钻井期间的数据传输的制作方法

本文献基于在2014年5月11日提交的美国非临时申请序列号No.14/274,750并且要求其优先权，该美国非临时申请以其全文引用的方式并入到本文中。

背景技术：

钻井系统用来钻出多种井眼。钻井系统可以包括钻柱和钻头，钻头旋转以穿过所希望的地下地层钻出井眼。钻柱还可以包括其它部件，诸如随钻测量(MWD)系统和随钻测井(LWD)系统。MWD系统将测井数据传输到地面位置用于分析。然而，当钻头离开底部时发送到地面的测井数据通常被丢弃。在钻井操作期间，由于很多种原因，钻头可能从底部提起很多次。

技术实现要素：

一般而言，提供便于在钻井操作期间进行高效数据传送的方法和系统。根据一实施例，通过旋转钻头来执行钻井操作，例如井眼钻出操作。在钻头在底部上时，实时传感器数据经由MWD系统或其它数据传输系统传输到地面位置或其它合适位置。当钻头从底部移开时停止当前或实时传感器数据的传输。在钻头离开底部时，另一类型的数据，例如先前记录的数据，向井上发送。

然而，在不实质上偏离本公开的教导内容的情况下能做出许多修改。因此，这种修改预期包括于权利要求所限定的本公开的范围内。

附图说明

将在下文中参考附图来描述本公开的某些实施例，其中相似的附图标记表示相似元件。然而应了解，附图示出了本文所描述的各种实施方式并且并无意图限制本文所描述的各种技术的范围，附图包括：

图1是根据本公开的实施例部署于井眼中的钻井系统的示例的示意图；

图2是根据本公开的实施例的控制系统和传感器系统的一个示例的示意图，传感器系统可以用来获得指示钻头是否离开底部的传感器数据；

图3是根据本公开的一实施例的数据传输系统的一个示例的示意图，数据传输系统包括随钻测量系统和传感器，传感器用来监测钻头和向井上发送数据；以及

图4是提供根据本公开的一实施例用于钻井操作期间的数据传输技术的示例的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，陈述了许多细节以提供对本公开的某些实施例的理解。然而，本领域普通技术人员应了解，可以在没有这些细节的情况下来实践系统和/或方法并且能对所描述的实施例做出许多变化或修改。

本公开大体而言涉及一种便于在钻井操作期间高效数据传送的方法和系统。各种类型的钻柱可用来钻出竖直井眼和偏斜井眼，例如水平井眼。钻柱包括钻管和其它钻柱部件，诸如位于钻柱前端的钻头。通过旋转钻头以切入到地层岩石内，来执行井眼钻出操作，因此形成所希望的井眼。当钻头“在底部上”并且抵靠岩石旋转以形成切屑时执行钻井/切割。在钻头在底部上时，实时传感器数据可以经由上行链路系统，例如MWD系统或其它合适系统传输到地面位置或其它合适位置。根据一实施例，当钻头从底部移开时停止当前或实时传感器数据的传输。在钻头离开底部时，不同类型的数据可以向井上传输。

在常规钻井期间，在钻头离开底部时丢弃MWD测井数据。这种离开底部的情形定期发生，例如在做出钻井连接之前当钻管上下工作时以及在用于井眼清洁的循环期间。然而，本文所描述的实施例允许在钻头离开底部时中止传输测井数据以能传输其它数据例如记录的测量值。

例如，MWD工具可以与传感器合作，所述传感器能允许工具自动检测钻头何时离开底部使得MWD工具可以中止传输测井数据。在这种离开底部阶段，MWD工具可以用来传输记录的测量值。然而，一旦传感器系统自动检测到钻头再次在底部上，可以停止记录的数据传输并且可以再次向井上发送实时测井数据。

在某些应用中，可以在地面处执行离开底部检测。例如，如果钻柱使用有线钻管，离开底部检测可以在地面由地面控制系统来执行。在这种类型的应用中，在离开底部情形下，自动化命令直接从地面控制系统向井下工具发送。自动化命令用来请求在钻井期间采集的记录的站测量值或额外记录的数据。一旦钻头再次处于底部上并且钻井重新开始，自动命令再次发送到井下工具以请求测井数据。然而，本文所描述的实施例特别适用于非有线的钻管应用场合。

在非有线的钻管应用中，离开底部的情形和在底部上的情形可利用井下工具/传感器检测，并且可向MWD工具和/或其它工具提供合适命令以开始发送适当的测井数据或记录的数据。如果使用MWD工具和MWD遥测，离开底部检测可以使用多种传感器或者传感器组合在井下自动执行。例如，离开底部检测可以由从加速计、压力传感器、集成钻压(weight-on-bit)传感器、井下扭矩传感器和/或位于井下的其它传感器提供的数据确定。传感器数据也可以由井下监测和控制系统在井下处理。

