NO332520B1 - Anordning for overforing av elektriske signaler og/eller elektrisk energi - Google Patents
Anordning for overforing av elektriske signaler og/eller elektrisk energi Download PDFInfo
- Publication number
- NO332520B1 NO332520B1 NO20101806A NO20101806A NO332520B1 NO 332520 B1 NO332520 B1 NO 332520B1 NO 20101806 A NO20101806 A NO 20101806A NO 20101806 A NO20101806 A NO 20101806A NO 332520 B1 NO332520 B1 NO 332520B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- electrically conductive
- conductive medium
- electrical
- electric
- coil
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 21
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/14—Inductive couplings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/18—Rotary transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører et system for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium. Mer spesielt vedrø-rer den foreliggende oppfinnelsen et system som baserer seg på induksjonsprinsip-pet med virvelstrøm og magnetisme som overføringsmetode.
Bakgrunnen for oppfinnelsen er behovet for en anordning eller et system som kan overføre elektriske signaler og/eller elektrisk energi og samtidig kommunisere gjennom et elektrisk ledende medium, for eksempel en massiv stålvegg eller et rør. I forbindelse med for eksempel utvinning av hydrokarboner er det i olje- og/eller gassbrønner ønskelig å benytte sensorer og/eller instrumenter som kan plasseres på utsiden eller innsiden av tilgjengelige ringrom (annulus) i brønnen, slik at karakteristiske data som trykk, temperatur, strømning, væsketype, brønnens formasjons-egenskaper osv, kan måles og kontrolleres, samt at det kan være behov for å styre og kontrollere en eller flere av disse parametere, uten at trykkbarrieren(e) i olje-og/eller gassbrønnen brytes på noen måte. Samtidig er det ønskelig at disse sensorer og/eller instrumenter ikke har et behov for ekstern tilførsel av energi med strømkab-ler eller tilsvarende, som da krever barrierebrytende innretninger, eller batterier som har en tidsbegrenset levetid. Absoluttkrav for utstyr som installeres i olje- og/eller gassbrønner er kravet til robusthet for omgivelsestemperatur, trykk og ønsket levetid. Dersom det benyttes teknikk med komplisert elektronikk, er det vanligvis ikke mulig å tilfredsstille krav til temperatur og levetid fullt ut. Disse egenskaper henger nøye sammen med type anvendt elektronikk.
Det eksisterer en rekke systemer for overføring av energi og signaler basert på induksjon eller elektromagetiske bølger. Et system som baserer seg på å sende elektromagnetiske bølger gjennom en vegg av metall er beskrevet i europeisk patentsøk-nad EP 1.662.673. Dette systemet er basert på at en stor strøm sendes mellom et stykke eller en distanse av en rørvegg i dets lengdeakse, slik at materialet i rørveg-gen blir magnetisk mettet (magnetic saturation). Når materialet i rørveggen er magnetisk mettet, vil det skapes et vindu i det magnetisk mettede området, slik at det muliggjør for overføring av elektromagnetiske bølger, som kan kommunisere mellom en eller flere sender- og mottakerenheter anordnet på hver side av rørets vegg. Denne metoden har en iboende egenskap ved at det skapes et stort galvanisk skille mellom sender- og mottakerenhetenes kontaktpunkter og røret, som kan føre til galvanisk korrosjon. Dette systemet vil også kreve store elektriske effekter som gjør det mindre egnet til permanente installasjoner grunnet begrensninger av tilgjengelig effekt gjennom strømledende barrierer inn til brønnen.
Av andre systemer for overføring av signaler, som baserer seg på det samme prinsipp som beskrevet i EP 1.662.673, er omtalt i internasjonal patentsøknad WO2010079327 Al, der det omtales et system og en fremgangsmåte som muliggjør overføring av elektromagnetiske bølger gjennom en rørvegg med lav permeabilitet.
