NO333767B1 - Teleskopisk datakopler for aggressive og neddykkede miljoer - Google Patents

Abstract

En datakopler (30, 120) til bruk ved overføring av data mellom mekaniske deler (10, 20; 40, 50) som har en felles akse, og som befinner seg i forholdsvis tett inngrep, idet nevnte deler kan reguleres i forhold til hverandre langs nevnte felles akse, og hvor datakopleren omfatter : et langstrakt hus (30, 122) med en lengdeakse som løper parallelt med nevnte delers (10, 20; 40, 50) felles akse, og som er tenkt montert på og løpende mellom nevnte deler, slik at det kan forskyves i forhold til nevnte deler under regulering av nevnte deler; en datakilde A og en datamottaker B som er plassert med avstand til hverandre i nevnte hus' (30, 122) lengderetning; en respektiv aksialt kort magnetspole (11, 103, 203, 160; 21, 106, 223, 162) anordnet ved hver av datakilden A og datamottakeren B; og en aksialt lang magnetspole (32, 123, 230, 161) som strekker seg i lengderetningen gjennom i det minste en vesentlig andel av husets lengde, og som er anordnet slik i forhold til de aksialt korte magnetspoler at den ene, i det minste delvis, overlapper den andre gjennom hele området for innbyrdes skyveregulering av huset, hvorved data ved aktivisering av datakopleren kan overføres fra datakilden A til datamottakeren B via den aksialt lange magnetspole (32, 123, 230, 161).

Description

Denne oppfinnelse vedrører en teleskopisk datakopler for data- og/eller energioverføring mellom mekaniske deler som er koaksiale og i forholdsvis nært inngrep med hverandre, men som ikke er stasjonære i forhold til hverandre, slik som for eksempel teleskopledd, hydrauliske veddere og lignende. Den egner seg spesielt godt til bruk i aggressive miljøer som for eksempel oljebrønner, prosessanlegg eller under vann, og der hvor det er krav til ubegrenset rotasjonsfrihet mellom delene.

WO 03/042499 A1 beskriver en datakopler til bruk ved overføring av data mellom mekaniske deler som har en felles akse, og som befinner seg i forholdsvis nært inngrep, hvor nevnte deler kan reguleres i forhold til hverandre langs nevnte fellesakse.

En spesiell anvendelse er ved dataoverføring mellom deler av såkalte MWD-systemer (Måling Under Boring-systemer) som er vanlige i bruk ved boring i grunnen. Oppgaven til et MWDsystem er å måle og registrere parametere for borehullet, den omgivende forma-sjon, borestrengen eller selve borearbeidet, og å overføre noen av eller alle de innsam-lede opplysninger fra slike målinger til jordoverflaten mens borearbeidet pågår. Det vil i den etterfølgende beskrivelse bli henvist til denne anvendelse, uten at dette innebærer noen begrensning for oppfinnelsens ramme.

MWD-systemer konstrueres ofte for konsentrisk installasjon i borerør, som er tykkvegg-ede stålrør satt sammen ved hjelp av skruegjenger for å danne en hel borestreng. Slike rør er typisk 1-10 meter lange med en utvendig diameter som varierer fra 50 mm opp til 250 mm. Selve instrumentene og elektronikken i MWD-systemet befinner seg typisk i rør-formede trykkhus som er montert konsentrisk i borestrengen. MWD-rørenes utvendige diameter er betydelig mindre enn borerørenes innvendige diameter, noe som gir plass i ringrommet for gjennomstrømning av borefluid.

MWD-rørene må vanligvis koples sammen elektrisk for at data, og noen ganger kraft, skal kunne overføres, samtidig som man opprettholder beskyttelsen mot slurrylignende bore-fluider ved høyt trykk og kraftige vibrasjoner i miljøet. Koplinger til dette formål sørger for mekanisk og elektrisk inngrep, og også hydrauliske tetninger mot det høytrykksborefluid som de er omgitt av under drift.

Der hvor en MWD-rørskjøt befinner seg helt og fullt inne i et borerør, er det forholdsvis enkelt å oppnå en sikker og godt beskyttet elektrisk forbindelse mellom de relevante deler, hvor denne forbindelse er tett mot inntrengning av høytrykksfluider. MWD-verktøyet sammenstilles for seg selv og lastes deretter inn i borerøret som en enkel enhet.

