專利名稱：井場(chǎng)通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于井場(chǎng)作業(yè)的通信系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及在地面單元和帶有通過鉆柱懸掛在井筒內(nèi)的井下工具的鉆機(jī)之間傳輸信號(hào)的井筒通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從地層中采收烴涉及將井筒鉆入地下。為了形成井筒，把井下鉆具懸掛在鉆機(jī)上并通過鉆柱向地下鉆進(jìn)。隨著鉆具前進(jìn)，鉆井泥漿從地面泥漿池中泵入，流過鉆具并流出鉆頭以冷卻鉆具并帶走鉆屑。該流體流出鉆頭然后流入地面以通過鉆具再循環(huán)。鉆井泥漿也用于形成泥餅以給井筒加襯。
在鉆井作業(yè)中，需要提供地面設(shè)備和井下工具之間通信。遙測(cè)裝置通常結(jié)合到井下工具中以便允許例如動(dòng)力、命令和/或通信信號(hào)在地面設(shè)備和井下工具之間傳輸。這些信號(hào)用于控制井下工具的作業(yè)和/或給它提供動(dòng)力，并向地面發(fā)送井下信息。
圖1顯示了在鉆井作業(yè)中使用的井場(chǎng)系統(tǒng)。該井場(chǎng)系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)2、井下系統(tǒng)3和地面控制單元4。在所示的實(shí)施例中，鉆孔11是通過旋轉(zhuǎn)鉆井以大家熟知的方式形成的。然而，得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到本發(fā)明還可以用于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鉆井以外的鉆井應(yīng)用(例如基于泥漿-馬達(dá)的定向鉆井)中，而且并不限于基于陸地的鉆機(jī)。
井下系統(tǒng)3包括懸掛在鉆孔11內(nèi)的鉆柱12，在它下端具有鉆頭15。地面系統(tǒng)2包括基于陸地的平臺(tái)和布置在穿透地層F的鉆孔11之上的井架組件10。該組件10包括轉(zhuǎn)盤16、方鉆桿17、鉤子18和水龍頭(rotary swivel)19。鉆柱12由轉(zhuǎn)盤16旋轉(zhuǎn)，其由未示出的裝置供給動(dòng)力，其在鉆柱的上端接合方鉆桿17。鉆柱12懸掛在鉤子18處，該鉤子連接移動(dòng)塊(也未示出)，穿過方鉆桿17和允許鉆柱相對(duì)于鉤子旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)水龍頭19。
地面系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)在井場(chǎng)上形成的池27內(nèi)的鉆井液或泥漿26。泵29通過水龍頭19的口把鉆井液26輸送到鉆柱12的內(nèi)部，促使鉆井液如方向箭頭9所示的向下流過鉆柱12。鉆井液通過鉆頭15上的孔流出鉆柱12，接著向上通過鉆柱外面和鉆孔壁之間的稱為環(huán)空的區(qū)域循環(huán)，如方向箭頭32所示。通過這種方式，鉆井液潤(rùn)滑了鉆頭15并攜帶地層碎屑向上返回泥漿池27以便重新循環(huán)。
鉆柱12還包括底部鉆具組合(BHA)，通常如標(biāo)記40所示，底部鉆具組合靠近鉆頭15(換句話說，在離鉆頭幾個(gè)鉆鋌長(zhǎng)度內(nèi))。底部鉆具組合具有測(cè)量、處理和存儲(chǔ)信息及與地面通信的能力。這樣，在其中，BHA 40包括用于確定和傳送圍繞鉆孔11的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)層F特性的裝置41，這些特性例如儲(chǔ)層電阻率(或傳導(dǎo)率)，自然輻射，密度(伽馬射線或中子)和孔隙壓力。
BHA 40還包括用于執(zhí)行不同的其它測(cè)量功能的鉆鋌42、43。鉆鋌43包含有隨鉆測(cè)量(MWD)工具。MWD工具還包括用于產(chǎn)生電源給井下系統(tǒng)的設(shè)備45。雖然泥漿脈沖系統(tǒng)描述成具有一個(gè)發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)是由流過鉆柱12和MWD鉆鋌43的鉆井液26的流動(dòng)供以動(dòng)力的，但是也可以使用其它電源和/或電池系統(tǒng)。
