FR3035757A1

FR3035757A1 - Coupleurs a tension descendante et procedes de couplage pour systemes de pompe submersible electrique equipes d'un capteur

Info

Publication number: FR3035757A1
Application number: FR1652413A
Authority: FR
Inventors: Srilatha Boyanapally; Aram Shihab Khaleel Almuhana; Sudhir Kumar Gupta
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2016-11-04
Anticipated expiration: 2036-03-21
Also published as: MX371327B; US9828850B2; BR112017019579A2; GB2553225A; MX2017012338A; CA2980716A1; BR112017019579B1; FR3035757B1; SA517382325B1; CA2980716C; GB201715049D0; WO2016175759A1; NL1041747B1; AU2015393386B2; AU2015393386A1; US20170051608A1; AR104039A1; NL1041747A

Abstract

Système de levage artificiel électrique comprenant un élément tubulaire (114) destiné à acheminer un fluide de forage (106) vers le haut et une pompe (108) de fond de trou qui pousse le fluide de forage (106) dans l'élément tubulaire (114). Un câble d'alimentation (116) achemine un signal d'alimentation triphasé jusqu'au moteur (110) de pompe sur trois conducteurs (A, B, C). L'un des trois conducteurs est couplé à un nœud interne (212) d'un coupleur de source (132, 202) à tension descendante (HLV) via un filtre de blocage de basse fréquence (214) qui protège le nœud interne (212) du signal d'alimentation de moteur tout en acheminant un signal d'alimentation de capteur depuis le nœud interne (212) vers le conducteur sélectionné et en acheminant un signal de télémétrie depuis le conducteur sélectionné et vers le nœud interne (212). Un coupleur de fond de trou (122, 202) similaire couple un point en y (118) du moteur (110) à un ensemble capteur (120) de fond de trou pour apporter le signal d'alimentation de capteur et pour recevoir le signal de télémétrie.

Description

1 ARRIERE-PLAN Les systèmes de levage artificiels, tels que des systèmes à pompe submersible électrique (ESP), sont souvent utilisés dans des puits de production d'hydrocarbure pour pomper des fluides depuis le puits jusqu'à la surface. Le moteur de pompe de fond de trou dans un système ESP est habituellement entraîné par une alimentation triphasée transportée depuis la surface sur un câble armé. Un certain nombre de systèmes existants utilisent en outre les conducteurs de transport d'énergie pour les communications de données entre des capteurs de fond de trou et des systèmes de commande électroniques à la surface, permettant au système de commande de contrôler les performances de la pompe, de détecteurs des défauts, et dans de nombreux cas, d'ajuster la tension et la fréquence du signal d'alimentation triphasé au besoin pour optimiser le fonctionnement du système de levage artificiel. Des facteurs d'optimisation peuvent comprendre la sécurité, le taux de production, le coût de production, la durée de vie de l'équipement et la fiabilité du système. On sait que chacune des techniques employées par les systèmes existants pour communiquer des données sur les conducteurs de transport d'énergie souffre d'un ou de plusieurs des inconvénients suivants. Ces inconvénients comprennent : la perte de communication quand le moteur ne tourne pas ; la perte de communication quand l'un des conducteurs de transport d'énergie est mis à la terre ; l'impossibilité d'utilisation due à une dérive des paramètres des composants électriques ; et des exigences d'un nombre excessif de composants de circuit haute-tension, entraînant une diminution de la fiabilité. Il est en fait courant pour une fraction non négligeable de systèmes ESP fonctionnant à n'importe quel moment donné d'être sans communication de données de fond de trou en raison d'un ou de plusieurs de ces inconvénients. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS En conséquence sont décrits des coupleurs à tension descendante (dits coupleurs « HLV », pour, en anglais, « High-to-Low Voltage ») et des procédés de couplage qui peuvent permettre une fiabilité considérablement améliorée en traitant un ou plusieurs des inconvénients précités. Sur les dessins : 3035757 2 La figure 1 est un schéma d'un système de pompe submersible électrique (ESP) illustratif. La figure 2A est un schéma de circuit d'un coupleur HLV illustratif. La figure 2B est un coupleur HLV illustratif équipé de transformateurs à 5 adaptation d'impédance. La figure 3 est un graphique d'un agencement de spectre de fréquence illustratif. La figure 4 est un organigramme d'un procédé de couplage HLV illustratif. Cependant, il doit être entendu que les modes de réalisation spécifiques 10 donnés sur les dessins et dans la description détaillée ne limitent pas la description. Par contre, ils fournissent la base permettant à l'homme du métier de distinguer les autres formes, équivalences et modifications qui sont englobées avec un ou plusieurs des modes de réalisation donnés dans la portée des revendications annexées.

