BR112020001964A2 - uso de diafonia entre cabos adjacentes para comunicação sem fio - Google Patents
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Abstract
Um sistema para comunicar um sinal entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal inclui uma unidade de processamento de sinal configurada para pelo menos um de transmitir e receber o sinal e um primeiro cabo acoplado à unidade de processamento de sinal. O sistema inclui ainda uma ferramenta que tem um segundo cabo que se estende da ferramenta e configurado para pelo menos um de receber o sinal transmitido pela unidade de processamento de sinal e transmitir o sinal recebido pela unidade de processamento de sinal, em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo e o segundo cabo por diafonia.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido US 62/539773, depositado em 1 de agosto de 2017, que é incorporado aqui por referência na sua totalidade.
[002] Os poços são perfurados na terra para fornecer poços para a produção de hidrocarbonetos. As completações de poço envolvem a montagem dos tubulares e a instalação dos tubulares e outros equipamentos nos poços. Normalmente, o outro equipamento pode incluir ferramentas, instrumentos e sensores de fundo de poço que se comunicam com uma unidade de processamento de sinal de superfície por meio de uma conexão direta por cabo. Infelizmente, essas conexões de cabo podem não ser confiáveis devido ao ambiente hostil do fundo do poço. Portanto, seria apreciado na indústria de produção de hidrocarbonetos se fossem desenvolvidos aparelhos e métodos que pudessem fornecer uma comunicação confiável e robusta com a superfície.
[003] É divulgado um sistema para comunicar um sinal entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal. O sistema inclui: uma unidade de processamento de sinal configurada para pelo menos um de transmitir e receber o sinal; um primeiro cabo acoplado à unidade de processamento de sinal; e uma ferramenta tendo um segundo cabo que se estende da ferramenta e configurado para pelo menos um de receber o sinal transmitido pela unidade de processamento de sinal e transmitir o sinal recebido pela unidade de processamento de sinal; em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo e o segundo cabo por diafonia.
[004] Também é divulgado um método para comunicar um sinal entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal. O método inclui: pelo menos um de (i) transmitir o sinal da unidade de processamento de sinal conectado a um primeiro cabo para a ferramenta que possui um segundo cabo e (ii) receber o sinal da ferramenta usando a unidade de processamento de sinal; e pelo menos um de (iii) receber com a ferramenta o sinal correspondente transmitido pela unidade de processamento de sinal e (iv) transmitir com a ferramenta o sinal correspondente recebido pela unidade de processamento de sinais; em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo e o segundo cabo por diafonia.
[005] As descrições a seguir não devem ser consideradas limitativas de modo algum. Com referência aos desenhos anexos, elementos semelhantes são numerados de maneira semelhante:
[006] a FIG. 1 é uma vista em seção transversal de uma modalidade de um sistema de comunicação; e
[007] a FIG. 2 é um fluxograma para um método de comunicação entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal.
[008] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método divulgados apresentados no presente documento a título de exemplificação e não limitação com referência às Figuras.
[009] São divulgadas modalidades de aparelhos e métodos que fornecem comunicação robusta e confiável entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal de superfície. Um primeiro cabo com um condutor é disposto em um furo de poço. Uma ou mais ferramentas com recursos de comunicação são dispostas em profundidades selecionadas no furo de poço. Cada ferramenta está conectada a um segundo cabo separado, mas próximo ao primeiro cabo. Devido à proximidade dos cabos, a comunicação entre os cabos ocorre devido à diafonia. A confiabilidade e a robustez nas comunicações ocorrem porque uma conexão entre uma ferramenta e o segundo cabo correspondente pode ser feita em um ambiente controlado, como em um local externo onde a conexão pode ser testada sob pressão para garantir sua confiabilidade e robustez.
[010] A FIG. 1 é uma vista em seção transversal de um sistema de comunicação
15. O sistema de comunicação 15 inclui um primeiro cabo 6 disposto em um poço 2 (também conhecido como furo de poço) que penetra na terra 3. O primeiro cabo 6 inclui pelo menos um condutor. Em uma ou mais modalidades, o primeiro cabo 6 é um condutor encapsulado em tubulação (TEC), que pode ter um ou mais condutores, ou um cabo de aço geralmente usado para perfilagem de cabo de aço, como conhecido na técnica. O primeiro cabo 6 é preso a um tubular de produção 4 por um ou mais dispositivos de preensão 5, que podem ser grampos em uma modalidade não limitativa. O primeiro cabo 6 estende uma distância selecionada para o poço 2. O primeiro cabo 6 pode ser (1) conectado diretamente (isto é, com fio) a alguns dispositivos no poço 2 para fins de comunicação ou (2) não diretamente conectado a quaisquer dispositivos no poço 2, como ilustrado na FIG. 1 ou (3) terminado com alguma outra impedância de terminação.
