BR112017019579B1 - Sistema de elevação artificial eletricamente alimentado e método de detecção - Google Patents

Abstract

Um sistema de elevação artificial eletricamente alimentado inclui um tubular para transportar um fluido de furo de poço para cima e uma bomba de fundo de poço que impele o fluido de furo de poço para o tubular. Um cabo de energia transporta um sinal de energia trifásico para o motor de bomba em três condutores. Um dos três condutores é acoplado a um nó interno de um acoplador de fonte de alta para baixa voltagem (HLV) através de um filtro de bloqueio de baixa frequência que blinda o nó interno do sinal de energia de motor embora transportando um sinal de energia de sensor do nó interno para o condutor selecionado e transmitindo um sinal de telemetria do condutor selecionado e para o nó interno. Um acoplador de fundo de poço similar acopla um ponto estrela do motor a um conjunto de sensor de fundo de poço para fornecer o sinal de energia de sensor e para receber o sinal de telemetria.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] Sistemas de elevação artificial, tal como os sistemas de Bombas Submersíveis Elétricas (ESP), são frequentemente utilizados em poços de produção de hidrocarbonetos para bombear fluidos do poço até a superfície. O motor de bomba de fundo de poço em um sistema de ESP é tipicamente acionado por energia trifásica transportada da superfície em um cabo blindado. Uma série de sistemas existentes explora ainda mais os condutores transportadores de energia para comunicações de dados entre sensores de fundo de poço e sistemas de controle eletrônico na superfície, permitindo que o sistema de controle monitore o desempenho da bomba, para detectar falhas e, em muitos casos, ajustar a voltagem e a frequência do sinal de energia trifásica conforme necessário para otimizar a operação do sistema de elevação artificial. Os fatores para otimização podem incluir segurança, taxa de produção, custo de produção, vida do equipamento e confiabilidade do sistema.

[0002] Cada uma das técnicas empregadas por sistemas existentes para comunicar dados nos condutores de transporte de energia é conhecida por sofrer de um ou mais dos seguintes inconvenientes. Estes inconvenientes incluem: perda de comunicação quando o motor não está funcionando; perda de comunicação quando um dos condutores transportadores de energia é aterrado; inoperabilidade devido a desvio em parâmetros de componentes elétricos; e requisitos para um número excessivo de componentes de circuito de alta voltagem, resultando em confiabilidade reduzida. Na verdade, é comum que uma fração considerável de sistemas de ESP operando a qualquer momento dado estar sem comunicação de dados de fundo de poço devido a uma ou mais destes inconvenientes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0003] Consequentemente, são divulgados aqui acopladores de alta para baixa voltagem (HLV) e métodos de acoplamento que podem permitir confiabilidade significativamente intensificada tratando de uma ou mais das inconveniências anteriores. Nos desenhos:

[0004] A Fig. 1 é um diagrama esquemático de um sistema de bomba submersível elétrica (ESP) ilustrativo.

[0005] A Fig. 2A é um esquema de circuito de um acoplador HLV ilustrativo.

[0006] A Fig. 2B é um acoplador HLV ilustrativo equipado com transformadores de combinação de impedância.

[0007] A Fig. 3 é um gráfico de um arranjo de espectro de frequência ilustrativo.

[0008] A Fig. 4 é um fluxograma de um método de acoplamento HLV ilustrativo.

[0009] Deve ser compreendido, no entanto, que as modalidades específicas dadas nos desenhos e na descrição detalhada não limitam a divulgação. Pelo contrário, elas fornecem a base para aquele versado na técnica discernir as formas alternativas, equivalentes e modificações que estão englobadas junto com uma ou mais das modalidades dadas no escopo das reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES ILUSTRATIVAS

[0010] As modalidades ilustrativas e os métodos relacionados da presente divulgação estão descritos abaixo, como eles podem ser empregados num sistema de bomba submersível elétrica (ESP) equipado com sensor. No interesse da clareza, nem todas as características de uma implementação ou um método real são descritas neste relatório descritivo. Será evidentemente apreciado que no desenvolvimento de qualquer tal modalidade real numerosas decisões específicas de implementação devem ser tomadas para alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, tal como conformidade com restrições relativas ao sistema e relativas ao negócio as quais variarão de uma implementação para outra. Mais ainda, embora o esforço de desenvolvimento possa ser complexo e demorado, essas decisões seriam, contudo um empreendimento rotineiro para os especialistas na técnica tendo o benefício desta divulgação.