15 DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATION ILLUSTRATIFS Des modes de réalisation illustratifs et des procédés associés de la présente description sont décrits ci-dessous comme ils pourraient être employés dans un système de pompe submersible électrique (ESP) équipé d'un capteur. Dans un intérêt de clarté, toutes les caractéristiques d'une mise en oeuvre ou d'un procédé réel 20 ne sont pas décrites dans cette spécification. On se rendra bien entendu compte que, dans le développement de tout mode de réalisation réel, de nombreuses décisions spécifiques à la mise en oeuvre doivent être faites pour réaliser les objectifs spécifiques des développeurs, tels que la conformité aux contraintes liées au système et liée à l'affaire, qui varieront d'une mise en oeuvre à l'autre. De plus, alors que 25 l'effort de développement pourrait être complexe et prendre du temps, de telles décisions seraient néanmoins une entreprise courante pour l'homme du métier bénéficiant de cette description. En se référant maintenant aux figures, la figure 1 illustre un système ESP illustratif pour un puits tubé 102 qui s'étend vers le bas depuis la surface 104 de la 30 terre jusque dans un réservoir, éventuellement à plusieurs milliers de pieds sous la surface. Des perforations réalisées dans le tubage permettent à un fluide 106 de s'écouler depuis le réservoir jusque dans le puits 102. Une pompe 108 est immergée 3035757 3 dans le fluide 106 et entraînée par un moteur électrique 110 pour pousser le fluide 106 à s'écouler comme un flux 112 vers le haut le long d'une colonne tubulaire 114 jusqu'à surface 104. Le flux de fluide 112 peut ensuite être dirigé jusqu'à un équipement en aval en vue d'une séparation et d'un raffinage.

5 Un câble armé 116 achemine des signaux d'alimentation de moteur triphasés depuis la surface 104 jusqu'au moteur électrique 110. En plus de l'armure (G), le câble comprend trois conducteurs de transport d'énergie A, B, C, pour délivrer des tensions de crête ajustables de zéro à plusieurs kilovolts, en fonction de la conception du système. Le moteur 110 possède trois enroulements, chaque enroulement étant 10 couplé entre l'un des conducteurs et un noeud commun appelé le point en y 118. Normalement, les tensions des signaux d'alimentation de moteur s'annulent au point en y 118, le quittant près de la tension de terre. Cependant, dans certaines conditions de défauts bien trop fréquentes, comme lorsque le câble 116 est endommagé et que l'un des conducteurs de transport d'énergie court-circuité à la terre, la tension du 15 point en y 118 peut être assez substantielle. Un ensemble capteur 120 est couplé au point en y 118 via un coupleur à canaux multiples à tension descendante (HLV) 122. Parfois, on peut appeler le coupleur HLV 122 coupleur 122 de capteur. Comme expliqué plus en détail ci-dessous, le coupleur 122 de capteur protège l'ensemble capteur 120 des tensions 20 élevées, achemine un signal d'alimentation de capteur 124 depuis le point en y 118 jusqu'à l'ensemble capteur 120, et achemine un signal de télémétrie depuis l'ensemble capteur 120 jusqu'au point en y 118. Dans l'ensemble capteur, le signal d'alimentation de capteur est rectifié et conditionné pour alimenter les divers capteurs et l'émetteur-récepteur de télémétrie.

25 Au niveau de la surface 104, un entraînement à fréquence variable 128 apporte les signaux d'alimentation de moteur via un groupe de transformateur d'isolation 130 aux conducteurs de transport d'énergie A, B, C. Les transformateurs d'isolation 130 permettent au moteur triphasé de la pompe de continuer à tourner même lorsque l'un des conducteurs de transport d'énergie est court-circuité à la 30 terre. Les transformateurs d'isolation 130 peuvent en outre avoir la configuration de transformateurs élévateurs, augmentant la tension des signaux d'alimentation de moteur afin de réduire les pertes de transmission.

