NO326317B1 - System og fremgangsmate for a tilveiebringe elektrisk kraft til en akkumulator i en bronn - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Oppfinnelsens tekniske område

Denne oppfinnelse gjelder en petroleumbrønn og en fremgangsmåte for å tilføre elektrisk kraft og lagre denne nede i brønnen. I et aspekt av oppfinnelsen gjelder den et kraftlagringssystem eller en kraftakkumulator som kan lades opp nede i brønnen og som er tilknyttet kretser for logisk styring av lading og utlading.

Kort gjennomgåelse av den kjente teknikk

Det er allerede kjent en rekke fremgangsmåter for å tilføre elektrisk kraft til og etablere kommunikasjon med utrustning nede i olje- eller gassbrønner. Blant annet bruker man produksjonsrøret i brønnen som tilførselsleder og brønnens foringsrør som returleder for både den elektriske kraft og kommunikasjonssignaler, eller alternativt bruker man enten foringsrøret eller produksjonsrøret som tilførselsledning og med den omliggende formasjons lederegenskaper som tilbakeleder i en transmisjonskrets. I begge tilfeller vil man imidlertid ha høyst variable og ofte store elektriske tap i et slikt kretsløp, i avhengighet av de bestemte forhold som gjelder en bestemt brønn. Tapene kan ikke neglisjeres ved utformingen av strømtilførsels- og kommunikasjonssystemer for en slik brønn, og i ekstreme tilfeller kan de fremgangsmåter som brukes til å utbedre tapene være hovedbegrensningsfaktorer ved konstruksjonen.

Når elektrisk kraft tilføres ved å bruke produksjonsrøret som filleder og foringsrøret som returleder vil også sammensetningen av fluid i ringrommet mellom disse rør, særlig ved tilstedeværelse av saltkomponenter oppløst i vann (dvs. et elektrisk ledende fluid) gi mulighet for tverrstrømmer og lekkasje mellom det ytre foringsrør og det innvendige pro-duksjonsrør. Dersom ledningsevnen blir god i slike tverrforbindelser tapes naturligvis mye elektrisk kraft slik at det nærmest kan dannes kortslutninger og slik at det ikke kommer frem nok elektrisk kraft til utstyret nede i brønnen.

Når kraften tilføres ved bruk av foringsrøret som tilleder og formasjonsledningsevnen utnyttes som returstrømvei vil også strømlekkasje kunne finne sted gjennom kompletteringssementen eller -betongen (mellom foringsrøret og grunnformasjonen utenfor), slik at strøm lekker ut i formasjonen og representerer tap. Jo bedre ledende sementen og jordformasjonen er desto større elektriske strømtap får man naturligvis når strømmen føres fra overflaten hvor brønnen munner ut, ned gjennom forings-røret og til en forbruker nede i brønnen (nedihullsutstyr, for eksempel ved et reservoarsted ved stor dybde).

Den vellykkede bruk av systemer og fremgangsmåter for å tilveiebringe elektrisk kraft til slikt utstyr og etablere kommunikasjon med det ved store dybder vil derfor ofte kreve at man har midler for å tilpasse seg krafttapene man får når disse blir betydelige.

Systemet ifølge ingressen av krav 1 er kjent fra den europeiske patent EP 096413. Et problem med dette kjente system er at de nedihulls induktive koplinger anvendes med viklet elektriske ledninger som er skjøre og har en tendens til å overopphetes.

Samtlige referanser som her er referert til inkorporeres i den maksimale utstrekning dette tillates ved lovverket. I den utstrekning en referanse ikke helt kan tas med som kildemateriale tas den med som bakgrunnsmateriale for å indikere hvilket kunnskapsnivå man har innenfor faget på dette område.

Kort gjennomgåelse av oppfinnelsen

De problemer og behov som er skissert ovenfor blir imidlertid i stor utstrekning løst og møtt i og med den foreliggende oppfinnelse. I samsvar med et første aspekt av denne er det således skaffet til veie et system for å tilveiebringe elektrisk kraft til en brønnenhet nede i en brønn, hvilket system omfatter en komponent med impedans overfor varierende elektrisk strøm og generelt utformet for konsentrisk anordning i forhold til en rørstruktur i brønnen for i det minste delvis å avgrense en elektrisk ledende del av denne rørstruktur for å lede en varierende elektrisk strøm gjennom og langs denne del, og en kraftakkumulator som er innrettet for elektrisk kopling til den ledende del, lading fra den varierende elektriske strøm, og elektrisk kopling til brønnenheten for strømforsyning av denne.

I et annet aspekt av oppfinnelsen har man kommet frem til en petroleumbrønn for å frembringe petroleumprodukter, og denne brønn omfatter en rørstruktur, en kraftkilde, en induksjonsspole, en kraftakkumulator og en elektrisk returvei. Strukturen omfatter en første og en andre del, og en elektrisk ledende del strekker seg inn i og mellom disse. Delene har avstand fra hverandre langs strukturen. Kraftkilden er elektrisk koplet til den elektrisk ledende del av strukturen ved den første del, og den er videre innrettet for å påtrykke en tidsvarierende elektrisk strøm. Induksjonsspolen er anordnet rundt en del av den elektrisk ledende del av strukturen ved den andre del. Kraftakkumulatoren kan være i form av en modul og har to tilledninger og er anordnet ved den andre del av strukturen. Den elektriske returvei forbinder den elektrisk ledende del av strukturen elektrisk med den andre del og kraftkilden. En første ledning til tilledningene er tilkoplet den elektrisk ledende del på kildesiden av spolen, mens den andre er koplet til samme elektrisk ledende del på motsatt side av spolen, det man kan kalle retursiden og som tilsvarer returveien.

I nok et aspekt av oppfinnelsen har brønnen et foringsrør, et produksjonsrør, en kraftkilde som ovenfor, en modul i form av en kraftakkumulator, en brønnenhet nede i brønnen og beregnet for forbruk av elektrisk strøm, og en induksjonsspole nede i brønnen. Foringsrøret strekker seg inne i en brønnboring i brønnen, og produksjonsrøret strekker seg inne i dette. Kraftkilden er plassert på overflaten og er elektrisk koplet til og tilpasset påtrykk av en tidsvarierende strøm til produksjonsrøret og/eller foringsrøret. Kraftakkumulatoren er likeledes koplet til et av disse rør eller begge. Brønnenheten som skal forbruke strømmen fra kraftkilden er elektrisk koplet til kraftakkumulatoren. Induksjonsspolen er plassert rundt en del av produksjonsrøret og/eller foringsrøret og er innrettet for å lede en del av den påtrykte elektrisk strøm via kraftakkumulatoren, ved at det over spolen dannes en spenning når strømmen tvinges gjennom den. Kraftakkumulatoren er elektrisk koplet tvers over spolen for påtrykk av den genererte spenning og dermed tilførsel av strøm.

I nok et aspekt av oppfinnelsen har man kommet frem til en fremgangsmåte for å produsere petroleumprodukter fra en petroleumbrønn, og denne fremgangsmåte inneholder følgende trinn (idet rekkefølgen kan varieres): (i) etablering av en rørstruktur som omfatter en elektrisk ledende del som strekker seg inn i og mellom overflaten og en nedre del av brønnen, (ii) etablering av en overflatekraftkilde som er elektrisk koplet til den elektrisk ledende del av rørstrukturen og er innrettet for å påtrykke tidsvarierende strøm, (iii) etablering av en strømimpedansinnretning som er anordnet rundt en del av den elektrisk ledende del av rørstrukturen, (iv) etablering av en kraftlagirngsmodul som omfatter en kraftakkumulator, (v) etablering av en elektrisk returvei som elektrisk kopler den elektrisk ledende del av rørstrukturen til kraftkilden, (vi) lading av kraftakkumulatoren med strømmen fra kraftkilden samtidig med produksjon av petroleumprodukter fra brønnen, og (vii) utlading av kraftakkumulatoren for å gi strømforsyning til en elektrisk forbruker anordnet ved den andre del av rørstrukturen samtidig med produksjon av petroleumprodukter fra brønnen. Dersom denne forbruker omfatter en sensor og et modem kan fremgangsmåten videre omfatte: (viii) registrering av en fysisk størrelse i brønnen ved hjelp av sensoren og (ix) sending av måledata som indikerer denne fysiske størrelse overfor en annen innretning anordnet ved den første del av rørstrukturen og ved hjelp av modemet og via denne rørstruktur. Sendingen kan utføres når kraftakkumulatoren ikke er under lading fra kraftkilden, i den hensikt å redusere støy.

