專利名稱：泥漿脈沖遙測的制作方法
泥漿脈沖遙測背景技術(shù)
烴類鉆井和生產(chǎn)操作需要大量有關(guān)井下參數(shù)和工況的信息。這樣的信息可包括井 眼穿過的地層的特性以及與井眼本身的大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)的數(shù)據(jù)。與井下工況有關(guān)的信息采 集被命名為“錄井(logging)”。
鉆井者經(jīng)常在鉆井過程中對井眼進(jìn)行錄井，由此省去撤走或“回收”鉆井組件以插 入電纜錄井工具以采集數(shù)據(jù)的需要。鉆井期間的數(shù)據(jù)采集也允許鉆井者根據(jù)需要作出精確 的修正或校正以在最小化停機(jī)時間的同時操縱井或優(yōu)化鉆井能力。與鉆井同步地測量包括 鉆井組件移動和位置等井下工況的設(shè)計(jì)被稱為“隨鉆隨測”技術(shù)或“MWD”。更多地側(cè)重于地 層參數(shù)測量的類似技術(shù)通常被稱為“隨鉆錄井”技術(shù)，或“LWD”。盡管MWD和LWD之間可能 存在區(qū)別，但術(shù)語MWD和LWD經(jīng)常可互換地使用。為了本說明書，術(shù)語LWD將用于這樣的理 解，該術(shù)語涵蓋地層參數(shù)的采集和與鉆井組件的移動和位置關(guān)聯(lián)的信息采集兩者。
在LWD系統(tǒng)中，鉆柱中的傳感器測量合需的鉆井參數(shù)和地層特性。當(dāng)進(jìn)行鉆井時， 這些傳感器通過某些形式的遙測技術(shù)連續(xù)或間歇地將信息發(fā)送至地表檢測器。大多數(shù)LWD 系統(tǒng)將鉆柱中的鉆井液(或泥漿)用作信息載體，并因此被稱為泥漿脈沖遙測系統(tǒng)。在正脈 沖系統(tǒng)中，閥或其它形式的流量限制器通過調(diào)整鉆柱中的收縮度在液流中形成壓力脈沖。 在負(fù)脈沖系統(tǒng)中，閥通過將液體從鉆柱內(nèi)部釋放至環(huán)面(annulus)而形成壓力脈沖。在兩 種類型的系統(tǒng)中，壓力脈沖以聲速通過鉆井液傳播至地表，在那里壓力脈沖被多種類型的 換能器檢測到。
泥漿脈沖遙測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸率相對低，實(shí)際井下數(shù)據(jù)在5位/秒或更低的數(shù) 量級。此外，作為負(fù)脈沖系統(tǒng)工作的井下設(shè)備汲取功率以操作一個或多個閥，這些閥從具有 有限能量存儲容量的電池系統(tǒng)產(chǎn)生壓力脈沖。因此，增加有效數(shù)據(jù)傳輸率或提供更長電池 壽命(不管是以已有的數(shù)據(jù)傳輸率還是增加的數(shù)據(jù)傳輸率)的任何方法或系統(tǒng)會在市場上 提供有競爭力的優(yōu)勢。


對于示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，現(xiàn)將對附圖進(jìn)行參考，附圖中
圖1示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的鉆井系統(tǒng)；
圖2示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的遙測模塊的框圖3示出以時間為函數(shù)的鉆井液壓力，并示出若干個間隔；
圖4示出以時間為函數(shù)的鉆井液壓力，并示出具有若干個可能的第二脈沖的單個 間隔(由連續(xù)壓力脈沖的相關(guān)特征定義)；
圖5A示出以時間為函數(shù)的鉆井液壓力，并示出將每個間隔的數(shù)據(jù)編碼為組成該 間隔的脈沖之一的壓力轉(zhuǎn)變之間的時間；
圖5B示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法；
圖5C示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法；
圖6示出涉及調(diào)制作為鉆井液的壓力脈沖的每秒位數(shù)、脈沖的最小時間以及耗盡電池壽命的天數(shù)的圖表；
圖7示出以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的圖表，并示出將數(shù)據(jù)單獨(dú)編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間；
圖8示出以時間為函數(shù)的鉆井液壓力，并示出具有若干個可能的第二轉(zhuǎn)變的單個間隔(由連續(xù)的壓力轉(zhuǎn)變定義)；
圖9示出根據(jù)特定實(shí)施例與壓力轉(zhuǎn)變檢測討論相關(guān)的多個波形；
圖10示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法；
圖11示出根據(jù)特定實(shí)施例與壓力轉(zhuǎn)變檢測討論相關(guān)的多個波形；
圖12示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的軟件模塊交互的框圖13示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法；
圖14示出其中具有鉆井液的示例性管道以及反射設(shè)備，用以表述壓力脈沖和干擾的反射。
圖15示出對于向上游行進(jìn)壓力脈沖，以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的圖表；
圖16示出對于反射壓力脈沖，以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的圖表；
圖17示出對于換能器的特定布置和特定脈沖時長，以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的圖表;
圖18示出對于換能器的特定布置和特定脈沖時長，以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的圖表;
圖19示出對于換能器的特定布置和特定脈沖時長，以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的圖表;
圖20示出根據(jù)至少一些實(shí)施例與一組兩個可能的脈沖時長對應(yīng)的一組測試壓力信號；
圖21示出測得的壓力信號與相應(yīng)測試壓力信號的關(guān)系的圖表；
圖22示出測得的壓力信號與相應(yīng)測試壓力信號的關(guān)系的圖表；
圖23示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法；
圖24示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的其中具有鉆井液的示例性管道和反射設(shè)備，以及通過換能器陣列的檢測；
圖25示出根據(jù)至少一些實(shí)施例討論壓力轉(zhuǎn)變檢測的多個波形；
圖26示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的多個波形，其中至少一些波形移位以與特定特征對準(zhǔn);
圖27示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的組合波形；
圖28示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法；以及
圖29示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
注解和術(shù)語
某些術(shù)語在以下的說明書和權(quán)利要求書中被通篇用以指示特定系統(tǒng)組件。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會的，油田服務(wù)公司可以按不同名稱來稱呼其組件。本文不旨在區(qū)分名稱不同但功能相同的組件。
在以下討論和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”和“包含”是以開放方式使用的，并因此應(yīng)被解釋為意指“包括但不限于……”。同樣，術(shù)語“耦合”或“聯(lián)合”旨在表示間接或直接的連接。因而，如果第一設(shè)備耦合到第二設(shè)備，則該連接可以通過直接連接或通過經(jīng)由其它 設(shè)備和連接的間接連接。
“壓力轉(zhuǎn)變”應(yīng)當(dāng)表示鉆柱內(nèi)鉆井液壓力的可通信性改變，這可以由可選擇性地控 制鉆井液流量的閥操作造成。由例如鉆頭噪聲、鉆頭噴口噪聲、鉆柱轉(zhuǎn)矩噪聲和泥漿泵噪聲 之類的非通信性噪聲源造成的鉆柱內(nèi)鉆井液的壓力改變不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是壓力轉(zhuǎn)變。
“負(fù)壓力轉(zhuǎn)變”應(yīng)當(dāng)表示如下的鉆井液壓力改變，其中鉆井液初始處于特定基準(zhǔn)壓 力下，并且鉆井液的壓力隨后改變至較低壓力，但是不一定是負(fù)壓力。
“正壓力轉(zhuǎn)變”應(yīng)當(dāng)表示如下的鉆井液壓力改變，其中鉆井液初始處于特定基準(zhǔn)壓 力下，并且鉆井液的壓力隨后改變至較高壓力。
“壓力脈沖”應(yīng)當(dāng)表示第一壓力轉(zhuǎn)變至已改變的鉆井液壓力，隨后第二壓力轉(zhuǎn)變至 基本上初始的鉆井液壓力。例如，在負(fù)脈沖系統(tǒng)中，壓力脈沖包括負(fù)壓力轉(zhuǎn)變、在較低鉆井 液壓力下的時段、然后是正壓力轉(zhuǎn)變。作為又一示例，在正脈沖系統(tǒng)中，壓力脈沖包括正壓 力轉(zhuǎn)變、在較高鉆井液壓力下的時段、然后是負(fù)壓力轉(zhuǎn)變。
兩個壓力脈沖的“相關(guān)特征之間的時間量”應(yīng)當(dāng)表示兩個壓力脈沖之間的時間測 量基于每個壓力脈沖中的相同特征(例如壓力脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間、后沿壓力 轉(zhuǎn)變之間的時間或壓力脈沖中心之間的時間)。
“反射設(shè)備”應(yīng)當(dāng)是使管道中沿第一方向傳播的壓力脈沖沿與第一方向相反的 方向反射和傳播的任何設(shè)備或結(jié)構(gòu)，不管反射是正反射還是負(fù)反射。例如，波動消除器 (desurger)和/或泥漿泵可視為反射設(shè)備。
“脈沖長度”應(yīng)當(dāng)指鉆井液中的壓力脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變和壓力脈沖的后沿壓力 轉(zhuǎn)變之間的距離。
具體實(shí)施方式
以下的討論針對本發(fā)明的多個實(shí)施例。雖然這些實(shí)施例中的一個或多個可以是優(yōu) 選的，但所公開的各實(shí)施例不應(yīng)被解釋為或以其它方式用于限制包括權(quán)利要求書在內(nèi)的本 公開的范圍。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，以下描述具有廣泛應(yīng)用，并且對任一實(shí)施例的 討論僅意味著是該實(shí)施例的示例，而并非旨在表示包括權(quán)利要求書在內(nèi)的本公開的范圍被 限于該實(shí)施例。
多個實(shí)施例針對泥漿脈沖遙測方法和系統(tǒng)。這些方法和系統(tǒng)包括多種編碼技術(shù)， 其中將數(shù)據(jù)至少部分地編碼為鉆井液中的壓力脈沖的壓力轉(zhuǎn)變之間的時間。此外，多個實(shí) 施例針對多種壓力轉(zhuǎn)變方法和系統(tǒng)，以通過變化的脈沖長度(對應(yīng)于脈沖時長)和地表檢 測設(shè)備上的物理約束來檢測鉆井液中的壓力轉(zhuǎn)變。
圖1示出鉆井操作期間的井。鉆井平臺102配備有支承提升機(jī)106的井架104。 烴類井的鉆井是通過鉆柱管實(shí)現(xiàn)的，這些鉆柱管通過“工具”接頭107連接在一起以形成鉆 柱108。提升機(jī)106懸掛頂部驅(qū)動器110，該頂部驅(qū)動器110用來轉(zhuǎn)動鉆柱108以使鉆柱下 降穿過井口 112。鉆頭114連接于鉆柱108的下端。通過使鉆柱108轉(zhuǎn)動、利用鉆頭附近的 井下電動機(jī)或通過前述這兩種方法使鉆頭114轉(zhuǎn)動并完成鉆井。鉆井液通過泥漿泵116被 泵送通過流液線118、立管120、鵝頸管124、頂部驅(qū)動器110，并在高壓和高體積下向下通過 鉆柱108以從鉆頭114中的噴嘴或噴口涌出。鉆井液隨后經(jīng)由形成在鉆柱108外側(cè)和井眼壁128之間的環(huán)126退回井眼，通過防噴設(shè)備(未具體示出)，進(jìn)入地表的泥漿坑130。在 地表上，鉆井液被清洗并隨后通過泥漿泵116再次循環(huán)。鉆井液被用來冷卻鉆頭114，將鉆 屑從井眼的底部帶到地表，以及平衡巖層中的流體靜壓力。
在利用泥漿脈沖遙測以進(jìn)行隨鉆錄井(LWD)的井中，井下工具132采集與地層特 性和/或各種鉆井參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)。井下工具132耦合于遙測模塊134，該遙測模塊134將 數(shù)據(jù)發(fā)送至地表。遙測模塊134調(diào)整鉆井液流動的阻力，由此產(chǎn)生以聲速傳播至地表的壓 力脈沖。各種換能器，例如換能器136、138和140，將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號以供信號數(shù)字 化器142 (例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器)使用。盡管示出了三個換能器136、138和140，但可在特定情 形下使用更多的換能器或更少的換能器(在下文中更詳盡描述的)。數(shù)字化器142將壓力 信號的數(shù)字形式提供給計(jì)算機(jī)144或一些其它形式的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。計(jì)算機(jī)144根據(jù)軟件 (它可被存儲在計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中)工作以對接收的信號進(jìn)行處理和解碼。可通過計(jì) 算機(jī)144進(jìn)一步分析和處理所得到的遙測數(shù)據(jù)以產(chǎn)生有用信息的顯示。例如，鉆井者可利 用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144來獲得并監(jiān)視底部井眼組件(BHA)位置和取向信息、鉆井參數(shù)和地層特 性。