3035757 4 Un deuxième coupleur à canaux multiples HLV 132, parfois appelé coupleur de source 132, est connecté par un commutateur 134 à un conducteur sélectionnable parmi les conducteurs de transport de courant. Quand le système ESP devient inutilisable si plus d'un conducteur est à la terre, le commutateur 134 a seulement 5 besoin d'être connecté aux deux des trois conducteurs de transport d'énergie et d'être commuté pour sélectionner celui qui n'est pas à la terre. Le coupleur de source 132 couple le conducteur sélectionné à une source d'alimentation de capteur 138 et à un récepteur de télémétrie 142. Comme avec le coupleur de capteur 122, le coupleur de source 132 protège la source 138 et le récepteur 142 des tensions élevées, 10 achemine un signal d'alimentation de capteur 136 depuis la source 138 jusqu'au conducteur sélectionné, et achemine le signal de télémétrie depuis le conducteur sélectionné jusqu'au récepteur 142. Selon certains modes de réalisation, le récepteur 142 est intégré dans un dispositif de commande qui prend les données démodulées du récepteur et les utilise 15 afin d'évaluer l'état et les performances du système de levage artificiel. Cette évaluation peut être rapportée à un utilisateur comme partie d'une représentation visuelle. Le dispositif de commande peut en outre employer l'évaluation afin de modifier le signal triphasé produit par l'entraînement à fréquence variable 128, par exemple ajuster la tension et/ou la fréquence afin de modifier le débit du flux de 20 fluide 112 de quelque manière jugée nécessaire pour améliorer les performances du système. Le dispositif de commande peut être en outre équipé d'un émetteur qui envoie un signal à liaison descendante à l'ensemble capteur pour acquérir des informations supplémentaires et pour modifier des réglages de capteur. Les circuits de traitement du dispositif de commande peuvent se présenter 25 sous la forme d'un microprocesseur ou d'un processeur de signal numérique couplé à un support de stockage d'informations lisible par ordinateur non transitoire, par exemple une mémoire morte ou une mémoire flash. Le support de stockage d'informations stocke un logiciel pour exécution par les circuits de traitement, ledit logiciel configurant le dispositif de commande pour qu'il fonctionne conformément 30 aux procédés décrits ici. On reconnaîtra que les mêmes instructions logicielles peuvent également être chargées dans le stockage depuis un CD-ROM ou un autre support de stockage approprié via des procédés câblés ou sans fil. De plus, l'homme 3035757 5 du métier se rendra compte que divers aspects de la description peuvent être mis en pratique avec une variété de configurations de système informatique, comprenant des dispositifs de poche, des systèmes multiprocesseurs, de l'électronique grand public programmable ou basée sur un microprocesseur, des mini-ordinateurs, des 5 ordinateurs centraux, et analogues, que ce soit sous forme autonome ou comme partie d'un réseau informatique qui rend en charge de l'informatique distribuée. La figure 2A illustre un schéma de circuit des coupleurs à canaux multiples HLV 122, 132. Un coupleur HLV 202 inclut un noeud haute-tension 204 qui est connecté au point en y 118 ou à un des conducteurs de transport d'énergie 10 sélectionné. Le coupleur HLV 202 inclut en outre deux, ou plus, noeuds de canal 206, 208, 210. Un premier noeud de canal 206 achemine le signal d'alimentation de capteur, soit depuis la source d'alimentation de capteur 138 soit jusqu'à l'alimentation de l'ensemble capteur 120. Des noeuds de canal supplémentaires 208, 210 acheminent des signaux dans des bandes de fréquence distinctes. Ainsi, par 15 exemple, le noeud de canal 208 peut être connecté à l'ensemble capteur pour recevoir le signal de télémétrie ou au récepteur de télémétrie pour fournir le signal de télémétrie. Le noeud de canal 210 peut acheminer un signal à liaison descendante de fond de trou. Chaque noeud prend en charge la communication bidirectionnelle de signaux dans la bande de fréquence associée.

20 Chacun des noeuds externes 204-210 est couplé à un noeud interne partagé 212 par un filtre respectif 214-220. Le noeud haute-tension 204 est couplé au noeud interne 212 par un filtre de blocage de basse fréquence 214. Le filtre de blocage 214 illustré inclut deux condensateurs 222, 224 connectés en série entre les deux noeuds, le noeud intermédiaire étant couplé à la terre par un inducteur 226. Le condensateur 25 224 effectue la tâche consistant à protéger les autres composants du coupleur 202 des tensions élevées qui peuvent être présentes sur le noeud 204. En conséquence, le condensateur 224 peut être nécessaire pour répondre à des spécifications plus strictes que les autres composants, par exemple, en étant réglé pour des tensions considérablement plus élevées. Néanmoins, le coupleur 202 est plus fiable en raison 30 du fait qu'il ne nécessite pas plus d'un composant exposé à des tensions élevées. En effet, avec un seul coupleur à la surface et un en fond de trou, la fiabilité du système dans son ensemble est également améliorée. Compte tenu de ces considérations, nous 3035757 6 notons que d'autres conceptions de filtre de blocage de basse fréquence existent dans la documentation et peuvent être utilisées si on le souhaite. Le premier noeud de canal 206 est couplé au noeud interne 212 par un filtre passe-bas 216. Le filtre passe-bas 216 illustré inclut deux inducteurs 228, 230 5 connectés en série entre les deux noeuds, le noeud intermédiaire étant couplé à la terre par un condensateur 232. D'autres conceptions de filtre passe-bas existent dans la documentation et peuvent être utilisées si on le souhaite. De plus, un filtre passe-bande peut en variante être employé pour mettre en oeuvre la fonction d'isolation de canal de ce filtre passe-bas.

