BR112013000160B1

BR112013000160B1 - conjunto de acoplador indutivo para uso em um ambiente de fundo de poço

Info

Publication number: BR112013000160B1
Application number: BR112013000160A
Authority: BR
Inventors: Deville Benoît; G Juchereau Bernard; Chouzenoux Christian; Dufour Yann
Original assignee: Prad Res And Developmente Limited
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2020-05-19
Also published as: WO2012003999A2; CN103124831B; US20130181799A1; WO2012004000A2; EP2591200A2; US8988178B2; EP2591201B1; EP2591200B1; CN103180539A; BR112013000019A2; CN103180539B; BR112013000160A2; EP2591201A2; BR112013000019B1; CN103124831A; WO2012003999A3; WO2012004000A3; US20130120093A1; US9000873B2

Abstract

conjunto de acoplador indutivo para uso em um ambiente de fundo de poço, e método de conduzir energia e comunicações em um ambiente de fundo de poço. são descritos um conjunto de acoplador indutivo para uso em um ambiente de fundo de poço e métodos relacionados. um conjunto de acoplador indutivo exemplar inclui um primeiro acoplador indutivo tendo primeira e segunda bobinas magneticamente acoplados e um segundo acoplador indutivo tendo terceira e quarta bobinas magneticamente acopladas. a primeira e a terceira bobinas são acopladas a um primeiro par de linhas de sinal e a segunda e quarta bobinas são acopladas a um segundo par de linhas de sinal. o primeiro acoplador indutivo é para conduzir magneticamante um sinal de comunicação diferencial entre o primeiro e o segundo pares de linhas de sinal, e o segundo acoplador indutivo é para conduzir megnaticamente um sinal de energia de modo comum entre o primeiro e o segundo pares de linhas de sinal.

Description

CONJUNTO DE ACOPLADOR INDUTIVO PARA USO EM UM AMBIENTE DE FUNDO DE POÇO

CAMPO DA REVELAÇÃO

Essa revelação se refere em geral à produção de óleo de gás e, mais especificamente, aos conjuntos de acopladores indutivos de fundo de poço.

ANTECEDENTES DA REVELAÇÃO

Um sistema de completação é instalado em um poço para produzir fluidos de hidrocarboneto, referidos comumente como óleo e gás, a partir de reservatórios adjacentes ao poço ou para a injeção de fluidos no poço. Em muitos casos, o sistema de completação inclui dispositivos elétricos que têm que ser energizados e os quais se comunicam com um controlador na superfície da terra ou de fundo de poço. Tradicionalmente, cabos elétricos são baixados até locais de fundo de poço para possibilitar tais transferências de comunicação e energização elétrica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra um sistema de completação de dois estágios de fundo de poço exemplar que tem um acoplador indutivo exemplar.

A Figura 2 ilustra outro sistema de completação de dois estágios, exemplar.

A Figura 3 ilustra um conjunto de acoplador indutivo de bobina única, exemplar.

A Figura 4 ilustra uma arquitetura elétrica e exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 3.

A Figura 5 ilustra um conjunto de acoplador indutivo de bobina dupla exemplar.

A Figura 6 ilustra uma arquitetura elétrica exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 5.

A Figura 7 ilustra um conjunto de acoplador indutivo multilateral exemplar.

A Figura 8 ilustra uma arquitetura elétrica exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 7.

A Figura 9 ilustra outra arquitetura elétrica exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 5 incluindo um conversor de CA/CC exemplar.

A Figura 10 ilustra outra arquitetura elétrica exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 5 incluindo um conversor de CC/CA exemplar e um conversor de CA/CC exemplar.

A Figura 11 ilustra outra arquitetura elétrica exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 5 incluindo transformadores de modulação, exemplares.

A Figura 12 ilustra outra arquitetura elétrica exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 5 incluindo condicionadores de telemetria, exemplares.

A Figura 13 ilustra a arquitetura elétrica exemplar alternativa.

A Figura 14 ilustra a arquitetura elétrica exemplar alternativa adicional.

A Figura 15 ilustra outra arquitetura elétrica exemplar para o conjunto de acoplador da Figura 5 incluindo um multiplexador e um demultiplexador, exemplares.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Certos exemplos são mostrados nas figuras identificadas acima e descritos em detalhe abaixo. Na descrição desses exemplos, números de referência semelhantes ou idênticos são usados para identificar os mesmos elementos ou elementos similares. As figuras não estão necessariamente em escala e certas características e certas vistas das figuras podem ser mostradas de forma exagerada em escala ou esquematicamente para clareza e/ou concisão. Adicionalmente, vários exemplos foram descritos por todo esse relatório descritivo. Quaisquer características a partir de qualquer exemplo podem ser incluídas com, umà substituição para, ou de outro modo combinadas com outras características a partir de outros exemplos.

De acordo com alguns exemplos aqui descritos, um sistema de completação é provido para instalação em um poço, onde o sistema de completação permite monitoração em tempo real de parâmetros de fundo de poço, tal como temperatura, pressão, taxa de fluxo, densidade de fluido, resistividade de reservatório, razão de óleo/gás/água, viscosidade, razão de carbono/oxigênio, parâmetros acústicos, detecção química (tal como em relação à crosta, cera, asfalteno, deposição, detecção de pH, detecção de salinidade), e assim por diante. O poço pode ser um poço ao largo ou um poço baseado em terra. 0 sistema de completação inclui um conjunto de sensores (tal como na forma de um arranjo de sensores) que pode ser colocado em múltiplos locais de um poço. A monitoração em tempo real se refere à capacidade de observar os parâmetros de fundo de poço durante determinada operação realizada no poço, tal como durante a produção ou injeção de fluidos ou durante uma operação de intervenção. Os sensores do conjunto de sensores são colocados em locais discretos correspondendo a vários pontos de interesse. Além disso, o conjunto de sensores pode ser colocado fora ou dentro de um conjunto de controle de areia, o qual pode incluir uma tela de areia, um revestimento fendido ou perfurado, ou um tubo fendido ou perfurado.

Em alguns exemplos, um sistema de completação tendo ao menos dois estágios (uma seção de completação superior e uma seção de completação inferior) é utilizado. Nesses exemplos, a seção de completação inferior é baixada dentro do poço em um primeiro percurso, onde a seção de completação inferior inclui o conjunto de sensores. Uma seção de completação superior é então baixada em um segundo percurso, onde a seção de completação superior é acoplada de forma indutiva à primeira seção de completação para possibilitar a condução de sinalização ou comunicações e energia entre o conjunto de sensores e outro componente que esteja localizado em cima do furo do conjunto de sensores. O acoplamento indutivo entre as seções de completação, superiores e inferiores, possibilita que energia e também sinalização sejam estabelecidas entre o conjunto de sensores e os componentes de topo de furo, tal como um componente localizado em outro lugar no furo de poço ou na superfície da terra.

A frase completação de dois estágios deve ser entendida como incluindo aquelas completações onde componentes de completação adicionais são baixados após a primeira completação superior, tal como usado comumente em algumas aplicações frac-pack de furo revestido. Em tais poços, acoplamento indutivo pode ser usado entre o componente de completação mais baixo e o componente de completação acima, ou pode ser usado em outras interfaces entre os componentes de completação. Vários acopladores indutivos também podem ser usados no caso em que haja múltiplas interfaces entre os componentes de completação.

