BRPI0009633B1 - sistema e método de comunicação de dados para comunicação com um pacote de instrumentos subterrâneos, e sistema de comunicação de dados para comunicação com um dispositivo eletrônico subterrâneo - Google Patents

Abstract

"sistema e método de comunicação de dados para comunicação com um pacote de instrumentos subterrâneos, e, sistema de comunicação de dados para comunicação com um dispositivo eletrônico subterrâneo. um sistema de comunicação de dados é provido para comunicação com um pacote de instrumentos subterrâneos posicionado em um aparelho de perfuração. o aparelho de perfuração tem uma seção isolada entre a primeira e a segunda seções condutoras. o sistema inclui um suprimento de energia conectado à primeira seção condutora do aparelho de perfuração e à terra. um receptor mede o fluxo de corrente através do suprimento de energia. um caminho elétrico é provido entre as primeira segunda seções condutoras do aparelho de perfuração. um interruptor provido no caminho elétrico abre e fecha o caminho elétrico em resposta aos dados gerados pelo pacote de instrumentos.

Description

SISTEMA E MÉTODO DE COMUNICAÇÃO DE DADOS PARA COMUNICAÇÃO COM UM PACOTE DE INSTRUMENTOS SUBTERRÂNEOS, E SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE DADOS PARA COMUNICAÇÃO COM UM DISPOSITIVO ELETRÔNICO SUBTERRÂNEO. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção A invenção refere-se genericamente à transmissão e recepção de dados de atividade subterrânea e, mais particularmente, à comunicação de dados entre um transmissor/receptor de superfície e instrumentos eletrônicos subterrâneos tal como sensores para detecção de posição e status do equipamento de perfuração subterrâneo.

Em um poço em profundidade, uma coluna de perfuração pode incluir um conjunto de instrumentos próximo da extremidade da broca para monitorar a posição e a condição da parte subterrânea do equipamento de perfuração durante o funcionamento. Dados gerados pelo conjunto de instrumentos são transmitidos até a superfície para uso pelo operador. •Descrição da Técnica Anterior Existem diversos modos conhecidos de transmissão de dados de um dispositivo subterrâneo. Em uma assim chamada configuração fio-linha, dados do conjunto de instrumentos são transmitidos através de um fio elétrico que corre do conjunto de instrumentos através da coluna de perfuração até um receptor na superfície. 0 fio pode ser um condutor único que usa a coluna de perfuração como um caminho de retorno ou um fio de dois condutores, tal como um fio coaxial. 0 fio pode ser usado para prover energia ao conjunto de instrumentos a partir de um suprimento de energia na superfície. Tipicamente, uma taxa de dados de pelo menos cerca de 1200 bps (bits por segundo) pode ser alcançada.

Entre outras desvantagens, contudo, a configuração a fio é particularmente vulnerável à falência da conexão elétrica a fio. O fio precisa ser cuidadosamente manuseado durante a instalação e o funcionamento do equipamento de perfuração para impedir o fio de ficar emaranhado ou danificado. Além do mais, o fio pode ser submetido a danificação devido a torção, vibração, dobradura repetida e enroscamento, e outras forças mecânicas associadas com o funcionamento do equipamento de perfuração. Em adição, a configuração a fio-linha pode exigir conexões elétricas rotativas, que tendem a reduzir a confiabilidade.

Outro processo convencional, telemetria por pulso através da lama, confia na modulação do fluxo de lama através do equipamento de perfuração. Durante operações de perfuração, lama ou fluido de perfuração é circulado através do poço. Um mecanismo posicionado próximo da extremidade da coluna de perfuração modula o fluxo de lama pela abertura e fechamento de uma abertura. A modulação no fluxo de lama é detectada por um sensor mecânico na superfície.

Como a telemetria por pulsos través da lama não exige uma conexão por fio entre o conjunto de instrumentos e o receptor através da coluna de perfuração, ela evita muitos dos problemas associaodos com a configuração a fio. Contudo, a telemetria por pulsos através da lama tem uma taxa de dados de apenas 1-2 bps. Além disso, a técnica exige partes mecanicamente móveis, o que reduz a confiabilidade.

Outro processo convencional usa uma configuração sem fio ou eletromagnética (EM) na qual os dados do conjunto de instrumentos em profundidade são transmitidos como sinais ou pulsos eletromagnéticos. 0 conjunto de instrumentos inclui uma fonte de energia que aplica uma tensão através de um lacuna isolada, deste modo gerando um campo eletromagnético. A lacuna é tipicamente de uma amplitude de alguns centésimos de polegada e pode ser formada, por exemplo, provendo um revestimento isolante na "treads" de uma conexão entre duas seções da coluna de perfuração. Os pulsos EM são transmitidos através do solo resistivo circundando o equipamento de perfuração e são recebidos por um receptor na superfície.

