NO20131657A1 - E-felt trådløst kommunikasjonssystem for en borebrønn - Google Patents

Description

E-FELT TRÅDLØST KOMMUNIKASJONSSYSTEM FOR EN BOREBRØNN

Fagområde

[0001] Den foreliggende oppfinnelsen tilhører fagområdet for etablering av kommunikasjonslinker mellom overflate- eller landbasert utstyr og instrumentering anordnet i borebrønnen. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen trådløs kommunikasjon i et ringrom i borebrønnen, hvor ringrommet kan strekke seg inn i én eler flere laterale borebrønner.

Bakgrunnsteknikk

[0002] Trådløs nedihulls-sensorteknologi installeres for tiden i mange olje og gassbrønner. Innenfor bakgrunnsteknikken finnes det systemer som er induktivt koplet, noe som muliggjør bruk av autonome apparater fjerntliggende i en borebrønn uten behov for noen kabelforbindelse, ledning eller batteri, hverken for kraftoverføring eller for kommunikasjon. Disse systemene gjør bruk av et par med induktive spoler hvor en av spolene vanligvis følger med foringsrøret, dvs. anordnet i brønnen som del av foringsrør-eller tu bing program met. Dermed må spolene i spoleparet innrettes i forhold til hverandre, vanligvis som en del av kompletteringsprogrammet, slik at de er innenfor en gitt avstand som kreves for at magnetfeltet fra den ene spolen skal detekteres av den andre eller vice-versa.

[0003] De induktive spolene består vanligvis av en leder som er viklet om en kjerne. På sendersiden vil det bli generert et magnetisk felt i det en elektrisk strøm påtrykkes lederen, mens det vil bli generert en spenning over spolen på mottakersiden når det magnetiske feltet fra senderen når mottakerspolen. Vi kan si at mottakerspolen høster fra senderen.

[0004] Innenfor kjent teknikk har energihøsting blitt benyttet for å frembringe kraft til den fjerntliggende siden av den induktive trådløse linken for å forsyne et fjerntliggende brønninstrument, slik at instrumentet har tilstrekkelig med kraft til å sende data fra den fjerntliggende plasseringen, f.eks. sensordata, tilbake til spolen som følger med produksjonsrøret.

[0005] Spolen som følger med produksjonsrøret kan igjen være tilkoblet et overflatekontrollsystem ombord på en plattform eller skip ved hjelp av en nedihullskabel, og kontrollsystemet vil dermed motta informasjonen fra det fjerntliggende borebrønnsinstrumentet slik at det kan benyttes til å analysere egenskapene til borebrønnen eller den omkringliggende formasjonen.

[0006] Et problem knyttet til systemene ifølge kjent teknikk er at området til den induktive trådløse linken er begrenset, og at innretting av de induktive spolene er kritisk for etablering av linken. Dette kan forsinke progresjonen med å kjøre og sette et kompletteringsprogram for borebrønnen på grunn av det iboende kravet til proksimitet mellom de involverte induktive koblerne.

[0007] Et annet problem er knyttet til informasjonsmengden som kan overføres av den induktive trådløse forbindelsen. Informasjon eller data er vanligvis i digitalt format og moduleres over det lavfrekvente induktive feltet som opptrer som en bærebølge.

[0008] US patent 5,008,664 fremviser et apparat som benytter et sett med induktive spoler for å oversende AC-data og energisignaler mellom ned i hu I Isa ppa ratet og apparatet på jordens overflaten.

[0009] Europeisk patentsøknad EP 0678880 Al fremviser en induktiv koplingsanordning for koaksialt anordnede tubulære medlemmer hvor medlemmene kan være teleskopisk anordnet og liner-medlemmet har en magnetisk kjernesammenstilling laget av magnetisk jern med sylinderavskrånende ender og det ytre medlemmet har en ringformet magnetisk sammenstilling innrettet med kjernesammenstillingen.

[0010] US patent 4,806,928 fremviser indre og ytre spolesammenstillinger anordnet på ferritkjerner anordnet på et nedihullsverktøy med en elektrisk anordning og en suspensjonskabel for å kople den elektriske anordningen til et overflateutstyr via spolesammenstillingene.

[0011] Av spesiell interesse for denne typen kommunikasjonssystem er muligheten for å etablere kommunikasjon med brønninstrumentene i laterale borebrønner. Laterale borebrønner er viktig for å bedre produktiviteten og utnytte nærliggende forekomster av petroleum i formasjonen.

