СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ СКВАЖИННОЙ МЕЖПРИБОРНОЙ СВЯЗИ
METHODS AND DEVICES FOR WELL APPARATUS COMMUNICATING

Область техники, к которой относится изобретение
В общем настоящее изобретение относится к способам и устройствам для сбора данных из подземных пластов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и устройствам для связи между различными скважинными устройствами, пересекающими подземный пласт.
Уровень техники
Каротаж с зондом на кабеле осуществляют в течение многих лет для повышения добычи из месторождений нефти и газа. При скважинном каротаже один способ выполнения измерений под землей включает в себя прикрепление одного или нескольких устройств к кабелю, соединенному с наземной системой. Устройства спускают в ствол скважины на кабеле и затем извлекают обратно на поверхность («выполняя каротаж») через ствол скважины, в то же время осуществляя измерения. Кабель часто содержит много проводов, например 7-проводный «гепта-кабель». Провода кабеля обеспечивают устройства электрической энергией с поверхности и линию связи для электрических сигналов, проходящих между устройствами и наземной системой. Например, сигналами могут быть сигналы управления устройствами, которые проходят от наземной системы к устройствам, и рабочие сигналы и данные устройств, которые проходят от устройств к наземной системе.
Обычная телеметрическая система для обеспечения связи между наземной системой и устройствами может включать в себя телеметрический модуль (ТМ) на поверхности, кабель и скважинный телеметрический блок (ТБ) на головной части колонны устройств. Обычно каждое скважинное устройство включает в себя интерфейс шины устройства (ИШУ) для связи с телеметрическим блоком через шину скважинного устройства (ШСУ). Такую телеметрическую систему конфигурируют с обеспечением возможности прохождения данных в двух направлениях: от телеметрического модуля к устройствам и от устройств к телеметрическому модулю. Каналы связи из разреза вверх вдоль ствола скважины к телеметрическому модулю называют «восходящей линией связи». Каналы связи от телеметрического модуля вниз вдоль ствола скважины в разрез именуют «нисходящей линией связи».
В типичной телеметрической системе каждое устройство посылает свои данные в скважинный телеметрический приборный блок по шине устройства. Затем телеметрический приборный блок посылает данные в телеметрический модуль, обычно по каротажному кабелю. Хотя при такой конфигурации скважинная телеметрия упрощается, но необходимо, чтобы все данные передавались на поверхность. Поэтому в ситуации, когда желательно передавать данные или сигнал из одного скважинного устройства в другое скважинное устройство, для типичной конфигурации телеметрии необходимо, чтобы данные пересылались из первого устройства в телеметрический приборный блок, из которого они передаются по восходящей линии связи в телеметрический модуль, затем передаются обратно из телеметрического модуля по нисходящей линии связи во второе устройство через телеметрический приборный блок. Время, необходимое для такой восходящей и нисходящей связи, затрачивается непроизводительно, особенно при глубоких стволах скважин, когда расстояние между телеметрическим приборным блоком и телеметрическим модулем может быть большим. Необходим способ скважинной связи между внутрискважинными устройствами. Предпочтительно, чтобы такой способ связи был совместим с обычными скважинными устройствами, предназначенными для связи со скважинным телеметрическим блоком по шине устройств.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на устранение рассмотренных выше и других недостатков. В частности, настоящее изобретение предусматривает способ скважинной связи между спускаемыми на кабеле устройствами. Способ заключается в том, что исследуют поток данных восходящей линии связи с помощью скважинного модуля; извлекают любые данные, предназначенные для скважинных устройств; и передают любые извлеченные данные, предназначенные для скважинных устройств, по потоку данных нисходящей линии связи из скважинного модуля в заданное скважинное устройство. Не требуется передавать данные, предназначенные для скважинных устройств, на поверхность до того, как их посылают вниз вдоль ствола скважины. Скважинный модуль может быть скважинным телеметрическим приборным блоком, содержащим контроллер шины скважинных устройств; скважинным устройством, содержащим программный усовершенствованный интерфейс шины устройств (ПУИШУ); или скважинным устройством, содержащим расширенный интерфейс шины устройств (РИШУ). В некоторых вариантах осуществления скважинное устройство может быть внутрискважинным устройством. Способ может дополнительно включать в себя передачу любых данных, предназначенных для скважинных устройств, по потоку данных нисходящей линии связи из забоя скважины к группе скважинных устройств или рассылку их во все скважинные устройства.
В соответствии с другим аспектом изобретения предусмотрена скважинная телеметрическая система, включающая в себя наземный телеметрический модуль, скважинный модуль и линию передачи мультиплексированных данных между поверхностью и модулем, способную передавать данные попеременно между восходящей линией связи, по которой данные передаются из скважинного модуля в наземный модуль, и нисходящей линией связи, по которой данные передаются из наземного модуля в скважинный модуль; при этом данные восходящей линии связи могут быть исследованы и избирательно извлечены скважинным модулем. В некоторых вариантах осуществления изобретения скважинный модуль может быть скважинным телеметрическим приборным блоком, содержащим контроллер шины скважинных устройств; скважинным устройством, содержащим программный усовершенствованный интерфейс шины устройств (ПУИШУ); или скважинным устройством, содержащим расширенный интерфейс шины устройств (РИШУ). Скважинный модуль может извлекать любые данные восходящей линии связи, предназначенные для скважинных устройств, и сохранять и копировать в нисходящую линию связи любые данные восходящей линии связи, извлеченные из восходящей линии связи. Любые данные, извлеченные из восходящей линии связи скважинным модулем, могут быть посланы в нисходящую линию связи в течение последующего периода нисходящей связи и приняты заданным скважинным устройством или разосланы в группу или во все скважинные устройства.