Indução de CA se refere à transferência de um sinal eletromagnético de mudança gradual ou energia que não se baseia em um circuito elétrico condutivo fechado, mas, em vez disso, inclui um componente ou circuito magnético. Por exemplo, se uma corrente de mudança gradual é passada através de uma primeira bobina, então uma consequência da variação de corrente é a geração de um campo eletromagnético no meio circundando a primeira bobina. Se uma segunda bobina for colocada naquele campo eletromagnético, então a corrente é induzida na segunda bobina. A eficiência desse acoplamento indutivo aumenta à medida que as bobinas são colocadas mais próximas, mas isso não é uma restrição necessária. Por exemplo, se uma corrente de mudança gradual for passada através de uma bobina envolta em torno de um mandril metálico, então uma corrente será induzida em uma bobina envolta em torno do mesmo mandril em determinada distância deslocada a partir da primeira bobina. Desse modo, um único transmissor pode ser usado para energizar ou para comunicação com múltiplos sensores ao longõ de um furo de poço. Dada energia suficiente, a distância de transmissão pode ser muito grande. Por exemplo, bobinas de solenóide na superfície da terra podem ser usadas para comunicação de forma indutiva com bobinas subterrâneas profundas dentro do furo de poço. Além disso, as bobinas não têm que ser envoltas como solenóides. Outro exemplo de acoplamento indutivo ocorre quando a bobina é envolta como um toroide em torno de um mandril de metal e uma corrente é induzida em um segundo toroide a alguma distância afastada do primeiro.

Em exemplos alternativos, o conjunto de sensores pode ser provido com a seção de completação superior mais propriamente do que com a seção de completação inferior. Em ainda outros exemplos, um sistema de completação de estágio único pode ser usado.

Embora as seções de completação superiores possam proporcionar energia às seções de completação inferiores através de acopladores indutivos, as seções de completação inferiores também podem obter energia a partir de outras fontes tais como, por exemplo, baterias ou fontes de energia que captam a energia a partir de vibrações (por exemplo, vibrações no sistema de completação). Fornecimentos de energia que captam a energia a partir de vibrações podem incluir um gerador de energia que converte vibrações em energia que é então armazenada em um dispositivo de armazenamento de carga tal como uma batería. Quando a completação inferior obtém energia a partir de outras fontes, o acoplamento indutivo ainda pode ser usado para facilitar a comunicação através dos componentes de completação.

Em alguns' dos exemplos aqui descritos, a arquitetura dè completação possibilita telemetria ou comunicações em ambas as direções (isto é, a partir da superfície para um local de fundo de póço e a partir de um ou mais dos dispositivos elétricos de fundo de poço para a superfície) em um modo diferencial por intermédio de um cabo de dois fios. Em outras palavras, uma voltagem e/ou corrente diferencial entre dois fios de um cabo podem transmitir quadros de telemetria. Além disso, com esses exemplos, a arquitetura de completação possibilita que a energia seja conduzida como um sinal de modo comum nos mesmos dois fios do cabo. Em alguns exemplos, na superfície, um transformador de modulação possibilita a multiplexação do sinal de energia e do sinal de telemetria ou comunicação. Nesse exemplo, o sinal de comunicação é um sinal de voltagem diferencial entre os dois fios do cabo e o sinal de energia é um sinal de corrente alternada (CA) que é transmitido nos dois fios do cabo por intermédio de uma conexão direta para uma derivação central ou ponto médio de uma bobina secundária do transformador de modulação. Portanto, a voltagem entre cada um dos fios do cabo e a massa (por exemplo, blindagem do cabo, acabamento, etc.) carrega uma voltagem CA +/- metade do sinal de comunicação. A voltagem de CA da fonte de energia nos exemplos descritos aqui pode variar de aproximadamente 150 volts a aproximadamente 600 volts ou pode ter uma faixa mais ampla a partir de aproximadamente 100 volts a aproximadamente 1.000 volts. As frequências de portadoras de energia e de comunicação são selecionadas para otimizar a distância de transmissão máxima, taxas baud, robustez de telemetria e eficiência de energia para uma aplicação específica. Além disso, o sinal de energia pode ser transmitido em baixa frequência por intermédio de uma bobina de acoplador tendo um número relativamente grande de voltas com elevada eficiência, e o sinal de comunicação pode ser transmitido com eficiência inferior por intermédio de uma bobina de acoplador tendo um número de voltas relativamente menor.

Em alguns dos exemplos aqui descritos, energia e telemetria ou comunicações são transmitidas através de um acoplador indutivo sem quaisquer meios eletrônicos de estado sólido, ou transformadores de modulação, adicionais, porque as bobinas de telemetria são usadas como um transformador de modulação. Em um exemplo, as duas extremidades dos fios de cabo blindado são acopladas diretamente a uma bobina principal do acoplador de telemetria enquanto que um fio adicional acopla a derivação central da bobina principal a uma extremidade de uma bobina principal de um acoplador de energia, a outra extremidade da bobina sendo conectada à massa. A voltagem diferencial, a qual é o sinal de comunicação ou telemetria, é conduzida magneticamente' para a bobina secundária de telemetria, enquanto que o sinal de energia de CA é conduzido de forma magnética para a bobina secundária de acoplador de energia. Adicionalmente, a bobina secundária de energia é acoplada à derivação central da bobina secundária de telemetria e à massa. Portanto, as duas saídas da bobina secundária de telemetria, as quais são conectadas diretamente aos dois fios do cabo blindado inferior, conduzem o sinal de telemetria no modo diferencial e o sinal de. energia no modo comum, como é o caso na completação superior.

De acordo com os exemplos aqui descritos, um acoplamento indutivo para energia e telemetria pode ser implementado sem exigir o uso de meios eletrônicos entre a unidade de superfície e os dispositivos elétricos de fundo de poço (por exemplo, sensores, acionadores, etc.). Adicionalmente, a telemetria ou comunicações e energia podem ser bidirecionais. Em outras palavras, a comunicação pode ser enviada a partir de uma unidade de superfície para um local de fundo de poço e/ou as comunicações podem ser enviadas a partir de um local de fundo de poço para a unidade de superfície. Similarmente, a energia pode ser conduzida para o fundo de poço e/ou pode ser enviada para o topo do poço a partir de um local de fundo do poço.

Além disso, os exemplos aqui descritos podem ser usados para implementar uma arquitetura elétrica para uso com completações de múltiplos estágios e/ou multilaterais. Em tais exemplos, um acoplador principal é instalado em série em um cabo e um ou mais acopladores secundários são conectados em série e/ou em paralelo nos dois fios inferiores. Dispositivos elétricos tais como, por exemplo, sensores, acionadores ou qualquer outro dispositivo elétrico adequado podem ser conectados em série e/ou em paralelo ou em qualquer um dos dois fios.

Além disso, nesses exemplos, pode haver múltiplos fios. Por exemplo, o retorno de terra ou massa também pode ser um fio ou muitos fios em paralelo, e dois fios conduzindo energia e telemetria para o fundo de poço também podem ser múltiplos fios em paralelo.

Um conjunto em um ambiente de de acoplador indutivo exemplar para uso fundo de poço aqui descrito inclui um primeiro acoplador indutivo que tem primeira, e segunda, bobinas magneticamente acopladas e um segundo acoplador indutivo que tem terceira e quarta bobinas magneticamente acopladas. A primeira e a terceira bobina são acopladas a um primeiro par de linhas de sinal e a segunda e quarta bobina são acopladas a um segundo par de linhas de sinal. O primeiro acoplador indutivo serve para conduzir magneticamente um sinal de telemetria ou comunicação, diferencial entre o primeiro e segundo pares de linhas de sinal e o segundo acoplador indutivo serve para conduzir magneticamente um sinal de energia de modo comum entre o primeiro e o segundo pares de linhas de sinal.