[0011] Voltando agora às figuras, a Fig. 1 mostra um sistema de ESP ilustrativo para um poço revestido 102 que se estende para baixo a partir da superfície da Terra 104 para um reservatório, possivelmente muitos milhares de pés abaixo da superfície. Os canhoneios no revestimento permitem ao fluido 106 fluir do reservatório para o poço 102. Uma bomba 108 é submersa no fluido 106 e acionada por um motor elétrico 110 para impelir o fluido 106 a fluir como uma corrente 112 para cima ao longo de uma coluna de tubular 114 para a superfície 104. A corrente de fluido 112 pode, então, ser dirigida para equipamento a jusante para separação e refinação.

[0012] Um cabo blindado 116 transmite sinais de energia de motor trifásica da superfície 104 para o motor elétrico 110. Além da armadura (G), o cabo inclui três condutores transportadores de energia A, B, C, para fornecer voltagens de pico ajustáveis de zero a vários quilovolts, dependendo do projeto do sistema. O motor 110 tem três enrolamentos, cada enrolamento acoplado entre um dos condutores e um nó comum denominado o ponto estrela 118. Normalmente, as voltagens dos sinais de energia de motor se anulam no ponto estrela 118, deixando-o perto da voltagem de terra. No entanto, sob certas condições de falha todas muito comuns, tal como quando o cabo 116 é danificado e um dos condutores transportadores de energia é curto-circuitado para a terra, a voltagem do ponto estrela 118 pode ser bastante substancial.

[0013] Um conjunto de sensor 120 é acoplado ao ponto estrela 118 através de um acoplador de múltiplos canais de alta para baixa voltagem (HLV) 122. Às vezes, o acoplador de HLV 122 pode ser referido como o acoplador de sensor 122. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, o acoplador de sensor 122 blinda o conjunto de sensor 120 de altas voltagens, transporta um sinal de energia de sensor 124 do ponto estrela 118 para o conjunto de sensor 120 e transporta um sinal de telemetria do conjunto de sensor 120 para o ponto estrela 118. No conjunto de sensor, o sinal de energia de sensor é retificado e condicionado para fornecer energia aos vários sensores e ao transceptor de telemetria.

[0014] Na superfície 104, um acionamento de frequência variável 128 fornece os sinais de energia de motor através de um conjunto de transformadores de isolamento 130 aos condutores transportadores de energia A, B, C. Os transformadores de isolamento 130 permitem que o motor trifásico da bomba continue funcionando mesmo quando um dos condutores transportadores de energia é curto-circuitado para a terra. Os transformadores de isolamento 130 podem ser adicionalmente configurados como transformadores de escalonamento, elevando a voltagem dos sinais de energia de motor para reduzir as perdas de transmissão.

[0015] Um segundo acoplador de múltiplos canais de HLV 132, às vezes referido como o acoplador de fonte 132, é conectado por um comutador 134 a um conduto selecionável dos condutores transportadores de corrente. Quando o sistema de ESP fica inoperável se mais de um condutor estiver aterrado, o comutador 134 precisa apenas conectar a dois dos três condutores transportadores de energia e ser comutado para selecionar qualquer que não esteja aterrado. O acoplador de fonte 132 acopla o condutor selecionado a uma fonte de energia de sensor 138 e a um receptor de telemetria 142. Como com o acoplador de sensor 122, o acoplador de fonte 132 blinda a fonte 138 e o receptor 142 de altas voltagens, transporta um sinal de energia de sensor 136 da fonte 138 para o condutor selecionado e transmite o sinal de telemetria do condutor selecionado para o receptor 142.

[0016] Em algumas modalidades, o receptor 142 é integrado em um controlador que tira os dados desmodulados do receptor e os usa para avaliar o estado e o desempenho do sistema de elevação artificial. Esta avaliação pode ser relatada a um usuário como parte de uma representação visual. O controlador pode ainda empregar a avaliação para modificar o sinal trifásico produzido pelo acionamento de frequência variável 128, por exemplo, ajustando a voltagem e/ou a frequência para modificar a taxa de fluxo da corrente de fluido 112 de qualquer maneira considerada necessária para melhorar o desempenho do sistema. O controlador pode ser ainda equipado com um transmissor que envia um sinal de enlace descendente para o conjunto de sensor para adquirir informações adicionais e modificar os ajustes de sensor.