В соответствии с еще одним аспектом предусмотрен способ связи между скважинными устройствами, заключающийся в том, что посылают сигнал из первого скважинного устройства в скважинный модуль и транслируют сигнал из первого скважинного модуля во второе скважинное устройство до того, как сигнал достигает наземного телеметрического модуля. Трансляция может быть осуществлена с помощью скважинного модуля.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предусмотрена система регистрации скважинных данных, включающая в себя наземную телеметрическую систему; скважинный телеметрический приборный блок, содержащий контроллер шины скважинных устройств; и множество скважинных устройств; в которой контроллер шины скважинных устройств может быть запрограммирован на извлечение данных межприборной связи (МС) из потока данных восходящей линии связи и может быть запрограммирован на копирование извлеченных данных межприборной связи в поток данных нисходящей линии связи. Поток данных нисходящей линии связи обеспечивает извлеченными данными межприборной связи один или несколько из множества скважинных устройств. В другом варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно из множества скважинных устройств включает в себя расширенный интерфейс шины устройств (РИШУ), который может быть запрограммирован на извлечение данных межприборной связи из потока данных восходящей линии связи и может быть запрограммирован на копирование извлеченных данных межприборной связи в поток данных нисходящей линии связи.
В соответствии с одним аспектом изобретения предусмотрен способ регистрации акустических данных, заключающийся в том, что посылают пусковой сигнал в поток данных восходящей линии связи; извлекают пусковой сигнал на скважинном модуле, когда пусковой сигнал проходит вверх вдоль ствола скважины; копируют пусковой сигнал и посылают его вниз вдоль ствола скважины к акустическому передатчику; возбуждают акустическое устройство в соответствии с пусковым сигналом; и принимают акустические данные. Способ может дополнительно включать в себя этап синхронизации регистрации акустических данных с возбуждением акустического устройства путем использования пускового сигнала, извлеченного скважинным модулем. Посылка пускового сигнала может быть осуществлена акустическим приемником. Способ может включать в себя извлечение сигнала данных каверномера из восходящей линии связи и копирование сигнала данных каверномера в поток данных нисходящей линии связи. Сигналом данных каверномера могут быть обеспечены акустический передатчик и приемник. В соответствии с сигналом данных каверномера акустический передатчик может изменить данные формы сигнала.
Согласно одному аспекту способа данные, предназначенные для скважинных устройств, включают в себя команду на активизацию посылки из скважинного акустического приемника к скважинному акустическому передатчику. Контроллер шины скважинных устройств копирует команду в поток данных нисходящей линии связи, при этом команда может быть послана как на скважинный акустический приемник, так и на скважинный акустический передатчик в последующий период нисходящей связи. При некоторых применениях потоку данных нисходящей линии связи может быть назначен более высокий приоритет по сравнению с командами наземной системы. Поэтому скважинный акустический передатчик может начать возбуждение, а приемник после приема команды от передатчика может синхронно начать регистрацию данных.
Согласно другому аспекту данные, предназначенные для скважинных устройств, включают в себя информацию о диаметре ствола скважины, переданную каверномером. Скважинный модуль может извлекать информацию о диаметре ствола скважины из потока данных восходящей линии связи и копировать ее в поток данных нисходящей линии связи. Информация о диаметре ствола скважины может быть послана на акустический приемник через скважинный модуль без отправки на поверхность.
Одно из множества скважинных устройств может включать в себя акустический приемник, а другое из множества скважинных устройств может быть акустическим передатчиком. Пусковой сигнал может быть послан из акустического приемника, извлечен скважинным модулем из потока данных восходящей связи и послан к акустическому передатчику, а также обратно к акустическому приемнику. Поэтому возбуждение акустического передатчика и прием акустическим приемником могут быть синхронизированы. Кроме того, одно из множества скважинных устройств может включать в себя каверномер. Информация о диаметре ствола скважины может быть послана от каверномера, извлечена скважинным модулем из потока данных восходящей линии связи и послана к акустическому передатчику и приемнику. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления для обеспечения максимального расстояния между акустическим передатчиком и приемником каверномер расположен между акустическим приемником и акустическим передатчиком. Наземная телеметрическая система может быть телеметрическим модулем, и наземная система может включать в себя каротажный кабель.
Согласно еще одному аспекту изобретения данные, предназначенные для скважинных устройств, включают в себя информацию, переданную по восходящей линии связи насосом, измерительным устройством или пробоотборником. Для осуществления измерения флюида скважинный модуль может извлекать информацию из потока данных восходящей линии связи и копировать ее в поток данных нисходящей линии связи. Информация о результате измерения флюида может быть послана в пробоотборник флюида через скважинный модуль без отправки на поверхность.
В другом аспекте изобретения данные, предназначенные для скважинных устройств, включают в себя командную информацию для перемещения или регулирования с помощью тянущего устройства или устройства для позиционирования. Скважинный модуль может извлекать информацию, чтобы координировать перемещение или позиционирование скважинных устройств и копировать ее в поток данных нисходящей линии связи для приема тянущим устройством или устройством для позиционирования. После этого устройства в стволе скважины могут быть перемещены или позиционированы путем использования данных, посланных через скважинный модуль без отведения информации на поверхность.
