BR112017007906B1 - Aparelho e método de acionamento de solenoide - Google Patents

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Abstract

APARELHO E MÉTODO DE ACIONAMENTO DE SOLENOIDE. Um aparelho exemplar pode incluir um atuador de solenoide com uma bobina de solenoide e uma armação de solenoide correspondente. Uma pluralidade de comutadores pode ser acoplada à bobina de solenoide. Um controlador pode ser eletricamente acoplado à pluralidade de comutadores, o controlador tendo um processador e um dispositivo de memória acoplado ao processador. O dispositivo de memória pode conter um conjunto de instruções que, quando executadas pelo processador fazem com que o processador receba um sinal de retorno correspondente a uma condição de pelo menos uma dentre a bobina de solenoide e armação de solenoide; e gere um sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um da pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO
[001] O presente pedido reivindica prioridade ao Pedido PCT No PCT/US2014/072577, intitulado “Downhole Solenoid Actuator Drive System” e depositado em 29 de dezembro de 2014, que é incorporado neste documento por referência em sua totalidade.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] Hidrocarbonetos, tais como óleo e gás, são geralmente obtidos a partir de formações subterrâneas que podem ser localizadas em terra ou no mar. O desenvolvimento de operações subterrâneas e os processos envolvidos na remoção de hidrocarbonetos de uma formação subterrânea são complexos. Tipicamente, operações subterrâneas envolvem uma série de etapas diferentes tais como, por exemplo, perfurar um furo de poço em um local de poço desejado, tratar o furo de poço para otimizar a produção de hidrocarbonetos e realizar as etapas necessárias para produzir e processar os hidrocarbonetos da formação subterrânea.
[003] Atuadores lineares podem ser utilizados em operações subterrâneas para executar várias funções, incluindo o controle de válvulas e elementos mecânicos. Em uma modalidade, um atuador linear é utilizado para controlar um valor hidráulico num sistema de telemetria de fundo de poço. A válvula hidráulica pode alterar um caminho de fluxo de um fluido de perfuração que circula através do poço de exploração, o que causa flutuações de pressão nas quais informações de fundo de poço podem ser codificadas e transmitidas para a superfície. Em tais modalidades, o atuador linear opera em ambientes severos nos quais temperatura, humidade, choques e vibrações fazem com que seja desafiador projetar o atuador.
[004] Atuadores solenoide lineares, um tipo de atuador linear utilizado em sistemas de telemetria de fundo de poço, são geralmente robustos no que diz respeito a resistir às condições de fundo de poço, mas são tipicamente sujeitos a avarias mecânicas no mecanismo usado para retornar o atuador para a sua posição original, ou à fadiga do material causada por forças de impacto quando o atuador retorna à sua posição original. Além disso, típicos atuadores solenoide lineares não são eficientes quanto à energia e sofrem de problemas de geração de calor devido em parte à ineficiência energética.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[005] Alguns exemplos de modalidades específicas da divulgação podem ser compreendidos por referência, em parte, a descrição seguinte e aos desenhos anexos.
[006] A Figura 1 é um diagrama mostrando um exemplo de sistema de perfuração de acordo com aspectos da presente divulgação.
[007] A Figura 2 é um diagrama que mostra um exemplo de sistema de telemetria de acordo com aspectos da presente divulgação.
[008] A Figura 3 é um diagrama mostrando um exemplo de acionador solenoide de acordo com aspectos da presente divulgação.
[009] A Figura 4 é um gráfico que ilustra uma relação exemplar entre a folgafolga e corrente de ar e para gerar uma força em um solenoide de acordo com aspectos da presente divulgação. .
[0010] A Figura 5 é um diagrama que ilustra um sistema de atuador linear de acordo com aspectos da presente divulgação.
[0011] A Figura 6 é um gráfico que ilustra a velocidade, força e a corrente de um atuador gerado usando um exemplo do sistema de atuador linear solenoide de fundo de poço de acordo com aspectos da presente divulgação.
[0012] Embora modalidades desta divulgação tenham sido representadas e descritas e sejam definidas em referência a exemplos de modalidades da divulgação, tais referências não implicam em limitação da divulgação, e não se deve inferir nenhuma limitação deste tipo. O assunto divulgado é capaz de modificação, alteração e equivalentes consideráveis em forma e função, tal como será evidente a versados da técnica que tenham o benefício desta divulgação. As modalidades representadas e descritas da divulgação são apenas exemplos e não exaustivas do escopo da divulgação. DESCRIÇÃO DETALHADA
[0013] Para os fins desta divulgação, um sistema de manipulação de informação pode incluir qualquer instrumentalidade ou agregado de instrumentalidades operável para computar, classificar, processar, transmitir, receber, recuperar, originar, comutar, armazenar, exibir, manifestar, detectar, registrar, reproduzir, manipular ou utilizar qualquer forma de informação, inteligência ou dados para fins de negócios, científicos, de controle ou para outros fins. Por exemplo, um sistema de gerenciamento de informação pode ser um computador pessoal, um dispositivo de armazenamento de rede ou qualquer outro dispositivo adequado e pode variar em tamanho, forma, desempenho, funcionalidade e preço. O sistema de manipulação de informações pode incluir memória de acesso aleatório (RAM), um ou mais recursos de processamento, tal como uma unidade de processamento central (CPU) ou lógica de controle de hardware ou software, ROM e/ou outros tipos de memória não volátil. Componentes adicionais do sistema de gerenciamento de informação podem incluir uma ou mais unidades de disco, uma ou mais portas de rede para comunicação com dispositivos externos, assim como vários dispositivos de entrada e saída (I/O), como um teclado, um mouse e uma tela de vídeo. O sistema de gerenciamento de informação também pode incluir um ou mais barramentos operáveis para transmitir comunicações entre os vários componentes de hardware. Ele pode também incluir uma ou mais unidades de interface capazes de transmitir um ou mais sinais para um controlador, atuador ou dispositivo semelhante.
[0014] Para os fins desta divulgação, meios legíveis por computador podem incluir qualquer instrumento ou agregação de instrumento que possam reter dados e/ou instruções por um período de tempo. Meios legíveis por computador podem incluir, por exemplo, sem limitação, meios de armazenamento, como um dispositivo de armazenamento de acesso direto (por exemplo, uma unidade de disco rígido ou unidade de disquete), um dispositivo de armazenamento de acesso sequencial (por exemplo, uma unidade de disco de fita), disco compacto, CD-ROM, DVD, RAM, ROM, memória somente de leitura programável apagável eletricamente (EEPROM), e/ou memória flash; assim como outros meios de comunicação, como cabos, fibras ópticas, microondas, ondas de rádio e outros transportadores eletromagnéticos e/ou ópticos; e/ou qualquer combinação dos anteriores.
[0015] As modalidades ilustrativas da presente divulgação são descritas detalhadamente neste documento. No interesse da clareza, nem todas as características de uma implementação real podem ser descritas neste relatório descritivo. Será naturalmente apreciado que no desenvolvimento de qualquer modalidade deste tipo, diversas decisões específicas a implementações são feitas para que se alcancem os objetivos de uma implementação específica, que irão variar de uma implementação a outra. Além disso, será apreciado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas seria, contudo, um empreendimento rotineiro àqueles versados na técnica que têm o benefício desta divulgação.
