JP2013545980A - 掘削機と表面装置との間でデータを通信するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

掘削中断および地震測定の少なくとも１つを決定するステップ、トリガー信号を機器制御装置に送信するステップ、震源を作動させるステップ、トリガー信号を受信するステップ、ならびに地震波をデータ記憶媒体内に記録するステップを有し、震源の作動を、地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる方法。
【選択図】図１

Description

態様は、震源と坑井内に配置された地震探査機器との間の通信に関する。より詳細には、非限定の態様は、掘削機と表面装置との間でデータを通信するシステムおよび方法に関する。

掘削時検層（「ＬＷＤ」）は、掘削作業中に１つまたは複数の遠隔信号源およびドリルストリング上に配置された１つまたは複数の信号受信モジュールを使用して実行されてもよい。源／受信機の例には、たとえば、掘削中に地震探査に使用されるものと類似した、音響、および電磁源／受信機、制御源電磁（「ＣＳＥＭ」）、および／または坑井電磁撮像（深度比抵抗撮像）ならびに掘削時地震探査（「ＳＷＤ」）作業が含まれる。

現状では、従来のシステムは、地震信号の送信とそれらの地震信号の受信とのタイミングが非常に困難である。このような困難により、記録時間が過度にかかり、非効率な使用から多量の電力を損失し、また評価のための分析時間が過度にかかる。

提示された態様は、従来のシステムの欠陥のない、地震信号を記録する機能を提供する。掘削時地震探査機器（「ＳＷＤ機器」）は、ドリルストリングに組み込まれる、またはドリルストリング内に配置され、坑井の中の下げ孔に運ばれてもよい。通常、ＳＷＤ機器は、少なくとも１つの遠隔震源（たとえば、海面付近に配置された空気銃）によって発生され、海および／または地層を通して移動した、音波を測定するために使用される、少なくとも１つの音響センサを含む。

ＳＷＤ機器は、ツールメモリ内で一定期間中に検知された音響信号を記録してもよい。一部の記録された一定期間中に、遠隔震源によって発生された音波は、ことによるとＳＷＤ機器の音響センサに到達しないかもしれない。たとえば、このことが生じる場合があるのは、遠隔震源が最近作動したことがない場合があるからである。結果として、ツールメモリは、震源が音波を発生しなかった場合であっても、一定期間のデータを記憶する。

一例示的実施形態では、掘削中断および地震測定の少なくとも１つを決定すること、トリガー信号を機器制御装置に送信すること、震源を作動させること、トリガー信号を受信すること、および地震波をデータ記憶媒体内に記録することを含み、震源の作動を、地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる方法が、提供される。

別の例示的実施形態における、データ記憶媒体、音響信号を発生するように構成された震源、および音響信号を受信するように構成された音響受信機を含み、震源の作動を、地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる構成。また、構成は、リグ作動から測定を受信し、トリガー信号を送信するように構成されたリグ制御装置、およびトリガー信号を受信し、データ記憶媒体内に記録することを開始するように構成された機器制御装置を提供してもよい。

別の例示的実施形態における、掘削中断の少なくとも１つを決定すること、トリガー信号を震源に送信すること、地震波をデータ記憶媒体内に記録すること、トリガー信号を受信すること、および震源を作動させることを含み、震源の作動を、地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる方法。

本開示の一実施形態における、震源および地震探査機器を有する、坑井サイトの例を示す図である。 本開示の一実施形態における、震源と地震探査機器との間の通信の概略図である。 本開示の一実施形態における、震源をトリガーする方法に関する流れ図である。 本開示の一実施形態における、震源をトリガーする別の方法に関する流れ図である。

