CN103998714A - 井下可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用井下可视化系统使井下环境可视化的方法。井下可视化系统包括：包括一个或多个传感器的井下工具串，用于处理传感器信号以提供传感器数据的井下数据处理装置，用于井上处理和可视化的井上数据处理装置，以及可操作以将传感器数据从井下数据处理装置传送到井上数据处理装置的数据通信链路，所述传感器能够产生表示井下环境中的一个或多个物理参数的传感器信号。井下可视化系统还包括井下数据缓冲装置，其能够从井下数据处理装置接收传感器数据，并将传感器数据暂时存储在井下数据缓冲装置中。

Description

井下可视化方法

技术领域

本发明涉及使用井下可视化系统使井下环境可视化的方法。

背景技术

井下环境的井上可视表现正变得日益相关以便优化来自井下的生产。能够收集关于井的信息的记录工具在近年来已经变得更先进，并且由于当今从记录工具到井上处理器的提高的计算能力和提高的数据传送速率，井下环境的可视实时表现已经更多地成为关注焦点。此外，利用井下处理器的动态记录允许不同分辨率的记录数据由用户位于的井上控制。

然而，动态记录需要把用户指示从井上处理器发送到井下处理器，这在高分辨率记录数据从井下传送到井上处理器时会加重数据传送的负担并限制数据传送。附加地，在操作期间，需要井下数据带宽来控制处于操作中的工具。因此，数据传送通常是工具控制和记录数据传送之间的折衷。

发明内容

本发明的目的是完全地或部分地克服现有技术的以上缺点和缺陷。更具体地，目的是提供使用实时表示井下物理参数的传感器数据使井下环境可视化的改进的井下可视化方法。

以上目的以及根据以下描述将变得明显的许多其他目的、优点和特征，通过根据本发明的解决方案，通过使用井下可视化系统使井下环境可视化的方法实现，所述井下可视化系统包括：包括一个或多个传感器的井下工具串，用于处理传感器信号以提供传感器数据的井下数据处理装置，用于井上处理和可视化的井上数据处理装置，以及可操作以把传感器数据从井下数据处理装置传送到井上数据处理装置的数据通信链路，传感器能够产生表示井下环境中的一个或多个物理参数的传感器信号，井下可视化系统还包括能够从井下数据处理装置接收传感器数据、并把传感器数据暂时存储在井下数据缓冲装置中的井下数据缓冲装置，

所述方法包括以下步骤：

-在井下环境内移动井下工具串，

-在移动期间，使用产生表示井下环境中的一个或多个物理参数的传感器信号的一个或多个传感器感测一个或多个物理参数，

-处理传感器信号以提供传感器数据，

-把以预设的采样速率获得的缓冲的传感器数据暂时存储在井下数据缓冲装置中，

-以等于或低于采样速率的预设的第一传送速率把传感器数据的第一部分传送到井上数据处理装置，

-使用井上数据处理装置处理传感器数据的第一部分，并基于传感器数据的第一部分使井下环境可视化，

-基于事件(诸如井下环境的可视化期间一个或多个物理参数的突然变化)把控制信号从井上数据处理装置发送到井下数据处理装置，从而把传送速率从第一传送速率改变为第二传送速率，