[0016] Para facilitar uma melhor compreensão da presente divulgação, fornecem-se os seguintes exemplos de certas modalidades. De forma nenhuma os seguintes exemplos devem ser lidos para limitar, ou definir, o escopo da invenção. Modalidades da presente divulgação podem ser aplicáveis a furos de poços horizontais, verticais, desviados ou não lineares em qualquer tipo de formação subterrânea. As modalidades podem ser aplicáveis a poços de injeção, bem como poços de produção, incluindo poços de hidrocarbonetos. As modalidades podem ser implementadas utilizando uma ferramenta que é adequada para teste, recuperação e amostragem ao longo de seções da formação. As modalidades podem ser implementadas com ferramentas que, por exemplo, podem ser transportadas através de uma passagem de fluxo em coluna tubular ou usando um cabo de aço, cabo liso, tubulação espiralada, robô de fundo de poço ou semelhantes. "Medição durante a perfuração" (Measurement-while-drilling, "MWD") é o termo geralmente usado para medir condições de fundo de poço envolvendo o movimento e a localização do conjunto de perfuração enquanto a perfuração continua. "Perfilagem durante a perfuração" (Logging-while-drilling, "LWD") é o termo geralmente usado para técnicas similares que se concentram mais na medição de parâmetros de formação. Dispositivos e métodos de acordo com determinadas modalidades podem ser utilizados em uma ou mais de operações de cabo de aço (incluindo cabo de aço, cabo liso, e tubulação espiralada), robô de fundo de poço, MWD e LWD.
[0017] Os termos "acoplar", "acoplado" ou "acopla" como usados neste documento, destinam-se a significar uma conexão direta ou indireta. Deste modo, se um primeiro dispositivo acopla-se a um segundo dispositivo, esta conexão pode se dar através de uma conexão direta ou através de uma conexão indireta mecânica ou elétrica por meio de outros dispositivos e conexões. Da mesma forma, o termo "acoplado comunicativamente", como utilizado neste documento, pretende significar uma conexão de comunicação direta ou indireta. Tal conexão pode ser uma conexão com fio ou sem fio como, por exemplo, Ethernet ou LAN. Tais conexões com e sem fio são bastante conhecidas a indivíduos moderadamente versados na técnica e, portanto, não serão discutidas aqui em detalhes. Assim, se um primeiro dispositivo acopla-se comunicativamente a um segundo dispositivo, esta conexão pode dar-se por meio de uma conexão direta ou através de uma conexão indireta por meio de outros dispositivos e conexões.
[0018] A presente divulgação refere-se genericamente a operações de perfuração de fundo de poço e, mais particularmente, a um sistema de atuador de solenoide linear de fundo de poço. Como será descrito em detalhes a seguir, sistemas atuador de solenoide linear de fundo de foço exemplares aqui descritos podem proporcionar um controle de circuito fechado, através do qual a energia utilizada para acionar o atuador pode ser mais eficientemente e eficazmente controlada, e através do qual o impacto mecânico e fadiga de material no atuador pode ser minimizada. Em certas modalidades, a eficiência de energia do sistema de atuador pode ser melhorada ainda mais através de configurações de controle que facilitam a recaptura de energia em excesso ou armazenada dentro de solenoides do atuador. Embora o sistema de acionamento é aqui descrito como um sistema actuador linear implementado num sistema de telemetria no fundo do poço, que não se limita a este contexto; Em vez disso, o controlo de circuito fechado pode ser incorporado em outros tipos de actuadores, incluindo actuadores rotativos, e os sistemas de actuador pode ser usado em outras aplicações.
[0019] A Figura 1 é um diagrama de um sistema de perfuração subterrâneo ilustrativo 100, incluindo um sistema de acionamento de atuador de solenoide de acordo com aspectos da presente divulgação. O sistema de perfuração 100 compreende uma plataforma de perfuração 2 posicionada na superfície 102. Na modalidade mostrada, a superfície 102 compreende uma parte superior de uma formação 104 que contém uma ou mais camadas ou estratos rochosos 18a-c e a plataforma de perfuração 2 pode estar em contato com a superfície 102. Em outras modalidades, tal como em uma operação de perfuração em alto mar, a superfície 102 pode ser separada da plataforma de perfuração 2 por um volume de água.
[0020] O sistema de perfuração 100 compreende um guindaste 4 suportado pela plataforma de perfuração 2 e tendo uma catarina 6 para levantar e abaixar a coluna de perfuração 8. Uma haste de perfuração 10 pode suportar a coluna de perfuração 8 conforme esta é abaixada através de uma mesa rotativa 12. Uma broca de perfuração 14 pode ser acoplada à coluna de perfuração 8 e acionada por um motor de fundo de poço e/ou pela rotação da coluna de perfuração 8 pela mesa rotativa 12. Conforme a broca 14 roda, ela cria um furo de poço 16 que passa através de um ou mais estratos rochosos ou camadas 18a-c. Uma bomba 20 pode circular fluido de perfuração através de um tubo de alimentação 22 à haste de perfuração 10, no fundo do poço através do interior da coluna de perfuração 8, através dos orifícios da broca de perfuração 14, de volta à superfície através do espaço anular em torno da coluna de perfuração 8, e para dentro de um tanque de retenção 24. O fluido de perfuração transporta detritos do furo de poço 16 para o tanque 24 e ajuda a manter a integridade do furo de poço 16.
[0021] O sistema de perfuração 100 pode compreender um conjunto de fundo de poço 150 (bottom hole assembly, BHA) acoplado à coluna de perfuração 8 próxima à broca de perfuração 14. O BHA pode compreender diversas ferramentas e sensores de medição de fundo de poço, incluindo elementos de LWD/MWD 26. Exemplos de elementos de LWD/MWD 26 incluem antena, sensores, magnetômetros, gradiômetros, etc. Conforme a broca amplia o furo de poço 16 através das formações 18, os elementos de LWD/MWD 26 podem coletar medições relativas à formação e ao conjunto de perfuração.