Предложен способ связи между спускаемыми на кабеле скважинными устройствами, заключающийся в том, что исследуют поток данных восходящей линии связи с помощью скважинного модуля; извлекают любые данные, предназначенные для скважинных устройств, с помощью скважинного модуля; и посылают любые извлеченные данные в одно или несколько скважинных устройств через скважинный модуль. Извлеченные данные могут быть посланы с высоким приоритетом в одно или несколько скважинных устройств вместе с потоком данных нисходящей линии связи в течение одного последующего периода нисходящей связи, который может быть следующим периодом нисходящей связи.
Дополнительные преимущества и новые признаки изобретения будут изложены в описании, которое следует ниже, или могут быть изучены специалистами в данной области техники при изучении этих материалов или практическом использовании изобретения. Преимущества изобретения могут быть получены с помощью средств, описанных в прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Сопровождающими чертежами иллюстрируются предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, и они являются частью описания. Совместно с нижеследующим описанием чертежи демонстрируют и поясняют принципы настоящего изобретения.
На чертежах:
фиг.1А - схематическое изображение системы спускаемых на кабеле устройств согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.1В - схематическое изображение системы спускаемых на кабеле устройств согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2А-2Е - схематические изображения скважинной системы связи, иллюстрирующие межприборную связь согласно различным аспектам настоящего изобретения;
фиг.3 - иллюстрация одного способа восходящей связи, используемого для обеспечения скважинной межприборной связи согласно настоящему изобретению;
фиг.4 - иллюстрация другого способа восходящей связи, используемого для обеспечения скважинной межприборной связи согласно настоящему изобретению;
фиг.5 - иллюстрация одного способа синхронизации акустического возбуждения с регистрацией данных согласно настоящему изобретению;
фиг.6 - блок-схема программных средств, которые могут быть использованы согласно некоторым аспектам настоящего изобретения для обеспечения скважинной межприборной связи;
фиг.7 - диаграмма потоков данных программного обеспечения и задач согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.8 - диаграмма правил записи и потоков данных для обеспечения скважинной межприборной связи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.9 - иллюстрация одного протокола, который может быть использован для записи сообщения межприборной связи согласно настоящему изобретению; на фиг.9 показана запись сообщения с индексированным адресом для направления его к одному приемнику; и
фиг.10 - иллюстрация протокола, который может быть использован для записи импульса синхронизации межприборной связи согласно настоящему изобретению; на фиг.10 показана запись импульса синхронизации с индексированным адресом для одного приемника-получателя.
На чертежах повсюду идентичными позициями и изображениями обозначены подобные, но необязательно идентичные элементы. Несмотря на то, что для изобретения допускаются различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты осуществления показаны на чертежах для примера и будут подробно описаны в настоящей заявке. Однако должно быть понятно, что изобретение не предполагается ограниченным конкретными раскрытыми формами. Скорее изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и варианты, попадающие в рамки объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Ниже описываются иллюстративные варианты осуществления и объекты изобретения. Для ясности в этом описании рассмотрены не все признаки фактической реализации. Конечно, должно быть понятно, что при разработке любого такого фактического варианта осуществления для решения конкретных задач разработчика должны быть приняты многочисленные специфические для реализации решения такие, как согласие с системными и связанными с деловой активностью ограничениями, которые будут изменяться от одной реализации к другой. Кроме того, должно быть понятно, что такая разработка может быть сложной, и требующей больших затрат времени, но тем не менее должна быть обычным делом для специалистов в данной области техники, имеющих выгоду от этого раскрытия.
Настоящим изобретением предусматриваются способы и устройства, обеспечивающие скважинную межприборную связь за намного более короткое время, чем это было возможно прежде. Для связи между скважинными устройствами в настоящей заявке применен термин «межприборная» связь, и она включает в себя связь между скважинными устройствами без прохождения сигналов к наземному модулю и от него, как делалось раньше. Принципы, описанные в настоящей заявке, способствуют более точной синхронизации различных событий, связанных со скважинными устройствами, меньшим задержкам во времени между командами и ответными действиями и/или меньшим эксплуатационным непроизводительным потерям. Предпочтительно, чтобы способы и устройства настоящего изобретения реализовывались с исследованием данных (включая командные сигналы), содержащихся в потоке данных восходящей линии связи, в то время, когда данные все еще локализованы в скважинном устройстве. Путем исследования данных до того, как они проходят весь путь до поверхности, любая информация, посланная одним или несколькими скважинными устройствами и предназначенная для других скважинных устройств, может быть извлечена, скопирована и передана к заданным адресатам более быстро, чем это позволяют существующие системы. Более короткий период ожидания имеет следствием более качественную каротажную информацию и, следовательно, более эффективную эксплуатацию скважины. Использованный в настоящей заявке термин «извлекать» или «извлеченная» означает вывод или получение (например, информации) от источника.
