BR112015011101A2

BR112015011101A2 - sistema de comunicação inteligente para fundo de poço baseado na caracterização em tempo real da atenuação de sinais em cabo coaxial usado como meio de transmissão

Info

Publication number: BR112015011101A2
Application number: BR112015011101-7A
Authority: BR
Inventors: Pascacio Maldonado David; Héctor Rodriguez Rodriguez Joaquín; Jojutla Olimpia Pacheco Arteaga Maria; Guevara Gordillo Ricardo; Mijarez Castro Rito
Original assignee: Instituto De Investig Electricas
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2019-12-17
Also published as: BR112015011101B1; CN105026686A; US9537606B2; US20150349918A1; MX337328B; CN105026686B; WO2014077664A1; MX2012013691A

Abstract

resumo sistema de comunicação inteligente para fundo de poço baseado na caracterização em tempo real da atenuação de sinais em cabo coaxial usado como meio de transmissão a presente invenção compreende a comunicação inteligente no fundo do poço em tempo real, com base na caracterização da atenuação do sinal causado por um cabo coaxial utilizado como um meio de comunicação, e mudanças na resposta de frequência dos componentes eletrônicos dos transmissores e receptores, causados pelo ambiente operacional no fundo do poço. método para caracterizar, em tempo real, a resposta de atenuação de um sistema de comunicação bidirecional através de um cabo coaxial, que compreende: geração de sons de teste para a caracterização, em tempo real, da resposta de atenuação de um sistema de comunicação bidirecional nas bandas de transmissão e recepção, a medição dos sinais recebidos, a estimativa de ruído e a relação com o sinal de comunicação, comparação com as respostas de referência, ajustes de frequências de transmissão e recepção para manter a comunicação com a máxima relação sinal-ruído. sistema receptor-transmissor bidirecional adaptável para a comunicação por cabo coaxial como meio de ligação, que consiste em: um transmissor com ajuste automático de banda de operação mediante a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema de comunicação bidirecional de comunicações; dispositivos de acoplagem e de filtro ajustáveis para otimizar as bandas de transmissão e recepção; módulo de controle capaz de medir as respostas de atenuação na transmissão e recepção; e determinar as frequências de operação e as técnicas de modulação. um receptor inteligente capaz de ajustar automaticamente a banda de operação e técnicas de modulação na recepção de dados.

Description

SISTEMA DE COMUNICAÇÃO INTELIGENTE PARA FUNDO DE POÇO BASEADO NA CARACTERIZAÇÃO EM TEMPO REAL DA ATENUAÇÃO DE SINAIS EM CABO COAXIAL USADO COMO MEIO DE TRANSMISSÃO

CAMPO E ANTECEDENTES [001] A medição dos parâmetros termodinâmicos e geofísicos em fundo de poços, cada vez mais profundo e quentes, das reservas petroleiras são um fator cardinal para a sua exploração adequada. A medição desses parâmetros se realiza por meio de ferramentas desenhadas especialmente para suportar os ambientes adversos dessas aplicações. Alguns dos parâmetros importantes que proveem essas ferramentas são temperatura, pressão, fluxo e vibrações entre outros. Os registros desses parâmetros são úteis para a caracterização das reservas, pois as ferramentas estão em contato direto com a formação das mesmas.

[002] A profundeza dos poços de petróleo se acrescenta progressivamente e na atualidade, em alguns casos, é mais de 7000m. Como consequência, é possível obter condições de alta temperatura e alta pressão a essas profundezas. As temperaturas podem ultrapassar os 200 °C e as pressões os 20,000 psi. Considerando-se alta pressão acima dos 150 °C e alta temperatura acima dos 10 000 psi.

[003] A medição e registro das características das reservas petrolíferas impulsou o desenho e implementação de ferramentas de medição com eletrônica especializada e com inovadores sistemas de comunicações. Os desafios dos sistemas de comunicações, nesses ambientes hostis, que levam a obter relações sinal-ruído (SNR) muito pobres incluem interferência do ruído, atenuação do cabo e a

2/21 deriva térmica dos componentes eletrônicos passivos entre outros .

[004] O estado da prática o constituem as tecnologias que utilizam as conexões por cabo para as comunicações e a transmissão de energia elétrica. Diferentes técnicas de comunicação já se descreveram por exemplo:

[005] A patente US 4107644 descreve um sistema e método para transmitir digitalmente informação de medição em fundo de poços, a transmissão de sinais por cabo realiza-se em banda base (sem modulação) por meio de um sistema de sincronização com codificação em fase. No entanto, o sistema de comunicação inteligente que aqui se apresenta não tem circuitos eletrônicos nem o método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, ajuste de frequências de transmissão e recepção para manter a comunicação com a máxima relação sinal-ruido e a comparação com respostas de atenuação de referência.