10 Les noeuds de canal 208, 210 supplémentaires sont chacun couplés au noeud interne 212 par des filtres passe-bande 218, 220 respectifs. Le filtre passe-bande 218 illustré inclut cinq segments, chaque segment ayant un condensateur et un inducteur. Trois segments sont en série entre le noeud interne et le noeud de canal 208, les deux autres segments couplant les noeuds intermédiaires à la terre. Le premier segment, 15 qui est couplé au noeud interne 212, est une combinaison en série d'un inducteur 240 et d'un condensateur 241. Le deuxième segment, couplé au premier segment, est une combinaison en série d'un inducteur 242 et d'un condensateur 243. Le troisième segment, qui couple le noeud entre les premier et deuxième segments à la terre, est une combinaison en parallèle d'un inducteur 244 et d'un condensateur 245. Le 20 quatrième segment, qui couple le deuxième segment au noeud de canal, est une combinaison en série d'un inducteur 246 et d'un condensateur 247. Le cinquième segment, qui couple le noeud entre les premier et deuxième segments à la terre, est une combinaison en parallèle d'un inducteur 248 et d'un condensateur 249. Le filtre passe-bande 220 illustré présente un agencement similaire 25 d'inducteurs 250, 252, 254, 256, 258, et de condensateurs 251, 253, 255, 257, 259, bien qu'avec différentes valeurs de composant. D'autres conceptions de filtre passe-bande existent dans la documentation et peuvent être utilisées si on le souhaite. Parmi les autres conceptions de filtre de blocage de basse fréquence, de filtre passe-bas et de filtre passe-bande appropriées sont des conceptions de filtre actif, c'est-à- 30 dire des conceptions de filtre reposant sur des amplificateurs opérationnels ou d'autres composants alimentés. De plus, les conceptions de filtre choisies peuvent 3035757 7 employer des conceptions d'ordre supérieur si on le souhaite pour minimiser l'interférence entre canaux quand la bande passante globale est limitée. Le fonctionnement du coupleur HLV 202 est maintenant décrit en référence au spectre de fréquence illustratif illustré sur la figure 3. La bande de fréquence 302 5 allant de 0 à environ 100 Hz représente la plage de fréquences dans laquelle le signal d'alimentation de moteur peut varier sur le noeud haute-tension 204. La bande de fréquence 304, qui va d'environ 2 kHz et augmentant, représente la plage de fréquences qui ne sont pas bloquées par le filtre de blocage de basse fréquence 212. C'est-à-dire, les signaux dans cette plage de fréquences sont acheminés entre le noeud 10 haute-tension et le noeud interne. La bande de fréquence 306, qui va d'environ 10 kHz et descendant, représente la plage de fréquences qui sont passées par le filtre passe-bas 216. Le chevauchement entre les bandes de fréquence 304 et 306 représente le premier canal du coupleur à canaux multiples HLV. C'est ce premier canal qui est employé de façon illustrative 15 pour communiquer un signal d'alimentation de capteur en fond de trou. Des bandes de fréquence supplémentaires 308, couvrant chacune environ une octave dans la plage supérieure à environ 2 kHz, représentent les plages de fréquences passées par les différents filtres passe-bande 218, 220, chaque bande 308 représentant un canal correspondant qui peut être utilisé pour les signaux de données de capteur à liaison 20 descendante. Le nombre et la taille des divers canaux sont des paramètres de conception qui sont facilement personnalisés pour l'objectif souhaité. De manière importante, les coupleurs HLV de la présente description évitent l'utilisation de filtres résonants (« accordés ») ou de blocs d'isolation. De tels filtres accordés sont prédisposés à une dérive de paramètres électriques des composants de 25 circuit qui peut amener la fréquence centrale du filtre à se désaligner de la fréquence porteuse des signaux, rendant la liaison de communication inutilisable. Une telle dérive est un résultat commun de l'âge et des températures élevées comme celles que l'on trouve dans les environnements de fond de trou. Avec la conception de système décrite, les canaux peuvent être utilisés pour 30 communiquer l'énergie et les données sur tout conducteur de transport d'énergie non mis à la terre dans le câble ESP, que la pompe tourne ou non et que l'un quelconque des autres conducteurs de transport d'énergie soit mis à la terre ou non.