[011] Também dispostas no poço 2 estão uma ou mais ferramentas 7. A ferramenta 7 representa qualquer ferramenta operacional, instrumento e/ou sensor que tenha uma capacidade de comunicação usando uma unidade de comunicação 16 na ou com a ferramenta. Modalidades não limitativas dos sensores incluem temperatura, pressão, acústica e química. A comunicação pode ser analógica, digital ou uma combinação de analógica e digital. Conectado a cada ferramenta 7 está um segundo cabo 8. Um comprimento do segundo cabo 8 pode variar de algumas polegadas a vários metros em modalidades não limitativas e, em geral, é menor que o comprimento do primeiro cabo. Em uma ou mais modalidades, o segundo cabo 8 é conectado à ferramenta 7 e, portanto, à unidade de comunicação 16 através de uma penetração 9 que fornece uma conexão resistente a fluidos e à pressão.
[012] Em geral, o segundo cabo 8 está disposto perto ou próximo do primeiro cabo 6, como dentro de algumas polegadas, a fim de ter diafonia entre os dois cabos. Os termos "perto de" e "próximo a" se referem a estar perto o suficiente para permitir a diafonia. A diafonia em uma ou mais modalidades ocorre devido ao acoplamento capacitivo, indutivo e/ou condutor entre os dois cabos. Em uma ou mais modalidades, o segundo cabo 8 é preso e toca no isolamento externo do primeiro cabo 6. O isolamento externo do primeiro cabo 6 pode tocar o isolamento externo do segundo cabo, mas também pode não ser necessário que a diafonia ocorra. Para ficar claro, não há conexão elétrica direta entre o primeiro cabo 6 e a ferramenta 7. Toda a comunicação é via diafonia entre o primeiro cabo 6 e o segundo cabo
6. Pode ser apreciado que, em uma ou mais modalidades, mais de uma ferramenta 7 pode se comunicar através do mesmo primeiro cabo 6 usando os mesmos protocolos de comunicação que seriam usados se essas ferramentas fossem conectadas ao mesmo primeiro cabo 6.
[013] Na superfície da terra 3, o primeiro cabo 6 é conectado ou acoplado a uma unidade de processamento de sinal 10 que é configurada para transmitir e/ou receber sinais para e/ou das uma ou mais ferramentas 7. Modalidades não limitativas da unidade de processamento de sinal incluem um transceptor 11, um transmissor 12 ou um receptor 13. Os protocolos de comunicação usando diafonia são os mesmos que seriam usados se a ferramenta 7 fosse conectada ao primeiro cabo 6. A unidade de processamento de sinal 10 também pode ser conectada ou acoplada a um sistema de processamento de computador 14 para processar dados recebidos de uma ou mais ferramentas 7 e/ou enviar sinais de controle para uma ou mais ferramentas 7. Portanto, o sistema de processamento de computador 14 pode funcionar como um controlador.
[014] O furo de poço pode ser dividido em dois intervalos - um intervalo superior de completação e um intervalo inferior de completação nos quais os hidrocarbonetos são produzidos. Em geral, o menor intervalo de completação pode ser identificado por ter telas de areia e perfurações em um revestimento para permitir a entrada de hidrocarbonetos.
[015] A FIG. 2 é um fluxograma para um método 20 de comunicação de um sinal entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal de superfície. O bloco 21 pede pelo menos um de (i) transmitir o sinal da unidade de processamento de sinal conectado a um primeiro cabo para a ferramenta que possui um segundo cabo e (ii) receber o sinal da ferramenta usando a unidade de processamento de sinal. O bloco 22 pede pelo menos um de (iii) receber com a ferramenta o sinal correspondente transmitido pela unidade de processamento de sinais e (iv) transmitir com a ferramenta o sinal correspondente recebido pela unidade de processamento de sinais, em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo e o segundo cabo por diafonia.
[016] No método 20, o primeiro cabo e a ferramenta podem ser dispostos em um poço que penetra na terra. Em uma ou mais modalidades, a ferramenta pode ser disposta em um intervalo de completação no poço.
