專利名稱：井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)难b置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于井筒作業(yè)的遙測系統(tǒng)和方法。更具體而言，本公開涉及用于在地面設(shè)備和井下工具之間傳輸信號的井筒遙測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
相關(guān)申請本專利要求美國臨時專利申請No.60/716,180的申請日的利益，該申請的整個公開被結(jié)合于此以作參考。
背景可以鉆井以定位和生產(chǎn)烴、礦物或水。鉆柱和井下工具通常由一系列管子組成，這些管子可通過螺紋連接在一起以形成在其下端具有鉆頭的長管。當(dāng)鉆井工具前進時，鉆井泥漿從地面泥漿池中通過一個或多個通道泵入鉆井工具并泵出鉆頭。流出鉆頭的泥漿流回地面以被返回到泥漿池，并可以通過鉆井工具重新循環(huán)。以這種方式，鉆井泥漿冷卻了鉆井工具，把鉆屑和其它碎屑帶離鉆井工具，并把鉆屑和其它碎屑沉入泥漿池。眾所周知，除了由泵入井筒的泥漿執(zhí)行的冷卻和清洗操作之外，泥漿還形成了沿井筒排列的泥餅，這除了其它功能外還減少了鉆柱和地下巖層之間的摩擦。
在鉆井作業(yè)期間，在底部鉆具組合(它可以包括多個部件)和基于地面的處理設(shè)備和/或其它地面裝置之間的通信可以利用遙測系統(tǒng)來執(zhí)行。通常，這樣的遙測系統(tǒng)使得能夠在底部鉆具組合與地面裝置之間傳送功率、數(shù)據(jù)、命令和/或任何其它信號或信息。因此，遙測系統(tǒng)使得例如與井筒和/或底部鉆具組合的狀況有關(guān)的數(shù)據(jù)能夠被傳送到地面裝置以用于進一步處理、顯示等，并且還使得底部鉆具組合的作業(yè)能夠經(jīng)由從地面裝置發(fā)送到底部鉆具組合的命令和/或其它信息被控制。
各種井筒遙測系統(tǒng)可以用于建立期望的通信性能。這樣系統(tǒng)的例子包括如美國專利No.5,517,464所述的泥漿脈沖遙測系統(tǒng)、如美國專利No.6,641,434所述的有線鉆桿井筒遙測系統(tǒng)、如美國專利No.5,624,051所述的電磁井筒遙測系統(tǒng)、如PCT專利申請No.WO2004085796所述的聲學(xué)井筒遙測系統(tǒng)，它們?nèi)恳云湔w被結(jié)合于此以作參考。使用數(shù)據(jù)傳送或通信裝置(例如與傳感器耦合的收發(fā)器)的更多例子也已經(jīng)被用于在底部鉆具組合和地面設(shè)備之間傳送功率和/或數(shù)據(jù)。
遙測系統(tǒng)通常包括把由底部鉆具組合(例如組成底部鉆具組合的一個或多個部件)獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)或設(shè)備。利用這些系統(tǒng)，通常數(shù)據(jù)被收集并組織成包，所述包可以被稱為幀，它包含一個數(shù)據(jù)點或多個數(shù)據(jù)點。這些數(shù)據(jù)通常以恒定或連續(xù)的數(shù)據(jù)流向井口(uphole)傳輸。例如，從各個部件收集的一組數(shù)據(jù)被聚集成幀并傳送到地面。來自一個幀的數(shù)據(jù)被持續(xù)發(fā)送到地面，直到來自那個幀的所有數(shù)據(jù)都被發(fā)送為止。包含來自各種部件的交錯數(shù)據(jù)的一系列幀通常被向井口發(fā)送到地面。對于給定組的幀重復(fù)上述過程和/或可以持續(xù)地重復(fù)(例如直到電源被關(guān)掉)。遙測部件或系統(tǒng)通常具有實際的限制(例如帶寬)，這限制了數(shù)據(jù)速率和/或在給定時間周期內(nèi)可以向井口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。因此，從底部鉆具組合向地面發(fā)送數(shù)據(jù)和/或在地面接收數(shù)據(jù)經(jīng)常存在延遲。另外，重復(fù)的數(shù)據(jù)通常消耗了有限可用的遙測帶寬，從而減慢或妨礙了與關(guān)鍵信息和/或重要事件相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
正如在下面的詳細(xì)描述中所述的，這里所述的示例方法和裝置使得遙測系統(tǒng)能夠以更高效的方式和/或以一種便于數(shù)據(jù)流的方式傳輸數(shù)據(jù)幀。特別是，某些數(shù)據(jù)的傳輸可以響應(yīng)于特殊事件的檢測或激活而被觸發(fā)。進一步，下面所述的示例方法和裝置可以有選擇地把數(shù)據(jù)或幀的傳輸區(qū)分優(yōu)先次序，以使與特殊事件(例如與有問題的井下狀況相關(guān)的告警)相關(guān)的信息比許多已知遙測系統(tǒng)所可能的更有效地(例如更快地)或更高效地(例如通過可用帶寬的更好利用)向井口發(fā)送。另外，下面所述的示例方法和裝置可以用于實現(xiàn)和促進井下和/或地面實時傳輸決策。
根據(jù)一個公開的實例，一種在井筒的井下位置和與井筒相關(guān)的地面位置之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，通過至少一個井下部件來測量井下數(shù)據(jù)，并且生成包含至少一部分井下數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀。該示例方法也可以響應(yīng)于與特殊事件對應(yīng)的至少一些井下數(shù)據(jù)而改變分配給至少一個井下部件的遙測帶寬，并且通過分配給至少一個井下部件的遙測帶寬而把至少一些井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 在另一個公開的實例中，一種在井筒的井下位置和與井筒相關(guān)的地面位置之間傳輸數(shù)據(jù)的裝置，包括遙測部件，該遙測部件被配置成響應(yīng)于與特殊事件對應(yīng)的至少一些井下數(shù)據(jù)而改變分配給至少一個井下部件的遙測帶寬。該遙測部件也可以通過分配給至少一個井下部件的遙測帶寬而把至少一些井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 在又一個公開的實例中，一種在井筒的井下位置和與井筒相關(guān)的地面位置之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，周期性地生成多個第一類型的數(shù)據(jù)幀以在井下位置和地面位置之間傳輸。該方法還包括響應(yīng)于檢測到的特殊事件而產(chǎn)生第二類型的數(shù)據(jù)幀，并異步地傳輸?shù)诙愋偷臄?shù)據(jù)幀。