[0012] Internasjonal patentpublikasjon WO2001198632 Al og US patentsøknad US2011011580 Al fremviser bruken av induktive trådløse forbindelser for å etablere kommunikasjon mellom en hovedbrønn og laterale borebrønner. Imidlertid, er det i tillegg til problemene knyttet til kjent teknikk ovenfor et nytt problem knyttet til anordningen av de induktive spolene. På grunn av utførelsen av de laterale innskjøtingene er det vanskelig å unngå at de blir hindre for den induktive trådløse forbindelsen, slik at det blir vanskelig å etablere en pålitelig kommunikasjon.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

[0013] Et hovedmål med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte og et system for å forbedre signaloverføringen og energieffektiviteten til signalet og energioverføringen mellom trådløse sendere og mottakere i den trådløse forbindelsen inne i borebrønnen.

[0014] Oppfinnelsen er et E-felt trådløst kommunikasjonssystem hvor signaloverføringen og energieffektiviteten er forbedret sammenlignet med systemene som er beskrevet i bakgrunnsteknikken.

[0015] Det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet for en borebrønn omfatter;

- en første E-felt antenne (11), og

- en andre E-felt antenne (21),

hvori den første antennen (11) og den andre antennen (21) begge er anordnet i et felles rom (210) i en borebrønn (2) og videre innrettet til å overføre et signal mellom en første kontakt på den første E-felt antennen (11) og en andre kontakt på den andre E-felt antennen (21) ved bruk av elektromagnetisk stråling (Ec).

[0016] Den første og andre E-felt antennen (11, 21) er elektriske dipoler. Elektriske dipoler setter opp et elektrisk felt (Ec) som vil propagere gjennom et medium som bølger, f.eks. radiobølger. Mens det elektriske feltet fremvist i oppfinnelsen er dannet rundt en elektrisk ladd partikkel, dvs. den elektriske dipolen, er det magnetiske feltet som er benyttet for den trådløse forbindelsen i bakgrunnsteknikken dannet rundt spolen i det modulerte magnetiske feltet. Selv om de elektriske og magnetiske feltene er innbyrdes avhengige som kjent fra Maxwells lover, kan effektiviteten til den trådløse forbindelsen bedres vesentlig ved å benytte E-feltet for kommunikasjon. Imidlertid må i det minste senderantennen være en elektrisk dipol for at man skal kunne dra nytte av egenskapene til E-feltet, slik det vil bli diskutert senere i dokumentet.

[0017] En ytterligere fordel med oppfinnelsen er at kravene til innretting og nærhet mellom senderen og mottakerparet med koblere er mindre kritisk enn for induktive koblere i bakgrunnsteknikken.

[0018] Ifølge bakgrunnsteknikken krever innretting av brønnkompletteringen inne i et foringsrør i en borebrønn spesifikke prosedyrer for å fore ut kompletteringen slik at de nedihulls magnetiske dipolene er riktig innrettet for å etablere trådløs forbindelse når brønnkompletteringen settes og tubinghengeren landes inne i huset til brønnhodet til brønnen. Magnetiske dipoler må være innrettet slik at B-feltet fra senderen kan trenge igjennom til spolen til mottakeren. Det er godt kjent at styrken på B-feltet rundt en magnetisk dipol har en viss propagasjon og at feltet er sterkest i spesifikke retninger relativt spolen.

[0019] Utforing kan forstås som den prosessen som er nødvendig for å skjøte på nøyaktig de nødvendige produksjonsrørene på toppen av brønnkompletteringen når denne senkes ned i foringsrøret i brønnen. På slutten av brønnkompletterings-programmet er brønnkompletteringen landet og terminert i en rørhenger i et brønnhodehus. Dersom brønnkompletteringen er for lang må produksjonsrøret løftes opp for å fjerne noe av produksjonsrøret. Dersom den er for kort må ytterligere produksjonsrør skjøtes på.

[0020] Dersom den foreliggende oppfinnelsen benyttes, kan imidlertid kompletteringsprogrammet forenkles ettersom innrettingen er mindre kritisk, noe som igjen kan redusere tiden både til planlegging og gjennomføring av

brønnkompletteringsprog rammet.

[0021] En annen fordel med den foreliggende oppfinnelsen er at paret med elektriske dipoler ifølge oppfinnelsen kan plasseres lenger vekk fra hverandre enn tilfellet er for magnetiske dipoler i bakgrunnsteknikken.

[0022] En ytterligere fordel er at de elektriske dipolene kan kommunisere selv når det er mellomliggende hindre, så lenge de er i samme ringrom.