本開示は、その間に震源によって発生された音波がなかった、またはＳＷＤ機器の音響センサに到達することができた音波は恐らくなかった、時間間隔の記録された数を取り除く、または少なくとも低減し得るシステムおよび方法を提供する。このようなシステムおよび方法は、音波を有効に記録するように構成されていないシステムの欠陥を克服する。これらのシステムにより、機能ならびに操作者に対する経済利益の増加が可能になる。提供されたシステムおよび方法の態様は、その間に遠隔震源によって発生された音波が、音響センサに到達した時間間隔が、記録されることを確保し得、したがってシステム全体のエラーが低減し、地震波を記録する。加えて、システムおよび方法は、その間に遠隔震源によって発生された音波が、音響センサに到達した、記録された時間間隔の期間を低減してもよい。

図１は、坑井サイト１００の一例の概略図を示し、坑井サイト１００は沿岸または沖合に配置されてもよい。図１に示された坑井サイト１００は、掘削船１０のある沖合に配置される。掘削船１０は、ドリルストリング３０で地層内に坑井５０を掘削するために使用されるドリルリグ２０を掘削船１０上に有する。ドリルストリング３０は、ドリルパイプの多数の片部（「結合部」）２２を端部と端部を一緒に螺合して結合することによって組み立てられてもよい。ドリルストリング３０は、その下端部にドリルビット１２を含んでもよい。ケーシング１３および／または噴出防止装置８は、図１に示されたように、坑井５０内に配置されてもよい。ドリルストリング３０は、従来のドリルパイプから構成されてもよく、または必要に応じて、また非制限の実施形態として、有線ドリルパイプ、もしくはコイルドチュービングであってもよい。ドリルビット１２が坑井５０の底部で構造部Ｆの中に軸方向に付勢される際、またドリルビット１２がドリリングリグ２０上の機器（たとえば、頂部駆動部または回転テーブル）によって回転される際、このような付勢および回転により、ドリルビット１２が坑井５０を軸方向に延ばす。本例示におけるドリルストリング３０は、電力および信号を掘削機１４から表面に通信するために、電導体および／または光導体（図１に図示せず）などの、ケーブルのそれぞれのパイプ連結部と結合した、いわゆる「有線」ドリルパイプであってもよい。ケーブルは、通常、誘導または磁束結合部の使用などにより、各結合部２２の各端部で通信的に結合される。このような有線の、螺合して結合されたドリルパイプの非制限の実施形態は、Ｍａｄｈａｖａｎらによって出願された米国特許出願公開第２００６／０２２５９２６号に記載され、その基礎になる特許出願は、本出願の譲受人に譲渡される。有線ドリルパイプの別の例は、Ｂｏｙｌｅらにより発行された米国特許第６，６４１，４３４号に記載され、本発明の譲受人に譲渡される。このようなドリルパイプ構造は、例示として提供されているに過ぎず、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

掘削機１４は、検層装置７０と通信してもよく、検層装置７０は、非制限の実施形態として、地表に配置されてもよい。検層装置７０は信号を掘削機１４に、また掘削機１４から、マッドパルス遠隔測定、電磁遠隔測定、音響遠隔測定、有線遠隔測定および／または有線ドリルパイプ遠隔測定（上に論じられた）などの、遠隔測定を介して送受信してもよい。検層装置は、掘削機１４から獲得されたデータを記録してもよい。掘削機１４は、構造部Ｆ、坑井５０および／またはドリルストリング３０に関するデータを獲得することができるあらゆる機器、センサ、または装置であってもよい。掘削機１４は、構造部Ｆもしくは坑井５０の測定または試料を獲得してもよい。非制限の一実施形態では、掘削機１４は、掘削時検層（「ＬＷＤ」）機器または掘削時測定（「ＭＷＤ」）機器であってもよい。定義されたように、構造部Ｆは、評価するように所望される１つまたは１組の地質学的構造部である。実施形態では、掘削機１４は、構造特性を測定する１つまたは複数の装置、すなわち、抵抗測定装置、方向抵抗測定装置、音波測定装置、核測定装置、核磁気共鳴測定装置、圧力測定装置、地震測定装置、撮像装置、構造サンプリング装置、自然ガンマ線装置、密度および光電子インデックス装置、中性子孔隙率装置、ならびに穿孔キャリパー装置であってもよい。実施形態では、掘削機１４は、ドリルストリング３０の特性を測定するための１つまたは複数の装置であってもよく、かつ／または１つまたは複数の以下のタイプの測定装置、すなわち、ビット荷重測定装置、トルク測定装置、振動測定装置、衝撃測定装置、スティックスリップ測定装置、方向測定装置、傾斜測定装置、自然ガンマ線装置、方向調査装置、ツールフェイス装置、孔圧力装置、および温度装置を含んでもよい。掘削機１４は、当業者には公知であるように、有線ケーブルによって通常運搬される器具であり得る、有線で構成可能な器具であってもよい。たとえば、有線で構成可能な器具は、コアリング器具、サンプリング器具、流体分析器具などの構造部Ｆの試料を獲得するための器具、ならびに／またはガンマ放射線測定、核測定、密度測定、および孔隙率測定などの構造部Ｆの特性を測定するための器具であってもよい。開示されたドリルストリング構成要素に対して、電力を構成部品に、非制限の実施形態として、電池の使用を通して、または流体タービンの使用によって提供してもよい。

