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LTE-Smartphone meets Drill String - Neue Chancen für die bidirektionale akustische Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über das Bohrgestänge

 
: Richter, H.; Gutierrez Estevez, M.A.; Zandi-Nia, A.; Sohmer, M.; Krüger, K.; Jurczyk, A.; Löbert, L.; Lydorf, R.; Krüger, U.; Krüger, K.A.; Böhner, F.; Schubert, B.; Eggemann, K.; Jaksch, K.; Giese, R.; Reich, M.

Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle, Fachbereich Aufsuchung und Gewinnung von Erdöl und Erdgas; Österreichische Gesellschaft für Erdölwissenschaften -ÖGEW-:
DGMK/ÖGEW-Frühjahrstagung des Fachbereiches Aufsuchung und Gewinnung 2014. CD-ROM : 24. und 25. April 2014 in Celle, Autorenmanuskripte
Hamburg: DGMK, 2014 (Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle. Tagungsbericht 2014, 1)
ISBN: 978-3-941721-42-5
pp.627-646
Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle, Fachbereich Aufsuchung und Gewinnung von Erdöl und Erdgas (Frühjahrstagung) <2014, Celle>
German
Conference Paper
Fraunhofer HHI ()

Abstract
Die Übertragungsrate von Datenübertragungssystemen in der Tiefbohrtechnik ist trotz vieler laufender Forschungsansätze immer noch sehr begrenzt. Mit der gängigen Mud-Pulse-Telemetrie sind in der Praxis meist nur Datenraten von unter 10 Bits pro Sekunde (bit/s) realisierbar. Deshalb wurde die Machbarkeit einer alternativen Datenübertragung mittels akustischer Wellen über das Bohrgestänge im Projekt SPWD-BUSData erfolgreich aufgezeigt. Dort wurde der derzeit modernste Mobilfunkstandard LTE für die akustische Übertragung über einen Bohrstrang modifiziert. Damit steht nun ein vollständiges und fertig entwickeltes Übertragungssystem für Feldtests zur Verfügung. Insbesondere die dabei eingesetzte adaptive orthogonale Mehrträger-Übertragungstechnik (OFDM) erlaubt erstmalig in der Tiefbohrtechnik eine flexible Anpassung des Datenstromes an den sehr komplexen und variablen akustischen Kanal eines Bohrstrangs.
Bei einem Praxistest in der vertikalen Kontinentalen Tiefbohrung (KTB) wurde erstmalig mit diesem neuartigen Datenübertragungsverfahren gearbeitet. Um den Aufwand in Grenzen zu halten, wurden die Daten zunächst ohne Rückkanal von Über- nach Untertage übertragen, daher konnte keine direkte Kanalanpassung durchgeführt werden. Das Primärziel war hier zunächst nur die Ermittlung der Eigenschaften des akustischen Übertragungskanals für große Gestängelängen, um damit dann eine adaptive Übertragung simulieren zu können. Das Ergebnis der Simulation zeigt, dass bereits bis in 1 km Tiefe eine Datenrate von über 700 bit/s erreicht wird. Bei 1,5 km beträgt die Datenrate derzeit noch knapp 100 bit/s. Dies entspricht in der Größenordnung dem Zehnfachen gängiger Mud-Pulse-Telemetrie.
In der aktuellen Projektphase werden zwei Schwerpunkte weiter verfolgt. Zum einen sollen die erzielbare Datenrate und die Reichweite des Systems durch Verbesserungen wie der Linearisierung der Sender, dem Ausnutzen der Multiple Input Multiple Output (MIMO) Techniken, die durch den parallelen Einsatz mehrerer Sender und Empfänger möglich werden, und der Kommunikationsalgorithmen noch signifikant gesteigert werden. Das Potential der aufgeführten Verbesserungs- und Entwicklungsmöglichkeiten ist so groß, dass Daten bis aus Teufen von vier bis fünf Kilometern sicher akustisch über den Bohrstrang übertragen werden könnten. Im zweiten Schwerpunkt wird ein komplett im Bohrstrang integriertes Datenübertragungssystem aufgebaut, das unter realen Einsatzbedingungen in einer Vertikalbohrung (zunächst mit großkalibrigem Raisebore-Gestänge) getestet werden wird. Dabei wird speziell die bidirektionale Datenübertragung mit adaptiver Übertragung über den Bohrstrang im Fokus stehen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-327995.html