2001 г. относительно частот ЭМ телеметрических сигналов.
Такие измерения могут проводиться между несколькими парами скважинного инструмента 13 и приемником 28 сигналов. Расстояния, измеряемые между несколькими источниками сигналов и приемниками сигналов, могут использоваться вместе с известными местоположениями некоторых из источников сигналов и/или приемников сигналов для триангуляции положений других источников сигналов и/или приемников сигналов. Поскольку источники сигналов и приемники сигналов расположены в стволах скважин, определение положений источников сигналов и/или приемников сигналов в одном стволе скважины предоставляет информацию, касающуюся траектории ствола скважины. Эта информация может быть сделана доступной в реальном времени или почти в реальном времени в некоторых вариантах осуществления.
[0105] Данные измерения, взятые в комбинации с моделями, которые соотносят время распространения и/или затухание с расстоянием, могут быть использованы, например, для триангуляции с целью определения расстояний и/или направлений к скважинным инструментам 13 от разных передатчиков 29 и/или приемников 28 в скважине 11B. Модели могут необязательно быть основаны частично на измерениях свойств, таких как удельное электрическое сопротивление, реактивное сопротивление или т. п., определяемых путем каротажа во время бурения одной или более скважин 11A и 11B.
[0106] Наличие скважин 11A и 11B, которые соответственно содержат скважинный инструмент 13 и ЭМ телеметрический приемник 28 и/или ЭМ телеметрический передатчик 29, также позволяет делать измерения удельного электрического сопротивления на основании передачи ЭМ телеметрических сигналов с одной из скважин 11A и 11B на другую из скважин 11A и 11B. В некоторых случаях данные измерения удельного электрического сопротивления могут быть выполнены путем передачи ЭМ-сигналов с передатчика в одну скважину и измерения характеристик сигнала при приеме в приемнике в другой скважине. ЭМ-сигнал, используемый для измерения удельного электрического сопротивления, может необязательно иметь частоту, значительно превышающую частоты, используемые при передаче данных путем ЭМ-телеметрии. ЭМ-сигнал, используемый для измерения удельного электрического сопротивления, может необязательно представлять собой импульсный сигнал.
[0107] Удельное электрическое сопротивление промежуточных пластов может быть определено исходя из расстояния между передатчиком и приемником (которое может быть определено с использованием способов определения расстояния, описанных в данном документе, и/или может быть определено исходя из известных местоположений передатчика и приемника, а также характеристик сигнала, таких как степень затухания передаваемого сигнала, частота сигнала, фазовый сдвиг между передаваемым и принимаемым сигналом, время распространения сигнала и/или ослабление сигнала после импульса в случае импульсного сигнала.
[0108] Измерения удельного электрического сопротивления между скважинами могут быть выполнены между двумя скважинными инструментами 13 в разных скважинах, а также между скважинным инструментом 13 в одной скважине и приемнике 28 или передатчике 29 в другой скважине.
[0109] В некоторых вариантах осуществления предусматривается режим испытания удельного электрического сопротивления, в котором такими сигналами обмениваются в одном или обоих направлениях между двумя скважинами, и измеряют или фиксируют одну или более характеристик передаваемых сигналов, а также измеряют одну или более характеристик принимаемых сигналов. Обработка результатов данных измерений для оценки удельного электрического сопротивления или других характеристик пласта может быть выполнена в процессоре в скважине и/или посредством наземного оборудования.
[0110] Как скорость распространения ЭМ-сигналов в геологических пластах, так и затухание ЭМ-сигналов в геологических пластах могут зависеть от локальных характеристик пластов, через которые распространяются ЭМ-сигналы. Это может приводить к ошибкам, в частности, в измерениях, относящихся ко времени распространения. К сожалению, во многих практичных применениях характеристики геологических пластов, в которых желательно размещать множество соседних скважин, часто являются довольно постоянными в соседних скважинах. Во многих случаях каждая из скважин проникает в те же пласты на той же или подобной глубине, и характеристики каждого пласта могут быть подобны в каждой скважине и между ними. В некоторых вариантах осуществления измерения расстояния между скважинами выполняются при расположении скважинного инструмента 13 и приемника 28 в одном геологическом пласте или в геологических пластах, имеющих по существу подобные характеристики. В таких случаях измерения, относящиеся ко времени распространения и/или затухания, могут быть более точными по сравнению со случаем распространения сигнала через пласты, имеющие заметно отличные свойства передачи ЭМ-сигналов.
[0111] ЭМ-сигналы, которыми обмениваются с любым количеством скважинных инструментов 13, могут проходить через разные пласты между устройством (например, приемником или передатчиком) в скважине 11B и передатчиком или приемником в скважинном инструменте 13 в другой скважине 11. Ошибки в измерениях, относящихся ко времени распространения и/или затухания, полученные в результате изменений скорости прохождения и/или затухания ЭМ-сигналов, проходящих через различные пласты разных и несовместимых свойств, могут быть учтены с использованием известных свойств пластов и профилей пластов, полученных в результате исследований, таких как каротаж удельного электрического сопротивления, гамма-каротаж и т. д. Вычисления для коррекции отклонений в принимаемом сигнале могут быть выполнены исходя из глубины, геометрии, характеристик сигнала (например, частоты) и/или характера пластов. Могут применяться надлежащие корректирующие алгоритмы.
[0112] В некоторых вариантах осуществления измерения расстояния выполняют путем настройки одного или более инструментов 13 на работу в «эхо» режиме, в котором инициирующий сигнал, передаваемый передатчиком в скважине 11B, передается и принимается в скважинном инструменте 13. Прием инициирующего сигнала инициирует передачу скважинным инструментом 13 «эхо» сигнала, который принимается в приемнике 28 в скважине 11B. Эхо-сигнал может передаваться при известном уровне мощности, таким образом его затухание может быть определено посредством скважинного оборудования в скважине 11B или наземного оборудования. Эхо-сигнал может передаваться в точно известное время после обнаружения инициирующего сигнала посредством скважинного инструмента 13 для способствования измерениям времени распространения туда и обратно. В некоторых вариантах осуществления скважинный инструмент 13 фиксируется на фазе инициирующего сигнала, и начинается передача эхо-сигнала в установленное время относительно установленной фазы инициирующего сигнала.
[0113] В некоторых вариантах осуществления скважинные инструменты 13 и/или приемники 28 сигналов и/или передатчики 29 сигналов включают или имеют доступ к синхронизирующим сигналам из синхронизированных часов. Часы могут, например, содержать кварцевые генераторы. В иллюстративном варианте осуществления часы содержат кварцевые генераторы, работающие в диапазоне от 20 до 500 МГц (например, в некоторых вариантах осуществления могут быть использованы часы, работающие на приблизительно 32 МГц). В целом, часы с более высокой частотой могут обеспечивать лучшее разрешение по времени при измерении времени распространения ЭМ телеметрических сигналов. Часы могут использоваться для измерения времени распространения путем записи времени при передаче сигнала (например, посредством скважинного инструмента 13 или передатчика 29 сигналов) и времени приема сигнала (например, в скважинном инструменте 13 или приемнике 28 сигналов).
[0114] В некоторых вариантах осуществления разные измерения времени распространения выполняются для ЭМ телеметрических сигналов разных частот или частотных спектров. Данные измерения могут позволять более точную оценку расстояний между разными передатчиками сигналов и приемниками сигналов и/или информации, касающейся свойств пласта (пластов) между парами передатчиков сигналов и приемников сигналов.
[0115] В иллюстративном варианте осуществления передаваемый сигнал содержит заголовок синхронизации, физический заголовок и данные. Заголовок синхронизации может содержать, например, предопределенную начальную часть, за которой следует разделитель «START_FRAME». Физический заголовок может содержать последовательность битов, которая указывает размер кадра данных (если не предполагается фиксированный размер кадра).
