MX2014015006A - Comunicacioón en tubos utilizando módem acústico que proporcionan mínima obstrucción al flujo de fluido. - Google Patents

Abstract

Una pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se usa para comunicar datos a lo largo de un entubado, tal como un pozo. Los dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase emplean arreglos en fase de transductores acústicos, tal momo transductores piezoeléctricos, para dirigir la energía acústica en direcciones deseadas a lo largo del entubado. El sistema se controla por un controlador basado en computadora. La información, incluyendo datos y órdenes, se comunica usando señalización digital.

Description

COMUNICACIÓN EN TUBOS UTILIZANDO MÓDEM ACÚSTICO QUE PROPORCIONAN MÍNIMA OBSTRUCCIÓN AL FLUJO DE FLUIDO Campo de la Invención

[0005] La invención se refiere en general a aparatos y métodos de comunicación y en particular a aparatos y métodos de comunicación acústica.

Antecedentes de la Invención

[0006] La industria petrolera busca comunicar datos, información y señales de comando a lo largo de sus pozos de perforación a grandes distancias. La habilitación de esta comunicación es un gran reto debido a la sección transversal angosta de sus tuberías y la necesidad de evitar el bloqueo del flujo de petróleo y otros fluidos que fluyen a lo largo de las tuberías. En general, para aplicaciones sub-acuáticas se utilizan módems acústicos en aplicaciones submarinas a lo largo del mundo y éstos transmiten datos de manera inalámbrica a través del agua. Sin embargo, estos módems utilizan transmisores y receptores acústicos que se comunican en rutas sub-marinas sin obstrucción y no se pueden aplicar a tuberías de petróleo que tienen pasajes angostos y geometría compleja. La limitación de los transductores convencionales que se utilizan mediante módems acústicos existentes resulta de su directividad que no se diseña para viajar en estos entornos limitados como un oleoducto lleno. Por lo tanto, en las interferencias, reflexiones y conversiones se llevan a cabo de modo que hacen que el análisis de la señal de los algoritmos de comunicación sea una tarea extremadamente compleja.

[0007] En la práctica de perforación convencional, es útil obtener datos de sensores que se pueden colocar en el avance de la barrena de perforación, o se pueden colocar en posiciones en la perforación. Algunas de las clases de aparatos y los datos que son de interés incluyen acelerómetros y magnetómetros para medir la inclinación y el acimut de la perforación conforme el pozo se perfora de tal manera que el pozo puede alcanzar una ubicación prevista, información acerca de la condición y operación de la barrena de perforación, información geológica y química acerca de las formaciones y sus composiciones conforme el pozo pasa a través de éstas, tal como densidad, porosidad, datos de resistividad eléctrica, datos de resonancia magnética, datos de temperatura y presión, datos de rayos gamma, y similares.

[0008] En la práctica de perforación convencional, los datos se pueden comunicar del dispositivo de medición a una colección de datos una estación de control de operación en la parte superior del pozo, o en algunos casos, a una estación similar que está alejada del pozo mismo. Los métodos de comunicación que se utilizan convencionalmente incluyen telemetría de impulso de lodo, telemetría electromagnética y sistemas de tuberías de perforación alámbricas.