-至少部分地把存储在井下数据缓冲装置中的传感器数据的第二部分传送到井上数据处理装置，和

-基于传感器数据的第一部分和传感器数据的第二部分，使按时间顺序在所述事件之前和之后的井下环境可视化，而不用使井下工具串的移动反向。

在一实施例中，第二传送速率可以高于第一传送速率且低于采样速率。

使井下环境可视化的上述方法还可以包括以下步骤：删除井下数据缓冲装置中已经传送到井上数据处理装置的缓冲传感器数据的部分。

此外，使井下环境可视化的上述方法还可以包括以下步骤：发送另外的控制信号以把井下工具串的速度从第一速度改变为第二速度。

此外，使井下可视化的上述方法还可以包括以下步骤：把采样速率从第一采样速率改变为第二采样速率。

此外，使井下环境可视化的上述方法还可以包括以下步骤：以第二传送速率传送传感器数据的第二部分，以及以第三传送速率传送传感器数据的第三部分。

最终，使井下环境可视化的上述方法还可以包括以下步骤：基于传感器数据的被传送的第一、第二和第三部分，使井下环境可视化。

在一实施例中，事件可以是套管结构、地层结构或井下环境中存在的流体特性的变化。

在一实施例中，当工具串的传感器移动经过井的不感兴趣的部分时，传送速率可以比采样速率高。

此外，第二传送速率可以高于采样速率。

此外，本发明也涉及用于井下环境的实时可视化的井下可视化系统，该井下可视化系统包括：

-包括一个或多个传感器的井下工具串，传感器能够产生表示井下环境中的一个或多个物理参数的传感器信号，

-用于处理传感器信号以提供传感器数据的井下数据处理装置，

-用于井上处理和可视化的井上数据处理装置，以及

-可操作以把传感器数据从井下数据处理装置传送到井上数据处理装置的数据通信链路，

其中井下可视化系统还包括能够从井下数据处理装置接收传感器数据并把传感器数据暂时存储在井下数据缓冲装置中的井下数据缓冲装置。

在一个实施例中，上述的井下可视化系统还可以包括井下数据存储装置。

此外，线缆可以至少部分地构成数据通信链路。

此外，一个或多个传感器可以选自：激光传感器，电容传感器，超声传感器，位置传感器，流量传感器，以及用于测量井下环境中的物理参数的其他传感器。

附图说明

本发明及其许多优点将在下面参考示意性附图更详细地描述，所述示意性附图出于举例说明的目的示出一些非限制性的实施例并且在附图中：

图1示出井下可视化系统的概观，

图2示出井下可视化系统的示意图，

图3示出井下可视化系统的示意图，

图4a示出包括井下工具串的井下环境的截面视图，

图4ba-4bb示出井下环境的传感器数据的表示，

图4c示出井下环境的可视化，

图5a示出包括井下工具串的井下环境的截面视图，

图5ba-5bg示出井下环境的传感器数据的表示，并且

图5c示出井下环境的可视化。

所有附图是高度示意性的并且不一定依比例，并且它们仅仅示出为了阐明本发明所必要的那些部分，其他部分被省略或仅仅暗示。

具体实施方式

图1示出用于井下环境10的实时可视化的井下可视化系统1。井下可视化系统1包括：井下工具串2，其可以被降下至井下环境10中。如图所示，井下工具串2包括传感器3，其能够感测井下环境10中的物理参数并产生表示该物理参数的传感器信号。井下工具串2可以通常包括若干不同的传感器，例如磁传感器、激光传感器、电容传感器等等。井下可视化系统1还包括井下数据处理装置4，其用于处理传感器信号100并把关于物理参数的信息经由数据通信链路6发送到井上数据处理装置5用于进一步井上处理和实时可视化，以便向用户提供井下环境10的可视表现。

如图2中的可视化系统的示意图所示，一个或多个传感器3产生表示井下环境中的物理参数的传感器信号100。传感器信号100由可以把传感器信号100转换成一组传感器数据200的井下数据处理装置4接收。所有传感器数据200被暂时地存储在井下数据缓冲装置7中，而仅仅传感器数据200的第一部分从井下数据处理装置4传送到井上数据处理装置5用于使井下环境可视化。为了最小化经由通信链路6传送的数据量，被传送的传感器数据200的量有利地保持在最小，而不会损害执行井下环境的有意义的可视表现的能力。当井下工具串2例如被移动通过井的上部，仅仅对于用户而言相关的信息会是距离指示器(诸如套管接箍)的位置，以跟踪井下工具串2在井中的速度和位置。出于该目的，可能需要非常低的速率的传送数据以执行井下环境的有意义的可视表现，例如仅仅被采样传感器数据200的每第十个成分被传送到地面。