[0116] Часы в приемнике сигналов могут записывать время, когда обнаруживается разделитель START_FRAME. Приемник сигналов может также инициировать автономный таймер для измерения длительности сигнала. Передатчик сигналов может передавать данные на приемник сигналов с указанием длительности сигнала, измеренного в передатчике сигналов, а также времени, когда началась передача, согласно часам передатчика сигналов. Эти данные обеспечивают возможность сравнения часов передатчика сигналов и приемника сигналов, а также определения времени распространения сигнала. Расстояние между передатчиком сигналов и приемником сигналов может оцениваться на основе времени распространения.
[0117] В некоторых вариантах осуществления измерения расстояния выполняются между разными скважинными инструментами 13 в разных скважинах 11 тем же способом, описанным выше. Один скважинный инструмент 13 может принимать ЭМ-сигналы, исходящие с другого скважинного инструмента 13. Принятые сигналы могут быть обработаны вместе с информацией, касающейся передаваемых сигналов, для определения расстояния между скважинными инструментами 13. Например, расстояние может быть оценено на основе времени распространения и/или затухания передаваемых сигналов. Таким образом, возможно установить посредством триангуляции трехмерную конфигурацию приемников 28, передатчиков 29 и скважинных инструментов 13.
[0118] В некоторых вариантах осуществления измерения расстояния выполняются между разными скважинными инструментами 13 в той же скважине тем же способом, описанным выше. Один скважинный инструмент 13 может принимать ЭМ-сигналы, исходящие с другого скважинного инструмента 13. Принятые сигналы могут быть обработаны вместе с информацией, касающейся передаваемых сигналов, для определения расстояния между скважинными инструментами 13. Например, расстояние может быть оценено на основе времени распространения и/или затухания передаваемых сигналов. Данная информация о расстоянии может помочь понять траекторию извилистой скважины.
[0119] В некоторых вариантах осуществления, где измерения расстояния выполняются между разными скважинными инструментами 13 в той же скважине, скважинные инструменты 13 могут быть разнесены друг от друга на известные расстояния вдоль скважины. Эти известные расстояния вместе с измерениями расстояний между скважинными инструментами 13 (выполненными, например, с помощью любой технологии, описанной в данном документе, и/или других технологий, таких как измерение времени распространения и/или затухания акустических сигналов, передаваемых с одного скважинного инструмента 13 и принимаемых на одном или более других скважинных инструментах 13) могут улучшать точность триангуляции и обеспечивать более точное понимание геометрии скважины. Данные измерения могут быть дополнительно объединены с триангуляцией из точек снаружи скважины (например, передатчиков сигналов и/или приемников сигналов в других находящихся поблизости скважинах и/или на поверхности) для обеспечения еще более точных оценок истинного местоположения и траектории скважины.
[0120] В некоторых вариантах осуществления измерения расстояния выполняются между одним или более передатчиками или приемниками ЭМ-сигналов и множеством различных скважинных инструментов 13 в той же скважине 11.
[0121] В некоторых вариантах осуществления альтернативные технологии определения расстояния применяются для точного измерения и/или подтверждения измерений расстояния на основании распространения ЭМ-сигналов. Например, технология определения расстояния магнитным дальномером и/или определение расстояния звуковым дальномером согласно любому из вариантов осуществления, описанных в документе WO 2014/183187, который включен настоящим в данный документ посредством ссылки для всех целей, могут быть осуществлены в комбинации с ЭM-измерениями времени распространения и/или затухания.
[0122] В иллюстративном варианте осуществления один или более акустических датчиков (например, датчики на основе волоконной брэгговской решетки, микрофоны или т. п.) предусмотрены в скважине 11B. Данные акустические датчики могут, например, быть встроены в приемники 28. Эти акустические датчики могут использоваться для обнаружения акустических эмиссий, излучаемых из других скважин 11. Данные акустические эмиссии могут возникать в результате операций бурения или с акустических эмиттеров, или и с того, и с другого). Измерения расстояний, выполненные с использованием акустических сигналов, могут быть объединены с измерениями расстояний, выполненными с использованием ЭМ-сигналов для получения более точной информации, касающейся относительных местоположений скважин 11 и оборудования, расположенного в скважинах 11.
[0123] Известные глубины приемников 28, передатчиков 29 и скважинных инструментов 13 в их соответствующих скважинах 11 могут использоваться при определении конфигурации. С течением времени положения некоторых или всех приемников 28, передатчиков 29 и скважинных инструментов 13 в их соответствующих стволах скважин могут изменяться. Измерения расстояния могут повторяться для разных положений этих конечных устройств в их соответствующих скважинах. С течением времени сбор измерений расстояния может обеспечивать очень хорошие указания относительных положений и траекторий скважин 11. В некоторых вариантах осуществления информация о траектории, касающаяся скважины 11, делается доступной (например, отображается) сразу же после получения. При получении большего количества измерений с улучшением при этом точности оцениваемой траектории скважины может обновляться отображаемая информация. Это позволяет бурильщикам принимать начальное указание обстановки в траектории скважины с одновременным сохранением преимущества, заключающегося в обработанной информации, поскольку получают и обрабатывают большее количество измерений.
[0124] В некоторых вариантах осуществления система учитывает тот факт, что данные из нескольких или всех стволов 11 скважин могут проходить через наземное оборудование 45. Это обеспечивает возможность получения и распространения лучшей информации о геологии области, в которой бурят скважины (например, для моделирования или отображения на карте границ пластов в этой области). В некоторых вариантах осуществления наземное оборудование 45 предоставляет по меньшей мере выбранные принятые данные на наземное оборудование 64 в нескольких скважинах 11A (во всех скважинах 11A, которые бурят, в некоторых вариантах осуществления). Выбранные принятые данные могут содержать, например, гамма-измерения и/или измерения удельного электрического сопротивления. Когда каждое наземное оборудование 64 принимает гамма-измерение, и/или измерение удельного электрического сопротивления, и/или другие данные в зависимости от глубины в нескольких скважинах 11, включая скважину 11, с которой связано наземное оборудование 64, то наземное оборудование 64 может обрабатывать эти данные и отображать результаты на основании этих данных для оптимизации бурения связанной скважины 11. Такие данные могут применяться, например, для предупредительного изменения плана бурения.
[0125] В некоторых вариантах осуществления выбранные принятые данные предоставляются в центр обработки данных, который может обрабатывать выбранные принятые данные для предоставления модели или карты соответствующих геологических признаков в области. Центр обработки данных может затем предоставлять модель или карту на компьютерные системы, связанные со скважинами 11A. Центр обработки данных может быть облачным, расположенным вблизи от наземного оборудования 45, расположенным в объекте, которым управляет компания, ответственная за бурение одной или более скважин 11A, или в любом другом подходящем месте.
[0126] Наземное оборудование 45 может совместно использовать выбранные данные с центром обработки данных и/или с компьютерными системами, связанными со скважинами 11A, с использованием любой подходящей среды передачи данных, включая без ограничения: спутниковые каналы передачи данных; коротковолновые радиостанции; сигналы сотовой системы передачи данных (например, 3G, 4G, LTE и т. д.); провода (например, проводные или оптоволоконные); беспроводные линии связи (например, линии связи, использующие микроволновые или другие сигналы для переноса данных) и т. д. Совместное использование данных может быть обеспечено с использованием облачной платформы, которая позволяет каждому субъекту, который требует доступ к совместно используемым данным, и/или моделям, и/или картам, получить доступ к данным с использованием любой доступной технологии для доступа в Интернет.
[0127] В другом иллюстративном варианте осуществления собранные данные 11 обрабатываются, и результат обработки распространяется на наземное оборудование 64. Результат обработки может, например, включать трехмерную карту, указывающую границы пластов и характеристики пластов. Карта может быть использована для улучшения геонавигации (т. е. направления траектории скважин 11, которые бурят, с тем, чтобы сохранять скважины в желаемых зонах, например, в пластах, которые содержат нефть, газ или другой желаемый продукт). В некоторых вариантах осуществления данные из нескольких скважин автоматически предоставляются посредством наземного оборудования 45 на коммерческое программное обеспечение по геонавигации, такое как, например, StarSteer™, доступное от Rogii, Хьюстон, Техас, США.