同样，井下感测和离开底部检测可与随钻地震测井(LWD)工具组合使用。在地震LWD数据情况下，使用自动离开底部检测来触发“所需”数据的传输能允许将先前记录的地震波形数据快速地传输到地面。记录的地震波形数据的传输可以在离开底部循环时间段执行，例如在进行钻管连接之前铰孔时段和在用于井眼清洁的定期循环时段期间。在特定时段，例如延长的循环时段，离开底部“所需”帧(frame)加上通向地震LWD工具的下行链路允许从LWD工具向地面传输选定的存储数据。

总体上参考图1，示出了钻井系统20的一实施例。在此实施例中，钻井系统20包括钻柱22，所述钻柱22具有钻头24。钻头24抵靠地层26的岩石旋转以向地层26内或者穿过地层26钻出井眼28。通过从地面位置使钻柱22旋转而使钻头24旋转和/或通过井下马达而使钻头24旋转。根据给定应用的具体情况，钻柱22可以包括很多种部件30，包括传感器系统、转向组件、井下马达、数据传输系统、铰孔器、牵引机、稳定器和/或各种其它部件。应当指出的是，尽管示出了钻出井眼28，但本发明的系统和方法也可以在井相关和非井相关应用中钻出各种钻孔时使用。

在图示示例中，钻柱22包括传感器系统，所述传感器系统可以包括数据累积工具32，例如随钻测井(LWD)工具32。在某些应用中，LWD工具用来累积在钻井期间的测井数据，即在钻头24在底部上并且穿过地层26切割以形成井眼28时。LWD工具32可以用来采集各种类型的数据，包括地震数据。由数据累积系统32所采集的测井数据中继到上行链路工具34，例如随钻测量(MWD)工具34，随钻测量(MWD)工具34将数据直接传输到地面上。例如，在钻头24在底部上时，MWD工具34可以将测井数据传输到位于合适地面位置38的地面控制系统36。在这种在底部上钻井情况下，测井数据可以实时传输到地面控制系统36。各种传感器可以结合LWD工具32或者不结合LWD工具32用来确定钻头24何时在底部上。

如果将钻头24提起离开底部，如图2所示，传感器检测这种离开底部情形并且向上行链路工具34提供合适信号。在钻头离开底部时，上行链路工具34中止数据例如测井数据到地面的传输。在许多类型的情形下发生离开底部情况，包括(例如)涉及进行钻井连接之前钻柱22上下工作的情形或者在用于井眼清洁的循环期间。如在下文中更详细地解释，数据累积工具32和/或上行链路工具34可以与井下传感器合作以检测钻头24何时不再在井眼24的底部。(如果钻柱22包括有线钻管，则“离开底部”传感器可以位于地面上)。在检测到钻头24离开底部后，使用工具32/34来发送不同信息集合到地面控制系统36。例如，在钻头24离开底部时，来自先前站测量的储存的数据，例如缓存或存储数据可以传输到地面。

总体上参考图3，示出了井下数据传输系统40的一个示例。在此实施例中，井下数据传输系统40可以与LWD工具32和MWD工具34合并或者与LWD工具32和MWD工具34合作以获得数据并且将数据发送到地面控制器36。例如，总数据传输系统40可以利用现有LWD工具32和MWD工具34的内部数据传输系统42。在处于底部上和离开底部的情况期间，内部数据传输系统42可以用来将数据传输到地面控制器36，如由箭头44所示。然而，应当指出的是，LWD工具32和MWD工具34在本文中作为示例使用，并且该系统可以利用其它类型的数据累积工具32和上行链路工具34。

井下数据传输系统40还包括与多个传感器48联接的监测和控制系统46。举例而言，传感器48可以包括传感器组，其具有多种不同类型的传感器，这些传感器构造和定位成获得关于例如钻井情况、环境情况和/或钻柱部件情况的不同类型的数据。来自这些传感器48的数据可以由监测和控制系统46处理以判断钻头24是在底部上还是离开了底部。此外，监测和控制系统46可以与井下存储介质49联接，当钻头24离开底部时，井下存储介质49存储由传感器48累积的数据以传输到地面。