Como a configuração EM, do mesmo modo que a telemetria por pulsos através da lama, não exige uma conexão a fio entre o conjunto de instrumentos e o receptor através da coluna de perfuração, ela evita muitos dos problemas associados com a configuração a fio-linha. Contudo, existe uma série de desvantagens associadas com a configuração EM.

Por exemplo, como a fonte de energia de bateria usada para energizar a geração dos pulsos EM está localizada na parte subterrânea do equipamento de perfuração, ao invés de na superfície, ela não está prontamente accessível para recarga ou substituição. Além disso, as bateriais para a fonte de energia adicionam ao tamanho e peso do conjunto de instrumentos.

Em adição, a transmissão de pulsos EM através do solo geralmente exige mais energia e tem taxa de dados muito inferior ao da transmissão através de um fio elétrico. Sistemas gue empregam a configuração EM, tipicamente, alcançam taxas de dados de apenas cerca de 5-20 bps. Isto é particularmente desvantajoso em vista das limitações de tamanho e peso impostas à fonte de energia por considerações práticas.

Existe a necessidade de um sistema aperfeiçoado de transmissão de dados das atividades subterrâneas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO É um objetivo geral da presente invenção prover um sistema de comunicação de dados para comunicação com um dispositivo eletrônico subterrâneo que ultrapasse as desvantagens dos sistemas eletromagnéticos e a fio-linha convencionais. É outro objetivo da presente invenção prover um sistema de comunicação de dados que não exija uma conexão a fio que possa ficar emaranhada ou danificada pelo equipamento de perfuração ou possa ser vulnerável a falência devido às energias mecânicas associadas com a operação do equipamento de perfuração. É outro objetivo da presente invenção prover um sistema de comunicação de dados no qual o suprimento de energia de comunicação esteja localizado na superfície ao invés de na parte subterrânea do equipamento de perfuração, de modo que esteje prontamente accessível para recarga ou substituição e não adicione ao tamanho e peso do dispositivo eletrônico subterrâneo. É outro objetivo da presente invenção prover um sistema de comunicação de dados que tenha uma taxa de dados comparável ou que exceda a aquelas de sistemas a fio-linha.

De acordo com os objetivos descritos acima, um aspecto da presente invenção provê um sistema de comunicação de dados para comunicação com um conjunto de instrumentos subterrâneos posicionado em um aparelho de perfuração. 0 aparelho de perfuração tem uma seção isolada entre a primeira e segunda seções condutoras. 0 sistema de comunicação de dados inclui um suprimento de energia conectado à primeira seção condutora do aparelho de perfuração e à terra. Um receptor é conectado para medir a corrente fluindo através do suprimento de energia. Um caminho elétrico é provido entre a primeira e a segunda seções condutoras do aparelho de perfuração. Uma chave abre e fecha o caminho elétrico em resposta aos dados gerados pelo conjunto de instrumentos.

Outro aspecto da presente invenção provê um sistema de comunicação de dados para comunicação com um dispositivo eletrônico subterrâneo. 0 sistema de comunicação de dados inclui uma primeira seção condutora, uma segunda seção condutora que está posicionada subterrânea e eletricamente conectada ao dispositivo eletrônico, e uma seção isolada posicionada entre e conectando a primeira e a segunda seções condutoras. Um suprimento de energia está conectado à primeira seção condutora e à terra. Um receptor mede a corrente fluindo através do suprimento de energia. Uma chave é provida em um caminho elétrico entre a primeira e a segunda seções condutoras. A chave abre e fecha o caminho elétrico em resposta aos dados gerados pelo dispositivo eletrônico.

Outro aspecto da presente invenção provê um processo de comunicação de dados para comunicação com um conjunto de instrumentos subterrâneos posicionados em um aparelho de perfuração. 0 aparelho de perfuração tem uma seção isolada entre a primeira e segunda seções. 0 processo de comunicação de dados inclui a fase de conexão de um suprimento de energia à primeira seção condutora do aparelho de perfuração e à terra. Corrente fluindo através do suprimento de energia é medida usando um receptor. Uma chave provida em um caminho elético entre a primeira e a segunda seções condutoras do aparelho de perfuração é aberta e fechada em resposta aos dados gerados pelo conjunto de instrumentos.

Aspectos da presente invenção podem incluir uma ou mais das seguintes características. A chave pode incluir um transistor, tal como um transistor de efeito de campo. A chave pode aplicar modulação de deslocamento de frequência por chave à corrente no caminho elétrico.

