NL8602271A

NL8602271A - METHOD AND APPARATUS FOR REALIZING COMMUNICATION WITH DRILLING EQUIPMENT WHICH MEASURES MEASUREMENTS DURING THE DRILLING PROCESS, AND IS ON THE SURFACE DURING COMMUNICATION

Info

Publication number: NL8602271A
Application number: NL8602271A
Authority: NL
Original assignee: Nl Industries Inc
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1987-04-01
Also published as: CA1242244A; GB8618194D0; DE3630674A1; GB2180124A; GB2180124B; FR2587059A1

Description

Ν.0. 33956 1Ν.0. 33956 1

Werkwijze en inrichting voor het realiseren van communicatie met boorputapparatuur die metingen uitvoert tijdens het boorproces, en die zich tijdens de communicatie bevindt aan het oppervlak..Method and device for realizing communication with well equipment that performs measurements during the drilling process, and which is located on the surface during communication.

Be onderhavige uitvinding is gericht op een werkwijze en inrichting. die wordt gebruikt in samenhang met conventionele boorputappara-tuur die metingen uitvoert tijdens het boorproces teneinde communicatie met deze apparatuur tot stand te brengen terwijl de apparatuureenheid 5 zich aan het oppervlak bevindt.The present invention is directed to a method and device. used in conjunction with conventional well equipment that performs measurements during the drilling process to establish communication with this equipment while equipment unit 5 is on the surface.

Recente ontwikkelingen op het terrein van de apparatuur, die wordt gebruikt voor metingen tijdens het boorproces, hebben geleid tot voldoende technologische veranderingen in deze boorputapparatuur de apparatuur in staat te stellen een substationele hoeveelheid informatie te 10 accumuleren, zoals een gedetailleerde beschrijving van de diverse geologische lagen waardoor de boor passeert. Veel van deze informatie is van groot belang maar niet essentieel voor het boorproces dat uitge-voerd wordt. Het boorproces heeft wel details nodig van de boorbeitel-oriëntatie teneinde eventueel in het boorproces correcties te kunnen 15 uitvoeren en heeft veel minder belang bij data omtrent de werkelijke geologische lagen die doorboord worden. De gebruikelijke telemetrische circuits die gebruikt worden ofwel bij een boorsuspensie-pulseersysteem ofwel bij een met leidingen uitgevoerd systeem geven prioriteit aan de boorinformatie en bergen de meer gedetaileerde informatie met betrek-20 king tot de diverse geologische lagen op in een geheugen. Andere bekende boorputapparatuur registeert alleen de formatiedata voor een latere terugwinning en evaluatie ervan. Het is dan mogelijk om willekeurige vastgelegde informatie terug te winnen indien de apparatuur periodiek wordt teruggehaald naar het oppervlak voor vervanging van de boorbei-25 tel.Recent advances in the equipment used for measurements during the drilling process have led to sufficient technological changes in these well equipment to allow the equipment to accumulate a substational amount of information, such as a detailed description of the various geological layers through which the drill passes. Much of this information is of great importance but not essential to the drilling process being performed. The drilling process does require details of the drill bit orientation in order to be able to make corrections in the drilling process, if any, and has much less interest in data regarding the actual geological layers being pierced. Conventional telemetry circuits used in either a drilling mud pulsation system or a piped system prioritize the drilling information and stores the more detailed information related to the various geological layers. Other known wellbore equipment only records the formation data for its subsequent recovery and evaluation. It is then possible to retrieve arbitrary recorded information if the equipment is periodically retrieved to the surface for replacement of the drill bit.

Uit de stand der techniek bekende stelsels voor het terugwinnen van opgeslagen data maken gebruik van directe elektrische verbindingen, waardoor het nodig is dat openingen worden aangebracht in de wand van een boorputapparatuureenheid. Met een opening in de wand van de eenheid 30 ontstaat het probleem dat de structuur ervan wordt verzwakt waardoor de eenheid kan breken met als mogelijk resultaat het verlies van de boorputapparatuur in welk geval een kostbare terughaaloperatie nodig is om de apparatuur op te vissen. Bij andere uit de stand der techniek bekende systemen is het nodig om aan het oppervlak de boorpijp los te maken 35 teneinde ofwel het registratiemedium zelf terug te winnen ofwel toegang te krijgen tot de in de boorput gemaakte registratie.Prior art systems for recovering stored data utilize direct electrical connections, necessitating openings in the wall of a well equipment unit. An opening in the wall of the unit 30 creates the problem of weakening its structure allowing the unit to break, possibly resulting in the loss of the well equipment, in which case a costly retrieval operation is required to fish the equipment. In other prior art systems, it is necessary to surface loosen the drill pipe in order to either recover the recording medium itself or access the recording made in the wellbore.