[006] A patente US 4355310 descreve um sistema de comunicações para captura de dados em fundo de poços que utiliza comunicação bidirecional com interconexão e direcionamento universal, o qual reconhece a instrução de controle de aparelhos baseados nesse mesmo direcionamento.

[007] No entanto, diferente do sistema de comunicação inteligente que aqui se apresenta, esta patente não conta com os circuitos eletrônicos nem o método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, ajuste de frequências de transmissão e

3/21 recepção para manter a comunicação com a máxima relação sinal-ruído e a comparação com respostas de atenuação de referência.

[008] A patente US 4415895 descreve um sistema de transmissão de dados, utilizando a transmissão-recepção bidirecional por meio de modulação por codificação de pulsos PCM. Contudo, esta patente não considera os circuitos eletrônicos nem o Método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, ajuste de frequências de transmissão e recepção para manter a comunicação com a máxima relação sinal-ruído e a comparação com respostas de atenuação de referência.

[009] A patente US 5838727 descreve um aparelho e um método para transmitir e receber dados digitais sobre um canal passa-banda. Compõe-se de um método e aparelho para transmissão e recepção combinando a modulação em amplitude com a modulação em fase QAM. No entanto, a patente não considera os circuitos eletrônicos nem o método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, ajuste de frequências de transmissão e recepção para manter a comunicação com a máxima relação sinal-ruído e a comparação com respostas de atenuação de referência.

[010] A patente US 2010/ 0052940 utiliza comunicação por linhas de potência comutadas a frequências superiores a 400 kHz, e a transmissão de sinais de comunicação são enviadas a baixa frequência que faz que a transmissão de

4/21 potência comutada não interfira na comunicação. Contudo, a diferença do sistema de comunicação inteligente que aqui se apresenta, esta patente não conta com os circuitos eletrônicos nem o método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, ajuste de frequências de transmissão e recepção para manter a comunicação com a máxima relação sinal-ruído e a comparação com respostas de atenuação de referência.

[Oil] As patentes antes mencionadas não consideram equipamento de transmissão-recepção bidirecional adaptativo para comunicação por cabo coaxial como meio de enlace, com um transmissor com ajuste automático de banda de operação baseado na resposta em frequência em tempo real do enlace de comunicação e a valoração de relação sinal-ruído para transmissão de dados, a utilização de dispositivos de acoplamento e filtrado ajustáveis das bandas de transmissão e recepção, módulo de controle capaz de medir as respostas de atenuação em transmissão e recepção para determinar as frequências de operação, e um receptor inteligente com capacidade de ajuste automático de banda de operação que melhor seja ajustado às técnicas de modulação na transmissão e recepção de dados.

[012] As patentes referidas também não tratam de um método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, por geração de sinais de varredura por tons de teste ou sinais de pulso estreito no domínio do tempo com espectro amplo conhecido para caracterizar bandas de interesse que cobrem as bandas de

5/21 transmissão e recepção, o processamento e medição dos sinais recebidos, a comparação com respostas de referência, ajuste de frequências de transmissão e recepção para manter a comunicação com a máxima relação sinal-ruído.

SUMÁRIO DO INVENTO [013] A presente invenção tem por objeto um sistema de comunicação inteligente em tempo real, para fundo de poço baseado na caracterização da atenuação de sinais em um enlace de comunicações cujas características são afetadas por variações na temperatura no meio de comunicação, o qual está constituído por um cabo coaxial como meio de enlace e módulos eletrônicos que realizam as funções de transmissão e recepção.

[014] O método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, consistente em: a medição da resposta em frequência em tempo real do enlace de comunicação e a valoração da relação sinal-ruído para transmissão de dados, a utilização de dispositivos de acoplamento e filtrado ajustáveis das bandas de transmissão e recepção, módulo de controle capaz de medir as respostas de atenuação em transmissão e recepção e determinar as frequências de operação e um receptor inteligente com capacidade de ajuste automático da banda de operação que melhor se ajuste à técnica de modulação na transmissão e recepção de dados.