Når MWD-systemet går over borestrengskjøter, oppstår to tilfeller. Dersom MWD-sammenstillingen kun er festet til et enkelt rør, er det ingen spesielle begrensninger på lengden av den delen som befinner seg inne i de tilstøtende deler av borestrengen. Men dersom hver av de to eller flere deler av MWD-sammenstillingen også må være fast festet til sitt eget rør, blir det nødvendig å foreta en nøye sammenpasning av lengden av det indre og det ytre rør. Denne situasjonen oppstår ofte, for eksempel der hvor ett rør inneholder en sender som sender data til overflaten, og et annet inneholder et måleinstru-ment. Fordi de to eller flere deler av borestrengen er koplet sammen ved hjelp av skruegjenger, må den innvendige forbindelse gi relativ rotasjonsfrihet for de to deler, i tillegg til at den må ha de ovennevnte egenskaper.

Borestrengkomponenter, og spesielt de gjengede ender av disse, er utsatt for skade under borearbeider. Det er vanlig praksis å skjære gjengene på nytt mange ganger i løpet av levetiden på slike deler. Under MWD-arbeider kan de ytre rør være maskinbearbeidet spesielt for å romme MWD-elementene eller være laget av spesielle legeringer. Følgelig er de kostbare, og det ville vært svært uøkonomisk å skrote dem kun fordi gjengeskjøten var skadet. Dette betyr av de indre rør i MWD- systemet må ha en variabel lengde for å kunne passe inn i de tilgjengelig ytre rør.

Følgelig er det hensiktsmessig å anordne en dreibar kopling med justerbar lengde mellom de indre MWD-rør. Tradisjonelle innretninger innbefatter fjærbelastede, koaksiale fler-lederkoplinger, men disse har typisk kun et meget lite justeringsområde og er forholdsvis kostbare.

Foretrukne formål med oppfinnelsen:

- å anordne en enkel trådløs forbindelse for toveisoverføringen av data eller små energi-mengder over en metallisk, teleskopisk eller tilsvarende forbindelse som om nødvendig kan senkes ned i høytrykksfluid eller andre aggressive miljøer; - å anordne en skyvbar eller på annen måte regulerbar forbindelse mellom rørdeler som enkelt kan sammenstilles uten bruk av tradisjonelle elektriske koplinger, men som allike-vel vil utgjøre en tosidig rettet vei for elektronisk kommunikasjon mellom disse; - å anordne en arbeidsoverføringsvei via den skyvbare forbindelse når både utsiden og innsiden av forbindelsen er fylt med fluid eller befinner seg i et aggressivt miljø; - å anordne en skyvbar, dreibar kopler med de ovennevnte egenskaper, men uten bruk av aktiv elektronikk i den del av koplingen som er åpen mot det vanskelige miljø; og - å anordne en fleksibel, demonterbar trådløs datakopler til bruk i aggressive miljøer.

Den etterfølgende omtale av kjent teknikk inneholder kun representative eksempler, og representerer ikke en utførlig gjennomgang.

Overføringen av data og energi mellom faste og bevegelige maskindeler og andre gjen-stander er velkjent, idet vanlige fremgangsmåter innbefatter fleksible kabelforbindelser, induktiv kopling, kapasitiv kopling og, for større rekkevidde, trådløse forbindelser. Amerikansk patent 5 625 352 beskriver et induktivt eller kapasitivt system til bruk i metallform-ingsmaskineri. Dette er den typen tilfelle hvor den foreliggende oppfinnelse vil kunne anvendes, i hvert fall når det gjelder overføring av data.

I ovennevnte eksempel relatert til MWD, er det kjent å bruke tett plasserte induktive koplinger, for eksempel for å overføre data fra eller instrukser til et MWD-verktøy. Nærvær-ende søkere har allerede i internasjonal søknad PCT/GB03/03359 foreslått en kopling som giret større reguleringsområde i aksialretningen, ved å utforme koplingen på en slik måte at en spole festet til en del av skyveforbindelsen kan beveges inne i en vesentlig lengre spole som er festet til den andre del av forbindelsen. Patentsøknad WO 01/98632 A1 beskriver en induktiv kopler med et mellomelement i et fast koaksialt forhold uten mulighet for aksialforskyvning. Amerikansk patentsøknad 2002/005716 beskriver et elektromagnetisk koplet system som arbeider ved svært høy frekvens, langt utenfor det frekvensområde som er anvendelig for den foreliggende oppfinnelse, og som benytter en mellomliggende overføringslinje som passiv kopler mellom elektroniske komponenter på et kretskort; i dette tilfelle spenner arbeidsavstanden over et meget lite område, og de sammenkoplede deler er statiske.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en datakopler til bruk ved overføring av data mellom mekaniske deler som har en felles akse, og som befinner seg i forholdsvis nært inn grep, hvor nevnte deler kan reguleres i forhold til hverandre langs nevnte felles akse, kjennetegnet ved at datakopleren omfatter: et langstrakt hus med en lengdeakse som strekker seg parallelt med nevnte delers felles akse, og som er tenkt montert på og løpende mellom nevnte deler, slik at det kan forskyves i forhold til nevnte deler under regulering av nevnte deler; en datakilde A og en datamottaker B som er plassert med avstand til hverandre i nevnte hus, lengderetning; en respektiv aksialt kort magnetspole anordnet ved hver av datakilden A og datamottakeren B; og en aksialt lang magnetspole som strekker seg i lengderetningen gjennom i det minste en vesentlig andel av husets lengde, og som er an ordnet slik i forhold til de aksialt korte magnetspoler at den ene, i det minste delvis, overlapper den andre gjennom hele området for innbyrdes skyveregulering av huset, hvorved data ved aktivisering av datakopleren kan overføres fra datakilden A til datamottakeren B via den aksialt lange magnetspole.