8602271 28602271 2

De weerstandssensoren die worden gebruikt voor het meten tijdens het boren zijn in het algemeen zenders en ontvangers van ofwel het stroomtype (geleidingstype) ofwel het inductietype. Sensoren van het stroomtype bevatten elektroden die gemonteerd zijn aan het oppervlak 5 van de eenheid voor het invoeren en ontvangen van stroom direct in en van de boorsuspensie en de formatie direct aangrenzend aan de eenheid. Sensoren van het inductietype zijn voorzien van antennespoelen op het oppervlak van de eenheid voor het induceren en detecteren van stromen in en van de omgevende boorvloeistof en formatie.The resistance sensors used for measuring during drilling are generally transmitters and receivers of either the current type (conductivity type) or the induction type. Flow type sensors include electrodes mounted on the surface 5 of the unit to input and receive current directly into and from the drilling mud and the formation directly adjacent to the unit. Induction type sensors are equipped with antenna coils on the surface of the unit to induce and detect currents in and from the surrounding drilling fluid and formation.

10 De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze en inrichting voor het tot stand brengen van communicatie met een eenheid waarmee metingen tijdens het boorproces wordt uitgevoerd, indien deze booreenheid zich bevindt aan het oppervlak en zonder dat het nodig is om speciale verbindingen te realiseren door een boring of opening in de eenheid. De 15 onderhavige uitvinding elimineert een dergelijke extra opening waardoor een veiliger, meer betrouwbaar en eenvoudiger functionerend systeem wordt verschaft.The present invention provides a method and apparatus for establishing communication with a unit with which measurements during the drilling process are carried out, if this drilling unit is located on the surface and without the need to realize special connections through a bore or opening in the unit. The present invention eliminates such an additional opening thereby providing a safer, more reliable and simpler functioning system.

De onderhavige uitvinding maakt gebruik van elektroden of antennespoelen teneinde een elektrische verbinding te verschaffen tussen de 20 data-accumulatie- en opslagcircuits binnen de instrumenteneenheid en de aan het oppervlak aanwezige inrichting voor het opslaan en verwerken van de data. De onderhavige uitvinding verbindt of koppelt een aan de oppervlakte gebruikte zender en ontvanger met de respectievelijke tijdens het boren gebruikte weerstandssensorontvanger en -zender, bij 25 voorkeur terwijl de instrumenteneenheid zich aan het oppervlak bevindt, bijvoorbeeld tijdens het verwisselen van de boorbeitel. De aan de oppervlakte gebruikte zender en ontvanger, die worden gekoppeld met de in de boorput gebruikte circuits, hebben de mogelijkheid om instructies uit te zenden naar de boorputapparatuur en van de boorputapparatuur de 30 data te ontvangen die tijdens het boren in de boorput was verzameld. De circuits binnen de boorputapparatuur moeten in staat zijn om de in de apparatuur opgeslagen data uit te zenden via de elektrode/antenne door tijdelijk de elektrode/antenne uit zijn normale bedrijfscircuit te ontkoppelen of te blokkeren (of de werking ervan te begrenzen) teneinde 35 het uitzenden van de opgeslagen data mogelijk te maken. De oppervlakte-apparatuur kan bijvoorbeeld een schakelmechanisme activeren waarmee de weerstandseenheid tijdelijk de mogelijkheid krijgt om te functioneren als een datatransmissiestelsel in plaats van een weerstandsmeetstelsel (data-accumulatiestelsel).The present invention uses electrodes or antenna coils to provide an electrical connection between the data accumulation and storage circuits within the instrument unit and the surface storage and processing device. The present invention connects or couples a surface-mounted transmitter and receiver to the respective resistance sensor receiver and transmitter used during drilling, preferably while the instrument unit is on the surface, for example, during change of the drill bit. The surface-mounted transmitter and receiver, which are coupled to the circuitry used in the wellbore, have the ability to transmit instructions to the wellbore equipment and receive from the wellbore equipment the data collected during wellbore drilling. The circuits within the wellbore equipment must be able to transmit the data stored in the equipment through the electrode / antenna by temporarily disconnecting or blocking the electrode / antenna from its normal operating circuit to limit its operation. transmit the stored data. For example, the surface equipment can activate a switching mechanism that allows the resistance unit to temporarily function as a data transmission system rather than a resistance measurement system (data accumulation system).