傳感器被布置在井場(chǎng)周圍，用以收集與井場(chǎng)作業(yè)和井場(chǎng)狀況相關(guān)的數(shù)據(jù)，優(yōu)選地實(shí)時(shí)收集。地面?zhèn)鞲衅骰騼x表5、6、7布置在地面系統(tǒng)周圍以提供關(guān)于地面單元的信息，例如立管壓力、大鉤載荷、深度、地面扭矩和每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)等。傳感器5優(yōu)選適用于接收來自井下傳感器8的數(shù)據(jù)。井下傳感器或儀表8布置在鉆具和/或井筒周圍以提供關(guān)于井下狀況的信息，例如井筒壓力、鉆壓、鉆頭扭矩、方向、傾角、鉆鋌每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、工具溫度、環(huán)空溫度和工具面等。由傳感器和照相機(jī)收集的信息傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)、井下系統(tǒng)和/或地面控制單元。
地面?zhèn)鞲衅髋c地面單元4相連，在地面單元處從井下傳感器接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)被處理并翻譯成客戶查看的格式。地面?zhèn)鞲衅?、6和7通過接線盒70連接到地面單元。接線盒是一種把分別來自地面?zhèn)鞲衅?、6和7的多個(gè)電線或電纜64、68、69合并成一個(gè)大電纜74的裝置。在該接線盒中，輸入電線可以接合到一起，這樣接線盒減少了從接線盒延伸出去并連接地面單元72的電線的數(shù)量。電纜74提供了接線盒70和地面單元72之間的硬連線通信。
地面單元72包括用于處理從地面?zhèn)鞲衅鱾鱽淼男盘?hào)的各種處理設(shè)備。來自地面?zhèn)鞲衅鞯哪M信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并之后在地面單元中進(jìn)行處理。這個(gè)處理功能導(dǎo)致產(chǎn)生了反映最初從井下傳感器收集的信息的顯示。
MWD工具43包括與地面系統(tǒng)進(jìn)行通信的通信子組件44。通信子組件44適合于利用泥漿脈沖遙測(cè)向地面發(fā)送信號(hào)和接收來自地面的信號(hào)。通信子組件可包括例如產(chǎn)生信號(hào)(例如聲音或電磁信號(hào))的發(fā)射器，該信號(hào)表示了所測(cè)鉆井參數(shù)。產(chǎn)生的信號(hào)在地面由附圖標(biāo)記31表示的變換器接收，該變換器按照傳統(tǒng)的方法和系統(tǒng)把接收到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以便進(jìn)一步處理、存儲(chǔ)、加密和使用。井下和地面系統(tǒng)之間的通信被描述成泥漿脈沖遙測(cè)，例如轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國(guó)專利No.5,517,464中描述的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到可以使用各種遙測(cè)系統(tǒng)，例如有線鉆桿、電磁的、聲音的、地震的或其它已知的遙測(cè)系統(tǒng)。
地面單元通?？刹僮鞯剡B接到地面系統(tǒng)2和與之通信的井場(chǎng)的井下系統(tǒng)3。監(jiān)視器(未示出)通常在地面單元上提供并由操作人員操縱。操作人員可以從地面單元向井下工具發(fā)送命令。操作人員也可以通過觀察顯示在地面單元監(jiān)視器上的數(shù)據(jù)而監(jiān)視井下作業(yè)。
如圖1所示，地面和井下系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)通過一組硬連線電纜分別傳輸?shù)降孛鎲卧！把b配”第一組有線連接64、68、49以從井場(chǎng)周圍的傳感器向接線盒傳輸測(cè)量。第二組硬連線連接74是必要的以從接線盒向地面單元傳輸測(cè)量。
硬連線連接通常需要使用通過接線盒把地面?zhèn)鞲衅鬟B接到地面單元的大量實(shí)際電線。目前的鉆機(jī)顯示和傳感器獲取系統(tǒng)通常體積大、質(zhì)量重并難于裝配和拆卸。這些傳感器布置在井場(chǎng)的不同位置。連接地面單元和地面?zhèn)鞲衅髦g的電線需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力。這個(gè)時(shí)間通常增加了鉆井作業(yè)的費(fèi)用。除此之外，井場(chǎng)的電線束可以干擾井場(chǎng)作業(yè)。
