NO342358B1

NO342358B1 - Frem- og tilbakegående impulsgiver for slampulstelemetri og en fremgangsmåte for overføring av trykkimpulser fra en nedhulls lokalitet gjennom et strømmende fluid i et borehull

Info

Publication number: NO342358B1
Application number: NO20076051A
Authority: NO
Inventors: Detlef Hahn; Cedric Rouatbi; Volker Peters; Eckard Scholz
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2018-05-14
Also published as: US7417920B2; WO2006127760A1; US20050260089A1; GB2440868A8; CA2609129A1; NO20076051L; GB2440868B; GB2440868A; GB2440868B8; GB0722481D0

Abstract

En fremgangsmåte for overføring av trykkimpulser fra en nedhulls lokalitet gjennom et strømmende fluid i et borehull omfatter bruk av en lineær aktuator for styrbart å bevege et frem- og tilbakegående element aksielt frem og tilbake mellom en første posisjon og en andre posisjon for i det minste delvis å begrense strømningen av det strømmende fluid for å generere trykkpulsene. En frem- og tilbakegående impulsgiver for å generere trykkimpulser i et fluid som strømmer i et borehull omfatter en fluidpassasje som tillater strømningen av fluidet gjennom impulsgiveren, og et frem- og tilbakegående element. Den lineære aktuator er koplet til det frem- og tilbakegående element slik at den lineære aktuator beveger det frem- og tilbakegående element i en første aksiell innretning og deretter i en motsatt retning. For i det minste en delvis å begrense strømningen av fluidet gjennom impulsgiveren for å generere trykkimpulser i det strømmende fluid.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsesområdet

[0001] Den foreliggende oppfinnelse vedrører borefluid-telemetrisystemer og vedrører mer spesielt et telemetrisystem som inkorporerer et frem- og tilbakegående impulsgiversystem for å modulere trykket av et borefluid som sirkulerer i en borestreng inne i et borehull.

Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] Borefluid-telemetrisystemer, generelt referert til som slampulssystemer, er spesielt egnet for telemetri av informasjon fra bunnen av et borehull til jordoverflaten under oljebrønnboreoperasjoner. Den telemetrerte informasjon inkluderer ofte men er ikke begrenset til parametere av trykk, temperatur, retning og avvik av borehullet. Andre parametere inkluderer loggingsdata, som f.eks. resistivitet av de forskjellige lag, sonisk densitet, porøsitet, induksjon, selvpotensial og trykkgradienter. Denne informasjon er nyttig for boreoperasjonen.

[0003] Oljeboringsindustrien behøver effektivt å øke slampuls-dataoverføringshastigheter for å akkomodere den stadig økende mengde av målte nedihullsdata. Den vesentlige mangel med tilgjengelige slampulsventiler er den lave dataoverføringshastighet. Økning av dataoverføringshastigheten med tilgjengelige ventiltype-impulsgivere fører til uakseptabelt stort effektforbruk, uakseptabel impulsforvrengning, eller kan være fysisk upraktisk på grunn av erosjon, svekking (”washing”), og abrasiv slitasje. På grunn av deres lave aktiveringshastighet er nesten alle eksisterende slampulsventiler bare i stand til å generere separate impulser. For effektivt å anvende bærebølger for å sende frekvensskiftmodulerings (FSK (”frequency Shift Keying”)) eller faseomtastings (PSK (”phase Shift Keying”)) kodede signaler til overflaten må aktiveringshastigheten økes og aktiveringen styres.

[0004] Slamimpulsventiler, også benevnt impulsgivere, opererer under ekstremt høye statiske nedhullstrykk, høye temperaturer, høye strømningsmengder og forskjellige erosive strømningstyper. Under disse betingelser må ventilen være i stand til å skape trykkimpulser på omtrent 7-20 kg/cm<2>.

[0005] Forskjellige typer av ventilsystemer anvendes for å generere nedhulls trykkimpulser. Ventiler som åpner og lukker en forbiføring fra innsiden av borestrengen til borehullsringrommet skaper negative trykkimpulser, se f.eks. US-patent 4,953,595. Ventiler som anvender en styrt innsnevring anbrakt i den sirkulerende slamstrøm blir vanlig referert til som positiv impulssystemer, se f.eks. US-patent 3,958,217.

[0006] Et ytterligere eksempel på en negativ impulsgivende ventil er illustrert i US-patent 4,351,037. Denne teknologi inkluderer en nedhullsventil for å slippe ut en del av det sirkulerende fluid fra det indre av borestrengen til ringrommet mellom rørstrengen og borehullsveggen. Borefluidet sirkuleres ned gjennom det indre av borestrengen, videre ut gjennom borkronen og opp gjennom ringrommet til overflaten. Ved plutselig å slippe ut en del av fluidstrømningen gjennom en lateral port, produseres et øyeblikkelig trykkfall og dette er detekterbart ved overflaten til å tilveiebringe en indikasjon av nedhullsutslippet. Et nedhulls instrument er arrangert til å generere et signal eller mekanisk aksjon etter forekomsten av en nedhulls detektert hendelse for å produsere den ovenfor beskrevne utslipping. Den nedhullsventil som beskrives er definert delvis av et ventilsete eller dyse, med et innløp og et utløp og en ventilspindel bevegelig til og bort fra innløpsenden av ventilsetet i en lineær bane med borestrengen.

[0007] Alle negative impulsgivende ventiler trenger et visst høyt differensialtrykk under ventilen for å skape tilstrekkelig trykkfall når ventilen er åpen. På grunn av dette høye differensialtrykk er negative impulsventiler mer utsatt for utvasking. Generelt er det ikke nødvendig å forbiføre strømning over borkronen inn i ringrommet. Det må derfor sikres at ventilen er i stand til fullstendig å lukke forbiføringen. Med hver aktivering går ventilen til anslag mot ventilsetet. På grunn av dette anslag er negative impulsgivende ventiler mer utsatt for mekanisk og abrasiv slitasje enn positive impulsgivende ventiler.

[0008] Positive impulsgivende ventiler kan, men behøver ikke fullstendig å lukke strømningsbanen for operasjon. Positive tallerken eller kjegletypeventiler (”poppet type valves”) er mindre utsatt for slitasje av ventilsetet. Hovedkreftene som virker på positive tallerken- og kjegleventiler er hydrauliske krefter, på grunn av at ventilene åpnes eller lukke aksielt mot strømningsstrømmen. For å redusere aktiveringsenergien er noen tallerken- og kjegleventiler hydraulisk drevet som vist i US-patent 3,958,217. Herved er hovedventilen indirekte operert av en pilotventil. Pilotventilen med lavt energiforbruk lukker en strømningsinnsnevring, som aktiverer hovedventilen til å skape trykkfallet. Energiforbruket av denne type ventil er meget lite. Mangelen ved denne ventil er den passivt opererte hovedventil. Med høye aktiveringshastigheter er den passive hovedventil ikke i stand til å følge den aktivt opererte pilotventil. Det genererte impulssignal er sterkt forvrengt og knapt detekterbart ved overflaten.

