JP2017527724A - ダウンホール坑井機器へのワイヤレス電力伝送 - Google Patents
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Abstract
Description
モジュールSの音響送信機トランスデューサ26のアレイを管状導管Tに結合し、坑井孔20に沿って管状導管T内に高指向性の誘導音響ラム波を送るために使用する。管状導管Tの壁厚により大きく変化する位相速度で特定のガイド波モードを励起するよう音響送信機26を動作する。
一例として、モジュールSのアレイ中の音響送信機26の数は32個である。この数は、伝送媒体の大きさに応じて変更できることが理解されるべきである。4個の送信機トランスデューサからなる連続した各群にビームフォーミングが適用されるが、この個数も変更できる。すなわち、4個の連続した送信機トランスデューサ26からなる各群が、音響誘導ラム波の単一指向性ビームを各群から形成するように動作することを意味する。したがって、この例では、合計8つの誘導音響ラム波ビームが伝送され、管状導管Tに沿って鉛直下向きに進行する。
本発明の別の実施形態では、上下に間隔を置いて配置された、音響送信機トランスデューサ26および126(図8)の複数音響位相送信機アレイが、モジュールSに設けられる。音響送信機トランスデューサ26および126は、管状導管Tに結合され、ダウンホール機器Eを動作するため坑井孔20に沿って伝達する電力量を向上させる。図8にはアレイを2つ示すが、3つ以上のアレイを設けてもよいことが理解されるべきである。図8に示すように、送信機トランスデューサ26および126のような円形アレイで複数の位相送信機アレイを使用することができる。すなわち、管状導管Tの長手方向に間隔をあけた位置で互いに軸方向に平行な状態で配置されている。上記のビームフォーミング技術をコンピュータ34内部で実施し、複数アレイの送信機トランスデューサ26および126を動作させる。すなわち、個々の送信機トランスデューサ26の信号の位相、タイミング遅延および相対振幅を制御し、上記のようなビームフォーミングおよび信号の建設的干渉を発生させる。これにより、管状導管Tを介して伝達可能な電力量を増加させることができる。
本発明の別の実施形態(図9)では、データ信号を連続的な音響誘導ラム波電力波形上で変調することができる。したがって、データおよび電力の両方を、坑井孔に沿って伝送することができる。データ信号は、ダウンホールセンサおよび制御装置用のコマンドおよび制御信号を含むことができる。図9の実施形態では、チュービングTのダウンホール設備に低電力制御モジュール58が含まれている。図10に示すように、制御モジュール58は、復調器70と、デコーダ72と、中央制御ユニット74とを含む。地上に示されているような信号発生器32および電力増幅器アレイ30がダウンホール機器にも含まれる場合には、データもダウンホールから地上に伝送することができる。
本発明の別の実施形態では、テレメトリモジュールR(図11)を装置Aのダウンホール設備に含む。それ以外は図1または図9に示すものと同じである。テレメトリモジュールRは、ダウンホール機器のセンサで検知した坑井データを地上へ返送し、記録、評価できるようにする。音響通信および/または電磁通信に基づくワイヤレス・テレメトリ・システムについて、多数の従来のテレメトリ技術をテレメトリモジュールTに使用してもよい。本発明によれば、多数の従来の音響および/または電磁ワイヤレス・ボアホール・テレメトリ・システムを使用することができる。
Claims (20)
- 坑井孔内で坑井チュービングに取り付けられたダウンホール電気機器への前記坑井チュービングを介したワイヤレス電力伝送装置であって、
(a)前記坑井チュービングの壁を介したダウンホール進行のため、電力をガイド波エネルギに変換し、前記ガイド波エネルギを前記坑井チュービングに伝達するために前記坑井チュービングに取り付けられた、トランスデューサモジュールと、
(b)前記坑井孔内で前記坑井孔内での前記電気機器の深さで前記坑井チュービングに取り付けられ、前記坑井チュービングの壁の前記ガイド波エネルギを検知する、動作検知モジュールと、
(c)前記坑井孔内で前記坑井孔内での前記電気機器の前記深さで前記坑井チュービングが取り付けられ、前記検知されたガイド波エネルギを電気エネルギに変換する、電力変換器と、
(d)前記坑井孔内での前記電気機器の前記深さで前記坑井チュービングに取り付けられて、前記検知されたガイド波エネルギから変換された電気エネルギを貯蔵する電力貯蔵ユニットと
を備える、装置。 - 前記ガイド波エネルギが、誘導音響ラム波エネルギを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記ダウンホール電気機器が、対象の貯留層からデータを取得するセンサを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記ダウンホール電気機器が流量制御機構を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記電力変換器から受信された電気エネルギを調整して、前記電力貯蔵ユニットに貯蔵する電力調整回路をさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 前記電力貯蔵ユニットがコンデンサを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記電力貯蔵ユニットが充電式電池を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記坑井チュービングに伝達された前記ガイド波エネルギ上のデータ信号を加えるデータ変調器をさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 前記トランスデューサモジュールが、前記坑井チュービングに結合された音響送信機トランスデューサの円形アレイを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記トランスデューサモジュールが、前記坑井チュービングに結合された音響送信機トランスデューサの複数の軸方向に配置された円形アレイを含む、請求項1に記載の装置。
- データを地上に伝送するために前記ダウンホール電気機器が取り付けられたテレメトリモジュールをさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 坑井孔内で坑井チュービングに取り付けられたダウンホール電気機器への前記坑井チュービングを介したワイヤレス電力伝送方法であって、
(a)前記坑井孔に隣接する坑口装置で、電力をガイド波エネルギに変換する工程と、
(b)前記ガイド波エネルギを前記坑井チュービングに伝達する工程と、
(c)前記ガイド波エネルギを、前記坑井チュービングの壁を介して前記ダウンホール電気機器に伝導する工程と、
(d)前記坑井孔内での前記ダウンホール電気機器の深さで、前記坑井チュービングの前記ガイド波エネルギを検知する工程と、
(e)前記検知されたガイド波エネルギを電気エネルギに変換する工程と、
(f)前記検知されたガイド波エネルギから変換された前記電気エネルギを、前記ダウンホール電気機器が動作電力として使用するために貯蔵する工程と
を含む方法。 - ガイド波エネルギを伝達する前記工程が、誘導音響ラム波エネルギを伝達する工程を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ダウンホール電気機器が、対象の貯留層からデータを取得するセンサを含む、請求項12に記載の方法。
- テレメトリデータを前記ダウンホールセンサから地上へ伝送する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記ダウンホール電気機器が流量制御機構を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記電力変換器から受信された電気エネルギを調整して、前記電力貯蔵ユニットに貯蔵する工程をさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記電気エネルギを貯蔵する前記工程が、前記電気エネルギをコンデンサに貯蔵することを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記電気エネルギを貯蔵する前記工程が、前記電気エネルギを充電式電池に貯蔵することを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記坑井チュービングに伝達された前記ガイド波エネルギ上のデータ信号を変調する工程をさらに含む、請求項12に記載の方法。
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