盡管以前在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上取得了不少進(jìn)步，仍然需要提供技術(shù)以高效的和有效的從井下工具向地面計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。期望一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以提供一種靈活并且效率高的裝置以從地面和/或井下系統(tǒng)向地面計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。還期望開發(fā)一種適合苛刻的井下條件的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這樣的系統(tǒng)優(yōu)選地在其它中提供下面的一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)通信，集成通信線路和/或硬件，簡(jiǎn)化的硬件結(jié)構(gòu)，減少了的“裝配”時(shí)間，有效的設(shè)置，有線和/或無線的通信和作業(yè)，彈性設(shè)置，到井場(chǎng)周圍所需位置的可移動(dòng)性，減少的電線長(zhǎng)度，降低的噪音和有效的硬件設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種用于井場(chǎng)的井筒通信系統(tǒng)，該井場(chǎng)具有從鉆機(jī)處伸入到穿透地層的井筒的井下工具。所述系統(tǒng)包括適于收集井場(chǎng)數(shù)據(jù)的至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器；可設(shè)置在井筒周圍不同位置處的至少一個(gè)移動(dòng)通信模塊；和可操作地連接到所述至少一個(gè)通信模塊的地面單元。通信模塊可操作地連接到所述至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器，以從那里接收信號(hào)并把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成地面單元進(jìn)行處理的形式。
另一方面，本發(fā)明涉及一個(gè)通信模塊，用于把信號(hào)從布置在井場(chǎng)周圍的至少一個(gè)傳感器傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)地面單元。該井場(chǎng)具有布置在穿透地層的井筒內(nèi)的井下工具。該模塊包括可設(shè)置在井場(chǎng)周圍的外殼，布置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)通信接口；布置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，電源和適于接收通信鏈路到地面單元的連接器。通信接口適于從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器接收信號(hào)。信號(hào)調(diào)節(jié)模塊適于把從地面?zhèn)鞲衅鹘邮盏降男盘?hào)轉(zhuǎn)換成地面單元可接收的格式。
最后，本發(fā)明的又一方面涉及一種在井場(chǎng)和至少一個(gè)地面單元之間通信的方法。該方法涉及在井場(chǎng)所需位置選擇性地布置至少一個(gè)通信模塊，可操作地把至少一個(gè)通信模塊連接到井場(chǎng)上的至少一個(gè)傳感器上，可操作地把至少一個(gè)通信模塊連接到地面單元上并通過所述通信模塊從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器向地面單元傳輸信號(hào)。


為了詳細(xì)理解上面所述本發(fā)明的特征和可達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合優(yōu)選實(shí)施將對(duì)上面簡(jiǎn)要描述的本發(fā)明做更加具體的描述，所述優(yōu)選實(shí)施例在附圖中示出。
然而值得注意，所述附圖僅僅闡述了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，對(duì)于本發(fā)明來說可以容許其它等效的實(shí)施例。
在附圖中圖1是具有與常規(guī)鉆機(jī)和井下工具通信的地面單元的井場(chǎng)的正視圖，其中部分為截面圖，部分為結(jié)構(gòu)圖；圖2是包含有第三方子系統(tǒng)的可替換井場(chǎng)通信系統(tǒng)的視圖；
圖3是帶有通信模塊的圖2的井場(chǎng)通信系統(tǒng)的視圖；圖4是可與圖2和/或3所示的通信系統(tǒng)一起使用的通信模塊的視圖；圖5是描述圖4的通信模塊運(yùn)轉(zhuǎn)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是用于具有地面系統(tǒng)2、井下系統(tǒng)3和地面單元272的井場(chǎng)的通信系統(tǒng)200的視圖。地面系統(tǒng)包括井筒210之上的鉆機(jī)250。井下工具211從鉆機(jī)250前進(jìn)到井筒210中。一個(gè)或多個(gè)傳感器202、204、206、208布置在井場(chǎng)周圍。