Foretrukne utførelsesformer av datakopleren er videre utdypet i kravene 2 til og med 11.

To eller flere systemer som skal koples sammen elektrisk, kan alle være utstyrt med minst en magnetspole. Spolen eller spolene kan være forseglet etter behov for beskyttelse mot arbeidsmiljøet. Det er normalt hensiktsmessig at disse spoler har en generelt sylindrisk form, men dette er ikke en vesentlig egenskap. På minst ett av de systemer som skal koples sammen, kan spolen monteres i enden av et utspring eller en forlengelse, slik at det nedenfor beskrevne koplingselement enkelt kan skyves over denne.

Et koplingselement med en i det store og hele rørformet konstruksjon utformes slik at det kan plasseres konsentrisk over magnetspolen til minst en av de deler som skal koples sammen, og omslutter dermed den faste magnetspole eller - spoler på denne del uansett hvor i lengderetningen det befinner seg. Koplingselementet kan være et uavhengig element, eller det kan være integrert i ett av de to systemer som skal koples sammen.

Dette koplingselement har en lang magnetspole som befinner seg nær den ytre omkrets, men er beskyttet mot miljøet og strekker seg over nesten hele elementets fulle lengde. Spolens to ender står i elektrisk forbindelse med hverandre, idet forbindelsesledningen er beskyttet på samme måte som spolen. Det er ikke behov for noen utvendig elektrisk kopling. Koplingselementet er installert mellom de to systemer som skal sammenkoples, på en slik måte at den lange magnetspole på koplingselementet omslutter begge de to korte magnetspoler på de deler som skal koples sammen. Det er ingen grunnleggende begrensninger på koplingselementets lengde.

Når en av de faste, korte magnetspoler aktiviseres fra en vekselspenningskilde, induseres strøm i den lange mellomspolen. Siden denne spole omslutter minst en fast spole på det andre, innvendige element, induseres en spenning over tilkoplingspunktene på denne sistnevnte spole.

Ved å bruke riktige frekvenser og modulering kan man overføre informasjon fra begge sider av forbindelsen til den andre. Anordning av egne sender- og mottakerspoler i de faste ender gjør det mulig å overføre informasjon i begge retninger samtidig på forskjel-lige bærere. Om nødvendig kan man ta ut elektrisk energi i begge ender til andre formål enn kommunikasjon.

Fordi koplingselementet ikke er fast forbundet med minst ett av de sammenkoplede systemer, kan sistnevnte forskyves i forhold til det andre uten at det påvirker dataoverfør- ingen. Det er flere muligheter. Dersom koplingselementet har et sylindrisk tverrsnitt, har de to sammenkoplede elementer ubegrenset rotasjonsfrihet seg imellom på kopleraksen. Den sylindriske kopler kan også gi translasjonsfrihet ved hjelp av teleskopisk forskyvning langs kopleraksen. Koplingselementet kan ha en fleksibel utforming som tillater relativ vinkel- eller sidebevegelse av de sammenkoplede deler. Med riktig utforming av koplingselementet, for eksempel ved å utforme det som en "Y", en "T" eller en "X", kan det opp-rettes flere dataforbindelser mellom bevegelige deler uten bruk av elektriske plugg-forbindelser.