[015] Também é objeto da presente invenção, o desenvolvimento do método e a implementação do circuito eletrônico para:

6/21 [016] A comunicação inteligente em fundo do poço em tempo real baseada na caracterização da atenuação de sinais causada por um cabo monocondutor e módulos eletrônicos que realizam as funções de transmissão e recepção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [017] A figura 1 é um esquema do sistema completo para a medição de temperatura e pressão em poços de petróleo. Onde 11 é um módulo de medição em superfície, 13 é um cabo coaxial, 16 é um módulo de medição em fundo de poço, 17 é um equipamento de tração, 18 é o fundo do poço, 12 é um carretei giratório, 14 é uma lança de grua mecânica e 15 é a entrada vertical ao poço.

[018] A figura 2 apresenta uma aproximação ao sistema de medição de temperatura e pressão. Onde 11 é um módulo de medição em superfície, 100 é um computador, 50 é um módulo de aquisição e controle, 40 é um transmissor PLC em superfície (comunicação via rede elétrica), 30 é um receptor PLC em superfície, 20 é uma fonte de alimentação de alta voltagem, 16 é um módulo de medição em fundo de poço, 66 é um módulo sensor, 90 é um módulo de controle e processamento, 70 é um transmissor em fundo de poço, 60 é um receptor em fundo de poço, 80 é uma fonte redutora de alta voltagem de fundo de poço, 17 é um equipamento de tração.

[019] A figura 3 apresenta o diagrama funcional a blocos do sistema de comunicação inteligente. Onde 11 é um módulo de medição em superfície, 16 é um módulo de medição em fundo de poço, 17 é um equipamento de tração, 13 é um cabo coaxial, 20 é uma fonte de alimentação de alta voltagem, 22 é uma fonte de alimentação de linha, 80 é uma

7/21 fonte redutora de alta voltagem de fundo de poço e 88 é uma fonte redutora de fundo de poço de alta voltagem e alta potência, 30 é um receptor PLC em superfície, 40 é um transmissor PLC em superfície, 50 é um módulo de aquisição e controle, 100 é um computador, 21, 31 e 41 são módulos de filtrado em superfície, 110 é um módulo de armazenamento, 90 é um módulo de controle e processamento, 66 é um módulo sensor, 61, 71 e 81 são módulos de filtrado em fundo de poço, 60 é um receptor em fundo de poço, 70 é um transmissor em fundo de poço e 125 é um módulo transceptor RS-485.

[020] A figura 4 mostra a resposta em frequência de armadilha de bloqueio. Onde Fc A é a frequência central do sinal portador de transmissão de superfície ao fundo do poço e BW A é a largura de banda desse sinal. A linha continua indica a resposta em frequência do filtro a 20°C e a linha pontilhada representa a resposta em frequência do filtro a 200°C. O eixo das ordenadas indica a magnitude em decibéis e o eixo das abscissas representa a frequência em Hertz.

[021] A figura 5 mostra a resposta em frequência de filtros de rejeito de banda de transmissão e recepção. Onde Fc A é a frequência central do sinal portador de transmissão de superfície ao fundo do poço, BW A é a largura de banda desse sinal, Fc B é a frequência central do sinal portador de transmissão do fundo do poço à superfície, BW B é a largura de banda desse sinal. A linha continua indica a resposta em frequência do filtro a 20°C e a linha pontilhada representa a resposta em frequência do filtro a 200°C. O eixo das ordenadas indica a magnitude em

8/21 decibéis e o eixo das abscissas representa a frequência em Hertz.

[022] A figura 6 mostra a sobre-exposição de respostas em frequência de filtros de acoplamento em transmissão e recepção, assim como a resposta em frequência de um filtro passa-altas contido nos módulos de filtrado.

[023] A figura 7 é um diagrama de fluxo do método de comunicação inteligente.

[024] A figura 8 é um exemplo de sinal de prova no dominio do tempo.

[025] A figura 9 é um exemplo de resposta do sinal para prova no dominio da frequência.

[026] A figura 10 mostra o bloco de controle e processamento para fundo de poço. Onde 90 é o bloco de controle e processamento para fundo de poço, 340 é o bloco digital receptor de PLC para fundo de poço, 330 é o bloco digital transmissor de PLC para fundo de poço, 350 é o bloco digital de armazenamento, 300 é o bloco digital central de processamento para fundo de poço, 320 é o bloco digital de medição para fundo de poço, e 310 é o bloco digital transceptor UART.

[027] A figura 11 é um diagrama do bloco digital receptor de PLC. Onde 340 é o bloco digital receptor de PLC para fundo de poço, 400 é um conversor analógico-digital, 410 é um bloco de filtro digital, 420 é um bloco demodulador e 430 é um bloco de enlace de dados e detecção de mensagens.