通信系統(tǒng)200提供了一個(gè)或多個(gè)可布置在井場(chǎng)周圍不同位置處的通信模塊276。這些單個(gè)的通信模塊適于井場(chǎng)的特殊需要。所述模塊的特性也提供了在井場(chǎng)周圍根據(jù)需要分布通信模塊的能力。在一些情況下，通信模塊276可操作地耦合到鉆機(jī)、泥漿池、地面單元、第三方鉆機(jī)網(wǎng)和/或其它位置。除此之外，一個(gè)或多個(gè)通信模塊可以利用多種鏈路可操作地耦合。
井下傳感器202與地面?zhèn)鞲衅?04、206和/或208通信并向地面?zhèn)鞲衅?04、206和/或208傳輸測(cè)量信息。如圖所示，地面?zhèn)鞲衅?04、206、208通過地面通信鏈路214、216、218分別可操作地連接到通信模塊276。
一個(gè)或多個(gè)傳感器布置在井場(chǎng)周圍以在其中進(jìn)行各種各樣的測(cè)量。多種傳感器可用在井場(chǎng)上。如圖所示，井上傳感器204、206和208布置在鉆機(jī)和泥漿池處。井下傳感器202沿著井下工具布置，例如布置在BHA中。井下傳感器的一個(gè)例子可為隨鉆測(cè)量工具。所述傳感器可以通過通信鏈路耦合在一起。例如，井下傳感器可以通過泥漿脈沖遙測(cè)由井下鏈路連接到井上鉆機(jī)傳感器上。其它井筒遙測(cè)系統(tǒng)(例如有線鉆桿、電磁、聲音和其它遙測(cè)系統(tǒng))都可用作井下遙測(cè)鏈路以從井下傳感器向地面單元傳輸數(shù)據(jù)。
每個(gè)地面通信鏈路通過一個(gè)或多個(gè)地面通信鏈路連接到通信模塊276中的電子模塊(未示出)中。電子模塊進(jìn)行輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。通信鏈路當(dāng)連接到通信模塊276時(shí)可以組合起來或保持分離。
通信模塊276可操作地連接到地面單元272，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鎲卧赃M(jìn)行進(jìn)一步處理。提供一個(gè)連接通信鏈路278以便可操作地把通信模塊276連接到地面單元272上。
通信模塊276可對(duì)從傳感器接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)活動(dòng)。這種信號(hào)調(diào)節(jié)活動(dòng)優(yōu)選用于把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)處理有用的格式。對(duì)信號(hào)的調(diào)節(jié)(依賴于來自特殊傳感器的信號(hào))可以包括把電壓乘以一些值(例如1.2)，或者改變電壓(通過1變成2伏)以適合A/D轉(zhuǎn)換器。之后，所述信號(hào)可以通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸送以便把所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。所述信號(hào)可用于從通信模塊內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器收集數(shù)字值。
然后，各種開關(guān)的狀態(tài)可以被讀取和/或記錄以把數(shù)據(jù)編輯成分組(例如以太網(wǎng)類型的分組)以傳輸?shù)降孛鎲卧?。進(jìn)一步的信號(hào)處理和傳輸也可以提供(例如用于各種客戶接口)。地面單元可以是任何典型的地面計(jì)算機(jī)或處理器，例如用于接收井場(chǎng)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、發(fā)送命令、顯示信息和進(jìn)行其它井場(chǎng)處理的井筒計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)。
處理過的信息可以被傳輸以顯示現(xiàn)場(chǎng)和/或現(xiàn)場(chǎng)外的位置和/或裝置。地面單元可以把信息發(fā)送到多種輸出目的地。例如，這樣的輸出目的地可以包括個(gè)人數(shù)字助理(PDA)裝置280或附屬地面單元282(也就是離地面單元通常幾百英尺遠(yuǎn)的公司辦公室)。可以使用其它輸出目的地(例如臺(tái)式或筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)，鉆臺(tái)顯示或其它現(xiàn)場(chǎng)或現(xiàn)場(chǎng)外的設(shè)備)以及相應(yīng)的輸出通信鏈路。這些輸出目的地可以任選為便攜式和/或可移式的。這些輸出目的地可用于顯示鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)周圍的信息和往那里的反應(yīng)。優(yōu)選地，這些輸出目的地被證實(shí)對(duì)井場(chǎng)來說是安全的。