Outro conjunto de acoplador indutivo, exemplar, para uso em üm ambiente de fundo de poço inclui um acoplador de telecomunicações ou de telemetria para conduzir um sinal de comunicações ou de telemetria diferencial entre um primeiro par e um segundo par de linhas de sinal e um acoplador de energia para sinal de energia de modo comum entre o primeiro conduzir um e o segundo pares de linhas de sinal.

Ainda outro conjunto de acoplador indutivo, exemplar para uso em um ambiente de fundo de poço inclui uma primeira bobina tendo uma primeira conexão com uma primeira extremidade da primeira bobina; uma segunda conexão com uma segunda extremidade da primeira bobina; e uma terceira conexão com uma derivação central da primeira bobina. 0 conjunto de acoplador indutivo, exemplar inclui também uma segunda bobina para ser acoplada de forma magnética com a primeira bobina; a segunda bobina tendo uma quarta conexão com uma primeira extremidade da segunda bobina; uma quinta conexão com uma segunda extremidade da segunda bobina; e uma sexta conexão com uma derivação central da segunda bobina. Nesse exemplo, há também uma terceira bobina que tem uma sétima conexão com uma primeira extremidade da terceira bobina e uma oitava conexão com uma segunda extremidade da terceira bobina. O conjunto de acoplador indutivo exemplar inclui também uma quarta bobina para ser acoplada de forma magnética com a terceira bobina; a quarta bobina tendo uma nona conexão com uma primeira extremidade da quarta bobina; e uma décima conexão com uma segunda extremidade da quarta bobina. Nesse exemplo, a oitava e a décima Conexões são acopladas ao aterramento ou retorno elétrico; a sétima conexão é conectada eletricamente còm a terceira conexão; e a nona conexão é conectada eletricamente com a sexta conexão de modo que a primeira e a segunda bobinas conduzem magneticamente as comunicações e a terceira e quarta bobinas conduzem energia de forma magnética.

Um	método	exemplar	de conduzir energia	e
comunicações	em	um	ambiente	de fundo de poço inclui	a
transmissão	de	um	sinal de	energia e de um sinal	de
comunicação	por	intermédio de	um primeiro par de fios;	o

sinal de energia sendo um sinal de modo comum no primeiro par de fios e o sinal de comunicação sendo um sinal diferencial no primeiro par de fios. O método exemplar inclui também conduzir magneticamente o sinal de comunicação a pàrtir do primeiro par de fios para um segundo par de fios por intermédio do primeiro acoplador indutivo. Adicionalmente, o método exemplar inclui conduzir magneticamente o sinal de energia a partir do primeiro par de fios para o segundo par de fios por intermédio de um segundo acoplador indutivo.

Voltando agora para as figuras, a Figura 1 mostra um sistema de completação de dois estágios com uma seção de completação superior 100, engajada com uma seção de completação inferior 102. Nesse exemplo, o sistema de completação de dois estágios é um sistema de completação de face de areia que é projetado para ser instalado em um poço que tem uma região 104 que é sem liner ou não revestida (isto é, “região de furo aberto). Conforme mostrado na Figura 1, a região' de furo aberto 104 está abaixo de uma região revestida que tem um revestimento 106. Na região de furo aberto 104, uma porção da seção de completação inferior 102 é provida próxima a uma face de areia 108.

Para impedir a passagem de material particulado, tal como areia, uma tela de areia 110 é provida na seção de completação inferior 102. Alternativamente, outros tipos de conjuntos de controle de areia podem ser usados, incluindo tubos fendidos ou perfurados ou revestimentos fendidos ou perfurados. Um conjunto de controle de areia é projetado para filtrar material particulado, tal como areia, para impedir que tais partículas fluam a partir de um reservatório circundante para dentro de um poço.

De acordo^ com alguns exemplos, a seção de completação inferior 102 tem um conjunto de sensores 112 que tem múltiplos sensores 114 posicionados em vários locais discretos através da face de areia 108. Em alguns exemplos, o conjunto de sensores 112 tem a forma de um cabo de sensores. O cabo de sensores 112 pode ser uma linha de controle contínua tendo porções nas quais os sensores 114 são providos. O cabo de sensores 112 é contínuo no sentido de que o cabo de sensores 112 proporciona uma vedação contínua contra os' fluidos, tais como fluidos de furo de poço, ao longo de sua extensão. Em alguns exemplos, o cabo de sensores contínuo 112 pode ter seções discretas de alojamento que são fixadas de forma vedada em conjunto. Em outros exemplos, o cabo de sensores 112 pode ser implementado com um alojamento integrado, contínuo sem rupturas.

Na seção de completação inferior 102, o cabo de sensores 112 também é conectado a um cartucho de controlador 116 que pode se comunicar com os sensores 114. O cartucho de controlador 116 pode receber comandos a partir de outro local tal como na superfície da terra ou a partir de outro local no poço (por exemplo, a partir de uma estação de controle 146 na seção de completação superior 100) . Esses comandos podem instruir o cartucho de controlador 116 para fazer com que os sensores 114 realizem medições ou enviem os dados medidos. Além disso, o cartucho de controlador 116 pode armazenar e comunicar os dados de medição a partir dos sensores 114. Assim, em intervalos periódicos, ou em resposta aos comandos, o cartucho de controlador 116 pode comunicar os dados medidos a outro componente (por exemplo, uma estação de controle 146) que está localizado em outro lugar no furo de poço ou na superfície da terra. Geralmente, o cartucho de controlador 116 inclui um processador e meio de armazenamento. A comunicação entre os sensores 114 e o cartucho de controlador 116 pode ser bidirecional ou pode usar um arranjo de mestre/escravo.

O cartucho de controlador 116 é conectado eletricamente a uma primeira porção de acoplador indutivo 118 (por exemplo, uma porção fêmea de acoplador indutivo) que é parte da seção de completação inferior 102. Conforme discutido adicionalmente abaixo, a primeira porção de acoplador indutivo 118 permite que a seção de completação inferior 102 se comunique com a seção de completação superior 100 de tal modo que comandos podem ser expedidos para o cartucho de controlador 116 e o cartucho de controlador 116 pode comunicar os dados de medição para a seção de completação superior 100. Nos exemplos nos quais a energia é gerada ou armazenada localmente na seção de completação inferior 102, o cartucho de controlador 116 pode incluir um fornecimento de energia oubateria.

Próximo¹ à porção inferior da seção de completação superior 100 está uma segunda porção de acoplador indutivo 144 (por exemplo, uma porção de acoplador indutivo macho). Quando posicionadas próximas uma da outra, a segunda porção de acoplador indutivo 144 e a primeira porção de acoplador indutivo 118 formam um acoplador indutivo que permite a comunicação acoplada de forma indutiva de dados e energia entre as seções de completação, superior e inferior, 100, 102.

Um condutor elétrico 147 (ou condutores) se estende a partir da segunda porção de acoplador indutivo 144 para a estação de controle 146, a qual inclui um processador e um módulo de energia e telemetria (para fornecer energia e para comunicar sinalização com o cartucho de controlador 116 na seção de completação inferior 102 através do acoplador indutivo). De modo adicional e opcional, a estação de controle 146 pode incluir sensores, tais como sensores de temperatura e/ou pressão.

