NO342721B1

NO342721B1 - E-field wireless communication system for a wellbore

Info

Publication number: NO342721B1
Application number: NO20131657A
Authority: NO
Inventors: Fan-Nian Kong; Øivind Godager
Original assignee: Sensor Developments As
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2018-07-30
Also published as: NO20131657A1; NO345208B1; NO20180835A1

Abstract

Et Efelt trådløst kommunikasjonssystem (1) for en borebrønn, hvor kommunikasjonssystemet (1) omfatter en første E-felt antenne (11), og en andre E-felt antenne (21), hvori den første antennen (11) og den andre antennen (21) begge er anordnet i et felles rom (210) i en borebrønn (2) og videre innrettet til å overføre et signal mellom en første kontakt på den første E-felt antennen (11) og en andre kontakt på den andre E-felt antennen (21) ved bruk av radiobølger (Ec).An Efelt wireless communication system (1) for a wellbore, wherein the communication system (1) comprises a first E-field antenna (11), and a second E-field antenna (21), wherein the first antenna (11) and the second antenna ( 21) both are arranged in a common space (210) in a drilling well (2) and further arranged to transmit a signal between a first contact on the first E-field antenna (11) and a second contact on the second E-field the antenna (21) using radio waves (Ec).

Description

E-FELT TRÅDLØST KOMMUNIKASJONSSYSTEM FOR EN BOREBRØNN E-FIELD WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM FOR A BORE WELL

Fagområde Subject area

Den foreliggende oppfinnelsen tilhører fagområdet for etablering av kommunikasjons linker mellom overflate- eller landbasert utstyr og instrumentering anordnet i borebrønnen. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen trådløs kommunikasjon i et ringrom i borebrønnen, hvor ringrommet kan strekke seg inn i én eler flere laterale borebrønnen The present invention belongs to the field of establishing communication links between surface or land-based equipment and instrumentation arranged in the borehole. More specifically, the invention relates to wireless communication in an annulus in the borehole, where the annulus can extend into one or more lateral boreholes

Bakgrunnsteknikk Background technology

Trådløs nedihulls-sensorteknologi installeres for tiden i mange olje og gassbrønner. Innenfor bakgrunns teknikken finnes det systemer som er induktivt koplet, noe som muliggjør bruk av autonome apparater fjerntliggende i en borebrønn uten behov for noen kabelforbindelse, ledning eller batteri, hverken for kraftoverføring eller for kommunikasjon. Disse systemene gjør bruk av et par med induktive spoler hvor en av spolene vanligvis følger med foringsrøret, dvs. anordnet i brønnen som del av foringsrør- eller rørprogrammet. Dermed må spolene i spoleparet innrettes i forhold til hverandre, vanligvis som en del av kompletteringsprogrammet, slik at de er innenfor en gitt avstand som kreves for at magnetfeltet fra den ene spolen skal detekteres av den andre eller vice-versa. Wireless downhole sensor technology is currently being installed in many oil and gas wells. Within the background technology, there are systems that are inductively coupled, which enables the use of autonomous devices located remotely in a borehole without the need for any cable connection, wire or battery, either for power transmission or for communication. These systems make use of a pair of inductive coils where one of the coils usually accompanies the casing, i.e. arranged in the well as part of the casing or pipe program. Thus, the coils in the coil pair must be aligned in relation to each other, usually as part of the completion program, so that they are within a given distance required for the magnetic field from one coil to be detected by the other or vice-versa.

De induktive spolene består vanligvis av en leder som er viklet om en kjerne. På sendersiden vil det bli generert et magnetisk felt i det en elektrisk strøm påtrykkes lederen, mens det vil bli generert en spenning over spolen på mottakersiden når det magnetiske feltet fra senderen når mottakerspolen. Vi kan si at mottakerspolen høster fra senderen. The inductive coils usually consist of a conductor wound around a core. On the transmitter side, a magnetic field will be generated when an electric current is applied to the conductor, while a voltage will be generated across the coil on the receiver side when the magnetic field from the transmitter reaches the receiver coil. We can say that the receiver coil harvests from the transmitter.

Innenfor kjent teknikk har energihøsting blitt benyttet for å frembringe kraft til den fjerntliggende siden av den induktive trådløse linken for å forsyne et fjerntliggende brønninstrument, slik at instrumentet har tilstrekkelig med kraft til å sende data fra den fjerntliggende plasseringen, f.eks. sensor data, tilbake til spolen som følger med produksjonsrøret. In the prior art, energy harvesting has been used to provide power to the remote side of the inductive wireless link to supply a remote well instrument, such that the instrument has sufficient power to transmit data from the remote location, e.g. sensor data, back to the coil that comes with the production tube.

Spolen som følger med produksjonsrøret kan igjen være tilkoblet et overflatekontrollsystem ombord på en plattform eller skip ved hjelp av en nedihulls kabel, og kontrollsystemet vil dermed motta informasjonen fra det fjerntliggende borebrønns-instrumentet slik at det kan benyttes til å analysere egenskapene til borebrønnen eller den omkringliggende formasjonen. The coil accompanying the production pipe can in turn be connected to a surface control system on board a platform or ship by means of a downhole cable, and the control system will thus receive the information from the remote wellbore instrument so that it can be used to analyze the characteristics of the wellbore or the surrounding the formation.

Et problem knyttet til systemene ifølge kjent teknikk er at området til den induktive trådløse linken er begrenset, og at innretting av de induktive spolene er kritisk for etablering av linken. Dette kan forsinke progresjonen med å kjøre og sette et kompletteringsprogram for borebrønnen på grunn av det iboende kravet til nærhet mellom de involverte induktive koblerne. A problem linked to the systems according to known technology is that the area of the inductive wireless link is limited, and that alignment of the inductive coils is critical for establishing the link. This can delay the progression of running and setting a well completion program due to the inherent requirement for proximity between the inductive couplers involved.

Et annet problem er knyttet til informasjonsmengden som kan overføres av den induktive trådløse forbindelsen. Informasjon eller data er vanligvis i digitalt format og moduleres over det lavfrekvente induktive feltet som opptrer som en bærebølge. Another problem is related to the amount of information that can be transmitted by the inductive wireless connection. Information or data is usually in digital format and is modulated over the low frequency inductive field which acts as a carrier wave.

US patent 5,008,664 fremviser et apparat som benytter et sett med induktive spoler for å oversende AC-data og energisignaler mellom nedihulls apparatet og apparatet på jordens overflaten. US patent 5,008,664 discloses an apparatus that uses a set of inductive coils to transmit AC data and energy signals between the downhole apparatus and the apparatus on the Earth's surface.

Europeisk patentsøknad EP 0678880 A1 fremviser en induktiv koplingsanordning for koaksialt anordnede tubulære medlemmer hvor medlemmene kan være teleskopisk anordnet og liner-medlemmet har en magnetisk kjernesammenstilling laget av magnetisk jern med sylinder skrånende ender og det ytre medlemmet har en ringformet magnetisk sammenstilling innrettet med kjernesammenstillingen. European patent application EP 0678880 A1 discloses an inductive coupling device for coaxially arranged tubular members where the members may be telescopically arranged and the liner member has a magnetic core assembly made of magnetic iron with cylinder sloping ends and the outer member has an annular magnetic assembly aligned with the core assembly.