輸出通信鏈路286、288被提供以把地面單元272與輸出裝置PDA 280和附屬地面單元282分別連接起來。一個(gè)或多個(gè)另外的地面通信鏈路290可以連接到地面?zhèn)鞲衅?84上以與地面單元直接通信。另外，可以從地面單元272向井下傳感器202提供井下通信鏈路，例如使用如美國(guó)專利No.20050167098所描述的電磁遙測(cè)。
這里提供的通信鏈路可以是無線的、光學(xué)的、硬連線的或它們的組合。可以使用無線鏈路以便靈活地在井場(chǎng)周圍期望的位置布置接線盒和/或通信模塊。例如，硬連線電纜可以是例如以太網(wǎng)電纜或其它從中傳輸信號(hào)的電纜。無線鏈路可以是例如在RF發(fā)射器、接收器或各自設(shè)備的收發(fā)器之間延伸的RF鏈路。
舉例來說，rf收發(fā)器可以布置在一個(gè)或多個(gè)繼電器箱中以與布置在地面單元內(nèi)的rf收發(fā)器通信?？稍谝粋€(gè)或多個(gè)所述的部件之間提供一個(gè)或多個(gè)這樣的硬連線或無線通信鏈路。在有些情況下，根據(jù)通信需要期望使用有線和無線連接。在一些情況下，還希望在特定傳感器附近或遠(yuǎn)離特定噪聲產(chǎn)生裝置的地方設(shè)置特定的模塊。
圖3是用在圖2的井場(chǎng)中的可替換通信系統(tǒng)200a的視圖。除了使用多個(gè)通信模塊276a、276b、和292之外，這一通信系統(tǒng)可以與圖2中的通信系統(tǒng)相同。
通信模塊276a和276b優(yōu)選分別布置在地面?zhèn)鞲衅?68b和266附近。在這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)模塊276a、276b具有各自的地面通信鏈路278a、278b到達(dá)地面單元272。
在井場(chǎng)，第三方可能希望在井場(chǎng)有設(shè)備并在鉆井活動(dòng)過程中收集儲(chǔ)層和井的數(shù)據(jù)。因此，第三方傳感器291可以布置在井場(chǎng)以從傳感器202、266、268a和/或268b接收信息并把這些信息傳輸?shù)降谌皆O(shè)備。如圖所示，第三方地面?zhèn)鞲衅?91設(shè)置在鉆機(jī)250上并連接到第三方通信模塊292上。
這個(gè)通信模塊292通過第三方通信鏈路295a可操作地連接到地面單元272上以在它們之間進(jìn)行通信。第三方通信模塊也可以通過第三方通信鏈路295b可操作地連接到第三方設(shè)備294上。模塊292可以進(jìn)行與通信模塊276a和276b相同的處理功能。
除了第三方在井場(chǎng)具有設(shè)備之外，在一些情況下第三方設(shè)備可以與模塊276b接合。第三方模塊292那么可以通過連接到一個(gè)或多個(gè)通信模塊276而與地面單元272或者其他模塊通信。在一些情況下可以使用另外的中間裝置。例如，第三方模塊被描述成可操作地耦合到井場(chǎng)的地面?zhèn)鞲衅骱屯ㄐ拍K上。其它中間裝置可以沿著一個(gè)或多個(gè)通信鏈路布置在不同位置。
這里使用的通信模塊276優(yōu)選地為在井場(chǎng)布置系統(tǒng)和在井場(chǎng)布置設(shè)備提供靈活性。通信模塊276優(yōu)選地是包含電源、多個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)器、繼電器箱無線電(relay box radio)、多個(gè)安全屏障(被動(dòng)的和/或主動(dòng)的)和天線的可保證安全的(如防火的)外殼?？梢栽诰畧?chǎng)周圍的多個(gè)位置使用并布置一個(gè)或多個(gè)這樣的模塊。通過在井場(chǎng)周圍分布通信模塊而不是與地面單元集成，所述通信模塊的尺寸可以得到降低并可按照需要進(jìn)行布置。優(yōu)選地，這里所提供的通信系統(tǒng)是可升級(jí)的從而使多個(gè)模塊可以根據(jù)工作的要求很一般地加上或移走。所述模塊可以利用多種通信鏈路可操作地耦合成多種結(jié)構(gòu)。
圖4是通信模塊276的詳細(xì)視圖。該通信模塊包括布置在外殼300內(nèi)的多個(gè)電子元件。外殼300優(yōu)選地是可保證安全(例如防火)的以容許在危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)模塊的操作。提供連接器302以可操作地把通信模塊連接到一個(gè)或多個(gè)傳感器和/或往那里的通信鏈路。
所述電子設(shè)備優(yōu)選包括電源模塊312、調(diào)節(jié)模塊308、安全屏障310、天線304、和通信模塊無線電306?？梢允褂枚鄠€(gè)電子設(shè)備以處理從井場(chǎng)接收的信號(hào)以為地面單元使用，反之亦然。