A estação de controle 146 é conectada a um cabo elétrico 148 (por exemplo, um cabo elétrico de par de fios trançados) que se estende no sentido para cima até uma união de contração 150 (ou união de compensação de comprimento) . Na união de contração 150, o cabo elétrico 148 pode ser enrolado de um modo em espiral (para prover um cabo enrolado de modo helicoidal) até que o cabo elétrico 148 alcance uma gaxeta superior 152 na seção de completação superior 100. A gaxeta superior 152 é uma gaxeta com orifícios para permitir que o cabo elétrico 148 se estenda através da gaxeta 152 até acima da gaxeta com orifícios 152. O cabo elétrico 148 pode se estender a partir da gaxeta superior 152 por todo o caminho até a superfície da terra (ou até outro local no poço).

Em outro exemplo, a estação de controle 146 pode ser omitida e o cabo elétrico 148 pode se estender a partir da segunda porção de acoplador indutivo 144 (da seção de completação superior 100) até uma estação de controle em outro lugar no poço ou na superfície da terra.

A união de contração 150 é opcional e pode ser omitida em outros exemplos. A seção de completação superior 100 inclui também uma tubulação 154, a qual pode se estender por toda a extensão até a superfície da terra. A seção de completação superior 100 é carregada para dentro do poço na tubulação 154.

Quando as seções de completação, superior e inferior, 100 e 102, são engatadas, a comunicação entre o cartucho de controlador 116 e a estação de controle 146 pode ser realizada através do acoplador indutivo que inclui as porções de acoplador indutivo 118 e 144. A estação de controle 146 pode enviar comandos para o cartucho de controlador 116 na estação de completação inferior 102, ou a estação de controle 146 pode receber os dados de medição coletados pelos sensores 114 a partir do cartucho de controlador 116.

A Figura 2 mostra outro exemplo que utiliza dois acopladores indutivos 184 e 186, onde o primeiro acoplador indutivo 184 é usado para energia e comunicação de dados com um primeiro cabo de sensores 188, e o segundo acoplador indutivo 186 é usado para prover energia e comunicação de dados com o segundo cabo de sensores 190. O uso de dois acopladores indutivos e de dois cabos de sensores, correspondentes no exemplo da Figura 2 proporciona redundância no caso de falha de um dos cabos de sensores ou de um dos acopladores indutivos. Os cabos de sensores 188 e 190 são geralmente paralelos entre si. Contudo, os sensores 192 do cabo de sensores 188 são deslocados ao longo da direção longitudinal do furo de poço com relação aos sensores 194 do cabo de sensores 190. Em outras palavras, na direção longitudinal, cada sensor 192 é posicionado entre dois sensores sucessivos 194 (vide linha tracejada

196 na Figura 2) . Similarmente, cada sensor 194 é posicionado entre dois sensores sucessivos 192 (vide linha tracejada 198 na Figura 2) . Mediante provisão de deslocamentos longitudinais dos sensores 192 e 194, os sensores 192 e 194 podem coletar medições em diferentes profundidades no furo de poço. Dessa maneira, a densidade efetiva dos sensores na região de interesse é aumentada se os dois cabos de sensores 188 e 190 estiverem operacionais.

Em outro exemplo, os cabos de sensores 188 e 190 podem ser baixados em série em vez de em paralelo conforme ilustrado na Figura 2. Em ainda outro arranjo, em vez de ambos os cabos 188 e 190 serem cabos de sensores, um dos cabos pode serum cabo usado para prover controle, tal como para controlar um dispositivo de controle de fluxo (ou alternativamente, um dos cabos pode ser um cabo combinado de controle e de sensores).

Nos exemplos discutidos acima, um cabo de sensores proporciona fios elétricos que se interligam com múltiplos sensores em um’grupo ou arranjo de sensores. Em um exemplo alternativo, os fios entre os sensores podem ser omitidos. Nesse caso, múltiplas porções de acopladores indutivos podem ser providas para sensores correspondentes, com a seção de completação superior proporcionando porções de acopladores indutivos correspondentes para interagir com as porções de acopladores indutivos associadas aos sensores respectivos para comunicar energia e dados aos sensores.

Embora se faça referência aos dados de comunicação entre os sensores e outro componente no poço, nos exemplos alternativos nos quais os sensores são providos com suas próprias fontes de energia de fundo de poço, os sensores podem ser providos com energia suficiente para possibilitar que os sensores possam realizar medições e armazenar os dados por um período de tempo relativamente longo (por exemplo, meses). Naqueles exemplos, uma ferramenta de intervenção pode ser baixada para comunicação com os sensores para recuperar os dados de medição coletados. Em um exemplo, a combinação entre a ferramenta de intervenção é realizada utilizando acoplamento indutivo, onde uma porção de acoplador indutivo é instalada permanentemente na completação, e a porção de acoplador indutivo de casamento está na ferramenta de intervenção. A ferramenta de intervenção também pode ser usada para reabastecer (por exemplo, carregar) as fontes de energia de fundo de poço.

A Figura 3 mostra uma completação exemplar 400, disposta em um furo de poço 402 que inclui, nesse exemplo, uma seção revestida 404 e uma seção não revestida 406. A completação exemplar 400 inclui um acoplador indutivo 408 que tem um único par de bobinas acoplando de forma indutiva uma completação superior 410 e uma completação inferior 412. Uma completação de estágio dual é mostrada na Figura 3, o acoplador indutivo exemplar 408 e arquitetura elétrica relacionada (Figura 4) podem ser aplicados para completações de múltiplos estágios e/ou multilateral, uma vez que os acopladores adicionais podem ser configurados em série ou em paralelo em relação ao barramento principal.

O acoplador indutivo exemplar 408 inclui uma porção macho 414 tendo uma primeira bobina 416 e uma porção fêmea 418 que tem uma segunda bobina 420. A primeira bobina 416 e a segunda bobina 420 se acoplam de forma comunicativa para formar um único par de bobinas 422. Nesse exemplo, energia e comunicações são transmitidas a partir de uma unidade de superfície 424 através de uma cabeça de poço 426 e descendentemente na completação superior 404 em um cabo 428. 0 cabo 428 nesse exemplo é um cabo blindado compreendendo um ou vários fios. A energia e as comunicações são conduzidas magneticamente ou transferidas por intermédio de um único par de bobinas 422 para um cabo 430 na completação inferior 412.

No lado da completação superior 404, o cabo 428 inclui um fio de cabo de fundo de poço permanente (na sigla em inglês para·permanent downhole cable,PDC), o qual é um fio encapsulado qüe acopla energia e telemetria para as ferramentas de fündo de poço para a superfície, isto é, nesse exemplo, é acoplado diretamente à bobina superior 416. Assim, nenhum meio eletrônico adicional é necessário. Em outros exemplos, o fio do cabo 428 pode ser acoplado aos meios eletrônicos embutidos dentro do acoplador indutivo 408. Nesse exemplo, nenhum cartucho (tal como, por exemplo, o cartucho 116 descrito acima) é necessário. Em ainda outro exemplo, o fio no cabo 428 pode ser acoplado a um cartucho de meios eletrônicos, o qual é acoplado à bobina superior 416 através de um cabo blindado. Pelo lado da completação inferior 406, o cabo 430 inclui um fio PDC acoplado diretamente à bobina inferior 420, sem meios eletrônicos adicionais. Em outros exemplos, o fio do cabo 420 é acoplado aos meios eletrônicos embutidos dentro do acoplador 408, sem a necessidade de um cartucho. Além disso, em outro exemplo, o fio do cabo é acoplado a um cartucho de meios eletrônicos, o qual é acoplado à bobina inferior 420 por intermédio de um cabo blindado.