Uma fonte de energia interna do conjunto de instrumentos pode ser carregada por uma tensão formada entre as primeira e segunda seções condutoras do aparelho de perfuração enquanto o caminho elétrico é aberto pela chave. 0 caminho elétrico pode incluir um fio correndo através da seção isolada do aparelho de perfuração. Uma extremidade do fio pode estar conectada à primeira seção condutora do aparelho de perfuração. A chave pode estar eletricamente conectada a uma carcaça condutora do conjunto de instrumentos, e a carcaça do conjunto de instrumentos pode estar eletricamente conectada à segunda seção condutora do aoarelho de perfuração. 0 suprimento de energia pode estar conectado à terra através de um fio inserido na terra acima do conjunto de instrumentos subterrâneos. 0 conjunto de instrumentos pode incluir sensores para detecção de um status do aparelho de perfuração. 0 sistema de comunicação de dados também pode incluir um transmissor de controle para superimposição de um sinal de controle para controle do conjunto de instrumentos na corrente produzida pelo suprimento de energia. Um receptor de controle no conjunto de instrumentos pode receber o sinal de controle e gerar dados de controle em resposta ao sinal de controle. 0 transmissor de controle pode empregar chave para deslocamento de frequência. 0 conjunto de instrumentos pode ativar um modo de consumo de baixa energia para a fonte de energia interna em resposta a um desligamento do suprimento de energia. 0 conjunto de instrumentos pode acionar um modo de consumo de baixa energia para a fonte de energia interna em resposta aos dados de controle.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Fig. 1 é um diagrama em bloco de um aparelho de perfuração com um sistema de comunicação de dados de acordo com a presente invenção. A Fig. 2 é um diagrama êm bloco ae*uma seçao-aá coluna de perfuração de acordo com a presente invenção. A Fig. 3 é um diagrama em bloco de um conjunto de instrumentos de acordo com a presente invenção. A Fig. 4 é um diagrama em bloco de um sub-sistema de controle de acordo com a presente invenção. A Fig. 5 é um diagrama de circuito do circuito de comunicação de acordo com a presente invenção. A Fig. 6 é um diagrama em bloco de um aparelho de testagem do sistema de comunicação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Conforme mostrado na Fig. 1, de acordo com a presente invenção, uma sonda de perfuração 105 realiza perfuração subterrânea com uma coluna de perfuração 110 localizada em um poço em profundidade. A coluna de perfuração 110 inclui uma série de canos de perfuração 115, e tem um conjunto de broca de perfuração 120 em sua extremidade terminal. A coluna de perfuração 110 inclui um conjunto de instrumentos 125 próxima da extremidade da broca de perfuração 120. O conjunto de instrumentos 125 pode incluir uma variedade de dispositivos eletrônicos, tal como sensores para detecção da posição e orientação da broca de perfuração 120. Os sensores também podem detectar o status e a condição do equipamento d'' ω α. _ 3 temperatura do conjunto de brocâ de 'perfuraça©'.'·' uatros tipos de dispositivos eletrônicos, tal como equipamento de testagem geológico ou equipamento para monitoramento de poço de petróleo, também podem ser providos no conjunto de instrumentos. A presente invenção provê comunicação de dados com os dispositivos eletrônicos no conjunto de instrumentos enquanto o conjunto de instrumentos 125 está subterrâneo.

Em adição à aplicação de perfuração horizontal mostrada na Fig. 1, a presente invenção pode, é claro, ser usada em outras aplicações, tal como perfuração vertical. Além disso, a presente invenção pode ser usada para comunicar com o equipamento de monitoramento de poço de produção, tal como para poços de petróleo ou gás. A coluna de perfuração 110 pode ser dividida em tres seções para os propósitos de explicação da presente invenção. O conjunto de instrumentos 125 é instalado em uma seção condutora inferior 130 da coluna de perfuração 110. A seção inferior 130 é separada de uma seção condutora superior 135 da coluna de perfuração 110 por uma seção isolada 140.

Um suprimento de energia da superfície 145 é conectado à seção condutora superior 135 da coluna de perfuração 110 e à terra 150. A conexão entre o suprimento de energia 145 e a coluna de perfuração 110 pode ser através de um fio 155. A coney3n i-prra node ser feita através de um fio 160 que está inseridõ na tetra 1*50 em um ponto aproximadamente acima do conjunto de instrumentos subterrâneo 125, ou o fio 160 pode ser conectado a uma sonda 165 inserida na terra 150. Conforme ulteriormente discutido abaixo, enquanto o ponto de inserção da sonda 165 afeta os niveis do sinal recebido, uma posição real pode ser prontamente determinada durante a instalação do sistema.