US patent 4,806,928 fremviser indre og ytre spolesammenstillinger anordnet på ferrittkjerner anordnet på et nedihulls verktøy med en elektrisk anordning og en suspensjonskabel for å kople den elektriske anordningen til et overflateutstyr via spolesammenstillingene. US Patent 4,806,928 discloses inner and outer coil assemblies disposed on ferrite cores disposed on a downhole tool with an electrical device and a suspension cable for connecting the electrical device to surface equipment via the coil assemblies.

Av spesiell interesse for denne typen kommunikasjonssystem er muligheten for å etablere kommunikasjon med brønninstrumentene i laterale borebrønner. Laterale borebrønner er viktig for å bedre produktiviteten og utnytte nærliggende forekomster av petroleum i formasjonen. Of particular interest for this type of communication system is the possibility of establishing communication with the well instruments in lateral boreholes. Lateral drilling wells are important to improve productivity and exploit nearby deposits of petroleum in the formation.

Internasjonal patentpublikasjon WO2001198632 A1 og US patentsøknad US2011011580 A1 fremviser bruken av induktive trådløse forbindelser for å etablere kommunikasjon mellom en hoved-brønn og laterale borebrønner. Imidlertid, er det i tillegg til problemene knyttet til kjent teknikk ovenfor et nytt problem knyttet til anordningen av de induktive spolene. På grunn av utførelsen av de laterale inn-skjøtingene er det vanskelig å unngå at de blir hindre for den induktive trådløse forbindelsen, slik at det blir vanskelig å etablere en pålitelig kommunikasjon. International patent publication WO2001198632 A1 and US patent application US2011011580 A1 disclose the use of inductive wireless connections to establish communication between a main well and lateral boreholes. However, in addition to the problems associated with the prior art above, there is a new problem associated with the arrangement of the inductive coils. Due to the execution of the lateral splices, it is difficult to avoid that they become an obstacle to the inductive wireless connection, so that it becomes difficult to establish a reliable communication.

US patentsøknad 2011/0030946 A1 beskriver et nedihulls trådløst kommunikasjonssystem som benytter elektromagnetiske bølger. US patent application 2011/0030946 A1 describes a downhole wireless communication system that uses electromagnetic waves.

US patent 4839644 A beskriver et system for toveis trådløs elektromagnetisk kommunikasjon i en produksjonsbrønn ved bruk av toroidale spoler. US patent 4839644 A describes a system for two-way wireless electromagnetic communication in a production well using toroidal coils.

US patent 6070662 A beskriver et nedihulls kommunikasjonssystem med elektromagnetisk kommunikasjon. US patent 6070662 A describes a downhole communication system with electromagnetic communication.

US patent 7,878,249 B2 beskriver hvordan man kan etablere kommunikasjon i en multilateral brønn. Til dette benyttes det et EM-felt. Det beskrives også at toroidale elementer kan benyttes på sender og mottaker. I patentet beskrives det også en mulighet for å benytte et såkalt "Voltage gap element" som antenne. US patent 7,878,249 B2 describes how to establish communication in a multilateral well. An EC field is used for this. It is also described that toroidal elements can be used on the transmitter and receiver. The patent also describes a possibility of using a so-called "Voltage gap element" as an antenna.

Kort sammendrag av oppfinnelsen Brief summary of the invention

Et hovedmål med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte og et system for å forbedre signaloverføringen og energieffektiviteten til signalet og energioverføringen mellom trådløse sendere og mottakere i den trådløse forbindelsen inne i borebrønnen. A main aim of the invention is to produce a method and a system for improving the signal transmission and the energy efficiency of the signal and the energy transmission between wireless transmitters and receivers in the wireless connection inside the borehole.

Oppfinnelsen er et E-felt trådløst kommunikasjonssystem hvor signaloverføringen og energieffektiviteten er forbedret sammenlignet med systemene som er beskrevet i bakgrunns teknikken. The invention is an E-field wireless communication system where the signal transmission and energy efficiency are improved compared to the systems described in the background art.

Det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet for en borebrønn omfatter; - en første E-felt antenne (11), og - en andre E-felt antenne (21), hvori den første antennen (11) og den andre antennen (21) begge er anordnet i et ringrom (210) i en borebrønn (2) og videre innrettet til å overføre et signal mellom en første kontakt på den første E-felt antennen (11) og en andre kontakt på den andre E-felt antennen (21) ved bruk av elektromagnetisk stråling (Ec). The E-field wireless communication system for a borehole includes; - a first E-field antenna (11), and - a second E-field antenna (21), in which the first antenna (11) and the second antenna (21) are both arranged in an annular space (210) in a borehole ( 2) and further arranged to transmit a signal between a first contact on the first E-field antenna (11) and a second contact on the second E-field antenna (21) using electromagnetic radiation (Ec).

Den første og andre E-felt antennen (11, 21) er elektriske dipoler. Elektriske dipoler setter opp et elektrisk felt (Ec) som vil propagere gjennom et medium som bølger, f.eks. radiobølger. Mens det elektriske feltet fremvist i oppfinnelsen er dannet rundt en elektrisk ladd partikkel, dvs. den elektriske dipolen, er det magnetiske feltet som er benyttet for den trådløse forbindelsen i bakgrunns teknikken dannet rundt spolen i det modulerte magnetiske feltet. Selv om de elektriske og magnetiske feltene er innbyrdes avhengige som kjent fra Maxwells lover, kan effektiviteten til den trådløse forbindelsen bedres vesentlig ved å benytte E-feltet for kommunikasjon. Imidlertid må i det minste senderantennen være en elektrisk dipol for at man skal kunne dra nytte av egenskapene til E-feltet, slik det vil bli diskutert senere i dokumentet. The first and second E-field antenna (11, 21) are electric dipoles. Electric dipoles set up an electric field (Ec) which will propagate through a medium as waves, e.g. radio waves. While the electric field shown in the invention is formed around an electrically charged particle, i.e. the electric dipole, the magnetic field used for the wireless connection in the background technique is formed around the coil in the modulated magnetic field. Although the electric and magnetic fields are interdependent as known from Maxwell's laws, the efficiency of the wireless connection can be significantly improved by using the E-field for communication. However, at least the transmitting antenna must be an electric dipole in order to take advantage of the properties of the E-field, as will be discussed later in the document.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen er at kravene til innretting og nærhet mellom senderen og mottakerparet med koblere er mindre kritisk enn for induktive koblere i bakgrunns teknikken. A further advantage of the invention is that the requirements for alignment and proximity between the transmitter and receiver pair with couplers are less critical than for inductive couplers in the background technique.

Ifølge bakgrunns teknikken krever innretting av brønnkompletteringen inne i et foringsrør i en borebrønn spesifikke prosedyrer for å fore ut kompletteringen slik at de nedihulls magnetiske dipolene er riktig innrettet for å etablere trådløs forbindelse når brønnkompletteringen settes og rørhengeren landes inne i huset til brønnhodet til brønnen. Magnetiske dipoler må være innrettet slik at B-feltet fra senderen kan trenge igjennom til spolen til mottakeren. Det er godt kjent at styrken på B-feltet rundt en magnetisk dipol har en viss propagasjon og at feltet er sterkest i spesifikke retninger relativt spolen. According to the background art, aligning the well completion inside a casing in a borehole requires specific procedures to line out the completion so that the downhole magnetic dipoles are properly aligned to establish a wireless connection when the well completion is set and the tubing hanger is landed inside the housing of the wellhead of the well. Magnetic dipoles must be arranged so that the B field from the transmitter can penetrate to the coil of the receiver. It is well known that the strength of the B field around a magnetic dipole has a certain propagation and that the field is strongest in specific directions relative to the coil.

