KR20020030075A

KR20020030075A - 파이프라인 시스템의 데이터 전송

Info

Publication number: KR20020030075A
Application number: KR1020027000178A
Authority: KR
Inventors: 허드슨스티븐마틴; 조인슨다니엘
Original assignee: 플라이트 리퓨얼링 리미티드
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-04-22
Also published as: NO20020041L; DE60019290D1; BR0012635A; CA2378329A1; NO20020041D0; AP2001002381A0; NO320860B1; ATE292743T1; CN1372615A; JP2003504543A; CA2378329C; OA11986A; EP1194678B1; EP1194678A1; AU5694500A; MXPA02000007A; WO2001004461A1; EA200101247A1

Abstract

제 1셋의 장치는 데이터를 웰의 케이스된 부분(1,3)에서 원거리로 전송하도록 구성된다. 상기 장치는 릴레이 스테이션(6)으로 동작하여 동작 깊이를 증가시킨다. 신호들은 상기 릴레이 스테이션(6)에서 관(1)에 주입되거나 그로부터 수신되고, 상기 관(1)의 선택된 길이는 상기 관(1)과 케이싱(3)이 선택된 최소 거리로 효율적으로 절연되어 있다는 것을 보장하기위해 상기 릴레이 스테이션의 한 측에서 절연 이격 수단(9)과 함께 제공된다. 이는 상기 관(1)으로부터 검출되거나 이에 가해지는 전위차들을 가능하게하며, 데이터 전송과 수신을 가능하게 한다. 제 2셋의 장치(도 8)는 웰의 케이스된 부분(401, 403) 내부의 내부 유닛(408)에서 상기 케이싱(403)의 외부를 직접 감싸고 있는 부분으로 데이터를 전송하도록 구성된다. 상기 내부 유닛(408)은 전류를 상기 관(401)에 주입한다. 상기 케이싱(403)을 둘러싸는 트로이드(415)는 신호를 검출하기위해 제공된다. 상기 관(401)과 케이싱(403) 간의 이격된 연결들은 도전성 팩커들(411)에의해 제공된다. 상기 관(401)과 케이싱(403)에 흐르는 전류의 불일치가 생기고, 그로인해 상기 트로이드에서는 0이 아닌 자속이 관찰되며, 이것으로 신호를 수신할 수 있다.

Description

파이프라인 시스템의 데이터 전송{DATA TRANSMISSION IN PIPELINE SYSTEMS}

웰(wells)을 생성하는 동작 중 기름이나 가스를 위해 굴삭(drilling) 하는 경우 측정하는 것은 유용하다. 그러나, 데이터를 기저갱(downhole) 위치로부터 표면으로 전송하는 것은 어려우며, 깊이에 따라 어려움이 증가한다. 현재 지표면에서 3000미터 이하에서 데이터를 전송하는 것이 요구된다.

현재 사용되는 신호 기법들은 상기 금속 구조의 웰 자체를 사용하는 것이며, 분리된 선로를 설치할 필요가 없기 때문에 특히 선호되는 것이다. 대부분의 무선로 시스템들은 단일 전도성 채널로 관 및 케이스를 생성하고 복귀 경로로서 어스(earth)를 사용한다. 상기 케이스와 관을 분리된 도전성 경로들로 사용하는 몇몇 시도들이 있었지만, 포함되는 부하들 때문에 웰헤드(wellhead)에서 절연을 확보하기 힘들고, 그 길이 때문에 상기 케이스로부터 관을 격리하기 힘든 문제가 있어 실패했다. "머드-펄싱(mud-pulsing)"을 포함하는 다른 방법들은 그 적용이 힘들뿐 만 아니라 고가이지만 데이터 전송률 역시 너무 낮았다.

현재 사용된 어떠한 시스템에 있어서도, 그 범위는 내재된 고유 손실(inherent losses) 때문에 제한되며, 적당한 수준들에서 전류를 유지해야만 한다. 또한, 발명자의 지식에 따르면 케이스 내부에 위치된 관으로부터 신호 전송될 수 있는 것은 현재 존재하지 않는다. 본 발명자의 이전 명세서 EP-A-0,646,304에 설명된 통신 시스템은, 예를 들어, 개구(open hole) 조건들에서 동작하며 신호를 케이스 된 영역을 따라 전송할 수 있다. 그러나, 일반적으로 이러한 시스템은 케이스된 부분 내의 위치로부터 전송하는데 사용될 수 없다는 것이 공지되어 있다.

파이프라인 시스템에서, 흐름 라인(flowline) 내부의 장치로부터 신호를 전송할 수 있는 것이 바람직하며, 그리고/또는 상기 시스템의 동일 영역의 장치에 대한 관련된 케이싱은 상기 흐름 라인 그리고/또는 케이싱의 외부인 것이 바람직하다. 그러나, 이는 일반적으로 달성하기 어렵다고 공지되어 있다.

본 발명은 데이터 파이프 라인 시스템에서 사용되는 전송 시스템, 데이터 전송 방법, 신호 수신 장치 그리고 신호 수신 방법에 관한 것으로 특히 웰(wells)에 관한 것이다.

본 발명의 실시예들은 이제 다음의 첨부되는 도면들을 참조하여 예제의 방법으로 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 포함하는 데이터 전송 시스템을 구비한 해저 웰을 간략히 보인다.

도 2는 릴레이 스테이션이 배치된 도 1에 도시된 웰의 일부를 간략히 보인다.

도 3은 전형적인 길이의 채취 관과 도 1에 도시된 웰의 케이싱에 대한 동등 회로를 간략히 도시한다.

도 4는 신호를 수신하는 동안의 도 2에 도시된 상기 웰과 동등한 회로를 간략히 보인다.

도 5는 신호를 송신하는 동안의 도 2에 도시된 상기 웰과 동등한 회로를 간략히 보인다.

도 6은 대안적인 커플링 방법을 도시한다.

도 7은 본 발명 제 2 실시예의 일부를 간략히 도시한다.

도 8은 본 발명 제 3 실시예를 간략히 도시한다.

도 9는 도 8에 도시된 구성에 대해 동등한 회로를 도시한다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 관련된 문제들의 적어도 일부를 극복할 수 있는 통신 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1측면에 따르면, 신호 채널로 사용되는 파이프라인 시스템의 금속 구조와 이격된 위치에서 상호간에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2도전성 부분들을 가지는 전류 루프 경로를 형성하기위한 수단을 구비하고 복귀(return)로서 사용되는 어스를 가지는 데이터 전송 시스템을 제공하는 것이며, 상기 금속 구조는 적어도 하나의 도전성 부분들과 국부 유닛을 포함하며, 상기 국부 유닛은 상기 도전성 부분들 중 하나에 신호를 제공하기위한 전송 수단을 구비하고, 그로인해사용중인 전류는 상기 루프의 영역 중 금속 구조와 어스 간의 전위차를 발생시키면서 상기 루프 주변을 흐르고 상기 루프로부터 떨어진 상기 금속 구조를 통해 신호가 전파 되도록한다. 여기서 상기 전류 루프 경로를 형성하기위한 수단은 원하는 전송 특성들을 제공하기 위해서 적어도 최소의 선택된 거리로 이격된 상기 이격 위치들을 보장하도록 구성된다.

본 발명의 제 2측면에 따르면, 신호 채널로 파이프라인 시스템의 금속 구조를 사용하고 복귀로서 어스를 사용하는 데이터 전송 방법이 제공되는데, 이는,

이격된 위치에서 상호간에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2도전성 부분들을 가지는 전류 루프 경로를 형성하는 단계와, 상기 금속 구조는 적어도 하나의 도전성 부분들을 구비하며,

전류가 상기 루프의 영역 중 금속 구조와 어스 간의 전위차를 발생시키면서 상기 루프 주변을 흐르고 상기 루프로부터 떨어진 상기 금속 구조를 통해 신호가 전파 되도록 신호를 가하는 단계와, 그리고

원하는 전송 특성들을 제공하기 위해서 적어도 최소의 선택된 거리로 이격된 상기 이격 위치들을 보장하는 단계를 포함한다.