[0009] Vanlig, åpner og lukker roterende skiveventiler strømningskanaler perpendikulære til strømningsstrømmen, slik at aksiallageret understøtter en del av de hydrauliske krefter. Med økende aktiveringshastighet er dynamiske treghetskrefter de vesentlige energiforbrukende krefter. US-patent 3,764,968 beskriver en roterende ventil for det formål å overføre frekvensskiftmodulerings (FSK) eller faseomtastings (PSK) -kodede signaler. Ventilen anvender en roterende skive og en ikke roterende stator med et antall tilsvarende slisser.

Rotoren drives kontinuerlig av en elektrisk motor. Avhengig av motorhastigheten skapes en viss frekvens av trykkimpulser i strømningen når rotoren intermitterende avbryter fluidstrømningen. Motorhastighetsendringer er nødvendige for å endre trykkimpulsfrekvensen for å tillate signaler av FSK eller PSK typen. Der er flere impulser pr. rotoromdreining, tilsvarende antallet av slisser i rotoren og statoren. For å endre fase eller frekvens kreves at motoren øker eller minsker i hastighet. Dette kan ta en rotoromdreining for å overvinne rotasjonstregheten og oppnå den nye fase eller frekvens, slik at det krever flere impulssykluser for å foreta overføringen. Amplitudekoding av signalet er i seg selv ikke mulig med denne type av kontinuerlig roterende innretning. For å endre frekvensen eller fasen må store treghetsmomenter, assosiert med motoren, overvinnes og dette krever en vesentlig energimengde. Når den roteres kontinuerlig med en bestemt hastighet kan en turbin anvendes eller et gir kan inkluderes for å redusere systemets energiforbruk. På den annen side øker begge opsjoner dramatisk systemets treghet og energiforbruk når dette endres fra den ene til en annen hastighet for signalkoding.

[0010] De ovennevnte eksempler illustrerer noen av de kritiske betraktninger som forekommer i anvendelsen av en hurtigvirkende ventil for å generere en trykkimpuls. Andre betraktninger i bruken av disse systemer for borehullsoperasjoner involverer de ekstreme støtkrefter, dynamiske (vibrasjons) energier som eksisterer i en borestreng som beveges. Resultatet er sterk slitasje, tretthet og svikt i operasjonsdeler av systemet. De spesielle vanskeligheter som påtreffes i et borestrengmiljø, inkluderer kravet for et system med lang varighet for å hindre for tidlig misfunksjon og utbytting av deler, krever et robust og pålitelig ventilsystem.

[0011] Fremgangsmåten og apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse overvinner noen av de ovennevnte mangler ved den tidligere teknikk ved å tilveiebringe et nytt slampulstelemetrisystem som anvender en frem- og tilbakegående ventil av tallerken- eller kjegleventiltypen.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0012] Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et slampuls-telemetrisystem og fremgangsmåter som utnytter et frem- og tilbakegående impulsgiversystem for å generere trykkpulser i borefluidet som sirkulerer i en borestreng i et borehull.

[0013] I ett aspekt, omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for overføring av trykkimpulser fra en nedhulls lokalitet gjennom et strømmende fluid i et borehull, omfattende at et frem- og tilbakegående element styrbart beveges mellom en første posisjon og en andre posisjon, idet en lineær aktuator anvendes for i det minste delvis å begrense strømning av det strømmende fluid for å generere trykkimpulsene, idet den lineære aktuator omfatter en rotasjonsdrevet spindeldrivinnretning.

[0014] I et ytterligere aspekt omfatter oppfinnelsen en impulsgiver for generering av trykkimpulser i et fluid som strømmer i et borehull, omfattende en fluidpassasje som tillater strømning av fluidet gjennom impulsgiveren, og et frem- og tilbakegående element og en lineær aktuator. Den lineære aktuator beveger det frem- og tilbakegående element i en første aksiell retning og deretter i en motsatt retning for i det minste delvis å begrense strømningen av fluidet gjennom impulsgiveren for å generere trykkimpulser i det strømmende fluid, idet den lineære aktuator har en rotasjonsmotor koplet til en spindeldrivinnretning koplet til det frem- og tilbakegående element.

[0015] Eksempler på de mer viktige trekk ved oppfinnelsen er således blitt oppsummert ganske bredt for at den detaljerte beskrivelse derav som følger kan bli bedre forstått, og for at bidragene til denne del av teknikken kan innses. Det er selvfølgelig ytterligere trekk ved oppfinnelsen som skal beskrives i det følgende og som vil danne gjenstanden for de senere anførte patentkrav.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0016] For detaljert forståelse av den foreliggende oppfinnelse skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av utførelsesformen, sett i forbindelse med de vedføyde tegninger, hvor lignende elementer er blitt gitt lignende henvisningstall, hvori:

Figur 1 er et skjematisk riss som viser en borerigg 1 som er beskjeftiget i boreoperasjoner;

Figur 2 er et skjematisk riss av et frem- og tilbakegående impulsgiversystem ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 3 er en graf av de krefter som virker på en frem- og tilbakegående tallerken- eller kjegleventil ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 4 er et skjematisk riss som beskriver faseomtastings PSK (”Phase Shift Keying”) -koding som anvender en frem- og tilbakegående ventil ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 5 er et skjematisk riss som beskriver frekvensskiftmodulerings FSK (”Frequency Shift Keying”) som koder ved bruk av en frem- og tilbakegående ventil ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Figur 6 er et skjematisk riss som beskriver en kombinasjon av frekvensskiftmodulerings FSK- (”Frequency Shift Keying”) og amplitudeskiftmodulering ASK (”Amplitude Shift Keying”) -koding ved bruk av en frem- og tilbakegående ventil ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 7 er en skisse av et impulsgiversystem ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Figur 8 er et blokkskjema av impulsgiversystemet i fig.7;

Figur 9A, B er skisser av et impulsgiversystem med en fjærforsterker for tallerken- eller kjegleventilforlengelse ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 10 er en skisse av en magnetfjær ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 11A er en graf av hydraulisk kraft på en tallerken- eller kjegleventil versus forlengelse; og

Figur 11B er en graf av fjærkraft versus tallerken- eller kjegleventil forlengelse for både en skruefjær og en magnetfjær.

BESKRIVELSE AV UTFØRELSESFORMER

[0017] Figur 1 er et skjematisk riss som viser en borerigg 1 beskjeftiget i boreoperasjoner. Borefluid 31, også benevnt boreslam, sirkuleres av pumpen 12 gjennom borestrengen 9 ned gjennom bunnhullssammenstillingen (BHA) 10, gjennom borekronen 11 og tilbake til overflaten gjennom ringrommet 15 mellom borestrengen 9 og borehullsveggen 16. Bunnhullssammenstillingen (BHA) 10 kan omfatte hvilke som helst av et antall følermoduler 17, 20, 22 som kan inkludere formasjons-evalueringsfølere og avviksfølere. Disse følere er vel kjent innenfor dette området og beskrives ikke videre. BHA 10 kan også omfatte verktøy (ikke vist separat) for å regulere boreretningen av bunnhullssammenstillingen BHA 10. Bunnhullssammenstillingen BHA 10 omfatter også et impulsgiversystem 19 som induserer trykksvingninger i slamstrømningen. Trykksvingningene eller impulsene, forplanter seg til overflaten gjennom slamstrømningen i borestrengen 9 og detekteres ved overflaten av en føler 18 og en styreenhet 24. Føleren 18 er forbundet til strømningsledningen 13 og kan være en trykktransduser, en strømningstransduser, eller en kombinasjon av en trykktransduser og en strømningstransduser. Føleren 18 kan omfatter flere følere av den samme type og-/eller en kombinasjon av forskjellige typer av følere.