Теперь обратимся к чертежам и в особенности к фиг.1А, на которой показан схематический общий вид системы (100) регистрации скважинных данных в соответствии с принципами настоящего изобретения. Система (100) регистрации скважинных данных включает в себя наземную телеметрическую систему или модуль (102), скважинный модуль, показанный на фиг.1 как скважинный телеметрический блок (104), и множество скважинных устройств. В некоторых вариантах осуществления скважинный телеметрический приборный блок (104) может содержать контроллер (106) шины скважинных устройств, а скважинное устройство может содержать интерфейс (109) шины устройства, усовершенствованный интерфейс (111) шины, программный усовершенствованный интерфейс (113) шины или расширенный интерфейс (115) шины. В соответствии с вариантом осуществления из фиг.1А имеются пять скважинных устройств (108-116). Наземная телеметрическая система (102) может быть частью всей наземной системы (118), которая содержит телеметрический модуль (ТМ). Каротажный кабель, например кабель (120) передачи мультиплексированных данных, предусмотрен для снабжения электрической энергией и связи между наземной телеметрической системой (102) и скважинным телеметрическим приборным блоком (104). Шина (122) скважинных устройств предусмотрена для связи между скважинными устройствами (108-116) и скважинным телеметрическим приборным блоком (104) в направлениях как восходящей линии связи, так и нисходящей линии связи.
Хотя в типичной скважинной системе регистрации обеспечивается возможность связи как по восходящей линии связи, так и нисходящей линии связи, любые данные, посылаемые одним скважинным устройством в другое, прежде проходили в потоке данных восходящей линии связи весь путь до телеметрического модуля (102), затем весь путь обратно вниз до заданного устройства. Однако в соответствии с настоящим изобретением в скважинном модуле таком, как телеметрический блок (104), содержащем контроллер (106) шины скважинных устройств, могут исследоваться и извлекаться данные межприборной связи из восходящей линии связи. Если имеются любые данные, посылаемые из одного скважинного устройства (108-116) и предназначенные для другого скважинного устройства (108-116), то такие данные копируются и посылаются в заданные скважинные устройства без ожидания прохождения данными всего пути до поверхности и опять назад вниз. Любые данные межприборной связи пересылаются контроллером (106) шины скважинных устройств в последующий период нисходящей связи, при этом предпочтительно, чтобы следующий период нисходящей связи следовал сразу же после периода восходящей связи, во время которого данные были извлечены.
Для реализации скважинной межприборной связи, которая эффективно обеспечивает возможность средствам связи посылать пакеты данных в направлениях вверх вдоль ствола скважины и вниз вдоль ствола скважины, могут быть использованы усовершенствованный протокол шины скважинного устройства и скважинный модуль. Скважинный модуль может содержать усовершенствованный скважинный телеметрический приборный блок (УСТПБ). Скважинный модуль может содержать скважинное устройство, например внутрискважинное устройство, с расширенным интерфейсом шины (РИШ). Расширенный интерфейс шины может принимать данные межприборной связи из пакетов как восходящей линии связи, так и нисходящей линии связи, и может посылать данные межприборной связи как пакеты восходящей линии связи или нисходящей линии связи. Программный усовершенствованный интерфейс шины (ПУИШ) может принимать данные межприборной связи только из пакетов нисходящей линии связи и может посылать данные межприборной связи только в пакете восходящей линии связи. Интерфейс шины устройства (ИШУ) или усовершенствованный интерфейс шины (УИШ) не может посылать пакеты данных межприборной связи, но оба могут принимать данные межприборной связи из пакетов нисходящей линии связи. Поэтому скважинное устройство с интерфейсом шины устройства или усовершенствованным интерфейсом шины может только принимать данные межприборной связи из сигналов нисходящей линии связи; скважинное устройство с программным усовершенствованным интерфейсом шины может принимать данные межприборной связи из сигналов нисходящей линии связи и может посылать данные межприборной связи в сигнале восходящей линии связи; и скважинное устройство с расширенным интерфейсом шины может принимать данные межприборной связи из сигналов восходящей линии связи и нисходящей линии связи и может посылать данные межприборной связи в сигнале восходящей линии связи или нисходящей линии связи. В скважинной межприборной связи скважинные устройства с интерфейсом шины устройства или усовершенствованным интерфейсом шины могут работать только как приемники.
Обратимся к фиг.1В со схематическим общим видом другого варианта осуществления настоящего изобретения. Скважинная система (100) регистрации данных включает в себя наземную телеметрическую систему (118) и/или модуль (102), при этом скважинный модуль показан на фиг.1В как скважинное устройство (108') с расширенным интерфейсом шины, и множество скважинных устройств. Система регистрации данных может также включать в себя скважинный телеметрический приборный блок (104), включающий в себя контроллер (106) шины устройств. Согласно настоящему изобретению скважинное устройство (108') с расширенным интерфейсом шины запрограммировано на извлечение данных межприборной связи из восходящей линии связи. Контроллер (106) шины скважинных устройств может также исследовать потоки данных восходящей линии связи. Если имеются любые данные, посылаемые из одного скважинного устройства (108'-116) и предназначенные для другого скважинного устройства (108'-116), то такие данные копируются и посылаются в заданные скважинные устройства без ожидания прохождения данными всего пути до поверхности и опять назад вниз. Данные межприборной связи могут посылаться в последующий период нисходящей связи через скважинное устройство (108') с расширенным интерфейсом шины или контроллер (106) шины скважинных устройств, при этом предпочтительно, чтобы следующий период нисходящей связи следовал сразу же после периода восходящей связи, в течение которого данные были извлечены.