[017] O método 20 pode ainda incluir o processamento de dados no sinal recebido da ferramenta usando um sistema de processamento de computador acoplado à unidade de processamento de sinal.
[018] O método 20 pode ainda incluir fornecer uma entrada de controle para a unidade de processamento de sinal para transmissão à ferramenta usando um controlador.
[019] O método 20 pode ainda incluir testar a pressão de uma conexão entre o segundo cabo e a ferramenta antes que a ferramenta seja disposta no poço.
[020] O método 20 fornece várias vantagens. Uma vantagem é que a conexão entre o segundo cabo e o primeiro pode ser feita em um ambiente controlado, como um ambiente externo. O ambiente controlado pode atender aos padrões de limpeza e permitir conexões de precisão que podem fornecer conexões confiáveis e robustas. Além disso, as conexões podem ser testadas sob pressão para garantir que não haja vazamentos. Por outro lado, os métodos de comunicação convencionais exigem que as emendas na sonda ou no local de campo conectem diretamente (isto é, fio rígido) uma ferramenta a um primeiro cabo. Como essas conexões convencionais podem ser feitas na plataforma ou no local de arquivamento, elas podem ser feitas em um ambiente menos que o desejável, sem serem testadas sob pressão. Isso pode levar a vazamentos e conexões não confiáveis, o que pode resultar em comunicações não confiáveis.
[021] Pode-se perceber que a conexão não se limita às conexões de vedação de pressão convencionais feitas na plataforma ou no local de campo, pois a composição dessa conexão está sendo realizada em uma área não perigosa. Assim, a conexão pode ser feita e, em seguida, uma vedação de pressão é obtida por meio de soldagem ou outro método de vedação a gás/pressão.
[022] Outra vantagem é que não há pressa para fazer conexões externas em um ambiente controlado. Por outro lado, como o tempo de completação pode ser muito caro, os trabalhadores podem ser apressados para fazer essas conexões e podem não fazê-las corretamente.
[023] Ainda outra vantagem é que, com o método 20, é possível obter uma comunicação mais confiável com as ferramentas de fundo de poço na zona de completação em que os hidrocarbonetos estão entrando no furo de poço e, portanto, podem danificar as emendas.
[024] A seguir estão algumas modalidades da divulgação anterior:
[025] Modalidade 1. Um sistema para comunicar um sinal entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal, o sistema compreendendo: uma unidade de processamento de sinal configurada para pelo menos um de transmitir e receber o sinal; um primeiro cabo acoplado à unidade de processamento de sinal; e uma ferramenta compreendendo um segundo cabo que se estende da ferramenta e configurado para pelo menos um de receber o sinal transmitido pela unidade de processamento de sinal e transmitir o sinal recebido pela unidade de processamento de sinal; em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo e o segundo cabo por diafonia.
[026] Modalidade 2. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que o primeiro cabo não está conectado a outro dispositivo.
[027] Modalidade 3. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que o primeiro cabo é conectado a pelo menos uma de outra ferramenta e uma terminação de impedância.
[028] Modalidade 4. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que o primeiro cabo é disposto em um poço que penetra na terra.
[029] Modalidade 5. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que o primeiro cabo é preso a um tubular de produção disposto no poço usando pelo menos um dispositivo de preensão.
[030] Modalidade 6. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que o primeiro cabo é um condutor encapsulado em tubulação (TEC) ou um cabo de aço configurado para perfilagem de cabo de aço.
[031] Modalidade 7. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que a unidade de processamento de sinal é disposta em uma superfície da terra.
[032] Modalidade 8. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que a ferramenta está disposta no poço.
[033] Modalidade 9. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que a ferramenta é disposta em um intervalo de completação mais baixo.
[034] Modalidade 10. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que a unidade de processamento de sinal é pelo menos um de um transmissor, um receptor e um transceptor.
[035] Modalidade 11. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, compreendendo ainda um sistema de processamento de computador acoplado à unidade de processamento de sinal e configurado para pelo menos um dos dados do processo de um sinal recebido e fornece uma entrada de controle a ser transmitida em um sinal transmitido.
[036] Modalidade 12. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que a ferramenta compreende pelo menos uma de uma ferramenta configurada para executar uma operação, um instrumento e um sensor.
[037] Modalidade 13. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que um comprimento do segundo cabo é menor que o comprimento do primeiro cabo.