[0128] Карта, созданная описанным в данном документе образом, может также использоваться для помощи в планировании бурения. Для способствования этому характеристики пластов могут включать характеристики бурения, такие как скорость бурения, скорость износа бурового долота или т. п. Наземное оборудование 45 или другая система могут извлекать по меньшей мере некоторую информацию для включения в карту с наземного оборудования 64.
[0129] Карта, описанная в данном документе, может использоваться при компенсации отклонений в измерениях расстояния на основании времени распространения и/или затухания, как описано выше.
[0130] Геоданные, полученные с использованием системы в данном документе, могут совместно использоваться со всеми буровыми установками в бассейне, чтобы облегчить продуктивные прогнозируемые операции бурения. Эти данные, которые могут включать необработанные данные, обработанные данные, карты или модели, полученные из данных, и т. д., могут распространяться через облачную систему и/или по другим каналам передачи данных, как описано в данном документе. Распространенные данные могут необязательно включать данные, полученные из других исследований или моделей бассейна, таких как сейсмические исследования или т. п. Команда, выполняющая бурение ствола скважины в бассейне, в котором уже пробурены другие скважины, может использовать такие геоданные для прогнозирования скорости износа бурового долота в зависимости от глубины, ожидаемого прогресса бурения (т. е. скорости проникновения – ROP) в зависимости от глубины, ожидаемой глубины, на которой ствол скважины должен пересекать конкретный пласт, ожидаемой глубины, на которой могут встречаться проблемные пласты, и так далее.
[0131] Другой аспект настоящего изобретения, который может быть объединен с любой другой технологией, описанной в данном документе, относится к случаю, когда электромагнитные телеметрические сигналы со скважинного инструмента принимаются на ЭМ телеметрическом приемнике, расположенном на поверхности обсаженной скважины или вблизи нее. В таких случаях заземленный на скважину электрод может быть предусмотрен на нижнем конце обсадной трубы или возле него. Как правило, заземленный на скважину электрод размещен сразу под скважинным концом обсадной трубы.
[0132] Заземленный на скважину электрод может иметь любую форму. Например, электрод может содержать трубчатую конструкцию, которая расширяется сразу под обсадной трубой для контакта со стенами скважины. Дополнительно или альтернативно электрод может содержать электропроводные стержни или пластины, которые проникают через стены скважины в окружающие пласты.
[0133] ЭМ телеметрический приемник может быть соединен с заземленным на скважину электродом посредством провода или другого электрического проводника. Провод или другой электрический проводник может быть направлен на поверхность вдоль обсадной трубы. Например, провод или другой электрический проводник может быть встроен в обсадную трубу или может проходить параллельно обсадной трубе вверх к поверхности. Электрическое соединение с заземленным на скважину электродом посредством провода или другого электрического проводника может заменять или усиливать соединение с противовыбросовым превентором (ПВП).
[0134] На фиг. 10A показана иллюстративная скважина 11D, имеющая обсадную трубу 101, проходящую в ствол скважины на расстояние от поверхности. Электрод 102 расположен на нижнем конце 101A обсадной трубы или возле него. Электрический проводник 103 соединяет электрод 102 с телеметрическим приемником 104. Телеметрический приемник также соединен с одним или более заземленными проводниками 105.
[0135] Данная конструкция может улучшать прием ЭМ телеметрических сигналов со скважинного инструмента, расположенного в обсаженной скважине или в другой скважине, соседней с обсаженной скважиной. Данная конструкция может значительно улучшать прием ЭМ телеметрического сигнала и может обеспечивать прием электромагнитных телеметрических сигналов, когда скважинный инструмент находится на большей глубине.
[0136] Вместо или в дополнение к предоставлению заземленного на скважину электрода на скважинном конце обсадной трубы или возле него, повторитель ЭМ телеметрических сигналов может быть предусмотрен на скважинном конце обсадной трубы или возле него. Повторитель ЭМ телеметрических сигналов может содержать схемы повторителя, содержащие приемник ЭМ телеметрических сигналов, передатчик ЭМ телеметрических сигналов и схемы, соединенные между приемником ЭМ телеметрических сигналов и передатчиком ЭМ телеметрических сигналов, которые обеспечивают повторную передачу передатчиком ЭМ телеметрических сигналов данных, принятых приемником ЭМ телеметрических сигналов. Повторитель ЭМ телеметрических сигналов может повторно передать тот же ЭМ телеметрический сигнал, который был принят, или может генерировать новый сигнал, который переносит данные с принятого ЭМ телеметрического сигнала. Генерирование нового сигнала может включать декодирование данных с принятого ЭМ телеметрического сигнала и, следовательно, кодирование данных в новом ЭМ телеметрическом сигнале, который может отличаться от принятого ЭМ телеметрического сигнала. Например, новый ЭМ телеметрический сигнал может отличаться от принятого ЭМ телеметрического сигнала одним или более из:
• частоты;
• схемы кодирования;
• битов/цикл;
• кодов исправления ошибок; и/или
• кодов обнаружения ошибок.
[0137] В некоторых вариантах осуществления ЭМ телеметрический повторитель может быть запакован с форм-фактором кольца, которое окружает скважину. Кольцо может содержать две или более электропроводных частей, отделенных друг от друга электроизолирующими частями. Например, кольцо может содержать расположенное вверху по стволу скважины и расположенное внизу по стволу скважины электропроводные кольца, электрически изолированные друг от друга. Первый и второй выходы ЭМ телеметрического передатчика и/или первый и второй входы ЭМ телеметрического приемника могут быть соединены соответственно с расположенным вверху по стволу скважины и расположенным внизу по стволу скважины электропроводными кольцами. Необязательно один вход ЭМ телеметрического передатчика и/или вход ЭМ телеметрического приемника могут быть соединены с обсадной трубой и/или с заземленным на скважину электродом, если такой имеется. Мощность на ЭМ телеметрический повторитель необязательно может подаваться с поверхности посредством проводов или других электрических проводников.
[0138] На фиг. 10B показана система, подобная системе на фиг. 10A, в которой ЭМ телеметрический повторитель 107 предусмотрен возле скважинного конца обсадной трубы 101. Повторитель 107 содержит первый и второй электрические проводники 107A и 107B, разделенные электроизолирующей частью 107C. В этом примере проводники 107A и 107B, а также изолирующая часть 107C объединены в конструкцию, имеющую трубчатую конфигурацию. Схемы 107D повторителя присоединены между электрическими проводниками 107A и 107B.
[0139] Мощность от источника 108 питания доставляется на повторитель 107 посредством провода 109. В альтернативном варианте повторитель 107 может питаться каким-то другим образом, например, батареями или мощностью, генерируемой в скважине любым известным способом. В этом примере приемник 104 присоединен для приема телеметрических сигналов путем отслеживания разностей потенциалов между противовыбросовым превентором 110 или обсадной трубой 101 и одним или более заземленными электродами 105.
[0140] Вместо или в дополнение к предоставлению заземленного на скважину электрода или ЭМ телеметрического повторителя на скважинном конце обсадной трубы или возле него, на скважинном конце обсадной трубы или возле него может быть предусмотрен активный ЭМ телеметрический приемник. Активный ЭМ телеметрический приемник может быть сконструирован таким же образом, как и ЭМ телеметрический приемник, подходящий для использования в ЭМ телеметрическом приемнике. Однако ЭМ телеметрические сигналы, обнаруженные активным ЭМ телеметрическим приемником, могут быть проведены на наземное оборудование посредством электрических проводников или оптических волокон.
[0141] На фиг. 10C показан иллюстративный случай, когда активный приемник 111 предусмотрен возле скважинного конца обсадной трубы 101. Активный приемник 111 содержит схему, которая принимает мощность от источника 108 питания посредством провода 109 и доставляет данные на наземное оборудование 114 посредством провода 112. В некоторых вариантах осуществления мощность и данные переносятся посредством одного и того же провода.