電源模塊312可以是能夠轉(zhuǎn)換電力(例如從AC轉(zhuǎn)換成DC)的任何普通電源。提供調(diào)節(jié)信號(hào)模塊308以進(jìn)行諸如轉(zhuǎn)換信號(hào)之類的功能(從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字，或者從編碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字或其它轉(zhuǎn)換)。另外，信號(hào)調(diào)節(jié)功能包括信號(hào)電壓倍增或電壓轉(zhuǎn)換。通信模塊無線電106優(yōu)選地是用于與布置在井場(chǎng)周圍的其他無線電通信的收發(fā)器。安全屏障310可以是被動(dòng)的或主動(dòng)的屏障，它用于限制從保證安全的場(chǎng)地向危險(xiǎn)區(qū)域傳遞的能量以防止危險(xiǎn)環(huán)境下點(diǎn)火。也提供天線304以在通信模塊和地面單元之間傳輸信號(hào)。優(yōu)選地，天線布置在外殼內(nèi)以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。
圖5是描述圖4所示通信模塊276操作的實(shí)施例圖的示意圖400。如圖所示，通信模塊有布置在井場(chǎng)周圍以進(jìn)行測(cè)量的三個(gè)地面?zhèn)鞲衅?21、422、和423，這三個(gè)傳感器通過鏈路402a、b、c連接到所述模塊上。所述傳感器和鏈路可以是與圖2和3中所使用的傳感器相同的傳感器。這些傳感器傳輸在井場(chǎng)收到的數(shù)據(jù)。電力也可以由電源412提供，并通過圖中所示的功率調(diào)節(jié)器414分配給模塊400中的各個(gè)電子設(shè)備。
通信模塊通過這些鏈路402接收這一傳輸信息。這個(gè)信息可以是多種形式的。正如提到的，通信模塊276對(duì)從地面?zhèn)鞲衅鹘邮盏降男盘?hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)程序。所述信號(hào)通過安全屏障410a、b、c和信號(hào)調(diào)節(jié)器408a、b、c。信號(hào)可以通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器424。根據(jù)信號(hào)的類型，所述信號(hào)接著可以通過另外的裝置以進(jìn)行處理。如圖所示，信號(hào)422和423分別通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器424和蓄電器425，但是信號(hào)421沒有通過另外的裝置。
信號(hào)接著被轉(zhuǎn)換器426a、b、c轉(zhuǎn)換成串行格式以通過高速通信總線427加以傳輸。之后，信號(hào)通過通信鏈路傳輸?shù)降孛鎲卧?。通信模塊可以具有有線通信部件428b或無線通信部件428a到達(dá)地面單元。這些部件可以是，例如如圖所示，串聯(lián)到以太網(wǎng)和/或以太網(wǎng)到無線電設(shè)備。如附圖所示，有線數(shù)據(jù)傳輸通過通信鏈路430進(jìn)行，而無線數(shù)據(jù)傳輸通過天線404進(jìn)行。這些鏈路可以與前面結(jié)合圖2和3所描述的鏈路相同。可以使用一個(gè)或多個(gè)通信部件?？梢蕴峁╅_關(guān)432以允許選擇性地激活用于傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)有線的、無線部件。所述開關(guān)可以是硬件或軟件。
雖然本發(fā)明利用有限數(shù)量的實(shí)施例已經(jīng)加以描述了，但是對(duì)得益于本公開的那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將意識(shí)到在不偏離這里公開的本發(fā)明的范圍或真正精神的情況下作出其它變化也是可能的。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由所附的權(quán)利要求書加以限制。
本說明書僅僅是用于說明的目的，不應(yīng)該被解釋成限制的概念。僅僅是隨后的權(quán)利要求書的語(yǔ)言才應(yīng)該確定本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求書內(nèi)的術(shù)語(yǔ)“包括”意指“至少包含”，這樣權(quán)利要求書中敘述的元件列表應(yīng)該是開放的組?！耙弧薄ⅰ耙粋€(gè)”和其它單數(shù)術(shù)語(yǔ)除非專門排除在外意指包括它們的復(fù)數(shù)形式。
權(quán)利要求