[0017] O circuito de processamento do controlador pode estar na forma de um microprocessador ou processador de sinal digital acoplado a meios de armazenamento de informação não transitórios legíveis por computador, por exemplo, ROM ou memória flash. O meio de armazenamento de informações armazena software para execução pelo circuito de processamento, cujo software configura o controlador para operar de acordo com os métodos aqui divulgados. Também será reconhecido que as mesmas instruções de software também podem ser carregadas no armazenamento de um CD-ROM ou outros meios de armazenamento adequados através de métodos com fios ou sem fios. Mais ainda, aqueles versados na técnica apreciarão que vários aspectos da divulgação podem ser praticados com uma variedade de configurações de sistema de computador, incluindo dispositivos portáteis, sistemas de múltiplos processadores, eletrônicos à base de microprocessador ou de consumidor programáveis, minicomputadores, computadores centrais e semelhantes, sejam fornecidos de forma autônoma ou como parte de uma rede de computador que suporta computação distribuída.

[0018] A Fig. 2A mostra um esquemático de circuito dos acopladores de múltiplos canais de HLV 122, 132. O acoplador de HLV 202 inclui um nó de alta voltagem 204 que conecta ao ponto estrela 118 ou a um condutor selecionado dos condutores transportadores de energia. O acoplador de HLV 202 inclui ainda dois ou mais nós de canal 206, 208, 210. Um primeiro nó de canal 206 transmite o sinal de energia de sensor, quer da fonte de energia de sensor 138 quer para a fonte de energia do conjunto de sensor 120. Os nós de canal adicionais 208, 210 transmitem sinais em bandas de frequência discretas. Assim, por exemplo, o nó de canal 208 pode ser conectado ao conjunto de sensor para receber o sinal de telemetria ou ao receptor de telemetria para fornecer o sinal de telemetria. O nó de canal 210 pode transmitir um sinal de enlace descendente furo abaixo. Cada nó suporta comunicação bidirecional de sinais na banda de frequência associada.

[0019] Cada um dos nós externos 204-210 é acoplado a um nó interno compartilhado 212 por um respectivo filtro 214-220. O nó de alta voltagem 204 é acoplado ao nó interno 212 por um filtro de bloqueio de baixa frequência 214. O filtro de bloqueio ilustrado 214 inclui dois capacitores 222, 224 conectados em série entre os dois nós, com o nó intermediário acoplado à terra por um indutor 226. O condensador 224 executa a tarefa de blindar os componentes restantes do acoplador 202 das altas voltagens que podem estar presentes no nó 204. Consequentemente, o capacitor 224 pode ser necessário para satisfazer especificações mais rigorosas do que os componentes restantes, por exemplo, por serem classificados para voltagens significativamente mais altas. No entanto, o acoplador 202 é tornado mais confiável em virtude de exigir que não mais de um componente seja exposto a voltagens elevadas. De fato, com apenas um acoplador na superfície e um no fundo de poço, a confiabilidade do sistema como um todo também é melhorada. Com estas considerações em mente, observamos que projetos alternativos de filtro de bloqueio de baixa frequência estão disponíveis na literatura e podem ser usados conforme desejado.

[0020] O primeiro nó de canal 206 é acoplado ao nó interno 212 por um filtro passa baixa 216. O filtro passa baixa ilustrado 216 inclui dois indutores 228, 230 conectados em série entre os dois nós, com o nó intermediário acoplado à terra por um capacitor 232. Outros projetos de filtro passa baixa estão disponíveis na literatura e podem ser usados conforme desejado. Além disso, um filtro passa banda poderia alternativamente ser empregado para implementar a função de isolamento de canal deste filtro passa baixa.

[0021] Os nós de canal adicionais 208, 210 são cada qual acoplados ao nó interno 212 por respectivos filtros passa banda 218, 220. O filtro passa banda ilustrado 218 inclui cinco segmentos, cada segmento tendo um capacitor e indutor. Três segmentos estão em série entre o nó interno e o nó de canal 208, com os dois segmentos restantes acoplando os nós intermediários à terra. O primeiro segmento, que é acoplado ao nó interno 212, é uma combinação em série de um indutor 240 e capacitor 241. O segundo segmento, acoplado ao primeiro segmento, é uma combinação em série de um indutor 242 e um capacitor 243. O terceiro segmento, que acopla o nó entre o primeiro e o segundo segmentos à terra, é uma combinação paralela de um indutor 244 e capacitor 245. O quarto segmento, que acopla o segundo segmento ao nó de canal, é uma combinação em série de um indutor 246 e capacitor 247. O quinto segmento, que acopla o nó entre o primeiro e o segundo segmentos a terra, é uma combinação paralela de um indutor 248 e capacitor 249.