[0142] В некоторых вариантах осуществления один или более электрических проводников, используемых как заземленный на скважину электрод и/или как электрод для приема или передачи ЭМ телеметрических сигналов, образованы из скважинного конца обсадной трубы 101. Например, часть скважинного конца обсадной трубы 101 может быть расширена или деформирована иным образом для предоставления заземленного на скважину электрода. Эта секция обсадной трубы может быть электрически изолирована от других частей обсадной трубы электроизолирующим зазором. Зазор может иметь структуру, подобную структуре стыковочного переводника. Большое разнообразие конструктивных исполнений стыковочных переводников известно в уровне техники и/или описано в технической и патентной литературе.
[0143] Предоставление заземленного на скважину электрода, и/или ЭМ телеметрического повторителя, и/или активного ЭМ телеметрического приемника на нижнем конце обсадной трубы или возле него может обеспечить возможность работы скважинного инструмента, с которого исходят ЭМ телеметрические сигналы, на более низких уровнях мощности и/или более высоких частотах, чем было бы практично в ином случае.
[0144] Нисходящие сигналы (с наземного оборудования на один или более скважинных инструментов 13) могут быть доставлены любым из разнообразных способов. Они включают:
• подачу нисходящего ЭМ телеметрического сигнала между противовыбросовым превентором или обсадной трубой скважины, в которой расположен инструмент 13, и одним или более заземленными проводниками (например, одним или более заземляющими штырями, стержнями или пластинами).
• доставку нисходящего ЭМ телеметрического сигнала или данных, подлежащих включению в нисходящий ЭМ телеметрический сигнал, на скважинный ЭМ телеметрический передатчик 29, расположенный в скважине, соседней со скважиной, содержащей скважинный инструмент 13, для которого предназначен нисходящий сигнал. Доставка ЭМ телеметрического сигнала или данных на ЭМ телеметрический передатчик 29 необязательно может быть осуществлена посредством одного или более проводников в кабеле, оптического волокна или проводной бурильной трубы.
• Подача нисходящего ЭМ телеметрического сигнала происходит к проводникам в одной или более скважинах, отличных от скважины, в которой расположен скважинный инструмент 13. Проводники могут, например, содержать электроды, соединенные с наземным оборудованием посредством кабеля или другого провода и/или обсадной трубы стволов скважин.
[0145] В иллюстративном варианте осуществления желательно доставлять нисходящую телеметрию на скважинный инструмент 13 в месте бурения, где планируется бурение более чем одной скважины. В таких ситуациях, как правило, бурят и обсаживают наземные части скважин, а затем углубляют скважины. Углубление скважин может включать направленное бурение. Может быть желательным предоставить двунаправленную телеметрию на скважинный инструмент 13 и с него в скважине, которую углубляют направленным бурением.
[0146] В таких случаях могут быть доступны соседние скважины. Одна или более соседних скважин могут быть использованы для доставки нисходящих телеметрических сигналов на скважинный инструмент 13. Если достаточно близко имеется только одна другая скважина, то нисходящие телеметрические сигналы могут быть доставлены на скважинный инструмент 13 путем подачи нисходящего ЭМ телеметрического сигнала между обсадной трубой или другим проводником в другой скважине и одним или более заземленными проводниками. Если достаточно близко к скважине, которые бурят, имеется две или более других скважин, то нисходящий ЭМ телеметрический сигнал может подаваться между электрическими проводниками (например, обсадными трубами) в двух других скважинах.
[0147] Использование проводников в других скважинах для нисходящей телеметрии на скважинный инструмент 13 может предоставить преимущество существенно более сильного проникновения нисходящего ЭМ-сигнала в землю без снижения безопасности установки, связанной со скважиной, содержащей скважинный инструмент 13 (например, избегая прикрепления одной стороны нисходящего сигнала к ПВП установки, что может вызвать возбуждение установки потенциалом нисходящей линии связи). Доставка нисходящих сигналов с установки, связанной со скважиной, в которой расположен скважинный инструмент 13, также может улучшить прием сигнала и надежность в скважине, уменьшив шум в сигнале.
[0148] На фиг. 11A показан иллюстративный случае, когда генератор 250 нисходящих ЭМ телеметрических сигналов присоединен между обсадной трубой 251 в скважине 11B и заземляющим штырем 252. ЭМ телеметрические сигналы 253 обнаруживаются в скважинном инструменте 13 в скважине 11A. Генератор 250 сигналов (который также может называться ЭМ телеметрическим передатчиком) может, например, содержать мостовую схему управления. Выходы мостовой схемы управления могут быть соединены с обсадной трубой 251 и заземляющим штырем 252.
[0149] На фиг. 11B показан другой иллюстративный вариант осуществления, в котором генератор 250 нисходящих ЭМ телеметрических сигналов присоединен между обсадной трубой 251 в скважине 11B и обсадной трубой 251A в скважине 11C. Сигналы с нисходящего передатчика 250 принимаются в скважинном инструменте 13 в скважине 11A. Скважины 11B и 11C могут находиться по разные стороны от скважины 11A или на одной стороне от скважины 11A или могут быть расположены в других положениях вокруг скважины 11A. Скважины 11B и 11C могут находиться на одинаковом или на разном расстоянии от скважины 11A.
[0150] Технологии, описанные в данном документе, могут быть скомбинированы и/или расширены для обеспечения подземной сети передачи данных, в которой данные передаются непосредственно между скважинными устройствами (например, скважинными инструментами 13, приемниками 28 и передатчиками 29). Один скважинный инструмент 13 может служить для ретрансляции данных с другого скважинного инструмента 13 на скважинный приемник 28 или для ретрансляции данных с передатчика 29 на другой скважинный инструмент 13. Эта передача данных может быть между устройствами, все из которых находятся по меньшей мере на 200 метрах или по меньшей мере 500 метрах или более ниже поверхности в некоторых случаях. Такая подземная передача данных может преимущественно быть подвержена более слабому электрическому шуму, чем в случае, когда ЭМ телеметрические линии связи заканчиваются на наземном оборудовании. Такая подземная передача данных может преимущественно работать на более высоких частотах и/или более высоких скоростях передачи данных, чем было бы практично для ЭМ телеметрических линий связи, заканчивающихся на наземном оборудовании.
[0151] Множество скважинных инструментов 13 могут совместно использовать одну или несколько высокоскоростных линий связи между одним или более устройствами и поверхностью. Эти линии связи могут иметь скорости передачи данных, значительно более высокие, чем можно обеспечить посредством гидроимпульсной телеметрии или электромагнитной телеметрии с такой же глубины. В иллюстративных вариантах осуществления линия или линии связи обеспечивают скорости передачи данных по меньшей мере 50 байтов в минуту или по меньшей мере 6000 байтов в минуту, однако в некоторых вариантах осуществления скорости передачи данных, обеспечиваемые линиями связи, могут быть значительно больше этих.
[0152] Например, одна скважина может содержать один или более приемников 28 ЭМ-сигналов и один или более передатчиков 29 ЭМ-сигналов, которые соединены с наземным оборудованием с использованием проводного или оптического соединения для передачи данных. Данные, принятые на поверхности, которые исходят с отдельных скважинных инструментов 13, связанных с конкретными скважинами, могут быть автоматически распределены на наземное оборудование, связанное с отдельными скважинами. Такие данные могут, например, включать данные о положении отклонителя или другие данные, полезные при направлении направленного бурения, каротажные данные или другие данные, относящиеся к скважинным условиям. Некоторые или все данные могут быть применены для управления бурением, необязательно в автоматизированном процессе с замкнутой обратной связью, в котором параметры бурения, такие как нагрузка на долото, количество оборотов в минуту при бурении, поток флюида и угол вращения бурильной колонны, контролируются исходя из принятых данных.
[0153] В некоторых вариантах осуществления такой системы данные могут представлять данные, которые представляют геометрию скважин, определенную с использованием измерений расстояний, как описано в данном документе. Эти данные могут быть применены для улучшения операций направления направленного бурения.
[0154] В некоторых вариантах осуществления такой системы данные могут включать измерения, выполненные исходя из электромагнитных или акустических сигналов, которыми обмениваются разные скважинные инструменты в разных скважинах. Такие данные могут указывать на признаки пластов, лежащих между скважинами.