[038] Modalidade 14. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que a ferramenta compreende uma penetração através da qual o cabo da ferramenta entra na ferramenta, a penetração sendo configurada para resistir à entrada de fluido à pressão.
[039] Modalidade 15. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que a ferramenta compreende uma unidade de comunicação acoplada ao cabo da ferramenta e configurada para pelo menos um de transmitir e receber o sinal.
[040] Modalidade 16. O sistema de acordo com qualquer modalidade anterior, em que uma conexão entre o segundo cabo e a ferramenta é vedada por pressão por uma conexão soldada.
[041] Modalidade 17. Um método para comunicar um sinal entre uma ferramenta e uma unidade de processamento de sinal, o método compreendendo: pelo menos um de (i) transmitir o sinal da unidade de processamento de sinal conectado a um primeiro cabo para a ferramenta que possui um segundo cabo e (ii) receber o sinal da ferramenta usando a unidade de processamento de sinal; e pelo menos um de (iii) receber com a ferramenta o sinal correspondente transmitido pela unidade de processamento de sinal e (iv) transmitir com a ferramenta o sinal correspondente recebido pela unidade de processamento de sinais; em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo e o segundo cabo por diafonia.
[042] Modalidade 18. O método de acordo com qualquer modalidade anterior, compreendendo ainda o processamento de dados no sinal recebido da ferramenta usando um sistema de processamento de computador acoplado à unidade de processamento de sinal.
[043] Modalidade 19. O método de acordo com qualquer modalidade anterior, compreendendo ainda fornecer uma entrada de controle para a unidade de processamento de sinal para transmissão à ferramenta usando um controlador.
[044] Modalidade 20. O método de acordo com qualquer modalidade anterior, compreendendo ainda o teste de pressão de uma conexão entre o segundo cabo e a ferramenta antes que a ferramenta seja disposta no poço.
[045] Modalidade 21. O método de acordo com qualquer modalidade anterior, em que o primeiro cabo é disposto em um poço que penetra na terra e o método compreende ainda dispor a ferramenta em uma zona de completação em um poço.
[046] Em apoio aos ensinamentos no presente documento, vários componentes de análise podem ser usados, incluindo um sistema analógico e/ou digital. Por exemplo, as uma ou mais ferramentas 7, o sistema de processamento de computador 14 e/ou a unidade de comunicação 16, podem incluir sistemas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes, tais como um processador, meio de armazenamento, memória, entrada, saída, links de comunicação (com fio, sem fio, lama pulsada, ópticos ou outros), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinal (digital ou analógico) e outros desses componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para proporcionar operação e análises do aparelho e dos métodos divulgados neste documento de qualquer uma de várias maneiras bem apreciadas na técnica. Considera-se que esses ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis em computador armazenado em um meio legível por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), óptico (CD -ROMs), ou magnético (discos, discos rígidos), ou qualquer outro tipo que, quando executados, fazem um computador executar o método da presente invenção. Essas instruções podem prever o funcionamento do equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções consideradas relevantes por um projetista, proprietário, usuário do sistema ou outra pessoa, além das funções descritas nesta divulgação.
[047] Adicionalmente, vários outros componentes podem ser incluídos e solicitados para fornecer aspectos dos ensinamentos no presente documento. Por exemplo, uma fonte de alimentação (por exemplo, pelo menos um de um gerador, um suprimento remoto ou uma bateria), componente de resfriamento, componente de aquecimento, ímã, eletroímã, sensor, eletrodo, transmissor, receptor, transceptor, antena, controlador, unidade óptica, unidade elétrica ou unidade eletromecânica pode ser incluída em apoio aos vários aspectos discutidos no presente documento ou em apoio a outras funções além desta divulgação.
[048] Os elementos das modalidades foram introduzidos seja com os artigos "um" ou "uma". Os artigos pretendem significar que há um ou mais dos elementos. Os termos “incluindo” e “tendo” e semelhantes se destinam a serem inclusivos de modo que possa haver elementos adicionais além dos elementos listados. A conjunção "ou" quando usada com uma lista de pelo menos dois termos destina-se a significar qualquer termo ou combinação de termos. O termo "configurado" se relaciona a uma ou mais limitações estruturais de um dispositivo que são necessárias para que o dispositivo execute a função ou operação para a qual o dispositivo é configurado. Os termos "primeiro" e "segundo" são usados para diferenciar elementos e não para indicar uma ordem específica. O termo "pelo menos um de"
no contexto de pelo menos um de A e B pretende significar A e/ou B ou indicado em outros termos A, B ou A e B.