[028] A figura 12 é um diagrama do bloco digital transmissor de PLC. Onde 330 é o bloco digital transmissor de PLC para fundo de poço, 500 é um bloco construtor de

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mensagens	e	de segmentação e	520 é	um bloco	sintetizador	de
sinais.
[029]	A	figura 13 most	ra um	diagrama	do módulo	de
aquisição	e	controle. Onde	50 é	o módulo	de aquisição	e

controle, 650 é um bloco digital de armazenamento em superfície, 640 é um bloco digital receptor de PLC em superfície, 630 é um bloco digital transmissor de PLC em superfície, 660 é um bloco digital de controle de filtro receptor de PLC em superfície, 600 é um bloco digital central de controle e processamento em superfície e 610 é um bloco digital de controle de fonte de alimentação em superfície.

[030] A figura 14 mostra o bloco digital receptor de PLC em superfície. Onde 640 é o bloco receptor de PLC em superfície, 700 é um conversor analógico-digital em superfície, 710 é um bloco de filtro digital, 720 é um bloco demodulador em superfície e 730 é um bloco de enlace de dados e detecção de mensagens.

[031] A figura 15 mostra o bloco digital transmissor de PLC do módulo de superfície. Onde 630 é o bloco digital transmissor de PLC em superfície, 800 é um bloco construtor de mensagens e segmentação em superfície e 820 é um bloco sintetizador de sinais em superfície.

[032] Figura 16 Bloco receptor de PLC do módulo de superfície. Onde 900 é um bloco de filtro passa-banda ajustável, 910 é um bloco de controle de frequência central em superfície, 920 é um amplificador de baixo ruído em superfície e 930 é um bloco condicionador de sinais em superfície.

10/21

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO [033] O método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações usando um cabo coaxial como meio de enlace, descreve-se à continuação.

[034] Na figura 1 se apresenta esquematicamente o sistema completo para a medição de temperatura e pressão em poços petrolíferos, consta de um módulo de medição em superfície 11 para alojar os equipamentos de medição, controle, alimentação de energia e comunicações, o qual se conecta e comunica por meio de um cabo coaxial 13 com o módulo de medição em fundo de poço 16 que na sua vez se conecta com o equipamento de tração 17 que baixa ao fundo do poço 18, o cabo é liberado gradualmente por um carretei giratório 12 e assistido pela lança de grua mecânica 14 para fazer a transição da saida horizontal do carretei para a entrada vertical ao poço 15.

[035] A figura 2 apresenta uma aproximação ao sistema de medição de temperatura e pressão, e outros parâmetros fisicos, no qual se observa que no interior do módulo de medição em superfície 11 se assinalam como elementos sobressalentes, um computador 100, conectado a um módulo de aquisição e controle 50, a um módulo transmissor de PLC em superfície 40 (comunicação por linha de alimentação elétrica), a um receptor de PLC em superfície 30, o qual se conecta a uma fonte de alimentação de alta voltagem 20, onde os módulos de transmissão de PLC 40 e receptor de PLC em superfície 30 e a fonte de alimentação de alta voltagem 20 se conectam ao cabo coaxial 13 por meio de uma unidade de acoplamento que na sua vez conecta ao módulo de medição

11/21 em fundo de poço 16, composto por um módulo sensor 66, um módulo de controle e processamento 90, um transmissor em fundo de poço 7 0 e um receptor em fundo de poço 60, o módulo de medição em fundo de poço 16 se conecta e comunica ao equipamento de tração 17 por meio de um módulo transceptor RS-485 125.

[036] Figura 3 mostra o diagrama funcional a blocos do sistema de comunicação inteligente, o qual pode se dividir no módulo de medição em superfície 11 e o módulo de medição em fundo de poço 16, onde ambos módulos 11 e 16 estão interconectados pelo cabo coaxial 13. O módulo de medição em superfície está formado por uma fonte de alimentação de linha 22 que abastece de energia aos módulos 30, 40, 50 e 100 que formam parte do módulo de medição em superfície 11, e uma fonte de alimentação de alta voltagem 20 para fornecer a energia necessária no módulo de medição em fundo de poço 16 no fundo do poço, por meio do cabo coaxial 13 e alimenta à fonte redutora de alta voltagem de fundo de poço 80, o qual alimenta de energia aos módulos 70, 60, 90 e 110, a fonte de alimentação de alta voltagem 20 também alimenta a uma fonte redutora de fundo de poço de alta voltagem e alta potência 88 para energizar o equipamento de tração 17. O funcionamento do sistema de comunicação inteligente formam-no o módulo transmissor PLC em superfície 40 e o módulo receptor PLC em superfície 30 enlaçados por meio do cabo coaxial 13 com o receptor em fundo de poço 60 e o transmissor em fundo de poço 70. O condicionamento necessário para manter os níveis de sinal tanto em transmissão como em recepção, realizam-no os módulos de filtrado 21, 31, 41 do lado de superfície e os