[0022] O filtro passa banda ilustrado 220 tem uma disposição semelhante de indutores 250, 252, 254, 256, 258 e capacitores 251, 253, 255, 257, 259, embora com valores de componentes diferentes. Projetos alternativos de filtro passa banda estão disponíveis na literatura e podem ser usados conforme desejado. Entre os projetos alternativos adequados de filtro de bloqueio de baixa frequência, filtro passa baixa e filtro passa banda estão projetos de filtros ativos, isto é, projetos de filtro dependendo de amplificadores operacionais ou outros componentes alimentados. Mais ainda, os projetos de filtro escolhidos podem empregar projetos de ordem mais alta, conforme desejado, para minimizar interferência entre canais quando a largura de banda total é limitada.

[0023] A operação do acoplador de HLV 202 é agora descrita com referência ao espectro de frequência ilustrativo mostrado na Fig. 3. A banda de frequência 302 variando de 0 a cerca de 100 Hz representa a faixa de frequência dentro da qual o sinal de energia do motor pode variar no nó de alta voltagem 204. A banda de frequência 304, que varia de cerca de 2 kHz para cima, representa a faixa de frequências que não são bloqueadas pelo filtro de bloqueio de baixa frequência 212. Isto é, sinais nesta faixa de frequência são transportados entre o nó de alta voltagem e o nó interno.

[0024] A banda de frequência 306, que varia de cerca de 10 kHz para baixo, representa a faixa de frequências que são passadas pelo filtro passa baixa 216. A sobreposição entre as bandas de frequência 304 e 306 representa o primeiro canal do acoplador de múltiplos canais de HLV. É este primeiro canal que é empregado de forma ilustrativa para comunicar um sinal de energia de sensor furo abaixo. Bandas de frequência adicionais 308, cada uma cobrindo cerca de uma oitava na faixa acima de cerca de 2 kHz, representam as faixas de frequência passadas pelos diferentes filtros passa banda 218, 220, cada banda 308 representando um canal correspondente que pode ser usado para sinais de enlace descendente e de dados de sensor. O número e o tamanho dos vários canais são parâmetros de projeto que são facilmente customizados para o propósito desejado.

[0025] De modo importante, os acopladores de HLV da presente divulgação evitam o uso de filtros ressonantes ("sintonizados") ou blocos de isolamento. Tais filtros sintonizados são suscetíveis a desvio de parâmetro elétrico dos componentes de circuito, o que pode fazer com que a frequência central do filtro fique desalinhada com a frequência portadora dos sinais, tornando o enlace de comunicações inoperante. Esse desvio é um resultado comum da idade e das temperaturas elevadas, como aquelas encontradas em ambientes de fundo de poço.

[0026] Com o projeto do sistema divulgado, os canais podem ser usados para comunicar energia e dados através de condutor transportador de energia não aterrado no cabo da ESP, independentemente se a bomba está operando e independentemente se qualquer um dos outros condutores transportadores de energia está aterrado. Os acopladores suportam comunicação bidirecional através de cada canal, permitindo que sinais ascendentes e descendentes compartilhem um canal se desejado. Alternativamente, o projetista do sistema pode designar canais separados para cada sinal para simplificar os projetos de transceptor. Em algumas modalidades contempladas, a cada sensor é atribuído um respectivo canal para o seu sinal de telemetria. Em outras modalidades contempladas, múltiplos fluxos de dados de sensores são multiplexados em um sinal de telemetria comum que pode ser transmitido num canal selecionado de múltiplos canais. Essa seletividade permite que canais alternativos sejam selecionados se interferência for encontrada em um dado canal. Como uma modalidade alternativa, um filtro passa banda pode ser empregado tendo frequências de corte ajustáveis que permitem que a banda passa seja deslocada para a faixa de frequência desejada.