[0155] Накопленные данные могут быть сделаны доступными наземному оборудованию, связанному с отдельными скважинами, с обработкой или без нее. Эти данные могут включать ценную информацию для операторов буровой установки, такую как ожидаемые местоположения границ пластов, ожидаемые скорости бурения, параметры бурения, которые были наиболее эффективными в других находящихся поблизости скважинах, и т. д.
[0156] Различные признаки описаны в данном документе как присутствующие в «некоторых вариантах осуществления». Такие признаки не являются обязательными и могут не присутствовать во всех вариантах осуществления. Варианты осуществления настоящего изобретения могут включать ноль, какой-либо один или любую комбинацию двух или более таких признаков. Это ограничено только до той степени, что некоторые такие признаки несовместимы с другими такими признаками в том смысле, что специалист в данной области техники не сможет сконструировать практический вариант осуществления, который сочетает такие несовместимые признаки. Следовательно, описание того, что «некоторые варианты осуществления» обладают признаком A и «некоторые варианты осуществления» обладают признаком B, должно быть интерпретировано как прямое указание, что авторы изобретения также предполагают варианты осуществления, которые сочетают признаки A и B (если в описании не указано обратное или признаки A и B несовместимы на фундаментальном уровне).
[0157] Поскольку выше описан ряд иллюстративных аспектов и вариантов осуществления, специалистам в данной области техники будут очевидны определенные модификации, перестановки, дополнения и их подкомбинации. Поэтому подразумевается, что следующая прилагаемая формула изобретения и позднее представленные пункты формулы изобретения интерпретируются как включающие все такие модификации, перестановки, дополнения и подкомбинации, как находящиеся в пределах сущности и объема формулы изобретения.
[0158] В определенных вариантах реализации настоящего изобретения предусмотрены вычислительные процессоры, которые исполняют программные команды, что приводит к осуществлению процессорами способа согласно настоящему изобретению. Например, один или более процессоров в буровой системе могут осуществлять любой из способов, описанных в данном документе, исполняя программные команды в памяти для хранения программ, доступной процессорам. Такие процессоры могут быть расположены, например, в приемнике 28, передатчике 29, оборудовании, расположенном выше по стволу скважины относительно приемника 28 и/или передатчика 29, наземном оборудовании, скважинном инструменте 13 или любой их комбинации.
[0159] Любой из способов, описанных в данном документе, необязательно может быть осуществлен полностью или частично одним или более контроллерами (например, системой управления для приемника 28 или скважинного инструмента 13 или любым другим контроллером, системой управления или управляющий модулем, описанными в данном документе). Такие контроллеры могут содержать любое подходящее устройство или комбинацию устройств. В некоторых вариантах осуществления каждый контроллер содержит одно или несколько программируемых устройств, таких как одно или несколько устройств, выбранных их следующего: ЦП, процессоры для обработки данных, встраиваемые процессоры, процессоры цифровых сигналов, микропроцессоры, компьютеры на основе однокристальных систем или т. п. Процессор (процессоры) может (могут) представлять собой, например, встраиваемые процессоры, такие как МП (многоядерные процессоры) серии dsPIC33, выпускаемые компанией Microchip Technology Inc., г. Чандлер, штат Аризона, США. Эти программируемые устройства работают под управлением программного обеспечения и/или программно-аппаратных средств для выполнения требуемых функций контроллера и сопрягаются с другими частями скважинной системы посредством подходящих интерфейсов. В некоторых вариантах осуществления два или более контроллеров могут быть реализованы в программном обеспечении, выполняемом в одном процессоре или группе процессоров. В дополнение или как альтернатива использованию программируемых устройств контроллер может содержать логические схемы, которые могут быть жестко смонтированными, выполненными в микросхемах заказных интегральных схем или т. п., и/или могут быть конфигурируемыми логическими схемами, такими как программируемые пользователем вентильные матрицы (ППВМ).
[0160] Каждый контроллер может содержать один или несколько соответствующих хранилищ данных. Хранилище данных может быть отдельным или совместно использоваться двумя или более контроллерами. Хранилища данных могут представлять собой любые подходящие устройства для хранения данных и/или программных команд. Например, хранилища данных могут представлять собой микросхемы памяти, карты памяти, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), твердотельное запоминающее устройство, оптическое запоминающее устройство, магнитное запоминающее устройство или т. п. Хранилище (хранилища) данных может (могут) содержать программный код, исполняемый программируемым устройством (программируемыми устройствами), для осуществления таких функций, как одно или более из: кодирования измерений датчиков в телеметрические данные и отправки управляющих сигналов на блоки телеметрии (например, блок ЭМ или ГИ телеметрии) для передачи телеметрических сигналов на поверхность, оптимизации приема телеметрических сигналов, как описано в данном документе, измерения свойств пласта, как описано в данном документе, измерения расстояний между скважинными компонентами и т. д. Хранилища данных могут дополнительно или альтернативно содержать команды для конфигурирования одной или более ППВМ или других конфигурируемых логических схем для осуществления способов, как описано в данном документе.
[0161] Настоящее изобретение также может быть предоставлено в виде программного продукта. Программный продукт может содержать любой материальный носитель, который содержит набор машиночитаемых сигналов, содержащих команды, которые при исполнении процессором для обработки данных приводят к выполнению процессором для обработки данных способа согласно настоящему изобретению. Программные продукты согласно настоящему изобретению могут иметь разнообразные формы. Программный продукт может содержать, например, физические носители, такие как магнитные носители для хранения данных, включая гибкие дискеты, жесткие диски, оптические носители для хранения данных, включая ПЗУ на компакт-дисках, цифровой видеодиск, электронные носители для хранения данных, включая ПЗУ, программируемое ПЗУ, перепрограммируемое ПЗУ, флэш-ПЗУ или т. п. Машиночитаемые сигналы на программном продукте могут необязательно быть сжаты или зашифрованы. Процессоры, выполненные с возможностью выполнения этапов способа, могут быть расположены в скважинном оборудовании (например, в скважинном инструменте 13 или приемнике 28), и/или в наземном оборудовании (например, в наземном оборудовании 45 или 64), и/или в другом оборудовании, таком как облачная система обработки данных, обменивающаяся данными с устройством, описанным в данном документе.
Интерпретация выражений
[0162] Если контекст явно не требует иного, по всему тексту описания и формулы изобретения:
выражения «содержать», «содержащий» и т. п. должны толковаться в смысле включения, в отличие от смысла исключения или исчерпывания; то есть в смысле «включая, но без ограничения»;
выражения «соединенный», «связанный» или любой их вариант означают любое соединение или связь, прямую или непрямую, между двумя или более элементами; связь или соединение между элементами могут быть физическими, логическими или их сочетанием;
выражения «в данном документе», «выше», «ниже» и слова подобного смысла, использующиеся для описания настоящего изобретения, должны относиться к настоящему описанию в целом, а не к каким-либо конкретным частям настоящего описания;
выражение «или» при ссылке на перечень из двух или более элементов охватывает все следующие интерпретации этого слова: любой элемент в перечне, все элементы в перечне и любое сочетание элементов в перечне;
формы единственного числа включают также значение любых подходящих форм множественного числа;
выражения «буровая скважина», «ствол скважины», «скважина» используются в настоящем описании как взаимозаменяемые синонимы.
[0163] Слова, указывающие направления, такие как «вертикальный», «поперечный», «горизонтальный», «вверх», «вниз», «вперед», «назад», «внутренний», «наружный», «левый», «правый», «передний», «задний», «верхний», «нижний», «вверху», «внизу», «ниже», «выше», «под» и т. п., используемые в настоящем описании и любых пунктах формулы изобретения (если используются), зависят от конкретной ориентации описанного и проиллюстрированного устройства. Объект изобретения, описанный в данном документе, может принимать различные альтернативные ориентации. Соответственно эти связанные с направлением термины не определены строго и не должны интерпретироваться в узком смысле.