Любая межприборная связь может быть более быстро обеспечена путем локального извлечения сообщений и трансляции их обратно к заданным получателям без прохождения первоначально на поверхность. Например, согласно вариантам осуществления из фиг.1А и 1В скважинное устройство 2 (110) может быть акустическим приемником, а скважинное устройство 5 (116) может быть акустическим передатчиком. Для обеспечения большого расстояния между акустическим передатчиком и акустическим приемником без увеличения общей длины приборной колонны любое число скважинных устройств (например, устройств 112 и 114) может быть между акустическим приемником (110) и акустическим передатчиком (116). В конфигурации, показанной на фиг.1А, одним примером межприборной связи является посылка пусковой команды акустическим приемником (110) к акустическому передатчику (116). Командный сигнал пуска посылается акустическим приемником по восходящей линии 1 (124) связи. Однако вместо прохождения на поверхность и обратно с целью достижения акустического передатчика (116) скважинный модуль, показанный на фиг.1А как скважинный телеметрический блок (104), содержащий контроллер (106) шины скважинных устройств, осуществляет контроль и извлекает пусковую команду (или любые другие данные межприборной связи) и копирует ее, как показано стрелкой (126), в последующую нисходящую линию связи, которой в соответствии с фиг.1А является нисходящая линия 1 (128) связи. В качестве альтернативы скважинный модуль такой, как скважинное устройство (108'), содержащий расширенный интерфейс шины, показанный на фиг.1В, осуществляет контроль и извлекает пусковую команду (или любые другие данные межприборной связи) и копирует ее, как показано стрелкой (126') в последующую нисходящую линию связи, которой в соответствии с фиг.1В, является нисходящая линия 1 (128) связи. Предпочтительно, чтобы нисходящая линия 1 (128) связи была нисходящей линией связи на следующем интервале. В течение передачи по нисходящей линии 1 (128) связи как акустический приемник (110), так и акустический передатчик (116), принимают пусковую команду. Поэтому возбуждение акустического передатчика (116) и регистрация данных акустическим приемником (110) могут быть очень точно синхронизированы пусковой командой без ожидания команды на прохождение всей длины мультиплексного кабеля (120).
Другие данные могут быть переданы между различными скважинными устройствами (108-116; 108'-116) также без прохождения дважды по длине кабеля (120). Например, скважинным устройством 4 (114) может быть каверномер. Каверномер (114) формирует и передает информацию о диаметре ствола скважины. В типичной компоновке каверномер (114) передает информацию о диаметре ствола скважины в скважинный телеметрический приборный блок (104), и информация продолжает проходить вверх вдоль ствола скважины на поверхность, после чего обратно вниз вдоль ствола скважины. Однако согласно настоящему изобретению скважинный модуль [такой, как скважинный телеметрический приборный блок (104), содержащий контроллер (106) шины скважинных устройств] извлекает информацию о диаметре ствола скважины, посланную по другой восходящей линии связи, показанной на фиг.1А в виде восходящей линии 2 (130) связи, и копирует ее, как показано стрелкой (132), в последующую нисходящую линию связи, которой в соответствии с фиг.1А является нисходящая линия 2 (134) связи. В качестве альтернативы скважинный модуль может быть скважинным устройством (108'), содержащим расширенный интерфейс шины, который извлекает информацию о диаметре ствола скважины, пересылаемую по другой восходящей линии связи, показанной на фиг.1В в виде восходящей линии 2 (130) связи, и копирует ее, как показано стрелкой (132'), в последующую нисходящую линию связи, которой в соответствии с фиг.1В является нисходящая линия 2 (134) связи. Затем информация о диаметре ствола скважины посылается к акустическому приемнику (110) или акустическому передатчику (116), где используется. Однако должно быть понятно, что, хотя на фиг.1А и 1В показано, что пусковая команда и информация о диаметре ствола скважины передаются по отдельным восходящим линиям связи и нисходящим линиям связи, это не является обязательным. Несколько пакетов данных может быть послано в течение единственного цикла восходящей связи и/или нисходящей связи.
Кроме того, должно быть понятно, что данные двух видов, описанные выше, являются иллюстративными по своей сути, а не ограничивающими. В соответствии с принципами, описанными в настоящей заявке, данные любого вида могут быть посланы, извлечены и скопированы в последующие нисходящие линии связи, и все это делается в скважине. Согласно рассмотренным принципам любая межприборная связь между скважинными устройствами такими, как показанные устройства (108-116; 108'-116), может быть быстро обеспечена путем извлечения и трансляции данных скважинной межприборной связи. Некоторые дополнительные детали и примеры скважинной межприборной связи рассмотрены ниже со ссылками на фиг.2-10.
Что касается фиг.2А, то отправитель передает данные межприборной связи в пакете восходящей линии связи, а усовершенствованный скважинный телеметрический приборный блок принимает их и посылает обратно к приемнику в пакете нисходящей линии связи. Совместимость протокола шины устройства сохраняется, если данные межприборной связи имеют тот же самый формат, что и формат пакета восходящей линии связи, и если данные межприборной связи в нисходящей линии связи имеют тот же самый формат, что и обычные пакеты нисходящей линии связи. Поэтому конфигурация приборной колонны может быть произвольной, вследствие чего передающие и приемные устройства могут быть расположены выше вдоль ствола скважины или ниже вдоль ствола скважины относительно друг друга, и все же между ними будет связь. Что касается фиг.2В, то отправитель расположен относительно приемника ниже вдоль ствола скважины. Отправитель передает данные межприборной связи как пакет восходящей линии связи, а усовершенствованный скважинный телеметрический блок принимает его и посылает обратно как пакет нисходящей линии связи для приема приемником. Еще один аспект настоящего изобретения показан на фиг.2С. Отправитель передает пакет по восходящей линии связи, а скважинный модуль, содержащий расширенный интерфейс шины, принимает пакет и посылает его обратно как пакет нисходящей линии связи к приемнику. На фиг.2D показан еще один аспект настоящего изобретения. Скважинный модуль, содержащий расширенный интерфейс шины, как отправитель передает данные межприборной связи непосредственно в виде пакета нисходящей линии связи, предназначенного для приема приемником, который расположен ниже вдоль ствола скважины относительно отправителя. На фиг.2Е показан еще один аспект настоящего изобретения. Отправитель передает пакет по восходящей линии связи в приемник, который извлекает данные, предназначенные для этого приемника, и затем пропускает оставшуюся часть пакета восходящей линии связи.
