НИСХОДЯЩАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ, ОСНОВАННАЯ НА ШУМЕ НАКАЧКИ
DOWNLINK BASED ON PUMPING NOISE

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ
Настоящее изобретение испрашивает приоритет предварительной патентной заявки № 60/826023, поданной 18 сентября 2006 г. Предварительная заявка включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к определению, когда было остановлено бурение во время операции бурения. Более конкретно, изобретение относится к измерению шума в скважине для определения, когда был выключен грязевой насос.
Бурение при разработке нефтяных и других месторождений в Земле предусматривает бурение стволов скважины в Земле. Для создания ствола скважины скважинный буровой инструмент свешивается с буровой установки и продвигается в землю посредством бурильной колонны. Во время операции бурения желательно знать положение и ориентацию оборудования низа бурильной колонны и бурового долота. Обычно эти измерения производятся во время коротких перерывов буровых операций. Такой перерыв может делаться в целях добавления секции бурильной трубы в бурильную колонну или для выполнения измерения, либо отбора образца пласта и флюидов, которые он содержит. В некоторых случаях перерыв в операциях бурения служит более чем одной цели.
Во время такого перерыва, буровое долото не вращается, а грязевые насосы зачастую останавливаются. Часто это является наилучшим временем для выполнения измерений, имеющих отношение к направлению и углу наклона бурового долота, называемых «выполнением стационарного обследования».
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из аспектов способ для определения события бурения включает в себя измерение первого сигнала с датчика в течение первого выбранного временного интервала, измерение второго сигнала с датчика в течение второго временного интервала и определение, уменьшился ли шум во втором сигнале.
В другом аспекте способ для определения события бурения включает в себя измерение первого сигнала с датчика в течение первого временного интервала, преобразование первого сигнала в частотную область, определение, работает ли грязевой насос на основании сигнала мощности на рабочей частоте грязевого насоса.
В еще одном аспекте скважинный инструмент включает в себя, по меньшей мере, один из датчика давления и датчика удара, электронные схемы, оперативно присоединенные к, по меньшей мере, одному датчику, при этом электронные схемы сконфигурированы для определения, когда уменьшается шумовая составляющая сигнала датчика.
Другие аспекты и преимущества изобретения поясняются в последующем описании и прилагаемой формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает график давления в зависимости от времени, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.2 показывает график давления в зависимости от времени, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.3A показывает график мощности в зависимости от частоты сигнала давления, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.3B показывает график мощности в зависимости от частоты сигнала давления, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.4 показывает график мощности в зависимости от частоты сигнала давления, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.5 показывает один из примеров способа в соответствии с изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В некоторых примерах настоящее изобретение может использоваться для определения режима потока или режима отсутствия потока в стволе скважины с помощью очень простого устройства, которое включает в себя единственный датчик давления. Датчик давления может измерять уровень гидравлического шума и производить определение того, включены или выключены грязевые насосы.
Способ основан на том обстоятельстве, что уровень гидравлического шума и давления флюида внутри бурильной колонны или в кольцеобразном зазоре обычно снижается, когда прекращается циркуляция бурового раствора. Например, фиг.1 показывает график сигнала 100 давления в зависимости от времени. На первом участке 101 давление и шум оба являются высокими. На втором участке 102 давление уменьшается, но шум по-прежнему относительно высок. На третьем участке 103 давление и шум оба являются относительно высокими. Амплитуда шума обозначена ссылочной позицией 104.
Эта ситуация может возникать, когда бурение останавливается, а буровое долото отодвигается от забоя, но насосы по-прежнему включены. Это могло бы вызвать падение давления флюида, но шумы грязевых насосов по-прежнему присутствуют. В общем случае, процесс бурения останавливается до того, как выключаются грязевые насосы.
В одном из примеров, сигнал давления может быть получен дискретизацией с выбранной частотой дискретизации в течение фиксированного элемента времени (то есть, скользящего окна сбора данных в 10 секунд), а уровень шума сигнала вычисляется и регистрируется.
Фиг.2 показывает график сигнала 200 давления в зависимости от времени. В примере, показанном на фиг.2, первый участок 201 и третий участок 203 показывают относительно высокие давление и шум. Между первым 201 и третьим 203 участками, показан период 202 с относительно низкими давлением и шумом. Относительно низкие давление и шум на втором участке 202 могут указывать, что бурение остановлено, и грязевые насосы выключены. Относительно высокие давление и шум на третьем участке могут указывать, что поток бурового раствора и бурение возобновлены.