40 Een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zal nu bij wijze 8602271 V ' 3 van voorbeeld worden beschreven met verwijzing naar de bijgaande teke-ning.An embodiment of the present invention will now be described by way of example 8602271 V '3 with reference to the accompanying drawings.

De enkelvoudige figuur toont een schematische doorsnede door een kenmerkende instrumenteneenheid van een boorputsamenstelling aan het 5 oppervlak en gekoppeld met de communicatie-apparatuur in overeenstemming met de onderhavige uitvinding.The single figure shows a schematic cross section through a typical instrument unit of a wellbore composition on the surface and coupled to the communication equipment in accordance with the present invention.

De enkele figuur illustreert schematisch de onderhavige uitvinding zoals ze wordt gebruikt in samenhang met een bekende ondergrondse in-strumentatie-eenheid die wordt gebruikt voor het meten tijdens het bo-10 ren. De apparatuureenheid 10 is gevormd uit staal met een hoge sterkte en heeft een axiale boring 12 en een ringvormige holte 14, waarin een zender 16, een ontvanger 18, een elektrode/antenne-array 20 en een da-tageheugen 22 zijn ondergebracht. Er wordt hier op gewezen dat de onderhavige uitvinding kan worden toegepast bij elk willekeurig type 15 boorputapparatuur met een zender en een ontvanger die werken op willekeurige frequentie met als primair doel het verzamelen van boorputin-formatie. Als de apparatuur bestaat uit een elektrische sensor, dan kan deze van een geleidend of inductief type zijn, en indien dit zo is dan heeft het geleidende type elektroden nodig en het inductieve type heeft 20. een antenne nodig. De elektrode/antenne-array 20 is derhalve gemonteerd in of op het oppervlak van de eenheid waarbij ofwel een enkele array aanwezig is voor zowel zenden als ontvangen of afzonderlijke secties aanwezig zijn voor zenden en ontvangen. Er wordt opgemerkt dat de onderhavige uitvinding Ook kan worden toegepast bij akoestische appara-25 tuur werkend met sonische frequenties of bij een willekeurig ander type meetapparatuur functionerend in een willekeurig frequentiegebied met bijbehorende geschikte zend- en ontvangstmiddelen gemonteerd op de eenheid.The single figure schematically illustrates the present invention as used in conjunction with a known underground instrumentation unit used for measuring during drilling. The equipment unit 10 is formed of high strength steel and has an axial bore 12 and an annular cavity 14, which houses a transmitter 16, a receiver 18, an electrode / antenna array 20, and a data memory 22. It is pointed out here that the present invention can be applied to any type of well equipment having a transmitter and a receiver operating at any frequency for the primary purpose of collecting well information. If the equipment consists of an electrical sensor, it can be of a conductive or inductive type, and if so, the conductive type needs electrodes and the inductive type needs an antenna. Thus, the electrode / antenna array 20 is mounted in or on the surface of the unit with either a single array present for both transmit and receive or separate sections for transmit and receive. It is noted that the present invention can also be applied to acoustic equipment operating with sonic frequencies or any other type of measuring equipment operating in any frequency range with associated suitable transmitting and receiving means mounted on the unit.