En felles egenskap for disse refererte publikasjoner, er at det overførte signal som har penetrert rørveggen av stål, har en eksponentiell reduksjon av signalet, som
medfører at overført effekt og følgelig signaloverføring er svært liten. Dette medfø-rer at selv om signalet kan leses av med kjente instrumenter og/eller innretninger, er det høyst usikkert om metoden kan benyttes til å generere energi i en mottakerenhet, slik at en toveis kommunikasjon kan muliggjøres uten bruk av en eller flere ekstra energikilder, for eksempel batteri eller elektrisk kabel på mottakerside.
En annen felles egenskap er at den overfor nevnte metoden ikke muliggjør overfø-ring av signaler med større frekvens enn ca 10 KHz. Over denne frekvensen er dempningen(e) så stor(e) at praktisk kjente målemetoder ikke kan benyttes.
NO 20101742 vedrører en fremgangsmåte og et system som er utformet for å sende en trådløs kraftoverføring fra en montasje på en borestreng på bunnen av et brønn-hull. Systemet har en brønnhullskomponent som har en trådløs kraftsender som er tilpasset for trådløst å sende minst én trådløs kraftoverføring og en trådløs kraftmot-taker som er tilpasset for å kunne motta minst én trådløs kraftoverføring.
Oppfinnelsens formål er å avhjelpe eller redusere i det minste en av ulempene ved den kjente teknikk.
Ytterligere et formål med den foreliggende oppfinnelsen vil være å tilveiebringe et enklere og sikrere system, der trykkbarrierer i en olje- og/eller gassbrønn ikke brytes.
Disse formål er oppnådd med et system for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium som angitt i det etterfølgende selvstendige krav 1, hvor ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremkommer av de uselvstendige krav og beskrivelsen nedenfor.
Til forskjell fra den kjente teknikk, er systemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen basert på prinsippet med virvelstrøm som overføringsmetode for elektriske signaler og/eller elektrisk energi. Med virvelstrøm i foreliggende søknad menes en strøm av elektroner som danner en eller flere lukkede sløyfer inne i et elektrisk ledende materiale.
Systemet for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi ifølge den foreliggende oppfinnelsen er et generelt system som benyttes for å kommunisere gjennom et elektrisk ledende medium.
Den foreliggende oppfinnelsen kan typisk appliseres som et system for overføring av elektrisk energi og/eller elektriske signaler for et statisk instrument gjennom et elektrisk ledende medium i form av en plate eller et rør, eller som en selvstendig enhet i form av en konnektor, der konnektoren i sin helhet er tilvirket av metall.
Den foreliggende oppfinnelsen kan også muliggjøre overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi i et system, der en eller flere elektriske viklede spoler beveger seg relativt i forhold til hverandre, både aksielt og roterende. Ved en aksiell bevegelse av de elektriske viklede spolene i forhold til hverandre, vil systemet iføl-ge den foreliggende oppfinnelsen være egnet til å kommunisere med en eller flere sensorer og/eller instrumenter, idet de elektrisk viklede spolene passerer hverandre aksielt. Dette kan være typisk for distribuerte sensorer langs en olje- og/eller gass-brønn, som leses av med et wirelineverktøy.
Den foreliggende oppfinnelsen er basert på enkle, passive komponenter som ikke har behov for ytterligere aktive elektronikkomponenter som bryter med ønsket om funksjon under høye temperaturer og lang levetid. En iboende egenskap som systemet for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium innehar, er muligheten for å tilordne en eller flere appliserte sensorer og/eller instrumenter en elektrisk resonans, slik at overføringen mellom sensorer og/eller instrumenter, som da er slik anordnet at de danner sender- og mottakerenheter, vil sette sender- og mottakerenheter i egensvingninger (impedanstil-pasning). Dette medfører at det elektriske tapet minimaliseres, slik at størst mulig overføring av energi og signaler muliggjøres gjennom den foreliggende oppfinnelsen.
