NO342772B1

NO342772B1 - Method and apparatus for communication in well environment

Info

Publication number: NO342772B1
Application number: NO20100997A
Authority: NO
Inventors: John Lovell; Christian Chouzenoux; Bernard G Juchereau; Max Kante; Julius Kusuma; Salman Khan
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2018-08-06
Also published as: GB201011845D0; GB2470303B; BRPI0906355A2; GB2470303A; BRPI0906355B8; NO20100997L; WO2009097483A1; BRPI0906355B1

Abstract

En teknikk muliggjør overføring av signaler i undersjøiske brønnapplikasjoner. Teknikken gjør det mulig å overføre et kommunikasjonssignal og et kraftsignal gjennom en eneste gjennomføring anordnet gjennom en rørhenger i et undersjøisk ventiltre. Kommunikasjonssignalet og/eller kraftsignalet blir omformet for å muliggjøre kommunikasjon langs et snodd par for overføring ned i brønnen.A technique enables the transmission of signals in subsea well applications. The technique makes it possible to transmit a communication signal and a power signal through a single throughput arranged through a pipe hanger in a subsea valve tree. The communication signal and / or power signal is reshaped to allow communication along a twisted pair for transmission down the well.

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTET SØKNAD CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION

[0001]Det foreliggende dokument er basert på og begjærer prioritet fra provisorisk US-søknad med serienr. 61/025560, inngitt 1. februar, 2008, hvis innhold herved inkorporeres ved referanse. [0001] The present document is based on and requests priority from provisional US application with serial no. 61/025560, filed February 1, 2008, the contents of which are hereby incorporated by reference.

BAKGRUNN BACKGROUND

Teknisk område Technical area

[0002]Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse angår generelt kommunikasjonssystemer, og mer spesielt angår de brønnhullskommunikasjon av kraft og signaler. [0002]Embodiments of the present invention generally relate to communication systems, and more particularly they relate to downhole communication of power and signals.

Beskrivelse av beslektet teknikk Description of Related Art

[0003]De følgende beskrivelser og eksempler er ikke ansett å være kjent teknikk fordi om de er innbefattet i dette avsnittet. [0003] The following descriptions and examples are not considered to be prior art because they are included in this section.

[0004]I mange brønnrelaterte anvendelser blir borehull boret for å lette utvinning av hydrokarboner i undergrunnsformasjoner. Forskjellige systemer, fremgangs-måter og brønnhullsverktøy er fordelaktige ved bruk av en elektrisk leder for å muliggjøre overføring av kommunikasjonssignaler ned i hullet. Anordninger for nøyaktig måling av temperatur kan f.eks. være utplassert langs en sandflate, og induktiv kopling kan brukes til å kommunisere data fra anordningene til en øvre komplettering. Derfra er en kommunikasjonsmodul i brønnen i stand til å overføre disse dataene til havbunnen. Forskjellige teknikker blir brukt til å overføre data forbi det undersjøiske ventiltreet og til et oppsamlingssted på overflaten. En lang rekke forskjellige vanskeligheter oppstår imidlertid ved føring av visse typer signaler eller kombinasjoner av signaler til eller fra en anordning som er plassert i brønnen under det undersjøiske ventiltreet. [0004] In many well-related applications, boreholes are drilled to facilitate extraction of hydrocarbons in subsurface formations. Various systems, methods and downhole tools are advantageous in the use of an electrical conductor to enable the transmission of communication signals downhole. Devices for accurate measurement of temperature can e.g. be deployed along a sand surface, and inductive coupling can be used to communicate data from the devices to an upper completion. From there, a communication module in the well is able to transmit this data to the seabed. Various techniques are used to transfer data past the subsea valve tree and to a collection point on the surface. However, a wide variety of difficulties arise when routing certain types of signals or combinations of signals to or from a device located in the well below the subsea valve tree.