[0018] Figur 2 er et skjematisk riss av et frem- og tilbakegående impulsgiversystem for slamimpulstelemetri. Den frem- og tilbakegående impulsgiversammenstilling 25, også benevnt en frem- og tilbakegående impulsgiver eller frem- og tilbakegående ventil, er lokalisert i den indre boring av verktøyhuset 101. Huset 101 kan være en boret borekrave tilpasset til å passe inn i bunnhullssammenstillingen BHA 10 eller alternativt et separat hus innrettet til å passe inn i en borekraveboring. Dysesammenstillingen 102 er anordnet i strømningsbanen og er tilpasset til å festes til verktøyhuset 101 ved en fiksert lokalitet slik at borefluidet 31 tvinges til å strømme gjennom hullet, også benevnt dyser eller åpninger, i dysesammenstillingen 102. Dysesammenstillingen 102 har en hoveddyse 125 og minst en forbiføringsdyse 115 anordnet i like stor radiell avstand fra senter av hoveddysen 125. I en utførelsesform er hoveddysen 125 og forbiføringsdysen 115 hull boret gjennom hoveddelen av dysesammenstillingen 102. I en ytterligere utførelsesform er hullene i dysesammenstillingen innrettet til å motta erosjonsresistente hylser (ikke vist). Hylsene kan være av et relativt hardt materiale, som f.eks. wolfram eller wolframkarbid, eller alternativt kan stålhylser være belagt med et hard materiale, som f.eks. wolframkarbid. Slike materialer og belegg kan fåes i handelen og skal ikke drøftes videre. Helsens strømningspassasje kan være rett eller konisk.

[0019] Et frem- og tilbakegående element, som f.eks. ventillegemet 103, er festet til stangen 106 og drives aksielt av den lineære motor 104 i en frem- og tilbakegående bevegelse. Ventillegemet 103 er posisjonert slik at ved en ende av den frem- og tilbakegående bevegelse, også benevnt distanse eller slaglengde, er ventil-legemet 103 i tett nærhet til tolkningen av hoveddysen 125 slik at strømningen gjennom hoveddysen 125 begrenses og genererer en økning i oppstrømstrykket. Ventillegemet 103 drives så bort fra hoveddysen 125 til den andre ende av den frem- og tilbakegående bevegelse som resulterer i en minsking i oppstrømstrykket. Den frem- og tilbakegående bevegelse genererer derved trykksvingninger eller impulser, i borefluid 31. Motoren 104 inneholdes i og er festet til opplagringshuset 108. Stangen 106 er festet til motoren 104 og understøttet av oljesmurte opplagringer 109 ved hver ende av opplagringshuset 108. Opplagringene 109 kan være lagre av den lineære hylsetype eller alternativt lineære kulelagerhylser. Opplagringshuset 108 er festet til den understøttende ring 130 og den understøttende ring er i sin tur festet til verktøyhuset 101. Den understøttende ring 130 har et antall hull eller slisser for å tillate at borefluidet 31 passerer gjennom. Den lineære motor 104 omfatter en magnetbærer 135 festet til stangen 106 med en spole 140 av elektrisk ledning montert på den indre diameter av opplagringshuset 108 og som omgir magnetbæreren 135. Magnetbæreren 135 og spolen 140 er dimensjonert slik at magnetbæreren er i stand til fritt å bevege seg inne i spolen 140 og det er ingen fysisk interferens mellom dem. En elektronikkmodul 145 tilveiebringer elektriske signaler til spolen 140 for nøyaktig å drive kombinasjonen av magnetbærere-stang-ventillegemet i en lineær svingende bevegelse. I denne fremstilling er bevegelse av ventillegemet videre angitt som å bety bevegelse av kombinasjonen av magnetbærer 135 -stang 106- ventillegeme 103. Lineære elektriske motorer kan fåes i handelen og skal ikke drøftes videre. Elektronikkmodulen 145 inneholder en prosessor og passende kretssystemer som virker ifølge programmerte instruksjoner, som tilveiebringer kontrollsignaler til den lineære motor. En lineær bevegelsesmålende føler (ikke vist) er lokalisert inne i den lineære motor 104 og tilveiebringer posisjonsmåling til elektronikkmodulen 145 for å lette tilbakekoblingskontroll av bevegelsen av ventillegemet 103.

[0020] Hele impulsgiverhuset 108 er fylt med passende smøremiddel 111 for å smøre opplagringene 109 og trykk-kompensere trykket i det indre impulsgiverhuset 108 med nedhullstrykket av boreslammet 31. Tetningen 107 er en fleksibel belgtetning direkte koblet til stangen 106 og impulsgiver-endehetten 150 og tetter hermetisk det oljefylte impulsgiverhus 108. Den lineære bevegelse av skaftet 106 bringer det fleksible materiale i belgtetningen 107 til å deformere slik at den lineære bevegelse akkomoderes. Det fleksible belgmateriale kan være elastomert materiale eller alternativt et fiberforsterket elastomert materiale.

Alternativt kan en fleksibel metallbelg anvendes.

[0021] I motsetning til en roterende impulsgiverventil er de hydrauliske krefter som virker på en aksielt frem- og tilbakegående impulsgiverventil mer avhengig av trykkfallet over impulsgiverventilen. Trykkfallet over impulsgiverventilen er direkte proporsjonal til fluidegenskapene, typisk densitet og viskositet, fluidstrømningsmengden, og invers proporsjonal til strømningsarealet gjennom dysene, hoveddysen 125 og forbiføringsdysen 115. For å kompensere disse hydrauliske krefter er en kraftbalanserende fjær 105 anbrakt mellom endehetten 150 og magnetbæreren 135. Fjærkraften anvendes for å kompensere de hydrauliske krefter ved en nominell virksom strømningsmengde. For eksempel viser fig.3 de typiske krefter som virker på den frem- og tilbakegående ventil ved en frem- og tilbakegående frekvens på 40 Hz og en nominell strømningsmengde på 2000 liter pr. minutt. Hovedkreftene som virker på ventillegemet er de hydrauliske krefter 301, som primært skyldes det skapte trykkfall; den dynamiske kraft 302 bevirket ved akselerasjonen av massene; og motvekts-fjærkraften 303. Ved å addere disse krefter kompenserer fjærkraften 303 det meste av de hydrauliske krefter 301 slik at den totale impulsgiverkraft 304 er omtrent lik den dynamiske kraft 302 som krever mindre kraft og følgelig mindre energi enn en frem- og tilbakegående ventil uten en kompenserende fjær.