I nok et aspekt av oppfinnelsen har man kommet frem til en fremgangsmåte for å gi elektrisk kraft til en nedihullsinnretning eller brønnenhet nede i en brønn, og denne fremgangsmåte omfatter følgende trinn (hvor rekkefølgen kan variere: (A) etablering av en nedihulls kraftakkumulatormodul som omfatter en første gruppe elektriske brytere, en andre gruppe elektriske brytere, to eller flere kraftakkumulatorer og en logisk krets, (B) hvis elektrisk strøm påtrykkes effektlagringsmodulen, (1) lukking av den første brytergruppe og åpning av den andre brytergruppe for å danne en parallellkrets over kraftakkumulatorene, og (2) lading av disse, (C) under ladingen, hvis strømmen ikke lenger påtrykkes lagringsmodulen og kraftakkumulatorene har mindre enn et første spenningsnivå, (1) åpning av den første brytergruppe og lukking av den andre brytergruppe for å danne en seriekrets over kraftakkumulatorene, og (2) utlading av disse etter behov for å gi elektrisk kraft til brønnenheten, (D) under ladingen og hvis kraftakkumulatorene har høyere spenningsnivå enn det første forhåndsbestemte nivå, påslag av en logikkrets, og (E) hvis logikkretsen er påslått, (1) venting på at strømmen ikke lenger påtrykkes lagringsmodulen, (2) hvis strømmen ikke lenger påtrykkes, (i) igangsetting av en tidsforsinkelse over en bestemt varighet, (a) hvis strømmen igjen starter før utløpet av denne tidsforsinkelse, fortsettelse med å lade kraftakkumulatorene, (b) hvis tidsforsinkelsen overskrides, (b.l) åpning av den første brytergruppe og lukking av den andre brytergruppe for å danne seriekretsen over kraftakkumulatorene, ( b. l) utlading av disse etter behov for å gi elektrisk kraft til brønnenheten, (b.3) hvis strømmen igjen påtrykkes, (b.3.1) lukking av den første brytergruppe og åpning av den andre brytergruppe for å danne parallellkretsen over kraftakkumulatorene, og (b.3.2) lading av disse, og (b.4) hvis kraftakkumulatorene får en spenning under det forhåndsbestemte spenningsnivå, avslag av logikkretsen.

Hvis det gitte tidsintervall blir lengre enn tidsforsinkelsen, hvis strømmen ikke lenger påtrykkes kraftlagringsmodulen og hvis kraftakkumulatorene har en spenning over det andre forhåndsbestemte spenningsnivå kan fremgangsmåten videre omfatte sending av data fra nedihullsinnretningen i form av brønnenheten, til et modem på overflaten.

Således er de problemer som er skissert ovenfor hovedsakelig løst ved tilveiebirngelsen av en måte å lagre elektrisk energi på nede i brønnen, for å kunne hente ut denne energi etter behov og for å kunne fordele energien tilstrekkelig effektivt ved å bruke logiske algoritmer eller arrangementer for styring og kontroll av konfigurasjonen av strømfordelingsveiene.

Lagringsmekanismen for elektrisk energi, særlig ved hjelp av kraftakkumulatorer kan være av kjemisk art som i batterier med sekundærceller eller av elektrisk art som i kondensatorer, herunder ultrakondensatorer eller suprakondensatorer. Ved å styre nyttesyklusen for lading/utlading av kraftakkumulatorene kan selv en meget begrenset tilgjengelighet av elektrisk energi nede i brønnen utnyttes til å lade disse kraftakkumulatorer, og kraften kan trekkes ut for å drive elektriske eller elektroniske utstyrsenheter ved langt høyere takt eller utnyttelsesgrad enn ladetakten. Typisk elektrisk utstyr kan innbefatte (men er naturligvis ikke begrenset til) elektriske motorer, hylse- og ventilaktivatorer og/eller akustiske kilder. Slik apparatur krever typisk stor kraft/stor strøm under bruken, men brukes ikke kontinuerlig, særlig brukes de bare unntaksvis som følge av kommando.

En konvensjonell brønnkomplettering med et enkelt borehull kan produsere hydrokarboner fra en rekke soner nede i formasjoner, og en multilateral komplettering kan ha en rekke siderettede grener som kommuniserer med overflaten via et hovedborehull, slik at det dannes en treliknende grenstruktur. I det generelle tilfelle vil derfor en rekke nedihullsmoduler for lagring av energi og kommunikasjon kunne installeres i en brønn. Elektrisk kraft tilføres hver slik modul fra overflaten via en rørstruktur i brønnen, og kommunikasjon muliggjør at hver nedihullsmodul enkeltvis kan adresseres, styres og kontrolleres.

Ut fra sin funksjon kan slike nedihullsinnretninger eller brønnenheter være anordnet i grupper. I avhengighet av avstanden til overflaten kan avstanden mellom de enkelte enheter innenfor en gruppe være liten. Denne nærhet gjør det lettere for overføring av elektrisk kraft og/eller etablering av kommunikasjon fra en enhet og til en annen ved hjelp av brønnens rørstruktur og/eller foringsrør som henholdsvis overføringsmedium for elektrisk kraft og/eller kommunikasjonsvei mellom de enkelte brønnenheter nede i grunnen. En slik kraftfordelingsfremgangsmåte vil være avhengig av etableringen av kontroll/styrekommuni-kasjon for å konfigurere forbindelsene mellom de enkelte kraftlagringsinnretninger i hver enhet og forbrukerne eller belastningene som kan være i en annen enhet. Ved å bruke denne fremgangsmåte vil den elektriske kraft som er tilgjengelig fra mer enn én enhet i en gruppe kunne brukes enkeltvis, hvilket gir større kraftforbruk ved dette sted enn det som ville vært aktuelt dersom hver enhet bare var basert på sin egen lokale kraftlagringskapasitet.

Tilsvarende har man i det tilfelle hvor effektlagring innenfor en enkelt nedihullsinnretning eller brønnenhet skulle ha sviktet, og en modul kan da gis elektrisk kraft fra tilstøtende moduler eller enheter, slik at en lagringsinnretning tilhørende den sviktende enhet kan tas ut fra tjeneste. Et viktig karakteristisk trekk for effektlagirngsenheter (både kjemiske celler og kondensatorer) er at deres enkeltbruk kan begrenses til effektverdier som ligger lavere enn det som trengs til å drive elektronikkutstyr eller elektrisk utstyr av generell art, og i tilfeller hvor elektrisk kraft nede i en brønn er meget begrenset ved tap i over-føringsveiene kan kraften som utvikles måtte begrenses til verdier som ligger betydelig lavere enn det som elektriske kretser trenger for å arbeide normalt. Blant annet vil derfor denne oppfinnelse gi en løsning på et slikt problem.

Kort gjennomgåelse av tegningene

De nevnte formål oppnås med et system for å tilveiebringe elektrisk kraft til en nedihullsinnretning i en brønn som har de karakteristiske trekk som angitt i krav 1, hvor foretrukne utførelser er angitt i de uselvstendige krav 2-7. Andre formål oppnås ved krav 8 - 12 som omhandler petroleumbrønn for produksjon av petroleumprodukter, samt krav 13-18 som beskriver en fremgangsmåte for å tilføre elektrisk kraft og lagre denne nede i brønnen

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i forbindelse med utførelseseksempler og under henvisning til tegningsfigurene, hvor fig. 1 skjematisk viser en petroleumproduksjonsbrønn i samsvar med en foretrukket utførelse av denne oppfinnelse, fig. 2 viser et forenklet elektrisk skjema for den elektriske krets som dannes av en slik brønn, fig. 3A viser skjematisk en øvre del av brønnen i en annen utgave, fig. 3B viser skjematisk en øvre del i en tredje utgave, fig. 4 viser et forstørret utsnitt av en del nede i brønnen vist på fig. 1, fig. 5 viser et forenklet elektrisk skjema for en brønnenhet i fig. 1 og 4 og med særlig fremheving av den kraftlagringsmodul som er brukt, fig. 6 viser et diagram over signalene inn og ut til/fra logikkretsen på fig. 4 og 5, og fig. 7 viser et tilstandsdiagram som illustrerer den logiske algoritme som er hensiktsmessig å bruke for brønnenheten vist på fig. 1,4 og 5.

Detaljbeskrivelse av oppfinnelsen

Det vises nå til tegningene hvor samme henvisningstall kan gå igjen fra figur til figur for å indikere samme eller tilsvarende element. Foretrukne utførelser av oppfinnelsen er illustrert og blir beskrevet nærmere nedenfor, og andre mulige utførelser av oppfinnelsen gjennomgås også. Tegningene er ikke nødvendigvis tegnet i målestokk, og i enkelte tilfeller er de overdrevet og/eller forenklet på steder for illustrative formål. Fagfolk vil innse de mange mulige anvendelser og variasjoner man kan tenke seg i forbindelse med oppfinnelsen, basert på de følgende eksempler på mulige utførelser av denne, så vel som basert på de utførelser som kan trekkes frem fra den kjente teknikk.