OPPSUMMERING SUMMARY

[0005]Generelt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et system og en fremgangsmåte for overføring av signaler i forbindelse med undergrunnsbrønner. I én utførelsesform blir et kommunikasjonssignal og et kraftsignal tilveiebrakt gjennom en rørhenger i et undersjøisk ventiltre. Minst ett av kommunikasjonssignalet og kraftsignalet blir omformet for å muliggjøre kommunikasjon langs et snodd par lokalisert inne i en undersjøisk brønn. [0005] In general, the present invention provides a system and a method for transmitting signals in connection with underground wells. In one embodiment, a communication signal and a power signal are provided through a pipe hanger in a subsea valve tree. At least one of the communication signal and the power signal is reshaped to enable communication along a twisted pair located inside a subsea well.

[0006]Andre eller alternative trekk vil fremgå tydelig fra den følgende beskrivelse, fra tegningene og fra patentkravene. [0006] Other or alternative features will appear clearly from the following description, from the drawings and from the patent claims.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0007]Visse utførelsesformer av oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til de vedføyde tegningene, hvor like henvisningstall betegner like elementer. Det skal imidlertid forstås at de vedføyde tegningene kun illustrerer de forskjellige implementeringene som er beskrevet her og ikke er ment å begrense omfanget av de forskjellige teknologiene som er beskrevet her. Tegningene er som følger: Fig. 1 er en skjematisk skisse av et undersjøisk brønnsystem som omfatter et signalkommunikasjonssystem i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av et signalomformingssystem for bruk i forbindelse med det undersjøiske brønnsystemet, i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 er en annen skjematisk illustrasjon av signalomformingssystemet i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 er en skjematisk illustrasjon av et alternativt signalomformingssystem i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Fig. 5 er en annen skjematisk illustrasjon av et alternativt signalomformingssystem ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; og Fig. 6 er en annen skjematisk illustrasjon av et alternativt signalomformingssystem i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. [0007] Certain embodiments of the invention will be described in the following with reference to the attached drawings, where like reference numbers denote like elements. However, it should be understood that the accompanying drawings are only illustrative of the various implementations described herein and are not intended to limit the scope of the various technologies described herein. The drawings are as follows: Fig. 1 is a schematic sketch of a subsea well system comprising a signal communication system according to an embodiment of the present invention; Fig. 2 is a schematic illustration of a signal conversion system for use in connection with the subsea well system, according to an embodiment of the present invention; Fig. 3 is another schematic illustration of the signal conversion system according to an embodiment of the present invention; Fig. 4 is a schematic illustration of an alternative signal conversion system according to an embodiment of the present invention; Fig. 5 is another schematic illustration of an alternative signal conversion system according to an embodiment of the present invention; and Fig. 6 is another schematic illustration of an alternative signal conversion system according to an embodiment of the present invention.

DETALJERT BESKRIVELSE DETAILED DESCRIPTION

[0008]I den følgende beskrivelse, blir det angitt mange detaljer for å tilveiebringe en forståelse av foreliggende oppfinnelse. Fagkyndige på området vil imidlertid forstå at foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljene og at mange varianter eller modifikasjoner i forhold til de som er beskrevet her, kan være mulige. [0008] In the following description, many details are set forth to provide an understanding of the present invention. Those skilled in the field will, however, understand that the present invention can be practiced without these details and that many variations or modifications in relation to those described here may be possible.

[0009]Foreliggende oppfinnelse angår generelt et system og en fremgangsmåte for bruk i forbindelse med en undergrunnsbrønn. Systemet og fremgangsmåten benytter et kommunikasjonssystem som letter kommunikasjon mellom anordningene i en undergrunnsbrønn og anordninger over havbunnen, slik som anordninger plassert på overflaten. I anvendelser som er beskrevet her, blir overføring av kommunikasjonssignaler og/eller kraftsignaler lettet ved hjelp av et unikt signalomformingssystem. I mange anvendelser, blir signalene overført via telemetri med snodde par, og forskjellige kommunikasjonsprotokoller kan anvendes. Med snodd par-telemetri benytter kommunikasjon over det under-sjøiske ventiltreet, noen ganger referert til som juletre, to elektriske kontakter og kan være utført enten med to gjennomføringer eller en én-tapps-gjennomføring ved å bruke en to-polet koplingsanordning. Som beskrevet nedenfor, letter det foreliggende systemet og metodologien bruk av én-tapps-gjennomføringer. [0009] The present invention generally relates to a system and a method for use in connection with an underground well. The system and method use a communication system that facilitates communication between the devices in an underground well and devices above the seabed, such as devices placed on the surface. In applications described herein, transmission of communication signals and/or power signals is facilitated by a unique signal conversion system. In many applications, the signals are transmitted via twisted-pair telemetry, and various communication protocols may be used. With twisted pair telemetry, communication over the subsea valve tree, sometimes referred to as a Christmas tree, uses two electrical contacts and can be made either with two bushings or a single pin bushing using a two pole coupling device. As described below, the present system and methodology facilitate the use of one-tap feedthroughs.