As seções condutoras 135 e 130 da coluna de perfuração 110 e os fios 155 e 160 conectados ao suprimento de energia de superfície 145 formam parte do circuito de comunicação. O remanescente do circuito de comunicação é formado por duas partes de circuito nas quais a corrente flui através do solo. A primeira destas partes de circuito é o espaço entre as seções condutoras superior 135 e inferior 130 da coluna de perfuração 110. Corrente flui entre estas seções através do solo circundando a seção isolada 140. A outra destas partes do circuito é a lacuna entre a parte condutora inferior 130 da coluna de perfuração 110 e a sonda de terra de suprimento de energia 165. Similarmente, corrente flui entre estes pontos através do solo acima da seção inferior 130 da coluna de perfuração 110. O suprimento de energia de superfície 145 gera uma corrente no circuito de comunicação. Como o suprimento de energia 145 está localizado na "imorfí rí r. ao .inváo conjunto de instrumentos 125, ele 'latilmente £>otie 'ser ajustado ou substituído por um suprimento de energia diferente dependendo das exigências de uma instalação em particular. Por exemplo, o nível de suprimento de energia pode ser aumentado para uma instalação na qual o solo seja altamente resistente ou o conjunto de instrumentos esteje posicionado mais profundamente no solo.

Conforme ulteriormente discutido abaixo, o conjunto de instrumentos 125 transmite dados para a superfície pela modulação da corrente que flui através do circuito de comunicação. 0 receptor 170 mede e desmodula a corrente para reproduzir os dados, e.g., pela mensuração da tensão através de um resistor 172. Similarmente, um transmissor 175 pode ser usado para enviar dados de controle ao conjunto de instrumentos 125 pela super imposição de um sinal de controle na corrente gerada pelo suprimento de energia 145. A Fig. 2 mostra uma parte da coluna de perfuração 110 incluindo a seção condutora superior 135, seção isolada 140, seção condutora inferior 130, conjunto de instrumentos 125, e conjunto de broca de perfuração 120. O conjunto de instrumentos 125 é contido em uma carcaça de metal pressurizada 205 instalada na seção condutora inferior 130.

Um fio elétrico 210 se extende do conjunto de instrumentos 125 através da seção isolada 140 e conecta à seção condutora superior 135. 0 fio 210 pode ser usado para curto circuitar o caminho da corrente através do solo circundando a seção isolada 140. Em outras palavras, corrente pode ser direcionada para fluir através do fio 210, que tem uma resistência relativamente baixa, ou através do solo circundando a seção isolada 140, que tem uma resistência relativamente alta. Para uma determinada tensão de suprimento de energia da superfície, o direcionamento da corrente através do caminho de alta resistência através do solo resultará em um nível de corrente inferior, enquanto que o direcionamento da corrente através do fio de baixa resistência 210 resultará em um nível de corrente mais elevado. Assim, o conjunto de instrumentos 125 pode modular a corrente alternando entre estes caminhos de corrente.

Conforme mostrado na Fig. 3, o fio 210 está conectado ao sub-sistema de controle 300 do conjunto de instrumentos 125. O sub sistema de controle 300 também está conectado à carcaça de metal 205 do conjunto de instrumentos 125. O sub-sistema de controle 300, portanto, pode conectar o fio 210 à carcaça de metal 205, que contacta a seção condutora inferior, deste modo criando uma conexão elétrica entre as seções condutoras superior 135 e inferior 130. Alternativamente, o subsistema de controle 300 pode ser diretamente conectado à seção condutora inferior 135. 0 conjunto de instrumentos 125 inclui sensores 305 para mensuração de parâmetros, tal como, mas não limitado ao status do equipamento de orientação do conjunto de broca de perfuração 120. 0 produto de saida dos sensores 305 é recebido por um sub-sistema de aquisição de dados 310, que converte o produto de saida do sensor 305 em dados digitais e formata os dados para transmissão. Os dados a serem transmitidos são passados ao sub-sistema de controle 300, que modula a corrente em resposta aos dados codificados. O conjunto de instrumentos 125 também inclui uma fonte de energia interna 315 para energização dos sensores 305, sub-sistema de controle 300, e sub-sistema de aquisição de dados 310. A Fig. 4 mostra componentes do sub-sistema de controle 300. Um chave 400 controla o caminho de corrente através da coluna de perfuração 110 conforme descrito acima. Quando a chave 400 é fechada, a corrente flui através do fio 210 que conecta as seções condutoras superior 135 e inferior 130. Quando a chave 400 é aberta, a corrente flui entre as seções superior 135 e inferior 130 passando através do solo circundando a seção isolada 140. A chave 400 pode ser implementada, por exemplo, por um transistor, tal como um transistor de efeito de campo (FET). Alternativamente, outros mecanismos para alteração podem ser usados. A chave 400 é controlada por um microprocessador 405 que recebe os dados do sensor do subsistema de aquisição de dados 310. O microprocessador 405 controla a chave 400 baseado nos dados recebidos de acordo com uma técnica de modulação. Certo número de diferentes técnicas de modulação podem ser usadas, tal como modulação de deslocamento de frequência por chave (FSK).