遙測模塊134產(chǎn)生表示測得的井下參數(shù)的移動壓力信號。在一理想系統(tǒng)中，在井 下產(chǎn)生的每個和各個壓力脈沖應(yīng)當(dāng)上行傳播并容易由地表的換能器檢測出。然而，鉆井液 壓力顯著波動并且包含來自若干來源的噪聲(例如位噪聲、轉(zhuǎn)矩噪聲和泥漿泵噪聲)。位噪 聲是鉆井操作期間由鉆頭的振動產(chǎn)生的。隨著鉆頭移動和振動，鉆頭中的鉆井液出口可部 分地或短暫地受到約束，由此產(chǎn)生壓力信號中的高頻噪聲。轉(zhuǎn)矩噪聲是由粘著在地層中的 鉆頭的動作在井下產(chǎn)生的，由此使鉆柱扭轉(zhuǎn)。后續(xù)的鉆頭釋放緩解了鉆柱上的轉(zhuǎn)矩并產(chǎn)生 低頻、高振幅的壓力波動。最后，隨著泵內(nèi)的活塞迫使鉆井液進(jìn)入鉆柱，泥漿泵116產(chǎn)生循 環(huán)噪聲。
大多數(shù)鉆井系統(tǒng)包含減震器或波動消除器152以減少噪聲。流液線118耦合于波 動消除器152中的鉆井液腔154。隔膜或分隔膜156使鉆井液腔154與氣體腔158分離。 波動消除器制造中推薦在鉆井液的大約50% -75%工作壓力下用氮?dú)馓畛錃怏w腔158。隔 膜156隨著鉆井液壓力的變化而移動,這允許氣體腔擴(kuò)大和縮小，由此吸收一定的壓力波 動。盡管波動消除器152吸收一定的壓力波動，但波動消除器152和/或泥漿泵116也充 當(dāng)反射設(shè)備。也就是說，從遙測模塊134傳播的壓力脈沖往往由波動消除器152和/或泥 漿泵116反射，有時是負(fù)反射，并傳播回到井下。反射形成干擾，這種干擾在某些情形下不 利地影響確定存在從遙測模塊134傳播的壓力脈沖的能力。
圖2以電氣框圖的形式示出遙測模塊134。遙測模塊134包括兩個邏輯部分，即通 信部分200和脈沖控制部分202。盡管在某些實(shí)施例中通信部分200和脈沖控制部分202 同處于單個物理設(shè)備中，但在其它實(shí)施例中通信部分200和脈沖控制部分202被實(shí)現(xiàn)為彼 此機(jī)械和電氣耦合的獨(dú)立物理設(shè)備。各井下工具132將傳感器數(shù)據(jù)206提供給通信部分 200，尤其是提供給處理器208 (例如數(shù)字信號處理器(DSP))。
處理器208根據(jù)來自存儲器210的軟件來操作，從而以數(shù)字傳輸信號的形式表示 傳感器數(shù)據(jù)206。具體地說，包含在存儲器210中的軟件包括多個軟件模塊212-218。壓縮 模塊212例如通過各種壓縮技術(shù)、通過消除特定的數(shù)據(jù)點(diǎn)或通過采樣代表性樣本，來處理 傳入傳感器數(shù)據(jù)以減少所發(fā)送的數(shù)據(jù)量。在一些情形下，可以差分方式對數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，以傳送連貫值之間的差而不是這些值本身。通常，差分編碼允許以較少的位表示數(shù)據(jù)流。 可等同地使用其他壓縮技術(shù)。多路復(fù)用和組幀模塊214選擇來自各井下工具的傳感器數(shù)據(jù) 以構(gòu)造單個發(fā)送數(shù)據(jù)流。在一些實(shí)施例中，發(fā)送數(shù)據(jù)流被分割成多個數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊可 伴隨有組幀信息。組幀信息可包括來自前向糾錯(FEC)模塊216的同步信息和/或糾錯信 息。信道編碼模塊218將數(shù)字發(fā)送信號轉(zhuǎn)換成一組定時。這組定時的精確性質(zhì)依賴于具體 的脈沖編碼系統(tǒng)，其示例將在下文中進(jìn)一步討論。處理器208隨后將這些定時傳遞到脈沖 控制部分202。
脈沖控制部分202接收這組定時，并基于此在鉆柱108內(nèi)的鉆井液中引起壓力脈 沖。根據(jù)至少一些實(shí)施例的脈沖控制部分202包括處理器220、存儲器222、開啟螺線管224、 關(guān)閉螺旋管226、兩個電容器組227、228以及電池230。處理器220根據(jù)來自存儲器222—— 尤其是脈沖控制模塊232——的軟件來操作，以控制在鉆井液中產(chǎn)生脈沖。處理器220跨通 信路徑234從通信部分200的處理器208接收這組定時。通信路徑234可以是串行通信路 徑或并行通信路徑。脈沖控制模塊202可比執(zhí)行定時組更快地從通信模塊200成串地接收 定時組。因此，存儲器222進(jìn)一步包括緩沖器236，在該緩沖器236中，處理器220可放置多 組定時，緩沖器234由此充當(dāng)隊(duì)列。
仍然參見圖2，脈沖控制部分202通過閥控制在鉆井液中產(chǎn)生壓力脈沖。在圖示 實(shí)施例中，閥(未具體示出)通過開啟螺線管224的操作打開，并且閥通過關(guān)閉螺線管226 的操作關(guān)閉。螺線管使用相對大的電流來操作，在一些情形下可提供比電池230更大的瞬 時電流。然而，用于操作螺線管的功率(電壓乘以電流)很好地落在電池的性能內(nèi)。為了 解決電流相對于功率的問題，根據(jù)至少一些實(shí)施例，每個螺線管224、226分別關(guān)聯(lián)于電容 器組227、228。電池230在使用之間以電池230電流容量內(nèi)的充電速率對每個電容器組充 電。當(dāng)處理器220命令閥開啟時，電容器組227電耦合于開啟螺線管224，以足夠高的速率 提供電流以操作螺線管(并使閥打開)。同樣，當(dāng)處理器220命令閥關(guān)閉時，電容器組228 電耦合于關(guān)閉螺線管226，以足夠高的速率提供電流以操作螺線管(并使閥關(guān)閉)。
在鉆井液中物理地產(chǎn)生壓力脈沖的閥可采取許多形式。在一些情形下，閥可通過 暫時地遏制或甚至阻擋鉆井液在鉆柱中的流動而廣生壓力脈沖。在鉆井液受到遏制或阻擋 的情形下，造成鉆井液壓力增加(即正脈沖系統(tǒng))。在又一其它實(shí)施例中，閥可配置成將鉆 井液的一部分轉(zhuǎn)向流出鉆柱，進(jìn)入環(huán)126，由此繞過鉆頭114。在鉆井液被轉(zhuǎn)向的情形下，將 發(fā)生鉆井液壓力減小(即負(fù)脈沖系統(tǒng))。正脈沖系統(tǒng)或負(fù)脈沖系統(tǒng)都可用于多個實(shí)施例中， 只要遙測模塊134可以足夠快地(例如18毫秒(ms))產(chǎn)生壓力轉(zhuǎn)變(低鉆井液壓力至高 鉆井液壓力，反之亦然)。
多實(shí)施例涉及將至少一些數(shù)據(jù)編碼為鉆井液壓力轉(zhuǎn)變之間的時間，并在地表檢測 該轉(zhuǎn)變。在第一實(shí)施例中，對脈沖位置調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行修改以將附加位編碼為脈沖壓力轉(zhuǎn)變 之間的時間。在另一實(shí)施例中，將數(shù)據(jù)單獨(dú)編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間。首先從如下實(shí)施 例開始討論，其中對脈沖位置調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行修改以將附加位編碼為脈沖轉(zhuǎn)變之間的時間。
圖3示出以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的示例性圖表，它可通過耦合于換能器136、 138和/或140(圖1)中的一個的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144測得。圖3的示圖表示一種理想情形，該 情形在井下產(chǎn)生理想的方波脈沖并在地表將其檢測為理想的方波。圖3為方便起見將脈沖 圖示為正脈沖，但也可考慮采用負(fù)脈沖。每個脈沖具有一脈沖時長，該脈沖時長可在從某些實(shí)施例中大約80ms至其它實(shí)施例中大約400ns的范圍內(nèi)，這依賴于鉆井系統(tǒng)的各實(shí)施例。 在純脈沖位置調(diào)制系統(tǒng)中，脈沖時長是基本恒定的以有助于檢測。然而，且如下文中進(jìn)一步討論的那樣，在至少一些實(shí)施例中，可選擇地使用多種脈沖時長(例如50ms脈沖、IOOms脈沖、150ms脈沖和200ms脈沖)。
根據(jù)該具體實(shí)施例，在間隔中傳送數(shù)據(jù)，圖3示出三個這樣的間隔Ip I2和13。在利用脈沖位置調(diào)制的實(shí)施例中，間隔是兩個連續(xù)的壓力脈沖的相關(guān)特征之間的時間量。例如，如圖所示，間隔可以是每個脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量。替代地，間隔可以是每個脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量，或者是每個脈沖中心之間的時間量。每個間隔具有是至少最小時間(MIN-TIME)的時長。具有基本等于最小時間的時長的間隔可以編碼數(shù)據(jù)值O。最小時間時長可在壓力轉(zhuǎn)變事件之后允許鉆井液柱下沉(允許鉆井液中的阻尼振蕩和其它噪聲減弱)。最小時間可針對每種特定的鉆井情況而改變，但在多數(shù)情形下在大約 O. 3秒至2. O秒之間。在一些實(shí)施例(例如正脈沖系統(tǒng))中，可使用O. 6秒的最小時間。在一些實(shí)施例(例如負(fù)脈沖系統(tǒng))中，可使用1. O秒的最小時間。
圖4示出單個間隔，該單個間隔包括第一脈沖400和若干可能的第二脈沖(用虛線表示)以進(jìn)一步解釋。具體地說，特定實(shí)施例的脈沖位置調(diào)制方面利用窗口，其中間隔的脈沖落在窗口中但仍舊表示相同值。在最小時間之后，脈沖可落在若干位寬窗口中的一個之內(nèi)。只要脈沖落在位寬窗口之內(nèi)的某處，所編碼的數(shù)據(jù)值就仍然相同。例如，脈沖402落在第一位寬窗口 404之內(nèi)，并因此在該特定示例中間隔可以編碼數(shù)據(jù)值O (例如十六進(jìn)制的00)。脈沖406落在下一位寬窗口內(nèi)，并因此脈沖400和脈沖406之間的時長代表第一數(shù)據(jù)值(例如十六進(jìn)制的01)。類似地，脈沖408落在第三位寬窗口內(nèi)，并因此脈沖400和脈沖 408之間的時長代表第二數(shù)據(jù)值(例如十六進(jìn)制的10)?？苫臼褂孟铝械仁綄?shù)據(jù)值進(jìn)行解碼
數(shù)據(jù)=(間隔-最小時間)/位寬(I)
其中數(shù)據(jù)是經(jīng)解碼的值，間隔是兩脈沖的相關(guān)特征之間的測得時間，而最小時間和位寬如前所述。位寬可針對每個特定的鉆井情況而改變，但在多數(shù)情形下在大約20ms至 120ms之間的范圍內(nèi)，并在許多情形下使用40ms的位寬。對于在每個間隔內(nèi)編碼的特定數(shù)量的位，存在最大時間(MAX-TIME)時長。例如，如果特定間隔編碼四位數(shù)(它因此可以從 O至15)，在其最大值下的該四位數(shù)迫使間隔時長等于MAX-TIME。
根據(jù)至少一些實(shí)施例，除了被編碼為構(gòu)成間隔的連續(xù)脈沖的相關(guān)特征之間的時間量的值以外，可在構(gòu)成間隔的至少一個脈沖的時長內(nèi)對附加值進(jìn)行編碼。圖5A示出具有變化脈沖時長的多個間隔^、^和13，以示出組合的編碼。具體地說，圖5A示出兩個可能的脈沖時長，其中脈沖500 出短時長的，而脈沖502 出長時長的。短脈沖時長可編碼第一數(shù)據(jù)值(例如數(shù)據(jù)值O)，而長脈沖時長可編碼第二數(shù)據(jù)值(例如數(shù)據(jù)值I)。因此，在間隔內(nèi)編碼的總位數(shù)包括來自脈沖位置調(diào)制的位數(shù)以及在脈沖之一的時長內(nèi)編碼的附加一位或多位。例如，如果每個間隔在連續(xù)脈沖的相關(guān)特征之間的時間量中對四位數(shù)進(jìn)行編碼，并且在脈沖之一的脈沖時長中對附加位進(jìn)行編碼，則總共對五個位進(jìn)行編碼。更一般地說，在一些實(shí)施例中，在相關(guān)特征之間的時間內(nèi)編碼的位數(shù)處于3位至6位范圍內(nèi)，并且在脈沖時長內(nèi)編碼的位數(shù)在I位至3位的范圍內(nèi)。
圖5B示出根據(jù)實(shí)施例的方法，其中數(shù)據(jù)值被編碼為在構(gòu)成間隔的連續(xù)脈沖的相關(guān)特征之間以及在構(gòu)成該間隔的至少一個脈沖的時長內(nèi)的時間量。具體地說，該方法開始 (方框510)并繼續(xù)以通過鉆柱內(nèi)的設(shè)備獲得指示井下狀態(tài)或工況的第一數(shù)據(jù)(方框512)。 例如，第一數(shù)據(jù)可以是地層參數(shù)、鉆柱參數(shù)(例如方位、方向)或鉆柱本身的狀態(tài)或工況。不 管精確參數(shù)如何，該示例性方法繼續(xù)以在鉆柱內(nèi)的鉆井液中引起壓力脈沖，該壓力脈沖傳 播至地表(方框514)。引起步驟包括將第一數(shù)據(jù)的第一部分編碼為第一壓力脈沖和緊接下 來的第二壓力脈沖的相關(guān)特征之間的時間量(方框516)。并且引起步驟進(jìn)一步包括將第一 數(shù)據(jù)的第二部分編碼為從下組中選取的至少一個的第一壓力轉(zhuǎn)變和緊接下來的第二壓力 轉(zhuǎn)變之間的時間量第一壓力脈沖；以及第二壓力脈沖(方框518)。之后，該示例性方法結(jié) 束(方框520)。
圖5C同樣示出根據(jù)實(shí)施例的方法(例如軟件)，其中數(shù)據(jù)值被編碼為在構(gòu)成間隔 的連續(xù)脈沖的相關(guān)特征之間以及在構(gòu)成該間隔的至少一個脈沖的時長內(nèi)的時間量。具體地 說，該方法開始(方框550)并繼續(xù)以讀取指示其中有鉆井液流過的管道內(nèi)的壓力的值，該 鉆井液攜帶對數(shù)據(jù)編碼的壓力脈沖(方框552)。接下來，該方法(以指示壓力的值)檢測 第一壓力脈沖和緊接下來的第二壓力脈沖的相關(guān)特征之間的時間量(方框554)，并(以指 示壓力的值)檢測第一壓力轉(zhuǎn)變和緊接下來的第二壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量(方框556)。該 方法隨后從第一壓力脈沖和第二壓力脈沖之間的時間量解碼從井下設(shè)備傳來的值的第一 部分(方框558)，并從第一壓力轉(zhuǎn)變和第二壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量解碼從井下設(shè)備傳來的 值的第二部分(方框560)。之后,該方法結(jié)束(方框562)。