[0010]Systemet og metodologien muliggjør også i det minste til en viss grad av standardisering av undersjøiske ventiltrær, som kan føres til betydelige kostnads-besparelser, spesielt ved utplassering over store felter. Noen ganger er det ikke alle brønnene i et gitt felt som bruker snodd par-telemetri, og forskjellige løsninger kan anvendes for å opprettholde den samme undersjøiske ventiltre-topologien uansett hva slags styreledninger som brukes. Egnet ledningsføring kan f.eks. være tilveiebrakt slik at to enkelte tapper eller en dobbeltpol kan være konfigurert slik at det undersjøiske ventiltreet ikke behøver å bli endret fra snodd par til enkelt par. [0010] The system and methodology also enable at least a certain degree of standardization of subsea valve trees, which can lead to significant cost savings, especially when deployed over large fields. Sometimes not all the wells in a given field use twisted pair telemetry, and different solutions can be used to maintain the same subsea valve tree topology regardless of the type of control lines used. Suitable wiring can e.g. be provided so that two single pins or a double pole can be configured so that the subsea valve tree does not need to be changed from twisted pair to single pair.

[0011]En annen mulighet er imidlertid beskrevet mer detaljert nedenfor, og denne benytter et elektronisk omformersystem posisjonert under det undersjøiske ventiltreet/brønnhodet. Omformersystemet kan kommunisere oppover over en én-tapps-gjennomføring og nedover over et snodd par. Alle de undersjøiske ventil-trærne på et gitt felt kan følgelig bruke en én-tapps enkeltpolet koplingsanordning. [0011] However, another possibility is described in more detail below, and this uses an electronic converter system positioned under the subsea valve tree/wellhead. The converter system can communicate upwards over a single tap feed-through and downwards over a twisted pair. Consequently, all the subsea valve trees in a given field can use a single-pin single-pole connection device.

[0012]Telemetri med snodd par er en teknologi som kan brukes i mange kommunikasjonssystemer. Kommunikasjonssystemet med snodd par muliggjør en balansert kommunikasjonsprotokoll hvor energi som beveger seg nedover langs en ledning, blir tilpasset tilsvarende energi som beveger seg opp gjennom den andre lederen. Dette blir vanligvis referert til som en differensialmodus-overføring. Fordi lederne er snodd i det snodde paret, vil en eventuell støy som kommer inn i systemet, virke identisk på begge lederne og blir vanligvis referert til som et fellesmodus-signal. Kretser kan konstrueres for å skjelne fellesmodus (Common Mode) fra differensialmodus (Differential Mode) og innebærer generelt å subtra-here signalet på en ledning fra signal på den andre ledningen. Fellesmodusen forsvinner følgelig, mens differensialmodusen blir doblet. [0012] Twisted pair telemetry is a technology that can be used in many communication systems. The twisted pair communication system enables a balanced communication protocol where energy moving down one wire is matched with corresponding energy moving up through the other wire. This is commonly referred to as a differential mode transmission. Because the conductors are twisted in the twisted pair, any noise entering the system will act identically on both conductors and is usually referred to as a common-mode signal. Circuits can be constructed to distinguish common mode (Common Mode) from differential mode (Differential Mode) and generally involves subtracting the signal on one wire from the signal on the other wire. The common mode consequently disappears, while the differential mode is doubled.