Utforing kan forstås som den prosessen som er nødvendig for å skjøte på nøyaktig de nødvendige produksjonsrørene på toppen av brønnkompletteringen når denne senkes ned i foringsrøret i brønnen. På slutten av brønnkompletterings-programmet er brønnkompletteringen landet og terminert i en rørhenger i et brønnhode-hus. Dersom brønnkompletteringen er for lang må produksjonsrøret løftes opp for å fjerne noe av produksjonsrøret. Dersom den er for kort må ytterligere produksjonsrør skjøtes på. Casing can be understood as the process that is necessary to splice on exactly the necessary production pipes on top of the well completion when it is lowered into the casing in the well. At the end of the well completion program, the well completion is landed and terminated in a pipe hanger in a wellhead housing. If the well completion is too long, the production pipe must be lifted up to remove some of the production pipe. If it is too short, additional production pipes must be joined.

Dersom den foreliggende oppfinnelsen benyttes, kan imidlertid kompletteringsprogrammet forenkles ettersom innrettingen er mindre kritisk, noe som igjen kan redusere tiden både til planlegging og gjennomføring av brønnkompletteringsprogrammet. If the present invention is used, however, the completion program can be simplified as the alignment is less critical, which in turn can reduce the time both for planning and carrying out the well completion programme.

En annen fordel med den foreliggende oppfinnelsen er at paret med elektriske dipoler ifølge oppfinnelsen kan plasseres lenger vekk fra hverandre enn tilfellet er for magnetiske dipoler i bakgrunns teknikken. Another advantage of the present invention is that the pair of electric dipoles according to the invention can be placed further apart than is the case for magnetic dipoles in the background technique.

En ytterligere fordel er at de elektriske dipolene kan kommunisere selv når det er mellomliggende hindre, så lenge de er i samme ringrom. A further advantage is that the electric dipoles can communicate even when there are intermediate obstacles, as long as they are in the same annulus.

I flere borebrønns-anvendelser, slik som f.eks. etablering av kommunikasjon mellom en moderbrønn og laterale brønner, medfører dette stor fleksibilitet. En sender kan anordnes tilknyttet eller integrert i veggen til produksjonsrøret til kompletteringen, og en mottaker kan tilkoples produksjonsrøret til det laterale borehullet. Selv når de ikke er direkte overfor hverandre, eller det er hindringer mellom dem, slik som kanter på foringsrøret der hvor lateralbrønnen forgrenes, vil sender og mottakerparet være i stand til å etablere en pålitelig trådløs energi- og kommunikasjonsforbindelse. In several borehole applications, such as e.g. establishment of communication between a mother well and lateral wells, this entails great flexibility. A transmitter can be arranged connected to or integrated into the wall of the production pipe of the completion, and a receiver can be connected to the production pipe of the lateral borehole. Even when they are not directly opposite each other, or there are obstacles between them, such as edges of the casing where the lateral well branches off, the transmitter and receiver pair will be able to establish a reliable wireless energy and communication link.

En annen anvendelse hvor bruken av oppfinnelsen er fordelaktig, er etablering av kommunikasjon mellom sender og mottakerpar på ulike dybder langs hoved-brønnen eller en lateralbrønn. Dette kan være viktig dersom målinger må gjennomføres på ulike steder, slik som formasjonsmålinger på to nivåer. Another application where the use of the invention is advantageous is establishing communication between transmitter and receiver pairs at different depths along the main well or a lateral well. This can be important if measurements have to be carried out at different locations, such as formation measurements on two levels.

Figurforklaringer Figure explanations

De vedlagte figurene illustrerer noen utførelser av oppfinnelsen slik den er beskrevet i kravene. Fig. 1 illustrerer i et snitt et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen med toroidale induksjonsantenner anordnet i et ringrom i en borebrønn. Fig. 2 illustrerer på samme måte som i Fig. 1 et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen hvor de toroidale induksjonsantennene er anordnet i samme høyde. Fig. 3 illustrerer i et forenklet snitt toroidale induksjonsantenner med frittstående kjerner anordnet i en hoved-brønn og en lateralbrønn. Fig. 4 illustrerer det samme som i Fig. 3, hvor antennene er toroidale induksjonsantenner anordnet om et produksjonsrør (101) i hoved-brønnen og et produksjonsrør (201) i en lateralbrønn. Fig. 5 illustrerer i et forenklet snitt et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen med dipolantenner anordnet i et ringrom i en borebrønn. Fig. 6 illustrerer, det samme som i Fig. 5, hvor produksjonsrøret er benyttet som et aktivt element i dipolantennen. Fig. 7 illustrerer i et snitt et trådløst overføringssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen som omfatter en resonator hvori antennene er anordnet. Fig. 8 illustrerer i et snitt systemet ifølge en utførelse av oppfinnelsen i en multi-lateral borebrønn (2) med en åpent-hull formasjon. The attached figures illustrate some embodiments of the invention as described in the claims. Fig. 1 illustrates in section a wireless transmission system according to an embodiment of the invention with toroidal induction antennas arranged in an annulus in a borehole. Fig. 2 illustrates in the same way as in Fig. 1 a wireless transmission system according to an embodiment of the invention where the toroidal induction antennas are arranged at the same height. Fig. 3 illustrates in a simplified section toroidal induction antennas with independent cores arranged in a main well and a lateral well. Fig. 4 illustrates the same as in Fig. 3, where the antennas are toroidal induction antennas arranged around a production pipe (101) in the main well and a production pipe (201) in a lateral well. Fig. 5 illustrates in a simplified section a wireless transmission system according to an embodiment of the invention with dipole antennas arranged in an annulus in a borehole. Fig. 6 illustrates, the same as in Fig. 5, where the production tube is used as an active element in the dipole antenna. Fig. 7 illustrates in a section a wireless transmission system according to an embodiment of the invention which comprises a resonator in which the antennas are arranged. Fig. 8 illustrates in a section the system according to an embodiment of the invention in a multi-lateral borehole (2) with an open-hole formation.

Utførelser av oppfinnelsen Embodiments of the invention

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet og utførelser av oppfinnelsen vil bli forklart med henvisning til de vedlagte tegningene. The invention will now be described and embodiments of the invention will be explained with reference to the attached drawings.

Figur 1 illustrerer i form av en tegning et forenklet tverrsnitt en utførelse av det E-felt baserte trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn. Borebrønnen (2) omfatter et indre verktøy, produksjonsrør, liner eller casing (101) [foringsrør benyttes ofte som betegnelse på både liner og casing og et ytre produksjonsrør, liner eller casing (102). Mellom det indre verktøyet, produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) og det ytre produksjonsrøret, lineren eller casingen (102) er det definert et rom (210). Figure 1 illustrates in the form of a drawing a simplified cross-section of an embodiment of the E-field based wireless communication system (1) for a borehole. The borehole (2) comprises an inner tool, production pipe, liner or casing (101) [casing is often used as a term for both liner and casing and an outer production pipe, liner or casing (102). A space (210) is defined between the inner tool, production pipe, liner or casing (101) and the outer production pipe, liner or casing (102).