[0023] I flere borebrønns-anvendelser, slik som f.eks. etablering av kommunikasjon mellom en moderbrønn og laterale brønner, medfører dette stor fleksibilitet. En sender kan anordnes tilknyttet eller integrert i veggen til produksjonsrøret til kompletteringen, og en mottaker kan tilkoples produksjonsrøret til det laterale borehullet. Selv når de ikke er direkte overfor hverandre, eller det er hindringer mellom dem, slik som kanter på foringsrøret der hvor lateralbrønnen avgrenes, vil sender og mottakerparet være i stand til å etablere en pålitelig trådløs energi- og kommunikasjonsforbindelse.

[0024] En annen anvendelse hvor bruken av oppfinnelsen er fordelaktig, er etablering av kommunikasjon mellom sender og mottakerpar på ulike dybder langs hovedbrønnen eller en lateralbrønn. Dette kan være viktig dersom målinger må gjennomføres på ulike steder, slik som formasjonsmålinger på to nivåer.

Figurforklaringer

[0025] De vedlagte figurene illustrerer noen utførelser av oppfinnelsen slik den er beskrevet i kravene.

[0026] Fig. 1 illustrerer i et snitt et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen med toroidale induksjonsantenner anordnet i et ringrom i en borebrønn.

[0027] Fig. 2 illustrerer på samme måte som i Fig. 1 et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen hvor de toroidale induksjonsantennene er anordnet i samme høyde.

[0028] Fig. 3 illustrerer i et forenklet snitt toroidale induksjonsantenner med frittstående kjerner anordnet i en hovedbrønn og en lateralbrønn.

[0029] Fig. 4 illustrerer det samme som i Fig. 3, hvor antennene er toroidale induksjonsantenner anordnet om et produksjonsrør (101) i hovedbrønnen og et produksjonsrør (201) i en lateralbrønn.

[0030] Fig. 5 illustrerer i et forenklet snitt et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen med dipolantenner anordnet i et ringrom i en borebrønn.

[0031] Fig. 6 illustrerer, det samme som i Fig. 5, hvor produksjonsrøret er benyttet som et aktivt element i dipolantennen.

[0032] Fig. 7 illustrerer i et snitt et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen som omfatter en resonator hvori antennene er anordnet.

[0033] Fig. 8 illustrerer i et snitt systemet ifølge en utførelse av oppfinnelsen i en multi-

lateral borebrønn (2) med en åpent-hull formasjon.

Utførelser av oppfinnelsen

[0034] Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet og utførelser av oppfinnelsen vil bli forklart med henvisning til de vedlagte tegningene.

[0035] Figur 1 illustrerer i form av en tegning et forenklet tverrsnitt en utførelse av det E-felt baserte trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn. Borebrønnen (2) omfatter et indre verktøy, produksjonsrør, liner eller casing (101) [foringsrør benyttes ofte som betegnelse på både liner og casing] og et ytre produksjonsrør, liner eller casing

(102). Mellom det indre verktøyet, produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) og det ytre produksjonsrøret, lineren eller casingen (102) er det definert et rom (210).

[0036] Man vil forstå av den følgende beskrivelsen av kommunikasjonssystemet (1) at det ikke er viktig i noen av utførelsene om rommet eller ringrommet (210) er begrenset av et indre verktøy, produksjonsrør, liner eller casing (101) på en side eller et ytre produksjonsrør, liner eller casing (102)på den andre siden, så lenge et ringrom (201) er definert mellom verktøyet produksjonsrør-, liner- eller casingelementene. For enkelthets skyld er produksjonsrør (101) benyttet til å angi indre verktøy, produksjonsrør, liner eller casing (101) og casing benyttes til å angi et ytre produksjonsrør, liner eller casing (102).

[0037] Et ringrom (210) som beskrevet ovenfor er typisk for moderne borebrønner, og dette er stedet hvor forbindelsen ifølge oppfinnelsen typisk vil etableres. Imidlertid kan de første og andre E-feltantennene anordnes i et hvilket som helst rom i en borebrønn, slik som i borehullet i en åpent-hull formasjon, eller inne i produksjonsrøret.

[0038] I en utførelse omfatter det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn, et borebrønnsinstrument (22) og et andre E-felt sender-mottakerpar (20) tilkoplet borebrønninstrumentet (22) og den andre kontakten på den andre E-felt antennen (21),

[0039] Det andre E-felt sender-mottakerparet (20) og borebrønnsinstrumentet (22) er i denne utførelsen separate eller integrerte fjerntliggende anordninger.