[0013]En hovedkilde for støy i et undersjøisk system er "jordstøy" og skyldes endringen av potensial som et resultat av f.eks. aktivering av stort utstyr, pumper, forsterkere, ventiler og andre anordninger. Slik støy kommer direkte inn i fellesmodusen og kan være vanskelig å blokkere med mindre systemet har to ledninger. Når brønnhullsverktøy blir aktivert, blir en fellesmodus skapt og kan overføres ved samme frekvensbånd som kommunikasjonstelemetrien og derved ytterligere komplisere modulasjon og demodulasjon. [0013] A main source of noise in a subsea system is "ground noise" and is due to the change of potential as a result of e.g. activation of large equipment, pumps, amplifiers, valves and other devices. Such noise enters the common mode directly and can be difficult to block unless the system has two wires. When downhole tools are activated, a common mode is created and can be transmitted on the same frequency band as the communication telemetry, thereby further complicating modulation and demodulation.

[0014]En spesiell løsning for å separere ut fellesmodus er å tillate kommunikasjon i bare én retning og i betydelig grad å senke datamengden. Systemet kan f.eks. være begrenset til trykk/temperatur-målere på en enkelt leder. I tillegg, kan nedadgående kommunikasjon til måleren være begrenset. På denne måten kan et grensesnittkort forfrekvens-skiftnøkling brukes inne i det undersjøiske ventiltreet for demodulasjon. Kommunikasjon kan oppnås over en enkelttapp ved det under-sjøiske ventiltreet. Selv med analog og digital filtrering, kan imidlertid kommunikasjonen være sårbar for aktivering av visse typer elektriske, neddykkbare pumper. [0014] A special solution for separating out common mode is to allow communication in only one direction and to significantly lower the amount of data. The system can e.g. be limited to pressure/temperature gauges on a single conductor. In addition, downward communication to the meter may be limited. In this way, an interface card for frequency shift keying can be used inside the subsea valve tree for demodulation. Communication can be achieved over a single tap at the subsea valve tree. Even with analog and digital filtering, however, communications may be vulnerable to the activation of certain types of electric submersible pumps.

[0015]Telemetri med snodde par kan også brukes i et temperatur-gruppesystem for ikke bare støyforkastning, men også for å muliggjøre indirekte kommunikasjon. I denne anvendelsen, kan minimalisering av kraftbudsjettet være en viktig parameter i en undersjøisk utplassering. Hver gang en temperaturgruppe blir utplassert, justerer en teknikker og/eller en feltingeniør strøm- og spennings-innstillingene over gruppen. Størrelsen på justeringen er avhengig av lengden av kompletteringen, komponentene og også effektiviteten til fastspenningen og beskyttelsen av sensorene. Mange ganger kan størrelsen av justeringen ikke forutsies på forhånd. I tillegg kan det være effektivt å fastsette effektinnstillings-nivået til potensielle faktorer slik som dårlig jording mellom to kompletterings-komponenter. Under produksjon til den undersjøiske manifolden, kan temperatur-gruppesystemet dessuten bare opereres én gang i løpet av et par døgn på en måte, f.eks. tidsinnstilt for tilpasning til når de tre-fasede strømningsdataene er tilgjengelige. To-veis kommunikasjon kan følgelig være nyttig som en komponent i et temperatur-gruppesystem. [0015] Twisted pair telemetry can also be used in a temperature array system for not only noise rejection, but also to enable indirect communication. In this application, minimization of the power budget can be an important parameter in a subsea deployment. Each time a temperature group is deployed, a technician and/or a field engineer adjusts the current and voltage settings across the group. The size of the adjustment depends on the length of the complement, the components and also the effectiveness of the clamping and protection of the sensors. Many times the size of the adjustment cannot be predicted in advance. In addition, it can be effective to determine the power setting level to potential factors such as poor grounding between two complementary components. Furthermore, during production for the subsea manifold, the temperature group system can only be operated once in a couple of days in a way, e.g. timed to match when the three-phase flow data is available. Two-way communication can therefore be useful as a component of a temperature group system.