[0022] Nedhullsverktøy, inklusive impulsgiverventiler, må operere over et område av strømningsmengder og fluidegenskaper. For eksempel, med et konstant strømningsareal, ettersom strømningsmengden og/eller fluidviskositeten eller fluiddensiteten økes, vil trykkfallet øke og følgelig vil de hydrauliske krefter som virker på ventillegemet øke og derved endre den ønskede balanse av krefter på ventillegemet 103. For å akkomodere disse operasjonsendringer har minst én av forbiføringsdysene 115 et forbiføringsventillegeme 160, se fig.2, montert nedstrøms fra dysesammenstillingen 102 og lokalisert slik at forbiføringsventillegemet 160 kan drives av aktuatoren 165 mot eller bort fra forbiføringsdysen 115, for å redusere eller forstørre det effektive strømningsareal i dysesammenstillingen 102 og derved kontrollere det nominelle trykkfall over dysesammenstillingen 102. Ved å kontrollere trykkfallet over dysesammenstillingen 102 kan de hydrauliske krefter på hovedventillegemet 125 opprettholdes ved en hovedsakelig konstant verdi. Forbiføringsventillegemets aktuator 165 kan være en lineær motor eller en konvensjonell motordrevet kule-skrueaktuator. Disse aktuatorer kan fåes i handelen og er ikke her drøftet videre.

[0023] Med henvisning til fig.2 er trykkfølere 112a og 112b montert oppstrøms henholdsvis nedstrøms fra dysesammenstillingen 102, slik at de kan måle fluidtrykket i fluidet som strømmer inne i verktøyhuset 101. Trykkfølerne 112a,b er drevet og styrt av elektronikkmodulen 145. I en utførelsesform anvender en prosessor i elektronikkmodulen 145, ifølge programmerte instruksjoner, trykksignalene fra trykkfølerne 112a,b for å generere en differensial-trykkverdi over dysesammenstillingen 102. Prosessoren modifiserer ifølge programmert instruksjon posisjonen av forbiføringsventillegemet 160, i forhold til forbiføringsdysen 115, slik at det opprettholdes et forutbestemt differensialtrykk over dysesammenstillingen 102. I en ytterligere utførelsesform avføler trykkfølerne 112a,b trykkkommandosignaler overført fra en overflatelokalitet. Prosessoren modifiserer da ifølge programmerte instruksjoner det signalkodende skjema for å tilveiebringe forbedret dataoverføring til overflaten.

[0024] Elektronikkmodulen 145 kan inneholde en programmerbar prosessor som kan være programmert til å overføre data som anvender hvilke som helst av et antall av kodende skjemaer som inkluderer men er ikke begrenset til amplitudeskiftmodulasjon (ASK), frekvensskiftmodulasjon (FSK), faseskiftmodulering (PSK) eller kombinasjonen av disse metoder. Prosessoren i elektronikkmodulen 145 kan være programmert til å endre de datakodende parametere basert på impulser overført til overflaten. De kodende parametere kan inkludere typen av kodende skjema, basislinje impulsamplitude, basislinje-frekvens, eller andre parametere som påvirker kodingen av data.

[0025] Det ovenfor beskrevne lineære motordrivsystem tilveiebringer nøyaktig styring av den aksielle posisjon av ventillegemet 103 i forhold til posisjonen av hoveddysen 125. Slik nøyaktig styring tillater den forbedrede bruk av flere kodende skjemaer som er vanlig innenfor området av slamimpulstelemetri.

[0026] Med det frem- og tilbakegående fjærbalanserte impulsgiversystem vil kodingen eller ombyttingen mellom fase-, frekvens- eller amplitudemodulering ikke kreve høy aktiveringsenergi, på grunn av at de hydrauliske krefter alltid er balansert i en hvilken som helst ventillegeme-posisjon. Ved å begynne fra nullhastighetsnivået vil en fase-, frekvens- eller amplitudeendring ikke i vesentlig grad påvirke det totale energiforbruk, på grunn av at de dynamiske krefter er null ved null hastighet. I en utførelsesform anvendes hovedenergien for å drive systemet med et høyt frekvensnivå. Så snart systemet er i stand til å skape en høy frekvens kan det bytte om til en annen frekvens nesten øyeblikkelig. Denne hurtige endring gir en meget høy frihetsgrad for koding av telemetridata. Karakteristikken anvendt for kodingen (frekvens-, fase- eller amplitudeendring) kan byttes om fra én tilstand til en andre tilstand slik at informasjon overføres i løpet av én periode eller mindre. Ingen overgangssone behøves mellom de forskjellige nivåer av kodet informasjon. Følgelig vil det være mer informasjonsinnhold pr. tidsramme i trykkpulssignalet av den frem- og tilbakegående fjærbalanserte impulsgiver enn med en konvensjonell impulsgiver.

[0027] Figur 4 viser en graf som viser faseskiftmodulering PSK (”Phase Shift Keying”) som koder for den frem- og tilbakegående ventil sammenlignet med en kontinuerlig roterende ventil som virker ved skjærvirkning. Den kontinuerlige faseskiftsignal 400 krever 1,5 signalperioder for referansesignalet 405 for å oppnå et fullstendig 180º faseskift. I overgangstiden mellom 0,5 s og 0,9 s kan informasjonen av det kontinuerlige faseskiftsignal 400 ikke anvendes på grunn av at det inneholder flere frekvenser. Med den frem- og tilbakegående ventil tillater den lineære motor at ventillegemet faseskiftes ved hovedsakelig et hvilket som helst tidspunkt slik at det effektivt tilveiebringes et hovedsakelig øyeblikkelig faseskift. Som vist i fig.4 begynner det frem- og tilbakegående ventil-faseskiftsignal 410 ved 0,5 s allerede i det riktige faseskiftede forhold med referansesignalet 400 slik at den følgende signalperiode allerede kan anvendes for kodende formål. Det er følgelig mer informasjon pr. tidsramme med et faseskiftmodulerende signal generert med en frem- og tilbakegående ventil enn med en kontinuerlig roterende ventil med skjær.

[0028] Figur 5 viser en graf over et frekvensskift-modulerende FSK (”Frequency Shift Keying”) signal fra den frem- og tilbakegående ventil sammenlignet med et signal av kontinuerlig roterende ventiler med skjærvirkning som anvender det samme kodede skjema. Dette eksempel viser et frekvensskift fra 40 Hz til 20 Hz og tilbake til 40 Hz. Ved 0,10 s skiftes frekvensen fra 40 Hz til 20 Hz, med signalet 500 fra den kontinuerlig roterende skjærventil, som bare skifter en full amplitude 500a ved den lave frekvens ved 0,16s før den må skifte tilbake til det høye frekvenssignal ved 500b. Bare toppene ved 500a og 500b er egnet for kodende informasjon. Overgangsperiodene før og etter frekvensskiftet inneholder flere frekvensen som ikke kan anvendes for kodende formål. Med signalet 505 fra den frem- og tilbakegående ventil er det fremdeles to fullt brukbare amplituder 505a og 505b ved den lavere frekvens og to brukbare topper ved den høyere frekvens 505c og 505d. Som med faseskiftmodulering er der mer informasjonsinnhold pr. tidsramme med den frem- og tilbakegående ventil enn med kontinuerlig roterende skjærventil. Dette kan tilveiebringe høyere deteksjonspålitelighet ved å tilveiebringe flere sykluser for å betrakte, eller alternativt kan frekvensendringene være hurtigere slik at datahastigheten økes, eller en kombinasjon av disse.