Man vil forstå av den følgende beskrivelsen av kommunikasjonssystemet (1) at det ikke er viktig i noen av utførelsene om rommet eller ringrommet (210) er begrenset av et indre verktøy, produksjonsrør, liner eller casing (101) på en side eller et ytre produksjonsrør, liner eller casing (102)på den andre siden, så lenge et ringrom It will be understood from the following description of the communication system (1) that it is not important in any of the embodiments whether the space or annulus (210) is limited by an inner tool, production pipe, liner or casing (101) on one side or an outer production pipe , liner or casing (102) on the other side, as long as an annulus

(201) er definert mellom verktøyet produksjonsrør-, liner- eller casing-elementene. For enkelthets skyld er produksjonsrør (101) benyttet til å angi indre verktøy, produksjonsrør, liner eller casing (101) og casing benyttes til å angi et ytre produksjonsrør, liner eller casing (102). Et ringrom (210) som beskrevet ovenfor er typisk for moderne borebrønner, og dette er stedet hvor forbindelsen ifølge oppfinnelsen typisk vil etableres. Imidlertid kan de første og andre E-feltantennene anordnes i et hvilket som helst rom i en borebrønn, slik som i borehullet i en åpent-hull formasjon, eller inne i produksjonsrøret. (201) is defined between the tool production pipe, liner or casing elements. For simplicity, production pipe (101) is used to indicate inner tooling, production pipe, liner or casing (101) and casing is used to indicate an outer production pipe, liner or casing (102). An annulus (210) as described above is typical for modern boreholes, and this is the place where the connection according to the invention will typically be established. However, the first and second E-field antennas can be arranged in any space in a wellbore, such as in the borehole in an open-hole formation, or inside the production pipe.

I en utførelse omfatter det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn, et borebrønns instrument (22) og et andre E-felt sender-mottakerpar (20) tilkoplet borebrønninstrumentet (22) og den andre kontakten på den andre E-felt antennen (21). In one embodiment, the E-field wireless communication system (1) for a borehole comprises a borehole instrument (22) and a second E-field transmitter-receiver pair (20) connected to the borehole instrument (22) and the second connector on the second E-field the antenna (21).

Det andre E-felt sender-mottakerparet (20) og borebrønns instrumentet (22) er i denne utførelsen separate eller integrerte fjerntliggende anordninger. The second E-field transmitter-receiver pair (20) and the borehole instrument (22) are in this embodiment separate or integrated remote devices.

I en utførelse omfatter det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn, et kontrollsystem (70) og et første E-felt sender-mottakerpar (10) tilkoplet kontrollsystemet (70) og den første kontakten til den første E-felt antennen (11). Kontrollsystemet er typisk et overflatebasert system som beskrevet i Fig. 1. In one embodiment, the E-field wireless communication system (1) for a borehole comprises a control system (70) and a first E-field transmitter-receiver pair (10) connected to the control system (70) and the first contact of the first E-field antenna (11). The control system is typically a surface-based system as described in Fig. 1.

Det trådløse kommunikasjonssystemet (1) er innrettet til å overføre et kommunikasjonssignal mellom kontrollsystemet (70) og borebrønns instrumentet (22) via den første og andre E-felt antennen (11, 21) ved radiobølger (Ec). Radiobølger har per definisjon en frekvens mellom 3 kHz og 300 GHz. I en utførelse av oppfinnelsen blir kommunikasjonssignalet som overføres over det trådløse kommunikasjonssystemet modulert på en bærebølge med radiofrekvens. The wireless communication system (1) is arranged to transmit a communication signal between the control system (70) and the borehole instrument (22) via the first and second E-field antenna (11, 21) by radio waves (Ec). By definition, radio waves have a frequency between 3 kHz and 300 GHz. In one embodiment of the invention, the communication signal transmitted over the wireless communication system is modulated on a radio frequency carrier wave.

Den første og den andre E-felt senderen (10, 20) er vist i rommet (210). Den første senderen (10) er tilkoblet den ene enden av nedihulls kablene (9) innrettet til å bli tilkoblet i den andre enden til -, og å kommunisere med nedihulls kontrollsystemet (7). Den andre E-felt senderen (20) er tilkoblet til et borebrønns instrument (22) innrettet til å motta kommandoer fra nedihulls kontrollsystemet (70) og/eller sende signaler til nedihulls kontrollsystemet (70). The first and second E-field transmitters (10, 20) are shown in room (210). The first transmitter (10) is connected to one end of the downhole cables (9) arranged to be connected at the other end to -, and to communicate with the downhole control system (7). The second E-field transmitter (20) is connected to a wellbore instrument (22) arranged to receive commands from the downhole control system (70) and/or send signals to the downhole control system (70).

Den første og den andre E-felt senderen (10, 20) er tilkoblet respektive første og andre antenner (11, 21), anordnet i det samme rommet (210). Det elektriske feltet The first and the second E-field transmitter (10, 20) are connected to respective first and second antennas (11, 21), arranged in the same room (210). The electric field

(Ec) som er satt opp mellom den første og den andre antennen (11, 21) er illustrert som stiplede linjer i figuren. (Ec) which is set up between the first and the second antenna (11, 21) is illustrated as dashed lines in the figure.

Den første E-felt senderen (10) kan tilkoples en av endene til kabelen (9). I en utførelse hvor den første E-feltsenderen (10) er tilkoblet mellom kabelen (9) og den første antennen (11), kan kabelen (9) typisk overføre kraft og informasjonssignaler ned til den nedihulls E-felt senderen (1) som er ansvarlig for å modulere kraft og informasjonssignaler på en bærebølge. The first E-field transmitter (10) can be connected to one of the ends of the cable (9). In an embodiment where the first E-field transmitter (10) is connected between the cable (9) and the first antenna (11), the cable (9) can typically transmit power and information signals down to the downhole E-field transmitter (1) which is responsible for modulating power and information signals on a carrier wave.

Dersom E-feltsenderen (10) er anordnet på - eller nær overflaten, vil modulasjonen allerede ha blitt utført før nedihulls-propagasjon, og kablene (9) vil være en antennetilførselskabel direkte tilkoblet antennen. Typisk, vil en koaksialkabel være egnet til dette formålet. Impedans-tilpasning kan også benyttes. If the E-field transmitter (10) is arranged on - or close to the surface, the modulation will have already been carried out before downhole propagation, and the cables (9) will be an antenna supply cable directly connected to the antenna. Typically, a coaxial cable will be suitable for this purpose. Impedance matching can also be used.

Den første E-feltsenderen kan også anordnes et hvilket som helst sted mellom de to ytterpunktene, noe som krever at en del av kabelen overfører de "rå" umodulerte signalene, og en andre del overfører de modulerte signalene. Ulike typer kabler kan derfor være nødvendig for de to delene, eller seksjonene. The first E-field transmitter may also be located anywhere between the two extremes, requiring one portion of the cable to transmit the "raw" unmodulated signals, and another portion to transmit the modulated signals. Different types of cables may therefore be required for the two parts, or sections.

Bidireksjonal kommunikasjon kan settes opp ved å implementere sender- og mottakerpar i transceivere på begge sider av den trådløse linken, hvor den samme antennen benyttes for både sending og mottak. Bidirectional communication can be set up by implementing transmitter and receiver pairs in transceivers on both sides of the wireless link, where the same antenna is used for both transmission and reception.