[0016]Telemetri med snodde par kan i tillegg være gunstig for effektstyring. Elektrisk overføring gjennom et brønnsystem er ikke bare for å tilveiebringe kommunikasjon, men de elektriske signalene kan også brukes til å energisere verktøy og andre anordninger. I denne sistnevnte anvendelsen er fellesmodus en fordel fordi begge ledningene kan brukes til å overføre kraft i fellesmodus slik at den elektrisk motstanden blir halvert. [0016]Telemetry with twisted pairs can also be beneficial for power management. Electrical transmission through a well system is not only for providing communication, but the electrical signals can also be used to energize tools and other devices. In this latter application, common mode is an advantage because both wires can be used to transmit power in common mode so that the electrical resistance is halved.

[0017]I forskjellige illustrerende kommunikasjonsanvendelser som blir diskutert nedenfor, blir telemetri med snodd par anvendt i forbindelse med undersjøiske kommunikasjonssystemer. Kommunikasjonen kan utføres gjennom det undersjøiske ventiltreet via en én-tapps-gjennomføring/koplingsanordning som har to separate ledere. I et eksempel omfatter én-tappskontakten to separate ledere lokalisert på en enkelt konsentrisk tapp, slik som enkelttapp-kontakten med navnet Diamould Seawell-02. Enkelttappkontaktene kan være utformet for å gjøre det unødvendig å tilveiebringe rotasjonsmessig innretning forut for sammenstilling av plugg- og mottaksdelene av én-tapps-koplingsanordningen. Plugg- og mottaksdelene av koplingsanordningen kan videre ha pakningssperrer, slik som dobbeltpaknings-barrierer mellom kontakten og det omgivende huset i det undersjøiske ventiltreet. [0017] In various illustrative communication applications discussed below, twisted pair telemetry is used in connection with undersea communication systems. The communication can be carried out through the subsea valve tree via a single tap bushing/coupling device which has two separate conductors. In one example, the single pin connector comprises two separate conductors located on a single concentric pin, such as the single pin connector named Diamould Seawell-02. The single-pin connectors can be designed to make it unnecessary to provide a rotational device prior to assembling the plug and receiving parts of the single-pin connector device. The plug and receiving parts of the coupling device may further have sealing barriers, such as double sealing barriers between the connector and the surrounding housing in the subsea valve tree.

[0018]Som beskrevet nedenfor, kan forskjellige anordninger anvendes til over-føring av signaler, dvs. kraft- og kommunikasjonssignaler, gjennom en produk-sjonsrørhenger og et undersjøisk ventiltre i en undersjøisk brønnanvendelse. Ifølge et eksempel blir et grensesnittkort, et kommunikasjonsnett og en enkelttapp-kontakt anvendt for å overføre de ønskede signalene. Kommunikasjon fra en undersjøisk elektronikk-modul til grensesnittkortet kan utføres gjennom f.eks. et 96-pinners DIN. I noen tilfeller er den undersjøiske elektronikkmodulen energisert via en kraftforsyning på 24 V, og effekten kan leveres lokalt eller gjennom f.eks. en navlestreng. Modusbuss-kommunikasjon kan benytte en 2-tråds eller en 4-tråds utforming. [0018] As described below, different devices can be used to transmit signals, i.e. power and communication signals, through a production pipe hanger and a subsea valve tree in a subsea well application. According to one example, an interface card, a communication network and a single pin connector are used to transmit the desired signals. Communication from an underwater electronics module to the interface board can be carried out through e.g. a 96-pin DIN. In some cases, the underwater electronics module is energized via a 24 V power supply, and the power can be supplied locally or through e.g. an umbilical cord. Modebus communication can use a 2-wire or a 4-wire design.