상기 파이프라인 시스템은 내부 흐름 라인과 주변 케이싱(surrounding casing)을 포함할 수 있다. 전형적으로 상기 파이프라인 시스템은 관과 주변 케이싱을 가지는 웰을 포함한다.

동작 중에 상기 루프 경로 주위를 흐르는 전류는 상기 시스템을 다이폴 전송기로 동작하도록 한다고 간주될 수 있다.

수신 수단은 상기 금속 구조를 통해 전파되는 신호들을 수신하기위해 상기 전류 경로로부터 이격된 위치에서 제공될 수 있다.

케이싱 내부에 위치된 관의 한 위치로부터 채취 관(production string)에 따라 신호전송되는 경우에 있어서도 실제 전류 수준들을 이용하는 특정 상황에서 상기 배열은 상기 전선들이 배격되고 검출 될 수 있는 신호가 상기 금속 구조에 주입될 수 있다는 장점이 있다. 상기 전류 루프 경로의 영역으로부터 이격된, 상기 금속 구조 전체는 단일 도전성 채널로 취급된다.

최소 거리는 예들 들어 상기 웰 헤드 위치와 같은 상기 국부 유닛으로부터의 원하는 원격 위치에서 검출될 수 있는 신호의 허용할 수 있는 수준을 적절한 환경으로 하여 선택될 수 있다. 전형적으로 선택된 최소 거리는 100미터일 수 있다. 이는 상기 선택된 최소 거리가 상기 전체 구조/웰의 길이보다 비교적 작은 것이 바람직하다.

상기 도전성 부분들 중 하나는 채취 관의 일부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전송 수단들은 신호를 상기 채취 관에 가하도록 구성될 수 있다.

어떠한 실시예들에서, 어떠한 도전성 부분은 예를 들어 채취 관과 같은 흐름 라인의 일부를 포함하고, 다른 도전성 부분은 케이싱의 주변 부분을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 상기 전류 루프 경로를 형성하기위한 수단은 상기 흐름 라인이 상기 선택된 최소 거리에 대해 주변 케이싱과 이격되도록 하는 절연 이격 수단을 포함할 수 있다. 절연 코팅은 상기 선택된 최소 거리에 해당하는 부분에 대한 상기 흐름 라인 그리고/또는 케이싱 상에 제공될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 도전성 부분들 간의 상기 전류 루프 경로를 완성하기위한 이격된 연결들은 상기 선택된 영역을 초과하는 상기 흐름 라인과 케이싱 간의 접촉부들을 포함할 수 있다. 상기 선택된 최소 거리에 대한 흐름 라인과 케이싱 간의 절연을 강화하는데 드는 비용은 전체 길이에 대해 상기 관과 케이싱을 절연하는 것에 비해 대단히 작다는 것은 명백하다.

다른 실시예들에서, 어떠한 도전성 부분은 파이프라인의 일부 또는 흐름 라인을 포함하고, 상기 다른 도전성 부분은 상기 파이프라인 또는 흐름라인 내부에 배치된 적어도 두개의 금속부들(pigs)과 연결된 적어도 하나의 전기적으로 도전성인 연장부(elongate member)를 포함한다. 상기 실시예들에서, 상기 전류 루프 경로를 완결하기위한 상기 이격된 연결부들은 상기 금속부들에 제공될 수 있다. 상기 국부 유닛은 상기 금속부들 중 하나에 제공될 수 있다. 상기 전송 수단들은 신호들을 상기 연장부에 제공하도록 구성된다.

상기 국부 유닛은 상기 유닛 영역의 조건들을 측정하기위한 센서 수단을 구비할 수 있다. 상기 국부 유닛은 상기 금속 구조 또는 다른 것을 따라 전송되는 인입 신호를 수신하기위한 수신 수단을 포함할 수 있다. 상기 국부 유닛은 릴레이 스테이션으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 상기 릴레이 스테이션은 채취 관의 케이스된 부분 상에 위치될 수 있으며, 그로인해 상기 데이터 전송 시스템의 범위를 개선하는데 사용된다는 것은 명백하다.

상기 전송 수단은 상기 개별적인 도전성 부분의 중간지점(midpoint)에서 실질적으로 신호를 제공하는 것이 바람직하다. 이는 상기 금속 구조를 따르는 양 방향에서 상기 국부 유닛으로부터 이격된 상기 신호 전송 특성들을 균일화하는 경향이 있으며 이는 특히 상기 국부 유닛이 양방향 릴레이 스테이션인 경우 적당하다.

반면에, 만일 한 방향의 신호 전송을 증가심키려면, 상기 전송 수단은 개별적 도전성 부분의 한 종단으로 향하는 지점에서 신호들을 제공하도록 구성될 수 있으며, 반대 종단인 것이 바람직하다.

상기 전송 수단 그리고/또는 상기 수신 수단들은 상기 개별적 도전성 부분과 직렬로 배치되는 격리 수단을 포함할 수 있다. 상기 전송 수단은 상기 격리 수단과 교차하여 연결되는 신호 생성 수단을 포함할 수 있다. 상기 수신 수단은 예를 들어 전압 측정 수단과 같은 신호 측정 수단을 포함할 수 있으며, 상기 격리 부분과 교차로 연결된다. 상기 개별적인 도전성 부분은 상기 채취 관을 포함하고, 상기 격리 부분은 상기 관에 배치되는 격리 접합부(isolation joint)일 수 있다.

상기 전송 수단 그리고/또는 상기 수신 수단은 상기 개별적 도전성 부분 주변에 배치되는 유도성 커플링(coupling) 수단을 포함할 수 있다. 상기 전류 루프 경로는 트랜스포머의 단일 회전 권선(turn winding)으로 동작할 수 있다. 상기 유도성 커플링 수단은 일반적으로 개별적 도전성 부분을 둘러싸는 트로이달 코어에 감긴 코일을 포함한다.

본 발명의 제 3측면에 따르면, 신호 채널로 파이프라인 시스템의 금속 구조를 사용하고 복귀로서 어스를 사용하는 데이터 전송 시스템에 사용되는 신호 수신 장치를 제공하는데, 이는 수신 수단을 가지는 국부 유닛과, 상기 국부 유닛과 상기 금속 구조의 한 부분에서 적어도 두개의 이격된 위치들 간 전기적 접촉부를 제공하기위한 수단, 그리고 상기 두개의 이격된 위치들이 원하는 수신 특성들을 가지도록 선택된, 적어도 최소 거리로 이격된다는 것을 보장하기위한 수단을 포함한다.

본 발명의 제 4측면에 따르면, 수신 수단을 가지는 국부 유닛을 포함하며, 어스를 복귀로 가지는 데이터 전송 시스템에서 신호채널로 사용되는 파이프라인 시스템의 금속 구조로부터 신호를 수신하기위한 방법을 제공하는데, 이는, 상기 국부 유닛과 상기 금속 구조의 한 부분에 위치되는 적어도 두개의 이격된 위치들 간에 전기적 접촉부를 제공하는 단계와, 그리고 상기 두개의 이격된 위치들이 원하는 수신 특성들을 가지도록 선택된, 적어도 최소 거리로 이격된다는 것을 보장하는 단계를 포함한다.

신호가 파이프라인 시스템의 금속 구조를 따라 전송되는 경우, 상기 신호의 크기는 일반적으로 상기 신호 소스로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 이는 주로 상기 신호가 어스로 점진적으로 누설되기 때문이다. 그래서, 신호가 상기 금속 구조를 따라 전달되는 경우 임의의 세로로 이격된 위치들 간의 전위차가 발생하고, 이러한 두 위치들에 대한 연결로 상기 금속 구조에서 신호를 추출할 수 있는 것은 당연하다. 요구되는 상기 최소 거리는 상기 고려되는 위치들에서 어스에 대한 신호 수준 및 상기 수신 수단들의 감도/잡음 성능에 따른다.