在深入研究以圖5所示方式編碼位的優(yōu)勢之前，需按順序?qū)σ恍┮c(diǎn)進(jìn)行說明。 盡管圖5示出在一些實(shí)施例中每個間隔內(nèi)的前沿脈沖對附加的一或多位進(jìn)行編碼，但在其 它實(shí)施例中，后沿脈沖對間隔的附加位進(jìn)行編碼。此外，為了不使討論變得過度復(fù)雜，圖5 僅示出兩個不同的脈沖時長；然而，也可等同地使用兩個或更多個不同的脈沖時長(例如 四個不同的脈沖時長)。在四個不同脈沖時長的示例情形下，可對兩個附加的數(shù)據(jù)位進(jìn)行編 碼。因此，例如如果在兩個相鄰脈沖的相關(guān)特征之間的時間量中對五個數(shù)據(jù)位編碼，而在其 中脈沖之一中對兩個位編碼，則一共對七個位進(jìn)行編碼。
在一些情形下，在將數(shù)據(jù)調(diào)制成鉆井液中的壓力脈沖所需的能量是無限的情形 下，則在脈沖時長內(nèi)對附加數(shù)據(jù)位進(jìn)行編碼用于增加系統(tǒng)的總帶寬。然而，如結(jié)合圖2描述 的那樣，一些遙測模塊134的脈沖控制模塊202僅基于存儲在電池230中的能量來操作。前 述編碼技術(shù)可用來在傳輸相同的總數(shù)據(jù)量的同時延長電池壽命。在許多情形下，鉆頭行程 (即脈沖控制模塊202預(yù)期在電池功率上單獨(dú)運(yùn)行而無需充電的時間量)可持續(xù)許多天。 通過在脈沖時長內(nèi)編碼附加的數(shù)據(jù)位并減慢總脈沖速率，可在地表用較少的脈沖來遙測相 同量的信息，由此延長電池壽命。
圖6示出關(guān)聯(lián)于調(diào)制作為鉆井液的壓力脈沖的每秒位數(shù)、脈沖的最小時間以及電 池壽命的圖表。圖6的描述將首先考慮在壓力轉(zhuǎn)變之間的時間內(nèi)沒有脈沖被編碼的系統(tǒng)， 之后考慮在壓力轉(zhuǎn)變之間的時間內(nèi)編碼數(shù)據(jù)的例子。
作為每秒位數(shù)和最小時間之間關(guān)系的第一例子，考慮一種系統(tǒng)，其中壓力脈沖之 間的時間對四位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，位寬為40ms且脈沖時長是常數(shù)50ms。虛線600將圖示情 形中的每秒位數(shù)(左側(cè)垂直標(biāo)度)關(guān)聯(lián)于所選擇的最小時間(底部標(biāo)度)。例如，對于等 于300ms的示例性最小時間，每秒可編碼6位(點(diǎn)602)。對于等于IOOOms的示例性最小時間，每秒可編碼大約3位(點(diǎn)604，但從左側(cè)標(biāo)度中讀取)。實(shí)線606將電池壽命(右側(cè)垂 直標(biāo)度)關(guān)聯(lián)于所選擇的最小時間。例如，對于恒定脈沖時長和400ms的示例性最小時間 (點(diǎn)608)，可預(yù)期大約5天的電池壽命(如直線610和612所示)。
仍然參見圖6，現(xiàn)在考慮將兩個位編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間、將四個位編碼在壓 力脈沖之間的時間內(nèi)并且位寬為20ms的情形。點(diǎn)劃線616將示例情形中每秒位數(shù)(左側(cè) 垂直標(biāo)度)關(guān)聯(lián)于所選的最小時間。例如，對于等于300ms的示例性最小時間，每秒可編碼 12位(點(diǎn)618)。對于等于IOOOms的示例性最小時間，每秒可編碼大約5位(點(diǎn)620，但從 左側(cè)標(biāo)度中讀取)。只要在具有恒定脈沖時長和將兩個位編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間的系 統(tǒng)之間，將兩個位編碼在該脈寬和IOOOms的最小時間內(nèi)會產(chǎn)生與在400ms的最小時間下具 有恒定脈沖時長(點(diǎn)608)的系統(tǒng)大致相同的位速率(約5位/秒)，但電池壽命可加倍。
簡單地回顧圖2，在該組合的編碼實(shí)施例中，通信部分200可在每個間隔將指示連 續(xù)壓力脈沖的相關(guān)特征之間的時間的一組定時連同脈沖時長的指示一起傳送至脈沖控制 部分202。替代地，對于每個間隔，通信部分可傳送兩個定時，其中一個用于連續(xù)壓力脈沖 的相關(guān)特征之間的時間，另一個用于壓力脈沖之一的壓力轉(zhuǎn)變之間的時間。此外，通信部分 200可將待調(diào)制的數(shù)據(jù)送至脈沖控制部分202，而脈沖控制部分則可將該數(shù)據(jù)分成兩組位， 這兩組位作為要被編碼為連續(xù)脈沖的相關(guān)特征之間的時間的那些位以及在連續(xù)壓力轉(zhuǎn)變 的時間內(nèi)編碼的那些位。
根據(jù)又一些其它實(shí)施例，井下數(shù)據(jù)可排他地編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間。更具體 地，一些實(shí)施例將數(shù)據(jù)編碼為鉆井液的第一壓力轉(zhuǎn)變和鉆井液緊接下來的壓力轉(zhuǎn)變之間的 時間，不管這些轉(zhuǎn)變是正壓力轉(zhuǎn)變還是負(fù)壓力轉(zhuǎn)變。
圖7示出以時間為函數(shù)的鉆井液壓力的示例性圖表，它可通過耦合于換能器136、 138和/或140(圖1)中的一個的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144測得。圖7的示圖表示一種理想情形， 其中在井下產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)變并在地表將其檢測為理想的轉(zhuǎn)變。形成壓力轉(zhuǎn)變的脈沖的性質(zhì) 可以是正脈沖或者是負(fù)脈沖，但在一些情形下負(fù)脈沖系統(tǒng)形成更為顯著的壓力轉(zhuǎn)變。根據(jù) 該具體實(shí)施例，在間隔中傳送數(shù)據(jù)，圖7示出三個這樣的間隔I1U2和13。在該實(shí)施例中，間 隔是連續(xù)壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量。例如，如間隔I1示出的，間隔可以是負(fù)壓力轉(zhuǎn)變702和 緊接下來的正壓力轉(zhuǎn)變704之間的時間量。類似地，如間隔I2示出的，間隔可以是正壓力 轉(zhuǎn)變704和緊接下來的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變706之間的時間量。每個間隔具有是至少最小時間的時 長。時長基本等于最小時間的間隔可以編碼數(shù)據(jù)值O。最小時間可針對每個特定的鉆井情 況而改變，但在多數(shù)情形下在大約O. 3秒至2. O秒之間的范圍內(nèi)，并在許多情形下使用O. 6 秒的最小時間。
圖8示出單個間隔，該單個間隔包括第一壓力轉(zhuǎn)變和若干個可能的第二壓力轉(zhuǎn)變 (用虛線表示)用于進(jìn)一步解釋各個參數(shù)。示例性圖8是針對包含負(fù)壓力轉(zhuǎn)變802和正壓 力轉(zhuǎn)變804的間隔示出的，但各參數(shù)可等同地應(yīng)用于由正壓力轉(zhuǎn)變?nèi)缓笫秦?fù)壓力轉(zhuǎn)變構(gòu)成 的間隔。該具體實(shí)施例利用窗口，其中間隔的第二壓力轉(zhuǎn)變可落入該窗口但仍舊代表相同 值。在最小時間之后，壓力轉(zhuǎn)變可落在若干位寬窗口(由點(diǎn)劃線表示)中的一個之內(nèi)。只 要轉(zhuǎn)變落在位寬窗口之內(nèi)的某處，所編碼的數(shù)據(jù)值就仍然相同。例如，轉(zhuǎn)變806落在第一位 寬窗口 808之內(nèi)，并因此在該特定示例中間隔可以編碼數(shù)據(jù)值0(例如十六進(jìn)制00)。轉(zhuǎn)變 810落在下一位寬窗口內(nèi)，并因此轉(zhuǎn)變802和轉(zhuǎn)變810之間的時長代表第一數(shù)據(jù)值(例如十六進(jìn)制的01)。同樣，轉(zhuǎn)變814落在第三位寬窗口內(nèi)，并因此轉(zhuǎn)變804和轉(zhuǎn)變814之間的時長可代表第二數(shù)據(jù)值(例如十六進(jìn)制的10)?？苫臼褂孟铝械仁綄?shù)據(jù)值進(jìn)行解碼
數(shù)據(jù)=(間隔-最小時間)/位寬(2)
其中數(shù)據(jù)是經(jīng)解碼的值，間隔是連續(xù)壓力轉(zhuǎn)變之間的測得時間，而最小時間和位寬如前所述。位寬可針對每個特定的鉆井情況而改變，但在多數(shù)情形下在大約20ms至 120ms之間的范圍內(nèi)，并在許多情形下使用40ms的位寬。
僅在壓力轉(zhuǎn)變之間的時間內(nèi)編碼數(shù)據(jù)可以顯著地提高系統(tǒng)的總位速率和/或可用來增加遙測模塊134的電池壽命(圖1)。例如，考慮一種脈沖位置調(diào)制系統(tǒng)，其中每個間隔對7位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。對于長串脈沖，每個脈沖扮演雙重角色——一個間隔的后沿脈沖以及下一間隔的前沿脈沖。為了計(jì)算每壓力轉(zhuǎn)變的位，每個脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變被認(rèn)為是共享的(被賦予O. 5個轉(zhuǎn)變值)，第二壓力轉(zhuǎn)變不共享,而最后的壓力轉(zhuǎn)變共享(也被賦予 O. 5個轉(zhuǎn)變值)。示例性七位因此通過兩個壓力轉(zhuǎn)變編碼(兩個共享的轉(zhuǎn)變以及一個不共享的轉(zhuǎn)變)，這導(dǎo)致每壓力轉(zhuǎn)變3. 5位(7位/2轉(zhuǎn)變)。
現(xiàn)在考慮每個間隔將7位數(shù)據(jù)編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間的系統(tǒng)。對于長串的壓力轉(zhuǎn)變，每個壓力轉(zhuǎn)變扮演雙重角色——一個間隔的后沿轉(zhuǎn)變以及下一間隔的前沿轉(zhuǎn)變。 為了計(jì)算每壓力轉(zhuǎn)變的位，每個間隔的前沿壓力轉(zhuǎn)變被認(rèn)為是共享的(被賦予O. 5個轉(zhuǎn)變值)，而每個間隔的后沿轉(zhuǎn)變被認(rèn)為是共享的(也被賦予O. 5個轉(zhuǎn)變值)。因此，在數(shù)據(jù)被編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間的系統(tǒng)中，對于一長串的壓力轉(zhuǎn)變，示例性地通過一個壓力轉(zhuǎn)變(兩個共享的轉(zhuǎn)變)有效地對7位編碼，這導(dǎo)致每壓力轉(zhuǎn)變7位(7位/I轉(zhuǎn)變)。在限制因素是遙測模塊134 (圖1)的脈沖控制部分202 (圖2)的電池壽命的鉆井情況下，結(jié)合有效壓力轉(zhuǎn)變速率的降低(并由此導(dǎo)致脈沖速率降低)，每脈沖數(shù)據(jù)的增加可以增加脈沖控制部分202的電池對于遙測至地表的相同數(shù)據(jù)量在井下工作的時間量。
簡單地回顧圖2，在排他地將數(shù)據(jù)編碼為連續(xù)壓力瞬態(tài)之間的時間的實(shí)施例中，通信部分200可在每個間隔將連續(xù)壓力轉(zhuǎn)變之間使用的定時指示傳送至脈沖控制部分202。 替代地，通信部分200可將待調(diào)制的數(shù)據(jù)送至脈沖控制部分202，并且脈沖控制部分可確定所要使用的定時。
針對這一點(diǎn)討論的各個實(shí)施例全部關(guān)聯(lián)于通過遙測模塊134 (圖1)調(diào)制鉆井液的技術(shù)。簡單地回顧圖1，壓力脈沖和/或壓力轉(zhuǎn)變從井下遙測模塊134傳播至鵝頸管124、 立管120和流液線118。換能器136、138和/或140的任何一個或其組合檢測壓力變化，并且表示管中各個位置處的壓力的值時間序列(即壓力波形)被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144讀取?，F(xiàn)在將討論轉(zhuǎn)向檢測由地表計(jì)算機(jī)144讀取的壓力脈沖和/或壓力轉(zhuǎn)變的各種技術(shù)和系統(tǒng)。
圖9示出論述地表上檢測壓力轉(zhuǎn)變的實(shí)施例中的多個波形。具體地說，圖9示出代表在地表讀取的鉆井液壓力的壓力波形900。壓力波形900圖示為在零軸902附近。在實(shí)踐中，壓力波形在由泥漿泵116產(chǎn)生的鉆井液基線壓力(例如在大約3000磅/平方英寸 (Psi))周圍振蕩，但鉆井液基線壓力未被示出以免使附圖過于復(fù)雜。示例性壓力波形900 具有四次壓力轉(zhuǎn)變，包括兩次正壓力轉(zhuǎn)變904、906以及兩次負(fù)壓力轉(zhuǎn)變908、910。對于相對新的鉆具、良好設(shè)計(jì)的鉆具和/或具有良好鉆井液壓力噪聲消除的鉆具，壓力波形900可由單個壓力換能器讀取。在其它情形下，波形900可以是將來自三個或更多個壓力換能器的壓力波形組合后的結(jié)果。
根據(jù)該具體實(shí)施例，檢測與壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變涉及計(jì)算壓力波形900經(jīng)濾 波的壓力表示，經(jīng)濾波的壓力表示圖示為波形912。在至少一些實(shí)施例中，所執(zhí)行的濾波是 高通濾波，但也可等同地采用其它濾波技術(shù)(例如壓力波形900的瞬時一階導(dǎo)數(shù))。經(jīng)濾波 的壓力波形由此將壓力轉(zhuǎn)變表示為趨正和趨負(fù)的壓力尖峰。例如，壓力波形900中的負(fù)壓 力轉(zhuǎn)變908導(dǎo)致經(jīng)濾波的壓力波形912中趨負(fù)的壓力尖峰914。同樣，壓力波形900中的正 壓力轉(zhuǎn)變904導(dǎo)致經(jīng)濾波的壓力波形中趨正的壓力尖峰916。