[0019]Både et kraftsignal og et kommunikasjonssignal kan føres gjennom én-tappsgjennomføringen ved det undersjøiske ventiltreet. Støy kan konvensjonelt inntreffe over ethvert frekvensbånd, men kraftsignalet kan sendes ved en frekvens som er forskjellig fra frekvensen til kommunikasjonssignalet. Grensesnittkortet kan være utformet for å overføre effekt som f.eks. 175 V likestrøm. Frekvensområdet til kommunikasjonsnett-protokollen kan være valgt for å optimalisere overføring av data over lange avstander. Generelt, kan høyfrekvent overføring brukes til å sende betydelige mengder med data over kortere avstander, og en lavfrekvent overføring kan brukes til å sende mindre datamengder over meget lengre avstander. [0019] Both a power signal and a communication signal can be passed through the one-pin bushing at the subsea valve tree. Noise may conventionally occur over any frequency band, but the power signal may be transmitted at a frequency different from the frequency of the communication signal. The interface card can be designed to transmit power such as 175 V direct current. The frequency range of the communication network protocol can be chosen to optimize the transmission of data over long distances. In general, high-frequency transmission can be used to send significant amounts of data over shorter distances, and a low-frequency transmission can be used to send smaller amounts of data over much longer distances.

[0020]Det vises generelt til fig. 1, hvor et eksempel på et undersjøisk system og en kommunikasjonsapplikasjon er illustrert skjematisk. I denne utførelsesformen omfatter systemet 20 et undersjøisk ventiltre 22 og et kommunikasjonssystem 24 som muliggjør kommunikasjon over det undersjøiske ventiltreet 22. Det under-sjøiske ventiltreet 22 er posisjonert ved et undersjøisk dekk 26 over en brønn 28 som har et brønnhull 30 som strekker seg nedover inn i en undergrunnsformasjon 32. Det undersjøske ventiltreet 22 kan omfatte en rekke komponenter, innbefattende en rørhenger 34 som har en gjennomføring 36. Gjennomføringen 36 kan være utformet for å romme en enkelttapp-gjennomføring 38 som kan anvendes, f.eks. til å overføre kommunikasjonssignaler og kraftsignaler til og/eller fra et snodd par lokalisert i brønnen 28. Som et illustrerende eksempel kan det undersjøiske ventiltreet 22 være et vertikalt tre. [0020] Reference is generally made to fig. 1, where an example of a subsea system and a communication application is illustrated schematically. In this embodiment, the system 20 comprises a subsea valve tree 22 and a communication system 24 that enables communication over the subsea valve tree 22. The subsea valve tree 22 is positioned at a subsea deck 26 above a well 28 having a wellbore 30 extending downward into in a subsurface formation 32. The subsea valve tree 22 may comprise a number of components, including a pipe hanger 34 having a bushing 36. The bushing 36 may be designed to accommodate a single stud bushing 38 which can be used, e.g. to transmit communication signals and power signals to and/or from a twisted pair located in the well 28. As an illustrative example, the subsea valve tree 22 can be a vertical tree.

[0021]I tillegg til gjennomføringen 38 med en enkelt tapp, omfatter kommunikasjonssystemet 24 et signalomformingssystem 40 som har et øvre omformersystem 42 som vanligvis er plassert over én-tapps-gjennomføringen 38, og et nedre omformersystem 44 plassert under én-tapps-gjennomføringen 38. De øvre og nedre omformersystemene 42, 44, kan være posisjonert på motsatte sider av rørhengeren 34. Kommunikasjonssystemet 24 kan også omfatte kommunikasjons-Iedninger46, 48 som kan brukes til overføring av signaler, f.eks. kommunikasjons-og kraftsignaler, til og/eller fra steder på overflaten og steder nede i hullet. I den illustrerte utførelsesformen omfatter kommunikasjonsledningen 48 i det minste delvis et snodd kommunikasjons-ledningsparfor å muliggjøre kommunikasjon/ telemetri med snodde par. Selv om et snodd kommunikasjons-ledningspar er vist i dette illustrerende eksempelet, behøver utførelsesformer ikke å være begrenset til denne konfigurasjonen. Andre typer kommunikasjonsledninger kan brukes, slik som blant annet en flerlederkabel. [0021] In addition to the single tap feedthrough 38, the communication system 24 includes a signal conversion system 40 having an upper converter system 42 that is generally located above the single tap feedthrough 38, and a lower converter system 44 located below the single tap feedthrough 38 The upper and lower converter systems 42, 44 can be positioned on opposite sides of the pipe hanger 34. The communication system 24 can also include communication cables 46, 48 which can be used for the transmission of signals, e.g. communication and power signals, to and/or from locations on the surface and locations downhole. In the illustrated embodiment, communication line 48 at least partially comprises a twisted pair of communication lines to enable twisted pair communication/telemetry. Although a twisted pair of communication wires is shown in this illustrative example, embodiments need not be limited to this configuration. Other types of communication cables can be used, such as a multi-conductor cable.