Uma arquitetura elétrica exemplar para o acoplador indutivo exemplar 408 da Figura 3 é mostrada na Figura 4. No exemplo mostrado, o fio/cabo PDC 428 é acoplado em uma extremidade à bobina superior 416. 0 outro fio/cabo PDC 430 é acoplado a uma extremidade da bobina inferior 420. A outra extremidade da bobina superior 416 e a outra extremidade da bobina inferior 420 são acopladas a um aterramento, a um percurso de retorno ou a uma massa, comum (por exemplo, retorno de sinal, terra, etc.) 432.

Além disso, nesse exemplo, a unidade de superfície 424 inclui um multiplexador 434 que multiplexa a energia de CA 436 e as comunicações 438 no mesmo fio 428. Os sinais de comunicação e também energia são transmitidos como sinais referenciados para a blindagem, terra ou retorno elétrico.

A frequência e/ou amplitude pode ser ajustada de acordo com as necessidades de uma aplicação especifica. O acoplador 408 forma um transformador que possibilita que ambos os sinais de CA (energia e comunicação) na bobina superior 416 sejam recuperados na bobina inferior 420. O número de voltas de material eletricamente condutivo ou fio usado para implementar as bobinas 416, 420 no acoplador 408 determina a largura de banda que o acoplador 408 pode acomodar para transmitir efetivamente um sinal de energia de baixa frequência e um sinal de comunicação ou de telemetria de frequência superior.

Em outros exemplos, energia de corrente continua (CC) pode ser conduzida a partir da superfície e um conversor CC/CA é implementado antes da bobina superior 416 para transmitir de forma indutiva a energia. Nesse exemplo, após a bobina inferior 420, a energia pode ser implementada como um sinal de CA, ou um conversor de CA/CC pode ser implementado para reconstruir o sinal de energia de CC.

A Figura 5 ilustra a completação 400 com a completação superior 410 e a completação inferior 412 tendo outro conjunto de acoplador indutivo exemplar 600. A Figura 6 mostra uma arquitetura elétrica exemplar para o sistema da Figura 5. O conjunto de acoplador indutivo, exemplar 600 inclui um primeiro acoplador indutivo 602 que tem uma primeira bobina 604 e uma segunda bobina 606. A primeira bobina 604 e a ‘ segunda bobina 606 são acopladas magneticamente. O conjunto de acoplador indutivo, exemplar 600 inclui também um segundo acoplador indutivo 608 tendo uma terceira bobina 610 e uma quarta bobina 612. A terceira bobina 610 e a quarta bobina 612 são acopladas magneticamente. Conforme mostrado na Figura 6, a primeira bobina 604 e a terceira bobina 610 são acopladas a um primeiro par de linhas de sinal 702; e a segunda bobina 606 e a quarta bobina 612 são acopladas a um segundo par de linhas de sinal 704. O primeiro acoplador indutivo 602 conduz magneticamente um sinal de comunicação diferencial entre o primeiro par 702 e o segundo par 704 de linhas de sinal, e o segundo acoplador indutivo 608 conduz magneticamente um 'sinal de energia de modo comum entre o primeiro par 702 e o segundo par 704 de linhas de sinal.

Conforme mostrado em detalhe na Figura 6, a primeira bobina 604 do conjunto de acoplador indutivo, exemplar, tem uma primeira conexão 706 com uma primeira extremidade 708 da primeira bobina 604; uma segunda conexão 710 com uma segunda extremidade 712 da primeira bobina 604; e uma terceira conexão 714 com uma derivação central 716 da primeira bobina 6Q4. A segunda bobina 606 é acoplada magneticamente à primeira bobina 604 e tem uma quarta conexão 718, com uma primeira extremidade 720 da segunda bobina 606; uma primeira conexão 722 com uma segunda extremidade 724 da segunda bobina 606 e uma sexta conexão 726 com uma derivação central 728 da segunda bobina 606. A terceira bobina 610 tem uma sétima conexão 730 com uma primeira extremidade 732 da terceira bobina 610 e uma oitava conexão 734 com uma segunda extremidade 736 da terceira bobina. Além disso, a quarta bobina 612 é acoplada magneticamente com a terceira bobina 610. Além disso, a quarta bobina 612 tem uma nona conexão 738 com uma primeira extremidade 740 da quarta bobina 612 e uma décima conexão 742 com uma segunda extremidade 744 da quarta bobina 612, em que a oitava conexão 734 e a décima conexão 742 são acopladas a um aterramento ou retorno elétrico 746 (por exemplo, uma massa comum). A sétima conexão 730 é conectada eletricamente à terceira conexão 714, e a nova conexão 738 é conectada eletricamente à sexta conexão 726 de modo que a primeira bobina 604 e a segunda bobina 606 conduzem magneticamente as comunicações, e a terceira e a quarta bobinas 610 e 612 conduzem à energia eletricamente.

Assim, as Figuras, 5 e 6, mostram o conjunto de acoplador indutivo 600 para uso em um ambiente de fundo de furo que inclui o primeiro acoplador indutivo 602, o qual serve como um acoplador de telemetria para conduzir um sinal de telemetria diferencial entre o primeiro par 702 e o segundo par 704 de linhas de sinal. 0 Conjunto de acoplador indutivo, exemplar 600 inclui também o segundo acoplador indutivo 608, o qual serve como um acoplador de energia para conduzir um sinal de energia de modo comum entre o primeiro par 702 e o segundo par 704 de linhas de sinal.

Uma ou mais da primeira conexão 706 na primeira bobina 604, da segunda conexão 710 na primeira bobina 610, da quarta conexão 718 na segunda bobina 606 e/ou da quinta conexão 722 na segunda bobina 606 é acoplada a um ou mais sensores ou acionadores. Por exemplo, os sensores, acionadores ou outras ferramentas de fundo de poço podem ser acoplados em paralelos em dois fios (vide, por exemplo, Figura 8) . Adicionalmente, as ferramentas podem ser acopladas aos fios (por exemplo, fios 704), por intermédio de um transformador de modulação interposto. Além disso, os fios 702, 704 podem ser acoplados às bobinas 604, 606, 610, 612, de qualquer modo aqui descrito; tal como, por exemplo, diretamente com as bobinas sem outros meios eletrônicos ou cartuchos, por intermédio de meios eletrônicos embutidos no conjunto de acopladores embutidos 600 e sem um cartucho, ou por intermédio de um cartucho superior opcional 750 e/ou cartucho inferior opcional 752 (vide discussão de cartucho 116, acima).

Além disso, a unidade de superfície 424, conforme mostrado na Figura 6 inclui um fornecimento de sinal de telemetria ou comunicações 780, uma fonte de energia 782, a qual é mostrada como um fornecimento de energia de CA. Contudo, em outros exemplos, a fonte de energia 782 pode ser uma fonte de energia de CC. A unidade de superfície 424 inclui também um transformador de modulação 784. O fornecimento de sinal de comunicação 780 é acoplado a uma primeira bobina 790 do transformador de modulação 784 em ambas, uma primeira extremidade 792 e uma segunda extremidade 794 da primeira bobina 790. O fornecimento de energia 782 é acoplado a uma segunda bobina 796 do transformador de modulação 784 em uma derivação central 798. 0 transformador de modulação 784 permite a multiplexação ou mistura dos sinais de energia e de telemetria.