[0022] Em certas modalidades, as medições efetuadas pelos elementos de LWD/MWD 26 e dados de outras ferramentas e elementos de fundo de poço podem ser transmitidos à superfície 102 através de um sistema de telemetria 28. Na modalidade mostrada, o sistema de telemetria 28 está localizado dentro do BHA e acoplado de maneira comunicante aos elementos de LWD/MWD 26. O sistema de telemetria 28 pode transmitir os dados e as medições a partir dos elementos de fundo de poço como pulsos ou ondas de pressão nos fluidos injetados em ou circulados através do conjunto de perfuração, tais como fluidos de perfuração, fluidos de fraturamento, etc. Os pulsos de pressão podem ser gerados de uma forma particular, forma de onda ou outro tipo de representação de dados, um exemplo disso poderia incluir uma representação binária de dados que são recebidos e decodificados em um receptor de superfície 30. Os pulsos de pressão positiva ou negativa podem ser recebidos no receptor de superfície 30 diretamente ou podem ser recebidos e retransmitidos através de repetidores de sinal 50. Tais repetidores de sinal podem, por exemplo, ser acoplados à coluna de perfuração 8 em intervalos, conter pulsadores fluídicos e circuitos receptores para receber e retransmitir sinais de pressão correspondentes e auxiliar na transmissão de sinais de alta frequência a partir do sistema de telemetria 28, que seriam atenuados antes de chegarem ao receptor da superfície 30. O sistema de perfuração 100 pode compreender ainda um sistema de gerenciamento de informações 32 posicionado na superfície 102 que é acoplado de maneira comunicante ao receptor de superfície 30 para receber dados de telemetria a partir dos elementos de LWD/MWD 26 e processar os dados de telemetria para determinar certas características da formação 104.
[0023] A Figura 2 é um diagrama que mostra um exemplo de modalidade do sistema de telemetria 28 de acordo com aspectos da presente divulgação. O sistema de telemetria 28 pode compreender um atuador de solenoide linear 202 e um sistema de acionamento do atuador de solenoide linear 204 eletricamente acoplado ao atuador de solenoide 202. O atuador de solenoide linear 202 e o sistema de acionamento de atuador de solenoide linear 204 podem ser acoplados a um comando de perfuração 206, que pode ser acoplado a uma coluna de perfuração 8 quando o sistema de telemetria 28 está empregado dentro do furo de poço 16. Na modalidade mostrada, o atuador 202 e o sistema de acionamento 204 estão localizados dentro de um compartimento 208 acoplado a uma superfície interna do comando de perfuração 206 e posicionados em um orifício interno 210 do comando de perfuração 206. O compartimento 208 pode permitir o fluxo de fluido de perfuração através do orifício interno 210 através de um ou mais canais ou áreas anulares entre o compartimento 208 e o comando de perfuração 206. Em outras modalidades, um dentre o atuador 202 e o sistema de acionamento 204 podem estar localizados na estrutura tubular externa do comando de perfuração 206 para fornecer maior fluxo de fluido através do orifício 210. Além disso, embora um comando de broca 206 seja mostrado, vários comandos de perfuração podem ser usados.
[0024] O sistema de telemetria 28 pode compreender adicionalmente uma fonte de energia 212 acoplada ao sistema de acionamento 204. A fonte de energia 212 pode compreender um banco de capacitores que são capazes de armazenar e fornecer rapidamente as grandes quantidades de energia necessárias para acionar o atuador de solenoide 202. Em certas modalidades, a fonte de energia 212 pode também ser acoplada a uma fonte de energia (não mostrada) que fornece a energia armazenada no banco de capacitadores. Exemplos de fontes de energia incluem baterias ou geradores elétricos acionados por fluidos. Na modalidade mostrada, a fonte de energia 212 está localizada no compartimento 208 com o sistema de acionamento 204, embora outras localizações sejam possíveis, incluindo a parte externa do comando de perfuração 206. Além disso, a fonte de energia 212 pode ser incorporada ao sistema de acionamento 204.
[0025] O sistema de acionamento 204 pode acoplar seletivamente uma ou mais solenoides do atuador de solenoide 202 à fonte de energia 212 para fazer com que o atuador se mova entre a primeira e segunda posições, que podem corresponder às posições de um elemento acoplado ao atuador de solenoide 202. Na modalidade mostrada, o atuador de solenoide 202 é acoplado a uma válvula de gaveta 214 que é móvel entre posições fixas dentro de uma câmara 220 no compartimento 208. Estas posições fixas podem compreender uma posição "aberta" na qual a válvula de gaveta 214 completa um canal de fluido 216 entre o orifício interno 210 e um espaço anular 218 entre o comando de perfuração 206 e o furo de poço 16; e uma posição "fechada" quando a válvula de gaveta 214 bloqueia o canal de fluido 216. Quando a válvula de gaveta 214 se move para a posição "aberta" da posição "fechada", o fluido de perfuração que flui dentro do orifício interno 210 pode sair até o espaço anular 208, causando uma diminuição no volume do fluido de perfuração dentro do orifício interno 210 e uma correspondente queda de pressão no fluido de perfuração que pode se propagar em sentido ascendente para a superfície através da coluna de perfuração 8. Por outro lado, quando a válvula de gaveta 214 move-se para a posição "fechada" a partir da posição "aberta", pode causar um no volume do fluido de perfuração dentro do orifício interno 210 e um aumento correspondente na pressão no fluido de perfuração. Assim, ao alternar a válvula de gaveta 214 entre posições "aberta" e "fechada", o atuador de solenoide 202 e o sistema de acionamento 204 podem gerar pulsos de pressão dentro do fluido de perfuração que são utilizados para comunicar os dados de fundo de poço para a superfície.
[0026] A Fig. 3 é um diagrama de um exemplo de acionador de solenoide 300 de acordo com aspectos da presente divulgação. O atuador 300 pode compreender uma armação principal 301, pelo menos parcialmente posicionada no interior de um alojamento exterior 302 e uma carcaça magnética envolvente 309. Tal como ilustrado, o atuador 300 pode compreender um atuador linear, caracterizado por movimento linear pela armação 301. A carcaça magnética envolvente 309 pode compreender um material "macio" magnético, caracterizado por baixa coercividade, alta permeabilidade e elevada magnetização de saturação, de tal forma que os materiais podem ser magnetizados, mas não permanecem magnetizados. Exemplos incluem ligas de cobalto e ferro e ligas de ferro e níquel. O atuador 300 pode compreender ainda pelo menos dois solenoides usados para mover e fixar a armação principal 301 na primeira e segunda posições axiais em relação ao compartimento externo 302. A armação 301 pode compreender uma extremidade 310 que se estende pelo menos parcialmente a partir do compartimento 302 para permitir que a armação 301 seja acoplada a um elemento móvel, tal como a válvula de gaveta descrita acima. O elemento móvel pode então ser alternado entre as posições axiais fixas em relação ao atuador 300, fazendo com que a armação 301 se mova no interior do compartimento 302.
[0027] Na modalidade mostrada, o atuador 300 compreende um atuador de solenoide do tipo "puxe-empurre" travável com três solenoides:um primeiro solenoide 303, um segundo solenoide 304, e terceiro solenoide 305. O terceiro solenoide 305 pode ser referido como um solenoide de trava e pode cooperar com uma armação de trava 306, mola 307 e esferas de trava 308 para fixar seletivamente mecanicamente a armação 301 em uma primeira posição de extremidade axial no interior do compartimento 302, especialmente quando o atuador não está ligado, caso contrário, a armação 301 é livre para se mover. Em certas modalidades, os componentes de trava 305-308 podem ser removidos para simplificar o atuador. A primeira posição axial de estremidade pode ser caracterizada pela armação 301 sendo deslocada para o segundo e terceiro solenoides 304/305. Conforme mostrado na Fig. 3, quando a armação 301 se encontra na primeira posição axial e o primeiro solenoide 305 não está energizado, a mola 307 pode impelir a armação de trava 306 em direção à armação 301 de modo que a armação de trava 306 força as esferas de trava 308 para dentro de recuos na armação 301 para impedir o movimento axial pela armação 301. Quando o terceiro solenoide 305 está energizado, este pode superar a força da mola aplicada pela mola 307 na armação de trava 306, movendo assim a armação de trava 306 para longe da armação 301. Isto pode fazer com que as esferas de trava 308 se desengatem da armação e permitam o movimento axial da armação 301 dentro do compartimento 302.