[0029] Et amplitude-skiftmodulerings ASK (”Amplitude Shift Key”) -signal kan lett genereres med den frem- og tilbakegående ventil ifølge den foreliggende oppfinnelse. Signalamplituden er proporsjonal til mengden av strømningsbegrensning og er således proporsjonal til utstrekningen av lineær bevegelse eller bevegelseslengde av ventillegemet 103 som bringer det i nærhet til hoveddysen 125. Hoveddyseposisjonen kan kontinuerlig styres og derfor kan amplituden av hver syklus være forskjellig ettersom motoren 104 nøyaktig kan bevege ventillegemet 103 gjennom en forskjellig utstrekning på hver syklus ifølge programmert kontroll fra elektronikkmodulen 145.

[0030] I tillegg, på grunn av at ventillegemet 103 kan styres kontinuerlig og nøyaktig kan kombinasjon av ASK og FSK eller ASK og PSK anvendes for å kode og overføre flere signaler samtidig, noe som sterkt øker den effektive datahastighet. Figur 6 er et skjematisk riss som viser et skjema for kombinering av et ASK-kodet og et FSK-kodet signal. Begge signaler utføres i et konstant faseforhold med et amplitudeskift fra A1 til A2 eller fra A2 til A1 som representerer databits av et først kodet signal og frekvensskiftene fra F1 til F2 eller fra F2 til F1 som representerer databits av et andre kodet signal. Denne typen signal genereres ved å endre både den frem- og tilbakegående frekvens av ventillegemet 103 og samtidig endre bevegelsesutstrekningen for ventillegemet 103, som tidligere beskrevet. På lignende måte kan et signal som kombinerer ASK- og PSK-koding (ikke vist) genereres ved å endre faseforholdet av et konstant frekvenssignal mens amplituden samtidig endres ved å endre bevegelseslengden av ventillegemet 103. Her representerer amplitudeskiftene et første kodet signal og faseskiftene representerer et andre kodet signal.

[0031] En ytterligere utførelsesform av en frem- og tilbakegående impulsgiver er vist fig.7 og 8. Impulsgiveren 700 er lokalisert i huset 701 som er anbrakt i bunnhullssammenstillingen BHA 10 (se fig.1). Dysebæreren 711 har dysen 712, også vanlig benevnt en åpning, anbrakt i huset 701. Borefluid 31 tvinges til å strømme gjennom dysen 712 og gjennom ringrommet mellom impulsgiversammenstillingen 700 og huset 701. Ventillegemet 713 i impulsgiveren 700 aktiveres aksielt til å bevege seg mot og bort fra dysen 712 og derved i det minste delvis begrense strømningen gjennom dysen 712. Endringen i strømningen, bevirket ved slik begrensning, genererer relaterte trykksvingninger i fluidet 31, som tidligere beskrevet, som forplanter seg til overflaten og detekteres der. Impulsgiveren 700 omfatter den reversible motor 718 med stangen 717 koblet til spindeldrivsystemet 720 og anbrakt i et impulsgiverhus 704 og virker kooperativt som en lineær aktuator. Spindeldrivsystemet 720 omfatter spindelen 716, drivmutteren 706, og den gjengede aksling 703 for ventillegemet, og omdanner i prinsippet rotasjonsbevegelsen av akslingen 717 til aksiell bevegelse av ventillegemet 713. Spindelen 716 styres av opplagringen 707. Spindelen 716 er koblet til og roterer drivmutteren 706. Drivmutteren 706 går til inngrep med gjenger 705 på akslingen 703 for ventillegemet slik at rotasjonen av drivmutteren 706 aksielt utvider eller trekker tilbake ventillegemet 713 avhengig av rotasjonsretningen av motoren 718. Det indre volum av huset 704 er fylt med et passende elektrisk isolerende smøremiddel 715 som tjener til å smøre de bevegelige overflater og trykkutligne innsiden av huset 704 med det utvendige nedhullstrykk. Smøremiddelet 715 fyller også hulrommene inne i drivspindelen 720. I en utførelsesform styres strømmen av smøremiddel 715 når dette slipper ut av spindelen 716 gjennom ventilen 708. Denne strømningskontroll virker også som en hydraulisk demper for å hindre at hydrauliske krefter som virker på ventillegemet 713 driver motoren for sterkt under tilbaketrekking av ventillegemet. Det vil av den fagkyndige innses at motoren 718 kan være direkte koblet til akslingen 703 aksielt forskyver drivmutteren 706 som kan konfigureres til å utvide og trekke tilbake ventillegemet 713. Det er ment at den foreliggende oppfinnelse skal dekke slike alternative konstruksjonsvalg.

[0032] Den fleksible tetning 702 er festet til akslingen 703 og til en endeoverflate av huset 704 og bevirker en tetning mellom borehullsfluidet og smøremiddelet 715. Den fleksible karakter av tetningen 702 akkomoderer den gjentatte utvidelse og tilbaketrekning av ventillegemet 713. Den fleksible tetning 702 har lignende funksjon og materiale som tetningen 107 som tidligere beskrevet. Alternativt anvendes en leppetetning 714 for tetning mellom nedhullsfluidet og smøremiddelet 715.

[0033] I en utførelsesform er motoren 718 en kontrollerbar børsteløs likestrøms DC-motor. Slike motorer og deres assosierte motorkontrollere, og/eller kontrollkretser, kan fåes i handelen, og/eller er kjent innenfor dette området, og er ikke beskrevet i detalj her. Alternativt er motoren 718 en trinnmotor. Også her kan slike motorer og deres assosierte motorkontrollere og/eller kontrollkretser fåes i handelen og/eller er kjent innenfor dette området, og er ikke beskrevet i detalj her. Slike motorer og kontrollere, som anvendt heri, tilveiebringer hovedsakelig kontinuerlig, nøyaktig kontroll av den aksielle posisjon av ventillegemet 713 og dettes relative posisjon i forhold til dysen 712. Denne kontinuerlige nøyaktige kontroll tilveiebringer evnen til å kontrollere forskjellige operasjonskarakteristikker av interesse av de genererte impulser. Disse karakteristikker av interesse inkluderer men er ikke begrenset til impulsamplituder, impulsfrekvens, impulsvarighet og impulsfase i forhold til en referansefase. Alternativt kan en girdrivinnretning 801, se fig.9A,B, inkluderes på utgangen fra motoren 718 for å øke dreiemomentet tilgjengelig for å aktivere impulsgiveren. Girdrivinnretningen 801 kan være en planetgirdrivinnretning eller annen egnet girdrivinnretning.