이격된 위치들에서 전기적 접촉부를 제공하기위한 수단은 상기 채취 관의 일부와 해당하는 주변 케이싱 부분과 상기 관 부분의 이격을 유지하기위해 제공되는 절연 이격 수단을 포함할 수 있다. 절연 접합부는 상기 국부 유닛 영역의 관에 제공될 수 있으며, 신호 측정 수단은 이와 교차하여 연결된다. 이러한 경우, 상기 관이 상기 케이싱으로부터 효율적으로 이격되어 있이 때문에, 상기 금속 구조의 부분에 대한 모든 신호 손실은 상기 케이싱으로부터이고 상기 관의 일부에 따르는 전위 감소는 거의 없기 때문에 상기 이격된 위치들 간의 전위차가 검출될 수 있다.

이격된 위치들에 전기적 접촉부를 제공하기위한 수단은 상기 채취 관 내부에 배치된 적어도 두개의 금속부들과 연결되는 적어도 하나의 전기적으로 도전성인 연장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 제 5측면에 따르면, 신호 채널로 파이프라인 시스템의 금속 구조를 사용하는 데이터 전송 시스템에 사용되기위한 신호 수신 장치를 제공하는데, 이는 유도성 커플링을 구비하는 수신 수단을 가지는 국부 유닛을 포함한다.

상기 신호 채널은 상기 국부 유닛의 영역에서 2개 이상의 분기들로 나뉘어질 수 있고 상기 유도성 커플링은 상기 분기들 중 하나의 주변에 위치된다.

상기 유도성 커플링은 케이싱 내부에 위치되는 채취 관 주변에 위치되는 것이 바람직하다. 어떠한 분기는 채취 관을 포함할 수 있고, 다른 분기는 상기 케이싱을 포함할 수 있다.

상기 유도성 커플링은 상기 채널들 중 상기 하나 그리고/또는 채취 관의 주변에 위치되는 트로이드(troid)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 데이터 전송 시스템이 제공되며, 여기서 신호 채널로 사용되는 채취 관 및 케이싱과 복귀로 사용되는 어스를 구비하는 웰의 금속 구조는 상기 신호 채널을 따라 신호를 전송하고/또는 이로부터 신호를 수신하기위해 연결되는 수신 그리고/또는 송신 수단을 갖춘 국부 유닛과, 상기 채취 관과케이싱이 상기 국부 유닛의 영역에서 적어도 선택된 최소 거리로 상호 이격된다는 것을 보장하도록 구성되는 절연 이격 수단을 포함하며, 상기 최소 거리는 원하는 수신 그리고/또는 송신 특성들을 제공하기위해 선택된다.

상기 케이싱은 다수의 분리 영역들을 포함하며, 이는 서로 결합되어 있다. 인접한 부분들 간 하나 이상의 접합부의 접촉 표면들은 격리 매질로 코트된다. 이는 상기 금속 구조의 전기적 특징들을 변화시킬 수 있으며 성능을 개선할 수 있다.

본 발명의 이전 측면에 더하여 설명되는 많은 부가적인 특징들은 본 발명의 다른 측면들과 함께 사용되기에도 적절하다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 파이프라인 시스템에 사용되기위한 데이터 전송 시스템을 제공하며, 이는,

두개의 이격된 위치들에서 전기적으로 상호 연결되는 내부 도전성 부분의 일부와 해당하는 외부 도전성 부분의 일부와, 상기 외부 도전성 부분은 상기 내부 도전성 부분을 감싸고 파이프라인 시스템의 금속 구조의 일부를 이루며,

상기 외부 부분 내부에 배치되는 내부 유닛(internal unit)과, 이는 신호를 전류 루프 경로에 주입하기위한 전송 수단을 구비하며, 그리고

상기 루프 경로 주변을 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속에의해 연결되도록 구성된 유도성 커플링을 구비한 외부 부분 외부에 위치되는 외부 유닛(external unit)을 포함하며,

상기 내부 부분의 상기 부분에 흐르는 전류를 이용하는 것은 상기 외부 부분의 해당 부분에 흐르는 전류와 일치하지 않기 때문에 신호들은 상기 유도성 커플링수단에서 생성되며, 그로인해 상기 내부 유닛과 상기 외부 유닛이 통신하도록 배열된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 파이프라인 시스템에 사용되기위한 데이터 전송 시스템의 방법을 제공하며, 이는, 두개의 이격된 위치들에서 전기적으로 상호 연결되는 내부 도전성 부분의 일부와 해당하는 외부 도전성 부분의 일부를 포함하는 전류 루프 경로를 형성하는 단계와, 상기 외부 도전성 부분은 상기 내부 도전성 부분을 감싸고 파이프라인 시스템의 금속 구조의 일부를 이루며,

상기 외부 부분 내부에 배치되는 내부 유닛으로부터 신호를 전류 루프 경로에 주입하는 단계와, 그리고

상기 루프 경로 주변을 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속에의해 연결되도록 구성된 유도성 커플링을 구비한 외부 부분 외부에 외부 유닛을 위치시키는 단계와,

그리고 상기 내부 부분의 상기 부분에 흐르는 전류를 이용하는 것은 상기 외부 부분의 해당 부분에 흐르는 전류와 일치하지 않기 때문에 신호들은 상기 유도성 커플링 수단에서 생성되며, 그로인해 상기 내부 유닛과 상기 외부 유닛이 통신하도록 배열된다.

일반적으로 상기 내부 및 외부 부분은 일반적으로 동축 구성된 연장 부분들이며, 상기 외부 부분은 일반적으로 관식(turbular)이다.

상기 이격된 위치들은 선택된 최소 거리로 분리될 수 있다. 상기 최소 거리는 원하는 전송 특성들을 제공할 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 몇몇 실시예들에서, 상기 데이터 전송 시스템은 외부 부분으로 동작하는 도전성 흐름라인을포함하는 파이프라인 시스템에서 사용되도록 구성되고, 전용 내부 도전성 부분이 제공될 수 있다. 이러한 경우, 상기 내부 도전성 부분은 두개의 금속부들 간에 연결된 도전성 환(strop)을 포함할 수 있다.

상기 전용 내부 도전체와 흐름 라인 간의 전기적 연결은 상기 금속부들에서 제공될 수 있다. 상기 금속부들 상에 위치되는 청소 브러쉬들은 상기 흐름라인 내부 표면과의 접촉부들로서 동작할 수 있다.

다른 실시예들에서, 상기 데이터 전송 시스템은 내부 도전성 흐름라인과 외부 도전성 케이싱으로 구성될 수 있다. 이러한 경우에서, 상기 외부 부분은 상기 케이싱을 포함하고 상기 내부 부분은 상기 흐름라인을 포함할 수 있다.

특히 케이싱의 경우, 상기 외부 부분은 다수의 분리 부분들을 포함할 수 있으며, 이는 서로 결합될 수 있다. 인접 부분들 간의 하나 이상의 결합부에서 접합 표면은 격리 매질로 코트될 수 있다. 이는 상기 금속 구조의 전기적 특성들을 변화시킬 수 있으며 성능을 개선할 수 있다. 상호 전기적으로 연결된 상기 케이싱과 흐름라인에서 상기 이격된 위치들 사이에서 상기 케이싱에 위치되는 완전히 격리된 결합부는 없는 것이 바람직하다.

상기 흐름라인과 케이싱 간의 전기적 연결은 글랜싱 접촉부 그리고/또는 도전성 팩커(packer)를 포함할 수 있다. 글랜싱 접촉부들로 구성되는 상기 이격된 연결부들에 있어서, 이는 상기 연결부들 간의 최소 분리들을 선택할 수 있다. 도전성 팩커가 상기 팩커들 간의 실제 이격에 사용되기 때문에, 상기 접촉부들은 선택될 수 있다. 상기 전류 루프 경로를 형성하기위한 수단은 상기 내부 흐름 라인의 외부표면과 상기 외부 케이싱의 내부 표면 상에 제공되는 절연층을 포함할 수 있다. 상기 전류 루프 경로를 형성하기위한 수단은 절연 이격 수단을 포함할 수 있다.

상기 연결부들 그리고/또는 상기 케이싱의 해당 부분으로부터 상기 흐름 라인의 일부를 절연하기위해 사용되는 특성 그리고/또는 위치들은 원하는 전송 특징들을 제공하기위해 선택될 수 있다.