1.一種用于井場(chǎng)的井筒通信系統(tǒng)，該井場(chǎng)具有從鉆機(jī)處伸入到穿透地層的井筒的井下工具，包括適于收集井場(chǎng)數(shù)據(jù)的至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器；位于井場(chǎng)周圍不同位置的至少一個(gè)移動(dòng)通信模塊，所述通信模塊可操作地連接到所述至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器，以從那里接收信號(hào)并把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成地面單元進(jìn)行處理的格式；以及可操作地連接到所述至少一個(gè)通信模塊上的地面單元。
2.如權(quán)利要求1所述的井筒通信系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)通信鏈路，所述通信鏈路可操作地把所述至少一個(gè)通信模塊連接到地面單元、至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器和它們的組合。
3.如權(quán)利要求2所述的通信系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)通信鏈路是一個(gè)硬連線的、無線的、光學(xué)的或它們的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器還包括至少一個(gè)地面?zhèn)鞲衅鳌⒅辽僖粋€(gè)井下傳感器和它們的組合。
5.如權(quán)利要求4所述的通信系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)地面?zhèn)鞲衅鬟m于從至少一個(gè)井下傳感器接收信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中所述通信模塊通過硬連線通信鏈路、無線通信鏈路、光學(xué)通信鏈路或它們的組合中的一個(gè)可操作地連接到至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器上。
7.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)通信模塊包括可在井場(chǎng)周圍布置的外殼；布置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)通信接口，所述通信接口適于從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器接收信號(hào)；布置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，該信號(hào)調(diào)節(jié)模塊適于把從地面?zhèn)鞲衅鹘邮盏降男盘?hào)轉(zhuǎn)換成地面單元可接收的格式；電源；和適于接收通信鏈路到地面單元的連接器。
8.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)第三方模塊，該至少一個(gè)第三方模塊可操作地連接到至少一個(gè)地面?zhèn)鞲衅鳌⒅辽僖粋€(gè)通信模塊、地面單元和它們的組合中的一個(gè)以與之通信。
9.如權(quán)利要求8所述的通信系統(tǒng)，還包括可布置在井場(chǎng)適于收集井場(chǎng)數(shù)據(jù)的至少一個(gè)第三方傳感器，該至少一個(gè)第三方傳感器可操作地連接到至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器、至少一個(gè)第三方模塊、至少一個(gè)通信模塊、地面單元和它們的組合。
10.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)輸出目的地。
11.如權(quán)利要求10所述的通信系統(tǒng)，其中所述輸出目的地是PDA、臺(tái)式機(jī)、另外的地面單元和它們的組合中的一個(gè)。
12.一種從布置在井場(chǎng)周圍的至少一個(gè)傳感器向至少一個(gè)地面單元傳輸信號(hào)的通信模塊，該井場(chǎng)具有布置在穿透地層的井筒內(nèi)的井下工具，包括可在井場(chǎng)周圍布置的外殼；布置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)通信接口，所述通信接口適于從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器接收信號(hào)；布置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，該信號(hào)調(diào)節(jié)模塊適于把從地面?zhèn)鞲衅鹘邮盏降男盘?hào)轉(zhuǎn)換成地面單元可接收的格式；電源；和適于接收通信鏈路到地面單元的連接器。