[0027] De particular destaque é que, nos projetos de filtros ilustrados, as várias frequências de corte de filtro são determinadas por razões entre os valores indutivos e capacitivos dos elementos de circuito. O projetista permanece capaz de ajustar os valores de componentes reais para conseguir a impedância correspondente ao cabo 116. Observamos que, durante a fase de projeto, a impedância de cabo precisa pode não ser conhecida e pode ser esperada que varie de poço para poço, varie quando o cabo envelhece e varie quando falhas ocorrem no cabo ou em outro lugar no sistema. Para levar em conta isto, os valores de componentes podem ser escolhidos para corresponder à impedância de transmissão esperada mais baixa, uma vez que todas essas possibilidades (incluindo uma falha de terra) foram levadas em consideração. Além disso, se for determinado ser uma dependência de frequência significativa para a impedância de transmissão, a impedância do filtro passa baixa e filtros passa banda pode ser adaptada de acordo com a impedância no centro das suas bandas passa.

[0028] A correspondência de impedância é particularmente importante para os filtros ao longo do caminho entre a fonte de energia de sensor 138 e a fonte de energia do conjunto de sensor 120, uma vez que transferência de energia ineficiente pode exigir que a fonte de energia de sensor 138 seja dimensionada significativamente maior do que de outro modo seria o caso. Observamos que a impedância do cabo e do motor domina a impedância de carga acionada pelo acoplador de fonte. Consequentemente, a impedância do acoplador de fonte no nó de alta voltagem pode ser projetada para combinar (isto é, ser igual) a impedância aparente do cabo e do motor, desse modo minimizando reflexões. No primeiro nó de canal, a impedância do acoplador de fonte pode ser projetada para espelhar (isto é, para ser o conjugado complexo) a impedância da fonte de energia, de modo a maximizar a transferência de energia.

[0029] No fundo de poço, a impedância de motor tende a dominar a impedância de fonte conduzindo o acoplador de fundo de poço. Consequentemente, a impedância do nó de alta voltagem do acoplador de fundo de poço pode ser projetada para combinar com a soma da impedância do cabo e do motor, embora a impedância no nó do primeiro canal do acoplador de fundo de poço possa ser minimizada. Uma dificuldade potencial desta abordagem é a ampla variação na impedância de diferentes motores. Esta dificuldade potencial pode ser tratada fornecendo versões diferentes do acoplador de fundo de poço para uso com diferentes motores. Uma abordagem alternativa é ilustrada na Fig. 2B, onde um banco de transformadores é acoplado aos nós de canal para modificar a impedância efetiva no nó de alta voltagem. Com N representando a razão de espiras, o transformador escalona a impedância aparente por um fator de N2. Algumas modalidades de transformador podem empregar enrolamentos comutáveis para modificar a razão de espiras.

[0030] A Fig. 4 é um fluxograma de um método de acoplamento de HLV ilustrativo para obter confiabilidade intensificada em sistemas de ESP equipados com sensores. No bloco 402, o nó de alta voltagem do acoplador de sensor de HLV está conectado ao ponto estrela do motor e os nós de canal estão conectados aos nós de energia e sinal de dados do conjunto de sensor de fundo de poço. No bloco 404, os condutores transportadores de energia estão conectados aos terminais do motor de bomba. Uma ou mais destas etapas podem ser realizadas na oficina como parte do processo de montagem para a bomba de fundo de poço. A equipe de trabalho abaixa a bomba no poço na extremidade de uma corda de tubular, fixando o cabo de energia com correias conforme necessário.

[0031] No bloco 406, depois que o conjunto de bomba foi ancorado no lugar e as conexões de tubulação concluídas, a equipe conecta a outra extremidade dos condutores transportadores de energia aos transformadores de isolamento para a fonte de energia trifásica para o motor. No bloco 408, a equipe conecta os contatos de acionamento de um comutador de polo simples acionamento duplo (SPDT) para dois dos condutores transportadores de energia e, no bloco 410, a equipe conecta o contato de polo do comutador para o nó de alta voltagem do acoplador de fonte de HLV. No bloco 412, os nós de canal do acoplador de fonte de HLV estão conectados à fonte de energia de sensor e ao transceptor de superfície, completando os canais de comunicação. No bloco 414, o sistema de controle emprega os canais de comunicação para fornecer energia aos sensores de fundo de poço e para receber o sinal de telemetria através de um dos condutores transportadores de energia no cabo. Se esse condutor for aterrado, por exemplo, devido a danos no cabo, o comutador é alternado para outro dos condutores transportadores de energia para restabelecer a comunicação.

