Telemetriemethoden hatten Schwierigkeiten, die großen Mengen an Bohrlochdaten zu bewältigen, daher wurde die Definition von MWD erweitert und umfasste auch Daten, die im Speicher des Werkzeugs gespeichert und wiederhergestellt wurden, wenn das Werkzeug an die Oberfläche zurückgebracht wurde. Alle MWD-Systeme bestehen typischerweise aus drei Hauptunterkomponenten:
- Energiesystem
- Telemetriesystem
- Richtungssensor
Energiesysteme
Energiesysteme in MWD können im Allgemeinen in einen von zwei Typen eingeteilt werden: Batterie oder Turbine. Beide Arten von Energiesystemen haben inhärente Vorteile und Nachteile. In vielen MWD-Systemen wird eine Kombination dieser beiden Arten von Stromversorgungssystemen verwendet, um das MWD-Werkzeug mit Strom zu versorgen, sodass die Stromversorgung bei intermittierenden Bohrflüssigkeitsströmungsbedingungen nicht unterbrochen wird. Batterien können diese Leistung unabhängig von der Bohrflüssigkeitszirkulation bereitstellen und sind erforderlich, wenn während der Fahrt in das Bohrloch oder aus dem Bohrloch heraus Holzeinschläge vorgenommen werden.
Batteriesysteme
Lithium-Thionylchlorid-Batterien werden häufig in MWD-Systemen verwendet, da sie eine hervorragende Kombination aus hoher -Energiedichte und überlegener Leistung bei MWD-Betriebstemperaturen bieten. Sie stellen bis kurz vor dem Ende ihrer Lebensdauer eine stabile Spannungsquelle bereit und erfordern keine komplexe Elektronik zur Konditionierung der Versorgung. Diese Batterien haben jedoch eine begrenzte momentane Energieabgabe und sind möglicherweise für Anwendungen, die eine hohe Stromaufnahme erfordern, ungeeignet. Obwohl diese Batterien bei niedrigeren Temperaturen sicher sind, können sie bei einer Erwärmung über 180 Grad eine heftige, beschleunigte Reaktion eingehen und mit erheblicher Wucht explodieren. Daher gelten Beschränkungen für den Transport von Lithium-Thionylchlorid-Batterien in Passagierflugzeugen. Obwohl diese Batterien über ihre gesamte Lebensdauer hinweg sehr effizient sind, sind sie nicht wiederaufladbar und ihre Entsorgung unterliegt strengen Umweltauflagen.
Turbinensysteme
Die zweite Quelle reichlicher Stromerzeugung, die Turbinenleistung, nutzt den Bohrflüssigkeitsfluss der Bohrinsel. Die Rotationskraft wird von einem Turbinenrotor über eine gemeinsame Welle auf einen Wechselstromgenerator übertragen und erzeugt so einen dreiphasigen Wechselstrom (AC) mit variabler Frequenz. Elektronische Schaltkreise wandeln den Wechselstrom in nutzbaren Gleichstrom (DC) um. Turbinenrotoren für diese Ausrüstung müssen einen weiten Bereich an Durchflussraten akzeptieren, um allen möglichen Schlammpumpbedingungen gerecht zu werden. Ebenso müssen Rotoren in der Lage sein, erhebliche Mengen an Trümmern und verlorenem Zirkulationsmaterial (LCM), das in der Bohrflüssigkeit mitgeführt wird, zu vertragen.
Telemetriesysteme
Schlamm-Impulstelemetrie ist die Standardmethode in kommerziellen MWD- und Logging While Drilling-Systemen (LWD). Akustische Systeme, die das Bohrrohr hinauf übertragen, erleiden in der Bohrflüssigkeit eine Dämpfung von etwa 150 dB pro 1000 m.[1] Es wurden mehrere Versuche unternommen, spezielle Bohrrohre mit integriertem Festdraht zu konstruieren. Obwohl es außergewöhnlich hohe Datenraten bietet, erfordert die integrierte festverdrahtete Telemetriemethode Folgendes:
Teures Spezialbohrrohr
Besondere Handhabung
Hunderte elektrische Verbindungen, die alle unter rauen Bedingungen zuverlässig bleiben müssen
Die explosionsartige Zunahme von Bohrlochmessungen hat neue Arbeiten in diesem Bereich angeregt, und es wurden Datenraten von über 2.000.000 Bit/Sekunde nachgewiesen.