Borebrønns instrumentet (22) kan være et nedihulls instrument som krever The borehole instrument (22) can be a downhole instrument that requires

kommunikasjon med et nedihulls-kontrollsystem. Et eksempel er en sensoranordning som måler typiske ringroms parametre, slik som f.eks. trykk. Det kan også være en sensoranordning for å måle formasjons parametre utenfor foringsrøret som illustrert i Fig. 1, hvor sensoren kommuniserer med den andre E-feltsenderen (20) via en kommunikasjonslinje gjennom foringsrøret (102). communication with a downhole control system. An example is a sensor device that measures typical annulus parameters, such as e.g. Print. There can also be a sensor device for measuring formation parameters outside the casing as illustrated in Fig. 1, where the sensor communicates with the second E-field transmitter (20) via a communication line through the casing (102).

I en utførelse er borebrønns instrumentet (22) en aktivatorfor å aktivere en borebrønns komponent, slik som en ventil i borebrønnen (2). In one embodiment, the wellbore instrument (22) is an activator for activating a wellbore component, such as a valve in the wellbore (2).

I en utførelse er nedihulls kabelen (9) innrettet til å overføre et kommunikasjonssignal fra nedihulls-kontrollsystemet (7) til den første E-feltsenderen (10). Videre er den første E-feltsenderen (10) innrettet til å overføre kommunikasjonssignalene til det andre E-felt sender-mottakerparet (20) via den første og andre antennen (11, 21). På denne måten etableres en trådløs forbindelse mellom enden av nedihulls kabelen (9) og borebrønns instrumentet (22). In one embodiment, the downhole cable (9) is adapted to transmit a communication signal from the downhole control system (7) to the first E-field transmitter (10). Furthermore, the first E-field transmitter (10) is arranged to transmit the communication signals to the second E-field transmitter-receiver pair (20) via the first and second antennas (11, 21). In this way, a wireless connection is established between the end of the downhole cable (9) and the borehole instrument (22).

I en utførelse er nedihulls kabelen (9) innrettet til å overføre kraft fra nedihulls-kontrollsystemet (70) til den første E-feltsenderen (10). Videre er den første E-feltsenderen (10) innrettet til å overføre elektrisk kraft til det andre E-felt sender-mottakerparet (20) via den første og andre antennen (11, 21). I denne utførelsen er det andre E-felt sender-mottakerparet (20) innrettet til energihøsting av E-feltet som plukkes opp av den andre antennen (21) og for å distribuere elektrisk kraft til lokale elektriske komponenter og kretser. Standard kraftforsyningskomponenter kan benyttes for energihøsting og kraftstabilisering før distribusjon av kraft til de andre komponentene. In one embodiment, the downhole cable (9) is adapted to transmit power from the downhole control system (70) to the first E-field transmitter (10). Furthermore, the first E-field transmitter (10) is arranged to transmit electrical power to the second E-field transmitter-receiver pair (20) via the first and second antennas (11, 21). In this embodiment, the second E-field transmitter-receiver pair (20) is arranged for energy harvesting of the E-field which is picked up by the second antenna (21) and for distributing electrical power to local electrical components and circuits. Standard power supply components can be used for energy harvesting and power stabilization before distributing power to the other components.

Overføringen av elektrisk kraft og kommunikasjonssignaler kan utføres samtidig. The transmission of electric power and communication signals can be carried out simultaneously.

I en konfigurasjon er frekvensen på E-feltet bestemt av størrelsen på antennen og karakteristikken til det første og andre E-felt sender-mottakerparet (10,20) hvor elektrisk kraft høstes direkte fra E-feltet, mens kommunikasjonssignalet moduleres på toppen av E-feltet. Kommunikasjonssignalet kan være amplitude- eller frekvensmodulert. In one configuration, the frequency of the E-field is determined by the size of the antenna and the characteristics of the first and second E-field transmitter-receiver pairs (10,20) where electrical power is harvested directly from the E-field, while the communication signal is modulated on top of the E-field the field. The communication signal can be amplitude or frequency modulated.

I en utførelse konverteres et digitalt kommunikasjonssignal til et frekvensmodulert signal, hvor båndbredden er forskjellig for en digital "0" og en digital "1". På mottakersiden kan båndbredden kontinuerlig måles for å demodulere signalet tilbake til det originale digitale signalet. Videre kan enhver kjent transmisjonsprotokoll benyttes for denne trådløse forbindelsen, slik som f.eks. feilkorreksjon. In one embodiment, a digital communication signal is converted to a frequency modulated signal, the bandwidth of which is different for a digital "0" and a digital "1". On the receiver side, the bandwidth can be continuously measured to demodulate the signal back to the original digital signal. Furthermore, any known transmission protocol can be used for this wireless connection, such as e.g. error correction.

På grunn av frekvenskarakteristikken til E-feltet, er en mye større båndbredde mulig med systemet ifølge oppfinnelsen enn for systemer for nedihulls kommunikasjon kjent fra bakgrunns teknikken. Dette betyr at mer informasjon kan overføres mellom borebrønns instrumentet (22) og nedihulls-kontrollsystemet (70). Due to the frequency characteristic of the E-field, a much larger bandwidth is possible with the system according to the invention than for systems for downhole communication known from the background art. This means that more information can be transferred between the downhole instrument (22) and the downhole control system (70).

Som beskrevet tidligere kan trådløs kraft leveres til det andre sender-mottakerparet (20). Det andre sender-mottakerparet (20) kan inneholde lokale elektronikk-kretser både for prosessering av signalene fra borebrønns instrumentet (22) og for å beregne et signal til borebrønns instrumentet. Dersom borebrønns instrumentet (22) er en sensoranordning, kan den andre sender-mottakerparet (20) inneholde signalprosesseringskretser for prosessering av rådata fra sensoren og kommunisere de prosesserte dataene fra det andre sender-mottakerparet (20) til det første sender- mottakerparet (10). Dersom borebrønns instrumentet (22) er en aktivatoranordning, kan den andre sender-mottakerparet (20) inneholde signalprosesseringskretser for å konvertere en innkommende kommando til et aktivatorsignal ved f.eks. å trigge en sterkstrøms bryter som mottar energihøstet kraft fra det andre sender-mottakerparet (20). Den andre sender-mottakerparet (20) kan også omfatte kraftlagringsmidler, slik som kondensatorer eller batterier for å lagre energi for å kunne forsyne tilstrekkelig med energi til aktivering, eller som en lokal back-up. As described earlier, wireless power can be supplied to the second transmitter-receiver pair (20). The second transmitter-receiver pair (20) can contain local electronic circuits both for processing the signals from the borehole instrument (22) and for calculating a signal to the borehole instrument. If the borehole instrument (22) is a sensor device, the second transmitter-receiver pair (20) may contain signal processing circuits for processing raw data from the sensor and communicating the processed data from the second transmitter-receiver pair (20) to the first transmitter-receiver pair (10) . If the borehole instrument (22) is an activator device, the second transmitter-receiver pair (20) may contain signal processing circuits to convert an incoming command into an activator signal by e.g. to trigger a high-current switch which receives energy-harvested power from the second transmitter-receiver pair (20). The second transmitter-receiver pair (20) can also include power storage means, such as capacitors or batteries to store energy to be able to supply sufficient energy for activation, or as a local back-up.