[0034] I en utførelsesform er en føler (ikke vist separat) integrert med motoren og tilveiebringer et signal som kan anvendes for å relatere motorrotasjonen til posisjonen av ventillegemet 713. I en ytterligere utførelsesform er føleren 709, som kan være en kodeinnretning, separat fra motoren 718 og produserer et signal relatert til rotasjonen av motorakslingen 717. Slike kodeinnretninger kan fåes i handelen og er ikke beskrevet detaljert heri. Som vist i fig.8, kan et signal fra kodeinnretningen 709 anvendes av kontrolleren 721 for å kontrollere bevegelsen av motoren 718 og derfor bevegelsen av ventillegemet 713, og karakteristikk av de genererte impulser. Disse karakteristikker av interesse inkluderer men er ikke begrenset til impulsamplitude, impulsfrekvens, impulsvarighet og impulsfase i forhold til en referansefase.

[0035] Modulen 719 tilveiebringer et hus egnet for lokalisering av elektroniske kretser og komponenter for å kontrollere operasjonen av impulsgiveren. En impulskontroller 721 (se fig.8) er inneholdt i modulen 719 og omfatter kretser 730 og en prosessor 731 med et lager 741. Kontrolleren 721 mottar signalet fra følerne 17, 20, 22 (se fig.1) relatert til nedhullsparametere av interesse som skal overføres til overflaten. Slike signaler kodes av prosessoren 731 og kodes passende for overføring ifølge programmerte instruksjoner i lageret 741 og de passende signaler sendt til motordrivinnretningen 732 for aktivering av motoren 718, alt etter behov. Rotasjonsutgangen fra motoren 718 overføres til aksiell bevegelse av ventillegemet 713 ved hjelp av spindeldrivinnretningen 720.

Hermetisk forseglede konnektorer kan anvendes for å overføre signaler inn i og ut av huset 719. Energikilden 740 er en borefluiddrevet turbin-vekselstrømsgenerator (ikke vist separat) i bunnhullssammenstillingen BHA 10 og er passende forbundet til impulsgiveren 700 ved bruk av metoder kjent innenfor dette området. Alternativt kan energikilden 740 være en batteripakke (ikke vist separat) og/eller kombinasjon av en turbin vekselstrømsgenerator og en batteripakke.

[0036] Føleren 710 er lokalisert over åpningen 712 og detekterer de genererte trykksignaler. I en utførelsesform er føleren 710 en dynamisk trykkføler. Slike følere detekterer ikke langtids statiske endringer i systemtrykk, men detekterer snarere trykksvingninger som f.eks. de som genereres ved den foreliggende oppfinnelse. Slike dynamiske trykkfølere kan fåes i handelen. I en utførelsesform er den dynamiske trykkføler en hydrofon. Alternativt kan føleren 710 være en strømningsføler som detekterer strømningsendringer relatert til de nedhulls genererte trykksvingninger.

[0037] De avfølte trykksignaler som detekteres av føleren 710 kan anvendes av kontrolleren 721 i en tilbakekoblingssløyfe for å regulere bevegelsen av ventillegemet 713 for å frembringe en ønsket impulskarakteristikk som f.eks. en ønsket størrelse, også benevnt impulsamplitude. I tillegg kan føleren 710 anvendes for å kontrollere og/eller endre impulsform, impulsvarighet, impulsfrekvens, impulsfase og/eller kombinasjoner av disse parametere for overføring av data. I en utførelsesform virker den nedhulls impulsgiver 700 selvstendig for å kontrollere impulskarakteristikker og kodemetoder basert på instruksjoner programmert inn i kontrolleren 721 før utplassering.

[0038] I en ytterligere utførelsesform anvendes føleren 710 for å detektere signaler sendt fra overflaten til det nedhulls system. Signalene fra overflaten er kodede trykkimpulser inneholdende informasjon for å tilveiebringe kommandoer og/eller instruksjoner til kontrolleren 721 for å endre impulskarakteristikker, kodingsmetoder og operasjonskarakteristikker av følermodulene 17, 20, 22. Informasjonen fra overflaten kan styre kontrolleren 721 til å endre en spesiell impulskarakteristikk. Alternativt kan informasjonen styre kontrolleren til å initiere en forprogrammert sekvens av endringer, f.eks. et trinn gjennom en forutbestemt sekvens av impulsfrekvenser for å forbedre overflatedeteksjon. Ytterligere informasjon kan da overføres fra overflaten for spesifikk innstilling av den frekvens som tilveiebrakte det beste overflatemottak.

[0039] I en ytterligere utførelsesform kan en kombinasjon av vanlig selvstendig kontroll og operasjon anvendes. For eksempel kan selvstendig nedhulls operasjon overstyres av nedsendt overflateinformasjon, som tidligere beskrevet.

[0040] Mens den nedsendte informasjon tidligere er blitt beskrevet som trykkog/eller strømningsimpulser, kan hvilke som helst nedføringsmetoder kjent innenfor dette område anvendes sammen med den foreliggende oppfinnelse.

Disse inkluderer men er ikke begrenset til: endringer i borestrengrotasjon; borefluidstrømning indikert ved endringer i omdreiningstallet RPM av turbinvekselstrømsgeneratoren; og start og stopp av overflatepumper som detektert f.eks. ved utgangen av turbin-vekselstrømsgeneratoren. I tillegg kan den nedsendte informasjon inneholde instruksjoner for operasjon og kontroll av andre verktøy i bunnhullssammenstillingen BHA 10, som f.eks. verktøy (ikke vist separat) for å regulere og/eller kontrollere boreinnretningen av bunnhullssammenstillingen BHA 10.

[0041] I en ytterligere utførelsesform vist i fig.9A,B er en trykkfjær 805 posisjonert i husforlengelsen 804 og holdes mellom skulderen 802 og en holder 806 festet til akslingen 803. Fjæren 805 er i en forspent tilstand når ventillegemet 713 er i den åpne eller også benevnt den tilbaketrukne posisjon, som vist i fig.9A. De hydrauliske krefter som virker på ventillegemet 713 under forlengelse er vist i fig.

11A, kurve 915, som økning på en ikke-lineær måte når ventillegemet 713 utvider seg mot den lukkede posisjon. Som det vil innses av den fagkyndige vil ventillegemet 713 ikke fullstendig lukke eller komme til anlegg i dysen 712. For å redusere belastningen på motoren 718 og den nedhulls energikilde tilveiebringer fjæren 805 ytterligere forlengelseskraft for å overvinne en del av de hydrauliske krefter som virker på ventillegemet 713 når ventillegemet 713 utvides fra den åpne til den lukkede posisjon og frigjør noe av den nødvendige energi fra motoren 718. Den kraft som er tilgjengelig fra en vanlig skruetrykkfjær er vist i fig.11B, kurve 921. Som det kan sees her er den tilgjengelige belastning fra den initialt komprimerte fjær størst når fjæren akkurat åpnes og minst når ventillegemet nærmer seg maksimum forlengelse. En skruefjær tilveiebringer derfor den minste kraft når de hydrauliske behandlinger er størst.