圖1是部分以橫截面方式的示例井場的示意圖，該示例井場具有地面系統(tǒng)或設(shè)備和底部鉆具組合，該底部鉆具組合從鉆塔處被配置并通過在其中具有遙測系統(tǒng)的鉆柱伸入到井筒中。
圖2是描述在底部鉆具組合和地面系統(tǒng)或設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的示例方法的流程圖。
圖3描述了包含在底部鉆具組合和地面系統(tǒng)或設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的一系列示例幀。
圖4A是描述由底部鉆具組合收集的特殊數(shù)據(jù)幀的示例圖表。
圖4B是描述從圖4A的示例數(shù)據(jù)幀中提取以用于傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)或設(shè)備的特殊數(shù)據(jù)的一個示例圖表。
圖4C是從圖4A的示例數(shù)據(jù)幀中提取以用于傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)或設(shè)備的特殊數(shù)據(jù)的另一個示例圖表。
圖5A和5B是描述由數(shù)據(jù)的標(biāo)識領(lǐng)先的特殊數(shù)據(jù)的示例圖表，所述數(shù)據(jù)標(biāo)識可被可選地包括在用于傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)或設(shè)備的圖4A的示例數(shù)據(jù)幀中。
具體實施例方式
某些實例在上面所述的附圖中示出并且在下面進行詳細(xì)描述。在描述這些實例時，相似或相同的附圖標(biāo)記用來標(biāo)識共同或類似的部件。為了清楚和/或簡明起見，附圖未必是按比例繪制的，并且附圖的某些圖可以按比例放大或用示意圖來示出。
圖1描述了一個示例井場系統(tǒng)1，它可以有利地結(jié)合這里描述的示例遙測設(shè)備和方法。在所說明的實例中，井筒11可以由公知的旋轉(zhuǎn)鉆井工藝、基于泥漿馬達(dá)的定向鉆井、或任何其它合適的鉆井工藝或多個工藝形成。進一步，雖然示例系統(tǒng)1被描述為利用一個基于陸地的鉆塔實現(xiàn)，但是這里所述的示例方法和裝置也可結(jié)合基于非陸地的鉆塔使用。更進一步，雖然圖1的示例系統(tǒng)1被描述為包括井下鉆井工具，但是任何其它合適的井下工具，例如測井電纜、撓性管、套管鉆井、完井或其它具有與地面系統(tǒng)或設(shè)備通信的遙測系統(tǒng)的井下工具都可以用作替代。
圖1的示例井場系統(tǒng)1包括一個井下工具或底部鉆具組合(BHA)，它通過鉆柱12懸掛在井筒11中并且在其下端具有鉆頭15。示例系統(tǒng)1包括一個基于陸地的平臺和放置在井筒11上方的井架組合10，井筒11穿過了地下巖層F。系統(tǒng)1還包括鉆井液或泥漿26，它被儲存在井場上形成的池子27中。鉆井液26通過泥漿泵(未示出)泵入鉆柱12的內(nèi)部，從而使得鉆井液26向下流動穿過鉆柱12。鉆井液26通過鉆頭15的端口流出鉆柱12，并且隨著鉆井液26被返回池27以用于重新循環(huán)而把巖層碎屑向上帶到地面。
BHA3包括能夠執(zhí)行各種井下功能的幾個部件。在圖1的示例系統(tǒng)1中，BHA3包括隨鉆測量(MWD)部件16、遙測部件18、隨鉆測井(LWD)部件20、巖層評價部件22、以及旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)向(RS)部件24。然而，這些部件或不同部件的一個或多個的任何組合都可用作替代。
地面系統(tǒng)或設(shè)備5可以使用任何期望的硬件和/或軟件的組合來實施。例如，個人計算機平臺、工作站平臺等可以存儲在計算機可讀介質(zhì)(例如磁性或光學(xué)硬盤、隨機存取存儲器等)上，并且執(zhí)行一個或多個軟件例程、程序、機器可讀代碼或指令等，以執(zhí)行這里描述的操作。另外地或作為選擇，地面設(shè)備5可以使用諸如下面的專用硬件或邏輯來執(zhí)行這里描述的功能或操作，例如專用集成電路、配置的可編程邏輯控制器、離散邏輯、模擬電路、無源電氣部件等。
更進一步，雖然地面設(shè)備5在圖1的實例中被描述為相對較接近鉆塔，但是整個地面設(shè)備5的某一部分可以可選擇地位于相對遠(yuǎn)離鉆塔的位置。例如，地面設(shè)備5可以通過一個或多個無線或硬連線的通信鏈路(未示出)的任何組合被可操作地和/或可通信地耦合到井筒遙測部件18。這樣的通信鏈路可以包括使用任何期望的通信協(xié)議通過分組交換網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng))、硬連線電話線路、蜂窩通信鏈路和/或其它基于射頻的通信鏈路等的通信。
遙測部件18可以用于在BHA3和地面系統(tǒng)或設(shè)備5之間傳送信號。任何期望類型的遙測部件或遙測部件的組合可以被使用，例如泥漿脈沖遙測部件、電磁遙測部件、有線鉆桿遙測部件、聲學(xué)遙測部件、可回收的測井電纜感應(yīng)耦合等。MWD部件16可用于獲得井下測量結(jié)果，例如方向、傾角、鉆壓、伽馬射線和/或任何其它測量結(jié)果，并把那些測量結(jié)果通過遙測部件18發(fā)送到地面設(shè)備5。