3035757 8 Les coupleurs prennent en charge la communication bidirectionnelle à travers chaque canal, permettant à des signaux ascendants et descendants de partager un canal si on le souhaite. En variante, le concepteur de système peut concevoir des canaux séparés pour chaque signal afin de simplifier les conceptions d'émetteur- 5 récepteur. Selon certains modes de réalisation envisagés, chaque capteur est affecté à un canal respectif pour son signal de télémétrie. Selon d'autres modes de réalisation envisagés, de multiples flux de données de capteur sont multiplexés en un signal de télémétrie commun qui peut être transmis sur un des multiples canaux sélectionné. Une telle aptitude à la sélection permet à d'autres canaux d'être sélectionnés si une 10 interférence est rencontrée sur un canal donné. Comme autre mode de réalisation, un filtre passe-bande peut être employé, ayant des fréquences de coupure ajustables qui permettent à la bande passante d'être déplacée à la plage de fréquences souhaitée. On note en particulier que, dans les conceptions de filtre illustrées, les diverses fréquences de coupure de filtre sont déterminées par des rapports entre les 15 valeurs inductives et capacitives des éléments de circuit. Le concepteur reste capable d'ajuster les valeurs de composant réelles pour réaliser une adaptation d'impédance avec le câble 116. Nous notons que, durant la phase de conception, l'impédance de câble précise peut ne pas être connue et peut être prévue pour varier d'un puits à l'autre, pour varier à mesure que le câble vieillit et pour varier quand des défauts 20 surviennent dans le câble ou ailleurs dans le système. Pour expliquer cela, les valeurs de composant peuvent être choisies pour s'adapter à l'impédance de transmission attendue la plus basse une fois que toutes ces possibilités (comprenant un défaut de terre) ont été prises en compte. De plus, si l'on détermine qu'il y a une dépendance de fréquence importante vis-à-vis de l'impédance de transmission, l'impédance du filtre 25 passe-bas et des filtres passe-bande peut être ajustée en fonction de l'impédance au centre de leurs bandes passantes. L'adaptation d'impédance est particulièrement importante pour les filtres le long du chemin entre la source d'alimentation de capteur 138 et l'alimentation de l'ensemble capteur 120, car un transfert d'énergie inefficace peut nécessiter que la 30 source d'alimentation de capteur 138 soit dimensionnée pour être considérablement plus grande que cela ne serait autrement le cas. Nous notons que l'impédance du câble et du moteur domine l'impédance de charge entraînée par le coupleur de 3035757 9 source. En conséquence, l'impédance du coupleur de source au noeud de tension élevée peut être conçue pour correspondre (c'est-à-dire, pour être égale) à l'impédance apparente du câble et du moteur, minimisant ainsi les réflexions. Au premier noeud de canal, l'impédance du coupleur de source peut être conçue pour 5 réfléchir (c'est-à-dire, pour être le conjugué complexe de) l'impédance de source d'alimentation, de manière à maximiser le transfert d'énergie. En fond de trou, l'impédance de moteur a tendance à dominer l'impédance de source entraînant le coupleur de fond de trou. En conséquence, l'impédance de noeud haute-tension du coupleur de fond de trou peut être conçue pour correspondre à la 10 somme de l'impédance de câble et de l'impédance de moteur, alors que l'impédance sur le premier noeud de canal du coupleur de fond de trou peut être minimisée. Une difficulté potentielle de cette approche est la large variation d'impédance de différents moteurs. Cette difficulté potentielle peut être traitée en fournissant différentes versions du coupleur de fond de trou en vue d'une utilisation avec 15 différents moteurs. Une autre approche est illustrée sur la figure 2B, où un banc de transformateurs est couplé aux noeuds de canal pour modifier l'impédance efficace sur le noeud haute-tension. Avec n représentant le rapport de tours, le transformateur augmente l'impédance apparente d'un facteur de n2. Certains modes de réalisation de transformateur peuvent employer des enroulements commutables pour modifier le 20 rapport de tours. La figure 4 est un organigramme d'un procédé de couplage HLV illustratif pour obtenir une fiabilité renforcée des systèmes ESP équipés d'un capteur. Dans le bloc 402, le noeud haute-tension du coupleur de capteur HLV est connecté au point en y du moteur, et les noeuds de canal sont connectés aux noeuds de signal d'alimentation et 25 de données de l'ensemble capteur de fond de trou. Dans le bloc 404, les conducteurs de transport d'énergie sont connectés aux bornes de moteur de pompe. Une ou plusieurs de ces étapes peuvent être réalisées à l'atelier comme partie du processus d'assemblage de la pompe de fond de trou. L'équipe de travail abaisse la pompe dans le puits sur l'extrémité d'une colonne tubulaire, fixant le câble d'alimentation à l'aide 30 de sangles si besoin. Dans le bloc 406, une fois que l'ensemble pompe a été ancré en place et que les connexions de tuyau ont été achevées, l'équipe connecte l'autre extrémité des 3035757 10 conducteurs de transport de puissance aux transformateurs d'isolation pour la source d'alimentation triphasée pour le moteur. Dans le bloc 408, l'équipe connecte les contacts de direction d'un commutateur unipolaire à deux directions (SPDT) à deux des conducteurs de transport d'énergie, et dans le bloc 410, l'équipe connecte le 5 contact de pôle du commutateur au noeud haute-tension du coupleur de source HLV. Dans le bloc 412, les noeuds de canal du coupleur de source HLV sont connectés à la source d'alimentation de capteur et à l'émetteur-récepteur de surface, achevant les canaux de communication. Dans le bloc 414, le système de commande emploie les canaux de communication pour fournir la puissance aux capteurs de fond de trou et 10 pour recevoir le signal de télémétrie via l'un des conducteurs de transport d'énergie dans le câble. Si ce conducteur est mis à la terre, par exemple en raison d'un endommagement du câble, le commutateur est basculé sur un autre des conducteurs de transport d'énergie pour réintégrer la communication. En conséquence, parmi les modes de réalisation décrits ici, on a : 15 A : un système de levage artificiel électrique qui comprend : un élément tubulaire pour acheminer un fluide de forage vers le haut ; une pompe de fond de trou qui pousse le fluide de forage dans l'élément tubulaire, la pompe de fond de trou étant entraînée par un moteur triphasé ; un câble qui achemine un signal d'alimentation de moteur jusqu'au moteur sur trois conducteurs ; et un coupleur de 20 source à tension descendante (HLV) ayant un noeud interne couplé à un des trois conducteurs sélectionné via un filtre de blocage de basse fréquence qui protège le noeud interne du signal d'alimentation de moteur tout en acheminement un signal d'alimentation de capteur depuis le noeud interne jusqu'au conducteur sélectionné et en acheminant un signal de télémétrie depuis le conducteur sélectionné et jusqu'au 25 noeud interne. B : un procédé de détection convenant à une utilisation dans un système ESP, le procédé comprenant : la connexion d'un câble de pompe submersible électrique (ESP) à une source d'alimentation pour le moteur triphasé ; l'apport, via un coupleur de source à tension descendante (HLV) à impédance adaptée, d'un signal 30 d'alimentation de capteur à l'un parmi trois conducteurs dans le câble ESP ; l'acheminement, avec un coupleur de capteur HLV, du signal d'alimentation de capteur depuis un point en y dans un moteur pour la pompe jusqu'à un ensemble 3035757 11 capteur de fond de trou ; la fourniture, à l'aide du coupleur de capteur HLV, d'un signal de télémétrie depuis l'ensemble capteur de fond de trou jusqu'au point en y ; et la réception, via le coupleur de source HLV, du signal de télémétrie depuis ledit un des trois conducteurs dans le câble ESP.