接下來，取經(jīng)濾波的壓力波形912的絕對值，形成最終波形918。算法上取絕對值 會將所有趨負(fù)的壓力尖峰“翻轉(zhuǎn)”或“旋轉(zhuǎn)”至趨正的壓力尖峰。因此，經(jīng)濾波的波形912中 趨負(fù)的壓力尖峰914在最終波形918中變?yōu)橼呎募夥?20。同樣，趨正的壓力尖峰916關(guān) 聯(lián)于最終波形918中趨正的壓力尖峰922。最終波形918中的所有趨正的壓力尖峰的重要 性在于，每個壓力轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上成為最終波形918中的壓力尖峰或壓力脈沖。因此，可將已有 的壓力脈沖檢測算法用來識別脈沖。換句話說，一旦確定了最終壓力波形918，根據(jù)參照圖 9描述的具體實(shí)施例檢測壓力轉(zhuǎn)變可較為有利地使用關(guān)聯(lián)技術(shù)中的壓力脈沖檢測技術(shù)。
圖10示出根據(jù)至少一些實(shí)施例用來檢測壓力轉(zhuǎn)變并關(guān)聯(lián)于參照圖9描述的具體 實(shí)施例的方法(例如算法)。具體地說，該示例性方法開始(方框1000)并繼續(xù)以讀取指 示其中有鉆井液流過的管道內(nèi)的壓力的值，該鉆井液攜帶將數(shù)據(jù)編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時 間的壓力脈沖(方框1002)。接下來，該方法涉及檢測與壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變(方框 1004)。在一些實(shí)施例中，檢測進(jìn)一步涉及計(jì)算用于指示管道內(nèi)的壓力的值的經(jīng)濾波壓力表 示(方框1006)。在一些情形下，計(jì)算經(jīng)濾波的壓力表示是對壓力波形的高通濾波；然而也 可等同地使用產(chǎn)生可辨特征的任何濾波方法。接下來，該示例性方法涉及取經(jīng)濾波的壓力 表示的絕對值(方框1008)，并隨后將壓力轉(zhuǎn)變檢測為經(jīng)濾波的壓力表示的絕對值中的壓 力尖峰(方框1010)?；跈z測到的壓力尖峰，該方法繼續(xù)以從壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量確定 在壓力脈沖中編碼的數(shù)據(jù)的至少一部分(方框1012)，然后方法結(jié)束(方框1014)。
圖11示出論述地表上檢測壓力轉(zhuǎn)變的另一實(shí)施例中的多個波形。具體地說，圖 11示出代表在地表讀取的鉆井液壓力的壓力波形1100(基線壓力被撤去)。該示例性壓力 波形1100具有四次壓力轉(zhuǎn)變，包括兩次正壓力轉(zhuǎn)變1104、1106以及兩次負(fù)壓力轉(zhuǎn)變1108、 1110。對于相對新的鉆具、良好設(shè)計(jì)的鉆具和/或具有良好鉆井液壓力噪聲消除的鉆具，壓 力波形1100可由單個壓力換能器讀取。在其它情形下，波形1100可以是將來自三個或更 多個壓力換能器的壓力波形組合后的結(jié)果。
根據(jù)該具體實(shí)施例，檢測與壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變涉及計(jì)算移動平均壓力表 示，該移動平均表示在波形1112中示出。移動平均壓力表示1112中的每個數(shù)據(jù)是壓力波 形1100在預(yù)定值窗口上的移動平均，并且該窗口隨時間移動。預(yù)定窗口的時寬與位速率成 比例，并在具體實(shí)施例中該預(yù)定窗口與用于通過遙測模塊134將數(shù)據(jù)調(diào)制到鉆井液上的最 小時間基本相同。例如，移動平均壓力表示1112中的數(shù)據(jù)1114可以是壓力波形1110的窗 口 1116中的值的平均。同樣，數(shù)據(jù)1118可以是壓力波形1110的窗口 1120內(nèi)的值的平均。
仍然參見圖11并根據(jù)該具體實(shí)施例，檢測與壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變進(jìn)一步涉 及計(jì)算壓力波形1100經(jīng)濾波的壓力表示，該經(jīng)濾波的壓力表示在波形1122中示出。在至少 一些實(shí)施例中，所執(zhí)行的濾波是高通濾波，但也可等同地采用其它濾波技術(shù)(例如壓力波 形1100的瞬時一階導(dǎo)數(shù))。經(jīng)濾波的壓力波形1122由此將壓力轉(zhuǎn)變表示為趨正和趨負(fù)的壓力尖峰。例如，壓力波形1100中的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變1108導(dǎo)致經(jīng)濾波的壓力波形1122中趨負(fù) 的壓力尖峰1124。同樣，壓力波形1100中的正壓力轉(zhuǎn)變1104導(dǎo)致經(jīng)濾波的壓力波形1122 中趨正的壓力尖峰1126。
根據(jù)圖11所示實(shí)施例檢測壓力轉(zhuǎn)變涉及移動平均壓力表示1112和經(jīng)濾波的壓力 表示1122之間的關(guān)系。具體地說，監(jiān)測移動平均壓力表示1112。當(dāng)移動平均壓力表示1112 基本等于預(yù)定值(例如通過虛線1128表示的值)并且移動平均壓力表示1112的斜率為負(fù) 時，搜索經(jīng)濾波器的壓力波形1122中趨負(fù)的壓力轉(zhuǎn)變。同樣，當(dāng)移動平均壓力表示1112基 本等于預(yù)定值并且移動平均壓力表示1112的斜率為正時，搜索經(jīng)濾波的壓力波形1122中 趨正的壓力轉(zhuǎn)變。要注意盡管該預(yù)定值在一些實(shí)施例中可以是相同的(如線1128所示那 樣)，然而該預(yù)定值對于趨正和趨負(fù)表示來說不一定是相同的。
作為一示例,考慮移動平均壓力表示1112中的數(shù)據(jù)點(diǎn)1130。示例性數(shù)據(jù)點(diǎn)1130 是移動平均值基本等于該預(yù)定值時所在的點(diǎn)。此外，移動平均壓力表示1112在數(shù)據(jù)點(diǎn)1130 附近的斜率為負(fù)(換句話說，其一階導(dǎo)數(shù)是負(fù)的)?；诨镜扔陬A(yù)定值的數(shù)據(jù)和為負(fù)的斜 率，在值窗口內(nèi)搜索經(jīng)濾波的壓力波形1122中的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變。移動平均壓力表示1112在 負(fù)壓力轉(zhuǎn)變發(fā)生之后到達(dá)預(yù)定值。因此，在對經(jīng)濾波的壓力波形122進(jìn)行搜索所采用的值 窗口至少部分地對應(yīng)于用來計(jì)算基本等于預(yù)定值的數(shù)據(jù)的值窗口。在搜索經(jīng)濾波的壓力波 形1122所采用的窗口由窗1132表示，而窗口 1132和壓力波形1100之間的對應(yīng)關(guān)系則由 虛線1134表示。
作為一示例，現(xiàn)在考慮移動平均壓力表示1112中的數(shù)據(jù)點(diǎn)1136。示例性數(shù)據(jù)點(diǎn) 1136是移動平均同樣基本等于該預(yù)定值時所在的點(diǎn)。此外，移動平均壓力表示1112在數(shù)據(jù) 點(diǎn)1136附近的斜率為正(換句話說，其一階導(dǎo)數(shù)是正的)?；诨镜扔陬A(yù)定值的數(shù)據(jù)和 為正的斜率，在值窗口內(nèi)搜索經(jīng)濾波的壓力波形1122中的正壓力轉(zhuǎn)變。
對數(shù)據(jù)點(diǎn)是否基本等于預(yù)定值作的判斷可采取多種形式。在一些實(shí)施例中，預(yù)定 值可以是小范圍的值或值窗口，由此對數(shù)據(jù)點(diǎn)是否基本等于預(yù)定值的判斷涉及將數(shù)據(jù)點(diǎn)的 值與值窗口進(jìn)行比較。在其它實(shí)施例中，預(yù)定值是單個值并且對數(shù)據(jù)點(diǎn)是否基本等于預(yù)定 值的判斷涉及確定數(shù)據(jù)點(diǎn)和預(yù)定值之間的百分比誤差。例如，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)和預(yù)定值之間的 百分比誤差等于或小于預(yù)定誤差(例如O. 1%)，則該數(shù)據(jù)點(diǎn)被認(rèn)為等于該預(yù)定值。
在其它實(shí)施例中，該方法涉及在時間上向前查找，而不是在時間上向后查找。具體 而言，在其它實(shí)施例中，當(dāng)移動平均壓力表示1112達(dá)到預(yù)定值且為負(fù)時，該方法涉及在時 間上向前搜索正壓力轉(zhuǎn)變。例如，數(shù)據(jù)點(diǎn)1130滿足預(yù)定值并且移動平均壓力表示1112為 負(fù)，該方法在時間上向前搜索正壓力轉(zhuǎn)變1126。同樣，在替代性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)點(diǎn)1136滿足 預(yù)定值并且移動平均壓力表示1112為正，該方法在時間上向前搜索負(fù)壓力轉(zhuǎn)變1127。
圖12示出框圖，該框圖示出用于實(shí)現(xiàn)結(jié)合圖11討論并根據(jù)至少一些實(shí)施例的檢 測系統(tǒng)的多個軟件組件之間的邏輯關(guān)系。具體地說，移動平均壓力表示1112被提供給封鎖 模塊1200。根據(jù)該具體實(shí)施例，封鎖模塊1200作出關(guān)于移動平均壓力表示1112是否滿足 預(yù)定值的判斷，并計(jì)算移動平均壓力表示1112在窗口內(nèi)的斜率。封鎖模塊1200產(chǎn)生一對 封鎖信號1202、1204。在其中應(yīng)當(dāng)在經(jīng)濾波的壓力波形1122中搜索負(fù)壓力轉(zhuǎn)變(例如移 動平均壓力表示1112基本等于預(yù)定值且斜率為負(fù))的時間段內(nèi)，封鎖模塊1200對封鎖信 號1202作出斷言并對封鎖信號1204解除斷言。同樣，在其中應(yīng)當(dāng)搜索正壓力轉(zhuǎn)變(例如移動平均壓力表示1112基本等于預(yù)定值且斜率為正)的時間段內(nèi)，封鎖模塊1200對封鎖 信號1204作出斷言并對封鎖信號1202解除斷言。
該示例性軟件進(jìn)一步包括正轉(zhuǎn)變檢測模塊1206和負(fù)轉(zhuǎn)變檢測模塊1208。向正轉(zhuǎn) 變檢測模塊1206和負(fù)轉(zhuǎn)變檢測模塊1208提供經(jīng)濾波的壓力波形1122。根據(jù)至少一些實(shí) 施例，每個檢測模塊被配置成搜索經(jīng)濾波的壓力波形122中相應(yīng)類型的轉(zhuǎn)變。然而，在相應(yīng) 封鎖信號1202、1204被斷言的時間段內(nèi)，所檢測到的轉(zhuǎn)變被忽略。例如，正轉(zhuǎn)變檢測模塊 1206搜索經(jīng)濾波的壓力波形1122中的正壓力轉(zhuǎn)變。當(dāng)檢測到正壓力轉(zhuǎn)變并且來自封鎖塊 的封鎖1202被解除斷言時，正轉(zhuǎn)變模塊1206向定時確定塊1210提供指示。當(dāng)檢測到正壓 力轉(zhuǎn)變但來自封鎖塊的封鎖1202被斷言時，正轉(zhuǎn)變模塊1206避免向定時確定塊1210提供 指示。同樣，負(fù)轉(zhuǎn)變檢測模塊1208搜索經(jīng)濾波的壓力波形1122中的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變。當(dāng)檢測 到負(fù)壓力轉(zhuǎn)變并且來自封鎖塊的封鎖1204被解除斷言時，負(fù)轉(zhuǎn)變模塊1208向定時確定塊 1210提供指示。如果檢測到負(fù)壓力轉(zhuǎn)變但來自封鎖塊的封鎖1204被斷言時，負(fù)轉(zhuǎn)變模塊 1208避免向定時確定塊1210提供指示。在其它實(shí)施例中，轉(zhuǎn)變檢測模塊1206、1208在其各 自的封鎖信號1202、1204被斷言的時間段內(nèi)被禁用。
定時確定塊1210從正轉(zhuǎn)變檢測模塊1206和負(fù)轉(zhuǎn)變檢測模塊1208接收指示，并 確定相應(yīng)轉(zhuǎn)變之間的時間。在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)變檢測模塊1206、1208向定時確定塊1210 發(fā)送值，該值指示確定相應(yīng)的正轉(zhuǎn)變或負(fù)轉(zhuǎn)變的時間。在又一其它實(shí)施例中，轉(zhuǎn)變檢測模塊 1206、1208發(fā)送布爾值，而定時確定塊1210基于來自各轉(zhuǎn)變檢測模塊的布爾值的到達(dá)時間 之差來確定轉(zhuǎn)變之間的時間?；谶B續(xù)轉(zhuǎn)變之間的時間，可根據(jù)前面的等式對通過這類轉(zhuǎn) 變編碼的數(shù)據(jù)值進(jìn)行解調(diào)。
圖13示出根據(jù)至少一些實(shí)施例用來檢測壓力轉(zhuǎn)變并關(guān)聯(lián)于參照圖11和圖12描 述的具體實(shí)施例的方法(例如算法)。具體地說，該示例性方法開始(方框1300)并繼續(xù) 以讀取指示其中有鉆井液流過的管道內(nèi)的壓力的值(其中該鉆井液攜帶將數(shù)據(jù)編碼為壓 力轉(zhuǎn)變之間的時間的壓力脈沖)(方框1302)。接下來，該示例性方法涉及檢測與壓力脈沖 關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變(方框1304)。在一些實(shí)施例中，檢測進(jìn)一步包括計(jì)算管道內(nèi)壓力的移動 平均(方框1306)。在一些實(shí)施例中，用于計(jì)算移動平均中每個數(shù)據(jù)的值窗口大約是用于 解碼數(shù)據(jù)的最小時間的時間，但也可等同地使用其它窗口時長。接下來，該示例性方法涉及 計(jì)算用于指示管道內(nèi)壓力的值的經(jīng)濾波壓力表示(方框1308)。在一些情形下，計(jì)算經(jīng)濾 波的壓力表示是對壓力波形的高通濾波；然而也可等同地使用產(chǎn)生可辨特征的任何濾波方 法。接下來，該示例性方法涉及檢測經(jīng)濾波的壓力表示中的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變，該負(fù)壓力轉(zhuǎn)變在時 間上對應(yīng)于移動平均達(dá)到第一預(yù)定值和移動平均具有第一斜率(方框1310)，并且檢測經(jīng) 濾波的壓力表示中的正壓力轉(zhuǎn)變，該正壓力轉(zhuǎn)變在時間上對應(yīng)于移動平均達(dá)到第二預(yù)定值 和移動平均具有第二斜率(方框1312)?；跈z測到的壓力轉(zhuǎn)變，該方法繼續(xù)以從壓力轉(zhuǎn)變 之間的時間量確定在壓力脈沖中編碼的數(shù)據(jù)的至少一部分(方框1314)，然后方法結(jié)束(方 框 1316)。