[0028] Os primeiro e segundo solenoides 303/304 podem compreender bobinas que são responsáveis por mover a armação 301 entre as primeira e segunda posições axiais uma vez que a armação de trava 306 e as esferas de trava 308 são desengatadas. Quando excitado por uma corrente, o primeiro solenoide 303 pode gerar um campo eletromagnético que interage com uma primeira porção 301a da armação 301 para transmitir uma força na armação 301 na direção do primeiro solenoide 303. Esta força pode fazer com que a armação 301 mova-se para a segunda posição de extremidade axial, caracterizada pela armação 301 se deslocando na direção do primeiro solenoide 303. A posição da primeira porção 301a da armação 301 dentro do atuador 300 pode ser caracterizada por uma distância 320 entre a primeira porção 301a da armação 301 e uma porção da carcaça magnética 309 na proximidade do primeiro solenoide 301, a qual pode corresponder a uma "folga de ar" entre a primeira porção 301a da armação 301 e a porção da carcaça magnética 309 na proximidade do primeiro solenoide 303. Por outro lado, quando excitado por uma corrente, o segundo solenoide 304 pode gerar um campo eletromagnético que interage com uma segunda porção 301b da armação 301 para transmitir uma força na segunda porção 301b da armação 301 na direção do segundo solenoide 304. A posição da segunda porção 301b da armação 301 dentro do atuador 300 pode ser caracterizada por uma distância 322 entre a segunda porção 301b da armação 301 e a porção da carcaça magnética 309 na proximidade do segundo solenoide 304, a qual pode corresponder a uma "folga de ar" entre a segunda porção 301b da armação 301 e a porção da carcaça magnética 309 na proximidade do segundo solenoide 304.
[0029] Em certas modalidades, a segunda posição de extremidade axial da armação 301 pode corresponder a uma posição "aberta" de um elemento móvel acoplado à armação 301 e a primeira posição de extremidade axial da armação pode corresponder a uma posição "fechada". Nestas modalidades, o primeiro solenoide 303 pode ser referido como um solenoide "aberto" que é responsável pelo deslocamento de um elemento móvel acoplado à armação 301 para a posição "aberta" e o segundo solenoide 304 pode ser referido como um solenoide "fechado" que é responsável por deslocar um elemento móvel acoplado à armação 301 para a posição "fechada". Notavelmente, o solenoide de trava 305 pode fixar mecanicamente a armação 301 na primeira posição de extremidade axial ou posição "fechada" na modalidade mostrada, mas pode fixar mecanicamente a armação 301 na posição "aberta" em outras modalidades. Da mesma forma, as funções "aberta" e "fechada" dos solenoides podem mudar dependendo da configuração do atuador 300 e do elemento móvel acoplado à armação 301. Além disso, a configuração do atuador 300 mostrado na Fig. 3 não pretende ser limitante.
[0030] A energização dos solenoides 303-305 pode compreender o acoplamento seletivo dos solenoides 303-305 a uma fonte de energia. Em um sistema de telemetria, a energização dos solenoides 303-305 pode exigir centenas de watts de energia por causa de uma alta queda de pressão diferencial e dos tempos de atuação rápidos necessários para telemetria de pulso. A queda de pressão diferencial pode compreender algumas milhares de libras por polegada quadrada (psi) através do elemento móvel acoplado ao atuador de solenoide 300, causando uma fricção mecânica muito alta que exige uma alta força de acionamento nos solenoides 303-305. O tempo de atuação rápido pode exigir uma alta força de acionamento, a fim de superar a inércia do atuador dentro de um pequeno intervalo de tempo. A força de acionamento necessária no atuador 300 se correlaciona positivamente com o consumo de energia nos solenoides 303-305.
[0031] Os solenoides típicos não são eficientes em termos energéticos e só atingem cerca de 50% de transformação de energia de energia elétrica em força mecânica. O resto da energia é convertida em calor. Especificamente, os solenoides precisam armazenar energia suficiente para gerar a força mecânica necessária, e esta energia armazenada é amplamente convertida em calor e desperdiçada quando o solenoide está desativado. Este calor pode danificar os componentes eletrônicos sensíveis, a menos que um sistema de dissipação de calor secundário seja utilizado ou a geração de calor seja reduzida pela limitação da frequência de atuação do atuador, o que pode afetar negativamente a largura de banda de transmissão de um sistema de telemetria incorporando o solenoide, por exemplo.
[0032] Além disso, os solenoides típicos são energizados com uma corrente que é igual ou próxima do limite máximo para a fonte de energia disponível, a fim de acionar o atuador mais rapidamente e com mais força. Em muitos casos, contudo, tal como será descrito em pormenor a seguir, esta corrente faz com que o solenoide opere fora de uma gama de operação eficiente, exacerbando os problemas de aquecimento e utilizando a potência disponível de forma ineficiente. A força F gerada em um único solenoide pode ser determinada utilizando a seguinte equação: em que K compreende um coeficiente constante, sem dimensão para o design do atuador; I compreende a corrente elétrica através da bobina de solenoide; N compreende o número de voltas na bobina de solenoide; A compreende uma área da seção da folga de ar perpendicular ao fluxo magnético da bobina; μ0 compreende a permeabilidade do espaço livre; μr compreende a permeabilidade do imã; l compreende o comprimento do circuito magnético de solenoide; e x compreende a folga de ar entre a armação e o escudo magnético e representa a posição da armação. Das variáveis listadas acima, tudo pode ser fixado com base no design do atuador, com a excepção da permeabilidade relativa μr , corrente elétrica I, E a folga de ar x. A permeabilidade relativa μr do ímã é negativamente inversamente proporcional à corrente I, de tal modo que o valor da permeabilidade relativa μr cai para um valor de 1 quando os ímãs de solenoide estão saturados em corrente alta. Com base no acima exposto, a força F no solenoide pode ser considerada proporcional à corrente eléctrica I e inversamente proporcional à intervalo de ar x, desde que a corrente de entrada no solenoide não sature os ímãs de solenoide.