正如所述，巖層評價部件22是一個具有探頭23的巖層測試或取樣部件，用于與巖層F建立流體連通并且把流體吸入巖層評價部件。對流體可以進行各種測量，并且與其相關(guān)的數(shù)據(jù)可以通過遙測部件18被傳輸?shù)降孛妗?br> LWD部件20可以用于獲得測量結(jié)果并收集井下數(shù)據(jù)，例如電阻率、核子、伽馬射線、孔隙度、密度、音速、地震、聲學(xué)等。通過LWD部件20獲得的測量結(jié)果可以被存儲在LWD部件20內(nèi)的存儲單元(未示出)中，以使當(dāng)LWD部件20被回收到地面時，與測量結(jié)果相關(guān)的數(shù)據(jù)可以被下載到處理單元、計算機等以進行分析?？蛇x擇地或另外地，由LWD部件20收集的至少一些測量結(jié)果或一部分?jǐn)?shù)據(jù)可以通過部件18傳輸?shù)降孛妗?br> RS部件24或任何其它合適的部件可以用于在期望的方向上操縱鉆頭15。以這種方式，BHA3可以沿著期望的路線或路徑前進到期望的井下位置。RS部件24也可以收集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過遙測部件18被傳輸或傳送到地面。
更一般而言，BHA3可以由另外的和/或不同的部件組成，并且由這些部件收集的數(shù)據(jù)可以在這些部件之間(例如在傳輸?shù)降孛嬷?傳送或傳輸和/或存儲在一個或多個井下的位置(例如在與BHA3相關(guān)的一個或多個裝置或部件內(nèi))。此外，BHA3的一個或多個部件可以包括一個或多個處理器或處理單元(例如微處理器、專用集成電路等)以操作和/或分析由這些部件收集的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)流可以由BHA3的部件產(chǎn)生，并且可以在部件內(nèi)被操作和/或緩沖。遙測部件18可以有選擇地收集、聚集或獲取數(shù)據(jù)，并基于例如預(yù)定的幀定義從一個或多個部件生成數(shù)據(jù)幀，和/或由遙測部件18獲取的數(shù)據(jù)可以利用具有自定義數(shù)據(jù)流(例如數(shù)據(jù)流包含表示在數(shù)據(jù)流內(nèi)信息或數(shù)據(jù)被安排或組織的方式的信息)的一個幀或多個幀進行傳送。自定義數(shù)據(jù)流的使用使得數(shù)據(jù)幀能夠被解碼而不必參考預(yù)定的幀格式。
除了有選擇地獲得數(shù)據(jù)并從與BHA3相關(guān)的各種部件產(chǎn)生幀以外，遙測數(shù)據(jù)18還可以有選擇地在特定時間、以特定的順序或序列等發(fā)送生成的幀到地面設(shè)備5，以達(dá)到期望的結(jié)果。例如，正如下面更詳細(xì)描述的，包含與特殊事件相關(guān)的信息的某些幀可以在優(yōu)先的基礎(chǔ)上進行傳送，把與特殊事件相關(guān)的信息沒有延遲地傳送到地面將是有利的。特別是，在一些情況下，即使在特殊事件信息被收集或以別的方式被獲得的時間之前其它幀中的數(shù)據(jù)被收集或以別的方式被獲得，包含這種特殊事件信息的幀也可以在一個或多個其它幀之前被傳送。
雖然圖1的示例系統(tǒng)1被描述為具有一個地面設(shè)備5和一個帶有五個特定部件的底部鉆具組合3的單個井場，但是在一個或多個井場的一個或多個地面設(shè)備可以與這里描述的示例裝置和方法結(jié)合使用，其中每一個可以使用井下部件的任何期望組合。在地面設(shè)備5和井下工具3之間數(shù)據(jù)或信息的傳輸或傳送可以使用多種技術(shù)中的任何一種來執(zhí)行。例如，地面設(shè)備5可以向底部鉆具組合3的一個或多個部件發(fā)送命令以響應(yīng)于從底部鉆具組合3接收的信息。另外，底部鉆具組合3和地面設(shè)備5之間的通信可以是同時的、交錯的、連續(xù)的、和/或間歇的。
操作者或其他人通常位于地面設(shè)備5處或在其附近以在井場監(jiān)視(例如通過一個顯示從井下接收到數(shù)據(jù)的視頻監(jiān)視器)作業(yè)。通常，操作者看到一個顯示來自各種井下和地面部件的一組數(shù)據(jù)的屏幕，所述數(shù)據(jù)可以是持續(xù)更新的。操作者或其它人可以可選擇地位于世界上遙遠(yuǎn)的(例如離開鉆塔現(xiàn)場)任何地方。在那種情況下，在遙遠(yuǎn)位置和井場之間的通信可以使用硬連線和/或無線通信系統(tǒng)的任何組合來進行。例如，這樣的通信可以使用電話線路、因特網(wǎng)通信鏈路、蜂窩通信鏈路、衛(wèi)星通信鏈路等的任何期望的組合來進行。
圖2是描述在底部鉆具組合(例如圖1的底部鉆具組合3)和地面系統(tǒng)或設(shè)備(例如圖1的地面系統(tǒng)或設(shè)備5)之間傳輸數(shù)據(jù)的示例過程或方法的流程圖。在討論圖2的示例方法之前，應(yīng)該理解圖2中所述的各種操作可以通過軟件、機器可讀指令、代碼等進行。這樣的軟件、機器可讀指令或代碼可以被存儲在計算機可讀介質(zhì)(例如磁性存儲介質(zhì)、光學(xué)存儲介質(zhì)等)上并由處理器(例如微處理器)執(zhí)行以進行圖2中所述的一個或多個操作。進一步，如果需要的話，圖2中所述的一個或多個操作可以自動或手動執(zhí)行，操作的順序可以改變，一個或多個操作可以被除去，和/或這些操作與圖2中所述的那些相比可以被再分成另外的或不同的塊。
現(xiàn)在詳細(xì)轉(zhuǎn)向圖2，示例過程一開始配置BHA3的部件以使得能夠以期望的方式進行數(shù)據(jù)收集和/或傳輸(塊200)。特別是，組成BHA3的每個部件可以被配置成以特定速率或頻率采集數(shù)據(jù)和/或以特定方式存儲所采集的數(shù)據(jù)(例如把數(shù)據(jù)存儲在收集數(shù)據(jù)的部件中、在另一個部件中等)。另外，其它規(guī)范或參數(shù)例如測量系數(shù)可以基于諸如泥漿類型、孔尺寸、巖層類型等之類的井筒狀況而被設(shè)定或配置。任何遙測部件(例如圖1的遙測部件)可以被配置以生成并傳輸一組預(yù)定或智能組成的幀。這樣的幀配置或設(shè)置確定了數(shù)量、類型、頻率、幀順序(例如傳送某些類型的幀的次序)、數(shù)據(jù)從各種井下部件被收集并被置于幀中的頻率和順序或次序等。