De underliggende fysiske prinsipp som oppfinnelsen er basert på er:
-det elektrisk ledende medium er en god elektrisk leder, slik at virvelstrømmene om vandles i minst mulig grad til varme, -prinsippet med induksjon fra et tidsvariabelt magnetisk felt skaper en indre potensialforskjell i det elektrisk ledende medium, som igjen fører til en virvelstrøm, og elektronene i virvelstrømmen vil på grunn av Hall-effekten bli påtrykt en kraft i en retning som er 90 grader på magnetfeltet og elektronenes bevegelsesretning. Det vil si at Hall-kraften (elektrisk felt) trykker elektronene utover mot overflaten til det elektrisk ledende medium (for eksempel en metallvegg i et rør). Dette kan forklares etter følgende: Magnetfeltet, som er parallelt med veggen i det elektrisk ledende medium, vil generere et elektrisk felt som er 90 grader på det tidsvariable magnetfeltet parallelt med veggen. Når elektronene beveger seg i det elektriske feltet vil
dette pga Hall-effekten gjøre at det blir en potensialforskjell mellom overflatene (en ytter- og innerside) av det elektrisk ledende medium, som medfører at elektronene påvirkes av en elektrisk kraft som virker utover fra innsiden av det ledende medium. Denne effekten muliggjør en god induktiv kobling ved at strømmen av elektroner opplever en type "skinneffekt" der elektronene i virvelstrømmene blir tvunget ut
mot overflatene til det elektrisk ledende medium, som igjen forsterker det magnetiske feltet på overflaten grunnet virvelstrøm på motsatt side av en drivende elektrisk spole.
I ytterligere anvendelser kan den foreliggende oppfinnelsen enkelt benyttes sammen med alle typer kretser, der et tidsvariabelt modulert signal er ønskelig. Eksempler på dette er:
- Svingekrets med krystall som endrer frekvens ved trykkpåvirkninger
- Svingekrets med kapasitans som endres grunnet trykk eller temperatur
- Svingekrets med induktans som endres grunnet trykk eller temperatur Svingekrets for modulering av signaler slik at kommunikasjon med binære
tall er mulig
- Overføring av elektrisk energi til et lagringsmedium.
- Overføring og kommunikasjon av kontrollsignaler til kontrollinnretninger.
Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium, der systemet omfatter minst en elektrisk spole som er plassert på en utside av det elektrisk ledende medium og minst en elektrisk spole som er anordnet på en innside av det elektrisk ledende medium. Den i det minste ene elektriske spolen som er anordnet på utsiden av det elektrisk ledende medium vil videre være slik anordnet at den er anordnet ovenfor og tilliggende den minst ene elektriske spolen som er anordnet på innsiden av det elektrisk ledende medium, slik at disse to elektriske spolene danner en "sender- og mottakerenhet" i systemet. Hver av de elektriske spolenes strømledere vil da være anordnet innbyrdes parallelt, og hvor hver elektriske spole vil være innbyrdes orientert, slik at viklingstrådene er hovedsakelig vektorielt parallelt anordnet. Ved at den ene av de elektriske spolene får påtrykt en tidsvariabel strøm, for eksempel fra en strømførende ledning eller et batteri som er forbundet til den elektriske spolen, vil det genereres et magnetisk felt med avtagende magnetisk gradient innover i et volum av det elektrisk ledende medium, der den magnetiske gradienten genererer en virvelstrøm som vil sirkulere mellom den ytre og indre overflaten av det elektrisk ledende medium. Den elektriske spolen, som ikke er påtrykt en tidsvariabel strøm, vil da få indusert en spenning på grunn av det magnetiske feltet fra virvel-strømmen som dannes mellom den ytre og indre overflaten av det elektrisk ledende medium. På bakgrunn av ovenstående anordning av to ovenfor anordnede og tilliggende elektriske spoler, vil disse to elektriske spolene agere med hverandre gjennom det elektrisk ledende medium.
Det elektrisk ledende medium kan være et hvilket som helst materiale som er elektrisk ledende, for eksempel et metall, der det elektrisk ledende medium videre kan utgjøres av en plan flate, et rør eller i form av en konnektor med elektrisk ledende metall.
Ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, kan en eller flere av de elektriske spolene i systemet for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi på egnet måte være forbundet til en eller flere sensorer. En slik sensor kan eksempelvis omfatte en resonanskrets, der resonanskretsen da vil kunne benyttes for å måle en karakteristisk frekvens som kjennetegner en bestemt fysisk tilstand eller parameter. Slike fysiske tilstander eller parametere kan eksempelvis være trykk og temperatur i en olje- og/eller gassbrønn, elektrisk ledningsevne i det elektrisk ledende medium eller tilsvarende.
Systemet for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter også en eller flere elektroniske kretser som er i stand til å måle en eller flere av de ovenfor angitte fysiske tilstander eller parametere, der da den eller de elektroniske kretser på egnet måte er forbundet til en eller flere av de elektriske spolene i systemet.
En eller flere av de elektriske spolene i systemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen vil kunne være tilkoblet en bryter, der bryteren er kontrollert av elektriske signaler og/eller elektrisk energi som overføres gjennom det elektrisk ledende medium. Dette vil medføre at den eller de elektriske spolene kan slås av eller på etter behov.
I en utførelse omfatter også systemet for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi ifølge den foreliggende oppfinnelsen et energilagringsmedium, der dette energilagringsmedium eksempelvis kan være et batteri.
Oppfinnelsen skal nå forklares i forbindelse med en utførelse og med henvisning til de vedføyde figurer hvor;
Figur 1 viser prinsippet for et system for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium ifølge den foreliggende oppfinnelsen, der systemets forskjellige komponenter er vist i et ekspandert snitt, og Figur 2 viser bruk av systemet for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium ifølge den foreliggende oppfinnelsen i en olje- og/eller gassbrønn. Figur 1 viser et system for overføring av elektrisk signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium ifølge den foreliggende oppfinnelsen, der systemet baserer seg på et prinsipp med virvelstrøm som overføringsmetode for elektriske signaler og elektrisk energi. Med virvelstrøm skal det ifølge den foreliggende oppfinnelsen forstås en strøm av elektroner som danner en eller flere lukkede sløy- fer inne i det elektrisk ledende medium, for eksempel en elektrisk ledende plate eller et rør R. Systemet omfatter to eller flere elektrisk viklede spoler 1,3, der viklingstrådene 11,31 er anordnet parallelt i hver spole 1, 3, og der hver viklede spole 1, 3 som en egen enhet er innbyrdes orientert, slik at viklingstrådene 11,31 er overveiende vektorielt parallelt anordnet. Minst en viklet spole 1, 3 vil da være anordnet på hver side av den elektrisk ledende platen eller røret R, der overføring av elektrisk energi og/eller elektriske signaler muliggjøres ved at den i det minste ene viklede spolen 1, 3 genererer et tidsvariabelt magnetisk felt som frembringer magnetiske feltlinjer 2, 4 parallelt med en rørvegg 7 i røret R, eller med en vinkel (vin-kelangivelse) på rørveggen 7. Dette magnetiske feltet kan deretter overføre et elektrisk signal og/eller effekt på to forskjellige måter: dersom den magnetiske ledningsevnen til rørveggen 7 er lav, vil overføringen i hovedsak være basert på elektrisk virvelstrøm innvendig gjennom rørveggen 7, generert av det magnetiske feltet med de magnetiske feltlinjer 2, 4 som dannes parallelt med rørveggen 7.
Dersom rørveggens 7 relative magnetiske ledningsevne er stor, samt den elektriske ledningsevnen er liten, vil det magnetiske feltet i tillegg til å generere elektriske virvelstrømmer, også bli ledet som en magnetisk kraft gjennom og innvendig i rør-veggen 7. Denne magnetiske kraften vil således bli ledet i en lukket sløyfe, som er korteste avstand rundt rørveggen 7, dvs. perifert rundt senter av røret R. Ved at den magnetiske kraften eller strømmen løper perifert rundt røret R, vil viklinger 31 i den elektrisk viklede spolen 3, som er anordnet på motsatt side av rørveggen 7 av den elektrisk viklede spolen 1, føle den magnetiske kraften og det vil bli indusert en spenning som forklart med induksjonsloven, der denne er basert på et tidsvariabelt magnetisk felt.