通过低速率的传送数据意味着对应于长采样周期和低采样频率的一组数据，诸如仅仅传送完整的被采样传感器数据组200的每第十个成分，而高速率的被传送传感器数据200意味着对应于短采样周期和高采样频率的一组数据，诸如传送测得的传感器数据的完整的被采样传感器数据组200的每第二个或所有成分。然而，如果用户基于被传送的传感器数据200突然在可视化表现中识别出感兴趣特征，则被传送的传感器数据200并不一定包含足以能够解析感兴趣特征的信息，例如可能需要被采样传感器数据200的每第二个成分来解析感兴趣特征。通常，这会需要井下工具串2的操作者停止并把井下工具串2往回移动超过发现感兴趣特征的点，并随后再次使用更高采样速率测量感兴趣的体积。再次测量感兴趣的体积可能甚至会导致又一次重复测量，如果可视化的分辨率仍然不足够高从而能解析感兴趣特征的话。因此，该方法是慢速的、乏味的并且也成本效率低下。通过具有井下数据缓冲装置7，所有传感器数据200可以总是以最高可能的采样速率暂时地存储在井下。如果或者当用户突然识别出感兴趣特征，则用户可以增大被传送数据的速率以便在时间轴上向前获得足够高的分辨率，并且还提取存储在井下数据缓冲装置7中的数据以便在时间轴上从不存在感兴趣特征时的可视化表现的时间点向后退到存在感兴趣特征时的可视化表现的时间点来获得足够高的分辨率。可视化的分辨率的该改变可以在仍然在井中向前移动的同时执行，并且因此宝贵的时间和金钱都不会被浪费。

在井上实时可视化中对感兴趣特征的识别并不必需由用户执行，而是也可以直接地由井下或井上数据处理装置4、5触发(例如如果来自传感器3的传感器数据200超过数据的预设数值或预设派生值(derivative value)的话)，使得井下或井上数据处理装置4、5自动地调整传送到井上数据处理装置5的传感器数据200的速率。

此外，井下数据缓冲装置7可以被用于改善传感器数据200的冗余性。当在井上数据处理装置5中处理传感器数据200时，可以评估传感器数据200使得如果被传送数据的成分看上去具有意外的值或意外的派生值，控制信号300可以发送到井下数据处理装置4，请求被传送传感器数据200的具有意外的值的成分从井下数据缓冲装置7中被提取、并再次传送到井上数据处理装置5。如果相同的意外值再次到达井上数据处理装置5，则可以排除意外的值源自通信链路6中的数据传送错误，这会改善从井下数据处理装置4到井上数据处理装置5的数据传送的冗余性，而不必再次反转井下工具串2的移动方向来再次测量该体积。

如图3中所示，井下可视化系统1可以还包括用于存储井下工具串2中的传感器数据200的井下数据存储装置8。通常，井下操作期间对过量数据的主要限制是如上所述通过通信链路6传送数据的能力。因此井下数据存储装置8可以被用于存储传感器数据200的一些或全部，使得当井下工具串2已经收回到地面时，井下环境的更详细的可视化可以被重建。井下数据处理装置4在一些特殊情况下可以通过来自用户或井上数据处理装置5的请求，而访问存储在井下存储装置8中的传感器数据200，如果所请求的数据在数据缓冲装置7上不再可访问的话。

另一种类型的特殊情况可以是在低数据传送时段期间，即当少量的数据需要通过通信链路6被传送时，例如在长钻孔操作期间当去往和来自井下工具串2的所需数据的传送可能处于最小时，例如由于可能不需要控制数据来在钻孔操作期间控制工具串中的工具。在这样的低数据传送时段期间，井上数据处理装置5可以从井下数据存储装置8卸载所存储的传感器数据200，使得在井下数据存储装置8上有更多的可用空间可用于随后的高数据传送时段，例如当钻孔操作已经完成并且新的控制数据必须被传送到工具串时。

图4a示出井下环境10的截面视图，井下环境10包括用于测量钻孔套管内的流体的物理特性的井下工具串2，例如通过使用电容传感器3测量周围流体的电容。图4ba和4bb示出用于以低数据传送速率(在这种情况下通过被采样传感器数据200的仅仅两个成分表示)使井下环境可视化的被传送到井上数据处理装置的传感器数据200的表示。如图4ba所示，数据的第一表示仅仅指示套管填充有第一流体12，而图4bb中所示的下一表示指示接近套管的一半现在填充有第二流体13。图4c是基于图4ba和4bb中示出的被传送传感器数据200的仅仅两个表示的可视化。