I beskrivelsen vil uttrykket "rørstruktur" gå igjen, og med en slik struktur kan man mene et enkelt rør, en rørstreng eller en kortere eller lengre rørledning, et foringsrør, en pumpestrekning, en serie sammenkoplede rør, stenger, skinner, trosser, fagverk, bæreelementer og støtter, en avgrening eller sideutvidelse i en brønn, et nettverk av sammenkoplede rør eller andre tilsvarende strukturer som er kjent for fagfolk. En foretrukket utførelse gjør bruk av oppfinnelsen i det henseende hvor man har en petroleumbrønn hvor rørstrukturen omfatter rørformede, metalliske og elektrisk ledende rør eller rørstrenger, men oppfinnelsen er egentlig ikke begrenset til dette. For oppfinnelsen må imidlertid minst en del av rørstrukturen være elektrisk ledende, og en slik del kan da være hele strukturen (så som stålrør, kopperrør eller annet) eller en del som strekker seg langsetter og som gjerne kan være kombinert med en langsgående elektrisk isolerende del. Med andre ord er en elektrisk ledende rørstruktur en struktur som gir en elektrisk strømvei fra en første del hvor en kraftkilde er elektrisk tilkoplet, til en andre del hvor et apparat eller en enhet er elektrisk tilkoplet, for eventuell returstrømvei. Rørstrukturen vil typisk og konvensjonelt være metallrør med sirkulært tverrsnitt, men tverrsnittet av hele rørstrukturen eller en del av denne behøver slett ikke være sirkulært og kan derfor anta andre former (ovale, rektangulære, kvadratisk eller mangekantet, til og med uregelmessig) og med forskjellig størrelse (når det gjelder lengde, diameter, veggtykkelse) over enhver del av strukturen. Således må en rørstruktur ha sin elektrisk ledende del fra en første del av strukturen til en andre del av denne, idet den første del har en avstand fra den andre del langs strukturens utstrekning.

Uttrykket "første del" og "andre del" som brukt her gjelder generelt en del, seksjon eller et område av en rørstruktur og som eventuelt kan strekke seg langs dennes lengderet-ning. Delen kan være på et vilkårlig sted langs strukturen, og den kan blant annet omslutte eller inngå som en del av de nærmeste deler av strukturen, regnet fra overflaten ved brønnmunningen.

Uttrykket "modem" gjelder ofte modulator/demodulator i egentlig forstand, men kan her generelt gjelde ethvert kommunikasjonsapparat for sending og/eller mottaking av elektriske kommunikasjonssignaler via en elektrisk leder (så som av metall). Således kan uttrykket "modem" brukes uten å være begrenset til å ha noe med en modulator å gjøre (idet dette er en komponent som omvandler signaler, gjerne tale eller generelle datasignaler til en form som kan sendes) eller en demodulator (en komponent som gjenvinner et opprinnelig signal fra en modulert tilstand på en bærebølge ved nøyere frekvens).

Uttrykket modem som brukt her er heller ikke begrenset til konvensjonelle datamaskinkomponenter for omvandling av digitalsignaler til analoge signaler om omvendt (så som ved å sende digitale datasignaler via et analogt offentlig svitsjet telenett), og som et eksempel kan man ha måleresultatene fra en sensor på analogt format og deretter modulere resultatet (gjeme ved hjelp av modulasjon for spektralspredning) og deretter utsendt. Følgelig inngår ingen direkte analog/digital omvandling. Som et annet eksempel kan et rele/slavemodem eller en kommunikasjonsinnretning bare ha behov for å identifisere, filtrere, forsterke og/eller sende om igjen et mottatt signal.

Uttrykket "ventil" som brukt her gjelder generelt enhver innretning som arbeider for regulering av en fluidstrøm. Eksempler på slike ventiler blir derfor, uten å være begrenset til gassløfteventiler av belgtypen og styrbare gassløfteventiler, og begge disse typer brukes for å regulere strømmen av oppløftegass inn i en rørstreng i en brønn. De interne og/eller eksterne arbeidsforhold for slike ventiler kan variere i stor utstrekning, og i denne oppfinnelse er disse ikke begrensende for ventilene til en eller annen bestemt konfigurasjon, så lenge ventilen tjener til å regulere fluidstrøm. Enkelte av de forskjellige typer strømningsregulerende mekanismer innbefatter, men er ikke begrenset til følgende: kuleventil-, nål ventil-, gassventil- og burventilkonfigurasjoner. Fremgangsmåtene for installasjon for ventiler angitt her kan variere i stor grad.

Uttrykket "elektrisk regulerbar ventil" som brukt her gjelder generelt en "ventil"

(som nettopp beskrevet) som kan åpnes, lukkes, innstilles, endres eller strupes kontinuerlig i respons på et elektrisk styresignal (så som et signal fra en datamaskin ved overflaten eller fra en nedihulls elektronisk styremodul). Den mekanisme som i virkeligheten endrer ventilposisjonen, rettere sagt posisjonen av et ventillegeme slik at ventilens funksjon endres, kan omfatte, men uten å være begrenset til: en elektrisk motor, servostyreenhet, solenoid, bryter eller vender, en hydraulisk aktivator som styrer minst én elektrisk servomekanisme, elektrisk motor, elektrisk bryter, elektrisk solenoid eller kombinasjon av dette, en pneumatisk aktivator som styrer de samme elementer eller kombinasjoner, eller en fjærspent mekanisme i kombinasjon med minst én av disse komponenter eller kombinasjoner. En "elektrisk regulerbar ventil" kan omfatte en posisjonstilbakekoplingssensor for å gi et tilbakekoplingssignal som er i samsvar med ventilens eller en ventildels aktuelle posisjon.

Uttrykket "sensor" som brukt her gjelder enhver innretning som kan registrere, detektere, bestemme, overvåke, skrive ned eller på annen måte avkjenne den absolutte verdi eller en endring av en fysisk størrelse. Således kan en sensor i slik utvidet begrep brukes til å måle fysiske størrelser som innbefatter, men uten å være begrenset til: temperatur, trykk, både absolutt og differensielt, strømning, seismiske data, akustiske data, pH-nivå, saltnivå, sporstofftilstedeværelse, sporstoffkonsentrasjon, konsentrasjon av kjemikalier, ventilele-mentposisjoner eller nær sagt alle typer fysiske data.

Uttrykket "ved eller på overflaten" som brukt her gjelder en lokalitet som er over omkring 17 m dybde ned fra jordoverflaten. Med andre ord brukes dette uttrykket ikke bare ved jordnivå eller bakkenivå, men generelt for å angi en lokalitet som ofte lett eller på hensiktsmessig måte er tilgjengelig ved et brønnhode hvor folk kan arbeide. Som et eksempel kan uttrykket være på et bord i en arbeidsbrakke som står på bakken ved brønnplattformen, det kan være på sjøbunnen eller havbunnen, det kan være på en dypvanns oljeplattform eller på gulvet i etasje 100 i en bygning. Uttrykket "overflate" kan også her brukes som et adjektiv for å angi en posisjon av en komponent eller et område som er "ved overflaten". Som et eksempel vil en "overflatedatamaskin" være en datamaskin som er ved overflaten.

Uttrykket "nedihulls" som brukt her gjelder en posisjon eller en lokalitet under omkring 17 m dybde inne i jorden. Med andre ord brukes dette uttrykk generelt for å angi en posisjon som ofte ikke er lett eller hensiktsmessig tilgjengelig fra et brønnhode hvor folk kan arbeide. Som et eksempel for en petroleumbrønn vil dette uttrykk gjelde ved eller nær en produksjonssone under overflaten, uavhengig av om denne kan nås vertikalt, horisontalt eller fra siden på annen måte, eventuelt ved en vilkårlig vinkel. Uttrykket "nedihulls" brukes også her som et adjektiv for å beskrive posisjonen av en komponent eller et område. Som et eksempel vil en "nedihullsinnretning" i en brønn være en innretning eller enhet som er "nedihulls" i motsetning til at den er "ved overflaten".

Som brukt i denne oppfinnelse betyr "trådløs" fravær av konvensjonelle isolerte ledninger eller ledere som for eksempel strekker seg fra en nedihullsinnretning og opp til overflaten. Ved bruk av brønnens produksjonsrør og/eller foringsrør som leder eller ledere dekkes man også av dette "trådløsuttrykk".