[0164] Когда выше производится ссылка на какой-либо компонент (например, схему, модуль, узел, устройство, компонент бурильной колонны, систему буровой установки и т. д.), то, если не указано иное, ссылка на этот компонент (включая ссылку на «средства») должна интерпретироваться как включающая эквиваленты этого компонента, любой компонент, выполняющий функцию описываемого компонента (т. е., функционально эквивалентный), включая компоненты, конструктивно не эквивалентные раскрытой конструкции, выполняющей эту функцию в представленных иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения.
[0165] Конкретные примеры систем, способов и устройства описаны в данном документе в целях иллюстрации. Они представляют собой лишь примеры. Технология, предлагаемая в данном документе, может быть применимой к системам, отличным от описанных выше примерных систем. В пределах практического осуществления настоящего изобретения возможны многие изменения, модификации, дополнения, исключения и перестановки. Настоящее изобретение включает изменения описанных вариантов осуществления, очевидные специалистам в данной области техники, к которой относится изобретение, включая изменения, полученные путем: замены признаков, элементов и/или действий эквивалентными признаками, элементами и/или действиями; смешивания и совмещения признаков, элементов и/или действий из других вариантов осуществления; сочетания признаков, элементов и/или действий из вариантов осуществления, описанных в данном документе, с признаками, элементами и/или действиями другой технологии; и/или исключения сочетания признаков, элементов и/или действий из описанных вариантов осуществления.
[0166] Поэтому подразумевается, что последующая прилагаемая формула изобретения и позднее представленные пункты формулы изобретения интерпретируются как включающие все такие модификации, перестановки, дополнения, исключения и подкомбинации, которые могут быть обоснованно выведены. Объем формулы изобретения не должен ограничиваться предпочтительными вариантами осуществления, изложенными в примерах, напротив, ему следует придавать самую широкую интерпретацию, согласующуюся с описанием в целом.
Изобретение относится к средствам передачи данных между скважинным инструментом и поверхностью. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для передачи данных и повышение надежности связи между скважинным инструментом и поверхностью с целью обеспечения проведения эффективных буровых работ. В частности, предложен способ подземной передачи данных, включающий: генерирование в первом скважинном инструменте в первой скважине первого электромагнитного сигнала, кодирующего первые данные, которые необходимо передать; обнаружение в приемнике в коммуникационной скважине, отличающейся и расположенной на расстоянии от первой скважины, первого электромагнитного сигнала, при этом приемник содержит множество электродов; и доставку в приемнике обнаруженного первого электромагнитного сигнала или первых данных, извлеченных из обнаруженного первого электромагнитного сигнала, на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника. Причем обнаружение первого электромагнитного сигнала включает измерение изменяющейся во времени разности потенциалов между парой из множества электродов. При этом указанное обнаружение в приемнике первого электромагнитного сигнала осуществляют в каждой из множества пар множества электродов. Кроме того, способ включает оценку качества первого электромагнитного сигнала, обнаруженного в каждой из множества пар множества электродов, и, исходя из указанного качества, осуществляют выбор и использование одной из пар для обнаружения первого электромагнитного сигнала. Раскрыта также система для подземной передачи данных для осуществления указанного способа. 2 н. и 81 з.п. ф-лы, 14 ил.
1. Способ подземной передачи данных, при этом способ включает:
генерирование в первом скважинном инструменте в первой скважине первого электромагнитного сигнала, кодирующего первые данные, которые необходимо передать;
обнаружение в приемнике в коммуникационной скважине, отличающейся и расположенной на расстоянии от первой скважины, первого электромагнитного сигнала, при этом приемник содержит множество электродов, и обнаружение первого электромагнитного сигнала включает измерение изменяющейся во времени разности потенциалов между парой из множества электродов; и
доставку в приемнике обнаруженного первого электромагнитного сигнала или первых данных, извлеченных из обнаруженного первого электромагнитного сигнала, на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника;
отличающийся тем, что включает обнаружение в приемнике первого электромагнитного сигнала в каждой из множества пар множества электродов, оценку качества первого электромагнитного сигнала, обнаруженного в каждой из множества пар множества электродов, и, исходя из качества, выбор и использование одной из пар для обнаружения первого электромагнитного сигнала.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что включает нормирование в приемнике первого электромагнитного сигнала посредством одного или более из: усиления и фильтрации.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приемник содержит электронно-управляемую переключающую сеть и выбор одной из пар включает настройку переключающей сети таким образом, что каждый из электродов выбранной пары присоединяют к соответствующему входу усилителя.
4. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что включает периодическое или непрерывное осуществление этапов обнаружения первого электромагнитного сигнала в приемнике в каждой из множества пар множества электродов и оценку качества первого электромагнитного сигнала, обнаруженного в каждой из множества пар множества электродов, при этом способ включает выбор другой из пар электродов в ответ на изменения в качествах первого электромагнитного сигнала, обнаруженного во множестве пар множества электродов.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приемник содержит несколько схем нормирования сигнала, содержащих усилители, блоки нормирования сигнала, каждый из которых присоединяют к одной из пар, при этом оценка качества первого электромагнитного сигнала в каждой из множества пар включает оценку выхода сигналов схемами нормирования сигнала.
6. Способ по любому из пп. 1–5, отличающийся тем, что включает доставку первого электромагнитного сигнала с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника, и извлечение первых данных из первого электромагнитного сигнала в оборудовании, расположенном выше по стволу скважины относительно приемника.
7. Способ по любому из пп. 1–4, отличающийся тем, что включает обработку первого электромагнитного сигнала в приемнике с извлечением первых данных и доставку первых данных с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что включает сравнение в приемнике извлеченных первых данных с информацией верификации данных, закодированной в первом электромагнитном сигнале.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что включает, если извлеченные первые данные не совпадают с информацией верификации данных, автоматическое управление в приемнике ЭМ телеметрическим передатчиком в коммуникационной скважине с передачей сигнала ошибки, при этом способ дополнительно включает обнаружение сигнала ошибки в скважинном инструменте и повторную передачу первого электромагнитного сигнала.
10. Способ по любому из пп. 1–9, отличающийся тем, что включает преобразование в приемнике первого электромагнитного сигнала в цифровой сигнал с использованием аналого-цифрового преобразователя.
11. Способ по любому из пп. 1–10, отличающийся тем, что включает доставку первых данных с оборудования, расположенного выше по стволу скважины относительно приемника, на первое наземное оборудование, связанное с первой бурильной колонной в первой скважине.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что первые данные содержат первые данные о положении отклонителя для первой бурильной колонны и способ включает отображение всех или части первых данных о положении отклонителя на первом наземном оборудовании.
13. Способ по любому из пп. 1–12, отличающийся тем, что включает отслеживание обнаруженного первого электромагнитного сигнала и перемещение приемника вдоль коммуникационной скважины в ответ на отслеживание с увеличением одного или более из амплитуды и отношения сигнал/шум обнаруженного первого электромагнитного сигнала.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что приемник поддерживают кабелем и перемещение приемника вдоль коммуникационной скважины включает подъем или опускание кабеля.
15. Способ по любому из пп. 13, 14, отличающийся тем, что включает перемещение первого скважинного инструмента вдоль первой скважины, при этом перемещение приемника вдоль коммуникационной скважины осуществляют в ответ на изменения в обнаруженном первом электромагнитном сигнале в результате перемещения первого скважинного инструмента.
16. Способ по любому из пп. 1–15, отличающийся тем, что приемник является одним из множества приемников в коммуникационной скважине и способ включает обнаружение первого электромагнитного сигнала в одном или более из множества приемников, определение качества электромагнитного сигнала, обнаруженного в каждом из одного или более из множества приемников, и, исходя из качества, выбор одного из множества приемников для обнаружения первого электромагнитного сигнала.
17. Способ по любому из пп. 1–16, отличающийся тем, что включает изменение одного или более параметров передачи для первого электромагнитного сигнала с оптимизацией обнаружения первого электромагнитного сигнала, при этом параметры передачи включают одно или более из амплитуды и частоты первого электромагнитного сигнала.