Det vil som eksempel bli beskrevet en foretrukket utførelse av oppfinnelsen idet det hen-vises til de ledsagende tegninger, hvor: Figur 1 viser et skjematisk arrangement av en datakopler ifølge oppfinnelsen, men uten hensyn til noen bestemt anvendelse; Figur 2 viser skjematisk et MWD-system hvor det er behov for lengdetilpasning mellom det indre og ytre rør, og hvor oppfinnelsen kan anvendes; Figurer 3a og 3b viser et tverrsnitt av en utførelse av en datakopler ifølge oppfinnelsen for MWD-miljøet; Figur 4 viser i større detalj en foretrukket oppbygning av en lang spole i datakopleren og et hus for aggressive miljøer; Figur 5 viser ett mulig elektronisk arrangement for toveis-overføring av data;

Figur 6 viser noen alternative konfigurasjoner for flerforbindelser; og

Figurer 7a og 7b viser ytterligere en utførelse av oppfinnelsen med en alternativ anordning av de aksialt korte spoler og en aksialt lengre spole i datakopleren. Figur 1 viser skjematisk en generalisert utgave av datakopler 30 med rotasjonsfrihet om og translasjonsfrihet langs en enkelt akse.

Det første objekt som skal sammenkoples, i det etterfølgende benevnt "koplingsdel", vises ved 10, og den andre koplingsdel vises ved 20. Områder 13 og 23 representerer de øvrige deler av disse objekter, for eksempel maskiner eller borestrengkomponenter.

Den første koplingsdel 10 omfatter minst en spole 11 som er viklet i et spor på et utspring 14. Den andre koplingsdel 20 omfatter minst en spole 21 på utspring 24. Utspring 24 er langt nok til å dekke arbeidsområdet for aksialforskyvning som kreves mellom koplingsdeler 10 og 20. Spolene 11 og 21 kan beskyttes mot miljøet ved hjelp av kjente fremgangsmåter, for eksempel ved innkapsling i kunstharpiks eller elastomer. Det er opprettet innvendige forbindelser 12 og 22 til henholdsvis spoler 11 og 21, og disse kan om nødvendig gå gjennom trykktetninger vist skjematisk ved henholdsvis 15 og 25, og inn i det indre av deler 10 og 20. Slike tetninger eller skillevegger er velkjente og vil ikke bli beskrevet nærmere.

Kopler 30 består av et langt hus 31 med en innvendig magnetspole 32. Spole 32 strekker seg over hele arbeidslengden pluss det som er nødvendig for at spolen skal kunne over-lappe utspring 24. Spolen kan beskyttes mot miljøet ved hjelp av isolasjon og beskyttel-sesmateriale i rommet 34, på lignende vis som spoler 11 og 21 eller på en hvilken som helst annen hensiktsmessig måte. De to ender av vikling 32 er koplet sammen ved hjelp av en ledning 33 som er vist stiplet; denne ledning kan være lagt ned i beskyttelses-materialet 34.

Dersom det er behov for både rotasjonsfrihet og translasjonsfrihet mellom deler 10 og 20, må minst ett av tverrsnittene av utspring 24 eller boringen i kopler 30 være sylindrisk. I anvendelser hvor det eventuelt er ønskelig å hindre rotasjonsfrihet kan imidlertid tverrsnittet endres, for eksempel til oktogonalt eller elliptisk.

Kopler 30 kan lages av et hvilket som helst materiale som egner seg i miljøet, herunder isolasjonsmateriale, ikke jernholdig metall eller jernholdig metall. Kopleren kan være inte-grerende med objektets 10 ramme eller ikke, alt etter anvendelsesområde. Dersom den ikke er integrert, kan den festes eller låses på en eller annen måte, for eksempel ved at den træs rett på utspringet 14 eller monteres via flens. I enkelte anvendelser kan det være hensiktsmessig å bruke en hurtigkopling. I den skjematiske fremstilling på figur 1 er det ikke vist noen spesiell festeanordning.

Dersom huset 31 er laget av metall, er det ønskelig å gjøre spolens 32 utvendige diameter noe mindre enn husets 31 innvendige diameter. Dette mellomrommet kan fylles med ikke-metallisk materiale, noe som bidrar til å redusere virvelstrøm tap i metallhuset. Dimensjonen på mellomrommet vil være avhengig av driftsfrekvensen, tilgjengelig over-føringsenergi og så videre.

Når for eksempel spolen 11 aktiviseres ved hjelp av vekselspenning, induseres en veksel-strøm i viklingen 32 i kopleren 30. Denne strømmen induserer i sin tur en vekselspenning over tilkoplingspunktene på spole 21. Energi kan også trekkes ut av spole 21 dersom det for eksempel er behov for dette til drift av instrumenter. Den samme sende- og mottaks-prosess kan selvsagt brukes i motsatt retning, fra spole 21 og til spole 11. Avgrenings-spoler, multippelspoler eller drift ved ulike frekvenser kan benyttes for å muliggjøre simul-tanoverføring av informasjon i begge retninger.

Som vil bli beskrevet nedenfor, kan kopleren 30 utstyres med forgreninger for multippel-transceiverdrift.