Fig. 1 viser skjematisk en produksjonsbrønn 20 for gassløfting og for å utvinne petroleum, i samsvar med en foretrukket utførelse av denne oppfinnelse. Brønnen 20 har en brønnforing, her ofte kalt et foringsrør 30 som strekker seg inne i en brønnboring gjennom en formasjon 32 til en produksjonssone (ikke vist) lengre nede i brønnen. Et produksjonsrør 40 er ført ned inne i foringsrøret 30 for å lede fluid (dvs. olje, gass) fra et sted langt nede i brønnen og opp til overflaten under produksjonstrinn. En pakning 42 er anordnet nede i brønnen 20 inne i foringsrøret 30 og omslutter produksjonsrøret 40. Denne pakning 42 er for så vidt konvensjonell og isolerer hydraulisk en del av brønnen 20 over produksjonssonen for å tillate at gass under trykk kan føres inn i et ringrom 44 dannet mellom foringsrøret og produksjonsrøret 40. Under gassløftedriften føres gass under trykk inn ved overflaten i ringrommet 44 for videre føring inn i produksjonsrøret 40 for å løfte opp fluid i dette ved hjelp av den oppstigende gass. Følgelig er den produksjonsbrønn 20 som er vist på fig. 1 tilsvarende en konvensjonell brønn når det gjelder konstruksjonen, men hvor i tillegg oppfinnelsen har fått innpass.

Man har således etablert en elektrisk krets ved å bruke forskjellige komponenter i brønnen 20 vist på fig. 1. En slik elektrisk brønnkrets brukes da til å gi elektrisk strøm til og/eller sørge for kommunikasjon med en nedihullsinnretning 50 som her likevel er kalt en brønnenhet og som arter seg som en elektrisk forbruker. En kommandoenhet 52 styrer strømtilførselen og/eller kommunikasjonen oppe på overflaten. Enheten 52 inneholder en kraftkilde 54 og et hovedmodem 56, men utstyrskomponentene på overflaten og hvordan de er satt sammen og bygget opp kan variere. Kraftkilden 54 er innrettet for å generere en tidsvarierende elektrisk strøm som fortrinnsvis er en ren vekselstrøm, men også kan være en varierende likestrøm (likestrøm overlagret en vekselstrømskomponent). Fortrinnsvis er de kommunikasjonssignaler som tilveiebringes i kommandoenheten 52 spektralfordelte signaler, men andre former for modulasjon eller signalbehandling, herunder forhånds-forvrengning kan brukes i alternativer. En første kommandolinje 61 fra kommandoenheten 52 er koplet til produksjonsrøret 40 ved overflaten og er ført gjennom brønnens røroppheng 64 i en isolasjonsblokk 65 som arter seg som en gjennomføring og vil således være elektrisk isolert fra røropphenget ved gjennomføringen. Kommandolinjens 61 returledning 62 til styreenheten 52 går fra foringsrøret 30 ved overflaten.

Forings- og produksjonsrør 40, 30 tjener på denne måte som elektriske ledere for den brønnstrømkrets som oppfinnelsen tilsier. I en foretrukket utførelse og som er vist på fig. 1 tjener produksjonsrøret 30 som en rørstruktur for å lede elektrisk forsyningsstrøm og/eller kommunikasjonssignaler mellom enheten 52 og nedihuUsinnretningen 50 i brønnen 20, mens pakningen 42 og foringsrøret 30 tjener som elektrisk returvei. En isolert rørforbin-delse 68 er lagt inn i brønnhodet på undersiden av røropphenget 64 for elektrisk isolasjon av produksjonsrøret 40 fra dette oppheng og fra foringsrøret 30 ved overflaten. Kommandolinjen 61 er koplet til produksjonsrøret på undersiden av rørforbindelsen, og rundt produksjonsrøret, lengre nede i brønnen 20 er det avsatt en induksjonsspole 70 med generelt ringform slik at den kan plasseres konsentrisk utenpå produksjonsrøret. Spolen 70 inneholder ferromagnetisk materiale og er ikke noen strømforbruker. Det er innlysende at dimensjoneringen av en slik induksjonsspole 70 er viktig, både når det gjelder størrelse (masse), geometri og magnetiske egenskaper så vel som dimensjonsforholdene i forhold til produksjonsrøret 40. Både den isolerende rørforbindelse 68 og induksjonsspolen 70 tjener til å sperre for vekselstrømssignaler som påtrykkes produksjonsrøret 40, men i andre ut-førelser kan spolen 70 være anordnet utenpå foringsrøret 30. NedihuUsinnretningen 50 har to tilledninger 71 og 72, idet den første av disse er koplet til produksjonsrøret 40 på kildesiden 81 av spolen 70, mens den andre, ledningen 72 er koplet til produksjonsrøret på motsatt side av denne, nemlig på retursiden 82. Pakningen 42 gir elektrisk forbindelse mellom produksjonsrøret 40 og foringsrøret 30 nede i brønnen. Disse rør kan imidlertid også være tilkoplet der nede via et elektrisk ledende fluid (ikke vist) i ringrommet 40 på oversiden av pakningen 42 eller på annen måte. Fortrinnsvis vil man ha lite eller intet fluid i ringrommet på oversiden av pakningen, men i praksis kan det ikke være til å unngå at noe er der.

Fig. 2 viser et forenklet elektrisk koplingsskjema som viser hvordan den elektriske brønnkrets er nede i brønnen 20 på fig. 1. Under drift vil som allerede nevnt strøm påtrykkes og kommunikasjon tillates fra overflaten og kommandoenheten 52 via produksjonsrøret 40 og ned på undersiden av den isolerende rørforbindelse 68 via kommandolinjen 61. Den påtrykte tidsvarierende strøm hindres imidlertid fra å gå fra produksjonsrøret til foringsrøret 30 (og nå returledningen 62) via røropphenget 64 ved at det er lagt inn isolatorer 69 i forbin-delsen 68. Strømmen går imidlertid fritt nedover i brønnen langs produksjonsrøret 40 inntil den møter induksjonsspolen 70 som (meget populært sagt) hindrer mesteparten av strømmen (f.eks. 90 %) fra å strømme gjennom produksjonsrøret 40 i spolen 70. På denne måte vil (også populært uttrykt) et spenningspotensial dannes mellom produksjonsrøret 40 og foringsrøret 30 som følge av induksjonsspolens 70 impedans. Andre måter å formidle vekselstrømssignaler langs produksjonsrøret på kan også tenkes. Spenningspotensialet, dvs. den varierende spenning som dannes mellom røret 40 på kildesiden 81 av spolen 70 og samme rør på retursiden 82 vil således føre strøm inn i nedihuUsinnretningen 50, idet denne er koplet tvers over spolen og dermed får den genererte spenning i sin helhet. Således kan det populært sies at mesteparten av den strøm som påtrykkes røret 40 og som ikke tapes underveis blir ført langs røret og ned til nedihuUsinnretningen 50 for der å gi elektrisk kraft til denne og/eller sørge for kommunikasjon med den. Etter passeringen av bunnenheten 50 går strømmen som en returstrøm opp til kommandoenheten 52 via pakningen 42, forings-røret 30 og returledningen 62. Er strømmen en ren vekselstrøm vil strømveien beskrevet ovenfor også reverseres gjennom brønnen 20 langs samme vei for hver halvperiode.

Andre alternative måter å utvikle en elektrisk krets på ved hjelp av en rørstruktur i en brønn og med minst én induksjonsspole kan også tenkes, og hensikten er å bruke strømveien til å etablere en spenning over en nedihullsinnretning 50 eller andre forbrukere av strøm og/eller sørge for kommunikasjon fra en slik enhet og til overflaten og omvendt, idet også slike alternativer vil kunne passes inn i oppfinnelsen.

Dersom andre pakninger eller sentreringselementer (ikke vist) er lagt inn mellom rørforbindelsen 68 og den pakning 42 som her er omtalt kan disse tilleggsenheter også inkorporere en elektrisk isolator for å hindre kortslutning mellom produksjonsrøret og foringsrøret. Slik elektrisk isolasjon av tilleggspakninger eller annet utstyr kan oppnås på forskjellig måte, og dette behøver ikke gås nærmere inn på her.

I et alternativ til (eller som et tillegg til) den isolerende rørforbindelse 68 kan man ha en andre induksjonsspole 168 (se fig. 3A) anordnet rundt produksjonsrøret 40, men på oversiden av stedet for den elektriske forbindelse mellom kommandolinjen 61 og produk-sjonsrøret 40, og/eller røropphenget 64 kan være av isolert type (se røropphenget 268 på fig. 3B) med separate isolatorer 269 for å isolere produksjonsrøret fra foringsrøret.