18. Способ по любому из пп. 1–17, отличающийся тем, что включает:
доставку нисходящих данных, которые необходимо передать на скважинный инструмент, на электромагнитный телеметрический передатчик в коммуникационной скважине;
генерирование нисходящего электромагнитного сигнала, кодирующего нисходящие данные, с использованием электромагнитного телеметрического передатчика; и
обнаружение в первом скважинном инструменте нисходящего электромагнитного сигнала и возвращение нисходящих данных.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что включает:
отслеживание в первом скважинном инструменте качества нисходящего электромагнитного сигнала; и
исходя из отслеженного качества нисходящего электромагнитного сигнала, регулировку значений одного или более параметров передачи, используемых для генерирования первого электромагнитного сигнала.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что параметры передачи включают одно или более из частоты первого электромагнитного сигнала, амплитуды первого электромагнитного сигнала и схемы кодирования, используемой для кодирования первых данных в первом электромагнитном сигнале.
21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что первый электромагнитный сигнал и нисходящий электромагнитный сигнал имеют разные частоты.
22. Способ по любому из пп. 1–21, отличающийся тем, что первый электромагнитный сигнал имеет частоту по меньшей мере 30 Гц.
23. Способ по любому из пп. 1–22, отличающийся тем, что включает углубление первой скважины во время генерирования первого электромагнитного сигнала.
24. Способ по любому из пп. 1–23, отличающийся тем, что включает доставку первых данных или первого электромагнитного сигнала с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника, посредством кабеля с множеством проводников.
25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что по меньшей мере один из множества проводников указанного кабеля выполнен с возможностью одновременной подачи электроэнергии на приемник и доставки данных с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника.
26. Способ по любому из пп. 1–23, отличающийся тем, что включает доставку первых данных или первого электромагнитного сигнала с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника, посредством системы проводной бурильной трубы.
27. Способ по любому из пп. 1–23, отличающийся тем, что включает доставку первых данных или первого электромагнитного сигнала с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника, посредством акустического телеметрического сигнала.
28. Способ по любому из пп. 1–23, отличающийся тем, что включает доставку первых данных или первого электромагнитного сигнала с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника, посредством оптического волокна.
29. Способ по любому из пп. 1–28, отличающийся тем, что включает доставку первых данных или первого электромагнитного сигнала с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника, со скоростью передачи данных по меньшей мере 50 байтов в минуту.
30. Способ по любому из пп. 1–28, отличающийся тем, что включает доставку первых данных или первого электромагнитного сигнала с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника, со скоростью передачи данных по меньшей мере 6000 байтов в минуту.
31. Способ по любому из пп. 1–30, отличающийся тем, что включает:
управление вторым скважинным инструментом во второй скважине, отличающейся от первой скважины и коммуникационной скважины, с генерированием второго электромагнитного сигнала, кодирующего вторые данные, которые необходимо передать, при этом второй электромагнитный сигнал имеет частоту, отличающуюся от частоты первого электромагнитного сигнала;
обнаружение в приемнике в коммуникационной скважине второго электромагнитного сигнала; и
доставку второго электромагнитного сигнала или вторых данных с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника.
32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что включает:
декодирование в приемнике первого и второго электромагнитных сигналов с извлечением первых и вторых данных соответственно; и
доставку первых и вторых данных с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника.
33. Способ по п. 31 или 32, отличающийся тем, что включает доставку первых и вторых данных соответственно на первое и второе наземные оборудования, соответственно связанные с первой и второй скважинами.
34. Способ по любому из пп. 31–33, отличающийся тем, что приемник содержит множество электродов, при этом приемник выполнен с возможностью выбора первой пары электродов для приема первого электромагнитного сигнала и второй пары электродов для приема второго электромагнитного сигнала.
35. Способ по п. 34, отличающийся тем, что выбор первой и второй пар электродов включает соответственно соединение первой и второй пар электродов со входами первого и второго дифференциальных усилителей с использованием электрически управляемых переключателей.
36. Способ по любому из пп. 31–35, отличающийся тем, что включает изменение частот первого и второго электромагнитных сигналов с оптимизацией обнаружения первого и второго электромагнитных сигналов.
37. Способ по любому из пп. 31–36, отличающийся тем, что включает регулировку местоположений двух или более электродов, используемых для обнаружения первого и второго электромагнитных сигналов в коммуникационной скважине, с оптимизацией обнаружения первого и второго электромагнитных сигналов.
38. Способ по любому из пп. 1–29, отличающийся тем, что включает:
управление вторым скважинным инструментом во второй скважине, отличающейся от первой скважины и коммуникационной скважины, с генерированием второго электромагнитного сигнала, кодирующего вторые данные, которые необходимо передать;
выбор первого и второго приемников из множества приемников в коммуникационной скважине с обнаружением первого и второго электромагнитных сигналов соответственно;
обнаружение в первом выбранном приемнике первого электромагнитного сигнала;
обнаружение во втором выбранном приемнике второго электромагнитного сигнала; и
доставку второго электромагнитного сигнала или вторых данных с приемника на оборудование, расположенное выше по стволу скважины относительно приемника.
39. Способ по п. 37, отличающийся тем, что второй электромагнитный сигнал имеет частоту или частоты, отличающиеся от частот первого электромагнитного сигнала.
40. Способ по п. 39, отличающийся тем, что каждый из первого и второго электромагнитных сигналов содержит частоты по меньшей мере 30 Гц.
41. Способ по любому из пп. 1–39, отличающийся тем, что включает:
доставку нисходящих данных, которые необходимо передать в скважину, на передатчик в коммуникационной скважине;
генерирование нисходящего электромагнитного сигнала, кодирующего данные, с использованием передатчика; и
обнаружение нисходящего электромагнитного сигнала по меньшей мере в первом скважинном инструменте.
42. Способ по п. 41, отличающийся тем, что включает:
отслеживание в первом скважинном инструменте качества нисходящего электромагнитного сигнала; и
исходя из качества нисходящего электромагнитного сигнала, регулировку параметров передачи первого электромагнитного сигнала.
43. Способ по любому из пп. 1–42, отличающийся тем, что включает определение времени распространения электромагнитных сигналов, распространяющихся между одним или более местоположениями в коммуникационной скважине и одним или более местоположениями в первой скважине.
44. Способ по п. 43, отличающийся тем, что включает триангуляцию относительных местоположений скважинного инструмента и приемника, исходя из множественных измерений времени распространения.
45. Способ по любому из пп. 1–42, отличающийся тем, что включает определение диапазона между одним или более местоположениями в коммуникационной скважине и одним или более местоположениями в первой скважине.
46. Способ по п. 45, отличающийся тем, что определение диапазона включает отслеживание затухания принятых ЭМ-сигналов, которые были переданы в любом направлении между скважинным инструментом и местоположением приемника сигналов.
47. Способ по п. 45, отличающийся тем, что определение диапазона включает отслеживание изменения фаз принятых сигналов с изменением частоты.
48. Способ по любому из пп. 1–47, отличающийся тем, что коммуникационная скважина меньше в диаметре, чем первая скважина.
49. Система для подземной передачи данных, при этом система содержит:
первый скважинный инструмент в первой скважине, при этом первый скважинный инструмент содержит ЭМ телеметрический передатчик, используемый для генерирования первого электромагнитного сигнала, кодирующего первые данные, которые необходимо передать;
приемник в коммуникационной скважине, отличающейся и расположенной на расстоянии от первой скважины, при этом приемник используют для обнаружения первого электромагнитного сигнала; и
линию передачи данных в коммуникационной скважине, соединяющую приемник с наземным оборудованием;
отличающаяся тем, что приемник содержит множество электродов, один или более электронно-управляемых переключателей, используемых для выбора одной пары электродов для использования при обнаружении первого электромагнитного сигнала, и логические схемы, присоединенные для управления электронными переключателями и для отслеживания качества первого электромагнитного сигнала, принимаемого в нескольких парах электродов, при этом логические схемы используют для выбора пары электродов, исходя из отслеженного качества, и настройки переключателей для обнаружения первого электромагнитного сигнала с использованием выбранной пары электродов.