Borebrønns instrumentet (22) kan også være en kombinasjon av sensor- og aktivatormidler, hvor f.eks. aktivering utføres basert på verdien til sensorsignalet. I dette tilfellet kan det andre sender-mottakerparet (20) eller borebrønns instrumentet (22) omfatte elektroniske kretser for prosessering av sensorsignalverdiene og sammenligning med grenseverdier før aktivering av aktivatoren. The borehole instrument (22) can also be a combination of sensor and activator means, where e.g. activation is performed based on the value of the sensor signal. In this case, the second transmitter-receiver pair (20) or the borehole instrument (22) may comprise electronic circuits for processing the sensor signal values and comparison with limit values before activating the activator.

Oppfinnelsen omfatter videre oppfinneriske trekk relatert til etablering av trådløs kommunikasjon ved bruk av E-felt mellom den første og den andre antennen (11, 21). The invention further comprises inventive features related to the establishment of wireless communication using E-fields between the first and the second antenna (11, 21).

I en utførelse omfatter den første antennen (11) en første dipolantenne (11 d) som illustrert i Fig. 5. I dette tilfellet kan den første dipolantennen fungere som en dobbeltvirkende fødeantenne, dvs. overføring av energi- kommunikasjons signaler. Den første dipolantennen (11 d) kan være direkte tilkoplet en nedihulls kabel (9) tilkoplet et nedihulls kontrollsystem (70) med et første sender-mottakerpar (10) nær nedihulls kontrollsystemet (70), eller det første sender-mottakerparet (10) kan være anordnet mellom kabelen (9) og dipolantennen (11 d) i borebrønnen (2). In one embodiment, the first antenna (11) comprises a first dipole antenna (11 d) as illustrated in Fig. 5. In this case, the first dipole antenna can function as a double-acting feed antenna, i.e. transmission of energy communication signals. The first dipole antenna (11 d) can be directly connected to a downhole cable (9) connected to a downhole control system (70) with a first transmitter-receiver pair (10) close to the downhole control system (70), or the first transmitter-receiver pair (10) can be arranged between the cable (9) and the dipole antenna (11 d) in the borehole (2).

I en utførelse av oppfinnelsen er ett ben av dipolantennen (11 d) produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) som illustrert i Fig. 6, slik at produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) er et aktivt element i dipolantennen. Et lag med di-elektrisk isolasjon (12) som benyttes til å isolere de to bena til antennen fra hverandre for å frembringe optimal impedans for antennen, er også vist In one embodiment of the invention, one leg of the dipole antenna (11 d) is the production pipe, liner or casing (101) as illustrated in Fig. 6, so that the production pipe, liner or casing (101) is an active element in the dipole antenna. A layer of dielectric insulation (12) used to isolate the two legs of the antenna from each other to produce optimum impedance for the antenna is also shown

Andre typer antenner kan også benyttes som en toroidal spole. I en utførelse omfatter den første antennen (11) en toroidal spole som vist i Fig. 1. En toroidal antenne har den virkningen at netto strøm inne i hoved-radiusen til toroiden er null, noe som betyr at det magnetiske feltet forblir inne i den toroidale spolen selv, og kun et elektrisk felt stråler ut fra den toroidale spolen. Other types of antennas can also be used as a toroidal coil. In one embodiment, the first antenna (11) comprises a toroidal coil as shown in Fig. 1. A toroidal antenna has the effect that the net current inside the main radius of the toroid is zero, which means that the magnetic field remains inside it the toroidal coil itself, and only an electric field radiates from the toroidal coil.

Som for dipolantennen, kan også den toroidale spolen (11t) være direkte As for the dipole antenna, the toroidal coil (11t) can also be direct

tilkoplet nedihulls kabelen (9) tilkoplet et nedihulls kontrollsystem (70) med et første sender-mottakerpar (10) nær nedihulls kontrollsystemet (70), eller det første sender-mottakerparet (10) kan være anordnet mellom kabelen (9) og dipolantennen (11 d) i borebrønnen (2) som illustrert i Fig. 1. connected to the downhole cable (9) connected to a downhole control system (70) with a first transmitter-receiver pair (10) close to the downhole control system (70), or the first transmitter-receiver pair (10) can be arranged between the cable (9) and the dipole antenna (11) d) in the borehole (2) as illustrated in Fig. 1.

I en utførelse illustrert i denne figuren er den første toroidale spolen (11t) anordnet om et produksjonsrør, liner eller casing (101) i borebrønnen, slik at produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) fungerer som en bølgeleder for det elektriske feltet (Ec). In an embodiment illustrated in this figure, the first toroidal coil (11t) is arranged around a production pipe, liner or casing (101) in the wellbore, so that the production pipe, liner or casing (101) acts as a waveguide for the electric field (Ec) .

I en utførelse er den første toroidale spolen (11t) anordnet om en frittstående metallkjerne (13) i ringrommet (210) som illustrert i Fig. 3. Metallkjernen kan være et åpnet rør som strekker seg ut i borebrønnens retning som illustrert for å tillate passasje av ringromsfluid gjennom den indre kjernen til antennen. In one embodiment, the first toroidal coil (11t) is arranged around a free-standing metal core (13) in the annulus (210) as illustrated in Fig. 3. The metal core may be an open tube extending in the direction of the wellbore as illustrated to allow passage of annulus fluid through the inner core of the antenna.

På den motstående siden av det trådløse transmisjonssystemet, dvs. nær borebrønns instrumentet (22) er den andre antennen (21). Den andre antennen (21) kan være en hvilket som helst dipolantenne eller toroidal induksjonsantenne som beskrevet over for den første antennen (11). On the opposite side of the wireless transmission system, i.e. near the borehole instrument (22) is the second antenna (21). The second antenna (21) can be any dipole antenna or toroidal induction antenna as described above for the first antenna (11).

Noen kombinasjoner av den første og den andre antennen (11, 21) vil bli beskrevet under. Some combinations of the first and the second antenna (11, 21) will be described below.

I Fig. 1 og Fig. 2 er den første og den andre antennen (11, 12) toroidale induksjonsantenner (111, 12t) rundt et produksjonsrør, liner eller casing (101). I en utførelse hvor produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) er metalliske oppstår det en bølgeleder som er i stand til å overføre signaler mellom den første og den andre antennen (11t, 12t). Fig. 2 illustrerer spesialtilfellet hvor to antenner er anordnet i samme høyde. In Fig. 1 and Fig. 2, the first and second antennas (11, 12) are toroidal induction antennas (111, 12t) around a production pipe, liner or casing (101). In an embodiment where the production pipe, liner or casing (101) is metallic, a waveguide is created which is able to transmit signals between the first and the second antenna (11t, 12t). Fig. 2 illustrates the special case where two antennas are arranged at the same height.

I Fig. 3 er den andre antennen lik den første antennen beskrevet ovenfor. F.eks. en andre toroidal spole (211) om en frittstående metallkjerne. In Fig. 3, the second antenna is similar to the first antenna described above. E.g. a second toroidal coil (211) about a free-standing metal core.

Fig. 6 illustrerer bruken av en enkel dipolantenne anordnet i ringrommet som den andre antennen (21) Som for den første dipolantennen (11 d), kan den andre dipolantennen (21 d) også benytte produksjonsrøret, lineren eller casingen (101) som et aktivt element ved å kople ett ben til produksjonsrøret, lineren eller casingen (101), dvs. veggen til høyre for den viste dipolen, og isolere de to antennebena med et di-elektrisk materiale. Fig. 6 illustrates the use of a simple dipole antenna arranged in the annulus as the second antenna (21) As for the first dipole antenna (11 d), the second dipole antenna (21 d) can also use the production pipe, liner or casing (101) as an active element by connecting one leg to the production pipe, liner or casing (101), i.e. the wall to the right of the dipole shown, and insulating the two antenna legs with a dielectric material.