상기 전송 수단은 상기 내부 흐름 라인에 신호들을 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다.

격리 결합부는 상기 흐름라인에 제공될 수 있고 상기 전송 수단은 상기 격리 결합부를 지나 신호 전달 되도록 구성될 수 있다.

상기 유도성 커플링 수단은 상기 전류 루프 영역의 케이싱 주변에 배치된 트로이드를 포함할 수 있다. 상기 유도성 커플링 수단은 상기 이격된 연결부들 간 중심을 향하도록 배치된다.

전형적으로, 상기 파이프라인 시스템은 웰의 케이스된 부분을 포함하고, 상기 채취 관은 이 경우 흐름라인이 된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 어떠한 측면 중 하나를 수행하는데 있어 금속 구조를 이용하기위한 장치를 제공한다.

도 1 및 2는 전선이 없거나 무전선라인 데이터 전송 시스템을 구비하는 해저 웰을 간략히 도시한다. 상기 웰은 구조물(formation)(F)로부터 산출물(product)을 추출하기위한 채취관(1)을 포함한다. 상기 채취 관(1)은 머드라인(mudline)에서 트리(tree)(2)와 결합되고, 상기 트리(2)와 상기 구조물(F) 사이에서 케이싱(3)으로 감싸여진다. 상기 관(1)과 케이싱(3)은 상기 웰의 금속 구조물의 일부를 형성한다. 비록 도 1에서 상기 관(1)이 상기 케이싱(3)의 중심부에 위치되는 것으로 도시되었지만, 실질적으로 상기 관(1)과 케이싱(3)은 그 연장선을 따라서 다수의 위치들에서 상호 접촉이 있을 수 있다. 일반적으로, 이러한 접촉을 방지할 수 있는 방법은 없으며, 상기 관(1)은 예를 들어 나선형과 같은 곡선을 이루며, 상기 케이싱(3) 내에 존재한다.

상기 관(1)과 케이싱(3) 간의 거리는 소금물(brine)(또는 물 보다 밀도가 큰 대안적인 다른 유체)로 채워지며 이는 이들이 상기 구조물(F)로 진입하는 경우 상기 케이싱(3)과 관(1) 사이에 제공되는 패킹 링(4) 상에서 발생하는 압력을 줄이는데 도움을 준다. 상기 소금물의 존재는 상기 관(1)과 케이싱(3) 간의 도전성 경로를 더 부가한다.

상기 접촉들의 효과와 상기 소금물을 통한 도전성의 의미는 일반적으로 상기 관(1)과 케이싱(3)의 해당 부분들이 동일한 전위를 가진다는 것이며, 상기 관(1)과 케이싱(3)은 동일한 도전체로 간주되어야한다.

상기 웰은 개구 웰 위치들에서 상기 관(1)에 제공되는 다수의 로깅(logging) 스테이션들을 포함하고, 이는 상기 구조물 내부에 존재한다. 상기 데이터 전송 시스템은 상기 데이터 로깅 스테이션(5)과 상기 머드라인 사이에 전송되거나 단일 채널로서 상기 웰(1,3)의 금속 구조들 이용하는 것으로 이를 넘어서는 곳으로 데이터를 전송할 수 있도록 구성된다. 상기 데이터 로깅 스테이션들과 상기 머드라인 사이의 거리는 3000미터가 넘을 수 있다. 데이터는 상기 로깅 스테이션(5)에서 존재하는 무전선라인 개구 웰 기법들을 이용하여 송수신되며, 예를 들어 이 기법들은 발명자의 이전 출원 Ep-A-0,646,304에 설명된다. 비록 이러한 기법들이 상기 개구웰에서 동작하고 상기 케이스된 부분을 통해 신호를 전달할 수 있지만, 이들은 실질적으로 상기 케이스 된 부분 내의 위치로부터 전송하는데 사용될 수 없다. 단지 상기 케이스 된 부분의 길이가 상기 언급된 출원서에 설명된 무전선라인 기법들을 이용하여 상기 머드라인으로부터 직접 전송되어 직접 수신하기에 너무 멀지 않아야만 가능하다. 그리고 범위 및 데이터 비율은 필수적으로 신호대 잡음비로 결정된다.

그러나, 본 발명 일실시예에 있어서, 상기 신호의 강도 그리고/또는 상기 시스템의 범위는 상기 채취 관(1)의 케이스된 일부에 따르는 릴레이 스테이션(6) 경로를 제공하는 것으로 개선된다. 도 2를 보면, 상기 릴레이 스테이션(6)은 상기 채취 관에 제공되는 격리 결합부(7)를 포함하는 송수신 수단을 포함하고, 신호 생성 수단(8a)은 전송 중에 사용되며 신호 측정 수단(8b)은 수신 중에 사용된다. 상기 신호 생성 수단과 상기 신호 측정 수단 모두는 상기 격리 결합부(7)와 교차하여 연결된다. 다수의 절연 환상 이격부들(9)은 상기 격리 결합부(7) 영역에서 100미터 정도씩 이격되어 상기 채취 관(1) 주변에 제공된다. 상기 이격부들(9)이 제공된 상기 거리는 신호가 효율적으로 송수신 될 수 있도록 선택된다. 상기 실제 거리는 상기 전송 시스템 자신과 그의 구성요소에 관련된 요인들(factors)의 수에 따른다.

상기 이격부들(9)은 상기 관(1)을 둘러싸며 서로 부착된 절반의 외형을 가진다. 절연층(9a)은 각 이격부와 상기 관(1) 사이에 제공된다. 도 2에서, 상기 이격부들(9) 중 하나의 측면에 도시되며 상기 이격부(9)의 나머지는 단면으로 도시된다. 상기 이격부들(9)이 배치되고 위치되며, 그로인해 각 이격부(9)에서 상기관(1)은 상기 케이싱(3)의 중심부에 고정되고 상기 관(1)은 인접하는 이격부들(9) 간의 모든 위치에서 상기 케이싱(3)과 첩촉하지 않는다. 상기 마지막 이격부(9)를 지나 상기 다수의 이격부들(9)의 각 종단에서, 상기 관(1)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 케이싱(3)과 접촉(10)한다. 각각의 마지막 이격부(9) 사이의 거리와 상기 개별적인 접촉(10)은 임의적이지만 그 하위 제한은 상기 웰과 이격부들(9)의 특성에 의해 결정되어진다. 그래서, 상기 이격부들(9)은 상기 관(1)과 케이싱(3)이 적어도 선택된 최소 거리에서는 접촉하지 안도록 보장한다.

일반적으로, 상기 시스템의 송수신 특성들은 상기 접촉들(10) 간의 거리가 증가할 수록 개선된다. 그러나, 상기 최소 거리의 길이선정에 비용이 포함되면 균형이 필요하다. 일반적으로 상기 접촉들(10) 간의 실제 거리는 상기 최소 거리보다 길지만 이는 상기 시스템을 개선하기위해 간단히 제공되는 것이다.

상기 접촉들(10) 간의 관(10)과 케이싱(3)의 일부들은 이후 상기 관(1a)과 해당하는 상기 케이싱(3a)의 격리된 일부로서 간주 된다.

도 3은 상기 채취 관(1)과 케이싱(3)의 전형적인 길이에 대한 동등한(집합 파라메터) 회로를 도시한다. 상기 관(1)과 케이싱(3)은 직렬 연결된 저항들(R_s와 R_c)로 나타내어진다. 상기 관(1)과 케이싱(3) 간의 누설 경로는 직렬 연결된 저항들(R_g+b)로 나타내어지며 상기 케이싱(3)과 원격 어스(E) 간의 누설 경로는 저항(R_e)과 커패시터들(C_e)로 나타내어진다. 만일 신호가 상기 관(1) 또는 케이싱(3)에 가해지는 경우, 상기 신호의 세기는 원격 어스(E)로의 누설 경로들을통해 손실되기 때문에 상기 소스로부터 떨어진 거리로 감소하게 된다. 또한, 상기 언급한 바와 같이 상기 관(1)과 케이싱(3)의 전위는 평준화 되는 경향이 있다.