正如下面更詳細(xì)描述的，預(yù)定或智能幀組成可以適合于便于某些類型的信息高效且快速地傳送到地面。例如，與特殊事件相關(guān)的信息可以用以迅速方式傳送到地面的特殊構(gòu)成的幀來傳送，所述特殊事件例如是需要由監(jiān)視鉆井過程或作業(yè)的人立即注意的那些井下狀況(例如警報或告警狀況、問題、鉆井時的地層壓力信息等)。
緊隨著井下部件的配置(塊200)，一個或多個井下部件收集或測量井下數(shù)據(jù)(塊210)。這樣收集的數(shù)據(jù)可以被存儲在收集數(shù)據(jù)的部件中和/或在另一個部件或多個其它井下部件中(塊212)。在塊212，數(shù)據(jù)可以根據(jù)上述的幀配置被傳送到一個或多個遙測部件(例如遙測部件18)。
在正常運行期間，數(shù)據(jù)流可以通過每個井下部件(例如井下部件18、20、22和24中的一個或多個)測量或收集。如上所述，這樣測量或收集的數(shù)據(jù)可以被存儲在收集數(shù)據(jù)的部件和/或其它井下部件內(nèi)。接著根據(jù)在塊200建立的預(yù)定或智能組成的幀配置，遙測部件(例如遙測部件18)從一個或多個井下部件中有選擇地收集或聚集在塊210處收集或測量的至少一些數(shù)據(jù)(塊220)。
緊隨著在塊220處的數(shù)據(jù)收集，圖2的示例方法確定是否發(fā)生了特殊事件(塊230)。特殊事件可以是發(fā)生沒規(guī)律的事件(例如非周期性的事件、不重現(xiàn)的事件或狀況等)。例如，與井下部件之一相關(guān)的錯誤或故障，諸如高溫、巖層壓力讀數(shù)等之類的預(yù)定數(shù)據(jù)的收集，某些井下部件的激活(例如作為一個或多個地面命令的結(jié)果)，和/或一個特殊數(shù)據(jù)幀可以與在塊230的特殊事件相關(guān)聯(lián)。
在另一個實例中，特殊事件可以是期望數(shù)據(jù)在優(yōu)先的基礎(chǔ)上向井口傳輸?shù)闹噩F(xiàn)的或周期性的事件。例如，特殊事件可以對應(yīng)于特定的測量結(jié)果，例如隨鉆測量的地層壓力，這就是在周期性的基礎(chǔ)上取得的。通常，這樣的測量是在鉆柱未在旋轉(zhuǎn)時進行的，例如在連接的過程中，并且遙測的全部帶寬可以專用于傳輸來自隨鉆測量的巖層壓力的數(shù)據(jù)。
當(dāng)一些預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)滿足時，響應(yīng)于由一個或多個井下部件為了告警而對遙測部件的中斷可以在塊230處確定特殊事件的發(fā)生。遙測部件的這種中斷可以被實施以使各種井下部件向遙測部件(例如遙測部件18)發(fā)送信號以表明發(fā)生了特殊事件?？蛇x擇地或另外地，遙測部件可以被配置成向井下部件發(fā)送詢問(例如輪詢)以請求或檢測特殊事件的發(fā)生。在一個實例中，在塊230處特殊事件的檢測可以使得包含巖層評價信息或要被傳輸或傳送到地面設(shè)備或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀的傳送能夠基本上緊隨著由巖層評價部件(例如圖1的巖層評價部件22)測量或收集的巖層評價信息或數(shù)據(jù)。
如果在塊230處檢測到特殊事件的發(fā)生，那么示例方法將與特殊事件相關(guān)聯(lián)的一些或全部特殊數(shù)據(jù)收集或安排在一個特殊數(shù)據(jù)幀或多個特殊數(shù)據(jù)幀內(nèi)(塊240)。在特殊數(shù)據(jù)幀內(nèi)安排特殊數(shù)據(jù)可以基于在塊200處建立的配置參數(shù)。在塊240處已經(jīng)將特殊數(shù)據(jù)收集在一個特殊數(shù)據(jù)幀或多個特殊數(shù)據(jù)幀之后，特殊數(shù)據(jù)幀可以根據(jù)塊200的配置被傳送或傳輸?shù)降孛?塊250)。在塊250處特殊數(shù)據(jù)幀已經(jīng)被發(fā)送到地面之后，控制返回到塊210，以使得測量/數(shù)據(jù)收集和傳送過程能夠重復(fù)。特殊數(shù)據(jù)幀中的所有數(shù)據(jù)可以在如圖2所述的特殊數(shù)據(jù)幀傳輸之前被收集，或者可選擇地，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要被收集以用于傳輸，從而提供最當(dāng)前的數(shù)據(jù)以用于傳輸。
如果該示例方法確定在塊230處沒有特殊事件發(fā)生，那么該方法繼續(xù)發(fā)送正常(即非特殊的)重復(fù)的數(shù)據(jù)幀(例如周期性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀)(塊252)?？刂平又氐綁K210以使得該方法能夠重復(fù)井下數(shù)據(jù)的收集或測量以及傳輸。
如上所述，特殊事件可以由這里描述的示例裝置和方法手動和/或自動觸發(fā)。特殊事件的信令或斷言在一些實施方式中可以是時間有限的，以使在某一預(yù)定時間周期后傳送與特殊事件相關(guān)的信息的需要可以期滿。另外地或可選擇地，特殊事件被斷言為需要進一步處理的持續(xù)時間可以基于任務(wù)的完成或其它事件，比如使用一個部件來進行測量。進一步，可以斷言特殊事件觸發(fā)的持續(xù)時間可以基于用于特殊事件的其它隨后的觸發(fā)而手動和/或自動地改變(例如增加/減少)。
圖3是包含在底部鉆具組合和地面系統(tǒng)或設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的示例系列幀的示意圖。圖3的示例系列數(shù)據(jù)幀表示圖2的示例過程可以發(fā)送特殊數(shù)據(jù)(圖2的塊250)到地面設(shè)備或系統(tǒng)的方式。在圖3的實例中，三種類型的數(shù)據(jù)幀(表示為數(shù)據(jù)幀1、2和3)以使得包含特殊數(shù)據(jù)的特殊數(shù)據(jù)幀(表示為特殊數(shù)據(jù)幀1和2)高效并迅速地傳送到地面的方式來傳送或傳輸。雖然三種類型的數(shù)據(jù)幀在圖3的實例中進行了描述，但是應(yīng)該認(rèn)識到，更多或更少類型的數(shù)據(jù)幀可以用作替代。