一実施形態では、掘削機１４は、地震受信機、震源、および／または地震波の発生もしくは受信に関する情報またはデータを記憶するためのメモリを含み得る、少なくとも１つの地震探査機器６０を含む。また、２つ以上の地震探査機器６０が、掘削機１４内に配置されてもよいことに留意されたい。加えて、１つまたは複数の地震探査機器６０が、ドリルストリング３０に沿って、リグ２０および／または地表から異なる距離などに配置されてもよい。たとえば、複数の地震探査機器６０は、ドリルストリング３０に沿って配置されてもよく、有線ドリルパイプストリングに沿ってあらゆる位置に通信的に結合されてもよい。

ドリリングリグ２０は、震源４０を有してもよく、または震源４０と通信してもよい。震源４０は、掘削船１０から遠隔配置された、かつ／または坑井５０内の下げ孔に配置された別の船内に提供されてもよい。震源４０は、構造部Ｆを通って移動する、たとえば、海洋を通り、地層を通る、音波を発生するように作動してもよい。「表面」源は図１に示されているが、源は別法として、または追加としてドリルストリングを介して坑井内に運搬された「下げ孔」源、たとえば、米国特許第６，７８２，９７０号に記載された源に類似したタイプの源であってもよい。

地震探査機器６０は、震源４０によって発生された音波を検知し、記録し、かつ処理してもよい。たとえば、地震探査機器６０は、音波を受信するために地震／音響受信機を、受信した音波を分析するために処理装置を、また処理された、または未処理の音波に関するデータを記憶するためにメモリを、利用してもよい。地震探査機器６０は、フィルタリングされた／大幅に減少された記録された波などの、記録された音波を示すデータを送信してもよい。記録された音波を示すデータを使用して、坑井の軌道を制御してもよく、かつ／またはとりわけ隙間圧を決定してもよい。図１は、１つの地震探査機器６０および１つの震源４０を示すが、複数の地震探査機器６０および／または複数の震源４０も使用してもよいことを、当業者には理解されたい。

図２は、本発明の一例示的実施形態の概略図１２０を示す。概略図１２０では、震源は、遠隔測定システム２００を介して地震探査機器と通信し、遠隔測定システム２００は、有線ドリルパイプなどの、１つまたは複数の上記の遠隔測定システムを含んでもよい。地震探査機器６０は、データ記憶媒体２３および／または音響受信機２５を含んでもよい。データ記憶媒体２３は、フラッシュメモリ、データベース、読取り専用メモリなどの、データを記憶できるあらゆる装置または構成部品であってもよい。音響受信機２５は、１つまたは複数の水中聴音器、受振器、または音波を受信できる、かつ／もしくは解読できる他の装置を含んでもよい。音響受信機およびデータ記憶媒体２３は、地震探査機器６０の内部など、地震探査機器６０の中に組み込まれてもよく、または地震探査機器６０の外部にあり通信してもよい。地震探査機器６０は、内部時計を有してもよく、かつ／または面時計に関して正確で精度のよい時刻を有するために、時計と通信してもよい。