Por exemplo, usando FSK, o microprocessador 405 pode abrir e fechar a chave 400 com uma frequência de 2400 Hz para representar um zero lógico e com uma frequência de 4000 Hz para representar um um lógico. Usando esta técnica de modulação, uma taxa de dados de cerca de 1200 bps pode ser alcançada, que é cerca de 100 vezes mais veloz do que sistemas EM sem fio típicos.

Conforme discutido acima, um sinal de controle pode ser superimposto na corrente que flui através do circuito de comunicação. O sinal de controle é detectado por um receptor de controle 410, que envia dados de controle ao microprocessador 405.

Os dados de controle podem ser usados, por exemplo, para direcionar o controle de energia 415 para desligar a fonte de energia interna 315 durante os períodos nos quais sensores 305 não são necessários. Alternativamente, o controle de energia 415 pode acionar um modo de consumo de baixa energia no qual apenas componentes críticos do conjunto de instrumentos 125, tal como o microprocessador 405, são energizados. O controle de energia 415 também pode ser configurado para desligar a fonte de energia interna 315 automaticamente em resposta ao suprimento de energia de superficie 145 sendo desligado. Em adição, enquanto a fonte de energia interna 315 está desligada ou no modo de consumo de baixa energia, ele pode ser carregado lentamente usando a tensão formada através da seção isolada 140. De acordo com isso, a vida da fonte de energia interna 315 é estendida, e seu tamanho e peso podem ser reduzidos.

Conforme descrito acima, o conjunto de instrumentos 125 modula a corrente no circuito de comunicação alternando entre um caminho de corrente de alta resistência através do solo circundando a seção isolada 140 e um fio de baixa resistência 210 conectando as seções condutoras superior 135 e inferior 130. A alternância entre esses dois caminhos altera a resistência global do circuito de comunicação e, para uma dada tensão de suprimento de energia, deste modo altera a magnitude da corrente. A mudança na magnitude da corrente precisa ser suficientemente grande de modo que as modulações sejam detectadas pelo receptor. De acordo com isso, análise foi realizada para estimar a resistência do solo circundando a seção isolada de modo a determinar a mudança na magnitude da corrente resultante da operação de alternância.

Na análise, a seção isolada foi presumida ser de 6 metros de comprimento (20 pés). Também foi presumido que o loci equipotencial e os contornos do fluxo de corrente eram simétricos em torno de um plano perpendicular localizado no ponto médio da seção isolada. Devido à complexidade da solução exata para os contornos equipotenciais e fluxo, funções mais simples foram usadas para aproximar estas funções de modo a obter um resultado dentro de uma ordem de magnitude.

Para estimar a resistência através do solo circundando a seção isolada, a tensão total impressa através da seção isolada pode ser dividida pela corrente cruzando o plano perpendicular do ponto médio. Esta corrente pode ser estimada conforme segue: (1) Compute a resistência de um cilindro no eixo de simetria no plano médio. 0 cilindro tem um raio de 0,1 m e comprimento de 0,1 m. (2) Compute a corrente passando através deste cilindro para uma tensão v entre suas extremidades. A tensão pode ser estimada como o produto do gradiente no ponto médio vezes o comprimento do cilindro.