Dersom rørveggens 7 relative magnetiske ledningsevne er lav (typisk for standard foringsrør en oljebrønn), vil de magnetiske feltlinjer 2, 4 avta i styrke omvendt pro-porsjonalt med avstanden innover i rørveggen 7, og vil på grunn av gradienten indusere en elektrisk virvelstrøm i en retning 90 grader på de magnetiske feltlinjer 2, 4 som dannes mellom rørveggen 7 (dvs. mellom innervegg og yttervegg av røret R). Ved at det genereres en sirkulerende strøm langsmed høyden (vertikalt) til den elektriske, viklede spolen 1, 3, vil denne strømmen av elektroner bevege seg langs høyderetningen (vertikalt) til den elektrisk viklede spolen 1, 3 (dvs. 90 grader på det magnetiske feltet), og vil i overkant av den elektriske viklede spolen 1, 3 bli ledet over til en overflate på motsatt side av røret R (fra en ytre overflate til en indre overflate), for å strømme tilbake til utgangspunktet igjen. Ved at strømmen av elektroner forløper langs overflaten på motsatt side av den elektriske viklede spolen 1, vil strømmen av elektroner danne magnetiske feltlinjer 4 parallelt med en overflate på motsatt side av den genererende elektriske viklede spolen 1. Ettersom strømmen i den elektriske viklede spolen 1 varierer, vil også strømvirvelen(e) mellom den ytre og indre overflaten av røret R variere. Det tilhørende variable magnetfeltet på mot satt side av den genererende elektriske spolen 1 vil da indusere en strøm i den tilhø-rende elektriske spolen 3 basert på induksjonsloven. Systemet for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi i et elektrisk ledende medium ifølge den foreliggende oppfinnelsen er videre retningsuavhengig og hver elektrisk viklede spole 1, 3 vil kunne fungere både som generator og mottaker for elektriske signaler og elektrisk energi etter samme prinsipp.
Røret 7 er på figur 1 vist utformet med en utsparing mellom øvre og nedre del. I ut-sparingen er det illustrert virvelstrømmer 6 som besørger energitransporten i det elektrisk ledende medium for de elektriske spolene 1, 3,
Figur 2 viser en typisk anvendelse for systemet ifølge den foreliggende oppfinnelsen, der systemet benyttes for å måle trykk og/eller temperatur i et eller flere ringrom i en brønn, uten barrierebrytende innretninger mellom de adskilte ringrom i brønnen.
En sensor 8 er anordnet i et ringrom B i brønnen, der eksempelvis sensoren 8 kan være basert på måling av endring av kapasitans. Sensoren 8 kan da måle trykk og/eller temperatur grunnet endring av resonansfrekvenser i en krets basert på kapasitans og impedans. Ved måling vil det sendes et tidsvariabelt elektrisk signal (si-nusformet) fra en sender/mottaker I, som er forbundet med en elektrisk kabel 12, der den elektriske kabelen 12 forløper gjennom et ringrom A. Det tidsvariable signalet vil generere et magnetisk felt i den elektriske spolen 3, som igjen genererer en virvelstrøm gjennom rørveggen 7 i røret R. På grunn av virvelstrømmen 6 gjennom rørveggen 7 i røret R, vil den elektriske spolen 1 generere en indusert tidsvariabel spenning som setter en resonanskrets i sensoren 8 i svingninger. Resonanskretsen i sensoren 8 vil svinge i takt med det elektriske signal (påtrykt spenning) så lenge sender/mottaker I sender energi. I det øyeblikk det drevne signal opphører, vil resonanskretsen i sensoren 8 fortsette å svinge med sin karakteristiske egenfrekvens så lenge det er energi i resonanskretsen i sensoren 8. Den karakteristiske egenfrekven-sen vil da generere en tidsvariabel spenning med en frekvens som er proporsjonal med den målte parameter /trykk og/eller temperatur). Dette spenningssignal vil deretter generere en magnetisme i den elektriske spolen 1, som igjen genererer en vir-velstrøm 6 gjennom rørveggen 7 i røret R. På grunn av virvelstrømmen i røret R vil den elektriske spolen 3 få en indusert tidsvariabel spenning som kan måles via den elektriske kabelen 12 som er forbundet til sender/mottaker I. Dette målesystemet (sensor) er basert på komponenter som er passive, samt at hver krets er konstruert slik at motstanden mot de genererte svingninger (impedans) er minst mulig. Selve sensoren 8 kan muliggjøres på forskjellige måter med alt fra aktiv elektronikk som prosessorer og transistorer, til passive systemer som kapasitans, induktans, krystal-ler etc, til andre mekaniske resonanssystemer som for eksempel en pianotråd. Oppfinnelsen er nå forklart med henvisning til en foretrukket utførelsesform. En fagmann vil forstå at det kan foretas flere endringer og modifikasjoner av de viste utførelsesformene som faller innenfor rammen av oppfinnelsen, som definert i de etterfølgende kravene.