在圖3的實例中，該配置(例如在圖2的塊200的配置)規(guī)定首先發(fā)送類型1的一個數(shù)據(jù)幀(261)，接著是類型2的一個數(shù)據(jù)幀(262)，接著是類型3的五個數(shù)據(jù)幀(263a-e)。在一個實例中，數(shù)據(jù)幀1(261)表示勘測幀。當(dāng)鉆井和泥漿流動停止時，安排工具進行與BHA的方向和傾角相關(guān)的測量是通常的慣例。這提供了BHA方向和傾角的更準(zhǔn)確的測量。一旦重新啟動了泥漿泵，就可以安排MWD工具把勘測幀傳輸?shù)降孛妗?br> 在另一個實例中，數(shù)據(jù)幀類型2(262)可以表示包括BHA中每個工具狀態(tài)字的效用幀。在一個特定實例中，狀態(tài)幀可以包括與BHA周圍井筒中溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)。
在另一個實例中，數(shù)據(jù)幀類型3(263a-e)可以表示來自BHA中一個或多個工具的數(shù)據(jù)。MWD工具可以輪詢各個工具以獲得每個的數(shù)據(jù)點，并接著在數(shù)據(jù)幀中傳輸至少一些收集的數(shù)據(jù)。接著MWD工具可以通過再次輪詢BHA中的一個或多個工具來重復(fù)該過程，并接著收集和傳輸至少一些收集的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)流的重復(fù)可以無限地繼續(xù)。
該配置還規(guī)定一旦檢測到特殊事件的發(fā)生(例如在圖2的塊230)和收集到特殊數(shù)據(jù)幀(例如在圖2的塊240)，特殊數(shù)據(jù)幀在優(yōu)先的基礎(chǔ)上通過遙測部件(例如部件18)被傳送或傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備(例如地面設(shè)備5)，這直接跟隨著類型3的數(shù)據(jù)幀的傳輸完成。特別是，特殊數(shù)據(jù)幀1271a可以在類型3的第二數(shù)據(jù)幀(263b)被傳輸?shù)耐瑫r被收集或形成，這樣，特殊數(shù)據(jù)幀1(271a)直接跟隨著類型3的第二數(shù)據(jù)幀(263b)的傳輸完成被傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備。
在一個實例中，特殊數(shù)據(jù)幀1271a-b可以對應(yīng)于隨鉆測量的巖層壓力。因為這種類型數(shù)據(jù)的相對重要性和BHA中其它工具的相對不活動性，MWD工具在優(yōu)先的基礎(chǔ)上傳輸特殊數(shù)據(jù)幀1271a。MWD工具可以傳輸?shù)诙厥鈹?shù)據(jù)幀1271b，從而表示特殊數(shù)據(jù)的連續(xù)流。例如，第二特殊數(shù)據(jù)幀1271b可以表示來自隨鉆測量的巖層壓力的連續(xù)數(shù)據(jù)。MWD工具可以重復(fù)特殊數(shù)據(jù)幀1和連續(xù)數(shù)據(jù)，直到特殊事件不再持續(xù)。例如，MWD工具可以持續(xù)傳輸特殊數(shù)據(jù)幀1，直到隨鉆測量的巖層壓力被完成并且數(shù)據(jù)已被傳輸?shù)降孛鏋橹?。一旦完成特殊事件，MWD工具就可以恢復(fù)傳輸數(shù)據(jù)幀3 263c。
特殊數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)可以對應(yīng)于來自其它類型工具的數(shù)據(jù)。例如，來自地震接收器、地面到井筒應(yīng)用中的電磁傳感器的數(shù)據(jù)以及來自旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反饋都可以形成特殊數(shù)據(jù)幀。特殊數(shù)據(jù)幀可以包括來自多于一種測量的數(shù)據(jù)的組合。不偏離本發(fā)明范圍的特殊數(shù)據(jù)幀的其它實例對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
特殊數(shù)據(jù)幀2 272可以在類型3的第四數(shù)據(jù)幀263d的傳輸過程中形成，并且因此直接跟隨類型3的第四數(shù)據(jù)幀263d的傳輸來進行傳輸。特殊數(shù)據(jù)幀2可以對應(yīng)于需要由操作者注意的告警或警報。例如，特殊數(shù)據(jù)幀2 272可以對應(yīng)于特定工具的狀態(tài)的改變。在另一個實例中，特殊數(shù)據(jù)幀2 272可以對應(yīng)于在預(yù)期范圍以外的特定測量，比如鉆頭溫度或井筒壓力。告警或警報狀況的其它例子對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
因此，特殊數(shù)據(jù)幀1和2(271a-b，272)在優(yōu)先的基礎(chǔ)上被傳輸?shù)降孛?。在一個實例中，特殊數(shù)據(jù)幀基本上一完成特殊幀的形成就立即傳輸。在另一個實例中，特殊數(shù)據(jù)幀的傳輸甚至在整個特殊幀形成之前就開始了。因此，特殊數(shù)據(jù)幀的第一部分可以在數(shù)據(jù)幀的剩余部分正在收集和編輯時被傳輸。
圖4A是描述根據(jù)配置(圖2的塊200)通過底部鉆具組合(例如圖1的BHA3)收集的特殊數(shù)據(jù)的實例的示例圖表。如圖4A所示，從多個井下部件收集特殊數(shù)據(jù)幀(例如在圖2的塊240)以響應(yīng)于特殊事件的發(fā)生。在圖4A的示例圖表中的數(shù)據(jù)如在例如遙測部件(例如圖1的遙測部件18)中所定義的來配置。在圖4A的實例中，已經(jīng)收集了井下部件1、2、3和4的數(shù)據(jù)以響應(yīng)于檢測到的特殊事件。