도 4는 신호를 수신하는 동안 릴레이 스테이션(6) 영역의 채취 관(1a) 및 케이싱(3a)의 일부와 동등한 간략한 회로를 도시한다. 상기 부분들(1a, 3a)의 한 종단에서 이들(10)을 제외하고, 접촉들에 따르는 누설 경로들은 제거된다. 그래서 상기 저항들(R_g+b)은 소금물 만을 통과하는 누설 전류를 나타내는 훨씬 높은 값의 저항(R_b)으로 대체된다. 상기 릴레이 스테이션(6)의 상기 영역에서 소금물을 통한 저항은 관(1a)의 격리된 부분 종단에서 접촉들(10)에의해 제공되는 것에 비해 너무 크기 때문에 상기 소금물에의한 효과는 무시될 수 있다.

신호를 수신하는 동안, 상기 격리 결합부(7)때문에 상기 관 부분(1a)을 통한 전류는 없으며, 상기 관 부분(1a)은 효율적으로 해당 케이싱 일부(3a)로부터 격리되어 있기 때문에 상기 금속 부분의 일부에 대한 모든 신호 손실은 상기 케이싱(3a)에 의해 발생한다. 이러한 환경에서, 상기 격리된 관 부분(1a)의 두 반쪽들에 따른 전위 감소는 작으며 상기 일부들(1a, 3a)의 종단에서 상기 접촉들(10)과의 직접적인 접촉을 제공한다. 이는 상기 케이싱 상에서 수평으로 이격된 두 지점들 간의 전위차는 검출될 수 있고, 그로인해 신호가 상기 금속 부분으로부터 추출될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 릴레이 스테이션(6)의 상기 모든 신호가 상기 케이싱(3)을 따라 전송된다는 사실은 상기 케이싱(3) 상의 두 이격된 지점들 간 전위차를 증가시키는데 이용될 수 있다.

도 5는 신호를 송신하는 동안 릴레이 스테이션(6) 영역의 채취 관(1a) 및 케이싱(3a)의 일부와 동등한 간략한 회로를 도시한다. 상기와 같이, 접촉들에의한 상기 누설 경로들은 상기 일부들(1a, 3a)의 한 종단에서의 이들(10)을 제외하고는 제거된다. 그래서 상기 저항들(R_g+b)은 소금물 만을 통과하는 누설 전류를 나타내는 훨씬 높은 값의 저항(R_b)으로 대체된다. 상기 릴레이 스테이션(6)의 상기 영역에서 소금물을 통한 저항은 관(1a)의 격리된 부분 종단에서 접촉들(10)에의해 제공되는 것에 비해 너무 크기 때문에 상기 소금물에의한 효과는 무시될 수 있다. 그래서 전송 중에, 어떠한 전류 루프 경로는 상기 관의 격리된 일부(1a), 해당하는 케이싱 부분(3a) 그리고 접촉부들(10)로 이루어진다고 간주될 수 있다. 이러한 루프의 상기 두개 종단들은 당연히 상기 관(1)과 케이싱(3)의 나머지와 연결된다. 상기 신호 생성 수단(8a)은 상기 루프 경로 주위를 흐르는 전류(I)를 유발한다. 이러한 전류(I)의 흐름은 상기 격리된 관 부분(1a)의 반대쪽 종단에서 상기 접촉들(10) 간에 설정되는 전위차를 유발한다. 상기 전위차는 I x sumRC이고, sumRC는 상기 접촉들(10) 사이 케이싱의 모든 저항성분이다.

상기 격리된 결합부(7)는 상기 관의 격리된 일부(1a)의 중심에 제공되고, 상기 시스템은 어스에 대한 균형으로 설정되며, 상기 격리된 일부(1a)의 각 종단에서 금속 구조와 어스 간의 전위차 크기는 (I x sumRC)/2이다. 상기 접촉들(10)의 일부와 어스 사이에 전위차가 존재하기 때문에, 상기 릴레이 스테이션(6)에서 떨어진 각 방향으로 관(1a)과 케이싱(3a)을 따라 신호가 전달되는 경향이 있다.

데이터 로깅 스테이션에서 수신된 것과 같은 원하는 데이터는 상기 설명된 매커니즘에 의해 상기 관(1) 상에 적절한 신호를 인코딩하는 것으로 상기 릴레이 스테이션에서 떨어진 케이싱(3)과 관(1)을 타고 전송될 수 있다. 상기 결과 신호는 단일 도전체로서 상기 관과 케이싱을 타고 전류 루프 경로로부터 멀리 전파된다. 상기 신호 전류는 어스 복귀로 종료되고 전선 라인은 불필요하다. 그래서 전선라인과 관련된 문제, 특히 기저갱과 같은 것은 피할 수 있다.

상기 머드라인 또는 다른 릴레이 스테이션(미도시)에서 적절한 수신 수단은 상기 관(1)과 케이싱(3)에 적용된 신호를 검출하기위해 사용되며, 원하는 데이터를 추출한다. 상기 수신 수단은 유도성 커플링을 사용하거나 분리 어스 참조를 기반으로 신호를 측정할 수 있도록 구성된다.

그래서 상기 신호 전송 시스템의 범위는 상기 케이싱(3) 내부에 적절한 수의 릴레이 스테이션들을 제공하는 것으로 급격히 증가될 수 있다. 상기 릴레이 스테이션들은 양방향이며, 그로인해 상기 전송 범위는 전송 신호가 웰로 향하거나 웰에서 나가는 경우 증가한다.

상기 격리된 부분(1a) 내부 중심에 위치되는 격리 결합부를 가진 상기 릴레이 스테이션(6)으로부터 나가는 각 방향의 상기 신호들은 실질적으로 동등한 강도를 가진다. 그러나, 만일 상기 격리 결합부(7)가 상기 격리된 부분(1a)의 한 종단을 향해 배치된다면, 상기 격리된 부분(1a)의 다른 종단에서 생성되는 전위차는 (I x sumRC)/2보다 큰 경향이 있다. 그래서 만일 한 방향에서 상기 신호 강도가 증가해야 한다면, 상기 격리 결합부(7)는 그에 따라 위치될 것이다.

대안에 있어서, 상기 채취 관의 격리된 부분은 상기 격리된 부분(1a)과 그에 해당하는 상기 케이싱 부분(3a) 간 도전성을 더 낮출 수 있는 절연 코팅이 제공된다.

도 6은 상기 채취 관(1)에 신호를 가하거나 이로부터 신호를 취하는 대안적인 방법에 사용되기위해 상기 채취 관 부분(1a)을 감싸는 트로이덜 코어(202)가 제공되는 코일(201)이 도시된다. 이러한 경우, 유도성 커플링에 의지하며 격리 결합부는 사용되지 않는다. 전송 중에, 상기 코일(201)은 단일 회전 트랜스포머 권선으로 동작하는 상기 설명된 전류 루프 경로와 상기 관(1)에 전류를 유도하는데 사용된다. 수신 중에, 상기 채취 관(1) 상의 신호는 검출될 수 있는 해당 전류를 상기 코일(201)에 유도한다. 상기 수신 방법은 채취 관의 격리된 부분(1a)에 의존하지 않는다. 이러한 커플링 방법은 상기 회전 비율을 적절히 선택하는 것으로 최적의 임피던스 일치가 가능한 이점이 있다.

도 7은 상기 설명된 웰에 사용되기 적당한 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 이는 케이스 되거나 되지 않은 채취 관(1) 내에 위치되고 전기적으로 도전성인 환(strop)(302)와 연결되는 두개의 금속부들(301)을 포함한다. 상기 금속부들(301) 중 첫번째는 상기 환(302)과 직렬로 제공되는 격리부(7)를 구비한 국부 스테이션(303)과 상기 격리부(7)와 교차 연결되는 신호 생성 수단(8a) 및 신호 측정 수단(8b)을 포함한다. 상기 금속부들(301) 각각은 상기 관(1)의 내부 표면과 연결되는 접촉부(304)를 구비한다.