5 Chacun des modes de réalisation A et B peut avoir un ou plusieurs éléments supplémentaires suivants dans toute combinaison : (1) un transformateur d'isolation qui couple le signal d'alimentation de moteur depuis un entraînement variable aux trois conducteurs. (2) une source d'alimentation de capteur qui fournit le signal d'alimentation de capteur, dans lequel le coupleur de source HLV couple le signal 10 d'alimentation de capteur au noeud interne via un filtre passe-bas. (3) un récepteur qui démodule et numérise le signal de télémétrie, dans lequel le coupleur de source HLV inclut un filtre passe-bande qui achemine le signal de télémétrie depuis le noeud interne jusqu'au récepteur. (4) un émetteur qui fournit un signal à liaison descendante, dans lequel le filtre passe-bande achemine le signal à liaison 15 descendante jusqu'au noeud interne. (5) dans lequel le filtre passe-bande est l'un parmi de multiples filtres passe-bande, chacun couplant un canal distinct au noeud interne. (6) dans lequel le filtre passe-bande est accordable sur différentes bandes de fréquence. (7) dans lequel la fréquence de blocage supérieure du filtre de blocage de basse fréquence est supérieure à une fréquence du signal d'alimentation de moteur, 20 dans lequel le filtre passe-bas a une fréquence de coupure supérieure à la fréquence de blocage supérieure du filtre de blocage de basse fréquence et inférieure aux fréquences passées par le filtre passe-bande. (8) un coupleur de capteur HLV qui achemine le signal d'alimentation de capteur depuis un point en y jusqu'à une alimentation et qui achemine en outre le signal de télémétrie depuis un ou plusieurs 25 capteurs jusqu'au point en y. (9) dans lequel le coupleur de capteur HLV comprend : un noeud interne partagé qui est couplé au point en y par un filtre de blocage de basse fréquence qui protège le noeud interne partagé du signal d'alimentation de moteur ; un filtre passe-bas qui achemine le signal d'alimentation de capteur depuis le noeud interne partagé jusqu'à l'alimentation ; et un filtre passe-bande qui achemine le signal 30 de télémétrie depuis le ou les capteurs jusqu'au noeud interne partagé. (10) un commutateur qui couple le coupleur de source HLV au conducteur sélectionné de l'un des trois conducteurs, le conducteur sélectionné étant l'un parmi deux conducteurs 3035757 12 de câble auxquels est connecté le commutateur. (11) dans lequel ledit apport inclut : le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis une source d'alimentation de capteur via un filtre passe-bas à un noeud interne ; et le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis le noeud interne via un filtre de blocage de basse 5 fréquence audit un des trois conducteurs, dans lequel le filtre de blocage de basse fréquence protège le noeud interne d'un signal d'alimentation de moteur tout en faisant passer le signal d'alimentation de capteur et le signal de télémétrie. (12) dans lequel ladite réception inclut : le couplage du signal de télémétrie depuis le noeud interne via un filtre passe-bande à un récepteur, dans lequel le filtre passe-bande 10 protège le récepteur du signal d'alimentation de capteur. (13) dans lequel ledit acheminement inclut : le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis le point en y via un filtre de blocage de basse fréquence à un noeud interne partagé ; et le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis le noeud interne partagé via un filtre passe-bas à une alimentation pour l'ensemble capteur de fond de trou, dans 15 lequel le filtre de blocage de basse fréquence protège le noeud interne du signal d'alimentation de moteur tout en faisant passer le signal d'alimentation de capteur et le signal de télémétrie. (14) dans lequel ladite fourniture inclut : le couplage du signal de télémétrie depuis un émetteur dans l'ensemble capteur de fond de trou via un filtre passe-bande de fond de trou au noeud interne partagé, dans lequel le filtre 20 passe-bande de fond de trou protège l'émetteur du signal d'alimentation de capteur. (15) dans lequel ledit récepteur est apparié à un émetteur, et dans lequel ladite réception inclut en outre le couplage d'un signal à liaison descendante depuis l'émetteur via le filtre passe-bande au noeud interne. (16) dans lequel ledit récepteur est apparié à un émetteur, et dans lequel ladite réception inclut en outre le couplage 25 d'un signal à liaison descendante depuis l'émetteur via un deuxième filtre passe- bande au noeud interne. (17) le changement du signal de télémétrie sur une bande de fréquence différente qui est passée par des filtres passe-bande supplémentaires dans le coupleur de source HLV et le coupleur de capteur HLV. (18) la commutation du coupleur de source HLV à un conducteur différent parmi les trois conducteurs dans le 30 câble ESP. (19) l'utilisation d'une adaptation d'impédance transformée entre le coupleur de capteur HLV et l'ensemble capteur pour modifier une impédance apparente du coupleur de capteur HLV sur la base d'une impédance du moteur.