針對這一點(diǎn)討論的各實(shí)施例已假設(shè)在地表上檢測到相對無噪聲的壓力信號或信 號的預(yù)處理，以得到壓力波形900 (圖9)和1100(圖11)。說明書現(xiàn)在轉(zhuǎn)向會對壓力脈沖的 可檢測性造成不利影響的鉆柱中行進(jìn)的壓力脈沖特征以及鉆具的物理特征，以及應(yīng)對這些 不利效果的若干替代性方法。
由井下遙測模塊134產(chǎn)生的壓力脈沖以一定的速度向上游行進(jìn)。依賴于鉆井液的 液體特性，脈沖的速度可在大約3200英尺/秒至大約4800英尺/秒的范圍內(nèi)。當(dāng)向上游 行進(jìn)的壓力脈沖反射成為向下游行進(jìn)的脈沖時產(chǎn)生的噪聲相長地或相消性地與向上游行 進(jìn)的脈沖相互作用。
為了描述向上游行進(jìn)的壓力脈沖和向下游行進(jìn)的壓力脈沖之間的相互作用，參見 圖14。圖14示出長管道1400，該長管道1400具有上游部分1402、下游部分1404并包含 沿表示為T的方向移動的鉆井液。管道1400可以是例如流液線118 (圖1)、立管120 (圖1)或其某些組合，并因此上游部分1402可包括波動消除器156和泥漿泵116 (以象征形式 示出)。此外，考慮將壓力換能器(例如換能器136、138或140)設(shè)置在用虛線表示的位置 XI。在管道1400的下游1404部分產(chǎn)生的壓力脈沖從下游部分1404行進(jìn)至上游部分1402。 隨著脈沖越過換能器的位置，在位置Xl的換能器檢測壓力脈沖。圖15示出當(dāng)向上游行進(jìn) 的脈沖經(jīng)過位置Xl時由位置Xl處的換能器讀取的壓力以時間為函數(shù)的圖表，其中假設(shè)所 產(chǎn)生的壓力脈沖是具有振幅A的完美方波，并假設(shè)與向下游行進(jìn)的壓力脈沖沒有相互作用 (后面討論)。在一些實(shí)施例中，振幅A可以在10-50PSI的量級，但也可等同地使用其它更 大和更小的振幅。為了不使說明變得過于復(fù)雜，未示出基線壓力。
向上游行進(jìn)的壓力脈沖，例如壓力脈沖1500，從反射設(shè)備(例如波動消除器156和 泥漿泵116)反射以形成向下游行進(jìn)的壓力脈沖。在反射的情形下，由反射造成的向下游行 進(jìn)的壓力脈沖的振幅符號與向上游行進(jìn)的脈沖的振幅符號相反，并且向下游行進(jìn)的反射壓 力脈沖的振幅可以是向上游行進(jìn)脈沖的脈沖振幅的大約一半，但其它的反射脈沖振幅和符 號也是可能的。因此，對于正振幅A的向上游行進(jìn)脈沖來說，由反射設(shè)備造成的反射示例性 地產(chǎn)生振幅為-A/2的向下游行進(jìn)脈沖。圖16示出由來自反射設(shè)備的壓力脈沖1500的反 射產(chǎn)生的壓力脈沖1600以時間為函數(shù)的圖表，當(dāng)向下游行進(jìn)的壓力脈沖經(jīng)過位置Xl處的 換能器時壓力脈沖1600由位置Xl處的換能器讀取，其中假設(shè)完美的方波反射，并假設(shè)向上 游行進(jìn)和向下游行進(jìn)的壓力脈沖之間沒有相互作用。
向上游行進(jìn)的壓力脈沖和向下游行進(jìn)的壓力脈沖之間的相互作用量(如果有的 話)依賴于發(fā)射機(jī)與反射設(shè)備的距離、脈沖時長以及聲音在鉆井液中的速度。在許多情形 下，聲音在鉆井液中的速度為大約4000英尺/秒。如果遙測模塊134 (圖1)產(chǎn)生具有IOOms 脈沖時長的壓力脈沖，則脈沖長度(即構(gòu)成脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變和后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的距 離)為大約400英尺(4000英尺/秒X0.1秒)。如果遙測模塊134產(chǎn)生具有200ms脈沖 時長的壓力脈沖，則脈沖長度大約為800英尺(4000英尺/秒X0.2秒)。
為了便于說明，考慮使位置Xl處于距離波動消除器156和/或泥漿泵116達(dá)200 英尺的位置。此外考慮通過遙測模塊134形成具有IOOms脈沖時長的壓力脈沖，并因此向 上游行進(jìn)脈沖的長度大約為400英尺。對于這些示例性參數(shù)，由處于位置Xl的換能器讀取 的壓力波形將如圖17所示(同樣，未示出鉆井液基線壓力，并假設(shè)理想的方波)。具體地 說，換能器最初“觀察”向上游行進(jìn)的壓力脈沖1700。然而，因?yàn)閺膿Q能器至反射設(shè)備的往 返距離是400英尺(200X2)并因?yàn)楸纠械膲毫γ}沖具有400英尺的脈沖長度，因此向上 游行進(jìn)的壓力脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變1702經(jīng)過換能器，就像反射脈沖1706的前沿壓力轉(zhuǎn)變 1704到達(dá)換能器那樣。
現(xiàn)在針對同一換能器位置(離反射設(shè)備200英尺遠(yuǎn))考慮遙測模塊134產(chǎn)生具有200ms脈沖時長的壓力脈沖，并因此脈沖長度為800英尺。對于這些示例性參數(shù)，由位 置Xl處的換能器讀取的壓力波形將如圖18所示。具體地說，換能器最初“觀察”如部分 1800所示的向上游行進(jìn)的壓力脈沖。然而，因?yàn)閺膿Q能器至反射設(shè)備的往返距離為400英 尺(200X2)并因?yàn)楸纠械膲毫γ}沖具有800英尺的脈沖長度，因此反射脈沖的前沿在向 上游行進(jìn)的壓力脈沖經(jīng)過之前到達(dá)換能器。反射的壓力脈沖與向上游行進(jìn)的壓力脈沖形成 干涉，由此形成部分1802。接著，向上游行進(jìn)的壓力脈沖的后沿轉(zhuǎn)變經(jīng)過換能器，由此換能 器僅讀取如部分1804所示的反射壓力脈沖。
現(xiàn)在針對同一換能器位置(離反射設(shè)備200英尺遠(yuǎn))考慮遙測模塊134產(chǎn)生具有 50ms脈沖時長的壓力脈沖，并因此脈沖長度為200英尺。對于這些示例性參數(shù)，由位置Xl 處的換能器讀取的壓力波形將如圖19所示。具體地說，換能器最初觀察如部分1900所示的 向上游行進(jìn)的壓力脈沖。然而，因?yàn)閺膿Q能器至反射設(shè)備的往返距離為400英尺(200X2) 并因?yàn)楸纠械膲毫γ}沖具有200英尺的脈沖長度，因此后沿壓力轉(zhuǎn)變1902在反射的壓力 脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變1904到達(dá)換能器之前經(jīng)過換能器。最后，反射的壓力脈沖1906由壓 力換能器讀取。
圖17-19示出對特定換能器位置和特定脈沖長度檢測出的可能波形。然而，通過 時間縮放，圖17-19的這組可能波形是對所有可能脈沖長度和所有可能傳感器位置的測得 波形的示例。換句話說，除了沿時間軸在尺寸上增大和/或減小并且可能以離反射設(shè)備的 距離為函數(shù)對振幅進(jìn)行縮放外，這三個波形表示能對任何脈沖長度和/或換能器位置預(yù)期 的波形。
從地表檢測壓力脈沖的立場來看，關(guān)于圖17-19的波形的問題是彼此類似的。具 體地說，當(dāng)認(rèn)為每個波形“騎在”鉆井液的基線壓力上時，可能難以使地表計(jì)算機(jī)144中執(zhí) 行的軟件對例如圖18的波形(上游壓力脈沖和反射壓力脈沖在換能器位置重疊)和圖19 的波形(上游波形和反射波形在不同時間經(jīng)過換能器)之間作出區(qū)別。因此，檢測壓力脈 沖——更具體說是檢測與壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變——變得困難。為了解決這些困難，本 說明書給出用于檢測壓力脈沖和/或壓力轉(zhuǎn)變的多個實(shí)施例，并且這些實(shí)施例中的第一實(shí) 施例依賴于產(chǎn)生圖17波形的換能器的布置。
具體地說，對于每個壓力脈沖時長存在關(guān)聯(lián)的脈沖長度(基于聲音在鉆井液中的 速度)。并且對于每個預(yù)期的脈沖長度存在一種換能器的物理布置，其中換能器和反射設(shè)備 之間的距離是脈沖長度的一半。因此，當(dāng)遙測模塊134產(chǎn)生特定脈沖長度的壓力脈沖時，由 距反射設(shè)備一半脈沖長度的換能器讀取的波形產(chǎn)生與圖17類似的波形。形成圖17波形的 換能器布置被稱為最佳位置。對于相同壓力脈沖長度，較為靠近反射設(shè)備的換能器讀取與 圖18類似的波形，而較為遠(yuǎn)離反射設(shè)備的換能器讀取與圖19類似的波形。用于檢測壓力 脈沖的至少一些實(shí)施例針對預(yù)定的一組可能脈沖時長(并因此的脈沖長度)將換能器設(shè)置 在每個最佳位置，該脈沖時長可通過遙測模塊134調(diào)制在鉆井液上。其它關(guān)聯(lián)的實(shí)施例針 對預(yù)定的一組可能脈沖時長(并因此的脈沖長度)來選擇脈沖，該脈沖時長對應(yīng)于換能器 實(shí)際設(shè)置在的物理位置。
作為示例，考慮一種系統(tǒng)，其中被遙測至地表的數(shù)據(jù)點(diǎn)的第一數(shù)量的位被編碼為 連續(xù)壓力脈沖的相關(guān)特征之間的時間，而數(shù)據(jù)點(diǎn)的一個位被編碼為脈沖之一的壓力轉(zhuǎn)變之 間的時間(圖5的實(shí)施例)。圖示系統(tǒng)將具有預(yù)定一組兩個可能脈沖時長——即表示數(shù)據(jù)值O的一個脈沖時長以及表示數(shù)據(jù)值I的第二脈沖時長。進(jìn)一步考慮，針對在壓力轉(zhuǎn)變中 編碼的單個位，將數(shù)據(jù)值O編碼為50ms間隔的壓力轉(zhuǎn)變(即50ms長的壓力脈沖)并將數(shù) 據(jù)值I編碼為IOOms間隔的壓力轉(zhuǎn)變。對于具有大約4000英尺/秒的聲速的鉆井液來說， 預(yù)定一組脈沖時長{50ms、100ms}分別導(dǎo)致200英尺和400英尺的兩種可能脈沖長度。
根據(jù)這些實(shí)施例，第一換能器(例如換能器138 (圖1))位于距波動消除器156和 /或泥漿泵116100英尺遠(yuǎn)，而第二壓力換能器(例如換能器136 (圖1))位于距波動消除 器156和/或泥漿泵116200英尺遠(yuǎn)。由此得出，不管遙測模塊134是調(diào)制50ms壓力脈沖 (200英尺長)還是IOOms壓力脈沖(400英尺長)，都有壓力換能器位于每個可能壓力脈沖 時長的最佳位置。在一些情形下，預(yù)定一組的脈沖時長可使用鉆井液作為傳播介質(zhì)通過下 行鏈路通信傳達(dá)給井下設(shè)備通信。
根據(jù)在給定的預(yù)定一組脈沖時長的每個最佳位置使用換能器的特定實(shí)施例，確定 由遙測模塊134調(diào)制的脈沖時長涉及，對地表上讀取的每個壓力信號，將壓力信號關(guān)聯(lián)于 (在一些情形下以數(shù)學(xué)方式或圖形方式卷積)測試壓力信號，該測試壓力信號代表在脈沖 時長對應(yīng)于換能器位置的情況下讀取的壓力信號的預(yù)期波形。與其相應(yīng)的測試壓力信號具 有最高相關(guān)度的壓力信號因此指示經(jīng)井下調(diào)制的脈沖時長。對于示例性預(yù)定一組可能脈沖 時長{50ms，100ms}，圖20表示與一組可能脈沖時長對應(yīng)的一組測試壓力信號。具體地說， 測試壓力信號2000是當(dāng)井下產(chǎn)生50ms間隔的壓力轉(zhuǎn)變時期望由距反射設(shè)備100英尺遠(yuǎn)位 置處的換能器接收的波形(基線壓力未示出)(假設(shè)正脈沖并且聲音在鉆井液中的速度為 4000英尺/秒)。同樣，測試壓力信號2002是當(dāng)井下產(chǎn)生IOOms間隔的壓力轉(zhuǎn)變時期望由 距反射設(shè)備200英尺遠(yuǎn)位置處的換能器接收的波形(基線壓力未示出)(假設(shè)正脈沖并且 聲音在鉆井液中的速度為4000英尺/秒)。
為了確定示例性的兩個可能脈沖中的哪些是井下調(diào)制的，測試壓力信號2000關(guān) 聯(lián)于由距反射設(shè)備100英尺遠(yuǎn)的換能器讀取的波形，而測試壓力信號2002關(guān)聯(lián)于由距反射 設(shè)備200英尺遠(yuǎn)的換能器讀取的波形。與其測試壓力信號具有最高關(guān)聯(lián)程度的壓力波形因 此標(biāo)識經(jīng)井下調(diào)制的脈沖時長。圖21和圖22示出(在該特定情形下通過卷積)將接收的 壓力波形與測試壓力波形相關(guān)聯(lián)的示例性結(jié)果。具體地說，圖21示出，對于井下產(chǎn)生的示 例性50ms壓力脈沖，測試壓力信號2000與由距反射設(shè)備100英尺遠(yuǎn)的換能器接收的壓力 波形的關(guān)聯(lián)由點(diǎn)劃線2100表示，而測試壓力信號2002與由距反射設(shè)備200英尺遠(yuǎn)的換能 器接收的壓力波形的關(guān)聯(lián)由實(shí)線2102表示。由于位于距反射設(shè)備100英尺遠(yuǎn)的換能器對 50ms壓力脈沖而言處于最佳位置，因此最高的相關(guān)度由點(diǎn)劃線2100表示。
圖22示出，對于井下產(chǎn)生的示例性IOOms壓力脈沖，測試壓力信號2000與由距反 射設(shè)備100英尺遠(yuǎn)的換能器接收的壓力波形的關(guān)聯(lián)由點(diǎn)劃線2202表示，而測試壓力信號 2002與由距反射設(shè)備200英尺遠(yuǎn)的換能器接收的壓力波形的關(guān)聯(lián)由實(shí)線2200表示。由于 位于距反射設(shè)備200英尺遠(yuǎn)的換能器對IOOms壓力脈沖而言處于最佳位置，因此最高的相 關(guān)度由實(shí)線2200表示。
要注意，圖20的示例性測試壓力信號假設(shè)正脈沖系統(tǒng)。然而，在遙測模塊134是 負(fù)脈沖系統(tǒng)的情形下，修改測試壓力信號(例如通過繞時間軸旋轉(zhuǎn))以進(jìn)行補(bǔ)償。此外，圖 20的測試壓力信號假設(shè)聲音在鉆井液中具有一特定速度。只要聲音速度改變，則最佳位置 改變。再者，在對確定井下產(chǎn)生的壓力脈沖的脈沖時長進(jìn)行解釋時，預(yù)定組中只具有兩個可能的脈沖時長；然而，為了不使說明變得過于復(fù)雜，對一個組使用兩個元素。在預(yù)定組中可 使用任何數(shù)量的脈沖時長。例如，如果數(shù)據(jù)的兩個位要在壓力脈沖的壓力轉(zhuǎn)變之間的時間 內(nèi)編碼，則預(yù)定組可包括四種可能的脈沖時長(即一組中2N個元素，其中N是位數(shù))。同樣 對于該例來說，在地表上將具有四個換能器，每個換能器對于特定脈沖時長處于最佳位置， 并將會有四個測試壓力信號(每個最佳位置一個)。
圖23示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法(例如該方法的一部分可實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)144中的軟件)。具體地說，方法開始(方框2300)并繼續(xù)以在鉆柱內(nèi)的鉆井液中引起壓 力脈沖，該壓力脈沖具有來自預(yù)定一組可能脈沖時長的脈沖時長(方框2302)。在傳播至地 表之后，該方法涉及讀取由壓力脈沖的經(jīng)過所產(chǎn)生的第一位置壓力變化(該讀取步驟產(chǎn)生 第一壓力信號)(方框2304)，并讀取由壓力脈沖的經(jīng)過所產(chǎn)生的第二位置壓力變化(第二 位置的該讀取步驟產(chǎn)生第二壓力信號)(方框2306)。基于讀取步驟，示例性方法繼續(xù)以確 定壓力脈沖的脈沖時長(方框2308)。在至少一些實(shí)施例中，確定脈沖時長包括將第一壓 力信號關(guān)聯(lián)于第一測試壓力信號，該第一測試壓力信號代表對預(yù)定一組可能脈沖時長的第 一脈沖時長的預(yù)期波形(方框2310);將第二壓力信號關(guān)聯(lián)于第二測試壓力信號，該第二測 試壓力信號代表對預(yù)定一組可能脈沖時長的第二脈沖時長的預(yù)期波形(方框2312);并基 于該關(guān)聯(lián)建立壓力脈沖的脈沖時長(方框2314)。之后，該方法結(jié)束(方框2316)。在至少 一些實(shí)施例中，關(guān)聯(lián)是借助卷積進(jìn)行的，但可等同地使用其它等效的關(guān)聯(lián)技術(shù)。
關(guān)于通過在每個最佳位置設(shè)置換能器來檢測壓力脈沖的前述實(shí)施例基于兩種假 設(shè)。第一，假設(shè)流液管118和立管120的長度足夠長以在每個最佳位置設(shè)置壓力換能器(假 設(shè)這些位置由合需的壓力脈沖規(guī)定)。第二，假設(shè)對換能器的布置或換能器位置的改變沒有 限制。然而，在一些情況下，擁有鉆具的公司可能并不提供遙測模塊134、換能器(例如136、 138和140)和地表計(jì)算機(jī)144。因此，人們可能沒有能力改造設(shè)備以實(shí)現(xiàn)在每個最佳位置 的布置。此外，對于較長的脈沖時長(例如200ms、300ms),最佳位置可能超出流液管118和 立管120的長度，例如近海石油平臺的管道配置。因此，在一些情況下，合需的脈沖時長的 最佳布置是不可能的和/或?qū)τ诳捎脫Q能器位置的適宜脈沖時長是不適當(dāng)?shù)摹?br> 為了解決這些問題，本說明書披露了檢測壓力轉(zhuǎn)變并因此檢測壓力脈沖的實(shí)施 例，這些實(shí)施例不一定利用換能器在最佳位置的布置。此外，根據(jù)這些實(shí)施例，使用換能器 陣列(即三個或更多個換能器)并且換能器陣列的布置是任意的。為了解釋陣列實(shí)施例， 現(xiàn)在參見圖24。圖24示出管道2400，該管道2400包含沿由T指示的方向移動的鉆井液。 管道2400可以是例如流液線118 (圖1)、立管120 (圖1)或其某些組合，并因此可在上游端 包括波動消除器156和泥漿泵116 (以符號形式示出)。此外考慮沿管道2400 (在位置X1、 X2、X3和X4)設(shè)置四個壓力換能器，在用虛線表示的每個位置設(shè)置一個壓力換能器。盡管 換能器布置在圖24中是均勻間隔的，但任何物理布置都可以滿足要求，如下文中進(jìn)一步描 述的那樣。
另外考慮由遙測模塊134產(chǎn)生的從下游部分向波動消除器156和泥漿泵116(即 與鉆井液的進(jìn)行方向相反)行進(jìn)的壓力脈沖(該壓力脈沖包括前沿壓力轉(zhuǎn)變和隨后的后沿 壓力轉(zhuǎn)變)。進(jìn)一步考慮脈沖長度使向上游行進(jìn)的壓力脈沖及其在每個換能器位置向下游 行進(jìn)的反射之間的一些相消干涉的情形。
圖25示出由圖24中示例性四個換能器中的每一個讀取的壓力以相應(yīng)時間為函數(shù)的四個描繪曲線圖。具體地說，曲線圖2500示出由位置X4處的換能器讀取的壓力波形。 曲線圖2502示出由位置X3處的換能器讀取的壓力波形。曲線圖2504示出由位置X2處的 換能器讀取的壓力波形。曲線圖2506示出由位置Xl處的換能器讀取的壓力波形。當(dāng)示例 性壓力脈沖向上游傳播時，前沿壓力轉(zhuǎn)變首先經(jīng)過位置X4的換能器(由壓力轉(zhuǎn)變2508表 示)，然后前沿壓力轉(zhuǎn)變經(jīng)過位置X3的換能器(由壓力轉(zhuǎn)變2510表示)，對于每個位置的 每個換能器依此類推(對于位置X2和Xl分別由壓力轉(zhuǎn)變2512和2514表示)。
示例性壓力脈沖從反射設(shè)備反射，并且反射壓力脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變由每個換能 器讀取，在這種情形下是相消干涉。由此，當(dāng)反射壓力脈沖向下游傳播時，反射壓力脈沖的 前沿壓力轉(zhuǎn)變首先經(jīng)過位置Xl的換能器(由壓力轉(zhuǎn)變2516表示)，然后反射壓力脈沖的前 沿壓力轉(zhuǎn)變經(jīng)過位置X3的換能器(由壓力轉(zhuǎn)變2518表示)，對于每個位置的每個換能器依 此類推(對于位置X3和X4分別由壓力轉(zhuǎn)變2520和2522表示)。
結(jié)果，向上游行進(jìn)的壓力脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變經(jīng)過位置X4的換能器(由壓力轉(zhuǎn) 變2524表示)，然后向上游行進(jìn)的后沿壓力轉(zhuǎn)變經(jīng)過位置X3的換能器(由壓力轉(zhuǎn)變2526 表示)，對于每個位置的每個換能器依此類推(對于位置X2和Xl分別由壓力轉(zhuǎn)變2528和 2530表不)ο
最終，反射脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變首先經(jīng)過位置Xl的換能器(由壓力轉(zhuǎn)變2532表 示)，然后反射脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變經(jīng)過位置X2的換能器(由壓力轉(zhuǎn)變2534表示)，對于 每個位置的每個換能器依此類推(對于位置X3和X4分別由壓力轉(zhuǎn)變2536個2538表示)。
根據(jù)至少一些實(shí)施例，確定向上游行進(jìn)的壓力脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變和向上游行進(jìn) 的壓力脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量涉及基于換能器之間的距離以及聲音在鉆井液 中的預(yù)期速度在算法上平移壓力信號或壓力波形中的至少兩個，以使壓力波形的相應(yīng)特征 在時間上基本對準(zhǔn)。更具體地，一個換能器被選為“基礎(chǔ)”換能器，由基礎(chǔ)換能器讀取的壓 力脈沖不被平移。為了換能器的平衡，由每個換能器讀取的壓力波形在時間上平移一個量， 該量與“基礎(chǔ)”換能器和該特定換能器之間的距離以及聲音在鉆井液中的速度成比例。平 移可以是時間上的倒退(例如對準(zhǔn)向上游行進(jìn)的脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變)，或者可以是時間 上的前進(jìn)(例如對準(zhǔn)向上游行進(jìn)的脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變)。此外，在其它實(shí)施例中，平移可 將反射的壓力脈沖的壓力轉(zhuǎn)變進(jìn)行對準(zhǔn)。
圖26示出圖25的示例性壓力波形，其中在位置X4的換能器被視為基礎(chǔ)換能器， 而其余壓力波形被平移以與每個波形中的前沿壓力轉(zhuǎn)變對準(zhǔn)(即時間上倒退地平移)。根 據(jù)該特定實(shí)施例，經(jīng)平移的波形則被關(guān)聯(lián)以確定向上游行進(jìn)的壓力脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變和 后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量。在一些實(shí)施例中，關(guān)聯(lián)是借助將對于每個壓力波形在時間上 的相應(yīng)點(diǎn)處的壓力波形的值求和而實(shí)現(xiàn)的。圖27示出圖26的經(jīng)平移壓力波形的示例性求 和。注意與向上游行進(jìn)的壓力脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變對應(yīng)的大的前沿尖峰2700以及與向上 游行進(jìn)的壓力脈沖的后沿壓力轉(zhuǎn)變對應(yīng)的大的負(fù)尖峰2702。因此，根據(jù)該特定實(shí)施例，確定 前沿轉(zhuǎn)變和后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間涉及標(biāo)識圖27的壓力波形中的壓力尖峰2700、2702。 在一些實(shí)施例中，可通過對波形的取(與圖9實(shí)施例的波形(波形918)類似的)絕對值來修 正圖27的壓力波形。在這些實(shí)施例中，確定壓力轉(zhuǎn)變之間的時間可基于確定壓力尖峰之間 的時間，其中每個尖峰被檢測為獨(dú)立的壓力脈沖。
圖25-27中的示例性波形假設(shè)正脈沖系統(tǒng)。然而，在其它實(shí)施例中，遙測模塊134是負(fù)脈沖系統(tǒng)，而各實(shí)施例仍然可以工作(即僅反轉(zhuǎn)圖25-27中的波形)。此外，為了不使 附圖過于復(fù)雜，在圖25-27中未示出鉆井液基線壓力；然而，在每種情形下，圖示波形實(shí)際 上“騎在”基線壓力之上。圖25-27示出處于陣列中的四個壓力換能器的情形；然而，根據(jù) 這些實(shí)施例可使用三個或更多個的任何數(shù)量的換能器。最后，盡管圖25-27的波形假設(shè)在 每個換能器位置的反射和相消干涉，然而這些實(shí)施例同樣適用于向上游行進(jìn)的壓力脈沖及 其反射之間沒有干涉的情形以及混合情形(例如最靠近反射設(shè)備的換能器觀察到向上游 行進(jìn)的壓力脈沖及其反射之間的干涉，但其它換能器不是如此)。
圖28示出根據(jù)至少一些實(shí)施例的方法(例如該方法的一部分可實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)144中的軟件)。具體地說，方法開始(2800)并繼續(xù)以在鉆柱的鉆井液中引起壓力脈沖， 該壓力脈沖具有前沿壓力轉(zhuǎn)變和后沿壓力轉(zhuǎn)變(方框2802)。接下來，該示例性方法涉及在 與反射設(shè)備相隔的三個或更多個分離位置處讀取由壓力脈沖的經(jīng)過所引起的壓力變化，所 述讀取產(chǎn)生至少三個壓力信號(方框2804)。該方法繼續(xù)以確定前沿壓力轉(zhuǎn)變和后沿壓力 轉(zhuǎn)變之間的時間(方框2806)。在至少一些實(shí)施例中，確定前沿壓力轉(zhuǎn)變和后沿壓力轉(zhuǎn)變之 間的時間涉及基于聲音在鉆井液中的預(yù)期速度在算法上平移壓力信號中的至少兩個，以 使至少三個壓力信號的相應(yīng)特征時間上基本對準(zhǔn)(方框2808);并隨后關(guān)聯(lián)這至少三個壓 力信號(方框2810);并確定壓力脈沖的前沿壓力轉(zhuǎn)變和后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量(方 框2812)。之后，該示例性方法結(jié)束(方框2814)。
根據(jù)至少一些實(shí)施例，在算法上平移壓力信號中的至少兩個涉及在時間上倒退地 平移壓力信號中的至少兩個，以使這些壓力信號間的前沿壓力轉(zhuǎn)變基本對準(zhǔn)。在其它實(shí)施 例中，在算法上平移壓力信號中的至少兩個涉及在時間上前進(jìn)地平移壓力信號中的至少兩 個，以使這些壓力信號間的后沿壓力轉(zhuǎn)變基本對準(zhǔn)。此外，在一些實(shí)施例中，關(guān)聯(lián)壓力信號 涉及對各壓力信號在時間上的相應(yīng)點(diǎn)求和并由此產(chǎn)生經(jīng)求和的信號。
對于這一點(diǎn)已針對遙測模塊134和地表設(shè)備之間的通信對多個實(shí)施例進(jìn)行了描 述。然而，在從地表至井下設(shè)備的通信中可使用相同的數(shù)據(jù)編碼和壓力脈沖轉(zhuǎn)變技術(shù)。例 如，可在地表形成壓力脈沖并允許其向井下傳播。可使用與井下工具132和遙測模塊134 共同定位的單個壓力換能器或這類換能器的陣列以與前述相同的方式檢測壓力脈沖。
說明書介紹了換能器(例如換能器136、138和140)在許多位置耦合于流液線118 和/或立管120。在一些實(shí)施例中，換能器是以與鉆井液流體連通的方式耦合至管道的壓力 換能器或壓力發(fā)射機(jī)。這類換能器能形成鉆井液的壓力的模擬表示，或表示鉆井液中的壓 力的一系列數(shù)字值(每個數(shù)字值關(guān)聯(lián)于時間)。然而，可等同地使用產(chǎn)生與鉆井液壓力、由 管道的微小膨脹和/或收縮感測到的鉆井液壓力變化成比例的輸出信號的其它類型換能 器設(shè)備，和/或感測鉆井液的換能器。
圖29示出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144的一組示例性內(nèi)部組件(圖1)。具體地說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 144包括借助橋式設(shè)備2904耦合于存儲器設(shè)備2902的處理器2900。盡管僅示出一個處理 器2900，然而可等效地采用多處理器系統(tǒng)以及其中“處理器”具有多個處理內(nèi)核的系統(tǒng)。處 理器2900借助處理器總線2906耦合至橋式設(shè)備2904，而存儲器2902借助存儲器總線2908 耦合至橋式設(shè)備2904。存儲器2902是任何易失性或任何非易失性的存儲器設(shè)備或存儲器 設(shè)備陣列，例如隨機(jī)存取存儲器(RAM)設(shè)備、動態(tài)RAM (DRAM)設(shè)備、靜態(tài)DRAM (SDRAM)設(shè)備、 雙倍數(shù)據(jù)率DRAM (DDR DRAM)設(shè)備或磁性RAM(MRAM)設(shè)備。
橋式設(shè)備2904包括存儲器控制器并斷言控制信號以對存儲器2902進(jìn)行讀寫，讀寫均由處理器2900以及耦合至橋式設(shè)備2904的其它設(shè)備(即直接存儲器存取(DMA))完成。存儲器2902是處理器2900的工作存儲器，它存儲由處理器2900執(zhí)行的程序并存儲由在處理器2900上執(zhí)行的程序使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在一些情形下，在執(zhí)行前從其它設(shè)備(例如下面描述的硬盤驅(qū)動器2912或從其它非易失性存儲器)復(fù)制保持在存儲器2902中的程序。
橋式設(shè)備2904不僅將處理器2900橋接至存儲器2902，還將處理器2900和存儲器 2902橋接至其它設(shè)備。例如，示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144可包括輸入/輸出(I/O)控制器2910， 該I/O控制器2910使多個I/O設(shè)備接口于處理單元2900。在該示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144中， I/O控制器2910允許耦合和使用例如硬盤驅(qū)動器(HD) 2912、“軟盤”驅(qū)動器2914(和相應(yīng)的“軟盤” 2916)、光學(xué)驅(qū)動器2918 (和相應(yīng)的光盤2920)(例如壓縮盤(⑶)、數(shù)字多功能盤 (DVD))的非易失性存儲器設(shè)備，并允許與定點(diǎn)設(shè)備2922和鍵盤2924耦合。
仍然參見圖29，橋式設(shè)備2904進(jìn)一步將處理器2900和存儲器2902橋接至其它設(shè)備，例如圖形適配器2926和通信端口或網(wǎng)絡(luò)適配器2928。圖形適配器2926是用于讀取顯示存儲器并驅(qū)動在顯示存儲器中表現(xiàn)的圖形圖像的顯示設(shè)備或監(jiān)視器2930的任何適當(dāng)圖形適配器。網(wǎng)絡(luò)適配器550允許處理單元500與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)120上的其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通 目。
被實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行用以讀取由耦合至流液線118和/或立管120的換能器檢測到的壓力信號并確定壓力脈沖之間的時間和/或壓力轉(zhuǎn)變之間的時間的程序?qū)D29的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成專用機(jī)，以執(zhí)行前述的示例性方法。此外，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)144轉(zhuǎn)換成專用機(jī)的程序可被存儲和/或從圖示的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中的任何一個(例如存儲器2902、光盤設(shè)備2920、“軟盤”設(shè)備2916或硬盤驅(qū)動器2912)執(zhí)行。
根據(jù)本文中所提供的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地將所述創(chuàng)建的軟件與適當(dāng)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行組合以創(chuàng)建根據(jù)各實(shí)施例的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或其它計(jì)算機(jī)子組件，創(chuàng)建用于執(zhí)行各實(shí)施例的方法的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或計(jì)算機(jī)子組件，和/或創(chuàng)建用于存儲軟件程序的一個或多個計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，該軟件程序當(dāng)由處理器執(zhí)行時使處理器和處理器在其中運(yùn)行的機(jī)器轉(zhuǎn)換成專用機(jī)。
以上討論旨在作為本發(fā)明的原理和各實(shí)施例的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員一旦完全領(lǐng)會以上公開，則多種變型和修改將變得顯而易見。所附權(quán)利要求書旨在被解釋為包括所有這些變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種存儲程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述程序在由處理器執(zhí)行時使得所述處理器 讀取指示鉆井液流過其中的管道內(nèi)壓力的值，所述鉆井液攜帶對數(shù)據(jù)編碼的壓力脈沖； 通過使所述處理器作如下動作而在所述指示壓力的值中檢測與所述壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變 計(jì)算移動平均時間系列，其中收縮移動平均時間系列中的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)是在預(yù)定值窗口內(nèi)所述指示壓力的值的平均； 從所述指示壓力的值創(chuàng)建經(jīng)濾波的壓力時間系列； 檢測所述經(jīng)濾波的壓力時間系列中在時間上與所述移動平均時間系列達(dá)到第一預(yù)定值以及所述移動平均時間系列具有第一斜率相對應(yīng)的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變；以及 檢測所述經(jīng)濾波的壓力時間系列中在時間上與所述移動平均時間系列達(dá)到第二預(yù)定值以及所述移動平均時間系列具有第二斜率相對應(yīng)的正壓力轉(zhuǎn)變；以及 從壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量確定在所述壓力脈沖中編碼的數(shù)據(jù)的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，還包括 當(dāng)所述處理器檢測時，所述程序進(jìn)一步使所述處理器檢測所述經(jīng)濾波的壓力時間系列中在時間上與所述移動平均時間系列達(dá)到所述第一預(yù)定值并且第一斜率為負(fù)斜率相對應(yīng)的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變；以及 檢測所述經(jīng)濾波的壓力時間系列中在時間上與所述移動平均時間序列達(dá)到第二預(yù)定值并且第二斜率為正斜率相對應(yīng)的正壓力轉(zhuǎn)變。
3.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，還包括 當(dāng)所述處理器檢測時，所述程序進(jìn)一步使所述處理器檢測所述經(jīng)濾波的壓力時間系列中在時間上與所述移動平均時間系列達(dá)到所述第一預(yù)定值并且第一斜率為正斜率相對應(yīng)的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變；以及 檢測所述經(jīng)濾波的壓力時間系列中在時間上與所述移動平均時間序列達(dá)到第二預(yù)定值并且第二斜率為負(fù)斜率相對應(yīng)的正壓力轉(zhuǎn)變。
4.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器讀取時，所述程序使所述處理器讀取指示管道內(nèi)壓力的值，所述管道攜帶由井下設(shè)備形成的壓力脈沖。
5.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器形成經(jīng)濾波的壓力時間系列時，所述程序使所述處理器對指示壓力的值進(jìn)行高通濾波。
6.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述程序進(jìn)一步使所述處理器當(dāng)所述移動平均時間系列具有正斜率時，忽略對負(fù)壓力轉(zhuǎn)變的檢測。
7.一種遙測檢測方法，包括 通過耦合至壓力換能器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取指示其中有鉆井液流過的管道內(nèi)的壓力的值，所述鉆井液攜帶將數(shù)據(jù)編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間的壓力脈沖； 通過下列步驟檢測與所述壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變 計(jì)算所述管道內(nèi)的壓力的移動平均； 計(jì)算指示所述管道內(nèi)壓力的值的經(jīng)濾波的壓力表示； 檢測所述經(jīng)濾波的壓力表示中在時間上與所述移動平均達(dá)到第一預(yù)定值以及所述移動平均具有第一斜率相對應(yīng)的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變；以及 檢測所述經(jīng)濾波的壓力表示中在時間上與所述移動平均達(dá)到第二預(yù)定值以及所述移動平均具有第二斜率相對應(yīng)的正壓力轉(zhuǎn)變；以及 從壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量確定在所述壓力脈沖中編碼的數(shù)據(jù)的至少一部分。
8.如權(quán)利要求7所述的遙測檢測方法，其特征在于，還包括 檢測負(fù)壓力轉(zhuǎn)變還包括檢測經(jīng)濾波的壓力表示中在時間上與所述移動平均達(dá)到第一預(yù)定值并且第一斜率為負(fù)斜率相對應(yīng)的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變；以及 檢測所述經(jīng)濾波的壓力表示中的正壓力轉(zhuǎn)變還包括檢測所述經(jīng)濾波的壓力表示中在時間上與所述移動平均達(dá)到第二預(yù)定值并且第二斜率為正斜率相對應(yīng)的正壓力轉(zhuǎn)變。
9.如權(quán)利要求7所述的遙測檢測方法，其特征在于，還包括 檢測負(fù)壓力轉(zhuǎn)變還包括檢測經(jīng)濾波的壓力表示中時間上與所述移動平均達(dá)到第一預(yù)定值并且第一斜率為正斜率相對應(yīng)的負(fù)壓力轉(zhuǎn)變；以及 其中檢測所述經(jīng)濾波的壓力表示中的正壓力轉(zhuǎn)變還包括檢測所述經(jīng)濾波的壓力表示中在時間上與所述移動平均達(dá)到第二預(yù)定值并且第二斜率為負(fù)斜率相對應(yīng)的正壓力轉(zhuǎn)變。
10.如權(quán)利要求7所述的遙測檢測方法，其特征在于，計(jì)算所述移動平均還包括將所述移動平均的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算為指示預(yù)定窗口內(nèi)壓力的值的平均。
11.如權(quán)利要求7所述的遙測檢測方法，其特征在于，所述讀取還包括讀取指示管道內(nèi)壓力的值，所述管道攜帶有在鉆井操作中由井下設(shè)備產(chǎn)生的壓力脈沖。
12.如權(quán)利要求7所述的遙測檢測方法，其特征在于，計(jì)算所述經(jīng)濾波的壓力表示還包括計(jì)算指示壓力的值的高通濾波。
13.一種存儲程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述程序在由處理器執(zhí)行時使所述處理器 讀取指示鉆井液流過其中的管道內(nèi)壓力的值，所述鉆井液攜帶對數(shù)據(jù)編碼的壓力脈沖； 通過使所述處理器作如下動作而在所述指示壓力的值中檢測與所述壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變 從所述指示壓力的值創(chuàng)建經(jīng)濾波的壓力時間系列； 取所述經(jīng)濾波的壓力時間系列的絕對值；以及 將壓力轉(zhuǎn)變檢測為所述經(jīng)濾波的壓力時間系列的絕對值中的壓力尖峰； 從壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量對所述鉆井液中編碼的數(shù)據(jù)的至少一部分進(jìn)行解碼。
14.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器讀取時，所述程序使所述處理器讀取指示管道內(nèi)壓力的值，所述管道攜帶由井下設(shè)備形成的壓力脈沖。
15.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器創(chuàng)建經(jīng)濾波的壓力時間系列時，所述程序使所述處理器對指示壓力的值進(jìn)行高通濾波。
16.如權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，在所述處理器讀取值時，所述程序還使所述處理器執(zhí)行從由以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的至少一項(xiàng)從壓力換能器讀取指示壓力的值；從換能器讀取指示壓力變化的值。