Para um campo uniforme, o gradiente é igual à tensão total V dividido pelo comprimento da seção isolada. Contudo, as seções condutoras superior e inferior formam eletrodos finos em cada extremidade da seção isolada, resultando em um grande gradiente nas extremidades da seção isolada e um gradiente mínimo no ponto médio. 0 gradiente de tensão do ponto médio será aproximadamente entre 0,2 e 0,5 vezes o gradiente uniforme. . Portanto, na computação da densidade corrente, o gradiente de tensão será estimado ser 0,5V dividido por 6,0m, o que iguala 0,083 V/m. A corrente (I) e a densidade de corrente central (J0) são dados por: (3) A densidade de corrente central decai suavemente com raio crescente. A corrente mediana total pode ser aproximada presumindo-se que a densidade da corrente permaneça em seu valor de linha central até um raio de 1,5 metros (um cilindro de raio 1/3 do comprimento da seção) e então decai exponencialmente com um comprimento dobrado de campo elétrico de 1,5 m. Estas presunções rendem a seguinte expressão para a densidade corrente: (4) Compute a corrente total como o inteiro da densidade corrente vezes a área mediana se extendendo da linha central até um raio infinito: (5) Dividir a tensão V total pela corrente It total para obter a resistência aparente: (6) Conforme mostrado na Fig. 5, para determinar a variação corrente quando a seção isolada é curto circuitada, pode ser presumido que o circuito de alteração e o fio tem uma resistência de 0,5 Ohms, que está em paralelo com a resistência aparente computada da seção isolada, R. O remanescente do circuito, i.e., as seções condutoras da coluna de perfuração, os fios de fornecimento de energia, e o caminho de solo entre a seção condutora inferior e a conexão terra de suprimento de energia, pode ser presumido ter uma resistência Rx. A resistência total do circuito, Rt, pode ser computada como função da resistência do remanescente do circuito, Rr, para a condição curto circuitada (chave fechada) e a não curto circuitada (chave aberta). Este cálculo foi realizado para diversos valores de resistividade de formação, p, conforme mostrado na tabela seguinte. A proporção da resistência total curto circuitada e não curto circuitada pode ser usada para determinar a alteração na magnitude de corrente.

Para resistividades de formação maiores do que 1,0 Ohm-metros, a magnitude da corrente se altera em 25% ou mais quando a seção isolada é curto circuitada. Mesmo com uma resistividade de formação tão baixa quanto 0,1 ohm metros, provê uma alteração de corrente de 3%, que corresponde a uma alteração de 30 mA para uma corrente total de 1 A. Tal alteração em magnitude é prontamente detectável por um receptor.

Em adição à análise descrita acima, testagem foi realizada usando o aparelho de teste mostrado na Fig. 6. Para simular a transmissão de sinais elétricos através do solo, o aparelho de teste incluiu um tangue de água 605 medindo 1,21 m por 2,43 m que continha cerca de 5,08 cm de água com 500 ppm de NaCl adicionados. A coluna de perfuração foi simulada por uma haste de aço inoxidável de 1/4 de polegada (0,635 cm) por 1/4 de polegada (0,635 cm), que foi configurada como segue. A seção condutora superior foi simulada por um comprimento de 1,524 m da haste 610, a seção isolada foi simulada por uma lacuna 615 de 0,3048 cm e a seção condutora inferior foi simulada por um comprimento adicional de 0,3048 cm da haste 620.

Um voltimetro 625 conectado através de um resistor de 100 Ohm 630 foi usado para representar o receptor e medir a corrente através do circuito. Um suprimento de energia 635 foi conectado em séries com o resistor 630 e foi conectado à seção 610 de 1,524 cm da haste com fio imantado #18. Uma sonda 640 representando a conexão de terra de suprimento de energia foi conectada à outra extremidade do resistor 630. A sonda 640 foi aplicada em uma série de locações de mensuração 645 no tanque de água 605 com um espaçamento de 7,62 cm , deste modo completando o circuito de mensuração.

Fios isolantes 650 e um chave 655 foram conectados entre a seção de 1,524 cms 610 e uma seção de 0,3048 cm 620 para representar o caminho elétrico usado para curto circuitar a seção isolada da coluna de perfuração. A tensão através do resistor 630 foi medida enquanto a chave 655 foi aberta e fechada em cada uma das locações de mensuração 645. A tabela seguinte mostra a tensão medida através do resistor de 100 Ohms em cada locação de mensuração para as posições de chave aberta e fechada usando uma fonte de CC de 5 volts. A tabela seguinte mostra a tensão medida através do resistor de 100 Ohms para um suprimento de energia CA ajustado em 4.781 VAC, 100 Hz. Tres ajustes de mensurações (para a chave aberta e fechada) foram feitos em cada locação.

A tabela seguinte mostra a tensão medida através do resistor de 100 Ohms para um suprimento de energia de CA ajustado em 4.789 VAC, 300 Hz. A tabela seguinte mostra a tensão medida através do resistor de 100 Ohm para um suprimento de energia de CA ajustado em 4.792 VAC, 1 kHz. A tabela seguinte mostra a tensão medida através do resistor de 100 Ohm para um suprimento de energia de CA ajustado em 4.788 VAC, 3kHz. A tabela seguinte mostra a tensão medida através do resistor de 100 Ohms para um suprimento de energia de CA ajustado em 4.779 VAC, 10 kHz.