圖4B和4C是描述從圖4A的示例特殊數(shù)據(jù)幀中提取以用于傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)或設(shè)備(例如圖1的地面系統(tǒng)或設(shè)備5)的特殊數(shù)據(jù)的圖表。在圖4B的特定實例中，每行表示傳輸?shù)降孛娴囊粋€字。這樣，圖4B示出了一個同步字、一個部件標(biāo)識字、以及4個表示來自所標(biāo)識部件(在這個例子中為部件1)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)字。緊隨著來自第一部件的數(shù)據(jù)的是第二部件標(biāo)識字和來自所標(biāo)識的第二部件的數(shù)據(jù)。
在圖4C中，部件1的數(shù)據(jù)A、D、E和H已經(jīng)被提取以用于傳送或傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備(例如圖1的地面設(shè)備或系統(tǒng)5)。優(yōu)選地但不是必須地，所提取的數(shù)據(jù)以它出現(xiàn)在圖4A的示例圖表中的順序(即從頂?shù)降?傳送以便于在地面上識別數(shù)據(jù)(例如數(shù)據(jù)的來源)。所提取的數(shù)據(jù)也可以伴有或可以包括一個標(biāo)識符以標(biāo)識數(shù)據(jù)和/或收集所提取數(shù)據(jù)的部件的類型。幀也可以以一個同步字和幀標(biāo)識符開始，以將傳送所提取數(shù)據(jù)的幀標(biāo)識為特殊幀。
盡管圖4B的示例圖表將同步信息和幀標(biāo)識符描述為一個字，但是多個字也可用作替代。而且，雖然圖4B的實例中的數(shù)據(jù)被描述為作為單個數(shù)據(jù)點傳輸，但是數(shù)據(jù)可以可選擇地或另外地以使用任何一種未壓縮或壓縮的數(shù)據(jù)格式發(fā)送。
圖4C是從圖4A的示例數(shù)據(jù)幀中提取以用于傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)或設(shè)備的特殊數(shù)據(jù)的另一個示例圖表。在圖4C的實例中，與部件(例如部件1)相關(guān)的所提取的數(shù)據(jù)或信息可以根據(jù)該特殊事件和/或多個特殊事件的需要而被發(fā)送到地面。
圖5A和5B是描述由數(shù)據(jù)的標(biāo)識領(lǐng)先的特殊數(shù)據(jù)的示例圖表，所述數(shù)據(jù)標(biāo)識可以被可選地包括在用于傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)或設(shè)備的特殊數(shù)據(jù)幀中。在圖5A的示例編碼方案中，在每個數(shù)據(jù)值305之前是由相應(yīng)部件號302(即與收集的數(shù)據(jù)相關(guān)的部件)組成的標(biāo)識符和測量標(biāo)識符304(例如B’、C’、F’、M’等)。
在圖5B的示例編碼方案中，發(fā)送部件標(biāo)識符306，之后是包括測量標(biāo)識符304和數(shù)據(jù)值305的字。這樣，測量標(biāo)識符(例如B’、F’、C’、M’等)可以如圖5B所示被發(fā)送以標(biāo)識各個數(shù)據(jù)點，并且消除了對于每個數(shù)據(jù)值或點包括部件標(biāo)識符的需要。進一步，圖5A和5B的示例幀編碼方案消除了以特定次序或順序(例如預(yù)定的幀順序)發(fā)送數(shù)據(jù)以使得能夠在地面設(shè)備或系統(tǒng)識別對應(yīng)于數(shù)據(jù)的部件的需要。因此，利用圖5A和5B的示例編碼方案，井下部件可以根據(jù)需要發(fā)送數(shù)據(jù)到地面以使得操作者能夠以及時的方式作出關(guān)鍵的決策。
更一般地，用來生成數(shù)據(jù)幀的編碼方案可以在井筒中起下鉆(tripping)之前被定義，通過特殊的下行鏈路和/或基于大約同時進行測量的部件的數(shù)目在井下被構(gòu)造或定義，和/或在部件在井下時被修改。
不管把數(shù)據(jù)傳送到地面設(shè)備的數(shù)據(jù)幀編碼方案(例如數(shù)據(jù)組織、格式化的方式等)如何，該地面設(shè)備檢索所提取的數(shù)據(jù)，并利用編碼算法或方案的知識來識別數(shù)據(jù)。一旦該地面設(shè)備識別了數(shù)據(jù)，那么該地面設(shè)備能夠操作或以別的方式分析或處理數(shù)據(jù)，例如，數(shù)據(jù)可以被實時提供(例如顯示)給操作者。以這種方式，操作者可以例如通過向一個或多個井下部件發(fā)送命令來對一些或所有數(shù)據(jù)作出響應(yīng)。
在作業(yè)中，操作者可以按照在圖3所示的示例數(shù)據(jù)幀傳輸方案中所述的次序接收數(shù)據(jù)。例如，操作者可以接收與數(shù)據(jù)幀類型1相關(guān)的數(shù)據(jù)，它表示來自諸如產(chǎn)生固定勘測數(shù)據(jù)的勘測工具之類的多個部件之一的數(shù)據(jù)。一旦傳送或傳輸了數(shù)據(jù)幀類型1，那么數(shù)據(jù)幀類型2傳送來自諸如MWD部件、LWD部件等之類的一個或多個部件在有規(guī)律的(例如周期性的)基礎(chǔ)上可能不需要的數(shù)據(jù)。一旦來自數(shù)據(jù)幀類型2的數(shù)據(jù)已經(jīng)被傳送到地面，那么與數(shù)據(jù)幀類型3相關(guān)的數(shù)據(jù)接著被傳送到地面。
如圖3所述，多個數(shù)據(jù)幀類型3被傳送到地面，其中每組數(shù)據(jù)幀類型3包括隨著鉆井過程的前進新采集的數(shù)據(jù)。類型3的數(shù)據(jù)幀可以包含測量和/或其它數(shù)據(jù)。另外，類型3的數(shù)據(jù)幀在大小上是有限的，這樣可能需要多于一個的這種幀以傳輸較大部分的數(shù)據(jù)。例如，來自一個或多個部件的一組數(shù)據(jù)可以以一個或多個幀向井口發(fā)送。