12/21 módulos 61, 71 e 81 do lado do poço, e sua função é a seguinte: quando o transmissor PLC em superfície 40 envia um sinal à frequência Ts, o receptor em fundo de poço 60 deve recebê-la com mínima atenuação e o receptor PLC em superfície 30 deve receber o mínimo sinal (máxima atenuação) para não interferir com o canal de comunicação entre transmissor em fundo de poço 70 e receptor PLC em superfície 30. As fontes de alimentação sem condicionamento apresentam muito baixa impedância para os sinais de comunicação, pelo que é preciso inserir armadilhas de bloqueio para garantir baixa atenuação aos sinais de transmissão e recepção em ambos sentidos do enlace bidirecional de comunicação entre o transmissor PLC em superfície 40 e o receptor em fundo de poço 60 e entre o transmissor em fundo de poço 70 e receptor PLC em superfície 30, para isso os módulos de filtrado 21 e 81 apresentam alta impedância nas frequências de comunicação.

[037] A figura 4 mostra um exemplo da resposta em frequência dos módulos de filtrado 31, 41, 61 e 71, a figura 5 apresenta a resposta dos módulos de filtrado em fundo de poço de 61 e 81. O corrimento da resposta em frequência que se mostra na figura 4 é representativo do comportamento das respostas em frequência dos módulos 61 e 71, quando estão sujeitos a diferentes temperaturas. Onde a linha continua representa a operação do filtro a temperatura ambiente com FcA como sua frequência central e BWA como sua largura de banda; Por outro lado, a linha pontilhada corresponde ao corrimento ocasionado pela deriva térmica. Assim, o corrimento da resposta em frequência que se mostra na figura 5 é representativo do comportamento das

13/21 respostas em frequência do módulo de filtrado em superfície 21, quando está sujeito a diferentes temperaturas. Nos dois casos o corrimento ocorre quando a temperatura de operação muda na faixa de 20 a 200 graus centígrados. O seguimento a essas mudanças, de maneira automática, forma parte da comunicação inteligente objeto desta patente.

[038] A figura 6 ilustra a sobreposição das respostas em frequência dos módulos de filtrado descritos nas figuras 4 e 5 nas frequências de transmissão FcA e recepção FcB com larguras de banda BWA e BWB respectivamente.

[039] O módulo de aquisição e controle 50 realiza procedimentos de caracterização dos módulos 20, 30 e 40, define a potência e frequência de transmissão para o transmissor PLC em superfície 40 e define a sensibilidade para o receptor PLC em superfície 30, codifica as mensagens de comunicação e decide a frequência central de operação para utilizar, assim mesmo controla o desdobramento e armazenamento de informação no computador 100. O módulo de controle e processamento 90 realiza procedimentos de caracterização dos módulos 60, 70 e 80, define a potência e a frequência de transmissão para o transmissor em fundo de poço 70 e define a sensibilidade para o receptor em fundo de poço 60, codifica as mensagens de comunicação e de maneira coordenada com o módulo de aquisição e controle 50, ajusta as frequências de operação para transmissão e recepção, detecta e escala os sinais de medição do módulo sensor 66. O módulo de controle e processamento 90 em fundo de poço, controla o armazenamento de informação no módulo de armazenamento 110; do mesmo jeito, o módulo de aquisição e controle 50, na superfície, controla o armazenamento de

14/21 informação no computador 100. O esquema de comunicações é baseado no envio de comandos à maneira de mensagens desde o módulo de medição superfície 11, em superfície, até o módulo de medição em fundo de poço 16, o qual executa as instruções e envia uma mensagem de resposta ao módulo de superfície 11. As mensagens de comando podem conter pedidos de execução de um conjunto de funções que compreendem pedidos de informação relacionada à medição de variáveis de pressão e temperatura, a execução de movimento do equipamento de tração 17, modificação de parâmetros de operação e a sincronização do procedimento de caracterização do meio de comunicações.

[040] O método preferente para a caracterização em tempo real do meio de comunicações se apresenta como o diagrama de fluxo da figura 7, o método inicia por meio do envio de uma mensagem contendo uma instrução ou comando de caracterização do meio de comunicações desde o módulo de superfície 11 até o módulo de medição em fundo de poço 16, o qual prepara o seu módulo de controle e processamento 90 para captar o sinal de teste de espectro amplo, o qual é enviado pelo módulo de medição em superfície 11. O sinal de prova que viaja por todo o meio de comunicações desde o módulo de medição em superfície 11 até o módulo de medição em fundo de poço 16, é adquirido e armazenado para seu posterior processamento por parte do módulo de controle e processamento 90 do módulo de medição em fundo do poço 16. Em seguida, o módulo de medição em superfície 11 detém a transmissão do sinal de prova de espectro amplo para dar oportunidade ao módulo de medição em de fundo de poço 16 de

15/21 captar o sinal de ruído do solo presente o qual também é armazenado para seu posterior processamento.

[041] No seguinte passo o módulo de superfície 11 prepara seu módulo de aquisição e controle 50 para captar o sinal de teste de espectro amplo que será enviado desde o módulo de medição em fundo de poço 16. O módulo de medição em fundo de poço 16 envia o sinal de prova a qual viaja por todo o meio de comunicações desde o fundo de poço até a superfície. O sinal recebido é armazenado para seu posterior processamento pelo módulo de aquisição e controle 50. Em seguida, o módulo de medição em fundo de poço 16 detém o envio do sinal de teste de espectro amplo para que o módulo de medição em superfície 11 possa captar o sinal de ruído de fundo e do mesmo jeito armazená-lo para seu posterior processamento.

[042] No seguinte passo o módulo de medição em superfície 11 e o módulo de medição em fundo de poço 16 realizam o processamento dos sinais capturados em tempo real por meio de seus módulos de aquisição e controle 50 e controle e processamento 90 respectivamente. O processamento consiste na obtenção da Transformada Rápida de Fourier (FFT) dos sinais de teste de espectro amplo e de ruído de solo. Cada um gera como resultado um vetor de dados que indica a magnitude dos sinais presentes em função de sua frequência. Ambos vetores de dados obtidos pelo módulo de controle e processamento 90 do módulo de medição em fundo de poço 16 são analisados para encontrar a frequência de recepção com melhor relação sinal-ruído, o qual é enviado ao módulo de medição em superfície 11 à maneira de uma mensagem de resposta.

16/21 [043] O módulo de medição em superfície 11 realiza o mesmo procedimento usando os vetores de dados obtidos por seu módulo de aquisição e controle 50 para determinar a frequência de transmissão com melhor relação sinal-ruído desde o módulo de medição em fundo de poço 16 para o módulo de medição em superfície 11.

[044] Como passo seguinte, o módulo de medição em superfície 11, envia uma mensagem com uma instrução ou comando de reconfiguração de parâmetros de comunicações ao módulo de medição em fundo de poço 16. Esta mensagem indica ao módulo de fundo quais são as novas frequências de transmissão e recepção para utilizar. Em seguida, o módulo de controle e processamento 90 do módulo de medição em fundo de poço 16 reassigna os valores dos coeficientes associados ao bloco de filtrado digital da figura 12. Adicionalmente se assignam valores aos parâmetros de demodulação da figura 13 e de modulação da figura 15 das novas frequências indicadas na mensagem do módulo de medição em superfície 11. Ao realizar a tarefa, o módulo de medição em fundo de poço 16 envia uma mensagem de resposta ao módulo de medição em superfície 11 que confirma a mudança de parâmetros dos blocos de comunicações das figuras 12, 13 e 15.

[045] Por outro lado, o módulo de medição em superfície 11, por meio de seu módulo de aquisição e controle 50, ajusta seus blocos de filtro digital, seu bloco demodulador e seu bloco modulador com as novas frequências.

[046] O método preferente para a caracterização em tempo real do meio de comunicações que se apresenta na figura 7, não é limitativo e pode se considerar como

17/21 complemento manter um registro do ajuste dos parâmetros de transmissão e recepção em função da frequência e a temperatura, de maneira que o inicio de operação do sistema de comunicações, possa ter como alternativas o arranque com parâmetros a temperatura ambiente, últimos parâmetros utilizados na medição ou ajuste automático de acordo à tábua de parâmetros armazenados em corridas de medição ou calibração prévias.

[047] O bloco de controle e processamento 90, mostrado na figura 10, está composto pelo bloco digital receptor PLC para fundo de poço 340, o bloco digital transmissor PLC para fundo de poço 330, o bloco digital de medição para fundo de poço 320, o bloco digital de armazenamento para fundo de poço 350, o bloco digital transceptor UART 310 (Transceptor universal assincrono) e o bloco digital central de processamento para fundo de poço 300, todos os blocos considerados para fundo de poço. O sinal analógico proveniente do receptor de fundo de poço 60 se apresenta à entrada do bloco digital receptor PLC, o qual se conecta ao bloco digital central de processamento para processar as mensagens de comando provenientes do módulo de medição em superficie 11. O bloco digital central de processamento para fundo de poço 300 se conecta ao bloco digital de medição para fundo de poço 320 para capturar os parâmetros físicos do módulo de senso 66, conecta-se ao bloco digital transceptor UART 310 para transmitir comandos e receber respostas do equipamento de tração 17 por meio do módulo transceptor RS-485 125. Assim mesmo se conecta a um bloco digital transmissor de PLC para fundo de poço 330 para comunicar os resultados ao módulo de superfície.

18/21 [048] O bloco digital receptor de PLC para fundo de poço 340 da figura 11 está composto por um conversor analógico-digital 400, um bloco de filtro digital 410, um bloco demodulador 420, um bloco de enlace de dados e detecção de mensagens 430. O conversor analógico digital 400 recebe o sinal analógico proveniente do receptor em fundo de poço 60, o conversor analógico-digital 400 converte esse sinal analógico em uma representação digital, a qual é a entrada ao bloco de filtro digital 410 que limita a banda ao espectro de frequências de recepção, a saida do filtro digital se conecta a um bloco demodulador 420, o qual recupera a trama digital das mensagens de comando, onde a trama digital se envia ao bloco de enlace de dados e detecção de mensagens 430 que envia a informação recuperada ao bloco digital central de processamento para fundo de poço 300.

[049] O bloco digital transmissor PLC para fundo de poço 330 da figura 12 está composto por um bloco construtor de mensagens e de segmentação 500 e um bloco sintetizador de sinais 520. O bloco construtor de mensagens e de segmentação 500 recebe a informação proveniente do bloco digital central de processamento para fundo de poço 300, codifica e segmenta a mensagem, cujos segmentos se entregam ao bloco sintetizador de sinais 520, o qual entrega um sinal analógico modulado na banda de transmissão ao transmissor em fundo de poço 70.

[050] O módulo de aquisição e controle 50, mostrado na figura 13, está composto pelo bloco digital receptor de PLC em superfície 640, o bloco digital transmissor de PLC em superfície 630, o bloco digital de armazenamento em

19/21 superfície 650, o bloco digital de controle de filtro receptor de PLC em superfície 660 e o bloco digital central de controle e processamento em superfície 600. O sinal analógico proveniente do módulo receptor PLC em superfície 30 se apresenta à entrada do bloco digital receptor de PLC em superfície 640, o qual se conecta ao bloco de controle digital central de controle e processamento em superfície 600 para processar as mensagens de resposta do módulo de medição em fundo de poço 16. O bloco digital central de controle e processamento em superfície 600 se conecta ao bloco digital de armazenamento em superfície 650 para apresentar e armazenar os parâmetros físicos medidos pelo módulo de medição em fundo de poço 16. Assim mesmo, conecta-se a um bloco digital transmissor PLC em superfície 630 para enviar mensagens de comando ao módulo de medição em fundo de poço 16. O bloco digital central de controle e processamento em superfície 600 se conecta ao bloco digital de bloco digital de controle de filtro de receptor de PLC em superfície 660 para ajustar a resposta em frequência do receptor de PLC em superfície 30 em função da resposta de transmissão do módulo de medição em fundo de poço 16.

[051] O bloco digital receptor de PLC em superfície 640 da figura 14 está composto por um conversor analógicodigital em superfície 700, um bloco de filtro digital em superfície 710, um bloco de enlace de dados e de detecção de mensagens em superfície 730. O conversor analógicodigital em superfície 700 recebe o sinal analógico, proveniente do receptor PLC em superfície 30, onde o 700 converte esse sinal analógico em uma representação digital, a qual é a entrada ao bloco de filtro digital em superfície

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710 que limita a banda ao espectro de frequências de recepção, a saída do bloco de filtro digital em superfície 710 se bloco demodulador e superfície 720, o qual recupera a trama digital das mensagens de comando, onde a trama digital se transfere ao bloco de enlace de dados e detecção de mensagens em superfície 730 que envia a informação recuperada ao bloco digital central de controle e processamento em superfície 600.

[052] O bloco digital transmissor de PLC em superfície 630 em superfície da figura 15 está composto por um bloco construtor de mensagem e segmentação em superfície 800, e um bloco sintetizador de sinais em superfície 820, baseado em um DAC. O bloco construtor de mensagens e segmentação em superfície 800 recebe a informação proveniente do bloco de digital central de controle e processamento em superfície 600, codifica e segmenta a mensagem, cujos segmentos se entregam ao bloco sintetizador de sinais em superfície 820, o qual entrega um sinal analógico modulado na banda de transmissão ao módulo transmissor PLC em superfície 40.

[053] O receptor PLC em superfície 30, que se ilustra na figura 16 está composto por um bloco de filtro passabanda ajustável em superfície 900, um bloco de controle de frequência central em superfície 910, um amplificador de baixo ruído em superfície 920 e um bloco condicionador de sinais em superfície 930. O bloco de filtro passa-banda ajustável em superfície 900 recebe o sinal de comunicações proveniente do módulo de medição em fundo de poço 16, o filtra em frequência de acordo com o ajuste de frequência proveniente do bloco de controle de frequência central em superfície 910, o qual recebe o valor de ajuste de

21/21 frequência do módulo de aquisição e controle 50. O bloco de filtro passa-banda ajustável em superfície 900 entrega o sinal de comunicações processada ao amplificador de baixo ruído em superfície 920, o qual amplifica o sinal atenuado em amplitude aos níveis requeridos pelo bloco condicionador de sinais em superfície 930, o qual escala os sinais e acopla a impedância de saída para entregar o sinal de comunicações ao bloco digital receptor de PLC em superfície 640 .

Claims

EMENDAS-REIVINDICAÇÕES

1. Método para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações que utiliza cabos coaxiais como meio de enlace em um sistema de comunicação inteligente para fundo de poço, caracterizado pelo fato de que consiste nos seguintes passos:

a) enviar um comando de caracterização do módulo de superfície ao módulo de fundo de poço;

b) gerar desde o módulo de superfície sinais de teste de espectro amplo no domínio da frequência baseado um pulso da voltagem no domínio do tempo capaz de gerar sinais com frequências nas bandas de transmissão e recepção de interesse;

c) adquirir e armazenar o sinal de teste que viajou por todo o meio de comunicações incluindo os elementos eletrônicos de filtrado;

d) adquirir e armazenar o sinal de ruído de fundo presente na entrada do receptor do fundo do poço;

e) processar os sinais adquiridos nos passos (b) e (c) mediante a Transformada Rápida Fourier (FTT);

f) estimar a frequência de transmissão com a melhor relação sinal-ruído a partir das FTTs obtidas do sinal de teste e do sinal de ruído no fundo de poço;

g) ajustar os coeficientes dos filtros digitais e parâmetros do bloco demodulador para ajustar o receptor do fundo de poço à nova frequência de recepção;

h) ajustar os parâmetros do bloco modulador de superfície para ajustar o transmissor à nova frequência de transmissão.
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2. Método de acordo com a reivindicação 3 aplicado a um sistema de comunicação inteligente em fundo de poço para a caracterização em tempo real da resposta de atenuação de um sistema bidirecional de comunicações que utiliza cabos coaxiais como meio de enlace, caracterizado pelo fato de que requer para sua execução um sistema de aquisição de dados em superfície baseado em um equipamento com capacidade de processamento digital de sinais; um módulo de medição em fundo de poço, baseado em um processador digital de sinais e um equipamento de tração; onde o sistema de aquisição de dados em superfície tem a capacidade de gerar, receber e processar sinais de espectro amplo para a caracterização do meio de comunicações, o qual compreende um módulo de aquisição e controle, um computador, um transmissor PLC com módulos de filtrado em superfície e um receptor PLC com módulos de filtrado em superfície; e onde o módulo de medição em fundo de poço está baseado em um processador digital de sinais que tem a capacidade de gerar, receber e processar sinais de prova de espectro amplo para a caracterização do meio de comunicações, o qual compreende um módulo de senso, um módulo de controle e processamento, um transmissor em fundo de poço com módulo de filtrado em fundo de poço, um receptor em fundo de poço com módulos de filtrado em fundo de poço e uma fonte de alimentação em fundo de poço que consiste em uma fonte redutora de alta voltagem.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método se inicia e realiza desde o fundo de poço até a superfície.

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4. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que os coeficientes dos filtros digitais e parâmetros do modulador e demodulador se armazenam em uma memória não volátil e se correlacionam com as mudanças na temperatura.