[0032] Consequentemente, dentre as modalidades aqui reveladas estão:

[0033] A: Um sistema de elevação artificial eletricamente alimentado que compreende:um tubular para transportar um fluido de furo de poço para cima; uma bomba de fundo de poço que impele o fluido de furo de poço para o tubular, a bomba de fundo de poço sendo acionada por um motor trifásico; um cabo que transporta um sinal de energia de motor para o motor em três condutores; e um acoplador de fonte de alta para baixa voltagem (HLV) tendo um nó interno acoplado a um condutor selecionado dos três condutores através de um filtro de bloqueio de baixa frequência que blinda o nó interno do sinal de energia de motor embora transportando um sinal de energia de sensor do nó interno para o condutor selecionado e transmitindo um sinal de telemetria do condutor selecionado e para o nó interno.

[0034] B: Um método de detecção para uso em um sistema de ESP, o método compreendendo: conectar um cabo de bomba submersível elétrica (ESP) a uma fonte de energia para o motor trifásico; fornecer, através de um acoplador de fonte de alta para baixa voltagem (HLV) combinado em impedância, um sinal de energia de sensor para um dos três condutores no cabo de ESP; transportar, com um acoplador de sensor de HLV, o sinal de energia de sensor de um ponto estrela em um motor para a bomba para um conjunto de sensor de fundo de poço; fornecendo, com o acoplador de sensor de HLV, um sinal de telemetria do conjunto de sensor de fundo de poço até o ponto estrela; e receber, através do acoplador de fonte de HLV, o sinal de telemetria do referido um dos três condutores no cabo de ESP.

[0035] Cada uma das modalidades A e B pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: (1) um transformador de isolamento que acopla o sinal de energia de motor de um acionamento variável aos três condutores. (2) uma fonte de energia de sensor que fornece o sinal de energia de sensor, em que o acoplador de fonte de HLV acopla o sinal de energia de sensor ao nó interno através de um filtro passa baixa. (3) um receptor que demodula e digitaliza o sinal de telemetria, em que o acoplador de fonte de HLV inclui um filtro passa banda que transmite o sinal de telemetria do nó interno para o receptor. (4) um transmissor que fornece um sinal de enlace descendente, em que o filtro passa banda transmite o sinal de enlace descendente para o nó interno. (5) em que o filtro passa banda é um filtro de múltiplos filtros passa banda, cada um acoplando um canal discreto ao nó interno. (6) em que o filtro passa banda é ajustável para diferentes bandas de frequência. (7) em que a frequência de bloqueio superior do filtro de bloqueio de baixa frequência é maior que uma frequência do sinal de energia de motor, em que o filtro passa baixa tem uma frequência de corte acima da frequência de bloqueio superior do filtro de bloqueio de baixa frequência e abaixo das frequências passadas pelo filtro passa banda. (8) um acoplador de sensor de HLV que transmite o sinal de energia de sensor de um ponto estrela do motor para uma fonte de energia e que ainda transmite o sinal de telemetria de um ou mais sensores para o ponto estrela. (9) em que o acoplador de sensor de HLV compreende: um nó interno compartilhado que é acoplado ao ponto estrela por um filtro de bloqueio de baixa frequência que blinda o nó interno compartilhado do sinal de energia de motor; um filtro passa baixa que transmite o sinal de energia de sensor do nó interno compartilhado para a fonte de energia; e um filtro passa banda que transmite o sinal de telemetria de um ou mais sensores para o nó interno compartilhado. (10) um comutador que acopla o acoplador de fonte de HLV ao condutor selecionado de três condutores, o condutor selecionado sendo um de dois condutores de cabo aos quais o comutador é conectado. (11), em que a referido alimentação inclui: acoplar o sinal de energia de sensor de uma fonte de energia de sensor através de um filtro passa baixa a um nó interno; e acoplar o sinal de energia de sensor do nó interno através de um filtro de bloqueio de baixa frequência ao referido condutor de três condutores, em que o filtro de bloqueio de baixa frequência blinda o nó interno de um sinal de energia de motor enquanto passando o sinal de energia de sensor e o sinal de telemetria. (12) em que a referida recepção inclui: acoplar o sinal de telemetria do nó interno através de um filtro passa banda a um receptor, em que o filtro passa banda blinda o receptor do sinal de energia de sensor. (13) em que o referido transporte inclui: acoplar o sinal de energia de sensor do ponto estrela através de um filtro de bloqueio de baixa frequência a um nó interno compartilhado; e acoplar o sinal de energia de sensor do nó interno compartilhado através de um filtro passa baixa a uma fonte de energia para o conjunto de sensor de fundo de poço, em que o filtro de bloqueio de baixa frequência blinda o nó interno do sinal de energia de motor enquanto passa o sinal de energia de sensor e o sinal de telemetria. (14) em que o referido fornecimento inclui: acoplar o sinal de telemetria de um transmissor no conjunto de sensor de fundo de poço através de um filtro passa banda de fundo de poço ao nó interno compartilhado, em que o filtro passa banda de fundo de poço blinda o transmissor do sinal de energia de sensor. (15) em que o referido receptor é emparelhado com um transmissor e em que a referida recepção inclui ainda acoplar um sinal de enlace descendente do transmissor através do filtro passa banda ao nó interno. (16) em que o referido receptor é emparelhado com um transmissor e em que a referida recepção inclui ainda acoplar um sinal de enlace descendente do transmissor através de um segundo filtro passa banda ao nó interno. (17) mudar o sinal de telemetria para uma banda de frequência diferente que é passada por filtros passa banda adicionais no acoplador de fonte de HLV e acoplador de sensor de HLV. (18) comutar o acoplador de fonte de HLV a um condutor diferente dos três condutores no cabo de ESP. (19) usar uma combinação de impedância transformada entre o acoplador de sensor de HLV e o conjunto de sensor para modificar uma impedância aparente do acoplador de sensor de HLV com base em uma impedância do motor.