신호들은 상기 제 1실시예에 관련되어 상기 설명된 바와 같은 동일한 방법으로 본 실시예에서 송수신될 수 있다. 전송 중에, 상기 환(302), 상기 관 부분(1a) 그리고 상기 접촉부들(304)은 전류 루프 경로를 형성한다. 전류가 상기 신호 생성 수단(8a)에 의해 상기 루프 주변을 흐르게되면, 상기 관(1)과 어스 간의 전위차는 신호가 전송되도록 하면서 각 접촉부(304)에서 생성될 수 있다. 신호를 수산하는 동안, 상기 환(302)과 접촉부들(304)은 상기 관(1) 상에서 두개의 세로방향으로 이격된 지점들 간 전위차가 측정되도록 하며, 그로인해 신호는 상기 관(1)에서 추출될 수 있다.

상기 실시예에서, 신호들은 상기 제 1 금속부(301)로 그리고 이로부터 전송될 수 있다. 특히, 신호는 상기 금속부(301)로부터 전송될 수 있으며, 이는 상기 금속부(301)의 위치가 결정될 수 있도록 하고, 그리고/또는 상기 금속부(301)에의해 측정되는 벽의 두께와 같은 량을 나타낸다.

본 실시예의 적용에 있어서, 상기 금속부들(301)과 채취 관(1) 사이의 도전성 환(302)과 접촉부들(304)의 임피던스를 최소화해야 한다. 청소를 위해 상기 금속부들(301) 주변에 제공되는 전선 브러쉬들(미도시)은 접촉부들(304)로 사용될 수 있다.

상기 금속부(301)의 위치를 결정하기위한 한가지 가능한 매커니즘은 상기 금속부(301)가 적절한 신호를 전송하도록 파이프라인을 따라사 이격되어 배치되는 트리거(trigger) 수단을 두는 것일 수 있다. 다른 방법은 상기 파이프라인의 각 종단에서 상기 신호의 도달 시간 차를 측정하는 것일 수 있다.

상기 시스템이 관의 케이스되거나 되지 않은 부분 내에 있는 금속부들(301)에 사용될 수 있다는 것은 명백하다. 또한, 상기 시스템은 웰들 이외의 다른 파이프라인 시스템에 사용될 수도 있다.

대안적으로, 두개 이상의 금속부들이 사용될 수 있다. 두개의 도전부들로 연결되는 3개의 금속부들이 사용될 수 있으며, 상기 국부 유닛은 상기 중앙 금속부에 위치된다. 이는 상기 국부 유닛에서 양방향으로 전송되어 나가는 특성들을 평준화 하는데 유용하다.

도 8은 본 발명의 제 3실시예를 간략히 도시한 것으로 이는 케이스된 웰의 내부로부터 상기 케이싱의 외부 인접 부분으로 데이터를 전송하기위한 시스템이다.

도 8에서 금속 채취 관(401)은 케이스된 웰의 일부를 형성하는 금속 케이싱(403)으로 둘러싸인다. 격리 결합부(407)는 상기 관(401)에 제공되고 전송 수단(미도시)을 구비하는 내부 유닛(408)은 상기 격리 결합부(407)와 교차하여 연결된다. 상기 격리 결합부(407)에서 균등하게 이격된 곳에서, 일반적으로 환상의 전기적으로 도전성인 팩커(packers)(411)가 상기 관(401)과 케이싱(403) 간에 제공된다. 상기 전기적으로 도전성인 팩커(411)는 선택된 거리(L)로 이격되고 상기 채취 관(401)과 상기 케이싱(403) 간에 좋은 전기적 연결을 제공한다.

상기 이격된 한쌍의 팩커들(411) 사이의 채취 관(401) 일부(401a)는 절연 코팅된다. 상기 코팅(409)은 상기 팩커들(411) 간의 모든 지점에서 상기 관(401)과 케이싱(403) 사이에 적어도 대단히 작은 도전성 경로 또는 도전성 경로가 전혀 없다는 것을 보장하는데 도움을 준다.

수신 수단(미도시)과 트로이드(415)를 포함하는 외부 유닛(413)은 한 지점에서 상기 케이싱(403)의 외부에 제공되며, 이는 상기 이격된 팩커들(411)의 쌍 간에 존재한다. 상기 트로이드(415)는 상기 케이싱(403)을 감싸고 유도성 커플링 수단으로 동작하도록 구성되며, 그로인해 상기 트로이드를 통해 흐르는 모든 네트 자력선은 상기 수신 수단(미도시)으로 검출될 수 있는 신호를 생성한다.

상기 시스템은 이하 설명될 매커니즘을 통해 상기 내부 유닛(408)에서 외부 유닛(413)으로 신호를 전송하는데 사용되도록 구성된다.

상기 채취 관의 절연 부분(401a), 그에 해당하는 케이싱의 부분(403a), 그리고 도전성 팩커들(411)의 쌍은 전류가 그 주위로 흐를 수 있는 전류 루프 경로를 형성한다. 그러나, 상기 루프는 불완전하기 때문에 다른 전류 흐름 경로가 존재하고 손실이 발생한다. 어스를 통한 루프에서의 누설은 상기 손실로 간주되어야 한다.

유동적인 예에서, 상기 전류 루프 경로를 지나 누설 경로로 흐르는 전류 흐름이 도 8에서 화살표로 도시된다. Is는 채취 관(401)의 절연된 부분(401a)을 통해 흐르는 전류를 나타내고, Ic는 이에 해당하는 케이싱의 일부(403a)를 통해 흐르는 전류를 나타내며, Ie는 어스를 향한 누설 전류를 나타낸다.

도 8의 화살표로 나타내어지는 특정 예에서, 전류(Is)는 상기 격리 결합부(407)로부터 떨어진 상기 채취 관(401)으로 흐르고, 상기 전류의 일부는 상기 도전성 팩커(411)에서 상기 케이싱(403)을 통해 전달되지만 상기 전류의 다른 일부는 어스에 대한 후속 손실들을 가지며 상기 관을 타고 위로 전달된다. 상기 케이싱(403)에서, 상기 경로는 다시 나누어지며, 상기 전류(Is)의 부분은 상기 전류루프 경로를 따라 지속되는 반면 상기 나머지는 상기 전류 루프 경로에서 떨어져 상기 케이싱(403)을 통해 이동하고, 상기 어스에 대한 누설이 된다. 상기 관의 절연 부분(401a) 하위 종단에서, 상기 케이싱으로부터의 전류(Ic)는 상기 개별적인 도전성 팩커(411)를 통해 상기 관(401)으로 복귀되고 어스로부터의 누설 전류(Ie)는 격리 결합부(407)로 복귀하는 상기 흐름에 합쳐진다.

도 9는 상기 전류 류프 경로와 상기 어스에 대한 누설들에 관한 긴략화된 동등 회로를 도시한다. 상기 채취 관 일부(401a)의 저항성, 상기 케이싱의 해당하는 일부(403a) 그리고 어스는 각각 저항들(Rs, Rc, Re)로 나타내어진다.

상기 동등한 회로와 상기 설명으로부터, Is = Ic + Ie라는 것을 알 수 있다. 상기 채취 관의 절연된 부분(401a)을 통해 흐르는 상기 전류(Is)는 상기 케이싱의 해당 부분(403a)을 통해 흐르는 전류(Ic)와 동일하지 않다. 순차적으로, 이 의미는 상기 전류로 생성된 넷 자속이 상기 루프 경로를 따라 흐른다는 것이다. 상기 루프 경로는 상기 트로이드(415)로 원형이 되고, 그로인해 상기 트로이드(415)는 상기 넷 자속에의해 연결된다. 그래서, 상기 루프 주위를 흐르는 전류에서, 상기 트로이드(415)에서 생성되는 신호들을 관찰하는 것으로 검출될 수 있는 전류는 존재하며 변화할수 있다.

그래서 상기 채취 관(401) 상에 적절한 신호를 주입하고 상기 트로이드(415)에서 생성되는 신호를 관찰하는 것으로 상기 내부 및 외부 유닛들(408,413) 간의 통신이 가능해진다.