Antennekonfigurasjonene beskrevet ovenfor kan kombineres. F.eks. kan den andre antennen i Fig. 1 og 2 også være en andre toroidal spole (211) om en frittstående metallisk kjerne (13), eller en dipolantenne. I Fig. 3 kan den andre antennen være en toroidal spole (211) om et produksjonsrør, en liner eller en casing (101), eller en dipolantenne. The antenna configurations described above can be combined. E.g. the second antenna in Fig. 1 and 2 can also be a second toroidal coil (211) about an independent metallic core (13), or a dipole antenna. In Fig. 3, the second antenna can be a toroidal coil (211) around a production pipe, a liner or a casing (101), or a dipole antenna.

I Fig. 5 og 6 kan den andre antennen være en andre toroidal spole (211) om en frittstående metallkjerne (13) eller om produksjonsrøret, lineren eller casingen (101, 102). In Figures 5 and 6, the second antenna may be a second toroidal coil (211) about a free-standing metal core (13) or about the production pipe, liner or casing (101, 102).

Ifølge en utførelse omfatter det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn en metallisk resonator (40) som omslutter den første antennen (11) og den andre antennen (21) som illustrert med en tykkere linje i Fig. 7. Den metalliske resonatoren kan justeres til frekvensen til E-feltet for å muliggjøre mer effektiv overføring av både kraft- og kommunikasjons signaler. Den første og den andre antennen (21, 22) inne i resonatoren kan være en kombinasjon av en hvilken som helst av de typene som er beskrevet ovenfor. According to one embodiment, the E-field wireless communication system (1) for a borehole comprises a metallic resonator (40) which encloses the first antenna (11) and the second antenna (21) as illustrated by a thicker line in Fig. 7. The metallic the resonator can be tuned to the frequency of the E-field to enable more efficient transmission of both power and communication signals. The first and second antennas (21, 22) inside the resonator may be a combination of any of the types described above.

I en utførelse omfatter resonatoren (40) én eller flere metalliske tetninger (41) konfigurert til å begrenser størrelsen på rommet (210). In one embodiment, the resonator (40) comprises one or more metallic seals (41) configured to limit the size of the space (210).

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er den andre antennen (21) anordnet i den laterale brønnen (300) som illustrert i Fig. 3, 4 og 7, for å muliggjøre trådløs forbindelse med en andre antenne (21) anordnet i samme ringrom (210) som den første antennen (11) og tilkoplet et borebrønns instrumentet (22). According to one embodiment of the invention, the second antenna (21) is arranged in the lateral well (300) as illustrated in Fig. 3, 4 and 7, to enable a wireless connection with a second antenna (21) arranged in the same ring space (210) as the first antenna (11) and connected to a borehole instrument (22).

Kommunikasjon mellom den første antennen og to eller flere andre antenner anordnet i ulike laterale borebrønner i en multilateral brønn kan settes opp på samme måte. Multipleksing eller en hvilken som helst annen egnet protokoll for nettverkskommunikasjon kan benyttes for kommunikasjon med de ulike laterale borebrønnene. Communication between the first antenna and two or more other antennas arranged in different lateral boreholes in a multilateral well can be set up in the same way. Multiplexing or any other suitable protocol for network communication can be used for communication with the various lateral wells.

Fig. 8 viser en utførelse av det E-felt trådløse kommunikasjonssystemet (1) for en borebrønn ifølge oppfinnelsen, i en multi-lateral borebrønn som omfatter en hoved-brønn (100) og laterale borebrønner (200, 300, 400). Den første antennen eller elektriske dipolen (11) er tilkoplet et overflatekontrollsystem som beskrevet tidligere. Fig. 8 shows an embodiment of the E-field wireless communication system (1) for a borehole according to the invention, in a multi-lateral borehole comprising a main well (100) and lateral boreholes (200, 300, 400). The first antenna or electric dipole (11) is connected to a surface control system as described earlier.

Andre antenner, eller elektriske dipoler (21) er anordnet i to eller flere av de laterale borebrønnene (200, 300, 400), hver tilkoplet en E-felt sender (20) i respektive laterale borebrønner. Videre er hver av E-feltsenderne tilkoplet et borebrønns instrument (22). Det er også vist et andre borebrønns instrument (23) anordnet i brønnformasjonen til borebrønnen og tilkoplet E-felt senderen. I en utførelse er de første borebrønns instrumentene (22) trykksensorer som måler et trykk i den laterale borebrønnen, og de andre borebrønns instrumentene (23) er sensorer som benyttes for å måle formasjons parametere. Imidlertid kan det trådløse E-felt kommunikasjonssystemet (1) benyttes i enhver anvendelse og for trådløs overføring av enhver type informasjon fra enhver sensor eller aktivator i et rom eller i en borebrønn. Fig. 8 illustrerer en multilateral brønn med en åpent-hull formasjon, men den kan benyttes på samme måte i en borebrønn med casing eller linere hvor rommet da blir et ringrom i borebrønnen. Figurene 1 til 8 over er laget for å illustrere ulike utførelser av oppfinnelsen. Et antall vanlige elementer i en borebrønn, slik som tetninger, ventiler, lateralt avgreningsutstyr osv. er ansett som fagmessig og er ikke omtalt. Sammenligningsberegninger for bruken av magnetiske spoleantenner eller toroidale spoler og elektriske dipoler som senderantenner har blitt utarbeidet, og resultatene er summert under. De viser at bruken av en spoleantenne, dvs. magnetisk dipol som en senderantenne vanligvis ikke fungerer like bra som å bruke en elektrisk dipol som senderantenne, når det gjelder virkningsgrad og impedans-tilpasning. Other antennas, or electric dipoles (21) are arranged in two or more of the lateral boreholes (200, 300, 400), each connected to an E-field transmitter (20) in respective lateral boreholes. Furthermore, each of the E-field transmitters is connected to a borehole instrument (22). Also shown is a second borehole instrument (23) arranged in the well formation of the borehole and connected to the E-field transmitter. In one embodiment, the first wellbore instruments (22) are pressure sensors that measure a pressure in the lateral wellbore, and the second wellbore instruments (23) are sensors used to measure formation parameters. However, the wireless E-field communication system (1) can be used in any application and for the wireless transmission of any type of information from any sensor or activator in a room or in a borehole. Fig. 8 illustrates a multilateral well with an open-hole formation, but it can be used in the same way in a borehole with casing or liners where the space then becomes an annulus in the borehole. Figures 1 to 8 above are made to illustrate various embodiments of the invention. A number of common elements in a borehole, such as seals, valves, lateral branching equipment, etc. are considered technical and are not discussed. Comparative calculations for the use of magnetic coil antennas or toroidal coils and electric dipoles as transmitter antennas have been prepared and the results are summarized below. They show that using a coil antenna, i.e. magnetic dipole as a transmitting antenna usually does not work as well as using an electric dipole as a transmitting antenna, in terms of efficiency and impedance matching.

Energioverføringen mellom to antenner kan betraktes som to prosedyrer. The energy transfer between two antennas can be considered as two procedures.