[0009] En la telemetría de impulso de lodo, se utiliza una válvula para controlar la velocidad del flujo del lodo de perforación, que puede provocar un cambio de presión si la válvula se activa durante un intervalo corto de tiempo. Los impulsos se pueden utilizar para enviar datos como señales pulsantes digitales, convencionalmente en velocidades de datos de decenas de Hertz o inferiores. Además, debido a que el lodo se utiliza como un fluido de perforación, el inicio y paro del flujo de lodo puede interrumpir la acción de perforación de la barrena de perforación. [00010] En la telemetría electromagnética, se hace una conexión eléctrica a la tubería de perforación misma, y el sensor o generador de datos se separada de la tubería de perforación por aislamiento. Se coloca un segundo contacto eléctrico en la tierra cerca del pozo. Los dos contactos forman los dos electrodos de una antena dipolo. La diferencia de voltaje entre los dos contactos representa una señal que es la señal recibida que se puede analizar. El sistema puede proporcionar velocidades de datos de aproximadamente 10 bits por segundo que se montan en ondas de frecuencia muy bajas en el intervalo de unidades de decenas de Hertz. La telemetría electromagnética tiene una capacidad de profundad limitada, convencionalmente unos pocos miles de pies. [00011] En sistemas alámbricos, se proporciona una conexión eléctrica tal como un cable coaxial para portar señales. En tanto que estos sistemas pueden proporcionar velocidades de datos extremadamente altas, puede ser un problema el mantenimiento de la conectividad eléctrica. En un sistema, el llamado la red de tuberías alámbricas IntelliServ de National Oilvell Vasco de 7909 Parkwood Circle Dr., Houston, TX 77036, se reporta que proporciona velocidades de datos de más de 1 megabit por segundo, utilizando bobinas de inducción para conectar secciones de tuberías de perforación sucesivas. [00012] Se conoce en la téenica anterior el uso de múltiples elementos en fase ultrasónicos para formación de imágenes médicas y para pruebas industriales no destructivas (NDT, por sus siglas en inglés). Las ecografías médicas se hacen con transductores de múltiples elementos especializados (arreglos en fase) y su hardware y software correspondientes, y proporcionan imágenes de secciones transversales detalladas de órganos internos. Los sistemas de múltiples elementos en fase se utilizan también en ajustes industriales para proporcionar visualización en pruebas ultrasónicas comunes que incluyen inspección de soldaduras, prueba de unión, perfiles de espesor, y detección de grietas en servicio. [00013] Las sondas de múltiples elementos en fase consisten convencionalmente de un montaje de transductor con desde 16 a un máximo de 256 elementos pequeños, individuales que cada uno se puede hacer que emita impulsos de manera separada. Éstos se pueden arreglar en una tira (arreglo linear), un anillo (arreglo anular), una matriz circular (arreglo circular), o una forma más compleja. Como sea el caso con transductores convencionales, las ondas de múltiples elementos en fase se pueden diseñar para uso de contrato directo, como parte de un montaje de haz angular con una cuña, o para uso de inmersión con acoplamiento de sonido a través de una ruta acuática. Las frecuencias del transductor están comúnmente en el intervalo de 2 MHz a 10 MHz. Un sistema de múltiples elementos en fase también incluirá un instrumento basado en computadora sofisticado que es capaz de accionar la sonda de múltiples elementos, recibiendo y digitalizando los ecos de regreso, y graficando esa información de ecos en varios formatos normales. La diferencia de los detectores de fallas convencionales, los sistemas de múltiples elementos en fase pueden hacer barrer un haz de sonido a través de un intervalo de ángulos refractados o a lo largo de una ruta lineal, o enfocarse dinámicamente en una variedad de profundidades diferentes, incrementando por lo tanto, tanto la flexibilidad como la capacidad en configuraciones de inspección. Los aparatos, componentes, software y circuiteria de control de pruebas no destructivas ultrasónicos están disponibles de parte de un número de fabricantes, que incluyen Olympus Corporation, GE Measurement and Control, National Instruments, Sonatest, Inc., Marietta Nondestructive Testing Inc., X-R-I Testing División of X-Ray Industries, y otros. [00014] Mulhauser, en 1931, obtuvo una patente Alemana para utilizar ondas ultrasónicas, utilizando dos transductores para detectar fallas en sólidos. [00015] Firestone también se conoce en la téenica anterior, patente de los Estados Unidos No.2,280,226, presentada el 21 de abril de 1942, que se dice que describe un dispositivo para detectar la presencia de in-homogeneidades de densidad o elasticidad en materiales. [00016] Firestone también se conoce en la técnica anterior, patente de los Estados Unidos No.2,483,821, presentada el 4 de octubre de 1949, que se dice que describe la inspección de materiales mediante ondas supersónicas. [00017] Firestone también se conoce en la técnica anterior, patente de los Estados Unidos No.2,625,035, presentada el 13 de enero de 1953, que se dice que describe transductores electromecánicos, y particularmente un aparato de cristal piezoeléctrico para enviar y recibir trenes de ondas supersónicas. [00018] Henry también se conoce en la técnica anterior, patente de los Estados Unidos No.3,004,425, presentada el 17 de octubre de 1961, que se dice que describe transductores piezoeléctricos, tal como cuarzo natural, y particularmente cuando se utiliza con instrumentos, tal como el reflectoscopio ultrasónico, que emplea la téenica impulso-eco de inspección de materiales ultrasónicos. [00019] Kossoff también se conoce en la técnica, patente de los Estados Unidos No. 3,936,791, presentada el 3 de febrero de 1976, que se dice que describe aparatos para examinación ultrasónica de objetos, particularmente en examen médico de diagnóstico, comprendido de un transductor de múltiples elementos en fase capaz de enfocar el haz de impulsos ultrasónicos en el plano longitudinal del transductor, y enfocar medios para enfocar las dimensiones del plano normal haz al plano longitudinal. [00020] Fox también se conoce en la técnica, patente de los Estados Unidos No.4,307,613, presentada el 29 de diciembre de 1981, que se dice que describe un arreglo de segmentos de transductores que se arreglan en columnas, cada uno de los cuales tiene una multiplicidad de segmentos. Los segmentos se alambran para permitir excitación por una o la otra de las dos fases opuestas de señal de alta frecuencia, y grupos de segmentos se pueden excitar con la misma fase para aproximar la forma de una placa zonal de fase inversa de anillos anulares. Al cambiar las agrupaciones de los elementos que se excitan de manera similar, la posición de la región focal producida por la placa zonal se traslada en posición lateral. Se emplea de manera conveniente un transformador de núcleo de ferrita para la separación de fase y la adición de las señales de eco recibidas por el dispositivo. [00021] Smith et al. también se conocen en la téenica anterior, patente de los Estados Unidos No. 4,890,268, presentada el 26 de diciembre de 1989, que se menciona que describe un arreglo en fase ultrasónico bidimensional que es una aproximación rectilínea a una apertura circular y se forma por una pluralidad de transductores, arreglado sustancialmente simétrico alrededor de tanto un primer eje (X) como un segundo eje (Y) y en una pluralidad de subarreglos, cada uno que se extiende en una primera dirección (es decir paralelo al eje de escaneo X) para la longitud de una pluralidad de transductores determinada para ese sub-arreglo, pero que tiene un ancho de un solo transductor que se extiende en una segunda dirección, ortogonal (el plano fuera del escaneo, o Y) para facilitar el enfoque dinámico y/o la apodización dinámica. Cada transductor de sub-arreglos se forma de una pluralidad de láminas (parte de un compuesto cerámico 2-2) todos conectados eléctricamente en paralelo por un electrodo transductor aplicado a primeros extremos yuxtapuestos de todas las láminas en cada transductor, en tanto que un electrodo común conecta los extremos restantes de todas las láminas en cada línea única de coordenada de X del arreglo. [00022] Han et al. también se conocen en la técnica anterior, Patente de los Estados Unidos No. 6,672,163, presentada el 6 de enero del 2004, que se dice que describe un método y aparato para caracterización in situ de fluidos de fondo de pozo en una perforación utilizando señales ultrasónicas. Las mediciones de la velocidad del sonido, atenuación de la señal, y retrodispersión acústica se utilizan para proporcionar datos cualitativos y cuantitativos como la composición, naturaleza de las partículas sólidas, comprensibilidad, punto de ebullición, y la relación petróleo/agua del fluido. La herramienta comprende en general tres conjuntos de transductores acústicos montados perpendiculares a la dirección del flujo. Estos transductores son capaces de operar en diferentes frecuencias de tal manera que se puede optimizar el espectro de la señal acústica. El aparato es capaz de operar en el fondo del pozo para proporcionar información de tiempo real sobre las condiciones en el pozo. [00023] Alberty también se conoce en la téenica anterior, patente de los Estados Unidos No.7,950,451, presentada el 31 de mayo del 2011, que se dice que describe métodos y aparatos que combinan una medición de la velocidad física del material dentro de la corona circular de un pozo entre la tubería de perforación y la pared del pozo con una medición del área del flujo como se determina de una medición de distancia entre la tubería de perforación y la pared del agujero para determinar la velocidad de flujo volumétrico de material real. Los cambios en la velocidad de flujo volumétrico en uno o más puntos a lo largo del pozo se pueden utilizar para determinar la ocurrencia y ubicación de las disfunciones del pozo. Este conocimiento se puede utilizar entonces para tomar decisiones acerca de tratar las disfunciones del pozo que conducirá a un uso más eficiente de la plataforma de perforación. [00024] Existe una necesidad para sistemas y métodos mejorados para comunicación a lo largo de pozos.