[0040] I en utførelse omfatter det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn, et kontrollsystem (70) og et første E-felt sender-mottakerpar (10) tilkoplet kontrollsystemet (70) og den første kontakten til den første E-felt antennen (11). Kontrollsystemet er typisk et overflatebasert system som beskrevet i Fig. 1.

[0041] Det trådløse kommunikasjonssystemet (1) er innrettet til å overføre et kommunikasjonssignal mellom kontrollsystemet (70) og borebrønnsinstrumentet (22) via den første og andre E-felt antennen (11, 21) ved radiobølger (Ec). Radiobølger har per definisjon en frekvens mellom 3 kHz og 300 GHz. I en utførelse av oppfinnelsen blir kommunikasjonssignalet som overføres over det trådløse kommunikasjonssystemet modulert på en bærebølge med radiofrekvens.

[0042] Den første og den andre E-felt senderen (10, 20) er vist i rommet (210). Den første senderen (10) er tilkoblet den ene enden av nedihullskabelene (9) innrettet til å bli tilkoblet i den andre enden til - , og å kommunisere med nedihullskontrollsystemet (7). Den andre E-felt senderen (20) er tilkoblet til et borebrønnsinstrument (22) innrettet til å motta kommandoer fra nedihullskontrollsystemet (70) og/eller sende signaler til nedihullskontrollsystemet (70).

[0043] Den første og den andre E-felt senderen (10, 20) er tilkoblet respektive første og andre antenner (11, 21), anordnet i det samme rommet (210). Det elektriske feltet (Ec) som er satt opp mellom den første og den andre antennen (11, 21) er illustrert som stiplede linjer i figuren.

[0044] Den første E-felt senderen (10) kan tilkoples en av endene til kabelen (9). I en utførelse hvor den første E-feltsenderen (10) er tilkoblet mellom kabelen (9) og den første antennen (11), kan kabelen (9) typisk overføre kraft og informasjonssignaler ned til den nedihulls E-felt senderen (1) som er ansvarlig for å modulere kraft og informasjonssignaler på en bærebølge.

[0045] Dersom E-feltsenderen (10) er anordnet på - eller nær overflaten, vil modulasjonen allerede ha blitt utført før nedihulls-propagasjon, og kablene (9) vil være en antennetilførselskabel direkte tilkoblet antennen. Typisk, vil en koaksialkabel være egnet til dette formålet. Impedansetilpasning kan også benyttes.

[0046] Den første E-feltsenderen kan også anordnes et hvilket som helst sted mellom de to ytterpunktene, noe som krever at en del av kabelen overfører de "rå" umodulerte signalene, og en andre del overfører de modulerte signalene. Ulike typer kabler kan derfor være nødvendig for de to delene, eller seksjonene.

[0047] Bidireksjonal kommunikasjon kan settes opp ved å implementere sender- og mottakerpar i transceivere på begge sider av den trådløse linken, hvor den samme antennen benyttes for både sending og mottak.

[0048] Borebrønnsinstrumentet (22) kan være et nedihullsinstrument som krever kommunikasjon med et nedihulls-kontrollsystem. Et eksempel er en sensoranordning som måler typiske ringromsparametre, slik som f.eks. trykk. Det kan også være en sensoranordning for å måle formasjonsparametre utenfor foringsrøret som illustrert i Fig. 1, hvor sensoren kommuniserer med den andre E-feltsenderen (20) via en kommunikasjonslinje gjennom foringsrøret (102).

[0049] I en utførelse er borebrønnsinstrumentet (22) en aktuator for å aktuere en borebrønnskomponent, slik som en ventil i borebrønnen (2).

[0050] I en utførelse er nedihullskabelen (9) innrettet til å overføre et kommunikasjonssignal fra nedihulls-kontrollsystemet (7) til den første E-feltsenderen (10). Videre er den første E-feltsenderen (10) innrettet til å overføre kommunikasjonssignalene til det andre E-felt send er-m otta kerpa ret (20) via den første og andre antennen (11, 21). På denne måten etableres en trådløs forbindelse mellom enden av nedihullskabelen (9) og borebrønnsinstrumentet (22).

[0051] I en utførelse er nedihullskabelen (9) innrettet til å overføre kraft fra nedihulls-kontrollsystemet (70) til den første E-feltsenderen (10). Videre er den første E-feltsenderen (10) innrettet til å overføre elektrisk kraft til det andre E-felt sender-mottakerparet (20) via den første og andre antennen (11, 21). I denne utførelsen er det andre E-felt send er-motta kerpa ret (20) innrettet til energihøsting av E-feltet som plukkes opp av den andre antennen (21) og for å distribuere elektrisk kraft til lokale elektriske komponenter og kretser. Standard kraftforsyningskomponenter kan benyttes for energihøsting og kraftstabilisering før distribusjon av kraft til de andre komponentene.

[0052] Overføringen av elektrisk kraft og kommunikasjonssignaler kan utføres samtidig.

[0053] I en konfigurasjon er frekvensen på E-feltet bestemt av størrelsen på antennen og karakteristikken til det første og andre E-felt sender-motta kerpa ret (10,20) hvor elektrisk kraft høstes direkte fra E-feltet, mens kommunikasjonssignalet moduleres på toppen av E-feltet. Kommunikasjonssignalet kan være amplitude- eller frekvensmodulert.

[0054] I en utførelse konverteres et digitalt kommunikasjonssignal til et frekvensmodulert signal, hvor båndbredden er forskjellig foren digital "0" og en digital "1". På mottakersiden kan båndbredden kontinuerlig måles for å demodulere signalet tilbake til det originale digitale signalet. Videre kan enhver kjent transmisjonsprotokoll benyttes for denne trådløse forbindelsen, slik som f.eks. feilkorreksjon.

[0055] På grunn av frekvenskarakteristikken til E-feltet, er en mye større båndbredde mulig med systemet ifølge oppfinnelsen enn for systemer for nedihullskommunikasjon kjent fra bakgrunnsteknikken. Dette betyr at mer informasjon kan overføres mellom borebrønnsinstrumentet (22) og nedihulls-kontrollsystemet (70).

[0056] Som beskrevet tidligere kan trådløs kraft leveres til det andre sender-mottakerparet (20). Det andre sender-mottakerparet (20) kan inneholde lokale elektronikk-kretser både for prosessering av signalene fra borebrønnsinstrumentet (22) og for å beregne et signal til borebrønnsinstrumentet. Dersom borebrønnsinstrumentet (22) er en sensoranordning, kan den andre sender-mottakerparet (20) inneholde signalprosesseringskretser for prosessering av rådata fra sensoren og kommunisere de prosesserte dataene fra det andre sender-mottakerparet (20) til det første sender-mottakerparet (10). Dersom borebrønnsinstrumentet (22) er en aktuatoranordning, kan den andre sender-mottakerparet (20) inneholde signalprosesseringskretser for å konvertere en innkommende kommando til et aktuatorsignal ved f.eks. å trigge en sterkstrømsbryter som mottar energihøstet kraft fra det andre sender-mottakerparet (20). Den andre sender-mottakerparet (20) kan også omfatte kraftlagringsmidler, slik som kondensatorer eller batterier for å lagre energi for å kunne forsyne tilstrekkelig med energi til aktuering, eller som en lokal back-up.

[0057] Borebrønnsinstrumentet (22) kan også være en kombinasjon av sensor- og aktuatormidler, hvor f.eks. aktuering utføres basert på verdien til sensorsignalet. I dette tilfellet kan det andre sender-mottakerparet (20)eller borebrønnsinstrumentet (22) omfatte elektroniske kretser for prosessering av sensorsignalverdiene og sammenligning med grenseverdier før aktivering av aktuatoren.

[0058] Oppfinnelsen omfatter videre oppfinneriske trekk relatert til etablering av trådløs kommunikasjon ved bruk av E-felt mellom den første og den andre antennen (11, 21).

[0059] I en utførelse omfatter den første antennen (11) en første dipolantenne (lid) som illustrert i Fig. 5. I dette tilfellet kan den første dipolantennen fungere som en dobbeltvirkende fødeantenne, dvs. overføring av energi- komunikasjonssignaler. Den første dipolantennen (lid) kan være direkte tilkoplet en nedihullskabel (9) tilkoplet et nedihullskontrollsystem (70) med et første sender-mottakerpar (10) nær nedihullskontrollsystemet (70), eller det første sender-mottakerparet (10) kan være anordnet mellom kabelen (9) og dipolantennen (lid) i borebrønnen (2).

[0060] I en utførelse av oppfinnelsen er ett ben av dipolantennen (lid) produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) som illustrert i Fig. 6, slik at produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) er et aktivt element i dipolantennen. Et lag med di-elektrisk isolasjon (12) som benyttes til å isolere de to bena til antennen fra hverandre for å frembringe optimal impedans for antennen, er også vist

[0061] Andre typer antenner kan også benyttes som en toroidal spole. I en utførelse omfatter den første antennen (11) en toroidal spole som vist i Fig. 1. En toroidal antenne har den virkningen at netto strøm inne i hovedradiusen til toroiden er null, noe som betyr at det magnetiske feltet forblir inne i den toroidale spolen selv, og kun et elektrisk felt stråler ut fra den toroidale spolen.

[0062] Som for dipolantennen, kan også den toroidale spolen (lit) være direkte tilkoplet nedihullskabelen (9) tilkoplet et nedihullskontrollsystem (70) med et første sender-mottakerpar (10) nær nedihullskontrollsystemet (70), eller det første sender-mottakerparet (10) kan være anordnet mellom kabelen (9) og dipolantennen (lid) i borebrønnen (2) som illustrert i Fig. 1.

[0063] I en utførelse illustrert i denne figuren er den første toroidale spolen (lit) anordnet om et produksjonsrør, liner eller casing (101) i borebrønnen, slik at produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) fungerer som en bølgeleder for det elektriske feltet (Ec).

[0064] I en utførelse er den første toroidale spolen (lit) anordnet om en frittstående metallkjerne (13) i ringrommet (210) som illustrert i Fig. 3. Metallkjernen kan være et åpnet rør som strekker seg ut i borebrønnens retning som illustrert for å tillate passasje av ringromsfluid gjennom den indre kjernen til antennen.

[0065]

[0066] På den motstående siden av det trådløse transmisjonssystemet, dvs. nær borebrønnsinstrumentet (22) er den andre antennen (21). Den andre antennen (21) kan være en hvilket som helst dipolantenne eller toroidal induksjonsantenne som beskrevet over for den første antennen (11).

[0067] Noen kombinasjoner av den første og den andre antennen (11, 21) vil bli beskrevet under.

[0068] I Fig. 1 og Fig. 2 er den første og den andre antennen (11, 12) toroidale induksjonsantenner (lit, 12t) rundt et produksjonsrør, liner eller casing (101). I en utførelse hvor produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) er metalliske oppstår det en bølgeleder som er i stand til å overføre signaler mellom den første og den andre antennen (lit, 12t). Fig. 2 illustrerer spesialtilfellet hvor to antenner er anordnet i samme høyde.

[0069] I Fig. 3 er den andre antennen lik den første antennen beskrevet ovenfor. F.eks. en andre toroidal spole (2lt) om en frittstående metallkjerne.

[0070] Fig. 6 illustrerer bruken av en enkel dipolantenne anordnet i ringrommet som den andre antennen (21) Som for den første dipolantennen (lid), kan den andre dipolantennen (21d) også benytte produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) som et aktivt element ved å kople ett ben til produksjonsrøret, lineren eller casingen (101), dvs. veggen til høyre for den viste dipolen, og isolere de to antennebena med et di-elektrisk materiale.

[0071] Antennekonfigurasjonene beskrevet ovenfor kan kombineres. F.eks. kan den andre antennen i Fig. 1 og 2 også være en andre toroidal spole (21t) om en frittstående metallisk kjerne (13), eller en dipolantenne. I Fig. 3 kan den andre antennen være en toroidal spole (21t) om et produksjonsrør, en liner eller en casing (101), eller en dipolantenne. I Fig. 5 og 6 kan den andre antennen være en andre toroidal spole (21t) om en frittstående metallkjerne (13) eller om produksjonsrøret, lineren eller casingen (101, 102).

[0072] Ifølge en utførelse omfatter det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn en metallisk resonator (40) som omslutter den første antennen (11) og den andre antennen (21) som illustrert med en tykkere linje i Fig. 7. Den metalliske resonatoren kan justeres til frekvensen til E-feltet for å muliggjøre mer effektiv overføring av både kraft- og komunikasjonssignaler. Den første og den andre antennen (21, 22) inne i resonatoren kan være en kombinasjon av en hvilken som helst av de typene som er beskrevet ovenfor.

[0073] I en utførelse omfatter resonatoren (40) én eller flere metalliske packere (41) konfigurert til å begrenser størrelsen på rommet (210).

[0074] Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er den andre antennen (21) anordnet i den laterale brønnen (300) som illustrert i Fig. 3, 4 og 7, for å muliggjøre trådløs forbindelse med en andre antenne (21) anordnet i samme ringrom (210) som den første antennen (11) og tilkoplet et borebrønnsinstrumentet (22).

[0075] Kommunikasjon mellom den første antennen og to eller flere andre antenner anordnet i ulike laterale borebrønner i en multilateral brønn kan settes opp på samme måte. Multipleksing eller en hvilken som helst annen egnet protokoll for nettverkskommunikasjon kan benyttes for kommunikasjon med de ulike laterale borebrønnene.

[0076] Fig. 8 viser en utførelse av det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn ifølge oppfinnelsen, i en multi-lateral borebrønn som omfatteren hovedbrønn (100) og laterale borebrønner (200, 300, 400). Den første antennen eller elektriske dipolen (11) er tilkoplet et overflatekontrollsystem som beskrevet tidligere.

[0077] Andre antenner, eller elektriske dipoler (21) er anordnet i to eller flere av de laterale borebrønnene (200, 300, 400), hver tilkoplet en E-felt sender (20) i respektive laterale borebrønner. Videre er hver av E-feltsenderne tilkoplet et borebrønnsinstrument (22). Det er også vist et andre borebrønnsinstrument (23) anordnet i brønnformasjonen til borebrønnen og tilkoplet E-felt senderen. I en utførelse er de første borebrønnsinstrumentene (22) trykksensorer som måler et trykk i den laterale borebrønnen, og de andre borebrønnsinstrumentene (23) er sensorer som benyttes for å måle formasjonsparametre. Imidlertid kan det trådløse E-felt kommunikasjonssystemet (1) benyttes i enhver anvendelse og for trådløs overføring av enhver type informasjon fra enhver sensor eller aktuator i et rom eller i en borebrønn.

[0078] Fig. 8 illustrerer en multilateral brønn med en åpent-hull formasjon, men den kan benyttes på samme måte i en borebrønn med casing eller linere hvor rommet da blir et ringrom i borebrønnen.

[0079] Figurene 1 til 8 over er laget for å illustrere ulike utførelser av oppfinnelsen. Et antall vanlige elementer i en borebrønn, slik som packere, ventiler, lateralt avgreningsutstyr osv. er ansett som fagmessig og er ikke omtalt.

[0080] Sammenligningsberegninger for bruken av magnetiske spoleantenner eller toroidale spoler og elektriske dipoler som senderantenner har blitt utarbeidet, og resultatene er summert under. De viser at bruken av en spoleantenne, dvs. magnetisk dipol som en senderantenne vanligvis ikke fungerer like bra som å bruke en elektrisk dipol som senderantenne, når det gjelder virkningsgrad og impedansetilpasning.

[0081] Energioverføringen mellom to antenner kan betraktes som to prosedyrer. - (a) En senderantenne genererer elektromagnetiske felt i rommet. Feltene som genereres er proporsjonale med IL, hvor I er strømmen på Tx [sender] antennen, og L er den ekvivalente lengden til antennen. - (b) mottakerantennen fanger opp feltene i rommet og genererer en spenning i mottake r kretsen. Den mottatte spenningen er proporsjonal med den ekvivalente antennelengden Ltil antennen.

[0082] Det er derfor viktig å undersøke den ekvivalente lengden til den elektriske dipolen og spoleantenne en.

[0083] Den ekvivalente lengden til en spoleantenne er:

hvor

- 1 er den ekvivalente antennelengden til spoleantennen. I tilfellet med dipol er den ekvivalente antennelengden den fysiske lengden til antennen.

- k er bølgetallet og k = 2n/Å (Å: bølgelengden)

- S er spolens effektive areal, og

[0084] hvor N er antallet viklinger og a er radiusen til spolen, og uCore er den relative permeabiliteten til kjernematerialet.

[0085] Ettersom k er et lite tall ved lave frekvenser, betyr likning (2) at spoleantennen har liten utstråling.

[0086] Likning (1) viser at den ekvivalente antennelengden til en spole er en funksjon av bølgelengden og dermed en funksjon av frekvensen. Den følgende tabellen viser antallet viklinger som trengs for en spole med diameter 4 cm (luftkjerne) for å oppnå en ekvivalent lengde på 1 m for frekvensene 100kHz, 1MHz, 10 MHz og 2 MHz, for ucore

[0087] Fra tabellen kan vi se at det trengs mange viklinger for å oppnå en ekvivalent lengde på 1 m ved lave frekvenser.

[0088] Man kan øke spolens effektive areal vist i (2) ved å introdusere en ferritkjerne.

Imidlertid hindrer metning i kjernen bruken av sterke strømmer. Dette er grunnen til at spoler er mindre anvendelige som senderantenner.

[0089] Her bør vi legge til at for energiforsyning for et foringsrør med stålvegg, må det magnetiske feltet genereres i foringsrørretningen. For en slik anvendelse kan spoleantennen med fordel benyttes som Tx antenne.