Conforme descrito acima, no conjunto de acoplador indutivo 600, o primeiro par de linhas de sinal 702 é associado com o conjunto de completação superior 410, e o segundo par 704 das linhas de sinal é associado com o conjunto de completação inferior 412, o qual é acoplado ao conjunto de completação superior 410. Em outros exemplos, o par de linhas de sinal 704 pode ser associado com um conjunto de completação inferior e outro par de linhas de sinal 802 é associado com um conjunto de completação lateral, conforme mostrado nas Figuras 7 e 8. Especificamente, outro Conjunto de acoplador indutivo 804 pode ser adicionado, por exemplo, abaixo do primeiro Conjunto de acoplador indutivo 600 e acoplado de qualquer maneira aqui descrita. Assim, uma terceira completação, ou completação extra inferior, pode ser incluída, a qual realiza uma conexão de estágio triplo com conectividade nos três estágios.

Em tal exemplo de estágio triplo, há uma quinta bobina 806 tendo uma décima primeira conexão 808 para uma primeira extremidade 810 da quinta bobina 806 e uma décima segunda conexão 812 para uma segunda extremidade 814 da quinta bobina 806. Há também uma sexta bobina 816 acoplada magneticamente com a quinta bobina 806. A sexta bobina 816 tem uma décima terceira conexão 818 com uma primeira extremidade 820 da sexta bobina 816 e uma décima quarta conexão 822 com uma segunda extremidade 824 da sexta bobina 816. A quarta conexão 718 e a décima terceira conexão 818 são acopladas, e a quinta conexão 722 e a décima quarta conexão 822 são acopladas. A quinta bobina 806 e a sexta bobina 816 conduzem magneticamente as comunicações. Há também uma sétima bobina 830 e oitava bobina 832 que são acopladas similarménte conforme aqui descrito pára conduzir magneticamente a energia.

Em outro exemplo, conforme mostrado nas Figuras 7 e 8 pode haver um quarto par de acopladores indutivos 840 para formar uma configuração de múltiplos estágios e/ou multilateral. Adicionalmente, pode haver n estágios de completação para conectividade com todos os estágios utilizando n-1 acopladores conectados de acordo com uma ou mais arquiteturas elétricas aqui descritas. Para tais completações de múltiplos estágios/multilateral, a arquitetura elétrica, conforme mostrado na Figura 8 combina as completações em·série e/ou em paralelo. As comunicações e a energia são provenientes da unidade de superfície 424, através da cabeça de poço 426 e descendentemente pela completação superior 410, por exemplo, em um cabo blindado incluindo um ou mais fios.

Similar à completação de estágio duplo, com a completação de múltiplos estágios/multilateral, o primeiro acoplador 600 é o acoplador principal que liga as completações, superior e inferior, 410 e 412. Na completação inferior 412, qualquer número de acopladores 804, 840, etc. (isto é, acopladores secundários) pode ser acoplado ao cabo blindado de completação inferior, cada acoplador secundário 804, 840, etc., compreendendo também dois pares de bobinas. Um ou mais dispositivos elétricos 842a-d e incluindo, por exemplo, sensores, acionadores e/ou quaisquer outros componentes elétricos, podem ser acoplados a cada extensão subsequente e/ou lateral.

A Figura 9 ilustra outra arquitetura elétrica exemplar que inclui um conversor de corrente alternada para corrente contínua (CA/CC) ou retificador 1002 na saída de bobina de energia inferior, isto é, a quarta bobina 612. O conversor de CA/CC 1002 converte um sinal de energia de modo comum a partir de um sinal de CA energizando a terceira bobina 610 para um sinal de CC conduzido como um sinal de CC de modo comum por intermédio da quarta bobina 612. Assim, o conversor de CA/CC 1002 converte o sinal de CA em um sinal de CC no segundo par de linhas de sinal 704.

Em um exemplo, o conversor de CA/CC 1002 pode ser um diodo acoplado a uma extremidade da bobina secundária de energia 612, com a outra extremidade da bobina 612 aterrada ao cabo de blindagem, tubulação, revestimento, etc. Em outro exemplo, o conversor de CA/CC 1002 pode incluir um capacitor. Em ainda outro exemplo, o conversor de CA/CC 1002 pode ser um fornecimento de energia de CA de qualquer topologia adequada e pode incluir circuitos de correção de fator de energia.

A Figura 10 ilustra ainda outra arquitetura elétrica exemplar na qual um conversor de corrente contínua para corrente alternada (CC/CA) ou retificador 1102 é acoplado à terceira bobina de energia 610 para converter um sinal de energia de modo comum de CC que é fornecido a partir da superfície por intermédio do primeiro par de linhas de sinal 702 para a terceira bobina 610 para um sinal de CA. O conversor de CC/CA 1102 induz efetivamente a energia através do acoplador 608. O conversor de CA/CC 1002 no lado inferior, isto é, a quarta bobina 612, reconstrói o barramento mediante habilitação para que telemetria ou comunicações sejam conduzidas no modo diferencial e energia em uma portadora de CC por intermédio do modo comum.

Os exemplos das Figuras 9 e 10 também são adequados para uso nos sistemas de múltiplos estágios mediante a adição de acopladores em série ou em paralelo conforme descrito acima. Se um acoplador for colocado em série, um conversor de CC/CA adicional é usado antes de um acoplador subsequente para regenerar um sinal de energia de CA que pode ser então transmitido de forma magnética ou indutiva.

Uma arquitetura elétrica exemplar incluindo transformadores de modulação é mostrada na Figura 11. Nesse exemplo, um primeiro transformador de modulação 1202 é colocado em um lado do conjunto de acoplador indutivo 600 antes da primeira bobina 604 e da segunda bobina 606, e um segundo transformador de modulação 1204 é colocado em um segundo lado do conjunto de acoplador indutivo 600 após a terceira bobina 610 e quarta bobina 612. O primeiro transformador de modulação 1202 inclui uma quinta bobina 1206 que é acoplada de forma indutiva com uma sexta bobina 1208, e o segundo transformador de modulação 1204 inclui uma sétima bobina 1210 que é acoplada de forma indutiva a uma oitava bobina 1212.

A primeira bobina 604 é acoplada ao primeiro par de linhas de éinal^; 702 por intermédio do primeiro transformador de modulação 1202. A terceira bobina 610 é acoplada eletricamente ao primeiro par de linhas de sinal 702 por intermédio de uma derivação central 1214 do primeiro transformador de modulação. No exemplo mostrado, a derivação central 1214 é mostrada na quinta bobina 1206. Nesse exemplo, a segunda bobina 606 é acoplada ao segundo par de linhas de sinal 704 por intermédio do segundo transformador de modulação 1204. A quarta bobina 612 é acoplada eletricamente ao segundo par de linhas de sinal 704 por intermédio de uma derivação central 1216 do segundo transformador de modulação 1204. Nesse exemplo, a derivação central 1216 é mostrada na oitava bobina 1212. Assim, nesse exemplo, o primeiro e o segundo transformador de modulação 1202, 1204 são interpostos entre o acoplador de telemetria 602 e o primeiro ou segundo par de linhas de sinal 702, 704. 0 primeiro e o segundo transformador de modulação 1202, 1204 podem ser embutidos no conjunto de acoplador 600 ou colocados em um ou mais cartuchos separados (por exemplo, similar ao cartucho 116).