- (a) En senderantenne genererer elektromagnetiske felt i rommet. Feltene som genereres er proporsjonale med IL, hvor I er strømmen på Tx [sender] antennen, og L er den ekvivalente lengden til antennen. - (b) mottakerantennen fanger opp feltene i rommet og genererer en spenning i mottakerkretsen. Den mottatte spenningen er proporsjonal med den ekvivalente antennelengden L til antennen. - (a) A transmitting antenna generates electromagnetic fields in space. The fields generated are proportional to IL, where I is the current on the Tx [transmitting] antenna, and L is the equivalent length of the antenna. - (b) the receiving antenna picks up the fields in space and generates a voltage in the receiving circuit. The received voltage is proportional to the equivalent antenna length L of the antenna.

Det er derfor viktig å undersøke den ekvivalente lengden til den elektriske dipolen og spoleantenne en. It is therefore important to investigate the equivalent length of the electric dipole and coil antenna.

Den ekvivalente lengden til en spoleantenne er: The equivalent length of a coil antenna is:

- / er den ekvivalente antennelengden til spoleantennen. I tilfellet med dipol er den ekvivalente antennelengden den fysiske lengden til antennen. - / is the equivalent antenna length of the coil antenna. In the case of the dipole, the equivalent antenna length is the physical length of the antenna.

- k er bølgetallet og k = 2tt/A (A: bølgelengden) - k is the wave number and k = 2tt/A (A: the wavelength)

- S er spolens effektive areal, og - S is the coil's effective area, and

hvor N er antallet viklinger og a er radiusen til spolen, ogfjCOreer den relative permeabiliteten til kjernematerialet. where N is the number of turns and a is the radius of the coil, and represents the relative permeability of the core material.

Ettersom k er et lite tall ved lave frekvenser, betyr likning (2) at spoleantennen har liten utstråling. As k is a small number at low frequencies, equation (2) means that the coil antenna has little radiation.

Likning (1) viser at den ekvivalente antennelengden til en spole er en funksjon av bølgelengden og dermed en funksjon av frekvensen. Den følgende tabellen viser antallet viklinger som trengs for en spole med diameter 4 cm (luftkjerne) for å oppnå en ekvivalent lengde på 1 m for frekvensene 100kHz, 1MHz, 10 MHz og 2 MHZ, forUcore=1. Equation (1) shows that the equivalent antenna length of a coil is a function of the wavelength and thus a function of the frequency. The following table shows the number of turns needed for a coil with a diameter of 4 cm (air core) to achieve an equivalent length of 1 m for the frequencies 100kHz, 1MHz, 10 MHz and 2 MHZ, forUcore=1.

Fra tabellen kan vi se at det trengs mange viklinger for å oppnå en ekvivalent lengde på 1 m ved lave frekvenser. From the table we can see that many windings are needed to achieve an equivalent length of 1 m at low frequencies.

Man kan øke spolens effektive areal vist i (2) ved å introdusere en ferrittkjerne. Imidlertid hindrer metning i kjernen bruken av sterke strømmer. Dette er grunnen til at spoler er mindre anvendelige som senderantenner. One can increase the coil's effective area shown in (2) by introducing a ferrite core. However, saturation in the core prevents the use of strong currents. This is why coils are less useful as transmitter antennas.

Her bør vi legge til at for energiforsyning for et foringsrør med stålvegg, må det magnetiske feltet genereres i foringsrørretningen. For en slik anvendelse kan spoleantennen med fordel benyttes som Tx antenne. Here we should add that for energy supply for a casing with a steel wall, the magnetic field must be generated in the casing direction. For such an application, the coil antenna can advantageously be used as a Tx antenna.

For en Tx antenne er det viktig å ha riktig impedans-tilpasning på inngangsporten for å øke effektiviteten av energioverføringen. Inngangsimpedansen til en elektrisk dipol er dens strålingsimpedans som er resistiv og omtrent 60 Ohm for en kvartbølgeantenne. Imidlertid er inngangsimpedansen til en spoleantenne summen av dens strålingsimpedans og induktansen til spolen, som domineres av induktansdelen. Dermed er det vanskeligere å impedans-tilpasse spoleantennen enn den elektriske dipolen. For a Tx antenna, it is important to have the correct impedance matching on the input port to increase the efficiency of the energy transfer. The input impedance of an electric dipole is its radiation impedance which is resistive and about 60 Ohms for a quarter wave antenna. However, the input impedance of a coil antenna is the sum of its radiation impedance and the inductance of the coil, which is dominated by the inductance part. Thus, it is more difficult to impedance-match the coil antenna than the electric dipole.

For mottakerantennen er strømmen svak. Man kan benytte mange viklinger på en ferrittkjerne uten at det oppstår metning. I tillegg er ikke impedans-tilpasning for mottakerantennen så viktig som forTx antennen. Spoleantennen kan dermed benyttes som mottakerantenne. For the receiving antenna, the current is weak. You can use many windings on a ferrite core without saturation occurring. In addition, impedance matching for the receiver antenna is not as important as for the Tx antenna. The coil antenna can thus be used as a receiving antenna.

For energioverføring uten foringsrør av stål, er det bedre å benytte en elektrisk dipol enn en spoleantenne som senderantenne. Imidlertid kan mottakerantennen være enten en elektrisk dipol eller en spoleantenne. For energy transmission without steel casing, it is better to use an electric dipole than a coil antenna as the transmitting antenna. However, the receiving antenna can be either an electric dipole or a coil antenna.

Claims

1. E-field wireless communication system (1) for drilling well, where the communication system (1) comprises; - a first E-field antenna (11), and - a second E-field antenna (21), characterized in that the first antenna (11) and the second antenna (21) are both arranged in a common space (210) in a borehole (2) and further arranged to transmit a signal between the first E-field antenna (11) and the second E-field antenna (21); the first E-field antenna (11) comprises a first dipole antenna; where one leg of the dipole antenna is a production pipe, liner or casing pipe (101) in the borehole and the communication system (1) further comprises a layer of dielectric insulation (12) between the first leg and a second leg of the dipole antenna, so that the production pipe, liner or casing pipe (101) is an active element in the dipole antenna.

2. E-field wireless communication system (1) according to claim 1, comprising: a control system (70); a downhole instrument (22); a first E-field transceiver (10) connected to the control system (70) and the first E-field antenna (11); a second E-field transceiver (20) connected to the downhole instrument (22) and the second antenna (21); where the wireless communication system (1) is arranged to transmit a communication signal between the control system (70) and the borehole instrument via said first and second E-field antennas (11, 21).

3. E-field wireless communication system (1) according to claim 2, comprising: a borehole cable (9) between said control system (70) and the first E-field transceiver (10).

4. E-field wireless communication system (1) according to claim 1, where the second antenna (21) comprises a second dipole antenna.

5. E-field wireless communication system (1) according to claim 4, where the second antenna (21) is arranged in a lateral borehole (200, 300, 400).

6. E-field wireless communication system (1) according to claim 1, where the second E-field antenna (21) comprises a first toroidal inductor (lit).

7. E-field wireless communication system (1) according to claim 1, where the system comprises a metal resonator (40) which surrounds the first antenna (11) and the second antenna (21).

8. E-field wireless communication system (1) according to claim 7, where the resonator (40) extends into a lateral borehole (200, 300, 400).

9. E-field wireless communication system (1), according to claim 1, wherein said system comprises a metal resonator (40) surrounding the first antenna (11) and the second antenna (21); where the resonator (40) comprises a metal gasket (41) designed to limit the size of the space (210).

10. E-field wireless communication system (1) according to claim 9, where the resonator (40) extends into a lateral borehole (200, 300, 400).