50. Система по п. 49, отличающаяся тем, что линия передачи данных представляет собой проводную линию передачи данных или оптоволоконную линию передачи данных.
51. Система по п. 49 или 50, отличающаяся тем, что приемник имеет проводное соединение с поверхностью.
52. Система по п. 51, отличающаяся тем, что приемник подвешен на кабеле, который содержит один или более проводников сигналов.
53. Система по п. 52, отличающаяся тем, что кабель содержит силовые проводники, присоединенные для подачи электроэнергии на приемник.
54. Система по п. 49 или 50, отличающаяся тем, что линия передачи данных является двунаправленной.
55. Система по любому из пп. 49–54, отличающаяся тем, что линия передачи данных обеспечивает скорость передачи данных по меньшей мере 50 байтов в минуту.
56. Система по любому из пп. 49–54, отличающаяся тем, что линия передачи данных обеспечивает скорость передачи данных по меньшей мере 6000 байтов в минуту.
57. Система по любому из пп. 49–56, отличающаяся тем, что приемник содержит каскад обработки аналоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), присоединенный для оцифровки выходных данных каскада обработки аналоговых сигналов.
58. Система по п. 57, отличающаяся тем, что каскад обработки аналоговых сигналов содержит усилитель и один или более фильтров.
59. Система по п. 57 или 58, отличающаяся тем, что оцифрованный сигнал из АЦП подается на каскад цифровой обработки, который содержит декодер сигнала, используемый для извлечения первых данных из первого электромагнитного сигнала.
60. Система по п. 59, отличающаяся тем, что каскад цифровой обработки содержит цифровой фильтр.
61. Система по п. 59 или 60, отличающаяся тем, что каскад цифровой обработки используют для проверки точности принятых сигналов посредством распознавания структур данных, закодированных в первом электромагнитном сигнале, и проверки первых данных с использованием значений верификации данных или исправления данных, закодированных в первом электромагнитном сигнале.
62. Система по п. 61, отличающаяся тем, что приемник выполнен с возможностью многоканального приема, таким образом, он может принимать данные одновременно с двух или более скважинных инструментов.
63. Система по п. 62, отличающаяся тем, что приемник выполнен с возможностью применения активной фильтрации для разделения сигналов с разных скважинных инструментов.
64. Система по п. 49, отличающаяся тем, что множество электродов распределены среди множества зондов, которые разнесены друг от друга вдоль коммуникационной скважины.
65. Система по любому из пп. 49–64, отличающаяся тем, что содержит исполнительный механизм, используемый для перемещения приемника вдоль коммуникационной скважины.
66. Система по п. 65, отличающаяся тем, что содержит схему управления, присоединенную для управления исполнительным механизмом в ответ на одну или более характеристик первого электромагнитного сигнала, принятого в приемнике, для улучшения приема первого электромагнитного сигнала в приемнике.
67. Система по п. 66, отличающаяся тем, что одна или более характеристик включают амплитуду сигнала и/или отношение сигнал/шум.
68. Система по п. 66, отличающаяся тем, что исполнительный механизм содержит катушку или лебедку, присоединенную для сматывания или разматывания гибкой удлиненной линии, поддерживающей приемник в коммуникационной скважине.
69. Система по любому из пп. 65–68, отличающаяся тем, что скважинный инструмент поддерживают первой бурильной колонной в первой скважине, при этом первая бурильная колонна соединена с первой буровой установкой, используемой для углубления первой скважины, и система выполнена с возможностью управления исполнительным механизмом для продвижения приемника вдоль коммуникационной скважины в ответ на определение продвижения скважинного инструмента вдоль первой скважины.
70. Система по любому из пп. 49–69, отличающаяся тем, что приемник является одним из множества приемников в коммуникационном стволе скважины, при этом каждый из множества приемников используют для обнаружения первого электромагнитного сигнала.
71. Система по п. 70, отличающаяся тем, что система выполнена с возможностью измерения отношения сигнал/шум (ОСШ) сигналов, переданных со скважинных инструментов и принятых в приемнике, для каждой из множества разных частот и с возможностью настройки скважинного инструмента для передачи первого электромагнитного сигнала с использованием одной из частот, обеспечивающих самое высокое ОСШ.
72. Система по любому из пп. 49–71, отличающаяся тем, что содержит передатчик ЭМ-сигналов в коммуникационном стволе скважины, при этом передатчик ЭМ-сигналов используют для передачи нисходящих электромагнитных сигналов, кодирующих нисходящие данные, принимаемые скважинным инструментом.
73. Система по любому из пп. 49–72, отличающаяся тем, что коммуникационная скважина меньше в диаметре, чем первая скважина.
74. Система по любому из пп. 49–73, отличающаяся тем, что содержит второй скважинный инструмент во второй скважине, при этом второй скважинный инструмент содержит второй ЭМ телеметрический передатчик, используемый для генерирования второго электромагнитного сигнала, кодирующего вторые данные, которые необходимо передать.
75. Система по любому из пп. 49–74, отличающаяся тем, что приемник содержит корпус удлиненного зонда, который имеет электропроводные части, разнесенные вдоль него.
76. Система по п. 75, отличающаяся тем, что электропроводные участки отделены друг от друга электроизолирующими кольцами.
77. Система по п. 75 или 76, отличающаяся тем, что приемник содержит механизм выбора, используемый для выбора того, какую пару (пары) электропроводных секций отслеживать для обнаружения ЭМ телеметрических сигналов с первого скважинного инструмента.
78. Система по п. 77, отличающаяся тем, что механизм выбора содержит запрограммированный процессор для обработки данных, который работает под управлением программного обеспечения для отслеживания качества сигналов, принятых в разных парах электропроводных секций, и управления электронно-управляемыми переключателями для выбора одной из пар для приема первого электромагнитного сигнала.
79. Система по п. 77 или 78, отличающаяся тем, что механизм выбора содержит сеть электрически управляемых переключателей, которые могут быть выполнены с возможностью присоединения любой пары электропроводных участков ко входам дифференциального усилителя.
80. Система по п. 77 или 78, отличающаяся тем, что механизм выбора содержит дифференциальный усилитель, имеющий один вход, присоединенный к одному из электропроводных участков, который служит как электрод сравнения, и сеть электрически управляемых переключателей, которые могут быть выполнены с возможностью присоединения любого другого из электропроводных участков к другому входу дифференциального усилителя.
81. Система по п. 77 или 78, отличающаяся тем, что механизм выбора содержит несколько дифференциальных усилителей, каждый из которых присоединен для отслеживания разностей потенциалов между парой электропроводных участков, и сеть электрически управляемых переключателей, которые могут быть выполнены с возможностью присоединения выхода, выбранного одного из усилителей для преобразования в цифровую форму одним или более АЦП.
82. Система по п. 77 или 78, отличающаяся тем, что механизм выбора содержит несколько дифференциальных усилителей, каждый из которых присоединен для отслеживания разностей потенциалов между парой электропроводных участков и одним или более АЦП, присоединенными для оцифровки выходных данных с дифференциальных усилителей.
83. Система по п. 77 или 78, отличающаяся тем, что механизм выбора содержит один или более АЦП, присоединенных для оцифровки разностей электрических потенциалов между опорным потенциалом и каждым из проводящих участков.
| US 2011017512 A1, 27.01.2011 | |||
| US 20120139748 А1, 07.06.2012 | |||
| US 5589775 А, 31.12.1996 | |||
| US 4372398 A, 08.02.1983 | |||
| WO 2016048362 A1, 31.03.2016 | |||
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ТОЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЯ ДВОЙНЫХ СКВАЖИН | 2005 |
|
RU2386810C2 |
| US 4409551 A, 11.10.1983 | |||
| СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА | 2006 |
|
RU2419721C2 |
| УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ | 2012 |
|
RU2589766C2 |
| WO 2015099785 A1, 02.07.2015. | |||