Для осуществления принципов настоящего изобретения могут быть использованы по меньшей мере два способа для восходящей линии связи. Как показано на фиг.3, один способ заключается в объединении данных межприборной связи с обычными пакетами восходящей линии связи. В случае объединенного пакета восходящей линии связи, показанного на фиг.3, полоса частот может использоваться эффективно, если данные межприборной связи являются относительно редкими (то есть частота появления ниже, чем частота кадра шины скважинных устройств). Этот способ может быть назван асинхронной передачей.
Другой способ, который может быть использован, заключается в назначении отдельного временного интервала для передачи пакета восходящей линии связи способом обычного временного мультиплексирования (ВМ) до образования обычного окна пакета восходящей линии связи, показанного на фиг.4. Отдельный пакет данных межприборной связи с временным мультиплексированием из фиг.4 относится к предпочтительному способу передачи, если межприборная связь является обычным событием (например, межприборная связь осуществляется с частотой, близкой или равной частоте кадра шины скважинных устройств). Данные межприборной связи могут быть легко идентифицированы и обработаны усовершенствованным скважинным телеметрическим приборным блоком, и такой способ называют изохронной передачей. Термины «асинхронная» и «изохронная» соответствуют определениям IEEE 1394 института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.
Для обеспечения возможности воспроизведения стандартного интерфейса шины устройства предпочтительно, чтобы данные межприборной связи в нисходящей линии связи сохранялись в том же самом формате, что и обычный пакет нисходящей линии связи. Максимальная длина пакета нисходящей линии связи составляет 15 слов для усовершенствованного интерфейса шины и 8 слов для интерфейса шины устройства, но другие длины также могут быть использованы или образованы. Поскольку длина пакета восходящей линии связи может быть больше, чем 15 слов, то в таком случае данные сегментируют, чтобы удовлетворялось это ограничение на количество слов. Сегментация, если она необходима, может быть осуществлена усовершенствованным скважинным телеметрическим блоком или скважинным модулем, содержащим расширенный интерфейс шины, или пакет восходящей линии связи может заранее иметь сегментированную структуру.
Согласно некоторым способам может быть установлено такое правило, при котором пакеты межприборной связи в нисходящей линии связи имеют приоритет передачи перед обычными пакетами нисходящей линии связи, и тем самым для межприборной связи гарантируется максимальное время ожидания. Например, как показано на фиг.3 и 4, максимальное время ожидания от передачи до приема составляет 16 мс, что соответствует частоте кадра EFTB.
Каждый из двух способов, описанных выше для передачи по восходящей линии связи, имеет свои преимущества. В дополнение к двум примерным способам, описанным выше, также могут быть использованы другие способы. При рассмотрении способов восходящей связи (изохронного и асинхронного или других) для реализации применительно к скважинной межприборной связи каждый может считаться отличающимся или все могут считаться различными. Если способы имеют дополняющие преимущества, то могут поддерживаться несколько способов. Однако в некоторых случаях может быть выбран только один способ.
Например, с учетом непроизводительных издержек протокола в пакете восходящей линии связи для заголовка и концевой части пакета необходимо 6 слов. В дополнение к этому для паузы между двумя пакетами восходящей линии связи необходимо 8 слов. Следовательно, непроизводительные издержки на каждый пакет восходящей линии связи превращаются в 14 слов. Если, например, общее число устройств составляет 63 устройства, то суммарные непроизводительные издержки составляют 882 слова. Поэтому, когда общее число устройств равно 63, для изохронного способа в восходящей линии связи требуются 882 слова в качестве непроизводительных издержек. Эти непроизводительные издержки существенно сужают эффективную ширину полосы для реальных данных или полезной информации. Поэтому изохронная связь по восходящей линии связи может не быть выбрана, и в дальнейшем рассматривается асинхронный способ.
Скважинный модуль может иметь специфический буфер обратного магазинного типа («первым пришел, первым обслужен») для сохранения пакетов межприборной связи в нисходящем канале связи. Буфер может быть похожим на типичный буфер пакета нисходящей линии связи, который служит согласующим средством от кабеля до шины устройства. Если буфер межприборной связи сохраняет несколько пакетов межприборной связи, то они могут быть посланы в течение последующего периода нисходящей связи (предпочтительно, следующего периода нисходящей связи) до обычных пакетов нисходящей линии связи с поверхности. Поэтому пакеты межприборной связи в нисходящей линии связи могут иметь более высокий приоритет, чем обычные пакеты нисходящей линии связи.