Breve Descripción de la Invención [00025] De acuerdo a un aspecto, la invención presenta un sistema de comunicación acústica para uso en un entubado. El sistema comprende un entubado que tiene un primer extremo y al menos un segundo extremo; una pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase, cada uno de los dispositivos de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase configurado para enviar señales acústicas y recibir señales acústicas. Un primer dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se coloca próximo al primer extremo del entubado y que tiene al menos un puerto de entrada para comunicación con un controlador y que tiene al menos un puerto de salida para comunicación con el controlador, y un segundo dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se coloca a una distancia del primer dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase, el segundo dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se configura para comunicarse con y para recibir instrucciones por medio del primer dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase; y un controlador configurado para activar el dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio del puerto de entrada, configurado para recibir una señal del dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio de la terminal de entrada de puerto de salida y configurado para proporcionar en un puerto de salida de controlador una señal eléctrica representativa de una señal acústica recibida por el dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase. [00026] En una modalidad, el entubado es una perforación de un pozo. [00027] En aún una modalidad adicional, el sistema de transductor no ocluye u obstruye la perforación del pozo. [00028] En otra modalidad, en donde cada uno de los dispositivos de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase tiene un identificador único utilizado en comunicación entre los dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase. [00029] En aún otra modalidad, cada uno de los dispositivos de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase opera en una frecuencia acústica diferente de la frecuencia acústica de operación de todos los otros dispositivos de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase. [00030] En aún otra modalidad, el pozo es un pozo petrolero. [00031] En aún otra modalidad, el pozo es un pozo de gas. [00032] En una modalidad adicional, el controlador comprende una computadora programable de propósito general y un conjunto de instrucciones grabadas de una manera no transitoria en un medio leíble por computadora. [00033] En una modalidad más, el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general, activa el dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio del puerto de entrada. [00034] En aún otra modalidad adicional, el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito en general, controla la recepción de una señal del dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio de la terminal de entrada de puerto de salida. [00035] En una modalidad, el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general, controla la provisión en un puerto de salida de controlador de una señal eléctrica representativa de una señal acústica recibida por el dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase. [00036] En aún otra modalidad, el sistema comprende además una pantalla. [00037] En aún otra modalidad, el conjunto de instrucciones cuando se opera en una computadora programable de propósito general, controla la operación de la pantalla. [00038] En aún otra modalidad adicional, el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general, controla la información que se presentará a un usuario. [00039] En una modalidad adicional, el sistema comprende además un dispositivo de entrada operable por un usuario. [00040] En una modalidad más, el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general, controla la recepción de una entrada de un usuario. [00041] En otra modalidad, al menos un dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase tiene forma tubular. [00042] En aún otra modalidad, al menos un dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase tiene una abertura interna de al menos la misma sección transversal como el entubado. [00043] En aún otra modalidad adicional, al menos un dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase está en comunicación con un sensor. [00044] Lo anterior y otros objetos, aspectos, características y ventajas de la invención llegarán a ser evidentes a partir de la siguiente descripción y de las reivindicaciones.

Breve Descripción de las Figuras [00045] Los objetos y características de la invención se pueden entender mejor con referencia a las figuras descritas más adelante, y las reivindicaciones. Las figuras no están necesariamente a escala, se coloca énfasis en su lugar por lo general en ilustrar los principios de la invención. En las figuras, los números similares se utilizar para indicar partes similares a lo largo de las diversas vistas. [00046] La Figura 1 es una vista esquemática de una sección de tubería del sistema. [00047] La Figura 2 es una vista esquemática de un diseño de múltiples elementos en fase para comunicación a través de la tubería llena de líquido. [00048] La Figura 3 es una vista esquemática de un transductor de múltiples elementos en fase y sus elementos. [00049] La Figura 4A es una vista esquemática de la activación de un transductor de múltiples elementos en fase que emite un haz en un ángulo al controlar el retardo de tiempo de los elementos del transductor. [00050] La Figura 4B es una vista esquemática de la activación de un transductor de múltiples elementos en fase en un modo de barrido al controlar el retardo de tiempo de los elementos del transductor. [00051] La Figura 5A es una vista en sección transversal esquemática de un diseño de transductor de anillo piezoeléctrico angular, dual. Las flechas muestran la dirección de la señal transmitida de cada transductor. Los transductores pueden detectar señales desde la dirección opuesta. [00052] La Figura 5B es otra vista del transductor en la Figura 5A. [00053] La Figura 6 es una vista esquemática de un transductor de expansión de volumen bidireccional que produce una presión alternativa que viaja tanto arriba como debajo de una tubería. También puede ser un elemento de múltiples elementos en fase que se puede configurar para transmitir o recibir señales acústicas en una dirección. [00054] La Figura 7A es un diagrama esquemático de un pozo vertical. [00055] La Figura 7B es un diagrama esquemático de un pozo horizontal autónomo. [00056] La Figura 7C es un diagrama esquemático de un pozo multilateral. [00057] La Figura 8 es un diagrama esquemático de un controlador en comunicación con una pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase y un sensor. [00058] La Figura 9 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso de recolección de datos. [00059] La Figura 10 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso de recolección de datos alternativo.