器具制御装置２７は、地震探査機器６０の中に組み込まれてもよく、かつ／または地震探査機器６０と通信してもよい。器具制御装置２７は、遠隔測定システム２００および／またはリグ制御装置４１を介して、震源４０と通信してもよい。リグ制御装置４１は、音源４０に通信的に結合されてもよい。指示された際、器具制御装置２７は、波形（波形は音波信号であってもよい）を音響受信機２５から獲得する。地震探査機器は、獲得した音波をデータ記憶媒体２３内に記憶してもよい。

リグ制御装置４１は、検層装置７０の中に組み込まれてもよく、または検層装置７０と通信してもよい。リグ制御装置４１は、震源４０を作動させるために、音源４０と通信してもよい。震源４０は、空気銃、爆発物、たとえばダイナマイト、プラズマ音源、または地震振動器などの、陸地を通って音波を発生できるあらゆる装置であってもよい。リグ制御装置４１は、震源４０を作動させるために、命令信号を器具制御装置２７から受信してもよい。器具制御装置２７は、震源４０を作動させるために、命令信号をリグ制御装置４１に送信してもよい。

一実施形態では、上げ孔および下げ孔のどちらの構成部品も、高速の遠隔測定システム、たとえば、有線ドリルパイプ遠隔測定などの、低遅延および／広帯域の遠隔測定システムと結合される。リグ制御装置４１によって制御される動作、および器具制御装置２７によって制御される動作は、同期されてもよい。

開示された配置は、非制限の実施形態として、従来の垂直坑井、傾斜井、およびリーチ拡大システムに使用されてもよい。地質条件は、操作者が信号を正確に記録できる、地震波によって移動された経路によって変化してもよい。

図３は、地震探査機器６０を備えた震源４０を作動させる方法の流れ図３００を示す。たとえば、震源４０によって発生され、地震探査機器６０の音響受信機（またはセンサ）２５で測定された、音波の獲得および記憶の作動を同期させること。

ステップ３０２に提供されたように、掘削および／またはトリッピング中断が検出される。たとえば、器具制御装置２７は、掘削が一瞬中断され、地震測定が実施されてもよいことを決定してもよい。米国特許第６，２３７，４０４号は、このことが達成され得る方法の少なくとも一例を説明している。別の例では、掘削および／またはトリッピング中断は、検層装置７０および／または地震探査機器６０などの掘削機１４の１つによって検出されてもよい。また、掘削および／またはトリッピング中断は、操作者などにより、手動で検出されてもよい。このような例では、命令が、検層装置７０および／または地震探査機器６０に入力され、かつ／または送信されてもよい。

ステップ３０４に示されたように、トリガー信号が送信されてもよい。たとえば、器具制御装置２７は、トリガー信号を遠隔測定システムの使用などにより、リグ制御装置４１に送信してもよい。その代わりに、または加えて、リグ制御装置４１は、トリガー信号を器具制御装置２７に送信してもよい。

音波を記録することは、ステップ３０６に示されたように開始されてもよい。このステップでは、音響受信機２５によって測定された音波をデータ記憶媒体２３内に記録することが開始される。たとえば、これはステップ３０４が実行された直後、または所定の時間もしくは構成パラメータとして地震探査機器６０に記憶されるもしくは送信される期間後に開始することができる。

ステップ３０８では、図３に示されたように、リグ制御装置４１は、器具制御装置２７によって送信されたトリガー信号を受信してもよい。当然のことながら、器具制御装置２７は、震源４０のトリガーが、震源４０、検層装置７０および／またはリグ制御装置４１などから、引き起こされた、またはまさに引き起こされようとしているという信号を受信してもよい。