[0042] Magnetfjæren 900, se fig.10, tilveiebringer en tilgjengelig kraft versus forlengelseskarakteristikk mer egnet for forlengelsen av ventillegemet.

Magnetfjæren 900 omfatter ringformede skivemagneter 907a,b posisjonert på akslingen 903, og skivemagneter 906a,b posisjonert inne i huset 904.

Skivemagnetene 907a,b og 906a,b er radielt polarisert slik at de indre og ytre diameteroverflater av skiven har motsatt polaritet, og slik at skivene 906a og 906b har motsatte polariteter. På samme måte har skivene 907a og 907b motsatte polariteter. Som vist i fig.10 er magnetene arrangert i huset 904 og på akslingen 903 i par slik at tilstøtende skiver har vekslende polaritet. I den tilbaketrukne eller åpne posisjon er like poler av skivene 906a,b og 907a,b beliggende ved siden av hverandre. På en tilsvarende måte som en magnetisk opplagring. En fagkyndig vil innse at i en slik posisjon virker det hovedsakelig ikke noen aksiell kraft på akslingen 903 av fjæren 900, som vist ved kurven for magnetisk fjærkraft versus forlengelse av ventillegemet i fig.11B. Som vist i fig.11B vil den relative forskyvning av magnetparet 907a,b i forhold til paret 906a,b prøve å bevege motsatte poler på linje med hverandre og øke den aksiale kraft på akslingen 903 ifølge kurven 920. Kurven 920 viser at kraften tilgjengelig fra magnetfjæren 900 også er ikke-lineær. Ved riktig dimensjonering av magnetene og antallet av magneter kan kraften fra magnetfjæren 900 spesialtilpasses til mer nøyaktig å samsvare med den nødvendige kraft som skyldes hydraulisk kraft 915 og vesentlig redusere den kraft som kreves for å drive akslingen 903. Konstruksjonen av en slik fjær er innenfor teknikkens stand ved bruk av analytiske og/eller numeriske metoder uten unødig mye eksperimentering.

[0043] Som beskrevet ovenfor tilveiebringer således den foreliggende oppfinnelse i et aspekt en fremgangsmåte for å overføre trykkimpulser fra en nedhulls lokalitet gjennom et strømmende fluid i et borehull omfattende å anvende en lineær aktuator for kontrollerbart å bevege et frem- og tilbakegående element aksielt mellom en første posisjon og en andre posisjon for i det minste delvis å begrense strømning av det strømmende fluid for å generere trykkimpulsene. Den lineære aktuator kan kontinuerlig kontrollere bevegelsen av det frem- og tilbakegående element. Den lineære aktuator kan være en hvilken som helst egnet aktuator inklusive (i) en lineær motor, (ii) en rotasjonsmotordrevet spindeldrivinnretning. Videre kan rotasjonsmotoren være (i) en likestrøms DC-motor, eller (ii) en trinnmotor. Kontinuerlig kontroll av bevegelsen av det frem- og tilbakegående element kontrollerer en ønsket parameter eller karakteristikk av trykkimpulsene.

[0044] Karakteristikken av trykkimpulsene kan inkludere (i) amplitude av trykkimpulsene; (ii) frekvens av trykkimpulsene, (iii) formen av trykkimpulsene, (iv) en fase av trykkimpulsene; og (v) tid mellom impulsene. Den lineære aktuator kan være direkte koblet til det frem- og tilbakegående element for effektiv operasjon. Karakteristikken av trykkpulsene kan styres i respons til hvilken eller hvilke som helst av (i) en nedhulls målt parameter, (ii) ifølge instruksjoner lagret i en nedhulls kontroller, (iii) et trykk målt nedhulls, og (iv) informasjon sendt fra en overflate lokalitet. I et ytterligere aspekt tilveiebringer fremgangsmåten kontinuerlig å kontrollere bevegelse av det frem- og tilbakegående element for å kode for informasjon som skal overføres til overflaten ifølge et kodingsskjema valgt fra en gruppe som inkluderer; (i) et amplitudeskift-moduleringskjema; (ii) et frekvensskiftmoduleringsskjema; (iii) et faseskift-moduleringsskjema; (iv) en kombinasjon av et amplitudeskift-moduleringsskjema g et frekvensskift-moduleringsskjema; og (v) en kombinasjon av et amplitudeskift-moduleringsskjema og et faseskiftmoduleringsskjema. I et ytterligere aspekt kan fremgangsmåten anvende en fjær som virker kooperativt med den lineære aktuator for å redusere den energi som kreves for å bevege det frem- og tilbakegående element. Fjæren kan være en skruefjær eller magnetfjær.

[0045] I et ytterligere aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremog tilbakegående impulsgiver for å generere trykkimpulser i et fluid som strømmer i et borehull og som inkluderer; en fluidpassasje som tillater strømning av fluidet gjennom impulsgiveren; et frem- og tilbakegående element; og en lineær aktuator koblet til det frem- og tilbakegående element, idet den lineære aktuator beveger det frem- og tilbakegående element i en første aksiell retning og deretter i en revers retning for i det minste delvis å begrense strømning av fluidet gjennom impulsgiveren for å generere trykkimpulser i det strømmende fluid. Den frem- og tilbakegående impulsgiver inkluderer videre en kontroller som kontrollerer den lineære aktuator for kontinuerlig å kontrollere bevegelse av det frem- og tilbakegående element. Kontrolleren kan være en kontinuerlig kontroll. Det lineære aktuator kan være: (i) en lineær motor, og (ii) en rotasjonsmotor koblet til en spindeldrivinnretning. Rotasjonsmotoren kan være en likestrøms DC-motor eller en trinnmotor. Kontrolleren kontrollerer den lineære aktuator i respons til (i) en føler som tilveiebringer informasjon om en posisjon av det frem- og tilbakegående element, (ii) et trykk målt nedhulls, (iii) et signal sendt fra en overflatelokalitet og/eller (iv) instruksjoner assosiert med kontrolleren.

[0046] Den lineære aktuator kan være direkte koblet til det frem- og tilbakegående element, hvor i det frem- og tilbakegående element kan være et ventillegeme som virker kooperativt med en dyse for å begrense fluidet som strømmer gjennom dysen i impulsgiveren. Impulsgiveren kan også inkludere en girdrivinnretning som kooperativt virker med rotasjonsmotoren og spindeldrivinnretningen. Kontrolleren kontrollerer kontinuerlig bevegelsen av det frem- og tilbakegående element for å kontrollere en karakteristikk av trykkimpulsene. Karakteristikken av trykkimpulsene kan inkludere én eller flere av (i) amplitude av trykkimpulsene, (ii) frekvens av trykkimpulsene, (iii) form av trykkimpulsene; (iv) fase av trykkimpulsene; og (v) tid mellom impulsene.