举例而言，监测和控制系统46可以是基于处理器的控制系统，其能运行具有阈值的离开底部检测算法50。算法50是根据井下所采用的传感器48的类型而选择并且编程的并且可以使用从那些传感器接收的许多类型的数据。传感器数据的各种组合可以经由算法50或另一合适软件模型/程序使用和处理以判断钻头24是否离开底部。可以单独地或组合地使用的合适传感器的示例包括电阻率传感器52、伽马传感器54、钻压/压力传感器56、扭矩传感器58、加速计或振动传感器60、应变传感器62和/或定位成能获得对监测和控制系统46有用的数据的其它传感器。

在检测到转变为离开底部或在底部上的情况时，监测和控制系统46输出相对应的信号64。信号64向MWD工具34和/或LWD工具32的内部数据传输系统42指示离开底部或在底部上的情况。钻头24的情况然后向井上传输到地面控制器36。

因此，监测和控制系统46、算法50和选定的传感器48组合工作来检测钻头24是在底部上或离开了底部，如由图4中示出的流程图的问号框64所示。在此示例中，监测和控制系统46位于井下并且可以是MWD工具34、LWD工具32或者另一井下部件30的部分。如果判断出钻头24在底部上，那么，第一类型的数据向井上传输到地面控制器36，如由框66所示。举例而言，MWD工具34可以用来将数据传输到地面控制器36。在此示例中，在钻头24在底部上时，测井数据实时传输到地面。在钻头24在底部上操作时传输的具体类型的数据可以根据钻井应用而改变，但是这些测井数据的示例包括地震数据、伽马射线数据和其它储层数据。

如果判断出钻头24离开底部，那么第二类型的数据向井上传输到地面控制器36，如由框68所示。举例而言，MWD工具34再次可以用来向地面控制器36传输“离开底部”第二类型的数据。在此示例中，在钻头24离开底部时，停止实时测井数据的传输。作为实时向地面传输测井数据的替代，在钻头24离开底部时，记录的测量值可以传输到地面控制器36。在钻头24离开底部时传输的具体类型的数据可以根据钻井应用而不同，但是这些记录的数据的示例包括记录的地震数据，例如先前记录的地震波形数据、记录的伽马射线数据和其它记录的储层数据。

在一个操作示例中，经由钻柱来钻出井眼，钻柱具有钻头和上行链路系统，例如MWD系统。上行链路系统用来在钻井期间向地面位置传输实时测井数据。各种井下传感器用来检测钻头何时离开底部。如果检测到离开底部的情况，在钻头离开底部时，中止实时测井数据的传输。在离开底部时，记录的测量值经由上行链路系统传输到地面。井下传感器也检测钻头何时再次在底部上。在随后确定钻头在底部上时，可以再次开始实时数据到地面的继续传输。

在某些应用中，除了MWD系统之外的井下数据传输系统可以用来向地面传输数据。此外，测井数据和/或其它类型的数据可以用来从井下位置向地面位置传输。这种技术可以在许多类型的钻孔的钻出期间使用，包括与井相关的钻孔和并非与井相关的钻孔，以提供数据到地面的更高效传送。

有效地，当检测到钻头在底部上时传送一种类型的数据，当检测到钻头离开底部时传送另一类型的数据。如上文所描述，在底部上的情况可以与实时数据的发送相关联，离开底部的情况可以与记录数据的发送相关联。然而，在底部上的数据和离开底部的数据根据给定应用的参数可以包括其它类型的数据。

钻井系统20可以在许多类型的钻井应用中用于竖直钻井、定向钻井或其它类型的钻井。这种系统用来便于烃井、水井、注入井、测试井和其它类型井的钻井期间数据的高效传送。此外，数据传送技术和系统可以用来便于在非井应用的钻进期间传送数据，包括钻出用于通信线、通路、管线的钻孔和其它应用中。

还应当指出的是，钻柱22的总配置可以根据给定钻井应用的具体情形而显著不同。可以选择多种钻头和钻柱部件来便于钻出具体类型的钻孔或者在具体类型环境中钻井。此外，井下控制系统和地面控制系统可以是基于处理器的系统，其被编程为处理多种数据类型。在某些应用中，MWD/LWD系统可以用来收集数据并且向地面传送数据，然而，可以采用多种其它数据收集和传送工具和系统来在不同钻井情形下向地面传输不同类型的数据。根据与每种类型应用相关联的具体参数，传感器、数据存储装置、算法和其它数据处置系统可以在不同应用之间不同。

尽管在上文中详细地描述了本公开的几个实施例，但本领域普通技术人员将易于了解到，在不实质上偏离本公开的教导内容的情况下能做出许多修改。因此，所有这些修改预期包括于权利要求所限定的本公开内容的范围内。