17.一種遙測檢測方法，包括 通過耦合至壓力換能器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取指示鉆井液流過其中的管道內(nèi)的壓力的值，所述鉆井液攜帶將數(shù)據(jù)編碼為壓力轉(zhuǎn)變之間的時間的壓力脈沖； 通過下列步驟檢測與所述壓力脈沖關(guān)聯(lián)的壓力轉(zhuǎn)變 計(jì)算指示所述管道內(nèi)壓力的值的經(jīng)濾波的壓力表示； 取所述經(jīng)濾波的壓力表示的絕對值；以及 將壓力轉(zhuǎn)變檢測為所述經(jīng)濾波的壓力表示的絕對值中的壓力尖峰；以及 從壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量確定在所述壓力脈沖中編碼的數(shù)據(jù)的至少一部分。
18.如權(quán)利要求17所述的遙測檢測方法，其特征在于，所述讀取還包括讀取指示管道內(nèi)壓力的值，所述管道攜帶有在鉆井操作中由井下設(shè)備產(chǎn)生的壓力脈沖。
19.如權(quán)利要求17所述的遙測檢測方法，其特征在于，計(jì)算所述經(jīng)濾波的壓力表示還包括計(jì)算對指示壓力的值的高通濾波。
20.—種方法,包括 通過鉆柱內(nèi)的設(shè)備獲得指示井下狀態(tài)或工況的第一數(shù)據(jù)點(diǎn)； 在所述鉆柱內(nèi)的鉆井液中引起壓力脈沖，所述壓力脈沖傳播至地表，包括 將第一數(shù)據(jù)點(diǎn)的第一部分編碼為第一壓力脈沖和緊接著的第二壓力脈沖的相關(guān)特征之間的時間量；以及 將所述第一數(shù)據(jù)點(diǎn)的第二部分編碼為從下組中選取的至少一個的第一壓力轉(zhuǎn)變和緊接著的第二壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量第一壓力脈沖；以及第二壓力脈沖。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，對所述第一部分編碼還包括對3-6位范圍內(nèi)第一數(shù)量的位進(jìn)行編碼。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，對所述第二部分編碼還包括對1-3位范圍內(nèi)的第二數(shù)量的位進(jìn)行編碼。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，引起壓力脈沖還包括引起正壓力脈沖。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，引起壓力脈沖還包括引起負(fù)壓力脈沖。
25.一種存儲程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述程序在由處理器執(zhí)行時使所述處理器 讀取指示鉆井液流過其中的管道內(nèi)壓力的值，所述鉆井液攜帶對數(shù)據(jù)編碼的壓力脈沖； 在指示壓力的值中檢測第一壓力脈沖和緊接著的第二壓力脈沖的相關(guān)特征之間的時間量； 在指示壓力的值中檢測第一壓力轉(zhuǎn)變和緊接著的第二壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量； 從所述第一壓力脈沖和第二壓力脈沖之間的時間量解碼從所述井下設(shè)備發(fā)送的值的第一部分；以及 從所述第一壓力轉(zhuǎn)變和第二壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量解碼從所述井下設(shè)備發(fā)送的值的第二部分。
26.如權(quán)利要求25所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器解碼所述第一部分時，所述程序使所述處理器解碼在3-6位范圍內(nèi)的第一數(shù)量的位。
27.如權(quán)利要求25所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器解碼所述第二部分時，所述程序使所述處理器解碼在1-3位范圍內(nèi)的第二數(shù)量的位。
28.如權(quán)利要求25所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述第一和第二壓力轉(zhuǎn)變是作為來自由下組構(gòu)成的組中至少一個的一部分的壓力轉(zhuǎn)變所述第一壓力脈沖；以及所述第二壓力脈沖。
29.如權(quán)利要求25所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器讀取值時，所述程序使所述處理器讀取指示管道內(nèi)壓力的值，所述管道攜帶由井下設(shè)備形成的壓力脈沖。
30.如權(quán)利要求25所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，在所述處理器讀取值時，所述程序還使所述處理器執(zhí)行從由以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的至少一項(xiàng)從壓力換能器讀取指示壓力的值，從換能器讀取指示壓力變化的值。
31.一種遙測方法，包括 在鉆柱內(nèi)的鉆井液中引起壓力脈沖，所述壓力脈沖具有來自預(yù)定一組可能脈沖時長的脈沖時長； 在距離反射設(shè)備的第一位置處讀取由壓力脈沖的經(jīng)過導(dǎo)致的壓力變化，所述讀取形成第一壓力信號； 在距離所述反射設(shè)備的第二位置處讀取由壓力脈沖的經(jīng)過導(dǎo)致的壓力變化，所述第二位置處的讀取形成第二壓力信號； 通過下列動作確定所述壓力脈沖的脈沖時長 將所述第一壓力信號關(guān)聯(lián)于第一測試壓力信號，所述第一測試壓力信號代表預(yù)定一組可能脈沖時長中的第一脈沖時長的預(yù)期波形； 將所述第二壓力信號關(guān)聯(lián)于第二測試壓力信號，所述第二測試壓力信號代表預(yù)定一組可能脈沖時長中的第二脈沖時長的預(yù)期波形； 基于所述關(guān)聯(lián)確立所述壓力脈沖的脈沖時長。
32.如權(quán)利要求31所述的遙測方法，其特征在于，確立所述脈沖時長進(jìn)一步包括將所述脈沖時長確立為具有最高相關(guān)度的脈沖時長。
33.如權(quán)利要求31所述的遙測方法，其特征在于，還包括 所述引起進(jìn)一步包括通過井下設(shè)備引起；并且 在所述第一位置和第二位置處的讀取進(jìn)一步包括在地表的第一位置和第二位置處進(jìn)行讀取。
34.如權(quán)利要求33所述的遙測方法，其特征在于，還包括在引起之前，發(fā)送所述預(yù)定一組可能脈沖時長的指示、基于地表上的壓力換能器的可得位置的指示。
35.如權(quán)利要求31所述的遙測方法，其特征在于，還包括 所述預(yù)定組包括與第一脈沖長度對應(yīng)的第一脈沖時長以及與第二脈沖長度對應(yīng)的第二脈沖時長； 在所述第一位置處的讀取還包括在與所述反射設(shè)備相距所述第一脈沖長度的大致一半的位置處進(jìn)行讀??；以及 在所述第二位置處的讀取還包括在與所述反射設(shè)備相距所述第二脈沖長度的大致一半的位置處進(jìn)行讀取。
36.一種遙測系統(tǒng)，包括 井下設(shè)備，所述井下設(shè)備在所述鉆柱內(nèi)的鉆井液中產(chǎn)生壓力脈沖，所述壓力脈沖具有從預(yù)定一組脈沖長度中選取的脈沖長度，所述預(yù)定一組脈沖長度包括第一脈沖長度和比所述第一脈沖長度更長的第二脈沖長度，并且所述脈沖長度是基于在所述壓力脈沖中編碼的數(shù)據(jù)選取的； 第一換能器，所述第一換能器讀取所述鉆井液中的壓力變化并由此產(chǎn)生第一壓力信號，所述第一換能器位于與反射設(shè)備相距所述第一脈沖長度的大致一半的第一位置； 第二換能器，所述第二換能器讀取所述鉆井液中的壓力變化以產(chǎn)生第二壓力信號，所述第二換能器位于與反射設(shè)備相距所述第二脈沖長度的大致一半的第二位置； 耦合于所述第一和第二換能器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有處理器和耦合至所述處理器的存儲器設(shè)備，并且所述存儲器設(shè)備存儲程序，所述程序當(dāng)由所述處理器執(zhí)行時使所述處理器 讀取所述第一和第二壓力信號； 將所述第一壓力信號關(guān)聯(lián)于第一測試壓力信號，所述第一測試壓力信號代表在所述壓力脈沖具有所述第一脈沖長度的情況下在所述第一位置的期望波形； 將所述第二壓力信號關(guān)聯(lián)于第二測試壓力信號，所述第二測試壓力信號代表在所述壓力脈沖具有所述第二脈沖長度的情況下在所述第二位置的期望波形；以及 基于所述第一和第二壓力信號與相應(yīng)的第一和第二測試壓力信號的關(guān)聯(lián)來確定所述脈沖長度。
37.如權(quán)利要求36所述的遙測系統(tǒng)，其特征在于，確定所述脈沖長度還包括將所述壓力脈沖的脈沖長度確定為與具有最高相關(guān)度的第一或第二組測試壓力信號關(guān)聯(lián)的脈沖長度。
38.如權(quán)利要求36所述的遙測系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括 預(yù)定一組脈沖長度進(jìn)一步包括比所述第二脈沖長度更長的第三脈沖長度； 第三換能器，所述第三換能器讀取所述鉆井液中的壓力變化以產(chǎn)生第三壓力信號，所述第三換能器位于與反射設(shè)備相距所述第三脈沖長度的大致一半的第三位置；以及所述存儲器包括程序，當(dāng)所述程序由所述處理器執(zhí)行時，進(jìn)一步使所述處理器 將所述第三壓力信號關(guān)聯(lián)于第三測試壓力信號，所述第三測試壓力信號代表在所述壓力脈沖具有所述第三脈沖長度的情況下在所述第三位置的期望波形；以及 基于所述第一、第二和第三壓力信號與相應(yīng)的第一、第二和第三測試壓力信號的關(guān)聯(lián)來確定所述脈沖長度。
39.一種遙測方法，包括 在所述鉆柱內(nèi)的鉆井液中引起壓力脈沖，所述壓力脈沖具有前沿壓力轉(zhuǎn)變和后沿壓力轉(zhuǎn)變； 在距離反射設(shè)備至少三個不同位置處讀取由壓力脈沖的經(jīng)過導(dǎo)致的壓力變化，所述讀取形成至少三個壓力信號； 通過下列操作確定所述前沿壓力轉(zhuǎn)變和所述后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間 基于聲音在所述鉆井液中的預(yù)期速度在算法上平移壓力信號中的至少兩個，以使所述至少三個壓力信號中的相應(yīng)特征在時間上基本對準(zhǔn)；以及關(guān)聯(lián)所述至少三個壓力信號；以及 確定所述壓力脈沖的所述前沿壓力轉(zhuǎn)變和所述后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量。
40.如權(quán)利要求39所述的遙測方法，其特征在于，還包括 關(guān)聯(lián)進(jìn)一步包括對所述至少三個壓力信號在時間上的對應(yīng)點(diǎn)求和并由此產(chǎn)生經(jīng)求和的信號；以及 確定進(jìn)一步包括將所述經(jīng)求和的信號中的壓力尖峰識別為所述壓力脈沖的壓力轉(zhuǎn)變。
41.如權(quán)利要求39所述的遙測方法，其特征在于，還包括 引起進(jìn)一步包括通過井下設(shè)備進(jìn)行引起；并且 在所述至少三個位置的讀取進(jìn)一步包括在地表進(jìn)行讀取。
42.如權(quán)利要求39所述的遙測方法，其特征在于，所述在算法上平移進(jìn)一步包括在算法上時間倒退地平移壓力信號中的至少兩個，以使所述至少三個壓力信號中的前沿壓力轉(zhuǎn)變在時間上基本對準(zhǔn)。
43.如權(quán)利要求39所述的遙測方法，其特征在于，所述在算法上平移進(jìn)一步包括在算法上時間前進(jìn)地平移壓力信號中的至少兩個，以使所述至少三個壓力信號中的后沿壓力轉(zhuǎn)變在時間上基本對準(zhǔn)。
44.一種存儲程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述程序在由處理器執(zhí)行時使所述處理器 借助至少三個換能器讀取指示鉆井液從中流過的管道內(nèi)壓力的值，所述鉆井液攜帶具有前沿壓力轉(zhuǎn)變和后沿壓力轉(zhuǎn)變的壓力脈沖； 產(chǎn)生與所述至少三個換能器對應(yīng)的至少三個壓力時間系列； 基于所述鉆井液中的預(yù)期聲速平移壓力時間系列中的至少兩個，以使在三個時間系列中的相應(yīng)特征在時間上基本對準(zhǔn)；并隨后 關(guān)聯(lián)所述時間系列；以及 確定所述壓力脈沖的所述前沿壓力轉(zhuǎn)變和所述后沿壓力轉(zhuǎn)變之間的時間量。
45.如權(quán)利要求44所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，還包括 當(dāng)所述處理器進(jìn)行關(guān)聯(lián)時，所述程序使所述處理器對所述至少三個壓力時間系列在時間上的對應(yīng)點(diǎn)求和并由此產(chǎn)生經(jīng)求和的時間系列；以及 當(dāng)所述處理器進(jìn)行確定時，所述程序進(jìn)一步使所述處理器將所述經(jīng)求和的時間系列中的壓力尖峰標(biāo)識為所述壓力脈沖的壓力轉(zhuǎn)變。
46.如權(quán)利要求44所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器平移時，所述程序使所述處理器時間倒退地平移壓力時間系列中的至少兩個，以使所述至少三個壓力時間系列中的前沿壓力轉(zhuǎn)變在時間上基本對準(zhǔn)。
47.如權(quán)利要求44所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器平移時，所述程序使所述處理器時間前進(jìn)地平移壓力信號中的至少兩個，以使所述至少三個壓力信號中的后沿壓力轉(zhuǎn)變在時間上基本對準(zhǔn)。
全文摘要
泥漿脈沖遙測。各實(shí)施例針對在泥漿遙測系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)編碼的方法和系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)的至少一部分被編碼成壓力轉(zhuǎn)變之間的時間。此外，各實(shí)施例針對在地表檢測壓力轉(zhuǎn)變的檢測方法和系統(tǒng)。
文檔編號E21B47/18GK103038445SQ201080067631
公開日2013年4月10日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者B·K·皮萊, L·M·瑪什, J·H·杜德利, R·L·斯普羅斯 申請人:哈里伯頓能源服務(wù)公司