[0047] En fjær som virker kooperativt med den lineære aktuator for å redusere den energi som kreves for å bevege det frem- og tilbakegående element kan anvendes, og fjæren kan være en skruefjær eller magnetfjær. I tillegg kan impulsgiveren inkludere en tetning som strekker seg mellom en aksling for impulsgiveren og et hus for impulsgiveren. Tetningen kan være en leppetetning eller en belgtetning. Belgtetningen kan fremstilles fra et elastomert materiale, et metallmateriale, eller en kombinasjon derav.

[0048] Det skal forstås at alle impulsgivere beskrevet heri er i stand til å tilveiebringe nøyaktig posisjonskontroll av et ventillegeme i forhold til en dyse for å generere impulser. Den nøyaktige kontroll tillater at impulsgiveren kan anvende hvilken som helst av kodingsmetodene som f.eks. ASK, FSK, PSK og kombinasjoner derav, som beskrevet heri.

[0049] Den foregående beskrivelse er rettet på spesielle utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse i illustrerende og forklarende hensikt. Det vil imidlertid være klart for en fagkyndig at mange modifikasjoner og endringer av utførelsesformene angitt i det foregående er mulige. Det er meningen at de følgende patentkrav skal fortolkes til å omfatte alle slike modifikasjoner og endringer.

Claims

P A T E N T K R A V

1. Fremgangsmåte for overføring av trykkimpulser fra en nedhulls lokalitet gjennom et strømmende fluid (31) i et borehull, omfattende at et frem- og tilbakegående element styrbart beveges mellom en første posisjon og en andre posisjon, idet en lineær aktuator anvendes for i det minste delvis å begrense strømning av det strømmende fluid (31) for å generere trykkimpulsene,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den lineære aktuator omfatter en rotasjonsdrevet spindeldrivinnretning (720).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det frem- og tilbakegående element omfatter et gjenget element (705) som styrbart beveges av den lineære aktuator.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t bevegelsen av det frem- og tilbakegående element styres i respons til et differensialtrykk over den lineære aktuator.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den lineære aktuator er én av: (i) en likestrøms DC-motor, og (ii) en trinnmotor.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter styring av bevegelsen av det frem- og tilbakegående element for å kontrollere en karakteristikk av trykkimpulsene.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t karakteristikken av trykkimpulsene selekteres fra en gruppe bestående av (i) en amplitude av trykkimpulsene, (ii) en frekvens av trykkimpulsene, (iii) en form av trykkimpulsene; og (iv) en fase av trykkimpulsene.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter direkte kopling av den lineære aktuator til det frem- og tilbakegående element.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter styring av karakteristikken av trykkimpulsene i respons til én av (i) en nedhulls målt parameter, (ii) ifølge instruksjoner lagret i en nedhulls kontroller, (iii) et trykk målt nedhulls, og (iv) informasjon sendt fra en overflatelokalitet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter styring av bevegelsen av det frem- og tilbakegående element for å kode informasjon som skal overføres til overflaten ifølge et kodende skjema valgt fra gruppen bestående av: (i) et amplitudeskift-modulerings (”Amplitude Shift Key”) -skjema; (ii) et frekvensskiftmodulerings (”Frequency Shift Key”) -skjema; (iii) et faseskiftmodulerings (”Face Shift Key”) -skjema; (iv) en kombinasjon av et amplitudeskift-moduleringsskjema og et frekvensskift-moduleringsskjema; og (v) en kombinasjon av et amplitudeskiftmoduleringsskjema og et faseskift-moduleringsskjema.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter tilveiebringelse av en fjær (805) som virker kooperativt med den lineære aktuator for å redusere den energi som kreves for å bevege det frem- og tilbakegående element.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t fjæren (805) er valgt fra gruppen bestående av: (i) en skruefjær, og (ii) en magnetfjær (900).

12. Impulsgiver (700) for å generere trykkpulser i et fluid (31) som strømmer i et borehull, omfattende:

- en fluidpassasje som tillater strømning av fluidet gjennom impulsgiveren (700);

- et frem- og tilbakegående element; og

- en lineær aktuator,

idet den lineære aktuator beveger det frem- og tilbakegående element i en første aksiell retning og deretter i en motsatt retning for i det minste delvis å begrense strømningen av fluidet (31) gjennom impulsgiveren (700) for å generere trykkimpulser i det strømmende fluid (31), k a r a k t e r i s e r t v e d a t den lineære aktuator har en rotasjonsmotor (718) koplet til en spindeldrivinnretning (720) koplet til det frem- og tilbakegående element.

13. Impulsgiver ifølge krav 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter en kontroller (721) som styrer den lineære aktuator for kontinuerlig å styre bevegelsen av det frem- og tilbakegående element.

14. Impulsgiver ifølge krav 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den lineære aktuator omfatter en elektrisk motor.

15. Impulsgiver ifølge krav 14,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den elektriske motor er en av en likestrøms DC-motor, og en trinnmotor.

16. Impulsgiver ifølge krav 13,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t kontrolleren (721) styrer den lineære aktuator i respons til én av (i) en føler (709) som tilveiebringer informasjon om en posisjon av det frem- og tilbakegående element, (ii) et trykk målt nedhulls, (iii) et signal sendt fra en overflatelokalitet, og (iv) instruksjoner assosiert med

kontrolleren (721).

17. Impulsgiver ifølge krav 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det frem- og tilbakegående element er et ventilelement (713) som virker kooperativt med en dyse for å begrense fluidstrømningen gjennom dysen (712) i impulsgiveren.

18. Impulsgiver ifølge krav 14,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter en girdrivinnretning (801) som virker kooperativt med rotasjonsmotoren (718) og spindeldrivinnretningen (720).

19. Impulsgiver ifølge krav 13,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t kontrolleren (710) kontinuerlig styrer bevegelse av det frem- og tilbakegående element for å kontrollere en karakteristikk av trykkimpulsene.

20. Impulsgiver ifølge krav 19,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t karakteristikken av trykkimpulsene er selektert fra en gruppe bestående av (i) en amplitude av trykkimpulsene, (ii) en frekvens av trykkimpulsene, (iii) en form av trykkimpulsene; og (iv) en fase av trykkimpulsene.

21. Impulsgiver ifølge krav 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter en fjær (805) som virker kooperativt med den lineære aktuator for å redusere den energi som kreves for å bevege det frem- og tilbakegående element.

22. Impulsgiver ifølge krav 21,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t fjæren (805) er valgt fra en gruppe bestående av (i) en skruefjær, og (ii) en magnetfjær (900).

23. Impulsgiver ifølge krav 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter en tetning (702) som strekker seg mellom en impulsgiveraksling (703) og et impulsgiverhus (704).

24. Impulsgiver ifølge krav 23,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t tetningen (702) er valgt fra gruppen bestående av (i) en leppetetning (714), og (ii) en belgtetning.

25. Impulsgiver ifølge krav 24,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t belgtetningen er fremstilt fra et materiale valgt fra gruppen bestående av: (i) et elastomert materiale, og (ii) et metallisk materiale.