图5a-c示出在图4a-c中描述的相同井下环境10中执行的测量，区别仅仅在于现在图5a中示出的井下可视化系统包括数据缓冲装置。当用户或井上数据处理装置识别出特征时(在这种情况下，图4bb和图5bg中示出的一半填充有第二流体13的套管)，如图5bb-5bf中示出的来自数据缓冲装置的额外传感器数据200可以被收回并被传送到井上数据处理装置，使得该识别出的特征周围的井下环境的可视化可以得到改善，而不用再一次测量钻孔套管的该部分。

图5c示出在传送额外的传感器数据200之后井下环境10的改善的可视化，所述额外的传感器数据200即图5bb-bf中示出的来自数据缓冲装置的传感器数据，其现在使用户能够在图4ba和5ba(指示不存在第二流体13)中示出的表示与图4bb和5bg(其指示套管被一半填充有第二流体13)中示出的表示之间的间隔中解析第二流体13开始存在于井下环境10中的位置。由于额外的传感器数据200暂时地存储在井下数据缓冲装置中，精确地解析第二流体13的存在的改善的可视化可以得到执行，而不用反转井下工具串2的移动。

本发明还涉及使用井下可视化使井下环境可视化的方法。该方法包括以下步骤：在井下环境10内移动井下工具串2，同时使用一个或多个传感器3感测一个或多个物理参数，如图1中示出。由一个或多个传感器3产生的图2中所示的传感器信号100由井下数据处理装置4处理，以提供传感器数据200，其被暂时地在井下数据缓冲装置7中存储为缓冲传感器数据200。缓冲传感器数据200包含关于以预设的采样速率获得的物理参数的信息，并且表示从传感器获得的全部传感器数据200。随后，传感器数据200的第一部分以等于或低于采样速率的第一传送速率传送到井上数据处理装置5。在井上，传感器数据200的第一部分使用井上数据处理装置5被处理，并且被用于基于传感器数据200的第一部分来使井下环境10可视化。当在井下环境10的可视化期间，用户或井上数据处理装置5识别出事件或特征(诸如一个或多个物理参数的突然变化)时，诸如以上关于图5a-c解释的那样，其中电容传感器3突然提供表示套管的一半被填充有第二流体的传感器数据200，用户或井上数据处理装置5把控制信号300从井上数据处理装置5发送到井下数据处理装置4，从而把传送速率从第一传送速率改变为第二传送速率。

此外，存储在井下数据缓冲装置7中的传感器数据200的第二部分被至少部分地传送到井上数据处理装置5，以提供额外传感器数据200来改善包括引起表示事件的传感器数据200中的事件的特征的井下环境10的可视化。本方法的最终步骤是基于传感器数据200的第一部分和传感器数据200的第二部分，使按时间顺序在事件之前和之后的井下环境10可视化，而不用反转井下工具串2的移动。传感器数据200的第一部分的实例在图4ba和4bb中示出，传感器数据200的第一部分和传感器数据200的第二部分在图5ba-5bg中示出，并且这些数据的可视化在图5c中示出。

触发从第一到第二传送速率的改变的事件可以是例如套管结构、地层结构或井下环境中存在的流体的特性的变化。

本方法可以通过把传送速率裁制成适合于实现最优传送速率而得到改进。采样速率是最高可能的传送速率，因为采样速率定义了可用的传感器数据。然而，最优传送速率通常依赖于井下环境中需要被可视化的物体。在井下工具串快速行进通过不具有感兴趣特征的井管结构的长通道期间，传送速率优选地尽可能低，以便最小化通过数据传送信道的数据传送。当到达井的感兴趣区域，或者发现可视化中的突然变化时，传送速率优选地改变为第二传送速率，其高于第一传送速率且低于采样速率。第二传送速率可以被预设成容纳不同的操作条件，例如在井结构的筛查期间为较低的第二传送速率，这与在精确操作期间的较高的第二传送速率相反。