Claims (10)
1. System for overføring av elektriske signaler og/eller elektrisk energi gjennom et elektrisk ledende medium (7),karakterisert vedat i det minste en elektrisk spole (1, 3) er anordnet på hver side av det elektrisk ledende medium, der den elektriske spolens (1,3) strømledere er innbyrdes parallelt anordnet og der hver elektriske spole (1,3) som enhet er innbyrdes orientert slik at viklingstrådene (11, 31) er overveiende vektorfelt parallelt anordnet der strømledere igjen er anordnet overveiende parallelt med overflatene til det elektrisk ledende medium (7), hvor systemet agerer ved at den elektriske spolen (1, 3) får påtrykt en tidsvariabel strøm som genererer et magnetisk felt med avtagende magnetisk gradient innover i et volum av det elektrisk ledende medium (7), der den magnetiske gradienten genererer en virvel-strøm som sirkulerer mellom en ytre og en indre overflate av det elektrisk ledende medium (7), der den elektriske spolen (3, 1) får indusert en spenning på grunn av det magnetiske felt fra virvelstrømmen mellom den ytre og indre overflaten av det elektrisk ledende medium (7).
2. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat det elektrisk ledende medium (7) innehar en geomet-risk form som en plan plate eller et rør (R).
3. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat i det minste en av de elektriske spolene (1, 3) er forbundet til en sensor (8).
4. System ifølge krav 3,
karakterisert vedat sensoren (8) omfatter en resonanskrets som respon-derer med en karakteristisk frekvens som kjennetegner en eller flere fysiske tilstander, som trykk, temperatur, elektrisk ledningsevne eller tilsvarende.
5. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat i det minste en av de elektriske spolene (1, 3) anordnet på hver side av det elektrisk ledende medium (7) agerer med en tilliggende elektrisk spole (3, 1) gjennom det elektrisk ledende medium (7).
6. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat det til en av de elektriske spolene (1, 3) er forbundet en elektronisk krets som er i stand til å måle en eller flere fysiske parametere, hvil-ken elektronisk krets er forbundet med et loggesystem.
7. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat en av de elektriske spolene (1, 3) er tilkoblet en bryter som blir kontrollert av signaler og energi overført gjennom det elektrisk ledende medium (7).
8. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat systemet videre omfatter et energilagringsmedium.
9. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat de elektriske spoler (1,3) har en god elektrisk kobling gjennom det elektrisk ledende mediums (7) aksielle separasjon.
10. System ifølge krav 1,
karakterisert vedat de elektriske spoler (1,3). kan bevege seg relativt i forhold til hverandre aksielt og/eller roterende ved overføring av signaler og/eller energi.