[0022]Kommunikasjonssystemet 24 kan brukes til å levere kommunikasjonssignaler og/eller kraftsignaler til og fra en rekke anordninger 50 som befinner seg nede i brønnhullet. Anordningene 50 kan variere fra én applikasjon til en annen og kan innbefatter ventiler, pumper, målere, verktøy og andre anordninger. Den ene eller de flere brønnhullsanordningene 50 kan videre brukes i samvirke med eller utgjøre en del av en rekke forskjellige kompletteringer 51. [0022] The communication system 24 can be used to deliver communication signals and/or power signals to and from a number of devices 50 located down in the wellbore. The devices 50 may vary from one application to another and may include valves, pumps, gauges, tools and other devices. The one or more wellbore devices 50 can further be used in cooperation with or form part of a number of different completions 51.

[0023]Det vises generelt til fig. 2, hvor en utførelsesform av signalomformingssystemet 40 er illustrert. I denne utførelsesformen strekker én-tapps-gjennomføringen 38 seg gjennom rørhengeren 34 for å forbinde det øvre omformersystemet 42 med det nedre omformersystemet 44. Det nedre omformersystemet 44 er forbundet med et snodd par 52 som kan være jordet via passende jord 54. Det snodde paret 52 kan være forbundet med eller være utformet som en del av en brønnhullsbuss eller et nett 56, slik som et Well-net kommunikasjonsnettverk som er tilgjengelig fra Schlumberger Corporation. [0023] Reference is generally made to fig. 2, where one embodiment of the signal conversion system 40 is illustrated. In this embodiment, the single tap bushing 38 extends through the pipe hanger 34 to connect the upper converter system 42 to the lower converter system 44. The lower converter system 44 is connected by a twisted pair 52 which may be grounded via suitable ground 54. The twisted pair 52 may be connected to or formed as part of a wellbore bus or network 56, such as a Well-net communication network available from Schlumberger Corporation.

[0024]Selv om signalomformingssystemet 40 kan omfatte en rekke forskjellige komponenter, benytter den illustrerte utførelsesformen et grensesnittkort 58 og en undersjøisk elektronikkmodul 60 til å danne det øvre omformersystemet 42. Som et eksempel kan den undersjøiske elektronikkmodulen 60 være forbundet med grensesnittkortet 58 gjennom en DIN-kontakt med 96 ben eller ved hjelp av andre teknikker. Kommunikasjonssignaler kan leveres fra den undersjøiske elektronikkmodulen 60 til grensesnittkortet 58 via Modbus-kommunikasjon eller en annen passende kommunikasjonsmetode. Effekt kan i tillegg leveres gjennom den undersjøiske elektronikkmodulen 60 til grensesnittkortet 58. På fig. 2, er effekten eller kraften illustrert som levert fra en 24 V kilde i den undersjøiske elektronikkmodulen 60, men mange anvendelser leverer elektrisk kraft via en forsyningskabel eller en annen passende kraftforsyningsledning. [0024] Although the signal conversion system 40 may comprise a number of different components, the illustrated embodiment utilizes an interface board 58 and a subsea electronics module 60 to form the upper converter system 42. As an example, the subsea electronics module 60 may be connected to the interface board 58 through a DIN -contact with 96 legs or using other techniques. Communication signals may be provided from the subsea electronics module 60 to the interface board 58 via Modbus communication or another suitable communication method. Power can additionally be delivered through the underwater electronics module 60 to the interface board 58. In fig. 2, the power or power is illustrated as being supplied from a 24 V source in the subsea electronics module 60, but many applications supply electrical power via a supply cable or other suitable power supply line.