[049] Os diagramas de fluxo ilustrados aqui são apenas exemplos. Pode haver muitas variações nestes diagramas ou nas etapas (ou operações) descritas no mesmo sem fugir do espírito da invenção. Por exemplo, as etapas podem ser executadas em uma ordem diferente ou as etapas podem ser adicionadas, excluídas ou modificadas. Todas estas variações são consideradas uma parte da invenção reivindicada.
[050] A divulgação ilustrativamente divulgada pode ser praticada na ausência de qualquer elemento que não seja especificamente divulgado aqui.
[051] Embora uma ou mais modalidades sejam ilustradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas sem se afastar do espírito e do escopo da invenção. Por conseguinte, deve ser compreendido que a presente invenção foi descrita por meio de ilustrações e não de limitação.
[052] Será reconhecido que os vários componentes ou tecnologias podem prover certas funcionalidades ou características necessárias ou benéficas. Desta forma, essas funções e recursos que podem ser necessárias em apoio às reivindicações anexas e suas variações são reconhecidas como inerentes a uma parte dos ensinamentos deste documento e a uma parte da invenção descrita.
[053] Embora a invenção tenha sido descrita com referências a modalidades exemplificativas, será entendido que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações serão apreciadas para adaptar um instrumento, situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Desta forma, pretende-se que a invenção não seja limitada a determinada modalidade divulgada como o melhor modo previsto para a realização desta invenção, mas que irá incluir todas as modalidades abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.
Claims (15)
1. Sistema (15) para comunicar um sinal entre uma ferramenta (7) e uma unidade de processamento de sinal (10), o sistema (15), caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de processamento de sinal (10) configurada para pelo menos um de transmitir e receber o sinal; um primeiro cabo (6) acoplado à unidade de processamento de sinal (10); e uma ferramenta (7) compreendendo um segundo cabo (8) que se estende a partir da ferramenta (7) e configurada para pelo menos um de receber o sinal transmitido pela unidade de processamento de sinal (10) e transmitir o sinal recebido pela unidade de processamento de sinal (10); em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo (6) e o segundo cabo (8) por diafonia.
2. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro cabo (6) não está conectado a outro dispositivo.
3. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro cabo (6) é conectado a pelo menos uma de outra ferramenta (7) e uma terminação de impedância.
4. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro cabo (6) é disposto em um poço (2) que penetra na terra (3).
5. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro cabo (6) é preso a um tubular de produção (4) disposto no poço (2) usando pelo menos um dispositivo de preensão (5).
6. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro cabo (6) é um condutor encapsulado em tubulação (TEC) ou um cabo de aço configurado para perfilagem de cabo de aço.
7. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento de sinal (10) está disposta em uma superfície da terra (3).
8. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a ferramenta (7) está disposta no poço (2).
9. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a ferramenta (7) é disposta em um intervalo de completação mais baixo.
10. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ferramenta (7) compreende pelo menos uma de uma ferramenta (7) configurada para executar uma operação, um instrumento e um sensor.
11. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um comprimento do segundo cabo (8) é menor que o comprimento do primeiro cabo (6).
12. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ferramenta (7) compreende uma penetração através da qual o cabo da ferramenta entra na ferramenta (7), a penetração sendo configurada para resistir à entrada de fluido e à pressão.
13. Sistema (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma conexão entre o segundo cabo (8) e a ferramenta (7) é vedada por pressão por uma conexão soldada.
14. Método (20) para comunicar um sinal entre uma ferramenta (7) e uma unidade de processamento de sinal (10), o método (20) caracterizado pelo fato de que: pelo menos um de (i) transmitir o sinal da unidade de processamento de sinal (10) conectado a um primeiro cabo (6) para a ferramenta (7) que possui um segundo cabo (8) e (ii) receber o sinal da ferramenta (7) usando a unidade de processamento de sinal (10); e pelo menos um de (iii) receber com a ferramenta (7) o sinal correspondente transmitido pela unidade de processamento de sinais (10) e (iv) transmitir com a ferramenta (7) o sinal correspondente recebido pela unidade de processamento de sinal (10); em que o sinal é comunicado entre o primeiro cabo (6) e o segundo cabo (8) por diafonia.
15. Método (20), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o teste de pressão de uma conexão entre o segundo cabo (8) e a ferramenta (7) antes que a ferramenta (7) seja disposta no poço (2).
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