Die niederfrequente elektromagnetische Übertragung wird in MWD- und LWD-Systemen nur begrenzt kommerziell genutzt. Es wird manchmal verwendet, wenn Luft oder Schaum als Bohrflüssigkeit verwendet wird. Die Tiefe, aus der elektromagnetische Telemetrie übertragen werden kann, wird durch die Leitfähigkeit und Dicke der darüber liegenden Formationen begrenzt. Im Bohrstrang positionierte Repeater oder Signalverstärker erweitern die Tiefe, aus der elektromagnetische Systeme zuverlässig senden können.
Es stehen drei Schlamm-Puls-Telemetriesysteme zur Verfügung: positive -Pulse, negative -Pulse und kontinuierliche -Wellensysteme. Diese Systeme sind nach der Art und Weise benannt, wie sich ihre Impulse im Schlammvolumen ausbreiten. Negativimpulssysteme erzeugen einen Druckimpuls, der niedriger ist als der des Schlammvolumens, indem sie eine kleine Menge Hochdruck-Bohrstrangschlamms aus dem Bohrrohr in den Ringraum ablassen. Positive -Impulssysteme erzeugen eine vorübergehende Durchflussbeschränkung (höherer Druck als das Bohrschlammvolumen) im Bohrgestänge. Kontinuierliche -Wellensysteme erzeugen eine Trägerfrequenz, die durch den Schlamm übertragen wird, und kodieren Daten mithilfe der Phasenverschiebungen des Trägers. Es werden viele verschiedene Datencodierungssysteme verwendet, die häufig darauf ausgelegt sind, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Impulsgebers zu optimieren, da er den direkten Kontakt mit dem Schleifmittel überstehen muss.Hochdruckschlammströmung.
Die Erkennung des Telemetriesignals- erfolgt durch einen oder mehrere Wandler, die sich am Standrohr der Bohranlage befinden. Die Daten werden aus den Signalen durch Oberflächencomputergeräte extrahiert, die entweder in einer Skid-Einheit oder auf dem Bohrboden untergebracht sind. Eine erfolgreiche Datendekodierung hängt stark vom Signal-zu-Rauschverhältnis ab.
Zwischen der Signalgröße und der Telemetriedatenrate besteht ein enger Zusammenhang; Je höher die Datenrate, desto kleiner wird die Impulsgröße. Die meisten modernen Systeme sind in der Lage, die Telemetrieparameter des Tools neu zu programmieren und die Datenübertragungsgeschwindigkeit zu verlangsamen, ohne aus dem Loch zu stolpern; Eine Verlangsamung der Datenrate wirkt sich jedoch negativ auf die log-Datendichte aus.
Signalrauschen
Die auffälligsten Quellen für Signalrauschen sind die Schlammpumpen, die oft ein relativ hochfrequentes Rauschen erzeugen. Interferenzen zwischen Pumpfrequenzen führen zu Oberwellen, diese Hintergrundgeräusche können jedoch mit analogen Techniken herausgefiltert werden. Pumpengeschwindigkeitssensoren können eine sehr effektive Methode zur Identifizierung und Entfernung von Pumpengeräuschen aus dem rohen Telemetriesignal sein. Geräusche mit niedrigerer-Frequenz im Schlammvolumen werden häufig durch Bohrmotoren erzeugt. Die Bohrlochtiefe und die Schlammart wirken sich auch auf die Amplitude und Breite des empfangenen-Signals aus. Im Allgemeinen sind Öl-basierte Schlämme (OBMs) und pseudo-öl-basierte Schlämme komprimierbarer als wasserbasierte Schlämme; Daher führen sie zu den größten Signalverlusten. Dennoch konnten Signale aus Tiefen von fast 9144 m (30.000 ft) in kompressiblen Flüssigkeiten ohne nennenswerte Probleme abgerufen werden.
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