为了节省井下数据缓冲装置中的空间，缓冲传感器数据的已经被传送到井上数据处理装置的部分可以有利地在井下数据缓冲装置中被删除。

在极端敏感的操作期间，用户可能需要获得比预设的采样速率更高的采样速率以便在可视化中获得更高分辨率。为了实现这一点，可以发送另外的的控制信号以把井下工具串的速度从第一速度改变为第二速度。把速度改变为更低速度可以促成比预设的采样速率更高的第二采样速率，因为更高采样速率可以在井下工具串移动得更慢时实现。在使感兴趣区域可视化之后，采样速率可以通过再次发送另外的的控制信号而被改变为新的采样速率。

当采样速率已经被改变为更低采样速率时，传送速率可能比采样速率更高。当工具串的传感器被移动经过井中的不感兴趣的部分时，传送速率经常被设置为最大可能的传送速率。并且当移动经过这些不感兴趣的部分时，最大数据被传送到地面使得缓冲装置中的空间可以用于新获取的数据。工具串的传感器一移动到感兴趣的部分中，采样速率就再次增大，并且由于并非全部数据可以被提交到地面，所以数据的一部分被暂时地存储在缓冲装置中。

使井下环境可视化的方法可以包括不仅以第二传送速率传送传感器数据的第二部分，而且以第三传送速率传送传感器数据的第三部分，以及基于传感器数据的被传送的第一、第二和第三部分使井下环境可视化。当用户请求依据更高的第二传送速率的更高分辨率时，第二速率可能再次太小以致于不能在可视化中解析感兴趣的方面。为了完美地解析感兴趣区域，可以因此请求以第三传送速率传送传感器数据的第三部分。可视化可以随后基于传感器数据的第一第二部分和第三部分来执行。传感器数据的第一和第二部分已经被发送到井上数据处理装置，并且因此把可视化部分地基于全部三个部分可以最小化需要传送的数据量以避免传送冗余数据。传感器数据的第四、第五和甚至另外的部分可以以第四、第五或备选传送速率传送，以在特定操作期间改善分辨率或最小化数据传送。

数据缓冲装置7被构造为任何种类的数据缓冲器，其能够在有限的时间间隔期间存储一定量的数据以便允许井下数据处理装置4使用暂时地存储在数据缓冲装置中的数据执行快速操作。数据缓冲装置7可以使用随机存取技术以便以快于例如顺序存取技术的速度读取/写入数据，并且可以因此当存在对数据缓冲装置7的读取/写入速度的高需求时被使用。数据缓冲装置7可以包括控制器单元，该控制器单元是能够执行基本操作(诸如读取，写入，接收和发送数据)的电路。通过具有包括控制器单元的更智能的井下数据缓冲装置7，会允许数据缓冲装置7减小对井下数据处理装置4的依赖性和与其的交互，例如当合乎需要的是直接把数据写入井下数据存储装置8时。

通过随机存取技术意味着允许以随机顺序访问数据来读取/写入数据以便允许对数据的更快速的访问、而无需对数据排序的任何技术(例如随机存取存储器RAM)。

通过井下数据存储装置8意味着能够长时间且以非易失性的方式存储数据以便允许数据被安全地存储并且在井下工具串2已经被收回到地面时允许数据被访问的任何种类的数据存储装置。存储装置可以使用顺序存取技术来读取/写入数据，因为井下数据存储装置8的读取/写入速度通常相关度较小，因为存储在井下数据存储装置8中的传感器数据200在井下通常不被访问。为了进一步提高在井下获得的传感器数据200的冗余性，井下工具串2可以包括多个数据存储装置8，使得数据可以以被称为RAID(指独立磁盘冗余阵列)技术的若干方式之一分布在不同的存储装置8上。RAID技术甚至在一些或更多磁盘出故障期间仍能取决于设定而确保数据的冗余性，这在非常苛刻和极端环境(例如具有酸性流体和高程度的振动)中的井下操作期间会是有利的，特别是如果存储的传感器数据200对于操作有极大价值的话。

通过处理装置意味着能够对数据执行计算，发送/接收模拟或数字数据到与处理装置连接的装置(诸如传感器3，数据缓冲装置7，数据存储装置8，和其他处理器诸如井下和井上数据处理装置4、5)的任何种类的处理器。处理装置还可以包括能够执行特定操作(诸如模拟到数字转换)的单元。

数据通信链路6应被解释为结合来自井下工具串2(诸如线缆或脐带管(umbilical))的数据传送使用的任何种类的数据传送技术。线缆的主要目的是把井下工具串降下至钻孔、并且通过使用线缆中的一个或多个导体把电力供应到井下工具串。线缆对于数据传送并不是最优化的，这是对经由通信链路6(诸如线缆)的数据传送的限制在井下操作领域内如此关键的原因。

尽管在上面已经结合本发明的优选实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员将明显的是，可以想到若干改型而不脱离所附权利要求限定的发明。

Claims (9)

1.一种使用井下可视化系统使井下环境可视化的方法，所述井下可视化系统包括：包括一个或多个传感器(3)的井下工具串(2)，用于处理传感器信号以提供传感器数据(200)的井下数据处理装置(4)，用于井上处理和可视化的井上数据处理装置(5)，以及用于将所述传感器数据从所述井下数据处理装置传送到所述井上数据处理装置的数据通信链路(6)，所述传感器能够产生表示所述井下环境中的一个或多个物理参数的传感器信号(100)，所述井下可视化系统还包括井下数据缓冲装置(7)，所述井下数据缓冲装置(7)能够从所述井下数据处理装置接收所述传感器数据，并将所述传感器数据暂时存储在所述井下数据缓冲装置中，

所述方法包括以下步骤：

-在所述井下环境内移动所述井下工具串，

-在移动期间，使用产生表示所述井下环境中的一个或多个物理参数的传感器信号的所述一个或多个传感器感测一个或多个物理参数，

-处理所述传感器信号以提供传感器数据，

-将以预设的采样速率获得的缓冲的传感器数据暂时存储在所述井下数据缓冲装置中，

-以等于或低于所述采样速率的预设的第一传送速率将所述传感器数据(200)的第一部分传送到所述井上数据处理装置，

-使用所述井上数据处理装置处理所述传感器数据的第一部分，并基于所述传感器数据的第一部分使所述井下环境可视化，

-基于事件将控制信号(300)从所述井上数据处理装置发送到所述井下数据处理装置，从而将传送速率从第一传送速率改变为第二传送速率，所述事件例如是在所述井下环境的可视化期间一个或多个物理参数的突然变化，

-至少部分地将存储在所述井下数据缓冲装置中的所述传感器数据(200)的第二部分传送到所述井上数据处理装置，以及

-基于所述传感器数据的第一部分和所述传感器数据的第二部分，使按时间顺序在所述事件之前和之后的井下环境可视化，而不使所述井下工具串的移动反向。

2.根据权利要求1所述的使井下环境可视化的方法，其中所述第二传送速率高于所述第一传送速率且低于所述采样速率。

3.根据权利要求1或2所述的使井下环境可视化的方法，还包括以下步骤：删除所述井下数据缓冲装置中的所述缓冲的传感器数据中的已经被传送到所述井上数据处理装置的部分。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的使井下环境可视化的方法，还包括以下步骤：发送另外的控制信号以将所述井下工具串的速度从第一速度改变为第二速度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的使井下环境可视化的方法，还包括以下步骤：将所述采样速率从第一采样速率改变为第二采样速率。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的使井下环境可视化的方法，还包括以下步骤：以第二传送速率传送传感器数据的第二部分，以及以第三传送速率传送传感器数据的第三部分。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的使井下环境可视化的方法，还包括以下步骤：基于所述传感器数据的被传送的第一、第二和第三部分，使所述井下环境可视化。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的使井下环境可视化的方法，其中所述事件是套管结构的变化，地层结构的变化，或所述井下环境中存在的流体特性的变化。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的使井下环境可视化的方法，其中当所述工具串的传感器移动经过井的不感兴趣的部分时，所述传送速率比所述采样速率高。