[0090] For en Tx antenne er det viktig å ha riktig impedansetilpasning på inngangsporten for å øke effektiviteten av energioverføringen. Inngangsimpedansen til en elektrisk dipol er dens strålingsimpedans som er resistiv og omtrent 60 Ohm for en kvartbølgeantenne. Imidlertid er inngangsimpedansen til en spoleantenne summen av dens strålingsimpedans og induktansen til spolen, som domineres av induktansdelen. Dermed er det vanskeligere å impedansetilpasse spoleantennen enn den elektriske dipolen.

[0091] For mottakerantennen er strømmen svak. Man kan benytte mange viklinger på en ferritkjerne uten at det oppstår metning. I tillegg er ikke impedansetilpasning for mottakerantennen så viktig som for Tx antennen. Spoleantennen kan dermed benyttes som mottakerantenne.

[0092] For energioverføring uten foringsrør av stål, er det bedre å benytte en elektrisk dipol enn en spoleantenne som senderantenne. Imidlertid kan mottakerantennen være enten en elektrisk dipol eller en spoleantenne.

Claims (15)

1. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) for en borebrønn, hvor kommunikasjonssystemet (1) omfatter; - en første E-felt antenne (11), og - en andre E-felt antenne (21), hvori den første antennen (11) og den andre antennen (21) begge er anordnet i et felles rom (210) i en borebrønn (2) og videre innrettet til å overføre et signal mellom en første kontakt på den første E-felt antennen (11) og en andre kontakt på den andre E-felt antennen (21) ved bruk av radiobølger (Ec).

2. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) for en borebrønn ifølge krav 1, som omfatter; - et kontrollsystem (70), - et borebrønnsinstrument (22), - en første E-felt sender-mottakerpar (10) tilkoplet overflatekontrollsystemet (7) og den første kontakten til den første E-felt antennen (11), - et andre E-felt sender-mottakerpar (20) tilkoplet borebrønnsinstrumentet (22) og den andre kontakten til den andre E-felt antennen (21), hvori kommunikasjonssystemet (1) er innrettet til å overføre et kommunikasjonssignal mellom kontrollsystemet (70) og borebrønnsinstrumentet (22) via den første og andre E-felt antennen (11, 21) ved elektromagnetisk stråling (Ec).

3. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge kra 1 eller 2, hvori den første E-felt antennen (11) omfatter en første dipolantenne.

4. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge krav 3, hvori et ben av dipolantennen er et produksjonsrør, liner- eller casingrør (101) i borebrønnen og kommunikasjonssystemet (1) omfatter videre et lag med di-elektrisk isolasjon (12) mellom det første benet og et andre ben av dipolantennen, slik at produksjonsrøret, liner- eller casingrøret (101) er et aktivt element i dipolantennen.

5. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge krav 1 eller 2, hvori den første E-felt antennen (11) omfatter en første toroidal spole.

6. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge krav 5, hvori den første toroidale spolen er anordnet om et produksjonsrør, liner eller casing (101) i borebrønnen (2), slik at produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) fungerer som en bølgeleder for det elektriske feltet (Ec).

7. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge krav 4, hvori den første toroidale spolen er anordnet om en frittstående metallkjerne inne i rommet (210).

8. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, hvori den andre E-felt antennen (21) omfatter en andre dipolantenne.

9. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, hvori den andre E-felt antennen (21) omfatter en første toroidal spole.

10. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge krav 8 eller 9, hvori den andre E-felt antennen (21) er anordnet i en lateral borebrønn (200, 300, 400).

11. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge et hvilket som helst av kravene ovenfor, hvori kommunikasjonssystemet (1) omfatteren metallisk resonator (40) som omslutter den første antennen (11) og den andre antennen (21).

12. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge et hvilket krav 11, hvori resonatoren (40) omfatter en metallisk packer (41) konfigurert til å begrense størrelsen på rommet (210).

13. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) ifølge krav 11 eller 12, hvori resonatoren (40) strekker seg inn i den laterale borebrønnen (200, 300, 400).

14. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) for en borebrønn ifølge et hvilket som helst av kravene 2 til 13, som omfatter; - en borebrønnskabel (9) mellom kontrollsystemet (70) og det første E-felt sender-mottakerparet (10).

15. Et E-felt trådløst kommunikasjonssystem (1) for en borebrønn ifølge et hvilket som helst av kravene 2 til 13, som omfatter; - en borebrønnskabel (9) mellom det første E-felt sender-mottakerparet (10) og den første antennen (11).