3035757 13 De nombreuses variantes et modifications deviendront évidentes pour l'homme du métier une fois que la description ci-dessus sera entièrement comprise. Par exemple, les figures illustrent des configurations de système ESP, mais d'autres systèmes de fond de trou emploient également des câbles de distribution d'énergie 5 triphasée qui peuvent être adaptés de façon similaire pour des communications de données robustes. Il est entendu que les revendications suivantes doivent être interprétées pour englober toutes ces variantes et modifications.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de levage artificiel électrique, caractérisé en ce que le système comprend : un élément tubulaire (114) destiné à acheminer un fluide (106) de forage vers le haut ; une pompe (108) de fond de trou qui pousse le fluide (106) de forage dans l'élément tubulaire (114), la pompe (108) de fond de trou étant entraînée par un moteur (110) triphasé ; un câble (116) qui achemine un signal d'alimentation de moteur jusqu'au moteur (110) sur trois conducteurs (A, B, C) ; et un coupleur de source (132, 202) à tension descendante (HLV) ayant un noeud interne (212) couplé à l'un des trois conducteurs (A, B, C) sélectionné via un filtre de blocage de basse fréquence (214) qui protège le noeud interne (212) du signal d'alimentation de moteur tout en acheminant un signal d'alimentation de capteur depuis le noeud interne (212) jusqu'au conducteur sélectionné et en acheminant un signal de télémétrie depuis le conducteur sélectionné et jusqu'au noeud interne (212).
2. Système selon la revendication 1, comprenant en outre : une source d'alimentation de capteur (138) qui fournit le signal d'alimentation de capteur, dans lequel le coupleur de source HLV (132, 202) couple le signal d'alimentation de capteur (136) au noeud interne (212) via un filtre d'alimentation de capteur (216).
3. Système selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre : un récepteur (142) qui démodule et numérise le signal de télémétrie, dans lequel le coupleur de source HLV (132, 202) inclut un filtre passe-bande (218, 220) qui achemine le signal de télémétrie depuis le noeud interne (212) jusqu'au récepteur (142). 3035757 15
4. Système selon la revendication 3, comprenant en outre un émetteur qui fournit un signal à liaison descendante, dans lequel le filtre passe-bande (218, 220) achemine le signal à liaison descendante jusqu'au noeud interne (212). 5
5. Système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le filtre passe-bande (218, 220) est un parmi de multiples filtres passe-bande, chacun couplant un canal distinct (208, 210) au noeud interne (212).
6. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le filtre 10 passe-bande (218, 220) est ajustable sur différentes bandes de fréquence.
7. Système selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le filtre de blocage de basse fréquence (214) a une fréquence de blocage supérieure au-dessus d'une fréquence du signal d'alimentation de moteur, dans 15 lequel le filtre d'alimentation de capteur (216) a une fréquence de coupure au-dessus de la fréquence de blocage supérieure et au-dessous des fréquences passées par le filtre passe-bande (218, 220).
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre : 20 un coupleur de capteur HLV (122, 202) qui achemine le signal d'alimentation de capteur depuis un point en y (118) du moteur (110) jusqu'à une alimentation et qui achemine en outre le signal de télémétrie depuis un ou plusieurs capteurs jusqu'au point en y (118). 25
9. Système selon la revendication 8, dans lequel le coupleur de capteur HLV (122, 202) achemine encore en plus un signal à liaison descendante depuis le point en y (118) jusqu'à un ensemble capteur (120) fonctionnant à partir de l'alimentation.
10. Système selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le coupleur de capteur HLV 30 (122, 202) comprend : 3035757 16 un noeud interne (212) partagé qui est couplé au point en y (118) par un filtre de blocage de basse fréquence (214) qui protège le noeud interne (212) partagé du signal d'alimentation de moteur ; un filtre (216) qui achemine le signal d'alimentation de capteur depuis le noeud 5 interne (212) partagé jusqu'à l'alimentation ; et un filtre passe-bande (218, 220) qui achemine le signal de télémétrie depuis le ou les multiples capteurs jusqu'au noeud interne (212) partagé.
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre 10 un commutateur (134) qui couple le coupleur de source HLV (132, 202) au conducteur sélectionné parmi les trois conducteurs (A, B, C), le conducteur sélectionné étant l'un parmi deux conducteurs de câble (A, B) auxquels le commutateur (134) est connecté. 15