由于告警或特殊事件，特殊數(shù)據(jù)幀在一系列類型3的數(shù)據(jù)幀之間發(fā)送。結(jié)果，包含例如需要地面上的操作者緊急注意的信息或井下數(shù)據(jù)的特殊數(shù)據(jù)幀可以向井口傳送。相反，由于由一些已知系統(tǒng)使用的向井口通信技術(shù)的等待時間，這些系統(tǒng)可能丟失這樣的特殊事件數(shù)據(jù)?？蛇x擇地或另外地，這些已知的系統(tǒng)可以響應(yīng)于系統(tǒng)的復(fù)位而僅僅向井口發(fā)送這樣的特殊事件數(shù)據(jù)，和/或在非特殊數(shù)據(jù)幀(例如類型3的數(shù)據(jù)幀)中散布這樣的特殊數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生可用遙測帶寬的無效率的使用。再者，與上述通信技術(shù)對比，這里描述的示例裝置和方法能夠使得特殊事件一發(fā)生就形成和傳輸特殊數(shù)據(jù)幀。這樣的數(shù)據(jù)幀按照所需被發(fā)送，并且通常直接緊跟在另一個數(shù)據(jù)幀(例如預(yù)定的數(shù)據(jù)幀類型)傳輸完成后，以便與特殊事件相關(guān)的信息被盡可能快地提供給地面的操作者。
前述的示例裝置和方法可以以許多方式進行修改以達(dá)到相同或相似的結(jié)果。例如，特殊數(shù)據(jù)幀可以利用這里描述的技術(shù)從地面?zhèn)魉偷骄虏考?或從井下部件傳送到地面。此外，這里描述的示例裝置可以被手動和/或自動地激活以執(zhí)行期望的操作。激活可以按照期望和/或基于產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、檢測到的狀況和/或來自井下作業(yè)的結(jié)果分析而進行。
從一個或多個井下部件到地面的數(shù)據(jù)的選擇性通道可用于操作帶寬。換句話說，分配給各種井下部件的遙測部件的通信帶寬可以隨著特殊事件被檢測到而改變或修改，以及包含與其相關(guān)的信息的特殊數(shù)據(jù)幀在其它預(yù)定的數(shù)據(jù)幀將以別的方式被傳輸?shù)降孛娴臅r間異步地(例如如所需要的和/或當(dāng)特殊事件發(fā)生時)傳輸?shù)降孛?。換句話說，特殊數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先傳輸使得特殊數(shù)據(jù)能夠亂序地(即以不同于所有井下數(shù)據(jù)被收集的次序的次序或順序)傳輸?shù)降孛妫允固厥鈹?shù)據(jù)可以提前于或者在先于收集特殊數(shù)據(jù)時收集的數(shù)據(jù)之前被發(fā)送。特殊事件可以從地面(例如通過操作者手動地和/或經(jīng)由軟件自動地)觸發(fā)和/或特殊事件(例如預(yù)定的一組條件)一發(fā)生就經(jīng)由一個或多個井下部件觸發(fā)。向井下發(fā)送的信息可以利用任何期望的下行鏈路方法傳送到例如一個或多個井下工具或部件。
在一些實施方式中，一些井下部件將不時地向地面發(fā)送或多或少的信息(例如在站測井期間)。代替具有固定的帶寬分配，這里描述的示例方法和設(shè)備可以根據(jù)井下作業(yè)條件改變分配給井下部件的遙測帶寬，以充分利用可用遙測帶寬。例如，在特殊事件的情況下，具有與特殊事件相關(guān)的信息的一個或多個部件被使能以迅速傳輸(例如臨時接收到的附加遙測帶寬)到地面以進行進一步處理(例如使得地面上的操作者能夠采取響應(yīng)的行動)。進一步，遙測帶寬分配的這種變化可以響應(yīng)于由一個或多個操作者的需要或請求而進行改變。更進一步，在一個或多個井下部件失效的情況下，不然由這些部件使用的遙測帶寬可以代替地由剩余工作的井下部件使用。
前面的描述和所提供的示例裝置和方法因此僅僅是為了說明的目的，并且不應(yīng)被解釋為限制。因此，盡管在這里描述了某些裝置和方法，但是本專利的覆蓋范圍不限于此。相反，本專利覆蓋了在字面上或者按照等同原則完全落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施例。進一步，在權(quán)利要求書內(nèi)的“包括”打算是指“至少包括”，以使在權(quán)利要求中所述的元素列表是開放的組?！耙弧薄ⅰ耙粋€”和其它單數(shù)術(shù)語打算包括它們的復(fù)數(shù)形式，除非明確排除。
權(quán)利要求
1.一種在井筒的井下位置和與該井筒相關(guān)的地面位置之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，該方法包括通過至少一個井下部件來測量井下數(shù)據(jù)；生成包含至少一部分井下數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀；響應(yīng)于與特殊事件對應(yīng)的至少一些井下數(shù)據(jù)而改變分配給至少一個井下部件的遙測帶寬；以及通過分配給至少一個井下部件的遙測帶寬而把至少一些井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中改變分配給至少一個井下部件的遙測帶寬并將至少一些井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫖恢冒ㄉ商厥鈹?shù)據(jù)幀，并在優(yōu)先的基礎(chǔ)上將特殊數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在優(yōu)先的基礎(chǔ)上將特殊數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)降孛嫖恢冒ㄔ谥芷谛詡鬏數(shù)臄?shù)據(jù)幀之間傳輸特殊數(shù)據(jù)幀。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中周期性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀是相同類型的數(shù)據(jù)幀。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成包含至少一些井下數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀包括利用標(biāo)識信息對數(shù)據(jù)幀進行編碼。