For å sette ting i sammenheng før videre beskrivelse av en foretrukket utførelse, viser figur 2 skjematisk en situasjon som er tatt fra eksisterende MWD-teknologi slik den anvendes under brønnboring. En utførelse av den foreliggende oppfinnelse kan med fordel erstatte det viste system. To borerør 40 og 50 inneholder begge en del av et MWD-system, 41 og 51. Rørene er en del av boresammenstillingen, kjent som borestrengen, og bærer borkronen i sin nedre ende. Borestrengen forlenges etter hvert som boringen går fremover. Borestrengens endelige lengde kan være på opp til 10 000 meter, men bore-dybder på i størrelsesorden 1000-5000 meter er vanlige. MWD-systemet omfatter, vanligvis i trykkbestandige hus, instrumenter som skal måle borehullets eller bergformasjonenes egenskaper eller boreparameterne, og apparatur for å sende data fra instrumentene tilbake til overflaten. MWD-systemet er vanligvis anbrakt nær borkronen, men det kan finnes andre MWD-sammenstillinger høyere opp på borestrengen, hvor disse for eksempel fungerer som mellomsendere for datatransceivere. Teknologien og fremgangsmåtene som brukes i MWD, er velkjente og vil ikke bli beskrevet nærmere. Det at kun to seksjoner med MWD-instrumenter illustreres her, innebærer ingen begrensning av oppfinnelsens ramme.

I det viste tilfelle er hver av MWD-seksjonene fast plassert i borerørene ved hjelp av feste-anordninger som er vist skjematisk ved 42 og 52. Det kreves selvsagt minst ett festepunkt for å holde MWD-verktøyet i borestrengen, men ofte må et MWD-system festes til bore-røret på to eller flere steder, for eksempel for å få tilgang til følere som er montert på utsiden av rørene, for å kunne ta prøver av borefluidtrykket eller, hvilket er tilfelle for enkelte slampulsgivere, for å få tilgang til ringrommet mellom røret og borehullsveggen for å komme i kontakt med borefluid.

De to deler av MWD-systemet som er vist på figur 2, må ha en elektrisk forbindelse. Koplingselementet vises skjematisk ved hjelp av hannkoplingsplugg 43 og hunnsete 53. Koplingselementene kan innbefatte tetninger (ikke vist) for å forhindre borefluid inntrengning. De utvendige rør er sammenføyd ved hjelp av gjenger 44 og 54.

Under enhver sammenstilling av borerør er det vanlig at det nedre parti av sammenstillingen henges over borehullet fra boreriggen ved hjelp av kiler, kjent som et kilebelte, i bore-rotasjonsbordet. Kilebeltet kan holde hele borestrengen som kan veie flere hundre tonn. De enkelte rør er typisk fra en til ti meter lange og kan veie opp til flere tusen kilo. Det øvre parti løftes i stilling ved hjelp av boremaskineriet og senkes ned til de to gjengede partier 44 og 54 så vidt er i inngrep. Deretter roteres de to deler i forhold til hverandre for å sette sammen gjengeskjøten, og til slutt trekkes skjøten til.

En ulempe ved denne fremgangsmåte er at den innvendige kopling 43/53 må bringes i nøyaktig inngrep samtidig med at den utvendige gjengeskjøt 44/54 sammenstilles. For å sikre at dette skjer på riktig måte, må lengden av den innvendige og utvendige del matche hverandre eksakt. Dette kan for eksempel oppnås ved å bruke en kombinasjon av faste avstandsstykker og fjærbelastning av det ene eller det andre av koplingselementene. Gjengeforbindelsene på de ytre rør er utsatt for skade og materialtretthet, og må ofte skjæres på nytt. Dette betyr at rørene ikke er standardiserte når det gjelder avstanden mellom MWD-festepunktet og den nedre eller øvre skulder på gjengeforbindelsen. Derfor er det et vanlig krav på borestedet at enkeltdeler som for eksempel MWD-hus, må måles og justeres, eller velges ut, på en slik måte at de passer til de tilgjengelige borerør.

Andre ulemper ved fremgangsmåten er det at midlertidig blottlagte elektriske kontakter er utsatt for smuss og skade i omgivelser som består av tungt maskineri, idet de utsettes for slike omgivelser under sammenstillingsprosessen, og at eventuelle fjærbelastede kop-lingselementer i korte perioder kan kople seg ut som et resultat av vibrasjoner eller støt.

Figurer 3a og 3b viser et tverrsnitt av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, primært tenkt brukt i den ovenfor presenterte MWD-anvendelse, men igjen innebærer dette ingen begrensning av anvendelsesområdet. Figur 3b er en fortsettelse av figur 3a. Figur 4 viser den innringede del av figur 3a i større detalj.