Descripción Detallada de la Invención [00060] Un módem acústico que utiliza una pluralidad de transceptores de múltiples elementos en fase separados (transmisores y receptores) se describe que permite la comunicación de ondas acústicas de alta frecuencia a los lados del transductor a lo largo de una tubería llena de fluido. El transductor acústico descrito permite dirigir las ondas entre el transmisor y el receptor con una interferencia mínima introducida por la presencia de las paredes de tuberías. En otra modalidad, un sistema y método para enviar directamente señales de comunicación de arriba abajo en un pozo se describe que utiliza transductores de anillo piezoeléctrico, angulares. [00061] Un transductor de múltiples elementos en fase acústico se describe que mejora la comunicación a lo largo de las tuberías llenas de fluido. Los transductores se configuran para transmitir en un ángulo pequeño a la superficie con un haz angosto que se puede dirigir para reducir al mínimo las interferencias con la geometría de la tubería a lo largo de la ruta a la parte receptora del módem. [00062] Se describen sistemas y métodos de comunicación que son necesarios para transmitir datos de sensores, así como accionadores de control en la zona de terminación de un pozo. Transductores [00063] Se muestra en la Figura 1 una vista esquemática general de una sección de tubería del sistema. [00064] En un pozo o tubería de trabajo, el fluido que está presente puede incluir petróleo crudo, agua, limo y químicos. De acuerdo a una modalidad, los transductores de múltiples elementos en fase se utilizan para generar ondas y transmitirlas de forma paralela a la dirección principal de la tubería, para transmitir ondas acústicas a lo largo del fluido fluente. El transductor de múltiples elementos en fase permite diseñar el sistema para operar en una frecuencia apropiada que se determina por frecuencia de corte debido a la atenuación y a la velocidad requerida en baudios. En práctica, entre mayor sea la frecuencia mayor será la velocidad en baudios y mayor será la atenuación. [00065] Un proyector acústico bidireccional de expansión de volumen puede producir señales de comunicación ultrasónicas/sónicas en el fondo del pozo y en la parte superior del pozo. Ya que la tubería llena de líquido forma una guía de onda, se pueden propagar diferentes modos de las ondas en el núcleo líquido con fase y velocidades de grupo diferentes. A fin de recibir señales claras y menos distorsionadas, es mejor operar en modos fundamentales que puedan propagarse a través del fluido. Para una tubería llena de líquido de pared dura ideal de 5 pulgadas (12.7 cm) de diámetro la frecuencia de corte más baja para el modo más alto es D7 kHz asumiendo que la velocidad del líquido es 1500 m/s, lo que es convencional de un fluido como el agua. La invención descrita comprende módems con tres configuraciones diferentes de transductor acústico como ahora se describirá. Transductor de múltiples elementos en fase lineal [00066] Un transductor de múltiples elementos en fase lineal se escanea de forma eléctrica para producir una señal en el fondo del pozo o en la parte superior del pozo como se describirá más adelante. La Figura 2 muestra una vista esquemática de un diseño de transmisor de múltiples elementos en fase para comunicación a través de la tubería llena de líquido. El transmisor de múltiples elementos en fase comprende al menos dos transductores de anillo. Un anillo piezoeléctrico activo se cubre por una capa de aislamiento eléctrico y tiene un protector acústico para reducir al mínimo o para impedir que irradié energía acústica fuera de la tubería. La frecuencia del transductor se puede ajustar para que sea menor que cualquier frecuencia de corte de modo alto para evitar distorsión de señales que se puede provocar por diferentes velocidades de fase y de grupo de los modos de alta propagación en la tubería llena de líquido y aún mantener el beneficio de la atenuación de propagación relativamente baja del modo fundamental en la tubería. La superficie interior del transductor está conformada del diámetro interior de la tubería para evitar interferencia mecánica con el flujo y el paso de los instrumentos en el fondo del pozo y para evitar la creación de turbulencia local adicional que es una fuente de ruido para un receptor de señales. La Figura 2 muestra un transmisor o receptor electrónico que envía o recibe señales en la dirección ascendente. El retardo de tiempo t = V/L, donde V es la velocidad acústica del líquido del modo fundamental en la tubería, y L es el espacio entre los centros de transductores adyacentes. La altura del transductor debe ser de manera preferente menor que la mitad de la longitud de onda de la onda de modo para alta eficiencia de transmisión. Las señales acústicas transmitidas de los transductores se añadirán cuando se propaguen de forma ascendente en la tubería pero pueden crear cancelación de fases en la dirección descendente en el intervalo de frecuencias de trabajo. Una respuesta similar se puede lograr cuando un arreglo funciona como un receptor acústico. La cancelación se puede optimizar al ajustar el número y espacio de los transductores. En algunas modalidades, las etapas de retardo de tiempo se pueden reemplazar por cambiadores de fase. Como es bien entendido, una diferencia en tiempo y una diferencia en fase son equivalentes, y se pueden ínter-relacionar si a una se le dan las características de las señales que se aplican a un sistema de múltiples elementos en fase. [00067] En general, los transductores acústicos y ultrasónicos convencionales comprenden ya sea un solo elemento activo que tanto genera como recibe las ondas sonoras, o dos elementos asociados en los cuales uno se utiliza para transmisión y el otro elemento se utiliza para recepción. En contraste, los transductores de múltiples elementos en fase se hacen como un montaje plano de múltiples elementos individuales pequeños, como se ilustra en la Figura 3, cada uno de los cuales se puede hacer que emita impulsos de manera individual. Al controlar la fase de la onda transmitida de cada uno de los elementos individuales, toma lugar la interferencia para crear una onda que tiene directividad controlada. Específicamente, al controlar el retardo de tiempo entre el disparador de la señal emitida aplicada a cada elemento sucesivo, las ondas sonoras emitidas pueden formar un haz que se puede dirigir sobre un intervalo de ángulos deseados. [00068] La Figura 4A es una vista esquemática de activación de un transductor de múltiples elementos en fase en un modo de barrido al controlar el retardo de tiempo de los elementos del transductor. En la Figura 4A las líneas 410, 410' denotan este haz dirigido que se propaga en un ángulo a través de la tubería, cuyas paredes son dentelladas 420, 420'. El arreglo en fase de transmisores se denota por 430. Por lo tanto, se puede generar una transmisión de onda acústica en un ángulo que puede variar de aproximadamente de +90° a la superficie del arreglo aproximadamente de -90° a la superficie del arreglo. Las señales se pueden recibir mediante otro transductor de múltiples elementos en fase a una distancia del transmisor a lo largo de la superficie de la tubería. [00069] La Figura 4B es una vista esquemática de la activación de un transductor de múltiples elementos en fase en un modo de barrido al controlar el retardo de tiempo de los elementos del transductor.

Transductores direccionales [00070] Otro método para producir señales de comunicación ultrasónicas/sónicas en el fondo del pozo o en la parte superior del pozo es utilizar un transductor de anillo piezoeléctrico (o anillo segmentado) angular. La Figura 5A es una vista en sección transversal esquemática de un diseño de transductor de anillo piezoeléctrico angular, dual que tiene una superficie normal predominantemente frente a la parte superior del pozo (540) o en el fondo del pozo (540'). Las flechas muestran la dirección de la señal transmitida de cada transductor. Los transductores pueden detectar señales en la dirección opuesta. El transductor en la parte superior de la tubería o el transductor en la parte inferior de la tubería se puede cambiar de forma individual en o al mismo tiempo para enviar una señal a la parte superior o en el fondo del pozo. En una modalidad, los transductores de anillo se pueden diseñar con capas de adaptación Solid Micro Horn Array SM1HA para incrementar la potencia transmitida y reducir la señal reflejada. Ver Sherrit, Xiaoqi Bao, Yoseph Bar-Cohen, "Solid Microhorn Arrays for Acoustic Impedance Matching", Proceedings of the SPIE 15th International Symposium on Smart Structures and Materials, San Diego, CA, SPIE Vol. 6932-107, 9-13 Marzo, 2008 y Stewart Sherrit, Siaoqi Bar, Yoseph Bar-Cohen, "Micro-Hornh Arrays for Ultrasonic Impedance Matching" NPO-43907, NASA Tech Briefs, ol. 33, No.9, pp. 46-47, Septiembre 2009. Se cree que el par de transductores se puede utilizar para medir una señal enviada desde encima de la sección y transmitir información debajo de una sección o viceversa. Los transductores mostrados generarán también ondas ultrasónicas en la tubería que viajan a velocidades mucho más rápidas y estas señales se pueden utilizar para corroborar las señales que se transmiten a través del petróleo.