リグ制御装置４１は、ステップ３１０に示されたように、トリガー信号を受信すると、震源４０を作動させてもよい。リグ制御装置４１は、震源４０を作動させるために、トリガー信号を受信後所定の時間を待機する指示を有してもよい。トリガー信号は、震源４０が所定の時間に作動されることを要求してもよい。

地震探査機器６０による音波の記録は、ステップ３１２で終了されてもよい。たとえば、器具制御装置２７は、トリガー信号をリグ制御装置４１に送信後、所定の時間の後に音波の記録を終了してもよい。器具制御装置２７は、信号をリグ制御装置４１および／または検層装置７０から受信すると、記録を終了してもよい。

少なくとも一実施形態では、この方法を適用することにより、震源４０は、器具制御装置２７が波形の記録を開始する度に、体系的に起動されてもよいことは明白である。加えて、記録の開始および起動は、同期させることができる。当然のことながら、これを達成するために、遠隔測定システムは、トリガー信号の十分に高速な（または反復可能な）通信を提供するべきである。

音響受信機２５によって得られた音響波形は、ステップ３１４に示されたように処理されてもよい。音響波形は、地震探査機器６０により下げ孔を処理されてもよく、かつ／または検層装置７０において表面で処理されてもよい。加えて、関心の信号を有する記憶された波形の一部が決定されてもよい。処理された波形または波形の一部は、ステップ３１６に示されたように、検層装置７０および／またはリグ制御装置４１に送信されてもよい。

処理された波形は、ステップ３１８に示されたように、当業者に公知のあらゆる動機に対して利用されてもよい。たとえば、処理された波形は、地震地図上の時間−深度変換を調節するため、掘削決定を作成するため、または生成決定を作成するために使用されてもよい。

図４は、震源４０の作動を、地震探査機器６０による音波の獲得および記憶と同期させる代替方法の流れ図４００を示す。掘削中断および／または地震測定が所望されることの決定は、ステップ４０２で引き起こされてもよい。たとえば、リグ制御装置４１、検層装置７０などの地表に配置された「主」制御装置、または地震探査機器６０は、掘削中断または地震測定の所望を識別してもよい。リグ制御装置４１は、汲み上げ機、泥水ポンプ、トップドライブから、表面オペレータを有する入力インターフェース（キーボード）から、または当業者によって理解されるであろう別の源からの測定を受信してもよい。これらの測定または入力を使用して、掘削中断および／または地震測定の所望を決定してもよい。

トリガー信号は、ステップ４０４に示されたように、震源４０に送信されてもよい。たとえば、リグ制御装置４１は、トリガー信号を器具制御装置２７に送信してもよい。表面におけるまたは震源４０と通信する別の装置は、検層装置７０などを介して、トリガー信号を送信してもよい。リグ制御装置４１は、ステップ４０６に示されたように、震源４０を作動させてもよい。一例として、リグ制御装置４１は、トリガー信号を送信後所定の時間、震源を作動させてもよい。器具制御装置２７は、ステップ４０８に示されたように、トリガー信号を受信してもよい。

器具制御装置２７は、ステップ４１０に示されたように、地震波をデータ記憶媒体２３内に記録することを開始してもよい。記録することは、トリガー信号の受信直後、所定の時間後、および／または一定の時刻に開始されてもよい。地震探査機器６０は、所定の時刻に、所定の期間後、および／またはリグ制御装置４１もしくは検層装置７０から信号を受信したときに、地震波を記録することを終了してもよい。得られた地震波は、処理され、検層装置７０に送信され、かつ／または掘削、発生もしくは上述のような坑井サービス決定のために使用されてもよい。

一例示的実施形態では、震源の作動を地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる方法が提供される。方法は、掘削中断および地震測定の少なくとも１つを決定すること、トリガー信号を器具制御装置に送信すること、震源を作動させること、トリガー信号を受信すること、および地震波をデータ記憶媒体内に記録することを含んでもよい。

別の例示的実施形態では、方法は、震源を作動させることが、リグ制御装置を通して達成される場合に、達成されてもよい。

別の例示的実施形態では、方法は、震源を作動させることが、トリガー信号を送信後所定の時間震源を作動させる、リグ制御装置によって達成される場合に、達成されてもよい。

別の例示的実施形態では、方法は、震源を作動させることが、トリガー信号を送信後所定の時間達成される場合に、達成されてもよい。

別の例示的実施形態では、方法は、トリガー信号を受信することが、器具制御装置による場合に、達成されてもよい。

別の例示的実施形態では、方法は、地震波を記録することを開始することが、器具制御装置によって達成される場合に、達成されてもよい。

別の例示的実施形態では、方法は、地震波をデータ記憶媒体内に記録することが、トリガー信号の受信直後、所定の時間後、および指定された時刻の内の１つで生じる場合に、達成されてもよい。

別の例示的実施形態では、震源の作動を地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させるための構成は、データ記憶媒体、音響信号を発生するように構成された震源、音響信号を受信するように構成された音響受信機、測定をリグ動作から受信し、トリガー信号を送信するように構成されたリグ制御装置、およびトリガー信号を受信し、データ記憶媒体内に記録を開始するように構成された器具制御装置を含んで、提供される。

別の例示的実施形態において、掘削中断の少なくとも１つを決定すること、トリガー信号を震源に送信すること、地震波をデータ記憶媒体内に記録すること、トリガー信号を受信すること、および震源を作動させることを含み、震源の作動を地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる方法。

別の例では、方法は、地震波をデータ記憶媒体内に記録することを終了することをさらに含んでもよい。

本発明は、限られた数の実施形態に関して記載されたが、本開示の恩恵を有する当業者には、他の実施形態を、本明細書に開示されたように、本発明の範囲を逸脱せずに考案できることが理解されよう。したがって、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。

Claims (10)

1. 震源の作動を地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる方法であって、
   掘削中断および地震測定の少なくとも１つを決定することと、
   トリガー信号を機器制御装置に送信することと、
   前記震源を作動させることと、
   前記トリガー信号を受信することと、
   地震波をデータ記憶媒体内に記録することと、を含む方法。
2. 前記震源を前記作動させることは、リグ制御装置を通して達成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記震源を前記作動させることは、前記トリガー信号を送信後、前記震源を所定の時間作動させる、前記リグ制御装置によって達成される、請求項２に記載の方法。
4. 前記震源を前記作動させることは、前記トリガー信号を送信後所定の時間達成される、請求項１に記載の方法。
5. 前記トリガー信号を前記受信することは、機器制御装置による、請求項１に記載の方法。
6. 前記地震波を前記記録することを前記開始することは、前記機器制御装置によって達成される、請求項１に記載の方法。
7. 前記地震波を前記データ記憶媒体内に前記記録することは、前記トリガー信号の受信直後、所定の時間後、および指定された時刻の内の１つで生じる、請求項１に記載の方法。
8. 震源の作動を地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させるための構成であって、
   データ記憶媒体と、
   音響信号を発生するように構成された震源と、
   前記音響信号を受信するように構成された音響受信機と、
   測定をリグ動作から受信し、トリガー信号を送信するように構成されたリグ制御装置と、
   前記トリガー信号を受信し、前記データ記憶媒体内に記録することを開始するように構成された器具制御装置と、を含む構成。
9. 震源の作動を地震探査機器による音波の獲得および記憶の少なくとも１つと同期させる方法であって、
   掘削中断の少なくとも１つを決定することと、
   トリガー信号を前記震源に送信することと、
   地震波をデータ記憶媒体内に記録することと、
   前記トリガー信号を受信することと、
   前記震源を作動させることと、を含む方法。
10. 前記地震波を前記データ記憶媒体内に前記記録することを終了することを、さらに含む、請求項９に記載の方法。

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