Как рассматривалось выше со ссылкой на фиг.1, при межприборной связи обеспечивается возможность, например, отнесения акустического передатчика на расстояние от его акустического приемника (так что другие устройства располагаются между ними) и все же с сохранением связи друг с другом. Поэтому расстояние между акустическим передатчиком и приемником может быть сделано большим наряду с эффективным использованием длины приборной колонны. Кроме того, при реализации способов настоящего изобретения регистрация акустического сигнала может быть точно синхронизирована с возбуждением акустического источника. Одна схема для синхронизации возбуждения и регистрации акустического сигнала (подобная, показанной на фиг.1А) показана на фиг.5. Устройство-отправитель (акустический приемник) по межприборной связи посылает команду начала возбуждения. Команда может быть принята как отправителем (акустическим приемником), так и приемником (акустическим передатчиком). При поступлении команды приемник (акустический передатчик) возбуждает акустический источник, а отправитель (акустический приемник) начинает регистрацию сигналов.
При межприборной связи программный усовершенствованный интерфейс шины или расширенный интерфейс шины могут поддерживать функциональные возможности отправителя. На фиг.6 показана структурная схема программного усовершенствованного интерфейса шины или расширенного интерфейса шины в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения. Согласно примеру из фиг.6 двумя основными компонентами являются микропроцессор (М) (736) и программируемая в условиях эксплуатации логическая микросхема (ПУЭЛМ) (738). Для обеспечения пуска микропроцессора и программируемой в условиях эксплуатации логической микросхемы после подачи питания также может быть добавлено загрузочное запоминающее устройство (744). Использование микропроцессора может быть более полезным для выполнения арифметической операции, чем реализация цифровой схемы в программируемой в условиях эксплуатации логической микросхеме. Для некоторых функций может не требоваться быстрая обработка, и они могут быть параллельно осуществлены цифровыми схемами, но такие функции также могут быть выполнены микропроцессором. Поэтому один аспект программного усовершенствованного интерфейса шины или расширенного интерфейса шины может включать в себя разделение функции интерфейса на две части. Одна часть может быть реализована программируемой в условиях эксплуатации логической микросхемой, поскольку она является критичной по времени, тогда как другая может быть реализована микропроцессором. При разделении функции интерфейса на две части можно использовать меньшую и менее дорогостоящую программируемую в условиях эксплуатации логическую микросхему и намного более дешевый микропроцессор по сравнению с большой программируемой в условиях эксплуатации логической микросхемой. Однако в качестве альтернативы функцию интерфейса можно не разделять и использовать более дорогую, программируемую в условиях эксплуатации логическую микросхему. Согласно показанному варианту осуществления для диагностических целей программируемой в условиях эксплуатации логической микросхемой поддерживается функция универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП). Поэтому оператор может сделать запрос о внутреннем состоянии микропроцессора и считать информацию программируемой в условиях эксплуатации логической микросхемы путем подключения персонального компьютера к порту при наличии специализированной вспомогательной программы компьютера.
На фиг.7 показаны две части в случае, когда функция интерфейса разделена. Первая является программной (или микропрограммной) частью, а вторая является аппаратной (или цифровой частью), для которых выделены микропроцессор и программируемая в условиях эксплуатации логическая микросхема соответственно. Эти две части работают совместно, поскольку они связаны друг с другом, в основном, через последовательный порт 0. Согласно настоящему варианту осуществления также используются входы прерываний, так что аппаратная часть может оповещать о некоторых событиях программную часть, тогда как некоторые регистры программируемой в условиях эксплуатации логической микросхемы отображаются в области памяти ввода-вывода микропроцессора. Через шину данных микропроцессор может считывать дополнительную информацию из программируемой в условиях эксплуатации логической микросхемы. В соответствии с некоторыми аспектами после сброса микропроцессор сначала загружается, затем он программирует программируемую в условиях эксплуатации логическую микросхему конфигурационными данными, сохраненными в загрузочном запоминающем устройстве (744, фиг.6).
Как упоминалось выше, в межприборной связи согласно настоящему изобретению может обеспечиваться максимальное время ожидания от момента записи данных отправителем до момента поступления данных на приемник. Поэтому доступ к межприборной связи может подчиняться правилу. Правило может заключаться в том, что, как показано на фиг.8, доступ должен быть сделан в течение периода нисходящей связи. Программный усовершенствованный интерфейс шины или расширенный интерфейс шины обеспечивают выходной сигнал, называемый FRAM. Низкое состояние (750) сигнала FRAM указывает на период нисходящей связи.
Чтобы следовать этому правилу, можно использовать один способ для подключения кадра усовершенствованного быстродействующего скважинного устройства (EFTB) ко входу прерывания процессора приложения. Это может означать начало периода нисходящей связи для процессора приложения, когда для запуска прерывания обнаруживается срез выходного сигнала FRAM. Длительность периода нисходящей связи зависит от конфигурации приборной колонны, но обычно минимальный период составляет больше, чем 1 мс. Минимальный период гарантируется контроллером шины скважинных устройств из усовершенствованного скважинного телеметрического приборного блока. Даже в течение этого минимального периода доступ к межприборной связи может быть осуществлен.