Transductor de expansión de volumen bidireccional [00071] La Figura 6 es una vista esquemática de un transductor de expansión de volumen bidireccional que produce una presión alternativa que viaja tanto arriba como debajo de una tubería. Este transductor transmite de manera simultánea señales acústicas de arriba a abajo en la tubería. El transductor comprende anillos piezoeléctricos en una o más pilas, y una flexura metálica. Cuando el transductor se excita, las una o más pilas de anillos piezoeléctricos se expanden y se contraen, y a su vez comprimen la flexura metálica y le permiten regresar a un estado no comprimido. Cuando se comprime, la flexura empuja el manguito de elastómero en la tubería y crea una onda de presión que se propaga de arriba a abajo en la tubería. La onda de presión se genera a la misma frecuencia como aquella de la pila de anillos piezoeléctricos excitados. Éstos pueden ser elementos de transductor singulares o se pueden configurar en un arreglo lineal cilindrico a lo largo de la longitud de la tubería.

Componentes de sistema y elementos de comunicaciones [00072] Como se usa en la presente, la frase "dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase" (o PAACD") se propone que signifique un dispositivo de comunicación que comprende un arreglo en fase de transductores acústicos de al menos uno de los tipos descritos en la presente, junto con una fuente de alimentación, una computadora programable de propósito general, y un conjunto de instrucciones grabadas en un medio leíble por computadora configurado de tal manera que el dispositivo pueda recibir y transmitir señales acústicas, puede codificar, decodificar y procesar información precedente de y/o que va a otro PAACD o un sensor, y puede operar de manera autónoma (por ejemplo, no necesita estar soportado por otro dispositivo) cuando se requiere operar de forma autónoma. [00073] La Figura 7A es un diagrama esquemático de un pozo vertical. En la Figura 7A, existe un dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 710 en la parte superior del pozo, y uno o más dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 712, 714 a distintas profundidades en el pozo. [00074] La Figura 7B es un diagrama esquemático de un pozo horizontal autónomo. En la Figura 7B, existe un dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 730 en la parte superior del pozo, y uno o más dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 732, 734 en varias posiciones a lo largo de la perforación del pozo. [00075] La Figura 7C es un diagrama esquemático de un pozo multilateral. En la Figura 7, existe un dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 750, en la parte superior del pozo, y uno o más dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 753, 754, 756 en varias posiciones a lo largo de la perforación del pozo, que pueden ser ubicaciones a lo largo de diferentes ramales de la perforación. [00076] La Figura 8 es un diagrama esquemático de un controlador en comunicación con una pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase y un sensor. Como se ilustra en la Figura 8, en una modalidad del controlador es un controlador basado en computadora 810, tal como una computadora programable de propósito general que se puede programar con instrucciones grabadas de una manera no volátil o en un medio leíble por computadora 812 tal como un disco magnético. Las instrucciones se pueden comunicar del medio leíble por computadora 812 al controlador basado en computadora 810, por ejemplo como se ilustra por la flecha 814, que puede denotar que el medio leíble por computadora 812 se conecta físicamente al controlador basado en computadora 810, o está en comunicación electrónica con el controlador basado en computadora 810. [00077] Cuando se opera en el controlador basado en computadora 810, las instrucciones grabadas de la forma no volátil en el medio leíble por computadora 812 definen métodos de operación de una pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 816, 830, 832, 834. En general, al menos se proporcionan dos dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 812, 830. Los dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 816 (también referidos como dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 1 o el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase en la parte superior del pozo) está en comunicación bidireccional con el controlador 810 como se designa por la flecha bidireccional 812. La comunicaciórl entre el controlador basado en computadora 810 y el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 816 se puede realizar usando cualquier protocolo digital conveniente, por ejemplo cualquiera de los protocolos de IEEE 802, el protocolo International Telecomunications Union (ITU) H.323, o el protocolo Integrated Services Digital Network (ISDN). La comunicación bidireccional se puede hacer mediante una conexión eléctrica alambrada, una conexión inalámbrica, una conexión de fibra óptica, o cualquier otra conexión de comunicación convencional. La distancia física entre el controlador 810 y el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 816 puede ser cualquier distancia conveniente. [00078] El controlador basado en computadora 810 puede recibir instrucciones o comandos de un usuario, que puede emitir estas instrucciones o comandos usando el dispositivo tal como un teclado, un ratón, una pantalla táctil o cualquier dispositivo de interfaz humana conveniente que se comunica con el controlador basado en computadora 810. [00079] El usuario se puede colocar próximo al controlador basado en computadora 810, o puede estar alejado del controlador basado en computadora 810 y conectarse al controlador basado en computadora usando un sistema de comunicación basado en paquetes tal como la Internet. [00080] El controlador basado en computadora 810 puede incluir una pantalla. Si un usuario está próximo al controlador basado en computadora 810, la pantalla se puede utilizar para mostrar al usuario el progreso de las comunicaciones que se están llevando a cabo. Si el usuario está alejado del controlador basado en computadora 810, la información que se va a mostrar se puede comunicar a una pantalla próxima a la ubicación del usuario. En particular, ya sea la pantalla se puede configurar para mostrar al usuario información indicativa de las comunicaciones que se están llevando a cabo. [00081] El dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 816 puede comunicarse usando los métodos acústicos de la invención con uno o más dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 830, 832, ... 834 (indicados como dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 2, 3 y N donde N es un entero mayor que o igual a 4) de una manera directa (indicada por flechas bidireccionales 842, 844 y 846, respectivamente), o indirectamente al usar un enlace de comunicación entre dos de los otros dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase (indicados por flechas bidireccionales 852, 854). [00082] A fin de efectuar la comunicación, cada dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase incluye un procesador local, tal como un microprocesador o un microcontrolador, una memoria local tal como una memoria de semiconductores, y una fuente de alimentación local, tal como una batería. A Cada dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se le puede asignar una identificación única, tal como una cadena alfa-numérica única. De manera alternativa, cada transductor puede utilizar una frecuencia de operación única como un identificador. La comunicación se puede llevar a cabo de acuerdo a un protocolo acordado, tal como un protocolo digital basado en paquetes comunicado por medio de señales acústicas entre los dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase. [00083] Un sensor 860 se ilustra en la Figura 8, que se muestra como que está en comunicación bidireccional con el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 830, por medio de la flecha punteada 870. La flecha punteada se utiliza para indicar un enlace de comunicación que se puede cambiar posiblemente a otro de los dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase, dependiendo de cuál es el más cercano al sensor 860. [00084] La Figura 9 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso de recolección de datos. Como se ilustra en la Figura 9, en el paso 920 se emite un comando por un controlador, tal como el controlador basado en computadora 810. El comando puede ser en respuesta a una directiva de un usuario, o se puede emitir con base en una instrucción en un conjunto de instrucciones grabadas en un medio leíble por computadora 812. Los comandos dirigen el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 1 para comunicar una instrucción a otro dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase para recolectar datos y/o para reportar datos ya recolectados. En el paso 922 el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 1 envía un comando apropiado a un segundo dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase, tal como el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase 2 (o, como se entenderá a partir la Figura 8, cualquier otro dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase cuando se necesite), cuyo comando instruye la recepción del dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos para realizar acciones específicas. En el paso 924, el segundo dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase realiza las acciones necesarias, por ejemplo, para preparar datos. En el paso 926 el segundo dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase envía los datos al primer dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase. En el paso 928 el primer dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase envía los datos al controlador. En el paso 930 el controlador genera un resultado a partir de los datos, que son datos digitales, tal como analizar los datos o convertir los datos a una forma necesaria para el usuario, tal como datos textuales, numéricos o gráficos. En el paso 932 el resultado se graba, y/o almacena, y/o se muestra. [00085] La Figura 10 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso de recolección de datos alternativo. En el proceso de la Figura 10, en el paso 1020 el segundo dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase (por ejemplo, un dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase colocado en una perforación o entubado de pozo) prepara los datos de acuerdo a un programa (por ejemplo, de acuerdo a las instrucciones grabadas en una memoria leíble por computadora local residente en el dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase). En el paso 1022 el segundo dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase envía los datos al primer dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase. En el paso 1024 el primer dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase envía los datos al controlador. En el paso 1026 el controlador genera un resultado a partir de los datos, que son datos digitales, tal como analizar los datos o convertir los datos a una forma necesaria por el usuario, tal como datos textuales, numéricos o gráficos. En el paso 1028 el resultado se graba, y/o almacena, y/o muestra. [00086] El transductor acústico es un componente importante del sistema y mejora la comunicación de los sensores así como el control de los accionadores en la zona de terminación. Velocidades de datos y volúmenes de datos [00087] En una primera modalidad, el módem descrito modula una señal portadora analógica para codificar información digital, y también desmodula la señal portadora para decodificar la información transmitida. Por lo tanto, se puede transmitir una señal y decodificar para reproducir los datos digitales originales. [00088] En una segunda modalidad, el módem puede utilizar señales pulsantes que comprenden una pluralidad de ciclos en una frecuencia de operación para codificar y para decodificar información. En este sistema, los impulsos y los espacios entre los impulsos se utilizan para codificar información de acuerdo a un protocolo predefinido. [00089] La velocidad de datos que se puede esperar está en el intervalo de hasta el intervalo de decenas de kilo-Hertz. La información que se puede comunicar incluye la información normal que se registra convencionalmente para pozos, tal como el estado del pozo, condiciones geológicas del entorno que rodea la perforación, velocidad de flujo de petróleo o gas, y cualquier otra información que los sensores son capaces de proporcionar.

Velocidad del sonido [00090] Como se apreciará, la comunicación acústica se basa en la velocidad de propagación de las señales acústicas. La velocidad del sonido en varios medios se presenta por la siguiente Tabla 1.

Tabla 1 [00091] Para fluidos tal como el aire y el agua, los parámetros dados en las fórmulas son como siguen:? (teta) es la temperatura en grados Celsius (°C); p es la densidad del fluido; y K es el módulo de volumen. [00092] Para un sólido, que se modela como una materia elástica, los parámetros dados en la fórmula son como sigue: K y G son el módulo de volumen y el módulo de corte de los materiales elásticos, respectivamente, Y es el módulo de Young, y v es la relación de Poisson. En particular la relación entre el módulo Young y la relación de Poison se da por Y = 3K(1-2v) De acuerdo a la Patente de los Estados Unidos No.6,672,163, la velocidad del sonido para líquidos está en el intervalo de 0.8 mm/pseg (u 800 m/s) a 2 m/pseg (o 2000 m/s). [00093] Por lo tanto, es evidente que una señal acústica de una fuente en un pozo tomará convencionalmente de fracciones de un segundo (para fuentes de señales cercanas a la superficie) a unos cuantos segundos (para fuentes de varios kilómetros de profundidad en un pozo) para viajar a un receptor ubicado en la superficie. El tiempo para transmitir una señal en la dirección opuesta también requerirá un tiempo similar de viaje para propagarse desde una fuente en la superficie a un receptor ubicado alguna distancia en el fondo del pozo. [00094] En algunos casos, puede ser necesario "retransmitir" una señal al proporcionar una pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase, ubicados a diferentes distancias a lo largo del pozo, de tal manera que una señal de una fuente de profundidad en el pozo se pueda recibir por un dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase más cercano a la superficie, amplificada, y retransmitida a otro dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase más cercano a (o en) la superficie, para proporcionar suficiente amplitud de señal para transmitir información exitosamente y con una taza de error aceptablemente baja. El mismo método de "retransmitir" una señal se puede utilizar en la dirección descendente (por ejemplo, de la fuente a un dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase ubicado a alguna distancia abajo del pozo). El retardo en el manejo de datos electrónicos será muy corto (por ejemplo, del orden de microsegundos o menos por dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase). El retardo en conversión de una señal entre una señal eléctrica y una señal acústica como se realiza por un dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase será del orden de unos pocos ciclos acústicos a la frecuencia de operación, que es del orden de milisegundos a frecuencias de kilo Hertz. Por lo tanto, los retardos debidos a la propagación en general van a ser los retardos limitadores de velocidad en el sistema. [00095] En algunas modalidades, se espera que el retardo sea del orden de unos cuantos segundos a unas cuantas decenas de segundos para una propagación de "ida y vuelta" de una señal.

Fuentes de alimentación [00096] Los sistemas de alimentación se utilizan en la medición en tanto que los sistemas de perforación (MWD) se pueden clasificar en general como uno de dos tipos: batería o turbina. Ambos tipos de sistemas de alimentación tienen ventajas y compromisos inherentes. En muchos sistemas MWD, una combinación de estos dos tipos de sistemas de alimentación se utiliza para proporcionar energía a la herramienta MWD por lo que la energía no se interrumpirá durante condiciones de flujo de fluido de perforación intermitentes. Las baterías pueden proporcionar estar energía independiente de la circulación de fluido de perforación, y son necesarias si el registro se presenta durante el disparo en o fuera del agujero. [00097] Las baterías del cloruro de litio-tionilio se utilizan comúnmente en sistemas MWD debido a su excelente combinación de alta densidad de energía y rendimiento superior a temperaturas de servicio de MWD. Éstas proporcionan una fuente de voltaje estable hasta muy cerca del final su vida útil, y no requieren sistemas electrónicos complejos para condicionar el suministro. Estas baterías, sin embargo, tienen salida de energía instantánea limitada, y pueden ser inadecuadas para aplicaciones que requieren una alta demanda de corriente. Aunque estas baterías son seguras a bajas temperaturas, si se calientan por encima de 180°C, pueden someterse a una reacción violenta, acelerada y explotar con una fuerza significativa. A pesar de que estas baterías son muy eficientes durante su vida útil, no son recargables, y su disposición está sujeta a estrictas normas ambientales. De manera alternativa, se pueden utilizar baterías secundarias (o recargables). [00098] La segunda fuente de generación de energía abundante, energía de turbina, utiliza el flujo de fluido de perforación del equipo de perforación como una fuente de energía (o para transmitir energía de una fuente de energía a la boca del pozo a un dispositivo que consume energía en el fondo del pozo). Una turbina utiliza el flujo de lodo para generar movimiento rotacional. La fuerza rotacional se transmite por un rotor de turbina a un alternador a través de un árbol común, generando una corriente alterna trifásica (AC) de frecuencia variable. El circuito electrónico rectifica la AC en corriente directa utilizable (DC). La corriente excedente se puede utilizar para recargar una batería recargable.

Control de computadora de operación [00099] Los paquetes de adquisición y análisis de datos comercialmente disponibles tal como LabViewMR, LabWindowsMR/CVI software and PXI hardware (disponible de parte de National Instruments Corporation, 11500 N. Mopac Expwy, Austin, TX 78759-3504) se pueden utilizar para recibir, registrar y analizar datos, y controlar la operación de hardware, utilizando una computadora programable de propósito general. Esto se ha reportado en la literatura durante algunos años. Una persona experta en la téenica puede construir y operar estos sistemas con necesidad mínima de experimentación.

Definiciones [000100] A menos de que se exprese explícitamente lo contrario en la presente, cualquier referencia a una señal acústica, a una señal electrónica o una señal electromagnética (o sus equivalentes) se va a entender como que se refiere a una señal acústica no transitoria, una señal electrónica no transitoria o una señal electromagnética no transitoria. [000101] La grabación de los resultados de una operación o adquisición de datos, tal como por ejemplo, la grabación de resultados a una frecuencia o longitud de onda particular se entiende que significa y se define en la presente como escritura de datos de salida de una manera no transitoria a un elemento de almacenamiento, a un medio de almacenamiento leíble por computadora, o a un dispositivo de almacenamiento. Los medios de almacenamiento leíbles por computadora no transitorios que se pueden utilizar en la invención incluyen medios de almacenamiento electrónicos, magnéticos y/u ópticos, tal como discos flexibles o discos duros; una unidad de DVD, una unidad de CD, que en algunas modalidades se pueden emplear discos DVD, cualquiera de los discos CD-ROM (es decir, discos de almacenamiento ópticos, de sólo lectura), discos CD-R (es decir, discos de almacenamiento óptico, de múltiples lecturas, de una sola escritura), y discos CD-RW (es decir, discos de almacenamiento óptico re-escribibles); y medios de almacenamiento electrónicos, tal como RAM, ROM, EPROM, tarjetas Compact Flash, tarjetas PCMCIA, o de manera alternativa memoria SD o SDIO, y los componentes electrónicos (por ejemplo, unidades de disco flexible, unidad de DVD, unidad de CD/CD-R/CD-RW, o adaptador Compact Flash/PCMCIA/SD) que se adapten y lean de y/o escriban a los medios de almacenamiento. A menos que se exprese explícitamente lo contrario, cualquier referencia en la presente a "grabar" o "grabación" se entiende que se refiere a un registro no transitorio o a una grabación no transitoria. [000102] Como se conoce por aquellos expertos en la téenica en medios de almacenamiento leíbles por computadora, continuamente se están ideando nuevos medios y formatos para almacenamiento de datos, y cualquier conveniente, medio de almacenamiento comercialmente disponible y dispositivo de lectura/escritura correspondiente que pueda llegar a estar disponible en el futuro es probable que sea apropiado, específicamente si proporciona alguna de una capacidad de almacenamiento mayor, una velocidad de acceso mayor, un tamaño menor, y un costo menor por bit de información almacenada. También están disponibles medios leíbles por computadora más viejos, bien conocidos para úso bajo ciertas condiciones, tal como tarjetas o cinta de p^pel perforadas, grabación magnética en cinta o alambre, lectura óptica o magnética de caracteres impresos (por ejemplo^ OCR y símbolos magnéticamente codificados) y símbolos ¡ leíbles por computadora tal como códigos de barras ide una y dos dimensiones. La grabación de datos de imágenes para uso posterior (por ejemplo, escritura de una i aglen a una memoria ¡ o a una memoria digital) se puede realizar jpara permitir el uso de la información grabada como salida, como datos para mostrar a un usuario, o como datos que van Ja ser puestos a disposición para uso posterior. Estos elementos o chips de memoria digital pueden ser dispositivos de mémoria autónomos, o se pueden incorporar con un disposit vo de interés. "Escritura de datos de salida" o "escrituralde una imagen a una memoria" se define en la presente domo que incluye escritura de datos transformados a registras dentro de una microcomputadora. J [000103] "Microcomputadora" se define en ¡la presente como sinónimo de microprocesador, microcontroladór, un procesador digital de señales ("DSP"). Se entiend^ que la memoria utilizada por la microcomputadora, que incluye por ejemplo instrucciones para procesamiento de datos Jcodificados como "firmware" puede recidir en la memoria físicamente dentro de un microchip de microcomputadora o en una memoria externa a la microcomputadora o en una combinación de memoria interna y externa. De manera similar, se pueden digitalizar señales analógicas por un convertidor analógico a digital autónomo ("ADC") o uno o más ADC o canales de ADC multiplexados pueden residir dentro de un encapsulado de microcomputadora. También se entiende que los chips de arreglo de compuertas programables en campo ("FPGA") o chips de circuitos integrados de aplicación especifica ("ASIC") pueden realizar funciones de microcomputadora, ya sea en lógica de hardware, emulación de software o una microcomputadora, o por una combinación de los dos. Los aparatos que tienen cualquiera de las características inventivas descritas en la presente pueden operar completamente en una microcomputadora o pueden incluir más de una microcomputadora. [000104] Las computadoras programables de propósito general útiles para controlar instrumentaciones, grabar señales y analizar señales o datos de acuerdo a la presente descripción pueden ser cualquiera de una computadora personal (PC), un microprocesador basado en computadora, una computadora portátil, o cualquier otro tipo de dispositivo de procesamiento. La computadora programable de propósito general convencionalmente comprende una unidad de procesamiento central, una unidad de memoria o almacenamiento que puede grabar y leer información y programas utilizando medios de almacenamiento leíbles por computadora, una terminal de comunicación tal como un dispositivo de comunicación alámbrica o un dispositivo de comunicación inalámbrica, un dispositivo de salida tal como una terminal de visualización, y un dispositivo de entrada tal como un teclado. La terminal de visualización puede ser una pantalla táctil, en cuyo caso puede funcionar tanto como un dispositivo de visualización como un dispositivo de entrada. Pueden estar presentes dispositivos de entrada diferentes y/o adicionales tal como dispositivos señaladores, tal como un ratón o una palanca de mando, y pueden estar presentes dispositivos de salida diferentes o adicionales tal como un anunciador, por ejemplo, un altavoz, una segunda pantalla, o una impresora. La computadora puede ejecutar cualquiera de una variedad de sistemas operativos, tal como por ejemplo, cualquiera de las versiones diferentes de Windows, o de MacOS, o de UNIX o de Linux. Los resultados computacionales obtenidos en la operación de la computadora de propósito general se pueden almacenar para uso posterior, y/o se pueden mostrar a un usuario. Por lo menos, cada computadora de propósito general basada en microprocesador tiene registros que almacenan los resultados de cada paso computacional dentro del microprocesador, cuyos resultados entonces se almacenan comúnmente en memoria cache para uso posterior, de tal manera que el resultado se puede mostrar, grabar a una memoria no volátil, o utilizar en procesamiento o análisis de datos adicionales.

Análisis teórico [000105] Aunque en la descripción teórica dada en la presente se cree que va a ser correcta, la operación de los dispositivos descritos y reivindicados en la presente no depende de la precisión o validez de la descripción teórica. Es decir, los desarrollos teóricos posteriores que pueden explicar los resultados observados sobre una base diferente de la teoría presentada en la presente no restarán valor a las invenciones descritas en la presente. [000106] Cualquier patente, solicitud de patente, publicación de solicitud de patente, artículo de diario, libro, artículo publicado, o cualquier otro material públicamente disponible identificado en la especificación se incorporan en su totalidad por la presente como referencia en la presente. Cualquier material, o porción del mismo, que se dice que se va a incorporar como referencia en la presente, pero que entra en conflicto con las condiciones existentes, declaraciones, u otro material de descripción expuesto explícitamente en la presente sólo se incorpora en la medida que no exista ningún conflicto entre ese material incorporado y el presente material de descripción. En el caso de conflicto, el conflicto se va a resolver a favor de la presente descripción como la descripción preferida. [000107] En tanto que la presente invención se ha mostrado y descrito en particular con referencia al modo preferido como se ilustra en las figuras, se entenderá por una persona experta en la téenica que varios cambios en los detalles pueden verse afectados en la misma sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de comunicación acústica para uso en un entubado, caracterizado porque comprende: un entubado que tiene un primer extremo y al menos un segundo extremo; una pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase, cada uno de los dispositivos de la pluralidad de los dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se configura para enviar señales acústicas y para recibir señales acústicas, un primer dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se coloca próximo al primer extremo del entubado y que tiene al menos un puerto de entrada para comunicación con un controlador que tiene al menos un puerto de salida para comunicación con el controlador, y un segundo dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se coloca a una distancia del primer dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase, el segundo dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase se configura para comunicarse y para recibir instrucciones por medio del primer dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase; y un controlador configurado para activar el dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio del puerto de entrada, configurado para recibir una señal del dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio de la terminal de entrada de puerto de salida y configurado para proporcionar en un puerto de salida del controlador una señal eléctrica representativa de una señal acústica recibida por el dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase.

2. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el entubado es una perforación de un pozo.

3. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el sistema de transductores no ocluye u obstruye la perforación del pozo.

4. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase tiene un identificador único utilizado en dispositivos de comunicación.

5. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los dispositivos de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase opera a una frecuencia acústica diferente de la frecuencia acústica de operación de todos los otros dispositivos de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase.

6. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el pozo es un pozo petrolero.

7. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el pozo es un pozo de gas.

8. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el controlador comprende una computadora programable de propósito general y un conjunto de instrucciones grabadas de una manera no transitoria en un medio leíble por computadora.

9. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general activa un dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio del puerto de entrada.

10. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general controla la recepción de una señal del dispositivo de comunicación acústica de múltiples elementos en fase por medio de la terminal de entrada de puerto de salida.

11. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general controla la provisión en un puerto de salida del controlador de una señal eléctrica representativa de una señal acústica recibida por el dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase.

12. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una pantalla.

13. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general controla la operación de la pantalla.

14. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general controla la información que se presentará a un usuario.

15. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un dispositivo de entrada operable por un usuario.

16. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el conjunto de instrucciones cuando se opera en la computadora programable de propósito general controla la recepción de entrada de un usuario.

17. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase tiene una forma tubular.

18. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase tiene una abertura interna de al menos la misma sección transversal como el entubado.

19. El sistema de comunicación acústica para uso en un entubado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un dispositivo de la pluralidad de dispositivos de comunicación acústica de múltiples elementos en fase está en comunicación con un sensor.