[发明专利]具有多种通信模式的井下声学遥测模块

说明书

发明背景

在油气勘探与生产期间，收集和分析许多类型的信息。所述信息用来确定油藏中碳氢化合物的数量和质量并开发或修改针对碳氢化合物生产的策略。一种用于收集相关信息的技术涉及随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)。

已开发了各种类型的遥测术以在钻井操作或测井操作期间输送井上和/或井下数据。井上数据常常对应于MWD或LWD勘测数据，而井下数据对应于测井或操纵命令。泥浆脉冲遥测(MPT)是一种常用的遥测选项，但遭受低数据速率的困扰。为提高供井上或井下通信的数据速率所作出的一些示例性努力涉及用有线遥测、电磁(EM)遥测和/或声学遥测来补充或替换MPT。

声学遥测是一种有发展前景的技术，其中通过沿井眼布置声学换能器和中继器，可以将数据传达到几十万英尺远。依据发射频率和调制方案，每秒高达100比特的声学遥测数据速率是有可能的。与声学遥测有关的其中一个挑战是需要将声学数据流与井下环境中所出现(尤其是在钻井期间)的杂音区分开。(例如，由于附近的发射器所致)接收器饱和是与声学遥测有关的另一个挑战。当出现接收器饱和时，同时输送上行链路数据和下行链路数据是不可能的或以其他方式显现为无效。

附图说明

因此，在附图和以下描述中公开了具有多种通信模式的井下声学模块。在附图中：

图1是示出说明性钻井环境的示意图。

图2A和图2B是示出说明性井下声学遥测布置的框图。

图3A是示出在第一通信模式情境中的一对声学遥测模块的示意图。

图3B是声学遥测模块的截面图。

图3C是示出一对声学遥测模块的示意图，所述对声学遥测模块布置成使用纵横波声波来通信。

图3D是示出在第二通信模式情境中的一对声学遥测模块的示意图。

图4A至图4E是示出各种声学遥测模块部署选项的视图。

图5是示出说明性井下声学遥测方法的流程图。

然而，应理解，附图和详细描述中所给出的具体实施例并不限制本公开。相反，其提供了使普通技术人员分辨出与给定实施例中的一者或多者一起被包涵在所附权利要求书的范围中的替代形式、等效物和修改的基础。

具体实施方式

本文中公开了采用井下声学遥测模块的各种方法和系统，每个模块具有多个换能器和多种通信模式。在不同实施例中，多个换能器对应于被布置为发射器-接收器或收发器的至少一对声学发射器和一对声学接收器。换能器的定位、取向和隔声可针对不同的实施例而变化，以实现多种通信模式。多种通信模式包括(例如)第一通信模式，其中井下声学遥测模块的换能器同时输送上行链路数据和下行链路数据(即，全双工或双向模式)。在第二通信模式中，井下声学遥测模块的换能器同时输送仅上行链路数据或仅下行链路数据(即，半双工或单向模式)。第二通信模式相对于第一通信模式提供增加的上行链路数据速率或增加的下行链路数据速率。替代性地，第二通信模式相对于第一通信模式提供增加的上行链路数据冗余或增加的下行链路数据冗余。额外的通信模式选项是有可能的。例如，可将第二通信模式进一步划分成四种类别或子模式：相对于第一通信模式具有增加的数据速率的上行链路选项、相对于第一通信模式具有增加的数据冗余的上行链路选项、相对于第一通信模式具有增加的数据速率的下行链路选项和相对于第一通信模式具有增加的数据冗余的下行链路选项。

(例如)沿钻柱或套管来部署井下声学遥测模块，以在井下工具与表面控制器之间提供通信接口。在至少一些实施例中，井下工具是被配置成发射上行链路数据(诸如，随钻测量(MWD)或随钻测井(LWD)测量数据)的井底钻具组件(BHA)的部分。替代性地，井下工具可对应于被配置成发射上行链路数据的传感器单元或传感器组件。替代性地，井下工具可对应于被配置成发射上行链路数据的致动器单元。同时，表面控制器可对应于从井下工具接收上行链路数据的计算机或其他可编程系统。表面控制器可存储、处理和/或显示上行链路数据或使用上行链路数据所获得的信息。此外，表面控制器可经由井下声学遥测模块将下行链路数据发射到井下工具。在至少一些实施例中，下行链路数据可对应于定向钻井指令。在其他实施例中，下行链路数据可对应于用于致动沿钻柱或套管部署的阀或其他部件(例如，过滤器、筛、流体注入器、穿孔器)的命令。在另一个实施例中，下行链路数据可对应于同步数据(例如，时钟同步)、固件更新、操作模式(例如，呈MIT表的形式)和/或用于BHA的其他重要信息。