Существуют несколько видов доступа к межприборной связи. Ниже описываются три вида доступа, но могут быть другие доступы любого вида. Доступами трех типов, описываемыми ниже, являются: запись сообщения межприборной связи, запись команды синхронизирующих импульсов межприборной связи и запись импульса сброса межприборной связи. Каждый доступ может иметь получателей различных типов. Согласно одному варианту осуществления, описываемому ниже, доступ каждого типа имеет получателей трех типов. Получателями трех типов согласно описанию являются типы: «индекс», «группа» и «рассылка», соответствующие пакетам нисходящей линии связи. Командные/ответные слова интерфейса являются особыми для получателя каждого типа, которые процессор приложения может выбирать в зависимости от предполагаемой цели.
На фиг.9 показана процедура для доступа первого типа, записи сообщения межприборной связи с индексом, адресующим его получателю. Эта процедура может быть использована, когда приложение хочет послать некоторое количество данных на единственный приемник. Процессор приложения посылает команду интерфейсу вместе с длиной сообщения и включенным в нее индексом. Когда программный усовершенствованный интерфейс шины или расширенный интерфейс шины принимает запрос (ITCMSGINDEXWRREQ на фиг.9), он проверяет не только, является ли текущее время периодом нисходящей связи, но также возможность посылки требуемого сообщения в следующем пакете восходящей линии связи в рамках выделенного окна. Если оба условия соблюдаются, программный усовершенствованный интерфейс шины или расширенный интерфейс шины посылает обратно процессору приложения подтверждение о получении (ITCMSGINDEXWRACK на фиг.9). Затем без длительной задержки приложение посылает сообщение межприборной связи интерфейсу шины. После того, как программный усовершенствованный интерфейс шины или расширенный интерфейс шины принимает все данные, он посылает обратно приложению слово ITCMSGWRDONE. Если по меньшей мере одно из двух условий, упомянутых выше, не соблюдается, программный усовершенствованный интерфейс шины или расширенный интерфейс шины посылает NAK (не подтверждено) обратно приложению. В этом случае приложение отказывается от своего запроса.
Когда приложение хочет послать некоторое количество данных одновременно на множество приемников, может быть использована группа, адресующая тип межприборной связи. Каждое устройство имеет один из групповых адресов. В данном случае предполагается, что все приемники имеют один и тот же групповой адрес, а неприемники имеют иные групповые адреса. Когда приложение хочет послать некоторое количество данных во все устройства в приборной колонне, оно может использовать рассылку или адресацию «всеобщего» типа межприборной связи. В случае, когда должны быть использованы только рассылочные сообщения, нет необходимости в том, чтобы процессор приложения обеспечивал информацию для каждого из приемников или группы приемников.
На фиг.10 показана процедура для доступа второго типа, записи синхронизирующего импульса межприборной связи. Команда синхронизирующего импульса межприборной связи может быть использована для формирования единственного импульса на приемном конце. Запись синхронизирующего импульса в устройстве-отправителе преобразуется в пакет нисходящей линии связи с синхронизирующим импульсом в усовершенствованном скважинном телеметрическом приборном блоке, программном усовершенствованном интерфейсе шины или расширенном интерфейсе шины. Когда он принимается в приемном устройстве, на выходной линии образуется импульс, идентифицируемый как SYNP. Приложение может использовать сигнал для обнаружения любым способом вывода синхронизирующего импульса. Команда синхронизирующего импульса межприборной связи, подобно передаче прежнего сообщения, имеет три вида получателей, которые различаются только типом получателя (индекс, группа, рассылка). Если оператор намеревается синхронизировать несколько устройств в приборной колонне, то один из способов обеспечит синхронизирующий импульс межприборной связи типа групповой адресации или рассылки, тогда как другой способ обеспечит индексный тип. Согласование приема синхронизирующего импульса в различных устройствах является почти одновременным, поэтому может быть осуществлена очень точная синхронизация. Отсутствует длинное поле команды программному усовершенствованному интерфейсу шины. Случай ACK (подтверждено) заменяется случаем DONE (выполнено).
Третий тип доступа, запись импульса сброса устройства при межприборной связи, подобен способу, относящемуся к синхронизирующему импульсу межприборной связи. Результирующий импульс показан как выходной сигнал TLRP (импульс сброса устройства) приемного устройства. Однако должно быть понятно, что интерфейс шины устройства инициализирует свои внутренние буферы данных при приеме пакета TLRP. Три вида получателей, связанных с импульсом TLRP, включают в себя типы: индекс, группа и рассылка.
Имеются несколько порций информации интерфейса шины, которые могут быть полезными для приложения. При чтении индекса устройства и групповых адресов расширенный интерфейс шины или программный усовершенствованный интерфейс шины информируют процессор приложения о текущем значении адреса устройства или группового адреса. Процессор приложения может в любое время считать состояние расширенного интерфейса шины или программного усовершенствованного интерфейса шины. Интерфейс шины реагирует на каждый доступ или запрос. NAK (не подтверждено) никогда не случается.
Предшествующее описание представлено только для иллюстрации и рассмотрения изобретения и некоторых примеров его реализации. Оно не предполагается исчерпывающим или ограничивающим изобретение любой точной раскрытой формой. В свете рассмотренной выше идеи возможны многочисленные модификации и варианты. Предпочтительные аспекты были выбраны и описаны, чтобы наилучшим образом пояснить принципы изобретения и его практическое применение. Предшествующее описание предназначено для того, чтобы обеспечить возможность специалистам в данной области техники наилучшим образом использовать изобретение в различных вариантах осуществления и аспектах и совместно с различными модификациями, являющимися полезными для ожидаемого конкретного использования. Предполагается, что объем изобретения будет определяться нижеследующей формулой изобретения.