[0033] A Fig. 4 é um gráfico que ilustra uma relação exemplar entre a corrente I e a intervalo de ar x e para gerar uma força F em um solenoide de acordo com aspectos da presente divulgação. Na modalidade mostrada, a área entre o eixo x e uma linha curva que representa a força máxima para o solenoide Fmax representa um modo de operação desejável em que a entrada de corrente é insuficiente para saturar magneticamente os ímãs de solenoide. A força máxima para o solenoide Fmax pode compreender um valor constante a partir da relação entre a corrente eléctrica I e o intervalo de ar x e demonstra a corrente I necessária para gerar Fmax que aumenta à medida que o intervalo de ar x aumenta. Outros níveis de força (por exemplo,F1, F2, F3) resultam de uma relação semelhante entre a corrente elétrica I e o intervalo de ar x, mas com uma corrente mais baixa I. A área acima da linha curva Fmax, em contraste, representa a saturação dos ímãs de solenoide, em que a permeabilidade relativa μr cai para um valor de 1, e a força F gerada pelo solenoide cai para zero. atuadores de solenoide típicos têm a capacidade de controlar a corrente de entrada para assegurar que o solenoide não está saturado durante a utilização e, por conseguinte, frequentemente operar nesta região de saturação, numa tentativa de aumentar a força gerada pelo solenoide.
[0034] Além disso, atuadores solenoides típicos sofrem de forças de alto impacto quando os contatos da armação da carcaça magnética estão na primeira e segunda posições de extremidade axial. Isto é causado, em parte, porque os solenoides são unidirecionais no que diz respeito à força, de tal modo que quando um solenoide é acionado para mover a armação para uma posição diferente, a força do solenoide é capaz de acelerar a armação para a posição desejada, mas incapaz de desacelerar a armação antes que entre em contato com a carcaça magnética ou outra superfície de parada do atuador. Este contato gera forças de impacto mecânico que podem danificar a armação e atuador, geralmente ao longo do tempo, particularmente em telemetria de lama de fundo do poço, onde a atuação de alta frequência é necessária.
[0035] De acordo com aspectos da presente divulgação, um sistema de atuador de solenoide linear com controle de circuito fechado pode receber um ou mais sinais de retorno do atuador e otimizar o movimento do atuador de solenoide com base, pelo menos em parte, nos sinais de retorno. Este controle de circuito fechado pode ser utilizado para aumentar a eficiência de energia dos atuadores de solenoide, ao garantir que os solenoides recebam corrente suficiente para atingir a força máxima sem saturar os ímãs de solenoide, o que, por sua vez, pode reduzir a energia armazenada dentro das bobinas magnéticas e o calor resultante gerado pelos solenoides. Além disso, como será descrito em detalhe abaixo, o controle de circuito fechado pode também permitir que a posição da armação de solenoide seja rastreada em tempo real ou em tempo real, de tal modo que o movimento da armação pode ser otimizado para evitar forças de impacto através de controle paralelo dos solenoides em tempo real ou quase real. Mitigar as forças de impacto pode controlar a fadiga de material, retardar o desgaste mecânico, e aumentar a vida útil e confiabilidade do atuador de solenoide.
[0036] A Fig. 5 é um diagrama que ilustra um sistema de atuador linear 500 incorporando o atuador 300 de acordo com aspectos da presente divulgação. Na modalidade mostrada, o sistema de atuador linear 500 compreende um controlador 502 acoplado a um circuito de energia 504. O controlador 502 pode incluir um processador, como um microprocessador, microcontrolador, processador de sinal digital (DSP), circuito integrado específico por aplicação (ASIC) ou qualquer outro circuito analógico ou digital configurado para interpretar e/ou executar instruções de programa e/ou processar dados. O circuito de energia 504 pode incluir uma fonte de energia e / ou circuitos de regulação de energia responsivos aos sinais de controle a partir do controlador 502. O circuito eléctrico 504 pode prover tensão e corrente para os solenoides 303-305 do atuador 300 através de circuitos de acionamento 501.
[0037] Na modalidade mostrada, o circuito de acionamento 501 compreende uma pluralidade de comutadores S1-S8, a qual pode ser utilizada para acoplar seletivamente os solenoides 303-305 do atuador 300 para o circuito de energia 504, respectivamente. Os comutadores S1-S8 podem compreender comutadores de estado sólido que podem ser fechados pela aplicação de uma corrente ou voltagem de controle. Exemplos incluem, mas não estão limitados a Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido- Semicondutor (MOSEFT), transistor de efeito de campo de junção ("JEFT") ou Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT). Comutadores analógicos ou mecânicos também podem ser utilizados dentro do escopo desta divulgação. Na modalidade representada, existem quatro pernas entre os dois terminais do circuito de energia 504, cada uma composta de um comutador superior e um comutador inferior conectado em série. A articulação do comutador superior e comutador inferior é conectada a um terminal de um ou dois solenoides 303305.
[0038] Na modalidade representada, o controlador 502 pode liberar um ou mais sinais de controle para os comutadores S1-S8 através de circuitos de acionamento 506 para atuar um ou mais dos solenoides 303-305. Em algumas modalidades, o processador pode ser acoplado de maneira comunicável à memória, integrado ao processador ou num dispositivo de memória separado, e pode ser configurado para interpretar e / ou executar instruções de programa e / ou dados armazenados na memória que fazem com que o processador gere sinais de controle através dos circuitos de acionamento 506 para abrir e fechar os comutadores S1-S8 de acordo com a sequência pré-determinada. Se os comutadores S1-S8 compreendem transistores MOSFET, por exemplo, um sinal de controle gerado pelo controlador 502 irá fazer com que o circuito de acionamento 506 modifique as tensões de porta dos comutadores S1-S8 de modo que os comutadores selecionados S1-S8 são abertos e fechados em um determinado momento para atuar um ou mais dos solenoides.
[0039] Na modalidade mostrada, cada um dos solenoides 303-305 pode ser acionado ao se fechar um comutador superior e um inferior que pertencem às diferentes duas pernas ligadas ao solenoide. Por exemplo, o solenoide de trava 305 pode ser acionado ao se fechar o comutador superior S1 e o comutador inferior S4, ou o comutador superior S3 e o comutador inferior S2. Uma vez que o solenoide está atuado, ele pode ser desligado do circuito de energia 504 ao se fechar os dois comutadores superiores ou dois comutadores inferiores das duas pernas ligadas, e abrir os outros comutadores de ditas pernas, o que permite que o solenoide permaneça atuado devido a sua energia armazenada. Para desenergizar ou desatuar um solenoide, os dois comutadores das pernas conectadas que estão opostos aos comutadores utilizados na atuação podem ser fechados, permitindo que a energia armazenada seja recuperada no circuito de energia 504 ou reutilizada para atuar o próximo solenoide. Por exemplo, se o solenoide de trava 305 foi atuado pelo fechamento dos comutadores S1 e S4, ele pode ser desenergizado, ao se fechar o comutador inferior S2 e o comutador superior S3, do lado oposto ao comutador superior S1 e o comutador inferior S4, respectivamente. Notavelmente, a recaptura e reutilização da energia armazenada pode reduzir o calor gerado pelo atuador de solenoide, reduzir a necessidade de um dissipador de calor dentro do sistema de acionamento, reduzir o consumo total de energia de modo que uma fonte de energia menor pode ser utilizada, e potencialmente aumentar a frequência do atuador de solenoide, o que pode aumentar a capacidade de transmissão de um sistema de telemetria que incorpora o sistema de acionamento de solenoide.