Conforme os dados indicam, a tensão diferencial não é indevidamente sensível a locação de mensuração. Assim, a sonda de mensuração 640, que corresponde à sonda de terra de suprimento de energia 165 (Fig. 1), não necessita necessariamente ser posicionada no ponto diretamente acima do conjunto de instrumentos 125. A conexão de terra pode ser reposicionada conforme necessário de modo a aperfeiçoar o nível de sinal medido. Também foi descoberto que uma área de superfície maior para a sonda 165 rendeu um nível de sinal aumentado.

Em testagem ulterior, um equipamento de direção (i.e., um conjunto de instrumentos) e um receptor de equipamento de direção foram conectados ao aparelho de testagem. Um FET foi usado como a chave e foi controlado por um sinal modulado por chave de alteração de frequência (FSK). 0 receptor detectou com sucesso os dados, com desempenho comparável a um sistema de comunicação por fio.

Embora modalidades específicas da presente invenção tenham sido descritas acima em detalhes, será compreendido que esta descrição é meramente para o propósito de ilustração. Várias modificações e estruturas equivalentes correspondentes aos aspectos relatados das modalidades preferidas, em adição a aquelas descritas acima, podem ser feitas por aqueles peritos na técnica sem fugir ao espírito da presente invenção que é definido nas reivindicações anexas, cujo escopo é para ser compreendido como alcançando a mais ampla interpretação de modo a incluir tais modificações e estruturas equivalentes.

Claims (36)

1 - SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE DADOS PARA COMUNICAÇÃO COM UM PACOTE DE INSTRUMENTOS SUBTERRÂNEOS, posicionado em um aparelho de perfuração, o aparelho de perfuração tendo uma seção isolada entre a primeira e a segunda seções condutoras, o sistema de comunicação de dados caracterizado por compreender: um suprimento de energia conectado á primeira seção condutora do aparelho de perfuração e à terra; um receptor conectado para medir corrente fluindo através do suprimento de energia; um caminho elétrico entre as primeira e segunda seções condutoras do aparelho de perfuração; e um chave provida no caminho elétrico que abre e fecha o caminho elétíco em resposta aos dados gerados pelo conjunto de instrumentos.

2 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a chave compreender um transistor.

3 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o transistor ser um transistor de efeito de campo.

4 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a chave aplicar modulação de deslocamento de frequência por chave à corrente no caminho elétrico.

5 - Sistema de comunicação de dados, de acordo coto a reivindicação 1, caracterizado por uma fonte de energia interna do conjunto de instrumentos ser carregada por uma tensão formada entre a primeira e a segunda seções condutoras do aparelho de perfuração enquanto o caminho elétrico é aberto pela chave.

6 - Sistema de comunicação de dados, de acordo coto a reivindicação 1, caracterizado* por o caminho elétrico compreender um fio correndo através da seção isolada do aparelho de perfuração.

7 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por uma extremidade do fio ser conectada á primeira seção condutora do aparelho de perfuração.

8 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a chave estar eletricamente conectada a uma carcaça condutora do conjunto* de instrumentos e a carcaça do conjunto de instrumentos estar eletricamente conectada à segunda seção condutora do aparelho de perfuração*,

9 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado* por o suprimento de energia estar conectado à terra através de um fio inserido na terra acima do conjunto de instrumentos subterrâneos.

10 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o conjunto de instrumentos compreender sensores para detecção do status do aparelho de perfuração.

11 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 1, ainda caracterizado por compreender: um transmissor de controle para superimposição de sinal de controle para controle do conjunto· de instrumentos na corrente produzida pelo suprimento de energia; e um receptor de controle posicionado no conjunto de instrumentos, o receptor de controle sendo conectado para receber o sinal de controle e gerar dados de controle em resposta ao sinal de controle.

12 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o transmissor de controle empregar deslocamento de frequência por chave,

13 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o conjunto de instrumentos ativar um modo de consumo de baixa energia para uma fonte de energia interna em resposta a um desligamento do suprimento de energia.

14 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o conjunto· de instrumentos ativar um modo· de consumo de baixa energia para uma fonte de energia intena em resposta aos dados de controle,

15 - SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE DADOS PARA COMUNICAÇÃO COM UM DISPOSITIVO ELETRÔNICO SUBTERRÂNEO, o sistema de comunicação de dados caracterizado por compreender; uma primeira seção condutora; uma segunda seção condutora posicionada subterrânea e estando eletricamente conectada ao dispositivo eletrônico; uma seção isolada posicionada entre e conectando a primeira e a segunda seções condutoras; um suprimento de energia conectado à primeira seção condutora e à terra; um receptor conectado para medir corrente fluindo através do suprimento de energia; e uma chave provida em um caminho elétrico entre a primeira e a segunda seções condutoras, a chave estando configurada para abrir e fechar o caminho elétrico em resposta aos dados gerados pelo dispositivo eletrônico.