Fig. 4 viser et forstørret utsnitt av en del av brønnen 20 på fig. 1 og hvor det fremgår hvordan spolen 70 og nedihuUsinnretningen 50 er anordnet. For den foretrukne ut-førelse som er vist på fig. 1 omfatter brønnenheten en styremodul 84 for blant annet kommunikasjon, en elektrisk aktiverbar gassløfteventil 86, en sensor 88 og en kraftakkumulator 90. Komponentene i enheten 50 er gjerne innlagt i en enkelt forseglet rørformet enhet 92 ("pod") slik at det til sammen dannes en modul for å lette håndtering og installasjon, så vel som for beskyttelse av komponentene fra omgivelsene rundt. I andre utførelser kan komponentene i enheten 50 naturligvis være separate (dvs. ingen enhet 92 utenpå) eller kombinert i andre kombinasjoner.

Modulen 84 har et separat adresserbart modem 94, en motorstyreenhet 96 og en sensorkrets 98 som danner et grensesnitt eller en overgang. Siden modemet 94 i enheten 50 kan adresseres separat kan mer enn én slik brønnenhet installeres nede i brønnen og drives og betjenes uavhengig av andre tilsvarende i samme brønn 20. Kommunikasjonene som kan formidles via styremodulen 84 går via koplinger til kraftakkumulatoren 90 (forbin-delseslinjene er imidlertid ikke viste på fig. 4) for å motta elektrisk energi fra denne akkumulator etter behov. Modemet 94 er elektrisk tilkoplet produksjonsrøret 40 via tilkoplingsledningene 71 og 72 (de elektriske forbindelser mellom modemet og disse ledninger er imidlertid ikke vist). Følgelig kan modemet 94 kommunisere med kommandoenheten 52 på overflaten eller med andre innretninger nede i brønnen (ikke vist) ved hjelp av foringsrøret og/eller produksjonsrøret som elektriske ledere for signalene.

Ventilen 86 omfatter en elektrisk motor 100, en strupeventil 102, et innløp 104 og et utløpsrør 106. Motoren er elektrisk tilkoplet modulen 84 og motorstyreenheten 96 (uten at de elektriske forbindelser er vist). Strupeventilen 102 drives mekanisk av denne motor 100 i respons på kommandosignalet fra modulen 84, og disse signaler kan komme fra kommandoenheten 52 på overflaten eller en annen innretning, via modemet 94. Alternativt kan styresignalene til motoren 100 frembringes i nedihuUsinnretningen 50 (så som i respons på målinger utført av sensoren 88), og følgelig kan ventilen 102 reguleres, åpnes, lukkes eller strupes kontinuerlig via modulen 84 og/eller enheten 52. Motoren er gjerne en trinnmotor slik at strupeventilen 102 kan reguleres i kjente trinn. Når det i ringrommet 44 er gass under trykk kan denne gass injiseres på kontrollert måte til det indre 108 av produk-sjonsrøret 40 ved hjelp av ventilen 86 (via innløpet 104, strupeventilen 102 og utløpsrøret 106) slik at det dannes gassbobler 110 i fluidstrømmen for å løfte fluidet opp mot overflaten under produksjonstrinnene.

Sensoren er elektrisk koplet til modulen 84 via kretsen 98 og kan være av forskjellig type, eventuelt av transdusertypen og innrettet for å registrere eller måle en fysisk størrelse nede i brønnen 20. Slike størrelser kan dreie seg om trykk, temperatur, akustiske bølgeformer, kjemiske sammensetninger, kjemisk konsentrasjon, tilstedeværelse av spormateriale eller fluidstrøm per tidsenhet. I andre utførelser kan man ha flere sensorer, og plasseringen av den ene sensor 88 eller flere slike kan naturligvis variere fra anvendelse til anvendelse. I en utvidet form kan man i tillegg ha en alternativ eller en ytterligere sensor for å måle ringromtrykket.

Fig. 4 viser videre hvordan akkumulatoren 90 inneholder flere energilagringsceller 112, en regulator 114, en logikkrets 116 og en forsinkelseskrets 18, og alle disse komponenter er sammenkoplet elektrisk slik at de danner kraftakkumulatoren 90 (selv om de elektriske forbindelsene ikke er vist på tegningen). Akkumulatoren 90 er elektrisk koplet til produksjonsrøret 40 via det spenningspotensial som dannes ved strømføringen gjennom induksjonsspolen 70, som beskrevet ovenfor. Akkumulatoren 90 er også elektrisk koplet til modulen 84 for å gi strøm til denne når forsyningsstrøm ikke er tilgjengelig fra enheten 52 på overflaten via produksjonsrøret og/eller foringsrøret. Akkumulatoren og modulen 84 kan også være koplet med brytere eller vendere på slik måte at den sistnevnte (og følgelig også modemet 94, motoren 100 og sensoren 88) bare får strøm når cellene 112 og eventuelt andre deler av akkumulatoren gjentatt lades av kraftkilden 54 fra overflaten via produksjonsrøret 40 og/eller foringsrøret 30.

I den foretrukne utførelse som er vist på fig. 4 er cellene 112 kondensatorer, ellers kan de være oppladbare batterier for lagring av elektrisk energi og utlading etter behov.

Logikkretsen 116 er fortrinnsvis strømforsynt fra tilkoplingsledningene 71, 72 (selv om tilkoplingen egentlig ikke er vist), i stedet for via cellene 112. Strømmen til denne krets 116 via ledningene kan imidlertid komme fra andre enheter nede i brønnen (ikke vist) eller fra kraftkilden 54 og blir ført gjennom en likeretterbro 136 (se koplingsskjemaet på fig. 5) for å gi likestrøm til kretsen. Følgelig kan denne krets kople om brytere 121, 122, 131, 132 (se også fig. 5) i regulatoren 114 når cellene 112 ikke er ladet. I alternativet kan logikkretsen 116 også ta imot elektrisk strøm fra cellene 112 når disse er tilgjengelige og via ledningene 71, 72, eller kretsen kan ha sitt eget oppladbare batteri for omkopling av bryterne i regulatoren når cellene ikke er ladet og når det ikke er noe strøm tilgjengelige via ledningene 71, 72. Kretsen 16 kan også ha strømforsyning utelukkende fra en eller flere av cellene 112.

Fig. 5 viser et forenklet skjema for den elektriske oppkopling av nedihuUsinnretningen 50 på fig. 1 og 4, med særlig fokus på kraftakkumulatoren 90. Akkumulatorens 90 regulator 114 har en første gruppe brytere 121, nevnt ovenfor, en andre gruppe brytere 122, en første henholdsvis en andre lastbryter 131, 132, en referansediode 134 og den allerede nevnte likeretterbro 136. Regulatoren er konstruert for å kunne koples parallelt med cellene 112 for lading henholdsvis seriekoplet i forhold til disse celler for utlading.

Under driften tillater regulatoren 114 vist på fig. 5 mange mulige kretskonfigurasjoner. Når den første gruppe brytere 121 er lukket mens den andre gruppe brytere 122 er åpne etableres en parallellkopling over cellene 112 slik at spenningsnivået på samtlige celler er det samme, hvorved større strømmer kan håndteres. Når imidlertid bryterne 121 og 122 er motsatt koplet dannes en seriekopling slik at spenningen på hver celle 112 summeres slik at det blir en høyere totalspenning i regulatoren 114.

Regulatoren på fig. 5 kan også koples for mange forskjellige situasjoner i forbindelse med modulen 84, så som at når strøm trengs til denne eller skal overføres til den lukkes den første lastbryter 131, mens stillingen av de øvrige brytere kan variere. Siden strømmen altså kan reguleres ved hjelp av denne bryter 131 vil ladetilstanden i cellene 112 kunne bevares når modulen ikke trengs, og bruken av den kan reguleres (dvs. at den kan slås av eller på). Den andre lastbryter 132 er tatt med for å skille regulatoren 114 fra brønnkretsløpet. Hvis modulen 84 for eksempel bare skal strømforsynes av cellene 112 åpnes den andre lastbryter 132, og med den første lastbryter 131 lukket og i tillegg den første gruppe brytere 121 åpne, mens den andre gruppe brytere 122 er lukket blir den seriekrets som dannes slik at spenningen til modulen 84 blir lik summen av enkeltspenningene over cellene 112. Med den første lastbryter 131 lukket, mens den andre er åpen og bryterne 121 lukket mens bryterne 122 er åpne dannes en parallellkrets som gir et bestemt spenningsnivå til modulen 84, nemlig samme spenningsnivå som for hver enkelt av cellene 112. Parallellkoplingen gir altså lavere spenning enn seriekoplingen. Parallellkoplingen gir imidlertid lavere spenning over en lengre varighet og under større strømtrekk av modulen 84 enn for seriekoplingen, og følgelig vil den foretrukne kretskopling (parallell eller serie) for å gi strøm til en enhet være avhengig av hvilket effektbehov eller hvilket strømbehov denne enhet har, og naturligvis også for hvilken spenning enheten er beregnet for.