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成數(shù)據(jù)幀包括生成數(shù)據(jù)幀以把來自在配置遙測部件過程中定義的預(yù)定幀的數(shù)據(jù)包括進來。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中特殊事件響應(yīng)于命令。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成包含至少一些井下數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀包括把至少一個井下裝置標(biāo)識符與在至少一些井下數(shù)據(jù)內(nèi)的每個數(shù)據(jù)點相關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中特殊事件對應(yīng)于需要由操作者立即注意的事件。
10.一種在井筒的井下位置和與該井筒相關(guān)的地面位置之間傳輸數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括遙測部件，其被配置成響應(yīng)于與特殊事件對應(yīng)的井下數(shù)據(jù)而改變分配給至少一個井下部件的遙測帶寬，以及通過分配給至少一個井下部件的遙測帶寬而把至少一些井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中改變分配給至少一個井下部件的遙測帶寬并將至少一些井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫖恢冒ㄉ商厥鈹?shù)據(jù)幀，并在優(yōu)先的基礎(chǔ)上將特殊數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中在優(yōu)先的基礎(chǔ)上將特殊數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)降孛嫖恢冒ㄔ谥芷谛詡鬏數(shù)臄?shù)據(jù)幀之間傳輸特殊數(shù)據(jù)幀。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中周期性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀是相同類型的數(shù)據(jù)幀。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中特殊事件響應(yīng)于命令。
15.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中遙測部件被配置成通過把至少一個井下裝置標(biāo)識符與在至少一些井下數(shù)據(jù)內(nèi)的每個數(shù)據(jù)點相關(guān)聯(lián)來生成包含至少一些井下數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀。
16.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中特殊事件對應(yīng)于需要由操作者立即注意的事件。
17.一種在井筒的井下位置和與該井筒相關(guān)的地面位置之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，該方法包括生成多個第一類型的數(shù)據(jù)幀以在井下位置和地面位置之間傳輸；生成第二類型的數(shù)據(jù)幀以響應(yīng)于檢測到特殊事件；以及在優(yōu)先的基礎(chǔ)上傳輸至少一個第二類型的數(shù)據(jù)幀。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中第一類型的數(shù)據(jù)幀包括重復(fù)的數(shù)據(jù)幀，以及第二類型的數(shù)據(jù)幀包括特殊數(shù)據(jù)幀。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中特殊事件響應(yīng)于命令。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中特殊事件對應(yīng)于需要由操作者立即注意的事件。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中特殊事件與至少一個警報或告警狀況相關(guān)。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在優(yōu)先的基礎(chǔ)上傳輸至少一個第二類型的數(shù)據(jù)幀包括將來自井下位置的第二類型的數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 全文摘要
公開了用于在地面設(shè)備和井下工具之間傳輸信號的示例井筒遙測系統(tǒng)和方法。一種示例方法通過下述在井筒的井下位置和與該井筒相關(guān)的地面位置之間傳輸數(shù)據(jù)通過至少一個井下部件來測量井下數(shù)據(jù)，并生成包含至少一部分井下數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀。該示例方法響應(yīng)于與特殊事件對應(yīng)的至少一些井下數(shù)據(jù)而改變分配給至少一個井下部件的遙測帶寬，并通過分配給至少一個井下部件的遙測帶寬而把至少一些井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫖恢谩?br> 文檔編號E21B47/12GK1932239SQ20061014222
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
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