В еще одном примере, как проиллюстрировано на фиг.3A, спектральный анализ данных давления, такой как быстрое преобразование Фурье, может использоваться для анализа частот, включенных в гидравлический сигнал. Как показано на фиг.3B, сигнал 300 мощности представлен графически в виде функции времени. Пик в мощности сигнала давления может наблюдаться на частоте грязевых насосов 301. Обычно грязевые насосы приводятся в действие между 1 Гц и 10 Гц. Как показано на фиг.3B, сигнал 350 мощности не включает в себя пик на частоте грязевых насосов 301. Грязевые насосы могут выключаться, когда пик мощности на частоте 301 грязевого насоса уже отсутствует.
В другом примере при бурении может использоваться грязевая сирена на поверхности. Частота грязевой сирены может быть выбрана так, что она не перекрывается с шумом, формируемым грязевыми насосами. Как показано на фиг.4, мощность 400 представлена графически в виде функции частоты. Существует пик на частоте грязевых насосов 401 и пик на частоте сирены 402.
В одном из примеров скважинный инструмент может определять, что грязевые насосы остановили работу на основании отсутствия пика на частоте 401 грязевого насоса и частоте 402 сирены. В другом примере скважинный инструмент может определять, что грязевые насосы остановили работу на основании отсутствия пика мощности в частоте 402 сирены. В еще одном примере во время операций бурения грязевая сирена может использоваться для передачи сигналов нисходящей линии связи, которые могут обнаруживаться датчиком давления и демодулироваться скважинным инструментом.
Фиг.5 показывает пример способа 500 для определения, когда остановилось бурение. Способ может включать в себя определение на этапе 501 амплитуды шума в сигнале давления, который присутствует, когда грязевые насосы включены, и поток бурового раствора циркулирует. В альтернативном примере может быть реализована фаза калибровки, чтобы определять уровень шума, который должен ожидаться в режиме отсутствия потока.
Затем способ может включать в себя измерение уровня давления на этапе 502. В одном примере давление должно снижаться, прежде чем измерение шума будет использовано для определения того, включены или выключены грязевые насосы. Такая реализация может сберегать вычислительную мощность для обработки в скважине посредством ограничения окон, в течение которых анализируется шум давления. На этапе 503 определяется, является ли давление более низким, чем ожидаемое при операции бурения. Если давление не понижено, способ может возвращаться к измерению уровня давления. Если давление является более низким, то способ может продолжать определять шум.
Способ, затем, может включать в себя измерение шума давления на этапе 504. На основании уровня шума на этапе 505 может быть принято решение в отношении того, включены или выключены грязевые насосы. Если грязевые насосы включены, то скважинный инструмент может продолжать отслеживать шум и давление. Если определено, что грязевые насосы выключены, в одном примере, способ может включать в себя выполнение обследования направления и угла наклона бурового долота на этапе 506. В другом примере способ может включать в себя взятие образца пласта или пластовых флюидов. В другом примере способ может включать в себя возврат в исходное положение процесса телеметрии, как только бурение возобновилось.
В другом варианте осуществления определение того, выключены ли грязевые насосы, выполняется посредством анализа мощности в шуме давления как функции частоты. Падение уровня мощности на частоте грязевых насосов может указывать, что насосы остановлены. В другом примере падение мощности на частоте грязевой сирены верха ствола скважины может указывать, что грязевые насосы выключены.
В дополнение к измерениям давления, принципы настоящего изобретения могут применяться к другим скважинным измерениям для определения того, когда остановилось бурение. Например, типовое оборудование низа бурильной колонны может включать в себя датчик удара. Может быть определено, что бурение остановлено, если уровень шума в измерениях ударов снизился. В другом примере может определяться, что бурение остановилось на основании снижения шума с датчика вибрации, а также магнитометров и акселерометров, расположенных в оборудовании низа бурильной колонны.
Преимущественно, один или более раскрытых вариантов осуществления могут быть реализованы на скважинном инструменте. Такие инструменты включают в себя инструмент электромагнитной телеметрии, инструмент импульсной телеметрии бурового раствора, инструмент измерения направления и угла наклона и инструмент оценки параметров продуктивного пласта. Варианты осуществления изобретения также могут быть реализованы на других скважинных инструментах.
Хотя изобретение было описано по отношению к ограниченному количеству вариантов осуществления, специалистам в данной области техники на основе этого раскрытия будет понятно, что могут быть созданы другие варианты осуществления, без отклонения от объема изобретения, как раскрыто в материалах настоящей заявки. Например, эластомерные элементы могут использоваться при любых скважинных операциях с использованием вращающихся элементов. Соответственно, объем изобретения должен ограничиваться только формулой изобретения.