Strøm til modulen 84 kan også tas utelukkende fra brønnkretsløpet (via ledningene 71, 72) ved å lukke begge lastbryterne og åpne begge grupper 121 og 122. Også en slik kopling kan være ønskelig for regulatoren 114 når kommunikasjonssignaler sendes til eller fra modulen 84. Referansedioden 134 gir overspenningsbeskyttelse, og andre tilsvarende beskyttelser kan også tenkes eller være innlagt. Strømmen og eventuelt signalene som formidles via ledningene 71, 72 (via rørene 40 og/eller 30) kan tilføres fra kraftkilden 54 på overflaten, fra et annet nedihullsapparat (ikke vist) og/eller en annen effektlagirngsmodul (ikke vist) enn kraftakkumulatoren. Strøm til modulen 84 kan også tas fra brønnkretsløpet og cellene 112 ved å lukke lastbryterne 131 og 132 og lukke den første eller andre gruppe brytere 121 eller 122.

For lading av cellene 112 via brønnkretsløpet lukkes den andre lastbryter for å kople regulatoren 114 til kretsløpet via likeretterbroen 136. Det er en fordel å lade cellene 112 ved parallellkopling (dvs. at den første gruppe brytere 121 er lukket, mens den andre er åpen) og modulen 184 frakoplet (den første lastbryter 131 åpen), men cellene kan også lades (likevel med mindre effektivitet) samtidig med at strøm tilføres modulen 84. Under en ladesyklus i den foretrukne utførelse som er vist på fig. 1, 4 og 5 går vekselstrøm fra kraftkilden 54 til brønnkretsløpet ved overflaten og rutes gjennom ledningene 71, 72 via spolen 70. Strømmen går også gjennom en impedanstilpasningsmotstand 138 og blir likerettet i broen 136 slik at det frembringes en likespenning over cellene 112 for lading av disse.

Omkopling mellom stilling for lading og utlading eller å endre omkoplingskonfigurasjonen på annen måte kan være automatisert og styres internt i bunnenheten 50 eller eksternt ved hjelp av styresignaler fra kommandoenheten 52. Ellers kan dette skje fra et annet apparat nede i brønnen eller en styreenhet anordnet nede ved bunnenheten (styreenheten er ikke vist). Alternativt kan man ha en kombinasjon av disse måter. Siden eksterne kommandoer ikke kan mottas eller reageres på før nedihuUsinnretningen 50 har kraft tilgjengelig er det ønskelig å legge inn en automatstyrekrets slik at (i) den registrerer utladetilstanden for cellene 112, (ii) registrerer tilgjengeligheten for vekselstrømeffekt fra kommandoenheten 52 via produksjonsrøret 40 og/eller foringsrøret 30 og (iii) når begge disse situasjoner foreligger, utføring av automatisk omlading av cellene 112. Av denne grunn vil omkoplingen i de foretrukne utførelser på tegningene angitt ovenfor være en automatisk prosess som styres av logikkretsen 116.

Det vises nå til fig. 5 og 6 hvor det fremgår at logikkretsen 116 mottar to inngangssignaler via sin respektive inngang 141, 142. Signalene styrer tilsvarende fire utgangssignaler på utganger 151-154 fra kretsen. Et av inngangssignalene tilsvarer at det ligger vekselspenning over ledningene 71, 72 (fra kraftkilden 54). Det første inngangssignal på den første inngang 141 kommer fra en halvbølgelikeretter 156 og en kondensator 158, idet likeretteren 156 er i form av en diode på skjemaet. Disse komponenter brukes sammen for å registrere tilstedeværelsen av vekselspenning over ledningene. Den andre inngang 142 gir med sitt inngangssignal informasjon om spenningsnivået over cellene 112, nemlig en indikator på hvilket ladenivå disse har. Et første av utgangssignalene fra logikkretsen 116 gir kommando for åpning eller lukking av den første gruppe brytere 121, og tilsvarende styrer det andre utgangssignal den andre gruppe brytere 122. Det tredje utgangssignal på utgangen 153 regulerer åpningen eller lukkingen av den første lastbryter 131 for kopling til modulen 84 og strømtilførsel til regulatoren 114, og det fjerde utgangssignal på utgangen 154 styrer bryteren 132 som kopler ledningene 71,72 til regulatoren 114 via broen 136.

Den logiske algoritme som implementeres i den foretrukne utførelse på fig. 1, 4, 5 og 6 er illustrert i tilstandsdiagrammet vist på fig. 7. I dette tilstandsdiagram som altså er vist på fig. 7 representerer de enkelte blokker tilstander i oppfinnelsens system, mens pilene representerer overganger mellom de tilstander som finner sted når en betingelse er fastlagt eller en hendelse forekommer. Ved start i den nedre venstre blokk 161 som tilsvarer en start- eller standardtilstand lukkes bryterne 121, bryterne 122 er åpne, bryteren 131 er åpen og bryteren 132 er lukket. Følgelig koples cellene 112 i parallell og er klare til å motta ladestrøm fra likeretterbroen 136. Ladetilstanden signaleres via den andre inngang 142 og er mindre enn 1,5 V i det tenkte eksempel, mens logikkretsen 116 er avslått. I tilstanden 161 er systemet å betrakte som inaktivert, og cellene er da utladet, men klare til å ta imot lading.

Når vekselstrøm går gjennom brønnkretsløpet via ledningene 71, 72 starter en lading av cellene 112 slik at systemet går over til tilstand 162.1 denne tilstand og dersom cellene 112 er ladet opp til en spenning på 1,5 V går systemet videre til tilstand 163 hvor logikkretsen 116 aktiveres. Spenningen på inngangene 141 og 142 er da registrerbar. I tilstand 162 og hvis vekselstrømmen opphører før cellene 112 har nådd 1,5 V klemmespenning går skjemaet tilbake til tilstand 161 og blir inaktivt, men klart til å motta lading til cellene.

I tilstand 163 fortsetter cellene 112 å motta ladestrøm, og logikkretsen 116 overvåker spenningen på inngangene 141 og 142. Når vekselstrømmen slås av og hvis logikkretsen registrerer denne situasjon ved spenningsmåling på inngangen 141 går systemet over til tilstand 164.

I denne tilstand åpner logikkretsen 116 bryterne 121, lukker bryterne 122, åpner bryteren 132 og starter en forsinkelseskrets. Hensikten med denne krets 118 er å la eventuelle omkoplingstransienter som kan forekomme ved omkonfigurasjonen fra parallell til serie for cellene 112, å få tid til å avsluttes. Forsinkelsen fra kretsen er ganske liten, i størrelsesorden millisekunder. Dersom vekselstrømmen slås på igjen når forsinkelseskretsen fremdeles løper går systemet tilbake til tilstand 162, ellers går det over til tilstand 165, det vil si når forsinkelseskretsen har gjennomløpt sin forsinkelsesfase.

I tilstanden 165 opprettholder logikkretsen 116 bryterne 121 og 122 sin åpne henholdsvis lukkede stilling, men lukker bryteren 131 for å overføre strøm til hovedbelastningen i form av styremodulen 84. Systemet holdes i denne tilstand 165 inntil enten vekselstrømmen blir slått på igjen, registrert på inngangen 141 eller inntil cellene har ladet seg ut så mye at spenningen registrert på inngangen 142 har falt til under 7,5 V. Dersom strømmen slås på går systemet over til tilstand 162 med de tilhørende stillinger for bryterne 121, 122, 131 bg 132. Lades cellene 112 ut før vekselstrømmen kommer på igjen går systemet til tilstand 161 med de tilhørende stillinger for bryterne.

Systemet som er beskrevet i forbindelse med fig. 7 sikrer at utstyret nede i brønnen kan aktiveres fra inaktiv og utladet tilstand 161 ved hjelp av en nærmere fastlagt prosedyre, og når cellene så er ladet og utstyret aktivert går systemet inn i en kjent tilstand. Det er åpenbart at det å møte dette krav er et nødvendig element i en vellykket implementering for ikke tilgjengelige enheter som arbeider ved å bruke lagret elektrisk kraft når kraftakkumulatoren eller cellene i denne er utladet.