16 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a chave compreender um transistor.

17 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a chave aplicar modulação de deslocamento de frequência por chave à corrente no caminho elétrico.

18 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o suprimento de energia estar conectado à terra através de um fio inserido na terra acima do conjunto de instrumentos subterrâneos.

19 - SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE DADOS PARA COMUNICAÇÃO COM UM DISPOSITIVO ELETRÔNICO SUBTERRÂNEO, O sistema de comunicação de dados caracterizado por compreender; um primeiro meio condutor para condução de um sinal elétrico; um segundo meio condutor para condução de um sinal elétrico, o· segundo meio condutor estando posicionado e estando eletricamente conectado ao dispositivo eletrônico; um meio de conexão isolado para conexão do primeiro e segundo meios condutores; um suprimento de energia conectado ao primeiro meio condutor e à terra; ura receptor conectado para medir corrente fluindo através do suprimento de energia; e ura meio de modulação para abertura e fechamento do caminho elétrico entre o primeiro e segundo· meios condutores em resposta aos dados gerados pelo dispositivo eletrônico.

20 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o meio de modulação compreender um transistor.

21 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o meio de modulação aplicar modulação de alteração de frequência por chave à corrente no caminho elétrico.

22 - Sistema de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o suprimento de energia ser conectado à terra através de um fio inserido na terra acima do conjunto· de instrumentos subterrâneos.

23 - MÉTODO DE COMUNICAÇÃO DE DADOS PARA COMUNICAÇÃO COM UM PACOTE DE INSTRUMENTOS SUBTERRÂNEOS, posicionado em um aparelho de perfuração, o aparelho de perfuração tendo uma seção isolada entre a primeira e segunda seções condutores, o processo de comunicação de dados caracterizado por compreender as fases de: conexão de um suprimento· de energia à primeira seção condutora do aparelho de perfuração e à terra; mensuração da corrente fluindo através do suprimento de energia usando um receptor; e abertura e fechamento de uma chave provida, em um caminho elétrico entre a primeira e segunda seções condutores do aparelho de perfuração em resposta aos dados gerados pelo conjunto de instrumentos.

24 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por a chave compreender um transistor.

25 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por o transistor ser um transistor de efeito de campo.

26 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 23, ainda caracterizado por compreender a fase de usar a chave para aplicar modulação de deslocamento de frequência por chave â corrente no caminho elétrico.

27 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 23, ainda caracterizado por compreender a fase de carregamento· de uma fonte de energia interna do conjunto de instrumentos por uma tensão formada {ILEGÍVEL) do aparelho de perfuração enquanto o caminho elétrico é aberto pela chave.

28 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por o- caminho elétrico compreender ura fio correndo através da seção isolada do aparelho de perfuração.

29 - Método de comunicação· de dados, de acordo cora a reivindicação 28, caracterizado por uma extremidade do fio estar conectada ã primeira seção condutora do aparelho de perfuração.

30 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 23, ainda caracterizado por compreender as fases de: eletricamente conectar a chave a uma carcaça condutora do conjunto de instrumentos; e eletricamente conectar a carcaça do conjunto de instrumentos à segunda seção condutora do aparelho de perfuração.

31 - Método de comunicação de dados, de acordo com. a reivindicação 23, ainda caracterizado por compreender a fase de conectar o suprimento de energia à terra através de um fio inserido na terra acima do conjunto de instrumentos subterrâneos.

32 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por o conjunto· de instrumentos compreender sensores para detecção do status do aparelho de perfuração.

33 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 23, ainda caracterizado por compreender as fases de: superimposição de um sinal de controle para controle do conjunto de instrumentos na corrente produzida pelo suprimento de energia usando um transmissor de controle; e recepção do sinal de controle usando um receptor de controle posicionado no conjunto de instrumentos e gerando dados de controle em resposta ao sinal de controle.

34 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado por o transmissor de controle empregar chave para desvio de frequência.

35 - Método de comunicação de dados, de acordo cora a reivindicação 33, caracterizado por o conjunto· de instrumentos ativar um modo de consumo de baixa energia para uma fonte de energia interna em resposta a um. desligamento do suprimento· de energia.

36 - Método de comunicação de dados, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado por o conjunto de instrumentos ativar um modo de consumo de baixa energia para uma fonte de energia interna em resposta aos dados de controle.