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20101806A NO332520B1 (no) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Anordning for overforing av elektriske signaler og/eller elektrisk energi |
| CA2824669A CA2824669A1 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-28 | Device for transmitting electrical signals and/or electrical energy |
| MX2013007544A MX2013007544A (es) | 2010-12-28 | 2011-12-28 | Dispositivo para la transmitir señales eléctricas y/o energia electrica. |
| US13/976,729 US9800057B2 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-28 | Device for transfer of electrical signals and/or electrical energy |
| AU2011353208A AU2011353208B2 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-28 | Device for transfer of electrical signals and/or electrical energy |
| BR112013016814A BR112013016814A2 (pt) | 2010-12-28 | 2011-12-28 | dispositivo para a transferência de sinais elétricos e / ou de energia elétrica |
| PCT/NO2011/000356 WO2012091575A1 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-28 | Device for transfer of electrical signals and/or electrical energy |
| EP11854430.3A EP2659496B1 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-28 | Device for transfer of electrical signals and/or electrical energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20101806A NO332520B1 (no) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Anordning for overforing av elektriske signaler og/eller elektrisk energi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20101806A1 NO20101806A1 (no) | 2011-05-06 |
| NO332520B1 true NO332520B1 (no) | 2012-10-08 |
Family
ID=44106362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20101806A NO332520B1 (no) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Anordning for overforing av elektriske signaler og/eller elektrisk energi |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9800057B2 (no) |
| EP (1) | EP2659496B1 (no) |
| AU (1) | AU2011353208B2 (no) |
| BR (1) | BR112013016814A2 (no) |
| CA (1) | CA2824669A1 (no) |
| MX (1) | MX2013007544A (no) |
| NO (1) | NO332520B1 (no) |
| WO (1) | WO2012091575A1 (no) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201303614D0 (en) | 2013-02-28 | 2013-04-17 | Petrowell Ltd | Downhole detection |
| RU2018119150A (ru) | 2013-02-28 | 2018-11-08 | ВЕЗЕРФОРД ТЕКНОЛОДЖИ ХОЛДИНГЗ, ЭлЭлСи | Скважинная связь |
| DK3702582T3 (da) * | 2013-02-28 | 2022-03-14 | Weatherford Tech Holdings Llc | Borehulskommunikation |
| JP2016530864A (ja) * | 2013-08-15 | 2016-09-29 | ヒューマヴォックス リミテッド | ワイヤレス充電装置 |
| EP3066674B1 (en) * | 2013-11-08 | 2020-12-23 | Services Petroliers Schlumberger | Slide-on inductive coupler system |
| WO2015187908A1 (en) | 2014-06-05 | 2015-12-10 | Schlumberger Canada Limited | Well integrity monitoring system with wireless coupler |
| CA2974085C (en) * | 2015-03-11 | 2018-12-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Antenna for downhole communication using surface waves |
| BR112020015527B1 (pt) | 2018-03-13 | 2023-12-12 | Halliburton Energy Services, Inc | Dispositivo de acoplamento direcional de fundo de poço, método para empregar um dispositivo de acoplamento direcional de fundo de poço e sistema |
| DE102021213045A1 (de) | 2021-11-19 | 2023-05-25 | Mahle International Gmbh | Elektrischer Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB499037A (en) * | 1937-07-19 | 1939-01-18 | Alfred Graham & Co Ltd | A system for the transmission of electrical energy to or from a submerged body |
| US4806928A (en) * | 1987-07-16 | 1989-02-21 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus for electromagnetically coupling power and data signals between well bore apparatus and the surface |
| AU674666B2 (en) * | 1992-01-31 | 1997-01-09 | Northrop Grumman Corporation | Arrayed eddy current probe system |
| US5455573A (en) | 1994-04-22 | 1995-10-03 | Panex Corporation | Inductive coupler for well tools |
