I metodi di telemetria avevano difficoltà a far fronte ai grandi volumi di dati del fondo pozzo, quindi la definizione di MWD è stata ampliata per includere i dati archiviati nella memoria dello strumento e recuperati quando lo strumento veniva riportato in superficie. Tutti i sistemi MWD hanno tipicamente tre sottocomponenti principali:
- Sistema di alimentazione
- Sistema di telemetria
- Sensore direzionale
Sistemi di alimentazione
I sistemi di alimentazione nella MWD generalmente possono essere classificati in due tipi: batteria o turbina. Entrambi i tipi di sistemi di potere presentano vantaggi e svantaggi intrinseci. In molti sistemi MWD, una combinazione di questi due tipi di sistemi di alimentazione viene utilizzata per fornire energia allo strumento MWD in modo che l'alimentazione non venga interrotta durante le condizioni di flusso del fluido di perforazione intermittente-. Le batterie possono fornire questa energia indipendentemente dalla-circolazione del fluido di perforazione e sono necessarie se si verifica un disboscamento durante l'entrata o l'uscita dal foro.
Sistemi di batterie
Le batterie al litio-cloruro di tionile sono comunemente utilizzate nei sistemi MWD per la loro eccellente combinazione di elevata-densità di energia e prestazioni superiori alle temperature di servizio MWD. Forniscono una fonte di tensione stabile fino alla fine della loro vita utile e non richiedono componenti elettronici complessi per condizionare l'alimentazione. Queste batterie, tuttavia, hanno una produzione di energia istantanea limitata e potrebbero non essere adatte per applicazioni che richiedono un consumo di corrente elevato. Sebbene queste batterie siano sicure a temperature più basse, se riscaldate oltre i 180 gradi, possono subire una reazione violenta e accelerata ed esplodere con forza significativa. Di conseguenza, sono previste restrizioni sulla spedizione di batterie al litio-cloruro di tionile negli aerei passeggeri. Anche se queste batterie sono molto efficienti durante la loro vita utile, non sono ricaricabili e il loro smaltimento è soggetto a rigide normative ambientali.
Sistemi a turbina
La seconda fonte di abbondante produzione di energia, l'energia delle turbine, utilizza il flusso dei fluidi di perforazione-della piattaforma. La forza di rotazione viene trasmessa dal rotore di una turbina a un alternatore attraverso un albero comune, generando una corrente alternata (CA) trifase di frequenza variabile. I circuiti elettronici rettificano la corrente alternata in corrente continua utilizzabile (CC). I rotori della turbina per questa attrezzatura devono accettare un'ampia gamma di portate per soddisfare tutte le possibili condizioni di pompaggio del fango-. Allo stesso modo, i rotori devono essere in grado di tollerare notevoli quantità di detriti e materiale perso in circolazione (LCM) trascinati nel fluido di perforazione.
Sistemi di telemetria
La telemetria degli impulsi del fango- è il metodo standard nei sistemi MWD commerciali e nei sistemi di registrazione durante la perforazione (LWD). I sistemi acustici che trasmettono lungo il tubo di perforazione subiscono un'attenuazione di circa 150 dB per 1000 m nel fluido di perforazione.[1] Sono stati fatti diversi tentativi per costruire aste di perforazione speciali con un filo metallico integrale. Sebbene offra velocità dati eccezionalmente elevate, il metodo di telemetria cablata integrale richiede:
Tubo di perforazione speciale costoso
Movimentazione speciale
Centinaia di collegamenti elettrici che devono rimanere affidabili anche in condizioni difficili
L'esplosione delle misurazioni downhole ha stimolato nuovi lavori in quest'area e sono state dimostrate velocità di dati superiori a 2.000.000 di bit/secondo.
La trasmissione elettromagnetica a bassa-frequenza ha un uso commerciale limitato nei sistemi MWD e LWD. A volte viene utilizzato quando si utilizza aria o schiuma come fluido di perforazione. La profondità dalla quale può essere trasmessa la telemetria elettromagnetica è limitata dalla conduttività e dallo spessore delle formazioni sovrastanti. Ripetitori o amplificatori di segnale posizionati nella corda di perforazione estendono la profondità dalla quale i sistemi elettromagnetici possono trasmettere in modo affidabile.
Sono disponibili tre sistemi di telemetria a impulsi-fango: sistemi a impulsi-positivi, a impulsi-negativi e a onde-continue. Questi sistemi prendono il nome dal modo in cui i loro impulsi si propagano nel volume del fango. I sistemi a impulso-negativo creano un impulso di pressione inferiore a quello del volume del fango scaricando una piccola quantità di fango della corda di perforazione ad alta-pressione dal tubo di perforazione all'anello. I sistemi a impulsi-positivi creano una momentanea restrizione del flusso (pressione maggiore rispetto al volume del-fango di perforazione) nel tubo di perforazione. I sistemi a onde continue-creano una frequenza portante che viene trasmessa attraverso il fango e codificano i dati utilizzando gli sfasamenti della portante. Vengono utilizzati molti sistemi di codifica dei dati-diversi, spesso progettati per ottimizzare la durata e l'affidabilità del generatore di impulsi, poiché deve sopravvivere al contatto diretto con l'abrasivo,flusso di fango ad alta-pressione.
Il rilevamento del segnale di telemetria- viene eseguito da uno o più trasduttori posizionati sul tubo di livello dell'impianto. I dati vengono estratti dai segnali da apparecchiature informatiche di superficie alloggiate in un'unità skid o sul pavimento della perforazione. La riuscita della decodifica dei dati dipende fortemente dal rapporto segnale-rispetto-rumore.
Esiste una stretta correlazione tra la dimensione del segnale e la velocità dei dati di telemetria; maggiore è la velocità dei dati, minore diventa la dimensione dell'impulso. La maggior parte dei sistemi moderni ha la capacità di riprogrammare i parametri di telemetria dello strumento e rallentare la velocità di trasmissione dei dati-senza inciampare; tuttavia, il rallentamento della velocità dei dati influisce negativamente sulla densità dei dati di log-.
Rumore del segnale
Le fonti più importanti di rumore del segnale sono le pompe di fango, che spesso creano un rumore a frequenza relativamente alta-. L'interferenza tra le frequenze della pompa porta alla formazione di armoniche, ma questi rumori di fondo possono essere filtrati con tecniche analogiche. I sensori di velocità della pompa-possono essere un metodo molto efficace per identificare e rimuovere il rumore della pompa dal segnale telemetrico grezzo. Il rumore a frequenza-bassa nel volume del fango è spesso generato dai motori di perforazione. Anche la profondità del pozzo e il tipo di fango influiscono sull'ampiezza e sulla larghezza del segnale ricevuto-. In generale, i fanghi a base di petrolio-(OBM) e i fanghi a base di pseudo-olio-sono più comprimibili dei fanghi a base di acqua-; pertanto, provocano le maggiori perdite di segnale. Tuttavia, i segnali sono stati recuperati senza problemi significativi da una profondità di quasi 9.144 m (30.000 piedi) in fluidi comprimibili.
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