[0036] Numerosas variações e modificações serão evidentes para aqueles versados na técnica uma vez que a divulgação acima seja totalmente apreciada. Por exemplo, as figuras mostram configurações de sistema de ESP, mas outros sistemas de fundo de poço também empregam cabos de distribuição de energia trifásicos que podem ser adaptados de forma semelhante para comunicações de dados robustas. Pretende-se que as reivindicações a seguir sejam interpretadas para englobar todas essas tais variações e modificações.

Claims (21)

1. Sistema de elevação artificial eletricamente alimentado, caracterizado pelo fato de compreender: - um tubular (114) para transportar um fluido (106) de furo de poço para cima; - uma bomba de fundo de poço (108) que impele o fluido de furo de poço para o tubular (114), a bomba de fundo de poço (108) sendo acionada por um motor trifásico (110); - um cabo (116) que transporta um sinal de energia de motor para o motor em três condutores (A, B, C); e - um acoplador de fonte de alta para baixa voltagem (HLV) (132) tendo um nó interno (212) acoplado a um condutor selecionado dos três condutores (A, B, C) através de um filtro de bloqueio de baixa frequência (214) que blinda o nó interno (212) do sinal de energia de motor enquanto transportando um sinal de energia de sensor do nó interno para o condutor selecionado e transmitindo um sinal de telemetria do condutor selecionado e para o nó interno (212).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - uma fonte de energia de sensor (138) que fornece o sinal de energia de sensor (136), sendo que o acoplador de fonte de HLV (132) acopla o sinal de energia de sensor ao nó interno (212) através de um filtro de energia de sensor.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender: - um receptor (142) que demodula e digitaliza o sinal de telemetria, sendo que o acoplador de fonte de HLV (132) inclui um filtro passa banda (218, 220) que transmite o sinal de telemetria do nó interno (212) para o receptor (142).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda - um transmissor que fornece um sinal de enlace descendente, sendo que o filtro passa banda (218, 220) transmite o sinal de enlace descendente para o nó interno (212).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o filtro passa banda (218, 220) ser um filtro de múltiplos filtros passa banda, cada um acoplando um canal discreto ao nó interno.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o filtro passa banda (218, 220) ser ajustável para diferentes bandas de frequência.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o filtro de bloqueio de baixa frequência (214) ter uma frequência de bloqueio superior acima de uma frequência do sinal de energia de motor, sendo que o filtro de energia de sensor tem uma frequência de corte acima da frequência de bloqueio superior e abaixo das frequências passadas pelo filtro passa banda (218, 220).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - um acoplador de sensor de HLV (122) que transmite o sinal de energia de sensor (124) de um ponto estrela (118) do motor (110) para uma fonte de energia e que ainda transmite o sinal de telemetria de um ou mais sensores para o ponto estrela (118).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o acoplador de sensor de HLV (122) ainda transmitir um sinal de enlace descendente do ponto estrela (118) para um conjunto de sensor (120) operando a partir da fonte de energia.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o acoplador de sensor de HLV (122) compreender: - um nó interno compartilhado (212) que é acoplado ao ponto estrela (118) por um filtro de bloqueio de baixa frequência (214) que blinda o nó interno compartilhado (212) do sinal de energia de motor; - um filtro que transmite o sinal de energia de sensor do nó interno compartilhado (212) para a fonte de energia; - um filtro passa banda (218, 220) que transmite o sinal de telemetria de um ou mais sensores para o nó interno compartilhado (212).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda - um comutador (134) que acopla o acoplador de fonte de HLV (132) ao condutor selecionado de três condutores (A, B, C), o condutor selecionado sendo um de dois condutores de cabo (116) aos quais o comutador (134) é conectado.

