[发明专利]优化电磁遥测传输

说明书

一种电磁遥测系统调节遥测参数以实现可靠数据传输并且节省功率，遥测参数可以包括载波频率、信号幅度和/或数据编码协议。在一些实施方式中，扫频信号传输载波频率的范围，以及部分地通过分析所接收的扫频信号来确定参数。在一些实施方式中，基于钻井的模式来自动地选择不同参数。

技术领域

本申请涉及地下钻井，具体地涉及用于通过电磁遥测向井下装备和从井下装备传递数据的方法和设备。实施方式能够应用于用于获得碳氢化合物的钻井。

背景技术

从地下区域获得碳氢化合物通常涉及钻井井筒。

使用地表定位的钻井装备来形成井筒，该钻井装备驱动钻柱，钻柱从地表装备最终延伸至所关注的地层(formation)或地下区域。钻柱可以在地表下方延伸数千英尺或数千米。钻柱的末端包括用于钻出井筒(或使井筒延伸)的钻头。通常呈钻井“泥浆”形式的钻井液一般被泵送通过钻柱。钻井液对钻头进行冷却和润滑并且携带钻屑返回地表。钻井液还可以用于辅助控制井底压力，以抑制碳氢化合物从地层流入井筒以及在地表处可能的井喷。

井底组件(BHA)是对位于钻柱末端处的装备指定的名称。除钻头以外，BHA还可以包括元件如：用于操纵钻井方向的设备(例如，可操纵的井下泥浆马达或旋转可操纵系统)；用于测量周围地质构造的特性的传感器(例如，用于在测井时使用的传感器)；用于在钻井进行时测量井下情形的传感器；用于将数据遥测至地表的一个或更多个系统；稳定装置；重型钻铤；脉冲装置等。BHA通常通过金属的管状柱(钻杆)被推进至井筒中。

现代钻井系统可以包括BHA中或其他井下位置处的较广范围的机械/电子系统中的任意系统。这样的电子系统可以被封装成井下探管的一部分。井下探管可以包括在井下工作的任何有效的机械、电子和/或机电系统。探管可以提供较广范围的功能中的任意功能，非限制性地包括：数据获取；测量周围地质构造的特性(例如，测井)；在钻井进行时测量井下情形；控制井下装备；监测井下装备的状态；双向钻井应用；随钻测量(MWD)应用；随钻测井(LWD)应用；测量井下流体的特性等。探管可以包括用于以下用途的一个或更多个系统：将数据遥测至地表；借助于传感器(例如，用于在测井中使用的传感器)来收集数据，所述传感器可以包括以下中的一个或更多个：振动传感器、磁力计、倾斜计、加速度计、核粒子探测器、电磁探测器、声学探测器等；获取图像；测量流体流量；确定方向；发射信号、粒子或场用于由其他装置检测；与其他的井下装备交互；对井下流体取样等。井下探管通常悬挂在钻柱的位于钻头附近的钻柱的腔孔中。

井下探管可以通过遥测向地表传递较广范围的信息。遥测信息对于高效钻井操作来说会是非常宝贵的。例如，遥测信息可以被钻机操作人员使用，以对关于控制和操纵钻头进行判定，从而基于数个因素(包括法定边界，现有井的位置，地层特性、碳氢化合物的规模和位置等)来优化钻井速度和轨迹。在必要时，操作人员可以基于在钻井过程期间从井下传感器收集并且通过遥测传输至地表的信息来从计划的路径做出有意偏离。从井下位置获得并传输可靠数据的能力允许相对更经济且更高效的钻井操作。

遥测数据可以包括与钻头的当前定向有关的数据(有时称为“工具面”数据)。遥测信息可以包括从监测围绕井筒的地层的特性的传感器取回的数据(“测井”数据)。遥测信息可以包括与钻井自身有关的信息(例如，与井下振动、正钻井的井筒的特性、钻井液的流速、井下压力等有关的信息)。

存在若干已知的遥测技术。这些遥测技术包括通过在钻孔中的流体中产生振动来传输信息(例如，声学遥测或泥浆脉冲(MP)遥测)，以及借助于至少部分地通过地球传播的电磁信号来传输信息(EM遥测)。其他遥测技术可以使用硬线钻杆、光纤线缆或钻铤声学遥测以将数据传送至地表。

EM遥测相对于MP遥测的优点包括：一般更快的波特率、由于无移动的井下零件导致的可靠度增大、对堵漏剂(LCM)高阻抗的用途，以及对于空气钻井/欠平衡钻井的适应性。EM遥测系统可以在无需连续的液柱的情况下传输数据；因此在无钻井液流动时是有用的。这在钻井操作人员在添加新钻杆区段时是有利的，这是因为在钻井操作人员添加新管道时EM信号可以传输信息(例如，双向信息)。