이러한 기법이 동작하기 위해서, 상기 채취 관(401)에 주입되는 모든전류(Is)가 상기 전류 루프를 계속하여 돌아서는 안된다는 것이 중요하다. 다시 말하면, 어스에 대한 그리고/또는 상기 전류 루프로부터 나가는 크고 적절한 누설들이 반드시 제공되어야 한다. 실제에 있어서, 이러한 누설들은 상기 웰의 금속 구조의 나머지 부분에서 상기 케이싱(403)이 어스와 접촉하거나 예를 들어 소금물과 같은 다른 도전성 매질과 접촉하기 때문에 발생한다.

상기 트로이드(415)에서 얻어지는 신호의 수준은 적절한 설계 선택들로 조절될 수 있다. 예를 들어서, 상기 관의 절연된 부분(401a)과 상기 격리 결합부(407)의 일부를 통한 상기 트로이드의 위치가 선택될 수 있다. 또한, 상기 도전성 팩커들(411) 간의 거리(L)는 변할수 있으며, 상기 채취 관의 절연된 일부(401a)의 길이가 될 수 있다. 목표는 실질적으로 가능한 한 멀게하는 것으로 상기 누설 저항(Re)에 대한 상기 케이싱 루프(Rc)의 저항을 증가시켜 수신될 수 있는 신호를 최대화 하는 것이다. 제 1예제에서, 이는 상기 도전성 팩커들 간의 거리를 증가시키는 것으로 달성될 수 있다. 이론적으로 어떠한 상태에서 상기 팩커들 간의 거리는 전기적으로 최적화되는 지점이며, 상기 누설 경로(Re)의 저항을 획기적으로 증가시키도록 시작된다. 그러나, 일반적으로, 다른 실제적인 고려사항들은 전기적으로 최적화 된 간격이 달성되는 것을 방지한다. 상기 팩커들(411)의 실제 성질 및 도전성 특징들은 다양한 성능을 위해 선택될수 있다.

비록 상기 전류 루프 경로/절연 부분(401a)에 대한 상기 트로이드의 위치가 중요하지는 않지만, 최적의 결과들은 주기적으로 양과 음으로 변하면서 생성되는 신호의 균형과 원하지 않는 모든 경계 효과들을 피하기위해서 중앙에 위치되는 것으로부터 얻어졌다.

상기 시스템은 상기 웰의 길이의 구멍을 따르는 상기 채취 관(401)과 상기 케이싱(403) 간의 절연이 요구되지는 않는다는 것에 유의하며, 이는 필요한 전송 특성들을 위해 선택된 길이에 따른다.

비록 상기 기법이 웰의 케이스 된 부분을 참조하여 설명되었지만, 상기 기법은 상기 전송기를 둘러싸는 도전부 내부로부터 신호를 전송하는 다른 상황에도 동일하게 적용된다는 것은 명백하다. 예를 들어서, 상기 시스템은 채취 관들이 아닌 흐름 라인들의 케이싱 내부로부터 신호를 전송하는데 사용될 수 있으며, 적절한 내부 도전체를 제공하는 흐름 라인 자체로부터 신호를 전송하는데도 사용될 수 있다.

특정한 경우, 상기 시스템은 도 7을 참조하여 도시되고 설명된 라인들을 통한 장치와 함께 사용될 수 있다. 다시 말하면, 상기 전류 루프 경로는 흐름 라인(1)의 일부, 두개의 금속부들(301) 그리고 상호연결 도전성 환(302)로 형성될 수 있다. 그 다음, 만일 트로이드가 상기 흐름 라인(1) 주변에 제공되면, 상기 금속부(301)에 위치된 전송 수단에의해 생성되고 신호들을, 상기 트로이드의 영역을 통해 전달되는 것에 한해서 추출할 수 있다.

상기 실시예는 제 1 및 제 2실시예들을 참조로 상기 설명된 바와 같은 동일한 현상을 이용한다. 그러나, 본 실시예에서, 상기 채취 관 및 케이싱(1,3)을 통한 전류 경로로부터 나오는 누설 전류 보다는 상기 전류 루프 경로 자체에서 발생하는 효과들을 사용한다.

본 발명의 적용은 적어도 어떠한 환경들에서는 이전에 설명된 실시예들과 호환 된다는 것 역시 유의해야 한다. 그래서 시스템들은 상기 금속 구조를 따라 원거리로 전달되는 신호와 상기 케이싱의 외부 인접 장치로 상기 케이싱 내부로부터 신호 전달하는 것이 가능해진다.

비록 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 웰의 케이싱(3)은 서로 결합된 것이다. 본 발명의 대안적인 실시예들에서, 상기 케이싱 부분들 간의 어떠하거나 모든 결합부들이 처리될 수 있으며 그로인해 상기 케이싱의 도전성에서 일정 수준의 불연속성을 유발한다. 이는 전형적으로 상기 케이싱에 대한 봉합 요구를 예측할 수 없는 격리 매질을 가지는 각 결합부에서 상기 접촉 표면들을 코팅하는 것으로 달성된다.

이러한 불연속성들의 도입은 상기 웰의 전기적 특징들을 완전히 바꾼다. 적어도 어떠한 환경에서, 이는 상기 설명된 관련 실시예들의 성능을 개선할 수 있다. 예를 들어 상기 도 1 및 2에 도시된 전송 시스템들의 범위는 개선될 수 있다. 개선들은 상기 불연속성이 상기 전류 루프 경로의 영역, 즉 상기 이격된 접촉부들 간에 제공되거나 상기 영역에서 떨어진 곳에서 제공되던지 간에 달성된다. 상기 경향은 상기 루프로부터 벗어나 이동하는 상기 신호의 부분을 증가시키는 것 보다 더 많은 신호를 상기 관에 가한다.

도 8에 도시된 시스템의 경우에서, 상기 이격된 연결부들 사이 영역의 상기 케이싱 부분들 간의 격리 매질의 포함은 그것이 상기 케이싱의 스크린 효과를 감소시킴에 따라 성능을 개선한다. 다른 관점에서 보면, 이는 상기 관-케이싱 루프의 임피던스를 증가시키는 경향이 있고, 그로인해 상기 관에서 흐르는 상기 전류(Is)와 상기 케이싱에서의 것(Ic) 간의 차이가 증가한다.

상기 언급했지만, 비록 본 실시예들, 그리고 본 발명의 일반적인 특징은 만일 케이싱의 접촉 부분들 간에 불연속성이 존재하는 경우 더 나은 성능을 가지지만, 이는 동작에 필요하지는 않다. 그래서 상기 시스템의 케이싱은 실제 그 전체 길이로 또는 적어도 상기 루프 영역에서 전기적으로 연속적일 수 있다. 이는 웰의 케이싱에 대해서 사실이며, 도 7에 도시된 실시예에서 관과 같은 외부 부분을 감싸는 모든 해당 부분과 같은 다른 모든 파이프라인의 케이싱에서도 그렇다.