| GB2338253B (en) | 1998-06-12 | 2000-08-16 | Schlumberger Ltd | Power and signal transmission using insulated conduit for permanent downhole installations |
| EG22206A (en) * | 2000-03-02 | 2002-10-31 | Shell Int Research | Oilwell casing electrical power pick-off points |
| ATE367684T1 (de) * | 2003-07-23 | 2007-08-15 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung und verfahren zum übertragen von energie und informationen zwischen einer quelle und einem relativ dazu beweglichen empfänger |
| EP1662673B1 (en) | 2004-11-26 | 2017-01-25 | Services Pétroliers Schlumberger | Method and apparatus for communicating across casing |
| NO326643B1 (no) | 2006-12-08 | 2009-01-26 | Roxar Flow Measurement As | Kraftforsyningssystem for nedihullsnettverk. |
| US8657035B2 (en) | 2008-06-06 | 2014-02-25 | Schlumberger Technology Corporation | Systems and methods for providing wireless power transmissions and tuning a transmission frequency |
| GB0900348D0 (en) | 2009-01-09 | 2009-02-11 | Sensor Developments As | Pressure management system for well casing annuli |
| KR101373208B1 (ko) * | 2009-05-28 | 2014-03-14 | 한국전자통신연구원 | 전자 장치, 무선 전력 전송장치 및 그것의 전력 전송 방법 |
-
2010
- 2010-12-28 NO NO20101806A patent/NO332520B1/no not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-12-28 AU AU2011353208A patent/AU2011353208B2/en not_active Ceased
- 2011-12-28 MX MX2013007544A patent/MX2013007544A/es active IP Right Grant
- 2011-12-28 BR BR112013016814A patent/BR112013016814A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2011-12-28 US US13/976,729 patent/US9800057B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-12-28 WO PCT/NO2011/000356 patent/WO2012091575A1/en active Application Filing
- 2011-12-28 CA CA2824669A patent/CA2824669A1/en not_active Abandoned
- 2011-12-28 EP EP11854430.3A patent/EP2659496B1/en not_active Not-in-force
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2011353208A1 (en) | 2013-07-18 |
| WO2012091575A1 (en) | 2012-07-05 |
| CA2824669A1 (en) | 2012-07-05 |
| AU2011353208B2 (en) | 2016-09-01 |
| US9800057B2 (en) | 2017-10-24 |
| EP2659496B1 (en) | 2019-06-19 |
| NO20101806A1 (no) | 2011-05-06 |
| US20130334894A1 (en) | 2013-12-19 |
| MX2013007544A (es) | 2014-08-22 |
| EP2659496A1 (en) | 2013-11-06 |
| BR112013016814A2 (pt) | 2016-09-27 |
| EP2659496A4 (en) | 2017-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO332520B1 (no) | Anordning for overforing av elektriske signaler og/eller elektrisk energi | |
| CN101529276B (zh) | 用于监视钻井的遥测装置和方法 | |
| RU2359120C2 (ru) | Способы, устройство и системы для получения информации о геологической формации с помощью датчиков, установленных на обсадной трубе в стволе скважины | |
| US8264369B2 (en) | Intelligent electrical power distribution system | |
| CN102713547B (zh) | 并入晶体振荡器的用于测量的系统和方法 | |
| US9506994B2 (en) | Inductively interrogated passive sensor apparatus | |
| Zangl et al. | Wireless communication and power supply strategy for sensor applications within closed metal walls | |
| US9103198B2 (en) | System and method for remote sensing | |
| EP2638244B1 (en) | System and method for remote sensing | |
| CN103603657B (zh) | 测量钻头处地层电阻率的方法 | |
| US10677048B2 (en) | Downhole fluid detection using surface waves | |
| CN105242116B (zh) | 用于测量介质的比电导的感应式电导率传感器 | |
| EP3485142B1 (en) | System for cableless bidirectional data transmission in a well for the extraction of formation fluids | |
| US10185050B2 (en) | Compensated transmit antenna for MWD resistivity tools | |
| RU53721U1 (ru) | Устройство для передачи информации с забоя скважины | |
| US20190004208A1 (en) | Short distance electromagnetic communication for instruments in electrically conductive housings | |
| JP2015061314A (ja) | 非接触電力・信号伝送システム | |
| RU2537717C2 (ru) | Способ передачи скважинной информации по электромагнитному каналу связи и устройство для его осуществления | |
| JP2001273580A (ja) | 掘削管内遠隔計測送信器と掘削管内遠隔計測方法と掘削管遠隔計測システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |