BR112016008607B1

BR112016008607B1 - WELL HOLE E-FIELD WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

Info

Publication number: BR112016008607B1
Application number: BR112016008607-4A
Authority: BR
Inventors: Øivind GODAGER; Fan-Nian Kong
Original assignee: Halliburton As
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2022-04-05
Also published as: CA2929061C; MY181120A; AU2014360952A1; CA2929061A1; GB2537249B; MX359414B; SA516370978B1; GB2537249A; AU2014360952B2; WO2015088355A1; MX2016004747A; BR112016008607A2

Abstract

sistema de comunicação sem fio de e-campo de furo de poço. sistema de comunicação sem fio de e-campo de furo de poço (1), o sistema de comunicação (1) compreendendo: - uma primeira antena de e-campo (11), e - uma segunda antena de e-campo (21), em que a primeira antena (11), e a segunda antena (21) são, ambas, arranjadas em um compartimento comum (210) de um furo de poço (2) e arranjadas adicionalmente para transferir um sinal entre um primeiro conector da primeira antena de e-campo (11) e um segundo conector da segunda antena de e-campo (21) por intermédio de ondas de rádio (ec), em que a segunda antena de e-campo (21) é arranjada em um furo de poço lateral (200, 300, 400), e a primeira e a segunda antena de e-campo (11, 21) compreendem uma primeira antena de polo ou um primeiro indutor toroidal, o sistema (1) caracterizado em que compreende um ressonador metálico (40) circundando a primeira antena (11) e a segunda antena (21).wellbore e-field wireless communication system. wellbore e-field wireless communication system (1), the communication system (1) comprising: - a first e-field antenna (11), and - a second e-field antenna (21) , wherein the first antenna (11) and the second antenna (21) are both arranged in a common compartment (210) of a wellbore (2) and further arranged to transfer a signal between a first connector of the first e-field antenna (11) and a second connector of the second e-field antenna (21) via radio waves (ec), wherein the second e-field antenna (21) is arranged in a hole of side well (200, 300, 400), and the first and second e-field antennas (11, 21) comprise a first pole antenna or a first toroidal inductor, the system (1) characterized in that it comprises a metallic resonator (40) surrounding the first antenna (11) and the second antenna (21).

Description

Field of Invention

[001] A presente invenção se refere ao campo técnico de estabelecer links de comunicação entre equipamento de superfície e baseado em terra e instrumentação arranjada em um furo de poço. Mais especificamente, a invenção se refere à comunicação sem fio em um espaço anular do furo de poço, onde o espaço anular pode se estender para dentro de um ou mais furos de poço, laterais.[001] The present invention relates to the technical field of establishing communication links between surface and land-based equipment and instrumentation arranged in a wellbore. More specifically, the invention relates to wireless communication in a wellbore annular space, where the annular space may extend into one or more lateral well holes.

Fundamentals of Technique

[002] Tecnologia de sensor de fundo de poço sem fio está sendo empregada em vários poços de petróleo e gás. No estado da técnica, os componentes de sistema são acoplados de forma indutiva, o que possibilita colocação remota de aparelho autônomo no furo de poço sem a necessidade de qualquer conexão de cabo, fio ou bateria para energia nem para comunicação. Esses sistemas fazem uso de um par de bobinas indutivas onde uma das bobinas é normalmente conduzida em revestimento, isto é, arranjada no furo de poço como parte do programa de camisa ou revestimento, e a outra bobina é conduzida em tubulação, o que significa que ela é inserida no furo de poço como parte do programa de completação. Assim, o par de bobinas tem que ser alinhado, normalmente como parte do programa de completação, de modo que elas estão dentro de certa distância exigida para o campo magnético a partir de uma bobina ser detectado pela outra bobina e vice-versa.[002] Wireless downhole sensor technology is being employed in various oil and gas wells. In the state of the art, the system components are inductively coupled, which makes it possible to remotely place an autonomous device in the wellbore without the need for any cable, wire or battery connection for power or communication. These systems make use of a pair of inductive coils where one of the coils is normally casing driven, i.e. arranged in the wellbore as part of the jacket or casing program, and the other coil is pipeline driven, meaning that it is inserted into the wellbore as part of the completion program. Thus, the pair of coils have to be aligned, usually as part of the completion program, so that they are within a certain required distance for the magnetic field from one coil to be detected by the other coil and vice versa.

[003] As bobinas indutivas consistem tipicamente em um condutor enrolado em torno de um núcleo. Pelo lado do emissor, um campo magnético será gerado quando uma corrente elétrica é aplicada ao condutor, enquanto que pelo lado do receptor uma voltagem através da bobina de condutor será gerada quando o campo magnético a partir do emissor atrai a bobina de receptor. Podemos dizer que a bobina de receptor está captando a partir do emissor.[003] Inductive coils typically consist of a conductor wound around a core. On the emitter side, a magnetic field will be generated when an electric current is applied to the conductor, while on the receiver side a voltage across the conductor coil will be generated when the magnetic field from the emitter attracts the receiver coil. We can say that the receiver coil is picking up from the emitter.

[004] Na técnica anterior, a captação de energia tem sido usada para proporcionar energia para lado remoto do link sem fio indutivo para energizar um instrumento remoto de furo de poço, de modo que o instrumento tenha energia suficiente para transmitir os dados a partir do instrumento de furo de poço remoto, por exemplo, os dados de sensor de volta para a bobina conduzida por tubulação.[004] In the prior art, power harvesting has been used to provide power to the remote side of the inductive wireless link to power a remote wellbore instrument so that the instrument has sufficient power to transmit data from the wellbore. remote wellbore instrument, for example, the sensor data back to the pipe-driven coil.

[005] A bobina conduzida por tubulação pode por sua vez ser conectada a um sistema de controle de superfície a bordo de uma plataforma ou navio por intermédio de um cabo de fundo de poço, e o sistema de controle eventualmente receberá informação a partir do instrumento de furo de poço remoto de modo que ele possa ser usado para analisar as propriedades do furo de poço ou da formação circundante.[005] The pipe-driven coil can in turn be connected to a surface control system on board a platform or ship via a downhole cable, and the control system will eventually receive information from the instrument. wellbore so that it can be used to analyze the properties of the wellbore or the surrounding formation.

[006] Um problema relacionado ao sistema do estado da técnica é que o alcance do link sem fio indutivo é limitado, e que o alinhamento das bobinas indutivas é crucial para o estabelecimento do link. Isso pode diminuir o andamento de abaixamento e colocação de um programa de completação para o furo de poço devido à necessidade inerente de proximidade entre os acopladores indutivos envolvidos.[006] A problem related to the prior art system is that the range of the inductive wireless link is limited, and that the alignment of the inductive coils is crucial for the establishment of the link. This can slow down the drawdown and placement of a completion program for the wellbore due to the inherent need for proximity between the inductive couplers involved.

[007] Um problema adicional é relacionado à quantidade de informação que pode ser conduzida através do link sem fio indutivo. Informação ou dados estão normalmente na forma digital e modulada através do campo indutivo de baixa frequência que funciona como uma portadora.[007] An additional problem is related to the amount of information that can be carried over the inductive wireless link. Information or data is normally in digital form and modulated through the low frequency inductive field that functions as a carrier.

[008] A Patente dos EUA 5.008.664 revela um aparelho que emprega um conjunto de bobinas indutivas para transmitir dados de CA e sinais de energia entre um aparelho de fundo de poço e o aparelho da superfície da terra.[008] US Patent 5,008,664 discloses an apparatus that employs a set of inductive coils to transmit AC data and power signals between a downhole apparatus and the earth surface apparatus.

[009] O pedido de patente europeu EP 0678880 A1 revela um dispositivo de acoplamento indutivo para membros tubulares coaxialmente dispostos, onde os membros podem ser dispostos de forma telescópica e um membro de camisa tem um conjunto de núcleo magnético construído a partir de ferro magnético com extremidades inclinadas de cilindro e o membro externo tem um conjunto magnético anular alinhado com o conjunto de núcleo.[009] European patent application EP 0678880 A1 discloses an inductive coupling device for coaxially arranged tubular members, where the members can be telescopically arranged and a jacket member has a magnetic core assembly constructed from magnetic iron with inclined cylinder ends and the outer member has an annular magnetic assembly aligned with the core assembly.

[0010] A patente dos Estados Unidos 4.806.928 revela um conjunto de bobina interno e um conjunto de bobina externo dispostos em núcleos de ferrita arranjados em uma ferramenta de fundo de poço com um dispositivo elétrico e um cabo de suspensão para acoplamento do dispositivo elétrico a um equipamento de superfície por intermédio dos conjuntos de bobina.[0010] United States patent 4,806,928 discloses an inner coil assembly and an outer coil assembly arranged on ferrite cores arranged in a downhole tool with an electrical fixture and a suspension cable for coupling the fixture to surface equipment via coil assemblies.

[0011] De interesse específico para esse tipo de sistemas de comunicação, é a possibilidade de estabelecer comunicação com instrumentos de furo de poço em furos de poços laterais. Furos de poços laterais são importantes para melhorar a produção e explorar ocorrências próximas de petróleo na formação.[0011] Of specific interest for this type of communication systems, is the possibility of establishing communication with wellbore instruments in lateral well holes. Side well holes are important to improve production and explore nearby occurrences of oil in the formation.

[0012] Na publicação de patente internacional WO201198632 A1 e o pedido de patente dos Estados Unidos US2011011580 A1 revela o uso de links sem fio indutivos para estabelecer a comunicação entre um furo de poço mãe e furos de poço laterais. Contudo, além dos problemas relacionados à técnica anterior mencionada acima, surge um novo problema relacionado ao arranjo das bobinas indutivas. Devido à natureza das junções laterais, é difícil evitar que elas se tornem obstáculos para o link sem fio indutivo, de forma que se torna difícil estabelecer uma comunicação segura.[0012] In international patent publication WO201198632 A1 and US patent application US2011011580 A1 disclose the use of inductive wireless links to establish communication between a mother well hole and side well holes. However, in addition to the problems related to the prior art mentioned above, a new problem related to the arrangement of the inductive coils arises. Due to the nature of side junctions, it is difficult to prevent them from becoming obstacles to the inductive wireless link, so it becomes difficult to establish secure communication.

[0013] US2013/0168081 revela comunicação de duas vias com uma coluna de ferramentas de fundo de poço. Um sinal de controle sem fio pode ser emitido através do tubo ascendente de pressão para a ferramenta de fundo de poço para fazer com que a coluna de ferramenta de fundo de poço ative o componente. O sinal de controle sem fio pode envolver um sinal acústico, um sinal ótico, e/ou um sinal eletromagnético tal como um acoplamento dipolo elétrico ou um acoplamento dipolo magnético.[0013] US2013/0168081 discloses two-way communication with a downhole tool string. A wireless control signal can be output through the pressure riser to the downhole tool to cause the downhole tool string to activate the component. The wireless control signal may involve an acoustic signal, an optical signal, and/or an electromagnetic signal such as an electric dipole coupling or a magnetic dipole coupling.

[0014] US20110030946 revela o uso de antenas para transmitir ondas eletromagnéticas de um revestimento em um furo de poço para a superfície.[0014] US20110030946 discloses the use of antennas to transmit electromagnetic waves from a casing in a wellbore to the surface.

[0015] Na US4839644 A, são revelados um sistema e um método para comunicação sem fio de duas vias em um furo de poço revestido que tem tubulação que se estende através do mesmo. Um subsistema de comunicação de fundo de poço é montado na tubulação. O subsistema de fundo de poço inclui uma antena de fundo de poço para acoplar energia eletromagnética em um modo TEM ao e/ou a partir do espaço anular entre o revestimento e a tubulação.[0015] In US4839644 A, a system and method are disclosed for two-way wireless communication in a cased well bore that has tubing extending therethrough. A downhole communication subsystem is mounted on the pipeline. The downhole subsystem includes a downhole antenna to couple electromagnetic energy in a TEM mode to and/or from the annular space between the casing and the pipeline.

[0016] US 6070662 A revela um método e aparelho para estabelecer comunicação em um furo de poço revestido com um sensor de dados que foi empregado remotamente, antes da instalação do revestimento no furo de poço, em uma formação de subsuperfície penetrada pelo furo de poço. A comunicação é estabelecida mediante instalação de uma antena em uma abertura na parede de revestimento.[0016] US 6070662 A discloses a method and apparatus for establishing communication in a lined wellbore with a data sensor that was employed remotely, prior to installation of the casing in the wellbore, in a subsurface formation penetrated by the wellbore . Communication is established by installing an antenna in an opening in the cladding wall.

[0017] Contudo, todos os sistemas acima sofrem de baixa eficiência, o que se torna ainda mais evidente em aplicações onde a comunicação de duas vias é estabelecida utilizando captação de energia no lado remoto. Adicionalmente, a técnica anterior acima é sensível ao alinhamento das antenas para obter a conectividade necessária, e programas de completação, complexos têm que ser executados para alinhar a completação com o revestimento.[0017] However, all the above systems suffer from low efficiency, which becomes even more evident in applications where two-way communication is established using energy harvesting on the remote side. Additionally, the above prior art is sensitive to antenna alignment to obtain the required connectivity, and complex completion programs have to be run to align completion to the coating.

Brief Summary of the Invention

[0018] Um objetivo principal da presente invenção é o de revelar um método e sistema para melhorar a transferência de sinal e eficiência de energia da transmissão de energia e sinal entre transmissores e receptores sem fio dos links sem fio dentro do furo de poço.[0018] A main objective of the present invention is to disclose a method and system for improving signal transfer and energy efficiency of power and signal transmission between wireless transmitters and receivers of wireless links within the wellbore.

[0019] A invenção é um sistema de comunicação sem fio de E-campo de furo de poço onde a transferência de sinal e a eficiência de energia são aperfeiçoadas em comparação aos sistemas descritos na técnica anterior.[0019] The invention is a wellbore E-field wireless communication system where signal transfer and energy efficiency are improved compared to systems described in the prior art.

[0020] O sistema de comunicação sem fio de E-campo de furo de poço compreende; uma primeira antena de E-campo e uma segunda antena de E-campo, em que a primeira antena, e a segunda antena são ambas dispostas em um compartimento comum de um furo de poço e arranjadas adicionalmente para transferir um sinal entre um primeiro conector da primeira antena de E-campo e um segundo conector da segunda antena de E-campo por intermédio de ondas de rádio, em que a segunda antena de E-campo é disposta em um furo de poço lateral, e a primeira e a segunda antena de E-campo compreendem uma primeira antena dipolo ou um primeiro indutor toroidal, em que o sistema compreende um ressonador metálico envolvendo a primeira antena e a segunda antena.[0020] Wellhole E-field wireless communication system comprises; a first E-field antenna and a second E-field antenna, wherein the first antenna, and the second antenna are both arranged in a common compartment of a wellbore and further arranged to transfer a signal between a first connector of the first E-field antenna and a second connector of the second E-field antenna via radio waves, wherein the second E-field antenna is arranged in a side well hole, and the first and second E-field antennas are E-fields comprise a first dipole antenna or a first toroidal inductor, wherein the system comprises a metallic resonator surrounding the first antenna and the second antenna.

[0021] A primeira e a segunda antena de E-campo (11, 21) são dipolos elétricos. Dipolos elétricos estabelecem um campo elétrico (Ec) que se propagará através de um meio como as ondas, por exemplo, ondas de rádio. Embora o campo elétrico como revelado pela invenção seja criado em torno de uma partícula eletricamente carregada, isto é, o dipolo elétrico, o campo magnético usado para o link sem fio na técnica anterior é criado em torno da bobina envolvida pelo campo magnético modulado. Embora os campos, elétrico e magnético, sejam relacionados entre si como sabido a partir das equações de Maxwell, a eficiência do link sem fio pode ser significativamente aperfeiçoada mediante uso do E-campo para comunicação. Contudo, para tirar vantagem das propriedades do E-campo, pelo menos a antena emissora tem que ser um dipolo elétrico, conforme discutido posteriormente no documento.[0021] The first and second E-field antennas (11, 21) are electric dipoles. Electric dipoles establish an electric field (Ec) that will propagate through a medium such as waves, for example radio waves. Although the electric field as disclosed by the invention is created around an electrically charged particle, i.e. the electric dipole, the magnetic field used for the wireless link in the prior art is created around the coil surrounded by the modulated magnetic field. Although the fields, electric and magnetic, are related to each other as known from Maxwell's equations, the efficiency of the wireless link can be significantly improved by using the E-field for communication. However, to take advantage of the E-field properties, at least the emitting antenna has to be an electric dipole, as discussed later in the document.

[0022] O ressonador metálico aperfeiçoa adicionalmente a eficiência do sistema em relação à técnica anterior. Em uma modalidade, o ressonador metálico compreende revestimento e tubulação existentes dentro do furo de poço, onde o ressonador se estende para dentro de um furo de poço lateral com uma antena de E-campo. Um campo elétrico estabelecido por uma das antenas no ressonador se propagará então dentro do ressonador e atingirá a outra antena.[0022] The metallic resonator further improves the efficiency of the system over the prior art. In one embodiment, the metallic resonator comprises casing and tubing existing within the wellbore, where the resonator extends into a side wellbore with an E-field antenna. An electric field established by one of the antennas on the resonator will then propagate inside the resonator and reach the other antenna.

[0023] Uma vantagem adicional da invenção é que as exigências para alinhamento e proximidade entre o par de acopladores de emissor e receptor são menos estritas do que para os acopladores indutivos da técnica anterior. Desde que as antenas estejam localizadas dentro do ressonador, o seu alinhamento não é crucial. Desse modo conectividade superior pode ser estabelecida entre um furo de poço mãe e um furo de poço lateral sem espaçamento ou técnicas similares conhecidas a partir do estado da técnica.[0023] A further advantage of the invention is that the requirements for alignment and proximity between the pair of emitter and receiver couplers are less stringent than for prior art inductive couplers. As long as the antennas are located inside the resonator, their alignment is not crucial. In this way superior connectivity can be established between a mother well hole and a side well hole without spacing or similar techniques known from the prior art.

[0024] De acordo com a técnica anterior, o alinhamento da completação de furo de poço dentro de um revestimento de um furo de poço requer procedimentos específicos para espaçamento da completação de modo que os dipolos magnéticos de fundo de poço sejam alinhados apropriadamente para estabelecer conectividade sem fio, uma vez que a completação de furo de poço é estabelecida e o suspensor de tubulação é assentado dentro do alojamento de cabeça de poço do poço. Dipolos magnéticos têm que ser alinhados de modo que o B-campo a partir de um emissor possa penetrar na bobina do receptor. É bem sabido que a intensidade do B-campo em torno de um dipolo magnético tem certa propagação, e que o campo é mais forte em direções específicas em relação à bobina.[0024] In accordance with the prior art, the alignment of wellbore completions within a wellbore casing requires specific procedures for spacing the completion so that the downhole magnetic dipoles are properly aligned to establish connectivity cordless, once wellbore completion is established and the pipe hanger is seated within the wellbore wellhead housing. Magnetic dipoles have to be aligned so that the B-field from an emitter can penetrate the receiver coil. It is well known that the strength of the B-field around a magnetic dipole has some propagation, and that the field is strongest in specific directions with respect to the coil.

[0025] Espaçamento pode ser entendido como o processo exigido para adicionar exatamente as tubulações necessárias ao topo da completação de furo de poço quando elas são baixadas dentro do revestimento de furo de poço. No término do programa de completação de furo de poço a completação de furo de poço é assentada e terminada em um suspensor de tubulação em um alojamento de cabeça de poço. Se a completação de furo de poço for muito longa a tubulação tem que ser levantada para remover alguma da tubulação. Se a mesma for reduzida, mais tubulação tem que ser adicionada.[0025] Spacing can be understood as the process required to add exactly the necessary pipes to the top of the wellbore completion when they are lowered into the wellbore casing. At the end of the wellbore completion program the wellbore completion is seated and terminated on a pipe hanger in a wellhead housing. If the wellbore completion is too long, the tubing has to be lifted to remove some of the tubing. If it is reduced, more piping has to be added.

[0026] Se, contudo, a presente invenção for usada, o programa de completação pode ser simplificado uma vez que o alinhamento é menos crucial, o qual por sua vez pode reduzir o tempo para planejamento e condução do programa de completação de furo de poço.[0026] If, however, the present invention is used, the completion program can be simplified since alignment is less crucial, which in turn can reduce the time for planning and conducting the wellbore completion program. .

[0027] Outra vantagem da invenção é que o par de dipolos elétricos de acordo com a invenção pode ser colocado a uma maior distância a partir um do outro do que para os dipolos magnéticos de acordo com a técnica anterior.[0027] Another advantage of the invention is that the pair of electric dipoles according to the invention can be placed at a greater distance from each other than for magnetic dipoles according to the prior art.

[0028] Uma vantagem adicional é que os dipolos elétricos podem se comunicar mesmo quando houver obstáculos intermediários, desde que eles estejam no mesmo espaço anular.[0028] An additional advantage is that electric dipoles can communicate even when there are intermediate obstacles, as long as they are in the same annular space.

[0029] Em algumas das aplicações de furo de poço, tal como, para, por exemplo, estabelecer comunicação entre um furo de poço mãe e furos de poço laterais, isso aumenta muito a flexibilidade. Um emissor pode ser arranjado fixado ou integrado na parede de tubulação da completação, e um receptor pode ser fixado na parede da tubulação do furo lateral. Mesmo quando eles não estão diretamente opostos entre si, ou quando houver obstáculos entre os mesmos, tais como bordas do revestimento onde o furo lateral se ramifica, o par de emissor e receptor será capaz de estabelecer um link de comunicação e de energia sem fio seguro.[0029] In some of the wellbore applications, such as, for example, to establish communication between a mother well hole and side well holes, this greatly increases flexibility. An emitter can be arranged fixed or integrated into the pipe wall of the completion, and a receiver can be attached to the pipe wall of the side hole. Even when they are not directly opposite each other, or when there are obstacles between them, such as casing edges where the side hole branches, the emitter and receiver pair will be able to establish a secure wireless communication and power link. .

[0030] Outra aplicação onde o uso da invenção é vantajoso é o de estabelecer a comunicação entre os pares de emissor e receptor em diferentes profundidades ao longo do furo mãe ou de um furo lateral. Isso pode ser importante se medições tiverem que ser realizadas em diferentes locais, tais como medições de formação em dois níveis.[0030] Another application where the use of the invention is advantageous is to establish communication between emitter and receiver pairs at different depths along the mother hole or a side hole. This can be important if measurements are to be performed at different locations, such as two-level formation measurements.

Picture's description

[0031] As figuras anexas ilustram algumas modalidades da invenção reivindicada.[0031] The attached figures illustrate some embodiments of the claimed invention.

[0032] A Figura 1 ilustra em uma vista secional um sistema de transferência elétrica sem fio de acordo com uma modalidade da invenção com antenas de indutor toroidal, dispostas em um espaço anular de um furo de poço.[0032] Figure 1 illustrates in a sectional view a wireless electrical transfer system according to an embodiment of the invention with toroidal inductor antennas, arranged in an annular space of a wellbore.

[0033] A Figura 2 ilustra da mesma forma como na Figura 1 um sistema de transferência, elétrico sem fio de acordo com uma modalidade da invenção onde as antenas de indutor toroidal são arranjadas na mesma altura.[0033] Figure 2 illustrates in the same way as in Figure 1 an electrical, wireless transfer system according to an embodiment of the invention where the toroidal inductor antennas are arranged at the same height.

[0034] A Figura 3 ilustra uma vista secional simplificada de antenas de indutor toroidal com núcleos independentes arranjados no furo de poço mãe e um furo de poço lateral.[0034] Figure 3 illustrates a simplified sectional view of toroidal inductor antennas with independent cores arranged in the mother well hole and a side well hole.

[0035] A Figura 4 ilustra o mesmo que a Figura 3, onde as antenas são antenas de indutor toroidal arranjadas em torno de uma tubulação de furo mãe (101) e uma tubulação lateral (201).[0035] Figure 4 illustrates the same as Figure 3, where the antennas are toroidal inductor antennas arranged around a mother hole pipe (101) and a side pipe (201).

[0036] A Figura 5 ilustra em uma vista secional simplificada um sistema de transferência, elétrico sem fio de acordo com uma modalidade da invenção com antenas dipolo, arranjadas em um espaço anular de um furo de poço.[0036] Figure 5 illustrates in a simplified sectional view a wireless electrical transfer system according to an embodiment of the invention with dipole antennas, arranged in an annular space of a wellbore.

[0037] A Figura 6 ilustra o mesmo que a Figura 5, onde a tubulação é usada como um elemento ativo da antena dipolo.[0037] Figure 6 illustrates the same as Figure 5, where the pipe is used as an active element of the dipole antenna.

[0038] A Figura 7 ilustra em uma vista secional um sistema de transferência elétrica sem fio de acordo com uma modalidade da invenção compreendendo um ressonador em que as antenas são dispostas.[0038] Figure 7 illustrates in a sectional view a wireless electrical transfer system according to an embodiment of the invention comprising a resonator in which the antennas are arranged.

[0039] A Figura 8 ilustra em uma vista secional o sistema de acordo com a invenção em um furo de poço multilateral (2) com uma formação de furo aberto.[0039] Figure 8 illustrates in a sectional view the system according to the invention in a multilateral wellbore (2) with an open hole formation.

Modalities of the Invention

[0040] No que segue será descrita e modalidades da invenção serão explicadas com referência aos desenhos anexos.[0040] In the following will be described and embodiments of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings.

[0041] A Figura 1 ilustra em um desenho secional transversal simplificado uma modalidade do sistema de comunicação sem fio de E-campo de furo de poço (1). O furo de poço (2) compreende uma ferramenta interna, tubulação, camisa ou revestimento (101) e uma tubulação externa, camisa ou revestimento (102). Entre a ferramenta interna, tubulação, camisa ou revestimento (101) e uma tubulação externa, camisa ou revestimento (102) é definido um compartimento (210).[0041] Figure 1 illustrates in a simplified cross-sectional drawing an embodiment of the wellbore E-field wireless communication system (1). The wellbore (2) comprises an internal tool, pipe, liner or casing (101) and an external pipe, liner or casing (102). Between the inner tool, pipe, liner or casing (101) and an outer pipe, liner or casing (102) a compartment (210) is defined.

[0042] Será entendido a partir da descrição seguinte do sistema de comunicação (1) que não é importante em qualquer uma das modalidades se o compartimento, ou o espaço anular (210) é delimitado por uma ferramenta interna, tubulação, revestimento ou camisa (101) em um lado ou em uma tubulação externa, camisa ou revestimento (102) no outro lado, desde que o espaço anular (210) seja definido entre a ferramenta, tubulação, camisa ou elementos de revestimento. Para simplicidade, a tubulação (101) é usada para denotar ferramenta interna, tubagem, camisa ou revestimento (101) e o revestimento é usado para denotar tubagem externa, camisa ou revestimento (102).[0042] It will be understood from the following description of the communication system (1) that it is unimportant in either embodiment whether the compartment, or annular space (210) is delimited by an internal tool, tubing, casing or jacket ( 101) on one side or on an external pipe, liner or liner (102) on the other side, provided that the annular space (210) is defined between the tool, liner, liner or liner elements. For simplicity, tubing (101) is used to denote internal tool, tubing, liner or liner (101) and liner is used to denote external tubing, liner or liner (102).

[0043] Um espaço anular (210) como descrito acima é típico para os furos de poço modernos e isso é onde a comunicação de acordo com a invenção é tipicamente estabelecida. Contudo, a primeira e a segunda antena de E-campo podem ser dispostas em qualquer compartimento de um furo de poço, tal como no furo de uma formação de furo aberto, ou dentro da tubulação.[0043] An annular space (210) as described above is typical for modern wellbore holes and this is where communication in accordance with the invention is typically established. However, the first and second E-field antennas may be disposed in any compartment of a wellbore, such as in the bore of an open hole formation, or within the pipeline.

[0044] Em uma modalidade o sistema de comunicação sem fio de Ecampo de furo de poço (1) compreende um instrumento de furo de poço (22) e um segundo transceptor de E-campo (20) conectado ao instrumento de furo de poço (22) e o segundo conector da segunda antena (21).[0044] In one embodiment the wellbore Efield wireless communication system (1) comprises a wellbore instrument (22) and a second E-field transceiver (20) connected to the wellbore instrument ( 22) and the second connector of the second antenna (21).

[0045] O segundo transceptor de E-campo (20) e o instrumento de furo de poço (22) nessa modalidade são dispositivos remotos separados ou integrados.[0045] The second E-field transceiver (20) and the wellbore instrument (22) in this embodiment are separate or integrated remote devices.

[0046] Em uma modalidade, o sistema de comunicação sem fio de E campo de furo de poço (1) compreende um sistema de controle (70) e um primeiro transceptor de E-campo (10) conectado ao sistema de controle (70) e o primeiro conector da primeira antena de E-campo (11). O sistema de controle é tipicamente um sistema baseado em superfície conforme ilustrado na Figura 1.[0046] In one embodiment, the wellbore E-field wireless communication system (1) comprises a control system (70) and a first E-field transceiver (10) connected to the control system (70) and the first connector of the first E-field antenna (11). The control system is typically a surface-based system as illustrated in Figure 1.

[0047] O sistema de comunicação sem fio (1) é arranjado para transferir um sinal de comunicação entre o sistema de controle (70) e o instrumento de furo de poço (22) por intermédio da primeira e segunda antena elétrica (11, 21) por intermédio de ondas de rádio (Ec). As ondas de rádio têm por definição uma frequência entre 3 kHz e 300 GHz. Em uma modalidade o sinal de comunicação transferido através do sistema de comunicação sem fio é modulado sobre uma onda portadora com uma frequência de rádio.[0047] The wireless communication system (1) is arranged to transfer a communication signal between the control system (70) and the wellbore instrument (22) via the first and second electrical antennas (11, 21). ) via radio waves (Ec). Radio waves by definition have a frequency between 3 kHz and 300 GHz. In one embodiment the communication signal transferred through the wireless communication system is modulated over a carrier wave with a radio frequency.

[0048] O primeiro e o segundo transmissor de E-campo (10, 20) são mostrados no compartimento (210). O primeiro transmissor de E-campo (10) é conectado a uma extremidade de um cabo de fundo de poço (9) arranjado para ser conectado na outra extremidade ao sistema de controle de fundo de poço (70) e se comunicar com o mesmo. O segundo transmissor de E-campo (20) é conectado a um instrumento de furo de poço (22) arranjado para receber comandos a partir do sistema de controle de fundo de poço (70) e/ou enviar sinais para o sistema de controle de fundo de poço (70).[0048] The first and second E-field transmitters (10, 20) are shown in the compartment (210). The first E-field transmitter (10) is connected to one end of a downhole cable (9) arranged to be connected at the other end to and communicate with the downhole control system (70). The second E-field transmitter (20) is connected to a downhole instrument (22) arranged to receive commands from the downhole control system (70) and/or send signals to the downhole control system (70). downhole (70).

[0049] O primeiro e o segundo transmissor de E-campo (10, 20) são conectados a primeira e a segunda antena (11, 21), respectivamente, arranjados no mesmo compartimento (210). O campo elétrico (Ec) estabelecido entre a primeira e a segunda antena de E-campo (11, 21) é ilustrado como linhas pontilhadas na figura.[0049] The first and second E-field transmitters (10, 20) are connected to the first and second antennas (11, 21), respectively, arranged in the same compartment (210). The electric field (Ec) established between the first and second E-field antennas (11, 21) is illustrated as dotted lines in the figure.

[0050] O primeiro transmissor de E-campo (10) pode ser conectado a qualquer extremidade do cabo (9). Na modalidade onde o primeiro transmissor de E-campo (10) é conectado entre o cabo (9) e a primeira antena (11), o cabo (9) tipicamente conduzirá energia e sinais de informação para o transmissor de E-campo de fundo de poço (10) que é responsável por modular a energia e o sinal de informação para uma portadora.[0050] The first E-field transmitter (10) can be connected to either end of the cable (9). In the embodiment where the first E-field transmitter (10) is connected between the cable (9) and the first antenna (11), the cable (9) will typically carry power and information signals to the background E-field transmitter. well (10) which is responsible for modulating the energy and information signal to a carrier.

[0051] Se o transmissor de E-campo (10) for arranjado na superfície ou próximo à superfície, a modulação já foi cuidada antes de propagação de fundo de poço, e o cabo (9) será um cabo de alimentação de antena conectado diretamente à antena. Tipicamente, um cabo coaxial pode ser usado com esse propósito. Meios de equiparação de impedância também podem ser aplicados.[0051] If the E-field transmitter (10) is arranged on or near the surface, the modulation has already been taken care of before downhole propagation, and the cable (9) will be a directly connected antenna feed cable. to the antenna. Typically, a coaxial cable can be used for this purpose. Impedance matching means may also be applied.

[0052] O primeiro transmissor de E-campo também pode ser arranjado em qualquer lugar entre as duas extremidades, exigindo uma porção do cabo para transferir os sinais “brutos”, não modulados, e uma segunda seção para transferir o sinal modulado. Diferentes tipos de cabos, portanto podem ser exigidos para as duas seções.[0052] The first E-field transmitter can also be arranged anywhere between the two ends, requiring a portion of the cable to transfer the “raw”, unmodulated signals, and a second section to transfer the modulated signal. Different types of cables may therefore be required for the two sections.

[0053] Comunicação bidirecional pode ser estabelecida mediante implementação de pares de transmissores e receptores para dentro dos transceptores nos dois lados do link sem fio, onde a mesma antena é usada para transmissão e recepção.[0053] Bidirectional communication can be established by implementing pairs of transmitters and receivers into transceivers on both sides of the wireless link, where the same antenna is used for transmission and reception.

[0054] Um instrumento de furo de poço (22) pode ser qualquer instrumento de fundo de poço que exija comunicação com um sistema de controle de fundo de poço. Um exemplo é um dispositivo sensor medindo parâmetros típicos de espaço anular, tal como, por exemplo, a pressão. O mesmo pode ser um dispositivo sensor para medir os parâmetros de formação fora do revestimento como ilustrado na Figura 1, onde o sensor está se comunicando com o segundo transmissor de E-campo (20) por intermédio de uma linha de comunicação através do revestimento (102).[0054] A downhole instrument (22) can be any downhole instrument that requires communication with a downhole control system. An example is a sensing device measuring typical annular space parameters, such as, for example, pressure. The same can be a sensing device for measuring the parameters of formation outside the coating as illustrated in Figure 1, where the sensor is communicating with the second E-field transmitter (20) via a communication line through the coating ( 102).

[0055] Em uma modalidade o instrumento de furo de poço (22) é um acionador para acionar um componente de furo de poço, tal como uma válvula no furo de poço (2).[0055] In one embodiment the wellbore instrument (22) is an actuator for actuating a wellbore component, such as a valve in the wellbore (2).

[0056] Em uma modalidade o cabo de fundo de poço (9) é arranjado para transferir um sinal de comunicação a partir do sistema de controle de fundo de poço (70) para o primeiro transmissor de E-campo (10). Adicionalmente, o primeiro transmissor de E-campo (10) é arranjado para transferir o sinal de comunicação para o segundo transceptor de E-campo (20) por intermédio da primeira e segunda antena (11, 21). Desse modo um link sem fio é estabelecido entre a extremidade do cabo de fundo de poço (9) e o instrumento de furo de poço (22).[0056] In one embodiment the downhole cable (9) is arranged to transfer a communication signal from the downhole control system (70) to the first E-field transmitter (10). Additionally, the first E-field transmitter (10) is arranged to transfer the communication signal to the second E-field transceiver (20) via the first and second antennas (11, 21). In this way a wireless link is established between the end of the downhole cable (9) and the downhole instrument (22).

[0057] Em uma modalidade o cabo de fundo de poço (9) é arranjado para transferir energia a partir do sistema de controle de fundo de poço (70) para o primeiro transmissor de E-campo (10). Adicionalmente, o primeiro transmissor de E-campo (10) é arranjado para transferir energia elétrica para o segundo transceptor de E-campo (20) por intermédio da primeira e segunda antena (11, 21). Nessa modalidade, o segundo transceptor de E-campo (20) é arranjado para captação de energia do E-campo captada pela segunda antena (21) e para distribuir energia elétrica para os componentes e circuitos elétricos, locais. Componentes de circuitos de energia padrão podem ser usados para captação de energia e estabilização de energia antes da distribuição da energia para outros componentes.[0057] In one embodiment the downhole cable (9) is arranged to transfer power from the downhole control system (70) to the first E-field transmitter (10). Additionally, the first E-field transmitter (10) is arranged to transfer electrical energy to the second E-field transceiver (20) via the first and second antennas (11, 21). In this embodiment, the second E-field transceiver (20) is arranged to capture energy from the E-field captured by the second antenna (21) and to distribute electrical energy to local electrical components and circuits. Standard power circuit components can be used to capture power and stabilize power before distributing power to other components.

[0058] A transferência de energia elétrica e de sinais de comunicação pode ser realizada simultaneamente.[0058] The transfer of electrical energy and communication signals can be performed simultaneously.

[0059] Em uma configuração a frequência do E-campo determinada pelo tamanho da antena e pelas características do primeiro e segundo transceptor (10, 20) onde a energia elétrica é captada diretamente a partir do E-campo, enquanto o sinal de comunicação é modulado em cima do E-campo. O sinal de comunicação pode ser modulado em amplitude ou frequência.[0059] In a configuration the frequency of the E-field determined by the size of the antenna and by the characteristics of the first and second transceivers (10, 20) where the electrical energy is captured directly from the E-field, while the communication signal is modulated over the E-field. The communication signal can be modulated in amplitude or frequency.

[0060] Em uma modalidade um sinal de comunicação digital é convertido em um sinal de frequência modulada onde a largura de banda é diferente para um “0” digital e um “1” digital. Pelo lado do receptor a largura de banda pode ser medida continuamente para demodular o sinal de volta para o sinal digital original. Adicionalmente qualquer protocolo de transmissão conhecido pode ser aplicado a esse link sem fio, tal como, por exemplo, correção de erro.[0060] In one embodiment a digital communication signal is converted into a frequency modulated signal where the bandwidth is different for a digital “0” and a digital “1”. On the receiver side, the bandwidth can be measured continuously to demodulate the signal back to the original digital signal. Additionally any known transmission protocol can be applied to this wireless link, such as, for example, error correction.

[0061] Devido às características de frequência do E-campo, uma largura de banda muito maior é possível com o sistema de acordo com a invenção do que para os sistemas de comunicação de fundo de poço do estado da técnica. Isso significa que mais informação pode ser transferida entre o instrumento de furo de poço (22) e o sistema de controle de fundo de poço (70).[0061] Due to the frequency characteristics of the E-field, a much greater bandwidth is possible with the system according to the invention than for the downhole communication systems of the prior art. This means that more information can be transferred between the downhole instrument (22) and the downhole control system (70).

[0062] Como descrito anteriormente, energia sem fio pode ser fornecida ao segundo transceptor (20). O segundo transceptor (20) pode conter circuitos eletrônicos locais tanto para processamento dos sinais a partir do instrumento de furo de poço (22), como para calcular um sinal para o instrumento de furo de poço. Se o instrumento de furo de poço (22) for um dispositivo sensor, o segundo transceptor (20) pode conter circuitos de processamento de sinal para processar os dados brutos de sensor e comunicar os dados processados a partir do segundo transceptor (20) para o primeiro transceptor (10). Se o instrumento de furo de poço (20) for um dispositivo acionador, o segundo transceptor (20) pode conter circuitos de processamento de sinal para converter um comando de chegada em um sinal de acionador mediante, por exemplo, disparo de um interruptor de alta tensão fornecido com energia a partir da energia captada do segundo transceptor (20). O segundo transceptor também pode compreender meios de armazenamento de energia tais como capacitores ou baterias para armazenar energia para poder proporcionar corrente suficiente para acionamento, ou como um reforço local.[0062] As previously described, wireless power can be supplied to the second transceiver (20). The second transceiver (20) may contain local electronic circuitry both for processing the signals from the wellbore instrument (22) and for calculating a signal to the wellbore instrument. If the wellbore instrument (22) is a sensing device, the second transceiver (20) may contain signal processing circuitry for processing the raw sensor data and communicating the processed data from the second transceiver (20) to the first transceiver (10). If the wellbore instrument (20) is a trigger device, the second transceiver (20) may contain signal processing circuitry to convert an incoming command into an trigger signal upon, for example, triggering a high-frequency switch. voltage supplied with energy from the energy captured from the second transceiver (20). The second transceiver may also comprise energy storage means such as capacitors or batteries to store energy in order to provide sufficient current for actuation, or as a local boost.

[0063] O instrumento de furo de poço (22) também pode ser uma combinação de sensor e acionador onde, por exemplo, o acionamento é realizado com base em valores de sinal de sensor. Nesse caso, o segundo transceptor (20) ou o instrumento de furo de poço (22) pode compreender circuitos eletrônicos para processar valores de sinal de sensor e comparar os mesmos com valores de limiar antes de operar o acionador.[0063] The wellbore instrument (22) can also be a sensor and driver combination where, for example, actuation is performed based on sensor signal values. In that case, the second transceiver (20) or the wellbore instrument (22) may comprise electronic circuitry for processing sensor signal values and comparing them to threshold values before operating the actuator.

[0064] A invenção compreende ainda características inventivas relacionadas ao estabelecimento de comunicação sem fio mediante uso do Ecampo entre a primeira e a segunda antena (11, 21).[0064] The invention also comprises inventive features related to the establishment of wireless communication using the Ecampo between the first and second antenna (11, 21).

[0065] Em uma modalidade a primeira antena (11) compreende uma primeira antena dipolo (11d) como ilustrado na Figura 5. Nesse caso, a primeira antena dipolo pode funcionar como uma antena de alimentação de duas vias, isto é, transferência de energia e transferência de sinais de comunicação. A primeira antena dipolo (11d) pode ser conectada diretamente a um cabo de fundo de poço (9) conectado a um sistema de controle de fundo de poço (70) com um primeiro transceptor (10) próximo ao sistema de controle de fundo de poço (70), ou o primeiro transceptor (10) pode ser arranjado entre o cabo (9) e a antena dipolo (11d) no furo de poço (2).[0065] In one embodiment the first antenna (11) comprises a first dipole antenna (11d) as illustrated in Figure 5. In that case, the first dipole antenna can function as a two-way feed antenna, that is, power transfer and transfer of communication signals. The first dipole antenna (11d) can be directly connected to a downhole cable (9) connected to a downhole control system (70) with a first transceiver (10) close to the downhole control system (70), or the first transceiver (10) can be arranged between the cable (9) and the dipole antenna (11d) in the wellbore (2).

[0066] Em uma modalidade da invenção uma perna da antena dipolo (11d) é a tubulação, camisa ou revestimento (101) conforme ilustrado na Figura 6, de tal modo que a tubulação, camisa ou revestimento (101) é um elemento ativo da antena dipolo. Uma camada do isolamento dielétrico (12) também é mostrada para isolar as duas pernas da antena entre si para proporcionar impedância ótima para a antena.[0066] In one embodiment of the invention a leg of the dipole antenna (11d) is the pipe, jacket or casing (101) as illustrated in Figure 6, such that the pipe, sleeve or casing (101) is an active element of the dipole antenna. A layer of dielectric insulation (12) is also shown to insulate the two antenna legs from each other to provide optimal antenna impedance.

[0067] Outro tipo de antena que pode ser usada é um indutor toroidal. Em uma modalidade a primeira antena (11) é um indutor toroidal como pode ser visto na Figura 1. Uma antena toroidal tem o efeito de que a corrente líquida dentro do raio principal do toroide é zero, o que significa que o campo magnético permanece dentro do próprio indutor toroidal, se apenas um campo elétrico for irradiado a partir do indutor toroidal.[0067] Another type of antenna that can be used is a toroidal inductor. In one embodiment the first antenna (11) is a toroidal inductor as can be seen in Figure 1. A toroidal antenna has the effect that the net current within the main radius of the toroid is zero, which means that the magnetic field remains within of the toroidal inductor itself, if only an electric field is radiated from the toroidal inductor.

[0068] Em relação à antena dipolo, o indutor toroidal (11t) também pode ser conectado diretamente ao cabo de fundo de poço (9) conectado a um sistema de controle de fundo de poço (70) com um primeiro transceptor (10) próximo ao sistema de controle de fundo de poço (70), ou o primeiro transceptor (10) pode ser arranjado entre o cabo (9) e a antena dipolo (11d) no furo de poço (2) como ilustrado na Figura 1.[0068] Regarding the dipole antenna, the toroidal inductor (11t) can also be connected directly to the downhole cable (9) connected to a downhole control system (70) with a first transceiver (10) nearby to the downhole control system (70), or the first transceiver (10) can be arranged between the cable (9) and the dipole antenna (11d) in the downhole (2) as illustrated in Figure 1.

[0069] Na modalidade ilustrada nessa figura o primeiro indutor toroidal (11t) é arranjado em torno de uma tubulação, camisa ou revestimento (101) do furo de poço (2), de tal modo que a tubulação, camisa ou revestimento (101) atua como um guia de onda para o campo elétrico (Ec).[0069] In the embodiment illustrated in this figure the first toroidal inductor (11t) is arranged around a pipe, jacket or casing (101) of the well hole (2), such that the pipe, sleeve or casing (101) acts as a waveguide for the electric field (Ec).

[0070] Em uma modalidade o primeiro indutor toroidal (11t) é arranjado em torno de um núcleo de metal independente (13) dentro do espaço anular (210) conforme ilustrado na Figura 3. O núcleo de metal pode ser um tubo aberto que se estende na direção do furo de poço como ilustrado para permitir a passagem de fluido de espaço anular através do núcleo interno da antena.[0070] In one embodiment the first toroidal inductor (11t) is arranged around an independent metal core (13) within the annular space (210) as illustrated in Figure 3. The metal core may be an open tube that extends towards the wellbore as illustrated to allow the passage of annular space fluid through the inner core of the antenna.

[0071] No lado oposto do sistema de transmissão sem fio, isto é, próximo ao instrumento de furo de poço (22) está a segunda antena (21). A segunda antena (21) pode ser qualquer antena dipolo ou antena de indutor toroidal conforme descrito acima para a primeira antena (11).[0071] On the opposite side of the wireless transmission system, that is, next to the wellbore instrument (22) is the second antenna (21). The second antenna (21) can be any dipole antenna or toroidal inductor antenna as described above for the first antenna (11).

[0072] Algumas combinações da primeira e segunda antena (11, 21) serão descritas abaixo.[0072] Some combinations of the first and second antenna (11, 21) will be described below.

[0073] Na Figura 1 e na Figura 2 a primeira e a segunda antena (11, 12) são antenas de indutor toroidal (11t, 12t) em torno de uma tubulação, camisa ou revestimento (101). Na modalidade onde a tubulação, a camisa ou o revestimento (101) é metálico, a mesma se torna um guia de onda capaz de transferir sinais entre a primeira e a segunda antena (11t, 12t). A Figura 2 ilustra o caso especial onde as duas antenas são arranjadas na mesma altura.[0073] In Figure 1 and Figure 2 the first and second antennas (11, 12) are toroidal inductor antennas (11t, 12t) around a pipe, jacket or casing (101). In the embodiment where the tubing, jacket or coating (101) is metallic, it becomes a waveguide capable of transferring signals between the first and second antennas (11t, 12t). Figure 2 illustrates the special case where the two antennas are arranged at the same height.

[0074] Na Figura 3a a segunda antena é similar à primeira antena descrita acima. Isto é, um segundo indutor toroidal (21t) em torno de um núcleo de metal independente (13).[0074] In Figure 3a the second antenna is similar to the first antenna described above. That is, a second toroidal inductor (21t) around an independent metal core (13).

[0075] A Figura 6 ilustra o uso de uma antena dipolo simples arranjada no espaço anular como a segunda antena (21). Em relação à primeira antena dipolo (11d), a segunda antena dipolo (21d) também pode ter a tubulação, revestimento ou camisa (102) atuando como um elemento ativo mediante conexão de uma perna à tubulação, revestimento ou camisa (102), isto é, a parede à direita do dipolo mostrado, e isoladas as duas pernas de antena com um material dielétrico.[0075] Figure 6 illustrates the use of a simple dipole antenna arranged in the annular space as the second antenna (21). With respect to the first dipole antenna (11d), the second dipole antenna (21d) may also have the tubing, casing or jacket (102) acting as an active element by connecting a leg to the tubing, casing or jacket (102), i.e. that is, the wall to the right of the dipole shown, and insulated the two antenna legs with a dielectric material.

[0076] As configurações de antena descritas acima podem ser combinadas. Por exemplo, nas Figuras 1 e 2 a segunda antena também pode ser um segundo indutor toroidal (21t) em torno de um núcleo de metal independente (13) ou uma antena dipolo. Na Figura 3 a segunda antena pode ser um indutor toroidal (21t) em torno da tubulação, revestimento ou camisa (101, 102) ou uma antena dipolo. Nas Figuras 5 e 6 a segunda antena pode ser o segundo indutor toroidal (21t) em torno de um núcleo de metal independente (13) ou em torno da tubulação, revestimento ou camisa (101, 102).[0076] The antenna configurations described above can be combined. For example, in Figures 1 and 2 the second antenna can also be a second toroidal inductor (21t) around an independent metal core (13) or a dipole antenna. In Figure 3 the second antenna can be a toroidal inductor (21t) around the pipe, casing or jacket (101, 102) or a dipole antenna. In Figures 5 and 6 the second antenna may be the second toroidal inductor (21t) around an independent metal core (13) or around the tubing, casing or jacket (101, 102).

[0077] De acordo com uma modalidade o sistema de comunicação sem fio de E-campo de furo de poço (1), compreende um ressonador metálico (40) envolvendo a primeira antena (11) e a segunda antena (21) conforme ilustrado com a linha mais grossa na Figura 7. O ressonador metálico pode ser sintonizado na frequência do E-campo para possibilitar transferência mais eficiente dos dois sinais de energia e de comunicação. A primeira e a segunda antena (11, 21) dentro do ressonador podem ser uma combinação de qualquer um dos tipos descritos acima.[0077] According to one embodiment the wellbore E-field wireless communication system (1), comprises a metallic resonator (40) surrounding the first antenna (11) and the second antenna (21) as illustrated with the thicker line in Figure 7. The metallic resonator can be tuned to the E-field frequency to enable more efficient transfer of both power and communication signals. The first and second antennas (11, 21) within the resonator may be a combination of any of the types described above.

[0078] Em uma modalidade o ressonador (40) compreende um ou mais obturadores metálicos (41) arranjados para delimitar o tamanho do espaço anular (210).[0078] In one embodiment the resonator (40) comprises one or more metallic shutters (41) arranged to delimit the size of the annular space (210).

[0079] De acordo com uma modalidade da invenção, a segunda antena (21) é arranjada em um furo de poço lateral (300) como ilustrado na Figura 3, 4 e 7, para possibilitar conectividade sem fio com uma segunda antena (21) arranja no mesmo espaço anular (210) que a primeira antena (11) e conectada a um instrumento de furo de poço (22).[0079] According to an embodiment of the invention, the second antenna (21) is arranged in a side well hole (300) as illustrated in Figure 3, 4 and 7, to enable wireless connectivity with a second antenna (21) arranges in the same annular space (210) as the first antenna (11) and connected to a wellbore instrument (22).

[0080] A comunicação entre a primeira antena e duas ou mais segundas antenas dispostas em diferentes furos de poços laterais em um poço multilateral pode ser estabelecida da mesma forma. Um esquema de multiplexação ou qualquer outro protocolo adequado para comunicação de rede pode ser usado para comunicação com diferentes furos de poço laterais.[0080] Communication between the first antenna and two or more second antennas arranged in different side well holes in a multilateral well can be established in the same way. A multiplexing scheme or any other protocol suitable for network communication can be used to communicate with different side well holes.

[0081] A Figura 8 mostra um sistema de comunicação sem fio de Ecampo de furo de poço (1) de acordo com uma modalidade da invenção, em um furo de poço multilateral compreendendo um furo principal (100) e furos de poço laterais (200, 300, 400). A primeira antena ou dipolo elétrico (11) é conectado a um sistema de controle de superfície como descrito previamente.[0081] Figure 8 shows a wellbore field wireless communication system (1) according to an embodiment of the invention, in a multilateral wellbore comprising a main hole (100) and side well holes (200). , 300, 400). The first antenna or electrical dipole (11) is connected to a surface control system as previously described.

[0082] Segundas antenas ou dipolos elétricos (21) são arranjados em dois ou mais dos furos de poços laterais (200, 300, 400), conectados individualmente a um transmissor de E-campo (20) em respectivos furos de poços laterais. Por sua vez, cada um dos transmissores de E-campo é conectado a um instrumento de furo de poço (22). Também é mostrado um segundo instrumento de furo de poço (23) arranjado na formação de furo de poço do furo de poço e conectado ao transmissor de E-campo 20. Em uma modalidade os primeiros instrumentos de furo de poço (22) são sensores de pressão, medindo uma pressão no furo de poço lateral, e os segundos instrumentos de furo de poço (23) são sensores usados para medir os parâmetros de formação. Contudo, o sistema de comunicação sem fio de E-campo (1) pode ser usado em qualquer aplicação e para a transferência sem fio de qualquer informação a partir de qualquer sensor ou acionador dentro de um compartimento de um furo de poço.[0082] Second antennas or electrical dipoles (21) are arranged in two or more of the side well holes (200, 300, 400), individually connected to an E-field transmitter (20) in respective side well holes. In turn, each of the E-field transmitters is connected to a wellbore instrument (22). Also shown is a second wellbore instrument (23) arranged in the wellbore formation of the wellbore and connected to the E-field transmitter 20. In one embodiment the first wellbore instruments (22) are pressure, measuring a pressure in the lateral wellbore, and the second wellbore instruments (23) are sensors used to measure formation parameters. However, the E-field wireless communication system (1) can be used in any application and for the wireless transfer of any information from any sensor or actuator within a wellbore compartment.

[0083] A Figura 8 ilustra um poço multilateral com uma formação de furo aberto, mas pode ser usada da mesma forma em um furo de poço com revestimentos ou camisas, onde o compartimento então se torna um espaço anular do furo de poço.[0083] Figure 8 illustrates a multilateral well with an open hole formation, but can be used in the same way in a wellbore with casings or sleeves, where the compartment then becomes an annular space of the wellbore.

[0084] As Figuras 1 a 8 acima são traçadas para ilustrar diferentes modalidades da invenção. Um número de elementos comuns de um furo de poço tais como obturadores, válvulas, dispositivos de ramificação lateral, etc. são deixados de fora como será entendido por aqueles versados na arte.[0084] Figures 1 to 8 above are drawn to illustrate different embodiments of the invention. A number of common wellbore elements such as plugs, valves, side branch devices, etc. are left out as will be understood by those versed in the art.

[0085] Cálculos para a comparação do uso de antenas helicoidais magnéticas ou indutores toroidais e de pólos elétricos como antenas transmissoras foram elaborados e os resultados são resumidos abaixo. Eles mostram que o uso de uma antena helicoidal, isto é, de pólo magnético como uma antena transmissora normalmente não é tão bom como o uso de um dipolo elétrico como uma antena transmissora, em termos de eficiência e de cominação de impedância.[0085] Calculations for the comparison of the use of magnetic helical antennas or toroidal inductors and electric poles as transmitting antennas were elaborated and the results are summarized below. They show that using a helical antenna, i.e. magnetic pole, as a transmitting antenna is usually not as good as using an electric dipole as a transmitting antenna, in terms of efficiency and impedance commination.

[0086] A transferência de energia entre duas antenas pode ser considerada como dois procedimentos. - (a) Uma antena transmissora gera campos magnéticos no espaço. Os campos gerados são proporcionais a IL, onde I é a corrente na antena Tx, e L é o comprimento equivalente da antena. - (b) A antena receptora capta os campos no espaço e gera uma voltagem no circuito receptor. A voltagem recebida é proporcional ao comprimento L equivalente da antena.[0086] The transfer of energy between two antennas can be considered as two procedures. - (a) A transmitting antenna generates magnetic fields in space. The generated fields are proportional to IL, where I is the current in the antenna Tx, and L is the equivalent length of the antenna. - (b) The receiving antenna picks up the fields in space and generates a voltage in the receiving circuit. The received voltage is proportional to the equivalent length L of the antenna.

[0087] Portanto, é importante investigar os comprimentos equivalentes do dipolo elétrico e da antena helicoidal.[0087] Therefore, it is important to investigate the equivalent lengths of the electric dipole and the helical antenna.

[0088] O comprimento equivalente de uma antena helicoidal é:

onde 1. L é o comprimento de antena equivalente da antena helicoidal. Para o caso do dipolo, o comprimento de antena equivalente é o comprimento físico da antena. - k é o número de onda e k = 2π/λ(λ: comprimento de onda) - S é a área efetiva helicoidal, e

onde N é o número de voltas e a é o raio da espira, e μcore é a permeabilidade relativa do material de núcleo.[0088] The equivalent length of a helical antenna is:

where 1. L is the equivalent antenna length of the helical antenna. For the dipole case, the equivalent antenna length is the physical length of the antenna. - k is the wave number and k = 2π/λ(λ: wavelength) - S is the helical effective area, and

where N is the number of turns and a is the radius of the loop, and μcore is the relative permeability of the core material.

[0089] Como em baixa frequência k é um número pequeno, equação (2) significa que a antena helicoidal tem baixa eficiência de irradiação.[0089] As at low frequency k is a small number, equation (2) means that the helical antenna has low irradiation efficiency.

[0090] Equação (1) mostra que o comprimento de antena equivalente de uma espira é uma função do comprimento de onda e assim uma função da frequência. A tabela seguinte mostra o número de voltas necessárias para uma bobina com diâmetro de 4 cm (núcleo de ar) atingir um comprimento equivalente de 1 m para frequência de 100 kHz, 1 MHz, 10 MHz e 2 MHz, para μcore =1. Tabela 1: Número de voltas para uma bobina tendo comprimento equivalente de 1 m

[0090] Equation (1) shows that the equivalent antenna length of a loop is a function of wavelength and thus a function of frequency. The following table shows the number of turns required for a coil with a diameter of 4 cm (air core) to reach an equivalent length of 1 m for frequencies of 100 kHz, 1 MHz, 10 MHz and 2 MHz, for μcore =1. Table 1: Number of turns for a coil having an equivalent length of 1 m

[0091] A partir da tabela podemos ver que muitas voltas são necessárias para realizar um comprimento equivalente de 1 m em baixas frequências.[0091] From the table we can see that many turns are required to perform an equivalent length of 1 m at low frequencies.

[0092] Pode-se aumentar a área efetiva de bobina mostrada em (2) mediante introdução de um núcleo de ferrita. Contudo, a saturação do núcleo interrompe o uso de alta corrente. Isso porque as bobinas são menos aplicáveis como antenas transmissoras.[0092] The effective coil area shown in (2) can be increased by introducing a ferrite core. However, core saturation stops using high current. This is because coils are less applicable as transmit antennas.

[0093] Aqui devemos comentar que para fornecimento de energia para o caso com revestimento de aço, é preciso gerar campo magnético ao longo da direção de revestimento. Para essa aplicação, a antena helicoidal pode ser vantajosamente usada como uma antena Tx.[0093] Here we must comment that for power supply for the case with steel coating, it is necessary to generate magnetic field along the coating direction. For this application, the helical antenna can be advantageously used as a Tx antenna.

[0094] Para uma antena Tx, é importante ter equiparação apropriada de impedância na porta de entrada para aumentar a eficiência de fornecimento de energia. A impedância de entrada de um dipolo elétrico é a sua impedância de irradiação, que é resistiva em aproximadamente 60 Ohms para uma antena de um quarto de comprimento de onda. Contudo, a impedância de entrada de uma antena helicoidal é a soma de sua impedância de irradiação e a indutância da bobina, que é dominada pela parte de indutância. Portanto, é mais difícil fazer equiparação de impedância para antena helicoidal do que para o caso de dipolo elétrico.[0094] For a Tx antenna, it is important to have proper impedance matching at the input port to increase power supply efficiency. The input impedance of an electric dipole is its radiating impedance, which is resistive at approximately 60 Ohms for a quarter-wavelength antenna. However, the input impedance of a helical antenna is the sum of its radiating impedance and the coil inductance, which is dominated by the inductance part. Therefore, it is more difficult to make impedance matching for helical antenna than for electric dipole case.

[0095] Para a antena receptora, a corrente é fraca. Podem ser usadas muitas voltas em um núcleo de ferrita sem saturação. Além disso, a equiparação de impedância para a antena receptora não é tão importante como para a antena Tx. Assim, a antena helicoidal pode ser usada como uma antena receptora.[0095] For the receiving antenna, the current is weak. Many turns can be used on an unsaturated ferrite core. Also, impedance matching for the receiving antenna is not as important as for the Tx antenna. Thus, the helical antenna can be used as a receiving antenna.

[0096] Para fornecimento de energia sem revestimento de aço, o uso de um dipolo elétrico é melhor do que o uso de uma antena helicoidal como uma antena Tx. Contudo, a antena receptora pode usar dipolo elétrico ou antena helicoidal.[0096] For power supply without steel casing, using an electric dipole is better than using a helical antenna such as a Tx antenna. However, the receiving antenna can use electric dipole or helical antenna.

Claims

1. Borehole E-field wireless communication system (1), the communication system (1) comprising: a first E-field antenna (11), and a second E-field antenna (21) , wherein the first antenna (11) and the second antenna (21) are both arranged in a common compartment (210) of a wellbore (2) and further arranged to transfer a signal between a first connector of the first antenna of E -field (11) and a second connector of the second E-field antenna (21) via radio waves (Ec), wherein the second E-field antenna (21) is arranged in a lateral well hole ( 200, 300, 400), and wherein the first and second E-field antennas (11, 21) comprise a first pole antenna or a first toroidal inductor, the system (1) characterized in that it comprises a resonator metallic (40) surrounding the first E-field antenna (11) and the second E-field antenna (21).

2. Wellbore E-field wireless communication system (1) according to claim 1, characterized in that it comprises: a control system (70), a wellbore instrument (22), a first E-field transceiver (10) connected to the surface control system (70) and the first connector of the first E-field antenna (11), a second E-field transceiver (20) connected to the borehole instrument well (22) and to the second connector of the second antenna (21), wherein the wireless communication system (1) is arranged to transfer a communication signal between the control system (70) and the wellbore instrument (22) through the first and second E-field antennas (11, 21).

3. Wellbore E-field wireless communication system (1) according to claim 2, characterized in that it comprises a wellbore cable (9) between the control system (70) and the first E-field transceiver (10).

4. Wellbore E-field wireless communication system (1) according to claim 2, characterized in that it comprises a wellbore cable (9) between the first Ecampo transceiver (10) and the first E-field antenna (11).

5. A wellbore E-field wireless communication system (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first E-field antenna (11) is a dipole antenna having a first leg and a second leg, and wherein the first leg of the first E-field dipole antenna is a pipe, jacket or casing (101) of the wellbore (2), and the system (1) further comprises a layer of dielectric isolation (12) between the first leg of the first E-field dipole antenna and the second leg of the first E-field dipole antenna, such that the pipe, jacket or casing (101) is an active element of the first E-field dipole antenna. E-field.

6. A wellbore E-field wireless communication system (1) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the second E-field antenna (21) is a dipole antenna having a first leg and a second leg, and wherein the first leg of the second E-field dipole antenna is a pipe, jacket or casing (101) of the wellbore (2), and the system (1) further comprises a layer of dielectric isolation (12) between the first leg of the second E-field dipole antenna and the second leg of the second E-field dipole antenna, such that the pipe, jacket or casing (101) is an active element of the second E-field dipole antenna. E-field.

7. A wellbore E-field wireless communication system (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first and second E-field antennas each comprise a toroidal inductor, and the toroidal inductor is arranged around a metallic pipe, jacket or casing (101) of the wellbore (2), and in such a way that the pipe, sleeve or casing (101) acts as a waveguide for waves. electromagnetic.

8. A wellbore E-field wireless communication system (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the toroidal inductor is arranged around an independent metal core within the housing (210).

9. A wellbore E-field wireless communication system (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the metallic resonator (40) comprises a metallic shutter (41) arranged to delimit the size of the compartment (210).

10. Wellbore E-field wireless communication system (1) according to claim 9, characterized in that the metallic resonator (40) extends into a lateral wellbore (200, 300 , 400).