Som beskrevet med referanse til tilstandsdiagrammet på fig. 7 sender nedihuUsinnretningen 50 data eller måleinformasjon oppover i brønnen til kommandoenheten 52 ved overflaten, via modemet 94, bare når vekselstrøm fra kraftkilden 54 ved overflaten ikke kommer inn. Dette hjelper til å eliminere støy under transmisjon oppover i brønnen fra nedihuUsinnretningen 50 til kommandoenheten. Den algoritmestyrelogikk logikkretsen 116 presenterer i den foretrukne utførelse som her er beskrevet er imidlertid rent illustrativ og vil kunne variere, hvilket vil være åpenbart for leseren.

Ved å styre nyttesyklusen for lading/utlading for cellene 112 med regulatoren 114 og logikkretsen 116 vil til og med en meget begrenset tilgjengelighet av forsyningsstrøm nede i brønnen 20 kunne brukes til å lade cellene 112, og kraft kan trekkes ut for å drive elektrisk eller elektronisk utstyr ved langt større nyttesykluser enn ladesyklusen. Typisk kan slikt utstyr, uten å være begrenset til dette omfatte motorer, kraftsylindere, styreventiler og akustiske kilder. Slikt elektrisk utstyr krever ofte stor effekt under bruken, men arbeider bare i korte perioder på kommando. Følgelig får man med oppfinnelsen måter å lade cellene 112 på ved en bestemt ladetakt (for begrenset tilgjengelighet av ladestrøm) og lade ut den lagrede energi i cellene ved en annen takt (så som ved stor strøm over korte perioder). Blant annet kan derfor oppfinnelsen gi en løsning på mange av de problemer som forårsakes av begrensninger av tilførselsstrøm nede i et borehull.

En karakteristikk for celler 112 for opptak av elektrisk energi (både celler av kjemisk type og elektriske kondensatorer) er at deres spesielle driftseffekt kan være begrenset til verdier som ligger under det som trengs for å kunne drive utstyr nede i brønnen. I tilfeller hvor man har slike kraftige begrensninger, for eksempel ved tap i strømtilførselsveien kan likevel strøm som tilføres være begrenset til verdier som ligger under det som trengs for den normale drift av elektriske kretser og forbrukerapparater.

Ut fra sin naturlige funksjon vil brønnenheter 50 ofte være anordnet i grupper i brønnen. I forhold til deres avstand til overflaten vil gjerne avstanden mellom de enkelte enheter i gruppen være liten. Av denne grunn kan det være fordelaktig å overføre strøm fra en enhet til en annen via produksjonsrøret 40 og/eller foringsrøret 30 eller ved hjelp av andre strømveier som har liten motstand, mellom de enkelte enheter. En slik strømfordeling mellom effektlagringsmodulene eller cellene 112 i kraftakkumulatoren i forbindelse med hvert enkelt nedihullsapparat og en belastning som kan være i et annet tilsvarende apparat vil være avhengig av hvordan styrekommunikasjonen er utført for å gi forbindelser mellom dem. Styrekommunikasjonen kan være besørget med intern elektronikk i et eller flere slike apparater eller nedihullsenheter, eller styringen kan komme fra kommandoenheten 52 på overflaten, eventuelt en kombinasjon av disse virkemidler. Følgelig vil den elektriske energi som er tilgjengelig fra mer enn én brønnenhet i en gruppe kunne tilføres et enkelt brukspunkt, slik at man får større effektforbruk i dette punkt enn det man ellers ville hatt hvis hver brønnenhet rett og slett måtte basere strømforsyningen på sin egne lokale effektlagringskapasitet. Tilsvarende vil det være slik i tilfeller hvor energilagringen i en enkelt brønnenhet måtte ha sviktet, og da vil strøm kunne tilføres denne enhet fra de tilstøtende enheter i gruppen. En slik sviktende enhet kan i så fall tas ut av tjenesten uten å ødelegge for bruken av de øvrige og uten å eliminere bruken av den brønnenhet som led av svikten i energilagring.

I andre mulige utførelser av denne oppfinnelse og med flere brønnenheter (ikke vist) kan hver nedihullsinnretning 50 omfatte effektlagringsinnretninger av typen celler 112 som kan gi strøm til enheten alene eller som kan være omkoplbar for å gi strøm via rørene 40,30. Hver nedihullsinnretning 50 kan trekke strøm bare fra sin egen lokale celle 112 eller ha sin lokale strømtilførsel forbedret ved også å kunne trekke strøm fra rørene 40, 30.1 det siste tilfelle kan strøm trekkes fra andre celler 112 i nabobrønnenheter 50, som beskrevet ovenfor og/eller fra kraftkilden 54 ved overflaten.

I nok andre mulige utførelser av oppfinnelsen kan hver enkelt bryter 121, 122 i gruppene åpnes eller lukkes enkeltvis for å gi forskjellige spenningsnivåer til strømbelast-ningen eller belastningene ved å endre bryterposisj onene. Følgelig kan separate uavhengige utgangsspenninger tilveiebringes til forskjellige belastninger, for mange belastninger samtidig eller for forskjellige lastbetingelser, uten å miste muligheten til å lade samtlige celler 112 parallelt ved lav spenning.

De enkelte komponenter i nedihullsinnretningen 50 kan variere for å danne andre mulige utførelser av oppfinnelsen. Enkelte mulige komponenter som kan erstattes eller som kan tilføres de komponenter som allerede er skissert for en slik brønnenhet omfatter (men er ikke begrenset til): en elektrisk servoenhet, en annen elektrisk motor, andre sensorer, transducere, en injeksjonsinnretning som er elektronisk styrbar og beregnet for å registrere spormateriale, en elektrisk styrbar ventil, et relemodem, en transduser, et datamaskinsystem, en lagringsinnretning, en mikroprosessor, en krafttransformator, en elektrisk styrbar hydraulisk pumpe og/eller en kraftsylinder, en elektrisk styrbar pneumatisk pumpe og/eller tilhørende kraftsylinder eller en kombinasjon av disse komponenter.

Også komponentene i effektlagringsmodulen i form av kraftakkumulatoren 90 kan variere, men den vil alltid ha minst én celle 112 som et minimum. Som et eksempel kan denne akkumulator være så enkel som en eneste celle 112 og med noen ledninger for elektrisk kopling. Akkumulatoren kan imidlertid også være særdeles kompleks og omfatte for eksempel en gruppe celler 112, en mikroprosessor, et lager, et styrekort, en effektmåler med digital visning og signalering, et digitalvoltmeter, et digitalamperemeter, en rekke brytere og et modem. Akkumulatoren 90 kan imidlertid også være noe mellom dette, så som den akkumulator 90 som er vist i den foretrukne utførelse som allerede er beskrevet her og som er vist på fig. 1,4 og 5.

Det vil således verdsettes av fagfolk som har hatt anledning til å lese gjennom denne beskrivelse at oppfinnelsen som her beskrives gjelder en produksjonsbrønn for petroleum og en fremgangsmåte for bruk av denne brønn for å tilveiebringe elektrisk strøm nede i brønnen og med muligheter for lagring av elektrisk energi. Det er således klart at tegningene og detaljbeskrivelsen imidlertid skal betraktes å være rent illustrative heller enn begrensende, og hverken tekst eller tegninger har intensjon av å begrense oppfinnelsen til de bestemte former og eksempler som er tatt med. Tvert imot omfatter oppfinnelsen enhver ytterligere modifikasjon, endring, omarrangering, erstatning, alternativløsning, designkon-figurasjon og utførelse som vil kunne være innlysende for fagfolk, uten at dette gjør at konseptet fraviker oppfinnelsens hensikt og natur, idet oppfinnelsen som sådan er nærmere bestemt av patentkravene nedenfor. Således er hensikten at disse patentkrav skal tolkes slik at de omfatter alle slike ytterligere modifikasjoner, endringer, omarrangementer, erstatninger, alternativer, konstruksjonsløsninger og utførelser.

Oppfinnelsen kan gjelde enhver type petroleumbrønn (dvs. utnyttelsesbrønn, injeksjonsbrønn, produksjonsbrønn) hvor elektrisk kraft trengs nede i brønnen for utstyr av elektronisk eller elektrisk art. Oppfinnelsen kan også gjelde andre typer brønner (annet enn petroleumbrønner) så som vannproduksjonsbrønner.