12. Procédé de détection, caractérisé en ce que le procédé comprend : la connexion d'un câble (116) de pompe submersible électrique (ESP) à une source d'alimentation triphasée ; l'apport, via un coupleur de source (132, 202) à tension descendante (HLV) à impédance adaptée, d'un signal d'alimentation de capteur à l'un parmi trois 20 conducteurs (A, B, C) dans le câble ESP (116) ; l'acheminement, avec un coupleur de capteur HLV (122, 202) à impédance adaptée, du signal d'alimentation de capteur depuis un point en y (118) dans un moteur (110) pour la pompe (108) jusqu'à un ensemble capteur (120) de fond de trou ; la fourniture, à l'aide du coupleur de capteur HLV (122, 202), d'un signal de 25 télémétrie depuis l'ensemble capteur (120) de fond de trou jusqu'au point en y (118); et la réception, via le coupleur de source HLV (132, 202), du signal de télémétrie depuis ledit un des trois conducteurs (A, B, C) dans le câble ESP (116). 30
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel ledit apport comprend : le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis une source d'alimentation de capteur (138) via un filtre (216) à un noeud interne (212) ; et 3035757 17 le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis le noeud interne (212) via un filtre de blocage de basse fréquence (214) audit un des trois conducteurs (A, B, C), dans lequel le filtre de blocage de basse fréquence (214) protège le noeud interne (212) d'un signal d'alimentation de moteur tout en faisant passer le signal 5 d'alimentation de capteur et le signal de télémétrie.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel ladite réception comprend : le couplage du signal de télémétrie depuis le noeud interne (212) via un filtre passe-bande (218, 220) à un récepteur (142), dans lequel le filtre passe-bande (218, 220) 10 protège le récepteur (142) du signal d'alimentation de capteur.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ledit récepteur (142) est apparié à un émetteur, et dans lequel ladite réception comprend en outre le couplage d'un signal à liaison descendante depuis l'émetteur via le filtre passe-bande (218, 220) au 15 noeud interne (212).
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ledit récepteur (142) est apparié à un émetteur, et dans lequel ladite réception comprend en outre le couplage d'un signal à liaison descendante depuis l'émetteur via un deuxième filtre passe-bande au 20 noeud interne (212).
17. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre le changement du signal de télémétrie à une bande de fréquence différente qui est passée par des filtres passe-bande supplémentaires dans le coupleur de source HLV (132, 202) et le coupleur de 25 capteur HLV (122, 202).
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, dans lequel ledit acheminement comprend : le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis le point en y (118) via un 30 filtre de blocage de basse fréquence (214) à un noeud interne (212) partagé ; et 3035757 18 le couplage du signal d'alimentation de capteur depuis le noeud interne (212) partagé via un filtre (216) à une alimentation pour l'ensemble capteur (120) de fond de trou, dans lequel le filtre de blocage de basse fréquence (214) protège le noeud interne du 5 signal d'alimentation de moteur tout en faisant passer le signal d'alimentation de capteur et le signal de télémétrie.
19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel ladite fourniture comprend : le couplage du signal de télémétrie depuis un émetteur dans l'ensemble capteur 10 (120) de fond de trou via un filtre passe-bande (218, 220) de fond de trou au noeud interne (212) partagé, dans lequel le filtre passe-bande (218, 220) de fond de trou protège l'émetteur du signal d'alimentation de capteur.
20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel ledit couplage du signal 15 d'alimentation de capteur depuis le noeud interne (212) partagé via un filtre (216) à une alimentation comprend en outre l'utilisation d'un transformateur à adaptation d'impédance entre le filtre (216) et l'alimentation afin de modifier une impédance apparente du coupleur de capteur HLV (122, 202) sur la base d'une impédance du moteur (110). 20
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, comprenant en outre la commutation du coupleur de source HLV (132, 202) à l'un des trois conducteurs (A, B, C) différents dans le câble ESP (116).