Claims

신호 채널로 사용되는 파이프라인 시스템의 금속 구조와 이격된 위치에서 상호간에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2도전성 부분들을 가지는 전류 루프 경로를 형성하기위한 수단을 구비하고 복귀(return)로서 사용되는 어스를 가지는 데이터 전송 시스템에 있어서, 상기 금속 구조는 적어도 하나의 도전성 부분들과 국부 유닛을 포함하며, 상기 국부 유닛은 상기 도전성 부분들 중 하나에 신호를 제공하기위한 전송 수단을 구비하고, 그로인해 사용중인 전류는 상기 루프의 영역 중 금속 구조와 어스 간의 전위차를 발생시키면서 상기 루프 주변을 흐르고 상기 루프로부터 떨어진 상기 금속 구조를 통해 신호가 전파 되도록하며, 여기서 상기 전류 루프 경로를 형성하기위한 수단은 원하는 전송 특성들을 제공하기 위해서 적어도 최소의 선택된 거리로 이격된 상기 이격 위치들을 보장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 파이프라인 시스템은 내부 흐름 라인과 이를 감싸는 주변 케이싱(surrounding casing)을 포함할 수 있으며, 한 도전성 부분은 흐름 라인의 일부를 포함하고, 다른 도전성 부분은 상기 케이싱의 둘러싼 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 루프를 형성하기위한 수단은 상기 선택된 최소 거리에 대해서 상기 주위 케이싱으로부터 이격된 흐름 라인을 유지하기위한 절연 이격부 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 2항 또는 3항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2도전성 부분들 간의 이격된 연결들은 상기 선택된 영역을 벗어난 부분에서 상기 흐름 라인과 상기 케이싱 간의 접촉을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
상기한 항들 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 국부 유닛은 상기 금속 구조 또는 다른 것을 따라 전송되는 인입 신호를 수신하기위한 수신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 5항에 있어서, 상기 국부 유닛은 릴레이 스테이션으로서 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
상기한 항들 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 전송 수단은 상기 개별적인 도전성 부분의 중간지점(midpoint)에 실질적으로 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
상기한 항들 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 전송 수단은 상기 개별적 도전성 부분과 직렬로 배치되는 격리 수단과 상기 격리 수단과 교차하여 연결되는 신호생성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 1항에서 7항 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 전송 수단은 상기 개별적인 도전성 부분 주위에 배치되는 유도성 커플링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 1항에 있어서, 어떠한 도전성 부분은 파이프라인의 일부 또는 흐름 라인을 포함하고, 상기 다른 도전성 부분은 상기 파이프라인 또는 흐름라인 내부에 배치된 적어도 두개의 금속부들(pigs)과 연결된 적어도 하나의 전기적으로 도전성인 연장부(elongate member)를 포함하며, 상기 전류 루프 경로를 완결하기위한 상기 이격된 연결부들은 상기 금속부들에 제공되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
데이터 전송 시스템에 있어서, 여기서 신호 채널로 사용되는 채취 관 및 케이싱과 복귀로 사용되는 어스를 구비하는 웰의 금속 구조는 상기 신호 채널을 따라 신호를 전송하고/또는 이로부터 신호를 수신하기위해 연결되는 수신 그리고/또는 송신 수단을 갖춘 국부 유닛과, 상기 채취 관과 케이싱이 상기 국부 유닛의 영역에서 적어도 선택된 최소 거리로 상호 이격된다는 것을 보장하도록 구성되는 절연 이격 수단을 포함하며, 상기 최소 거리는 원하는 수신 그리고/또는 송신 특성들을 제공하기위해 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 2항에서 4항과 제 11항 중 임의의 한 항에 있어서, 상기 케이싱은 다수의 분리 영역들을 포함하며, 인접한 부분들 간 하나 이상의 접합부의 접촉 표면들은 격리 매질로 코트되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
신호 채널로 파이프라인 시스템의 금속 구조를 사용하고 복귀로서 어스를 사용하는 데이터 전송 방법에 있어서, 이는,

이격된 위치에서 상호간에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2도전성 부분들을 가지는 신호 커플링 루프를 형성하는 단계와, 상기 금속 구조는 적어도 하나의 도전성 부분들을 구비하며,

전류가 상기 루프의 영역 중 금속 구조와 어스 간의 전위차를 발생시키면서 상기 루프 주변을 흐르고 상기 루프로부터 떨어진 상기 금속 구조를 통해 신호가 전파 되도록 신호를 가하는 단계와, 그리고

원하는 전송 특성들을 제공하기 위해서 적어도 최소의 선택된 거리로 이격된 상기 이격 위치들을 보장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
신호 채널로 파이프라인 시스템의 금속 구조를 사용하고 복귀로서 어스를 사용하는 데이터 전송 시스템에 사용되는 신호 수신 장치에 있어서, 이는 수신 수단을 가지는 국부 유닛과, 상기 국부 유닛과 상기 금속 구조의 한 부분에서 적어도두개의 이격된 위치들 간 전기적 접촉부를 제공하기위한 수단, 그리고 상기 두개의 이격된 위치들이 원하는 수신 특성들을 가지도록 선택된, 적어도 최소 거리로 이격된다는 것을 보장하기위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
수신 수단을 가지는 국부 유닛을 포함하며, 어스를 복귀로 가지는 데이터 전송 시스템에서 신호채널로 사용되는 파이프라인 시스템의 금속 구조로부터 신호를 수신하기위한 방법에 있어서, 이는 수신 수단을 가지는 국부 유닛을 제공하는 단계와, 상기 국부 유닛과 상기 금속 구조의 한 부분에 위치되는 적어도 두개의 이격된 위치들 간에 전기적 접촉부를 제공하는 단계와, 그리고 상기 두개의 이격된 위치들이 원하는 수신 특성들을 가지도록 선택된, 적어도 최소 거리로 이격된다는 것을 보장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
파이프라인 시스템에 사용되기위한 데이터 전송 시스템에 있어서, 이는,

두개의 이격된 위치들에서 전기적으로 상호 연결되는 내부 도전성 부분의 일부와 해당하는 외부 도전성 부분의 일부를 포함하는 신호 커플링 루프를 형성하는 수단과, 상기 외부 도전성 부분은 상기 내부 도전성 부분을 감싸고 파이프라인 시스템의 금속 구조의 일부를 이루며,

상기 외부 부분 내부에 배치되는 내부 유닛(internal unit)과, 이는 신호를 전류 루프 경로에 주입하기위한 전송 수단을 구비하며, 그리고

상기 루프 경로 주변을 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속에의해 연결되도록구성된 유도성 커플링을 구비한 외부 부분 외부에 위치되는 외부 유닛(external unit)을 포함하며, 상기 내부 부분의 상기 부분에 흐르는 전류를 이용하는 것은 상기 외부 부분의 해당 부분에 흐르는 전류와 일치하지 않기 때문에 신호들은 상기 유도성 커플링 수단에서 생성되며, 그로인해 상기 내부 유닛과 상기 외부 유닛이 통신하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 16항에 있어서, 상기 이격된 위치들은 원하는 전송 특성들을 얻을 수 있도록 적어도 선택된 최소 거리로 분리되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 16 또는 17항에 있어서, 이는 내부 도전성 흐름라인과 외부 도전성 케이싱을 포함하는 파이프라인 시스템에 사용될 수 있도록 구성되며, 상기 외부 부분은 상기 케이싱을 포함하고 상기 내부 부분은 상기 흐름라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 18항에 있어서, 상기 케이싱은 다수의 분리 영역들을 포함하며, 인접한 부분들 간 하나 이상의 접합부의 접촉 표면들은 격리 매질로 코트되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 18항 또는 제 19항에 있어서, 상기 흐름 라인과 케이싱 간의 전기전 연결들은 접촉들 그리고/또는 도전성 팩커들을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
제 16에서 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 루프를 형성하는 수단은 절연 이격 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 시스템.
파이프라인 시스템에 사용되기위한 데이터 전송 방법에 있어서, 이는,

두개의 이격된 위치들에서 전기적으로 상호 연결되는 내부 도전성 부분의 일부와 해당하는 외부 도전성 부분의 일부를 포함하는 신호 커플링 루프를 형성하는 단계와, 상기 외부 도전성 부분은 상기 내부 도전성 부분을 감싸고 파이프라인 시스템의 금속 구조의 일부를 이루며,

상기 외부 부분 내부에 배치되는 내부 유닛으로부터 신호를 전류 루프 경로에 주입하는 단계와, 그리고

상기 루프 경로 주변을 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속에의해 연결되도록 구성된 유도성 커플링을 구비한 외부 부분 외부에 외부 유닛을 위치시키는 단계와,

그리고 상기 내부 부분의 상기 부분에 흐르는 전류를 이용하는 것은 상기 외부 부분의 해당 부분에 흐르는 전류와 일치하지 않기 때문에 신호들은 상기 유도성 커플링 수단에서 생성되며, 그로인해 상기 내부 유닛과 상기 외부 유닛이 통신하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 22항에 있어서, 상기 이격된 위치들은 원하는 전송 특성들을 얻을 수 있도록 적어도 선택된 최소 거리로 분리되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1에서 12항 그리고 제 16에서 21항 중 임의의 한 항을 따르는 시스템을 제공하거나 제 13, 15 그리고 22항 중 임의의 한 항을 따르는 방법으로 실행되며 금속 구조와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.