13.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，還包括至少一個(gè)無線電盒，以使得通信模塊能夠與井場(chǎng)的其它設(shè)備通信。
14.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，還包括布置在通信模塊內(nèi)的至少一個(gè)安全屏障，以限制穿過通信模塊的能量。
15.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，還包括模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
16.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，還包括蓄電器。
17.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，其中所述信號(hào)調(diào)節(jié)器具有把所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行的轉(zhuǎn)換器。
18.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，其中所述外殼是保證使通信模塊能夠在危險(xiǎn)環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的外殼。
19.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，其中所述至少一個(gè)連接器是硬連線連接器、無線連接器和它們組合中的一個(gè)以可操作地連接到有線通信鏈路上。
20.如權(quán)利要求12所述的通信模塊，還包括開關(guān)，以便選擇性地激活至少一個(gè)連接器中的至少一個(gè)。
21.一種在井場(chǎng)與至少一個(gè)地面單元之間通信的方法，該井場(chǎng)具有布置在穿透地層的井筒內(nèi)的井下工具，包括選擇性地把至少一個(gè)通信模塊布置在井場(chǎng)中期望的位置上；可操作地把至少一個(gè)通信模塊連接到井場(chǎng)的至少一個(gè)傳感器上；可操作地把至少一個(gè)通信模塊連接到地面單元上；和通過所述通信模塊從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器向地面單元傳輸信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括把從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器接收到的信號(hào)加以轉(zhuǎn)換以在地面單元上處理。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換步驟包括改變信號(hào)電壓、倍增電壓、和把模擬信號(hào)改變成數(shù)字信號(hào)。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器向第三方模塊傳輸信號(hào)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括通過通信模塊從第三方模塊向地面單元傳輸信號(hào)。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括通過第三方模塊從第三方模塊向地面單元傳輸信號(hào)。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括從地面單元向至少一個(gè)輸出目的地傳輸信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及提供一種用于井場(chǎng)的井筒通信系統(tǒng)，該井場(chǎng)具有從鉆機(jī)處伸入到穿透地層的井筒的井下工具。該系統(tǒng)包括適于收集井場(chǎng)數(shù)據(jù)的至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器；位于井場(chǎng)周圍不同位置的至少一個(gè)移動(dòng)通信模塊，和可操作地連接到至少一個(gè)通信模塊的地面單元。該通信模塊包括外殼，適于從至少一個(gè)井場(chǎng)傳感器接收信號(hào)的至少一個(gè)通信接口，布置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，電源和適于接收通信鏈路到地面單元的連接器。
文檔編號(hào)H04B7/00GK1975105SQ20061006472
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日
發(fā)明者C·E·埃斯特維滋, C·P·里德, R·亨廷 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司