No lado superior, o primeiro transformador de modulação 1202 permite a demodulação, onde o sinal diferencial (comunicações ou telemetria) é recuperado na bobina secundária (bobina 1208) do primeiro transformador de modulação 1202, enquanto que a energia de CA é recuperada a partir do ponto médio (derivação central 1214) da bobina principal (bobina 1206). As duas extremidades da bobina secundária (bobina 1208) do primeiro transformador de modulação 1202 são conectadas diretamente às duas extremidades da bobina principal (bobina 604) do acoplador de telemetria 602; enquanto que o fio conduzindo a energia de CA é conectado a uma extremidade da bobina principal de energia (bobina 610), a outra extremidade da bobina 610 sendo conectada à massa (blindagem de cabo, chassi, tubulação). A bobina secundária (bobina 606) do acoplador de telemetria 602 recupera o sinal de telemetria, enquanto que a bobina secundária (bobina 602) do acoplador de energia 608 recupera a energia de CA.

No lado inferior, a bobina secundária (bobina 606) do acoplador de telemetria 602 é acoplado em ambas as extremidades à bobina principal (bobina 1210) do segundo transformador de modulação 1204, enquanto que a bobina secundária (bobina 612) do acoplador de energia 608 é acoplada à massa e ao ponto médio (derivação central 1216) da bobina secundária (bobina 1212) do segundo transformador de modulação ‘ 1204. A saída inferior do segundo transformador de modulação 1204 é acoplada a dois fios 704 do cabo blindado, ainda com o sinal de telemetria transmitido no modo diferencial nos dois fios 704 e a energia transmitida no modo comum entre os dois fios 704 e o aterramento.

Nesses exemplos, o acoplamento indutivo também é obtido para energia e telemetria entre uma completação superior e inferior. A telemetria pode ser bidirecional onde um modem de telemetria pode emitir um sinal de telemetria para a superfície. O acoplamento de energia também pode ser bidirecional naquelas situações onde a geração de energia não ocorre na superfície. Esses exemplos são adequados para uso com luvas de metal para proteger as bobinas, múltiplos' fios no Cabo blindado e para uso em sistemas de múltiplos estágios/multilateral com acopladores adicionais acrescentados em série e/ou em paralelo conforme aqui descrito.

A Figura 12 ilustra uma arquitetura elétrica exemplar na qual um primeiro condicionador de telemetria 1302 é interposto entre o primeiro transformador de modulação 1202 e o acoplador de telemetria 602, e um segundo condicionador de telemetria 1304 é interposto entre o acoplador de telemetria 602 e o segundo transformador de modulação 1204. Especificamente, no exemplo mostrado, o primeiro condicionador de telemetria 1302 é interposto entre o primeiro transformador de modulação 1202 e a primeira bobina 604 do acoplador de telemetria 602, e o segundo condicionador de telemetria 1304 é interposto entre a segunda bobina 606 do acoplador de telemetria 602 e o segundo transformador de modulação 1204.

O primeiro condicionador de sinal de telemetria 1302 e o segundo condicionador de sinal de telemetria 1304 são usados para reconstruir e/ou amplificar o sinal de telemetria, o qual pode se tornar atenuado no cabo 702 e/ou no conjunto de acopladores 600. Os condicionadores de sinal de telemetria podem ser integrados no conjunto de acopladores 600 ou colocados em um ou mais cartuchos separados 1306, ’1308.

Conforme assinalado acima, no lado superior, o primeiro transformador de modulação 1202 permite a demodulação, onde o sinal diferencial (telemetria) é recuperado na bobina secundária (bobina 1208) do primeiro transformador de modulação 1202, enquanto que a energia de CA é recuperada a partir do ponto médio (derivação central 1214) da bobina principal (bobina 1206). Meios eletrônicos no primeiro condicionador de telemetria 1302 recondicionam o sinal de telemetria. O primeiro condicionador de telemetria 1302 é energizado por um barramento de energia de CA 1310 e um fornecimento de energia/retif icador de CA/CC 1312.

O sinal de telemetria é então transmitido de forma indutiva através das bobinas de telemetria, isto é, o acoplador de telemetria 602; e a energia é transmitida de forma indutiva através das bobinas de energia, isto é, o acoplador de energia 608. O sinal de telemetria pode ser então condicionado por intermédio do segundo condicionador de telemetria 1304, o qual opera e é acionado do mesmo modo descrito acima. O segundo transformador de modulação 1204 então possibilita a modulação do sinal de energia por intermédio do sinal de telemetria, conforme realizado na unidade de superfície 424 conforme descrito acima. Nesse exemplo, o barramento com o sinal de telemetria no modo diferencial em dois fios é induzido, condicionado e propagado, e a energia em uma portadora de CA transmitida por intermédio do modo comum também é induzida e propagada.

O primeiro e o segundo condicionador de sinal 1302, 1304 podem estar localizados apenas no lado superior, apenas no lado inferior, ou em ambos os lados. Além disso, o sistema exemplar pode ser configurado para construir um barramento inferior com o sinal de telemetria enviado no modo diferencial entre os dois fios e energia em uma portadora de CC no modo comum. Isso resultaria em uma combinação das topologias da Figura 9 e da Figura 12. Nesse exemplo, um conversor de CA/CC é usado no lado inferior para retificação de energia, enquanto que o condicionador de sinal pode usar um dispositivo de CA/CC ou CC/CC no lado inferior. Adicionalmente, o sistema exemplar pode ser configurado para ter um barramento superior e um barramento inferior com ò sinal de telemetria enviado no modo diferencial entre os dois fios e energia ém uma portadora de CC no modo comum. Isso resultaria em uma combinação das topologias da Figura 10 e da Figura 12. Nesse exemplo, um conversor de CC/CA é usado no lado superior para o barramento de energia, os condicionadores de sinal podem utilizar um dispositivo de CA/CC ou de CC/CC e um conversor de CA/CC é utilizado, o qual é conectado em série na linha de energia. ¹

Nesses exemplos, acoplamento de telemetria e/ou energia pode ser bidirecional. Além disso, a arquitetura é adequada para uso com luvas de metal; múltiplos fios e/ou em sistemas de múltiplos estágios/multilateral como descrito aqui.

A Figura 13 mostra outra arquitetura elétrica exemplar na qual a energia e a telemetria são enviadas a partir da unidade de superfície 424 colocada antes da cabeça de poço 426. Contudo, ao contrário dos exemplos anteriores, os sinais de telemetria e energia não são modulados ou de outro modo combinados nas mesmas linhas, mas são transmitidos em linhas diferentes. Nesse exemplo, a energia é conduzida como um sinal de CA em uma linha dedicada 1402 enquanto que a telemetria é conduzida em uma linha separada 1404, ambas compartilhando o mesmo retorno elétrico (por· exemplo, a blindagem de cabo e tubulação/revestimento/formação de completação). A linha de energia 1402 é acoplada diretamente à bobina principal 610 do acoplador de energia 608, e a linha de telemetria 1404 é acoplada diretamente à bobina primária 604 do acoplador de telemetria 606. A outra extremidade de cada bobina é conectada à tubulação e blindagem.

A energia é recuperada na bobina secundária 612 do acoplador de enérgia 608, a qual é acoplada diretamente à linha de energia 1406 dos cabos blindados inferiores. A telemetria é recuperada na bobina secundária 606 do acoplador de telemetria 602, que é acoplada diretamente à linha de telemetria 1408 dos cabos blindados inferiores. Cada uma das bobinas secundárias 606, 612 é acoplada, na outra extremidade, à tubulação inferior e blindagem também para garantir um retorno elétrico ou aterramento correto. Nesse exemplo, o barramento superior 1402, 1404 é replicado no barramento inferior 1406, 1408 sem qualquer uso de meios eletrônicos .