Det ligger ingen restriksjoner på sammenstillingens orientering, men av referansehensyn betraktes øverste del av figur 3a som toppen av en datakopler 120 i MWD-anvendelsen.

På figur 3a er objekt 101 en mekanisk kopler som ender i en tapp eller et rør og danner en del av nedre ende av den øvre MWD-sammenstilling. MWD-instrumenteringen vil befinne seg i trykkfaste hus (ikke vist) festet til øvre ende av dette koplingsstykke. Festet i nedre ende, og vist på figur 3b, er den øvre transceiver 102 med spole 103. Objekt 104 er en tapp eller et rør som utgjør et parti av den øvre ende av den nedre MWD-sammenstilling. Den nedre transceiver 105 med spole 106 er festet til tapp 104.

Kopleren 120 har et utvendig hus 121 som rommer et rør 122. En aksialt lang spole 123 er viklet over røret 122. Luftspalte 129 kan fylles med et hvilket som helst hensiktsmessig materiale for beskyttelse mot omgivelsene.

125 og 126 er skilleveggspakninger for høyt trykk som de elektriske forbindelser føres gjennom. Det finnes ledningsveier 127,128 som fører disse ledninger fra spolene til skille-veggspakningene og videre inn i lavtrykksområdene 136 hvor man kan plassere elektronikk, strømforsyning og instrumenter, avhengig av MWD-anvendelsen.

Koplerens 120 øvre ende er festet til en avsmalnende muffe 130 ved hjelp av skruegjenger 140. Rør 122 og tilhørende spole 123 holdes i nedre ende fast ved hjelp av en gjenget stoppring 131 som er skrudd på en gjenge 141 i huset. Røret 122, spolen 123 og huset 121 danner en sammenstilling som fritt kan beveges opp eller ned på nedre del av tapp 101. En øvre skulder 142 og nedre grensering 143 (også vist mer detaljert på figur 4) som er trædd på enden av tapp 101, forhindrer at koplingssammenstillingen skilles helt fra tappen. I dette tilfelle er defønskelig at skyvesammenstillingen ikke skal kunne tas av tappen 101.1 andre tilfeller kan det være hensiktsmessig å la kopleren være en egen, avtak-bar enhet.

En sperreanordning 123 er anordnet i øvre parti 104 av den nedre MWD-sammenstilling for å gå i inngrep med et spor på den nedre ende av huset 121. Sperreanordningen er kun angitt på symbolsk vis, men kan være en hvilken som helst type fjær, kule, bajonett eller annen innretning, alt avhengig av anvendelsen. I enkelte anvendelser kan den ute-lates helt. Hensikten med denne sperreanordningen vil bli beskrevet nedenfor.

Åpninger 133,134, som kan være anordnet på flere steder langs omkretsen, sikrer at trykket inne i huset 121 er utlignet med trykket i borehullet utenfor. Kopleren skal kunne arbeide ved omgivende trykk, og koplingsstykkene 125,126 i skilleveggene er de eneste pakninger som kreves mellom borehullet og kamrene 135, 136 som befinner seg ved atmosfærisk trykk inne i MWD-verktøyet. På grunn av den relative aksialbevegelse mellom tappen 101 og muffen 130 er det imidlertid anordnet to avstrykerringer ved 137 for å forhindre at partikler som eventuelt er tilstede i borefluidet, kommer inn i glideboringen.

Det finnes et stort utvalg av konstruksjonsmaterialer. De deler som er utsatt for borefluid, kan lages av berylliumkopperlegering eller rustfritt stål av egnet kvalitet. Materialet i huset, enten det er ikke-metallisk, ikke jernholdig eller jernholdig, er uvesentlig forutsatt at det er et lite mellomrom mellom den lange spole 123 og huset 120. De deler som bærer spolene, det vil si rør 122 og transceivere 102,105, kan være laget av høytemperatur-epoksyglassharpiks eller av materialet som er kjent under navnet PESK (polyetyl-eter-keton), eller av et hvilket som helst isolasjonsmateriale som har akseptabel stabilitet og er klassifisert for oljebrønntemperaturer. Spolene er fortrinnsvis viklet med Litz-tråder for å begrense tapene til et minimum. Spolene kan beskyttes med epoksyharpiks eller høytemperatur-nitrilgummi.

Figur 5 viser en prinsippskisse av den tilhørende elektronikk. De teknikker som kreves, er velkjente og variasjonsmulighetene mange.