[0040] De acordo com aspectos da presente divulgação, o controlador 502 pode receber, pelo menos, um sinal de retorno correspondente a uma condição presente do atuador 300. A presente condição do atuador 300 pode incluir, por exemplo, uma condição presente de pelo menos um dos solenoides 303-305 e uma condição presente da armação 301. Na modalidade mostrada, o sinal de retorno compreende um sinal que corresponde à posição da armação 301 dentro do atuador 300 e um sinal correspondente ao nível de corrente sendo provido aos solenoides 303-305 do circuito de energia 504. O sinal de posição pode ser recebido no controlador 502 a partir de um sensor de posição 508 acoplado à armação 301 do atuador 300. Sensores de posição exemplares incluem, mas não estão limitados a, sensores Hall, sensores capacitivos, sensores indutivos, codificadores, etc. A saída do sensor 508 pode ser recebida pelo controlador 502 e por um diferenciador 510, o que pode determinar e liberar pelo controlador 502 a velocidade da armação 301. O sinal de corrente pode ser recebido pelo controlador 502 a partir de um sensor de corrente 512 acoplado ao circuito de energia 504, exemplos deste inclui sensores de efeito Hall, sensores de efeito magnetostritivos, e quaisquer outros sensores que seriam apreciados por uma pessoa ordinariamente versada na técnica, levando em conta esta divulgação.
[0041] De acordo com aspectos da presente divulgação, o controlador 502 pode gerar um ou mais sinais de controle com base, pelo menos em parte, nos sinais de retorno recebidos. Esses sinais de controle podem incluir, por exemplo, sinais de controle para o circuito de acionamento 506 para afetar os níveis de carga / descarga dos solenoides 303-305 através ada alteração dos estados de pelo menos alguns dos comutadores, o que pode incluir abrir e fechar seletivamente alguns dos ou todos os comutadores. Em certas modalidades, o sinal de controle do controlador 502 pode ser gerado com base, pelo menos em parte, em uma relação pré-determinada entre as folgas de ar no atuador 300 e o nível de corrente dentro dos solenoides 303 e 304. Essa relação pré-determinada pode incluir, por exemplo, relações semelhantes à ilustrada acima, com referência à fig. 4.
[0042] Em certas modalidades, o controlador 502 pode incluir uma tabela de consulta pré-calculada ou outro algoritmo através do qual o controlador 502 pode gerar e liberar sinais de controle com base nos sinais de retorno recebidos. Por exemplo, uma tabela de consulta pode ser gerada para um design de solenoide específico com base na força máxima para o solenoide Fmax, o que pode corresponder ao movimento mais rápido da haste de armação de uma posição para outra dentro do solenoide. A tabela de consulta pode incluir lançamentos que associam valores de folga de ar discretos com correntes de controle correspondentes alvo I determinadas pela utilização de um gráfico semelhante ao mostrado na Fig. 4. Em certas modalidades, o controlador 502 pode receber um sinal de retorno na forma de um sinal de posição da armação 301 e o controlador 502 pode calcular a folga de ar x com base no sinal de posição e identificar a corrente de bobina alvo I a partir da tabela de consulta. O controlador 502 pode então comparar a própria corrente de bobina I, que pode ser identificada por meio de um sinal de retorno de nível de corrente, à corrente da bobina alvo I e gerar o sinal de controle necessário, se os dois valores forem diferentes. Em alternativa, a tabela de consulta pode incluir sinais de controle pré-determinados associados com a corrente de controle de destino I que podem ser selecionados e liberados pelo controlador automaticamente ou conforme necessário para alterar a funcionalidade do solenoide. Alternativamente, ou adicionalmente, o sinal de posição que corresponde à posição atual da armação 301 pode ser comparado pelo controlador 502 a uma posição desejada da armação 301 para determinar qual das bobinas de solenoide devem ser carregadas e / ou descarregadas durante o movimento da haste da armação.
[0043] A Fig. 6 é um gráfico que ilustra a velocidade 660, força 670, e corrente 680 de um atuador de um exemplo de sistema de atuador linear de solenoide de fundo de poço, conforme uma armação associada é movida de uma posição "fechada" 652 correspondente a um solenoide fechado para uma posição "aberta" 654 correspondente a uma bobina de solenoide aberta de acordo com aspectos da presente divulgação. Para começar a mover a armação na direção da posição aberta 654, um controlador do sistema de atuador linear de solenoide de fundo de poço pode energizar o primeiro solenoide aberto, conforme indicado pelo pico 601 na corrente 680. O solenoide aberto é energizado até que a força 670 atinja seu valor máximo 602 no solenoide aberto. Em certas modalidades de telemetria, nas quais pode ser necessária atuação de alta frequência, o solenoide aberto pode ser energizado tão rapidamente quanto possível até que a força máxima 602 seja gerada. Como descrito acima, a entrada de corrente 680 para o solenoide aberto pode ser determinada com base, pelo menos em parte, em uma posição da armação e uma tabela de consulta no controlador. Especificamente, conforme a força 670 atua sobre a armação, a armação acelera em direção ao solenoide aberto, o que provoca uma diminuição correspondente no tamanho da folga de ar entre a armação e o solenoide aberto, que por sua vez reduz a corrente de entrada necessária para produzir o força máxima 602.
[0044] Na modalidade representada, a força máxima 602 é mantida até que a velocidade 660 da armação atinja seu máximo 603 numa posição pré-determinada 690. Uma vez que a armação atinge a sua velocidade máxima, a armação pode ser desacelerada, de tal modo que a velocidade da armação 660 cai para, substancialmente, zero, uma vez que atinge a posição aberta 654. Isto pode garantir que a armação não seja sujeita a forças de impacto ao bater o solenoide aberto quando se atinge a posição aberta 654. Na modalidade mostrada, a armação é desacelerada ao se desenergizar o solenoide aberto, como indicado pela corrente 680 caindo para zero, e energizar o solenoide fechado até que, tal como indicado pela porção de corrente 604, o solenoide fechado exerce a sua força máxima 605 na armação na direção oposta à do movimento da armação. Em certas modalidades, pode ser necessário se energizar o solenoide fechado tão rapidamente quanto possível, até que a força máxima 605 seja exercida sobre a armação. A corrente 680 imposta ao solenoide fechado pode ser controlada pelo controlador usando uma tabela de consulta, como descrito acima, com base no sinal de retorno que indica a posição da armação. Como pode ser visto, a curvatura da corrente usada para energizar o solenoide fechado é oposta ao formato da corrente usado para energizar o solenoide aberto, porque a folga de ar entre a armação e o solenoide fechado aumenta conforme a armação move-se para o solenoide aberto, tal que a corrente usada para energizar o solenoide fechado precisa ser aumentada, conforme a armação move-se para manter a força máxima 605. À medida que a armação se aproxima da posição aberta 654, o solenoide fechado pode ser desenergizado, como indicado pela corrente 680 caindo para zero, de modo que a armação permanecerá na posição aberta 654. Geralmente, o processo pode ser revertido para retornar a armação para a posição fechada 652.