A Figura 14 mostra outra arquitetura elétrica exemplar. No exemplo da Figura 15, a energia é enviada em um cabo dedicado, isto é, uma linha de energia 1502. A telemetria é enviada no modo diferencial em duas linhas dedicadas, isto é, as linhas de telemetria 1504. Nesse exemplo, uma das linhas de telemetria 1504 é acoplada a uma extremidade da bobina principal 604 do acoplador de telemetria 602 e a outra das linhas de telemetria 1504 é acoplada à outra extremidade da bobina principal 604. A telemetria é recuperada na bobina secundária 606 do acoplador de telemetria 602, cada extremidade do qual é acoplada diretamente a uma das linhas de telemetria 1506 dos cabos blindados inferiores. O acoplador de energia 608 é acoplado à linha de energia 1502 e à linha de energia 1508 do cabo blindado inferior da mesma maneira como descrito com o exemplo da Figura 13.

Além disso, para as duas arquiteturas exemplares descritas e mostradas nas Figuras 13 e 14, arquiteturas similares também podem ser configuradas para conduzir a energia em uma portadora de CC a partir da superfície. Em tal exemplo, no lado superior, um conversor de CC/CA é implementado antes do acoplador de energia 608 para transmitir a energia de forma indutiva. No lado inferior, ou a energia é conduzida por intermédio de um sinal de CA na linha de energia inferior ou um conversor de CA/CC é implementado para reconstruir o barramento de CC. Além disso, a possibilidade de conduzir energia em um sinal de CA a partir da superfície e reconstruir um barramento de CC no lado inferior também é possível para as duas arquiteturas.

Como com os outros exemplos, os exemplos das Figuras 13 e 14 também são adequados para uso com as luvas de metal. Múltiplos cabos de fios para todas as arquiteturas podem ser usados incluindo uma pluralidade de fios para transmitir a energia. Os fios de energia 1402, 1406, 1502, 1508 e os fios de telemetria 1404, 1408, 1504, 1506 podem ser colocados em diferentes cabos blindados. Além disso, a arquitetura pode ser usada com uma completação de estágio dual, completação de múltiplos estágios (uma vez que diferentes acopladores podem ser montados em série) e/ou completações multilaterais (uma vez que os acopladores também podem ser colocados em paralelo no barramento principal) ou qualquer combinação dos mesmos.

A Figura 15 mostra outra arquitetura elétrica exemplar. No exemplo da Figura 15 a energia e a telemetria são transmitidas a partir da unidade de superfície em uma única linha 1602. Na unidade de superfície 424, os sinais de energia e de telemetria são multiplexados na linha única 1602 com um primeiro multiplexador 1604. Ambos os sinais são transmitidos por intermédio do mesmo modo de propagação entre o fio único 1602 e a blindagem. Antes do conjunto de acoplador indutivo 600, os sinais de telemetria e de energia são demultiplexados por intermédio de um demultiplexador 1606 em dois fios, um primeiro fio de telemetria 1608 e um primeiro fio de energia 1610 e transmitidos separadamente através do acoplador de telemetria 602 e do acoplador de energia 608, respectivamente.

Na saída do acoplador de telemetria 602, o sinal de telemetria é propagado em um segundo fio de telemetria 1612, e na saída do acoplador de energia 608, o sinal de energia é propagado em um segundo fio de energia 1614. O sinal de telemetria e o sinal de energia são multiplexados uma vez mais por intermédio de um segundo multiplexador 1616 para a transmissão por intermédio de um único modo de propagação, isto é, em um único fio 1618 associado operativamente com a blindagem/tubulação/revestimento.

Em outro exemplo, a arquitetura similar pode ser usada para transmitir a energia a partir da superfície em uma portadora de CC. Nesse exemplo, um conversor de CC/CA é implementado antes do acoplador de energia 608 para transmitir a energia de forma indutiva. No lado inferior, ou a energia é transmitida em CA na linha de energia inferior ou CA/CC é implementado para reconstruir o barramento de CC. Além disso, a energia pode ser conduzida em uma portadora de CA a partir da superfície e um barramento de CC pode ser reconstruído no lado inferior, com as duas arquiteturas.

Como com os outros exemplos descritos acima, essas arquiteturas também são adequadas com cabos de múltiplos 5 fios de luva de metal, e para completações de estágio duplo, completações de múltiplos estágios e/ou completações multilaterais.

Embora certos métodos, equipamentos e produtos industriais exemplares tenham sido aqui descritos, o escopo 10 de cobertura dessa patente não é limitado aos mesmos. Ao contrário, essa patente abrange todos os métodos, equipamentos e produtos industriais abrangidos absolutamente pelo escopo das reivindicações anexas, seja literalmente ou sob a doutrina de equivalentes.

Claims

1. CONJUNTO DE ACOPLADOR INDUTIVO PARA USO EM UM AMBIENTE DE FUNDO DE POÇO, caracterizado por compreender:

um primeiro acoplador indutivo tendo primeira e segunda bobinas magneticamente acopladas; e um segundo acoplador indutivo tendo terceira e quarta bobinas magneticamente acopladas, em que a primeira e a terceira bobinas são acopladas a um primeiro par de linhas de sinal e a segunda e a quarta bobina são acopladas a um segundo par de linhas de sinal, o primeiro acoplador indutivo para conduzir magneticamente um sinal de comunicação diferencial entre o primeiro e o segundo pares de linhas de sinal e o segundo acoplador indutivo para conduzir magneticamente um sinal de energia de modo comum entre o primeiro e o segundo pares de linhas de sinal.

2. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma da terceira e quarta bobinas ter uma primeira extremidade respectiva acoplada a um percurso de retorno ou aterramento elétrico.

3. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as segundas extremidades respectivas da terceira e quarta bobinas serem conectadas eletricamente às respectivas da primeira e da segunda bobinas.

4. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as segundas extremidades

Petição 870190086298, de 02/09/2019, pág. 10/12

2/3 respectivas serem conectadas eletricamente as respectivas derivações centrais da primeira e da segunda bobinas.

5. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um conversor de corrente alternada para corrente continua acoplado à quarta bobina, para converter um sinal de corrente alternada energizando a terceira bobina a um sinal de corrente continua conduzido como um sinal de corrente continua de modo comum por intermédio da quarta bobina.

6. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o sinal de energia de modo comum ser um sinal de corrente continua acoplado à terceira bobina e compreendendo ainda um conversor de corrente continua para corrente alternada acoplado à terceira bobina para gerar o sinal de corrente alternada.

7. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a primeira bobina ser acoplada ao primeiro par de linhas de sinal por intermédio de um primeiro transformador de modulação e em que a terceira bobina é conectada eletricamente ao primeiro par de linhas de sinal por intermédio de uma derivação central do primeiro transformador de modulação.

8. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a segunda bobina ser acoplada ao segundo par de linhas de sinal por intermédio de um segundo transformador de modulação e em que a quarta

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3/3 bobina é conectada eletricamente ao segundo par de linhas de sinal por intermédio de uma derivação central do segundo transformador de modulação.

9. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a

5 reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda um condicionador de sinal de telemetria acoplado entre o primeiro transformador de modulação e a primeira bobina, ou o segundo transformador de modulação e a segunda bobina.

10. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a

10 reivindicação 1, caracterizado por o primeiro par de linhas de sinal ser associado a um conjunto de completação superior e o segundo par de linhas de sinal ser associado a um conjunto de completação inferior acoplado ao conjunto de completação superior.

15 11. Conjunto de acoplador indutivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro par de linhas de sinal ser associado a um conjunto de completação inferior e o segundo par de linhas de sinal ser associado a um conjunto de completação lateral.