På figur 5 er en lang koplingsspole 230 tegnet over transceiverspolene 203, 205, 223 og 225. Dette er kun for å tydeliggjøre, og det er underforstått at transceiverspolene alltid ligger innenfor koplingsspolen. Transceiverspole(r) 223, 225 kan beveges i koplingsspolen 230, som beskrevet tidligere.

Datakilder A og B befinner seg på hver sin side av kopleren. Kretskoplingene i denne versjon er symmetriske, og begge sider vil bli beskrevet sammen. Data kodes etter behov i kodeinnretninger 200, 220 og moduleres så videre til en egnet bæ rer ved hjelp av oscil-latorer/modulatoren 201, 221. Forsterkere 202, 222 driver det modulerte signal videre til spoler 203, 223.

Mottaksforsterkere 204, 224 leverer utgangssignaler) til hensiktsmessige demodulatorer og dekodere (ikke vist). Ved enveiskommunikasjon er det bare behov for en aktiv sender om gangen, med dersom det er behov for samtidig overføring i begge retninger, kan dette enkelt oppnås ved hjelp av tofrekvensdrift eller andre velkjente teknikker. Sender/mot-ta kersvitsjing (ikke vist) ved hjelp av velkjente teknikker kan benyttes for å forhindre at den lokale mottakeren "drukner" i sendesignalet. Alternativt kan det benyttes uavhengige mottakerspoler 205, 225 som stilles inn på uavhengige sendefrekvenser, idet utgangs-signalet leveres via forsterkere 206, 226.

Det er åpenbart at man ved å likerette og glatte utgangseffekten fra en mottakerspole vil

kunne gjøre en likestrømtilførsel tilgjengelig for den ene enden av kopleren fra den andre. Dette kan være nyttig i anvendelser hvor behovene for energi- og dataoverføring på de to sidene av kopleren er sterkt asymmetriske. Det er mer sannsynlig at man, som i anvendelseseksempelet, hvor det er instrumenter som skal drives på begge sider, driver de to faste deler hver for seg.

Med den beskrevne konfigurasjon kan kopleren sammenstilles på boreriggen som følger. Den øvre MWD-seksjon installeres, og glidehylsen er trukket helt tilbake, det vil si at den er skjøvet så langt inn i røret som mulig. Når det øvre rør befinner seg i stilling over det andre, gripes glidehylsen og trekkes ned i den åpne- ende av det nedre rør til sperrean ordningen 132 går i inngrep med den nedre sammenstilling. Det øvre rør senkes ned og hovedskjøten trekkes til.

Kopleren er en passiv elektronisk innretning og kan konfigureres på en hvilken som helst nødvendig måte for å passe til anvendelsen. Den kan for eksempel utformes som en Y, en T, et kryss, en stjerne, et tetraeder etc. for å tilpasses flere transceivere. Anordningen av spolen for to av disse konfigurasjoner er vist skjematisk på figur 6, og det vil være inn-lysende at det finnes mange andre mulige arrangementer.

Konfigurasjonen som er vist på figurer 3a og 3b, er spesielt nyttig i de tilfeller hvor det ønskelig at kopleren har en god egenstivhet og/eller skal fremvise en glatt flate mot fluidet som strømmer forbi. I andre tilfeller kan det være mer hensiktsmessig med en alternativ konfigurasjon, som vist skjematisk på figur 7. På figur 7a ligger den lange koplerspole 161 innenfor de korte magnetspoler 160,162. Når koplingslengden forandres, må stangen eller viklingssjablonen som den lange spole er viklet på, gå inn i et rom inne i og på den andre siden av minst en av de korte spoler, som vist på figur 7b. Hensiktsmessige mekaniske konfigurasjoner vil fremgå ifølge anvendelsen, men denne konfigurasjon kan være spesielt godt egnet i tilfeller som for eksempel undervannsanvendelser, når det lange element skal være uttakbart og/eller fleksibelt. I et slikt tilfelle vil den lange spole være viklet på en fleksibel kjerne og deretter lagt ned i fleksibelt innkapslingsmateriale, for dermed å danne en glatt stang eller batong.

Teoretisk sett er det ingen begrensning på koplerens lengde. Praktiske hensyn vil begrense vanlig anvendelse til forholdsvis små avstander, ganske enkelt fordi det finnes bedre alternative teknikker for større avstander. Tester med en koplerlengde på 1 m har vist at det ikke vil være vanskelig å forlenge dette vesentlig, og det kan være. enkelte anvendelser, foreksempel i utilgjengelig, maskineri eller under vann, hvor man med fordel vil kunne bruke mye større avstander. For den ovenfor beskrevne MWD-anvendelse ser man for seg en koplerlengde på 1-2 meter. Dette kan måle seg med teknikker som gjør bruk av fjærbelastede koplingsstykker eller statiske induktive kopiere, som i praksis er be-grenset til mindre enn 0,5 meter variasjon i avstand mellom systemer. Direkte elektromagnetisk overføring, selv ved moderate frekvenser, er uhensiktsmessig i den typiske MWD-anvendelse, ettersom de enkelte deler vanligvis er neddykket i elektrisk ledende borefluid.