[0045] O controlador do sistema de atuador corresponde à Fig. 6 pode determinar quando se deve energizar e desenergizar os solenoides abertos e fechados com base, pelo menos em parte, em um sinal de retorno contendo a posição da armação e / ou a velocidade da armação. O controlador pode determinar, por exemplo, que a armação tem de ser movida para a posição aberta 654 através da identificação de que a armação está presentemente na posição fechada 652, e em resposta a esta determinação, pode gerar um ou mais sinais de controle para a fonte de energia/ circuitos de acionamento para fornecer a corrente 601 para o solenoide aberto. Do mesmo modo, o controlador pode determinar que a armação precisa ser desacelerada, ao identificar através do sinal de retorno, quando a armação atingiu a posição 690, ou quando a armação atingiu a sua velocidade máxima 603, e em resposta a esta determinação, pode gerar um ou mais sinais de controle para o circuito de fornecimento de energia / acionamento para desconectar o solenoide aberto da fonte de alimentação e para fornecer a corrente 670 ao solenoide aberto. Do mesmo modo, o controlador pode determinar quando a armação se aproxima da posição aberta, com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno, e, em resposta à determinação, pode gerar um ou mais sinais de controle para a fonte de energia / circuito de acionamento para desconectar o solenoide fechado.
[0046] Um aparelho de exemplo incorporando aspectos da presente invenção pode incluir um atuador de solenoide com uma bobina de solenoide e uma armação de solenoide correspondente. Uma pluralidade de comutadores pode ser acoplada à bobina de solenoide. Um controlador pode ser eletricamente acoplado à pluralidade de comutadores, o controlador tendo um processador e um dispositivo de memória acoplado ao processador. O dispositivo de memória pode conter um conjunto de instruções que, quando executadas pelo processador fazem com que o processador receba um sinal de retorno correspondente a uma condição de, pelo menos, uma dentre bobina de solenoide e armação de solenoide; e gera um sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um da pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido.
[0047] Em uma ou mais modalidades descritas no parágrafo anterior, o aparelho compreende ainda pelo menos um de um dentre sensor acoplado à armação de solenoide e um sensor acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores. Em uma ou mais modalidades, o sensor pode ser acoplado à armação de solenoide compreende, pelo menos, um dentre um sensor de posição, um sensor capacitivo, um sensor indutivo, e um codificador; e o sensor pode ser acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores compreende, pelo menos, um de um sensor de efeito Hall e um sensor de efeito magnetostritivo.
[0048] Em uma ou mais modalidades descritas nos dois parágrafos precedentes, o sinal de retorno correspondente à condição de pelo menos um dentre a bobina de solenoide e a armação de solenoide pode compreender, pelo menos, um de um sinal correspondente a uma posição da armação e um sinal que corresponde a um nível de corrente atual da bobina de solenoide.
[0049] Em uma ou mais modalidades descritas no parágrafo anterior, o conjunto de instruções que fazem com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, uma dentre a pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido adicionalmente faz com que o processador calcule uma folga de ar que corresponde à posição da armação. Em certas modalidades, o conjunto de instruções que faz com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre a pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido faz, adicionalmente, com que o processador determine um nível de corrente alvo da bobina com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada. Em certas modalidades, o conjunto de instruções que fazem com que o processador determine o nível de corrente alvo da bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada ainda faz com que o processador determine o nível de corrente alvo usando uma tabela de consulta. Em certas modalidades, o conjunto de instruções que fazem com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, faz ainda com que o processador compare o nível de corrente alvo ao nível de corrente atual e gere o sinal de controle com base, pelo menos em parte, nos resultados da comparação.
[0050] Em uma ou mais modalidades descritas nos dois parágrafos precedentes, o aparelho compreende ainda uma outra bobina de solenoide e armação de solenoide correspondente; a outra bobina de solenoide é acoplada a, pelo menos, alguns dentre a pluralidade de comutadores; e o conjunto de instruções que fazem com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre a pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, faz ainda com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre uma pluralidade de comutadores para carregar uma das bobinas de solenoide e descarregar a outra bobina de solenoide a outra bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, no sinal correspondente à posição de, pelo menos, uma dentre a armação e a outra armação. Em certas modalidades, o atuador de solenoide compreende um atuador linear.
[0051] Um método de exemplo incorporando aspectos da presente divulgação pode incluir a geração de um sinal de controle para, pelo menos, um de uma pluralidade de comutadores acoplados a uma bobina de solenoide de um atuador de solenoide, em que o atuador de solenoide compreende uma armação de solenoide que corresponde à bobina de solenoide. Um sinal de retorno correspondente a uma condição de, pelo menos, uma bobina do solenoide e a armação de solenoide pode ser recebido. Outro sinal de controle pode ser gerado para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido.
[0052] Em uma ou mais modalidades descritas no parágrafo anterior, o atuador de solenoide compreende ainda pelo menos um de um dentre sensor acoplado à armação de solenoide e um sensor acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores. Em algumas modalidades, o sensor pode ser acoplado à armação de solenoide compreende, pelo menos, um dentre um sensor de posição, um sensor capacitivo, um sensor indutivo, e um codificador; e o sensor pode ser acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores compreende, pelo menos, um de um sensor de efeito Hall e um sensor de efeito magnetostritivo.
[0053] Em uma ou mais modalidades descritas nos dois parágrafos precedentes, receber o sinal de retorno correspondente à condição de pelo menos um dentre a bobina de solenoide e a armação de solenoide compreende, adicionalmente, receber pelo menos um de um sinal correspondente a uma posição da armação e um sinal que corresponde a um nível de corrente atual da bobina de solenoide. Em certas modalidades, gerar o outro sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, uma da pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, nas informações recebidas do sinal compreende, ainda, o cálculo de uma folga de ar que corresponde à posição da armação. Em certas modalidades, gerar o outro sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, uma da pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido compreende ainda a determinação de um nível de corrente alvo da bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada. Em certas modalidades, determinar o nível de corrente alvo da bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada compreende ainda a determinação do nível de corrente alvo usando uma tabela de consulta. Em certas modalidades, gerar o outro sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, compreende ainda comparar o nível de corrente alvo ao nível de corrente atual e gerar o sinal de controle com base, pelo menos em parte, nos resultados da comparação.
[0054] Em uma ou mais modalidades descritas nos dois parágrafos precedentes, o atuador de solenoide compreende ainda uma outra bobina de solenoide e armação de solenoide correspondente; a outra bobina de solenoide é acoplada a, pelo menos, alguns dentre a pluralidade de comutadores; e gera o outro sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre a pluralidade de comutadores com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, compreende ainda geração do sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre uma pluralidade de comutadores para carregar uma das bobinas de solenoide e descarregar a outra bobina de solenoide a outra bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, no sinal correspondente à posição de, pelo menos, uma dentre a armação e a outra armação. Em certas modalidades, o método de acordo com a reivindicação 19, em que o atuador de solenoide compreende um atuador linear.
[0055] Portanto, a presente divulgação está bem adaptada para obter os fins e vantagens mencionados, bem como aqueles inerentes a este documento. As determinadas modalidades divulgadas acima são ilustrativas apenas, uma vez que a presente divulgação pode ser modificada e praticada em maneiras equivalentes porém diferentes que serão aparentes para aqueles versados na técnica com o benefício dessa divulgação. Além disso, nenhuma limitação é destinada aos detalhes de construção ou projeto mostrados neste documento, a não ser aquelas descritas nas reivindicações abaixo. Assim, é evidente que as modalidades ilustrativas específicas divulgadas acima podem ser alteradas ou modificadas e que todas essas variações são consideradas parte do escopo e do espírito da presente divulgação. Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado simples e comum, a menos que explicitamente e claramente definido de outra forma pelo titular da patente. Os artigos indefinidos "um" ou "uma", como utilizado nas reivindicações, são aqui definidos para significar um ou mais do que um dos elementos que se introduz.

Claims (20)

1. Aparelho de acionamento de solenoide, caracterizado pelo fato de que compreende: um atuador de solenoide (300) com uma bobina de solenoide e uma armação (301) de solenoide correspondente, em que a armação (301) de solenoide é pelo menos parcialmente posicionada no interior de uma carcaça magnética (309); uma pluralidade de comutadores acoplados à bobina de solenoide; um controlador (502) eletricamente acoplado à pluralidade de comutadores (S1-S8), o controlador (502) compreendendo um processador e um dispositivo de memória acoplado ao processador, o dispositivo de memória contendo um conjunto de instruções que, quando executadas pelo processador, fazem com que o processador receba um sinal de retorno correspondente a uma condição de, pelo menos um dentre a bobina de solenoide e a armação (301) de solenoide; e gere um sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, em que o sinal de retorno correspondente à condição de pelo menos uma dentre a bobina de solenoide e a armação (301) de solenoide compreende um sinal correspondente a uma posição da armação (301), em que a posição da armação (301) é baseada na distância (320) entre a armação (301) e a carcaça magnética (309).
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende adicionalmente pelo menos um dentre um sensor acoplado à armação (301) de solenoide e um sensor acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sensor acoplado à armação (301) de solenoide compreende, pelo menos um dentre um sensor de posição (508), um sensor capacitivo, um sensor indutivo, e um codificador; e o sensor acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) compreende, pelo menos, um dentre um sensor de efeito Hall e um sensor de efeito magnetostritivo.
4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o sinal de retorno correspondente à condição de pelo menos uma dentre a bobina de solenoide e a armação (301) de solenoide compreende um sinal correspondente a um nível de corrente presente da bobina de solenoide.
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o conjunto de instruções que fazem com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido adicionalmente faz com que o processador calcule uma folga de ar que corresponde à posição da armação (301).
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o conjunto de instruções que fazem com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido faz, adicionalmente, com que o processador determine um nível de corrente alvo da bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o conjunto de instruções que fazem com que o processador determine o nível de corrente alvo da bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada ainda faz com que o processador determine o nível de corrente alvo usando uma tabela de consulta.
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o conjunto de instruções que fazem com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, faz ainda com que o processador compare o nível de corrente alvo ao nível de corrente presente e gere o sinal de controle com base, pelo menos em parte, nos resultados da comparação.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende, adicionalmente, uma outra bobina de solenoide e armação (301) de solenoide correspondente; a outra bobina de solenoide é acoplada a, pelo menos, alguns da pluralidade de comutadores (S1-S8); e o conjunto de instruções que fazem com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, faz ainda com que o processador gere o sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre uma pluralidade de comutadores (S1-S8) para carregar uma dentre a bobina de solenoide e a outra bobina de solenoide e descarregar a outra dentre a bobina de solenoide a outra bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, no sinal correspondente à posição de pelo menos uma dentre a armação (301) e a outra armação (301).
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o atuador de solenoide (300) compreende um atuador linear (500).
11. Método de acionamento de solenoide, caracterizado pelo fato de que compreende: gerar um sinal de controle para pelo menos um dentre uma pluralidade de comutadores (S1-S8) acoplados a uma bobina de solenoide de um atuador de solenoide (300), em que o atuador de solenoide (300) compreende uma armação (301) de solenoide que corresponde à bobina de solenoide, em que a armação (301) de solenoide é pelo menos parcialmente posicionada no interior de uma carcaça magnética (309); receber um sinal de retorno correspondente a uma condição de pelo menos um dentre a bobina de solenoide e a armação (301) de solenoide; e gerar outro sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, em que o sinal de retorno correspondente à condição de pelo menos uma dentre a bobina de solenoide e a armação (301) de solenoide compreende um sinal correspondente a uma posição da armação (301), em que a posição da armação (301) é baseada na distância (320) entre a armação (301) e a carcaça magnética (309).
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o atuador de solenoide (300) compreende, adicionalmente, pelo menos um dentre um sensor acoplado à armação (301) de solenoide e um sensor acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8).
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que: o sensor acoplado à armação (301) de solenoide compreende, pelo menos, um dentre um sensor de posição, um sensor capacitivo, um sensor indutivo, e um codificador; e o sensor acoplado a pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) compreende, pelo menos, um dentre um sensor de efeito Hall e um sensor de efeito magnetostritivo.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que receber o sinal de retorno correspondente à condição de pelo menos uma dentre a bobina de solenoide e a armação (301) de solenoide compreende receber pelo menos um dentre um sinal correspondente a um sinal correspondente a um nível de corrente presente da bobina de solenoide.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que gerar o outro sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido compreende, adicionalmente, calcular uma folga de ar que corresponde à posição da armação (301).
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que gerar o outro sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um da pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido compreende adicionalmente determinar um nível de corrente alvo da bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que determinar o nível de corrente alvo da bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, na folga de ar calculada compreende ainda determinar o nível de corrente alvo usando uma tabela de consulta.
18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que gerar o outro sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, compreende adicionalmente comparar o nível de corrente alvo ao nível de corrente atual e gerar o sinal de controle com base, pelo menos em parte, nos resultados da comparação.
19. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: o atuador de solenoide (300) compreende, adicionalmente, uma outra bobina de solenoide e armação (301) de solenoide correspondente; a outra bobina de solenoide é acoplada a, pelo menos, alguns da pluralidade de comutadores (S1-S8); e gerar o outro sinal de controle para alterar o estado de pelo menos um dentre a pluralidade de comutadores (S1-S8) com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno recebido, compreende adicionalmente gerar o sinal de controle para alterar o estado de, pelo menos, um dentre uma pluralidade de comutadores (S1-S8) para carregar um dentre a bobina de solenoide e a outra bobina de solenoide e descarregar a outra dentre a bobina de solenoide a outra bobina de solenoide com base, pelo menos em parte, no sinal correspondente à posição de pelo menos uma dentre a armação (301) e a outra armação.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o atuador de solenoide (300) compreende um atuador linear (500).
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