12. Método de detecção, caracterizado pelo fato de compreender: - conectar um cabo (116) de bomba submersível elétrica (ESP) a uma fonte de energia trifásica; - fornecer, através de um acoplador de fonte de alta para baixa voltagem (HLV) (122) combinada em impedância, um sinal de energia de sensor para um dos três condutores (A, B, C) no cabo (116) de ESP; - transportar, com um acoplador de sensor de HLV (122) combinado em impedância, o sinal de energia de sensor de um ponto estrela (118) em um motor para a bomba para um conjunto de sensor (120) de fundo de poço; - fornecer, com o acoplador de sensor de HLV (122), um sinal de telemetria do conjunto de sensor (120) de fundo de poço para o ponto estrela (118); e - receber, através do acoplador de fonte de HLV (132), o sinal de telemetria do referido um dos três condutores (A, B, C) no cabo (116) de ESP.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o referido fornecimento incluir: - acoplar o sinal de energia de sensor de uma fonte de energia de sensor (138) através de um filtro para um nó interno (212); e - acoplar o sinal de energia de sensor do nó interno (212) através de um filtro de bloqueio de baixa frequência (214) para o referido um dos três condutores (A, B, C), sendo que o filtro de bloqueio de baixa frequência (214) blinda o nó interno (212) de um sinal de energia de motor enquanto passando o sinal de energia de sensor e o sinal de telemetria.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a referida recepção incluir: - acoplar o sinal de telemetria do nó interno (212) através de um filtro passa banda (218, 220) a um receptor (142), sendo que o filtro passa banda (218, 220) blinda o receptor (142) do sinal de energia de sensor.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o referido transporte incluir: - acoplar o sinal de energia de sensor do ponto estrela (118) através de um filtro de bloqueio de baixa frequência (214) a um nó interno compartilhado (212); e - acoplar o sinal de energia de sensor do nó interno compartilhado (212) através de um filtro a uma fonte de energia para o conjunto de sensor (120) de fundo de poço, sendo que o filtro de bloqueio de baixa frequência (214) blinda o nó interno (212) do sinal de energia de motor enquanto passando o sinal de energia de sensor e o sinal de telemetria.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o referido fornecimento incluir: - acoplar o sinal de telemetria de um transmissor no conjunto de sensor (120) de fundo de poço através de um filtro passa banda de fundo de poço ao nó interno compartilhado (212), sendo que o filtro passa banda de fundo de poço blinda o transmissor do sinal de energia de sensor.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o referido receptor (142) ser emparelhado com um transmissor e sendo que a referida recepção incluir ainda acoplar um sinal de enlace descendente do transmissor através do filtro passa banda ao nó interno (212).

18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o referido receptor (142) ser emparelhado com um transmissor e sendo que a referida recepção incluir ainda acoplar um sinal de enlace descendente do transmissor através de um segundo filtro passa banda ao nó interno (212).

19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender ainda mudar o sinal de telemetria para uma banda de frequência diferente que é passada por filtros passa banda adicionais no acoplador de fonte de HLV (132) e acoplador de sensor de HLV (122).

20. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de compreender ainda comutar o acoplador de fonte de HLV (132) a um condutor diferente dos três condutores (A, B, C) no cabo (116) de ESP.

21. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o referido acoplamento do sinal de energia de sensor do nó interno compartilhado (212) através de um filtro a uma fonte de energia incluir ainda usar um transformador de combinação de impedância entre o filtro e a fonte de energia para modificar uma impedância aparente do acoplador de sensor de HLV (122) com base em uma impedância do motor.

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