En utgave av kopleren er blitt testet over en lengde på 1 meter ved frekvenser på mellom 30 kHz og 1 MHz. Resultatene viser en forholdsvis flat respons i forhold til både frekvens og avstand, og er i stor grad uavhengig av husmateriale (jernholdig, ikke jernholdig eller ikke metallisk), med en demping på 25-30 dB. Dette gjør det mulig å bruke meget enkel kretsteknikk i mottaker for å gi dataoverføringshastigheter på opp til 100 kbits/s. Selv om det ikke er behov for det i anvendelseseksempelet, er det mulig å oppnå svært mye høy-ere bærefrekvenser og dataoverføringshastigheter, avhengig av arbeidsavstanden og de konstruksjonsteknikker som er brukt. Beskrivelsen som gis i dette skrift, innebærer ingen øvre begrensning når det gjelder arbeidsfrekvens.

Claims (11)

1. Datakopler (30, 120) til bruk ved overføring av data mellom mekaniske deler (10, 20; 40, 50) som har en felles akse, og som befinner seg i forholdsvis nært inn grep, hvor nevnte deler kan reguleres i forhold til hverandre langs nevnte felles akse,karakterisert vedat datakopleren omfatter: et langstrakt hus (30,122) med en lengdeakse som strekker seg parallelt med nevnte delers (10, 20; 40, 50) felles akse, og som er tenkt montert på og løpende mellom nevnte deler, slik at det kan forskyves i forhold til nevnte deler under regulering av nevnte deler; en datakilde A og en datamottaker B som er plassert med avstand til hverandre i nevnte hus, (30,122) lengderetning; en respektiv aksialt kort magnetspole (11, 103, 203, 160; 21,106, 223,162) anordnet ved hver av datakilden A og datamottakeren B; og en aksialt lang magnetspole (32, 123, 230, 161) som strekker seg i lengderetningen gjennom i det minste en vesentlig andel av husets lengde, og som er an ordnet slik i forhold til de aksialt korte magnetspoler at den ene, i det minste delvis, overlapper den andre gjennom hele området for innbyrdes skyveregulering av huset, hvorved data ved aktivisering av datakopleren kan overføres fra datakilden A til datamottakeren B via den aksialt lange magnetspole (32, 123, 230,161).

2. Datakopler som angitt i krav 1, karakterisert veda t de korte spoler (11,103, 230 21, 106, 223) er anordnet innenfor den lange spole (32, 123, 230).

3. Datakopler som angitt i krav 1, karakterisert veda t den lange spole (161) omsluttes av de korte spoler (160,162).

4. Datakopler som angitt i krav 3, karakterisert vedat de korte spoler (160, 162) kan reguleres aksialt, under skyveregulering av huset, og hvor den lange spole (161) er montert på en kjerne.

5. Datakopler som angitt i et hvilket som helst av de fore gående krav,karakterisert vedat datamottaker B også kan drives slik at den fungerer som en andre datakilde, og førstnevnte datakilde A også kan drives slik at den fungerer som en andre datamottaker, slik at man ved behov kan muliggjøre toveisoverføring av data.

6. Datakopler som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, og som utgjør del av et MWD-verktøy (41, 51).

7. Datakopler som angitt i krav 6, karakterisert vedat MWD-verktøyet (41, 51) er tilpasset slik at det kan monteres innvendig i og løpende mellom to borerør (40, 50) som er koplet sammen.

8. Datakopler som angitt i et hvilket som helst av de fore gående krav,karakterisert vedat det langstrakte hus (30,122) har et rundt tverrsnitt for å gi innbyrdes rotasjonsfrihet mellom de sammenkoplede mekaniske deler (10, 20;

40, 50).

9. Datakopler som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det langstrakte hus (30,122) har translasjonsfrihet gjennom teleskopisk regulering langs kopleraksen.

10. Datakopler som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det langstrakte hus utgjør en del av en Y-, T-, X-, kors-, stjerne- eller annen flergrenet konstruksjon som skal tilveiebringe flere dataforbindelser mellom relativt bevegelige deler (10, 20; 40, 50).

11. Datakopler som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det langstrakte hus har en fleksibel konstruksjon som muliggjør relativ vinkel- eller sidebevegelse av de sammenkoplede deler.