De werking van de apparatuur voor het meten tijdens het boren is 30 tamelijk conventioneel waarbij informatie wordt verzameld terwijl de apparatuur in bedrijf is in de boorput en, in desbetreffende gevallen wordt alleen die data, die nodig is voor het boorproces, uitgezonden naar het oppervlak. De resterende informatie, zoals de configuratie van de geologische lagen, wordt opgeslagen in het geheugen cm op een later 35 tijdstip te worden uitgelezen. De boorputapparatuur kan ook bestaan uit een systeem dat alleen registreert indien het zich in de boorput bevindt, waarbij alle data wordt uitgelzen zodra de instrumenteneenheid zich aan het oppervlak bevindt.The operation of the equipment for measuring during drilling is fairly conventional, with information being collected while the equipment is operating in the wellbore and, in appropriate cases, only that data required for the drilling process is being sent to the surface. The remaining information, such as the configuration of the geological layers, is stored in the memory cm to be read out at a later time. The wellbore equipment may also consist of a system that records only if it is in the wellbore, with all data read out as soon as the instrument unit is on the surface.

Een oppervlakte-communicatie-eenheid, in zijn algemeenheid aange-40 duid met 24, is voorzien van een zender 26, een ontvanger 28, en opper- 8602271 S'- ^ 4 vlakteschakelingen 30 voor het verzamelen van data en het besturen van het stelsel. De oppervlaktecommunicator 24 moet compatibel zijn met de boorputapparatuur zodatj indien de boorputapparatuur van het inductieve type is, ook de oppervlakteapparatuur van het inductieve type moet 5 zijn. De zender 26 en de ontvanger 28 van de communicator 24 worden, voor het inductieve voorbeeld, geplaatst binnen het zendbereik van de apparatuureenheid 10 indien de eenheid zich aan de oppervlak bevindt, bijvoorbeeld indien de boorputapparatuur is teruggehaald naar het oppervlak voor vervanging van de boorbeitel. In een stelsel van het ge-10 leidings- of stroomtype zal er een elektrisch contact moeten zijn tussen de elektroden zoals in de tekening is aangegeven. Terwijl de apparatuureenheid zich aan het oppervlak bevindt en zonder dat ze is losgenomen uit de boorpijp of zonder dat er op speciale wijze toegang is verkregen tot de eenheid 10 wordt de oppervlaktecommunicatie-eenheid 24 15 in een positie gebracht waarin de elektrode/antènne van de zender 26 en de ontvanger 28 contact kunnen maken met of gekoppeld kunnen worden met de elektrode/antenne-array 20 van de ontvanger en zender van de apparatuureenheid 10. De oppervlakte-apparatuur zal vervolgens de boorputapparatuur instrueren via het door de zender 26 uitzenden van instructies 20 door middel van de array 20 naar de ontvanger 18 teneinde het datage-heugen 22 uit te lezen en de opgeslagen informatie via de zender 16 en de array 20 uit te zenden waarbij de informatie wordt ontvangen door de ontvanger 28 en wordt overgedragen naar circuits 30 waarin de data wordt opgeborgen en/of op geschikte wijze wordt verwerkt. Zodra de da-25 tatransmissie is voltooid is het mogelijk om de boorputapparatuur opnieuw te programmeren of te instrueren door de desbetreffende informatie vanaf de oppervlakteschakelingen 30 via de zender 26 over te dragen naar de array 20 en via de ontvanger 18 op te slaan in het datageheugen 22. Het type informatie, dat opgeslagen kan worden, kan instructies be-30 vatten voor het data-meet/verzamelstelsel in de eenheid 10 ten aanzien van de verwachte boorsnelheid en -richting of mogelijkerwijze een verwacht geologisch profiel in het gebied waarin wordt geboord, zodat een vergelijking mogelijk wordt tussen de werkelijke geologische omstandigheden en de voorspelde omstandigheden. Ook kunnen selecties uit een me-35 tingenmenu worden geladen in het datageheugen 22.A surface communication unit, generally designated 40 by 24, includes a transmitter 26, a receiver 28, and surface circuitry 30 for collecting data and controlling the system. . The surface communicator 24 must be compatible with the well equipment so that if the well equipment is of the inductive type, the surface equipment of the inductive type must also be 5. The transmitter 26 and the receiver 28 of the communicator 24 are, for the inductive example, placed within the transmission range of the equipment unit 10 if the unit is on the surface, for example, if the well equipment has been retrieved to the surface to replace the drill bit. In a conduction or current type system, there will be electrical contact between the electrodes as shown in the drawing. While the equipment unit is on the surface and without being detached from the drill pipe or without special access to the unit 10, the surface communication unit 24 15 is placed in a position in which the electrode / antenna of the transmitter 26 and the receiver 28 can contact or be coupled to the electrode / antenna array 20 of the receiver and transmitter of the equipment unit 10. The surface equipment will then instruct the wellbore equipment by transmitting instructions 20 by the transmitter 26 through the array 20 to the receiver 18 to read the data memory 22 and transmit the stored information through the transmitter 16 and the array 20, the information being received by the receiver 28 and transferred to circuits 30 in which the data is stored and / or processed appropriately. Once the data transmission is complete, it is possible to reprogram or instruct the wellbore equipment by transferring the relevant information from the surface circuitry 30 through the transmitter 26 to the array 20 and storing it in the data memory via the receiver 18 22. The type of information that can be stored may include instructions for the data measurement / collection system in the unit 10 regarding the expected drilling speed and direction or possibly an expected geological profile in the area of drilling, to allow a comparison between the actual geological conditions and the predicted conditions. Selections from a measurement menu can also be loaded into the data memory 22.

Een anders uitgevoerde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zal voorzien zijn van een sonde die gemonteerd is in de boring van een eenheid met behulp van geschikte middelen, zoals spinnewebklampen. De sonde zal voorzien zijn van elektronische datageheugenmiddelen en 40 weerstandssensoren waarbij de in de boring gemonteerde sensorelektroni- 8602271 ' Ξ*' 5 ca wordt gekoppeld met de op de eenheid gemonteerde sensorantennemidde-len. De werking van het geheel zal gelijk zijn aan hetgeen in het bovenstaande is beschreven met verwijzing naar oppervlakte-apparatuur die gekoppeld wordt met de sensorantennemiddelen voor het uitzenden van in-5 structies en het ontvangen van in de boorput verzamelde data.A different embodiment of the present invention will include a probe mounted in the bore of a unit by suitable means, such as spider web cleats. The probe will be equipped with electronic data memory means and 40 resistance sensors whereby the bore-mounted sensor electronics 8602271 'Ξ *' 5 is coupled approximately to the sensor antenna means mounted on the unit. The operation of the assembly will be similar to that described above with reference to surface equipment that is coupled to the sensor antenna means for transmitting instructions and receiving data collected in the wellbore.

De onderhavige uitvinding kan ook worden gebruikt voor het terugwinnen van data in al die gevallen waarin data is verzameld en opgeborgen in een afgesloten houder, waarbij het gewenst is om de afgesloten toestand van de houder te handhaven. Voor het terugwinnen van stroom-10 snelheidsdata uit een pijpleiding met behulp van de onderhavige uitvinding wordt bijvoorbeeld een mogelijke onderbreking van het proces voorkomen en wordt tevens de mogelijkheid van milieuvervuiling voorkomen. Andere voorbeelden zijn het herwinnen van data met betrekking tot de activiteit binnen een nucleaire cel of de temperatuur/drukomstandighe-15 den binnen een houder die gevaarlijk materiaal bevat.The present invention can also be used to recover data in all those cases where data has been collected and stored in a sealed container, it being desired to maintain the closed condition of the container. For example, for recovering flow rate data from a pipeline using the present invention, a possible interruption of the process is prevented and the possibility of environmental contamination is also prevented. Other examples are the recovery of data regarding the activity within a nuclear cell or the temperature / pressure conditions within a container containing hazardous material.

De boven beschreven inrichting functioneert normaal in het radiofrequente gebied. De onderhavige uitvinding kan echter ook worden gebruikt met sonische apparatuur door de sensoren te vervangen door daartoe geschikte sensoren.The device described above functions normally in the radio frequency range. However, the present invention can also be used with sonic equipment by replacing the sensors with suitable sensors.

20 De bovenstaande beschrijving van de uitvinding is illustratief voor een voorbeeld daarvan maar het zal duidelijk zijn dat diverse wijzigingen in de werkwijze alsmede in de details van de geïllustreerde inrichting kunnen worden uitgevoerd zonder buiten het kader van de conclusies te treden.The above description of the invention is illustrative of an example thereof, but it will be understood that various changes in the method as well as in the details of the illustrated device can be made without departing from the scope of the claims.

86022718602271

Claims

A method of communication between the surface equipment and well equipment used for measuring during a drilling process, comprising a transmitter and a receiver, both coupled to an in-formation memory, and electrode / antenna array means, which method during the stay of the surface composition comprises the following steps: placing compatible electrode / antenna array means of said surface equipment within the contact / transmit range of said electrode / antenna array means; and realizing a direct communication from the data collection means of the surface equipment to the well equipment to transfer information to and receive data from said information memory.

A method according to claim 1, characterized in that the information transferred from the surface equipment includes instructions for the information storage memory regarding the transmission of data contained in the memory.

Method according to claim 1, characterized in that the information transmitted by the surface equipment is provided with instructions to be stored in the information memory and relating to further work of the composition in the underground situation in the well.

4. A method according to claim 1, characterized in that the electro-antenna array means are conductive.

Method according to claim 1, characterized in that the electrode / antenna array means are inductive.

6. Device for realizing communication with a wellbore composition which is measured during a drilling process, said composition being on the surface, which composition comprises a transmitter and a receiver, both coupled to a data storage memory and an electrode / antenna ar-ray, the device comprising: a transmitter and a receiver provided with a compatible electrode / antenna array that can be positioned within the transmission range of the electrode / sensor array of said composition; and and data acquisition and system control means coupled to said transmitter and receiver, instructions may be transmitted from the surface transmitter to the receiver of said composition to control the transmission of information. 8602271 *% 5 »-; * ' Run from said data storage means through the transmitter of the assembly to the surface receiver for analysis by said data acquisition and system control means and also instructions for the well equipment can be broadcast to and stored in said data storage means .

The device according to claim 6, characterized in that said instructions include data relating to the wellbore operations when the assembly has returned to the wellbore environment.

Device according to claim 7, characterized in that said data is provided with drilling instructions.

Device according to claim 7, characterized in that said data is provided with information about the expected geological profile.

Device as claimed in claim 6, characterized in that the said composition comprises a probe with a transmitter, a receiver and data storage means coupled thereto.

11. * Method for realizing communication with a part of a closed composition, which is provided with measuring equipment, without opening the said composition, which equipment is provided with a transmitter, a receiver, an information memory and electrode / antenna- array means disposed in or on the surface of said composition, comprising the steps of: placing compatible readout electrode / antenna array means of data within the transmission range of said electrode / antenna array means of said equipment. acquisition assets; and establishing a direct communication between said data acquisition means and said equipment to transmit and receive data to and from the information storage memory.

A method according to claim 11, characterized in that the information transmitted by the data acquisition means includes instructions for the information storage memory to transmit the data contained in the memory.

Method according to claim 11, characterized in that the information broadcast from said data acquisition means is provided with instructions to be stored in the information storage memory of the equipment and relating to further collection data.

Method according to claim 11, characterized in that said electrode / antenna array means are conductive. 8602271 'K **

Method according to claim 11, characterized in that said electrode / antenna array means are inductive.

16. Method for establishing communication with measuring equipment in a closed configuration without opening said composition, which equipment comprises a transmitter, a receiver, data storage means and an antenna / electrode array, which device includes: transmitter means and receiver means that can be positioned within the transmission range of the antenna / electrode array of said equipment, and data acquisition and system control means coupled to said transmitter means and said receiver means, instructions being broadcast by said transmitter means to the receiver of the equipment in order to initiate the transmission of the information from said data storage means via the transmitter of the equipment to the receiver means for an analysis to be carried out by the data acquisition and system control means and also send instructions for the equipment through the geno the transmitter for storage in said data storage means.

Device according to claim 16, characterized in that the instructions are provided with data relating to further operations.

Device according to claim 17, characterized in that said data is provided with operating parameters.

Device according to claim 16, characterized in that said transmitter means and receiver means function in the sonic frequency range.

20. Device according to claim 16, characterized in that the transmitter means and receiver means function in the radio frequency area. ********* 8602271