Denne oppfinnelse kan inkorporeres flere ganger i en enkelt petroleumbrønn som har en eller flere produksjonssoner eller i en petroleumbrønn som har flere siderettede eller horisontale forgreninger. Siden konfigurasjonen av en brønn vil være avhengig av den naturlige formasjon som omslutter brønnen og hvor produksjonssonene er vil antallet anvendelser og arrangementer for en utførelse av den foreliggende oppfinnelse også måtte variere i samsvar med de naturlige forutsetninger, for eventuelt også å passe til ønsket brønninjeksjon og produksjonsbehov.

Claims (18)

1. System for å tilveiebringe elektrisk kraft til en nedihullsinnretning (50) i en brønn (20), omfattende: en strømimpedansinnretning (70) som generelt er konfigurert for konsentrisk anordning i forhold til en rørstruktur (40) i brønnen for i det minste delvis å avgrense en elektrisk ledende del av denne rørstruktur for å lede en tidsvarierende elektrisk strøm gjennom og langs den ledende del av rørstrukturen (40), og en kraftakkumulator (90,112) som er innrettet for: elektrisk kopling til den ledende del av rørstrukturen, opplading fra den tidsvarierende elektriske strøm, og elektrisk kopling til nedihullsinnretningen (50) for kraftforsyning av denne (50), karakterisert ved at kraftakkumulatoren (90,112) er elektrisk koplet til elektriske terminaler (71,77) som er elektrisk koplet til den ledende del av rørstrukturen (40) på ulike siden av strømimpedansinnretningen (70).

2. System ifølge krav 1, hvor kraftakkumulatoren (90,112) omfatter en kjemisk sekundærcelle, et oppladbart batteri, og / eller en kondensator.

3. System ifølge krav 1, hvor strømimpedansinnretningen (70) er en ikke-energiforsynt induksjonsspole som omfatter et ferromagnetisk materiale og som er innrettet for å tjene som en induksjonsspole for tidsvarierende påtrykt elektrisk strøm, basert på sin størrelse, geometri, sitt rommessige forhold til rørstrukturen (40) og sine magnetiske egenskaper.

4. System ifølge krav 1, hvor rørstrukturen (40) omfatter minst en del av brønnens (20) pro-duksjonsrør.

5. System ifølge krav 1, hvor rørstrukturen omfatter minst en del av et foringsrør (30) i brønnen (20).

6. System ifølge krav 1, og videre omfatter en kraftregulator (114) tilpasset for omkopling mellom en kretskonfigurasjon for lading og en for utlading av kraftakkumulatoren (90,112).

7. System ifølge krav 6, og videre omfatter en logikkrets (116) for automatstyring av kraftregulatoren (114).

8. Petroleumbrønn (20) for produksjon av petroleumprodukter omfattende et system ifølge ett av kravene 1-7.

9. Petroleumbrønn (20) ifølge krav 8, hvor nedihuUsinnretningen (50) omfatter en sensor (88), en tranduser, en elektrisk styrbar ventil (102), en elektrisk motor, en modem og / eller et kjemisk injeksjonssystem..

10. Petroleumbrønn (20) ifølge krav 8, og videre omfatter en kraftregulator (114) tilpasset for omkopling mellom en kretskopling for elektrisk lading og en kretskopling for elektrisk utlading for kraftakkumulatoren (90,112).

11. Petroleumbrønn (20) for produksjon av petroleumprodukter ifølge krav 8, hvor rørstrukturen omfatter: en brønnforing (30) som strekker seg ned i en brønnboring i brønnen og et produksjonsrør (40) som strekker seg nedover i foringen, og hvor en kraftkilde er beliggende ved overflaten og elektrisk koplet til og innrettet for å generere en tidsvarierende elektrisk strøm inn i minst én av komponentene produksjonsrør (40) og foringen (30), hvor kraftakkumulatoren (90,112) er elektrisk koplet til én av komponentene produksjonsrør (40) og foringen (30), og hvor nedihullsinnretningen (50) er elektrisk koplet til kraftakkumulatoren (90,112), og strømimpedansinnretningen (70) er tilveiebrakt ved en nedihulls induksjonsspole (70) som er anordnet rundt en del av produksjonsrøret (40), foringen (30) eller begge og hvor induksjonsspolen (70) er innrettet for å rute en del av den elektriske strøm til kraftakkumulatoren (90,112).

12. Petroleumbrønn ifølge krav 11, hvor induksjonsspolen (70) er ikke-energiforsynt og omfatter et ferromagnetisk materiale.

13. Fremgangsmåte for drift av en petroleumbrønn (20) ifølge krav 8, omfattende de følgende trinn: tilveiebringelse av en elektrisk ledende del av en rørstruktur (30, 40) i et borehull i brønnen med en strømimpedansinnretning (70), strømtilførsel til den elektrisk ledende del av rørstrukturen (30,40), hvor strømkilden er innrettet for å generere en tidsvarierende elektrisk strøm, lagring av elektrisk energi i en nedihulls kraftakkumulator (90,112), lading av kraftakkumulatoren (90,112) med den tidsvarierende strøm under fremstilling av petroleumprodukter fra brønnen (20), og utlading av kraftakkumulatoren (90,112) etter behov for å gi elektrisk kraft til en elektrisk strømforsynt innretning (50) anordnet nede i brønnen (20) under produksjon av petroleumprodukter fra denne (20).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor kraftakkumulatoren (90,112) omfatter en elektrisk strømforsynt innretning som omfatter en sensor (88) og et modem (84), og hvor fremgangsmåten videre omfatter de følgende trinn: registrering av en fysisk størrelse nede i brønnen ved hjelp av sensoren (88), og sending av denne fysiske størrelse til en innretning på overflaten og ved hjelp av modemet (84) og via rørstrukturen (30,40).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor sendingen utføres når kraftakkumulatoren (90,112) ikke lades av kraftkilden (54).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvor brønnen omfatter flere kraftakkumulatorer (90,112), og fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: lading av kraftakkumulatorene (90,112) i parallell, og utlading av kraftakkumulatorene (90,112) i serie.

17. Fremgangsmåte for å gi elektrisk strømforsyning til en nedihullsinnretning (50) i en brønn (20) ifølge krav 8 som omfatter følgende trinn: (A) etablering av en nedihulls kraftakkumulatormodul (90) som omfatter en første gruppe elektriske brytere (121,122), en andre gruppe elektriske brytere (131,132), to eller flere kraftakkumulatorer (112) og en logisk krets (116), (B) hvis elektrisk strøm påtrykkes kraftakkumulatormodulen, (1) lukking av den første brytergruppe (121,122) og åpning av den andre brytergruppe (131,132) for å danne en parallellkrets over kraftakkumulatorene (112), og (2) lading av disse (112), (C) under ladingen, hvis strømmen ikke lenger påtrykkes kraftakkumulatormodulen (90) og kraftakkumulatorene (112) har mindre enn et første forhåndsbestemt spenningsnivå, (1) åpning av den første brytergruppe (121,122) og lukking av den andre brytergruppe (131,132) for å danne en seriekrets over kraftakkumulatorene (112), og (2) utlading av disse (112) etter behov for å gi elektrisk kraft til nedihuUsinnretningen (50), (D) under ladingen og hvis kraftakkumulatorene (112) har høyere spenningsnivå enn det første forhåndsbestemte nivå, påslag av en logikkrets (116), og (E) hvis logikkretsen er påslått, (1) venting på at strømmen ikke lenger påtrykkes kraftakkumulatormodulen (90), (2) hvis strømmen ikke lenger påtrykkes, . (i) igangsetting av en tidsforsinkelse over en forhåndsbestemt varighet, (a) hvis strømmen igjen starter før utløpet av denne forhåndsbestemte tidsforsinkelse, fortsettelse med å lade kraftakkumulatorene, (b) hvis tidsforsinkelsen overskrides, (b.l) åpning av den første brytergruppe (121,122) og lukking av den andre brytergruppe (131,132) for å danne seriekretsen over kraftakkumulatorene (112), (b.2) utlading av disse (112) etter behov for å gi elektrisk kraft til nedihuUsinnretningen (50), (b.3) hvis strømmen igjen påtrykkes, (b.3.1) lukking av den første brytergruppe (121,122) og åpning av den andre brytergruppe (131,132) for å danne parallellkretsen over kraftakkumulatorene (112), og (b.3,2) lading av disse (112), og (b.4) hvis kraftakkumulatorene får en spenning under det forhåndsbestemte spenningsnivå, avslag av logikkretsen (116).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17 som videre omfatter de følgende trinn: hvis den forhåndsbestemte tid går med i tidsforsinkelsen, hvis strømmen ikke tilføres kraftakkumulatormodulen (90) og hvis lagringsihnretningene har en spenning over det andre forhåndsbestemte spenningsnivå, sending av data fra nedihuUsinnretningen (50) til et modem på overflaten.