[0025]Grensesnittkortet 58 kan omfatte en omformermodul 62 som mottar kommunikasjonssignaler fra en undersjøisk elektronikkmodul 60 og omformer dem til en passende protokoll for bruk i det undersjøiske kommunikasjonssystemet. Kommunikasjonssignalene kan f.eks. omformes til Wellnet-kompatible kommunikasjonssignaler. Grensesnittkortet 58 omfatter videre en frekvensmodul 64 koplet til omformermodulen 62 og brukt til å øke frekvensen til kommunikasjonssignalet før det blir kombinert med kraftsignalet. Kraftsignalet som leveres gjennom den undersjøiske elektronikkmodulen 60 blir også omformet ved hjelp av en kraftomformermodul 66 som kan være en del av grensesnittkortet 58. Kraftomformermodulen 65 omformer f.eks. kraftsignalet til et likestrømssignal, slik som et likestrømsignal ved 175 volt eller et annet passende signal. Andre utførelsesformer behøver ikke å være begrenset til likestrømssignalet på 175 V som er beskrevet i dette eksempelet. [0025] The interface board 58 may comprise a converter module 62 which receives communication signals from a subsea electronics module 60 and converts them into a suitable protocol for use in the subsea communication system. The communication signals can e.g. are transformed into Wellnet-compatible communication signals. The interface board 58 further comprises a frequency module 64 connected to the converter module 62 and used to increase the frequency of the communication signal before it is combined with the power signal. The power signal that is delivered through the underwater electronics module 60 is also transformed by means of a power converter module 66 which can be part of the interface board 58. The power converter module 65 transforms e.g. the power signal to a DC signal, such as a DC signal at 175 volts or another suitable signal. Other embodiments need not be limited to the 175 V DC signal described in this example.

[0026]Det omformede kommunikasjonssignalet og kraftsignalet blir levert til en kombinasjonsmodul 68 som blir brukt til å kombinere signalene før grensesnittkortet 58 overfører de kombinerte signalene gjennom én-tapps-gjennomføringen 38 til det nedre omformersystemet 44. Det skal bemerkes at grensesnittkortet 58 også kan være utformet for å separere signalene som blir overført opp gjennom én-tapps-gjennomføringen 38 fra brønnhullet. Passende jordinger kan i tillegg tilveiebringes for komponentene i det øvre omformersystemet 42, det nedre omformersystemet 44 og brønnhullsnettet 56 etter behov. [0026] The reformulated communication signal and power signal are supplied to a combination module 68 which is used to combine the signals before the interface board 58 transmits the combined signals through the one-tap feedthrough 38 to the down converter system 44. It should be noted that the interface board 58 can also be designed to separate the signals that are transmitted up through the one-tap bushing 38 from the wellbore. Appropriate grounds can additionally be provided for the components of the upper converter system 42, the lower converter system 44 and the wellbore network 56 as required.

[0027]I denne spesielle utførelsesformen omfatter det nedre kommunikasjonssystemet 44 en frekvensforsterket bro 70 som er plassert under rørhengeren 34. Den frekvensforsterkede broen 70 mottar den utgående kommunikasjonen fra grensesnittkortet som, som beskrevet ovenfor, er blitt hevet til en høyere frekvens før det blir kombinert med likestrømskraftsignalet. På grunn av den høyere frekvensen kan analoge komponenter brukes i den frekvensforsterkede broen 70 til å separere kraftsignalet og kommunikasjonssignalet fra det kombinerte signalet. Etter signalsepareringen blir den frekvensforsterkede broen 70 brukt til å omforme signalet fra grensesnittkortet tilbake til kommunikasjonsnettfrekvensene. Kraftsignalet blir rekombinert tilbake med kommunikasjonssignalet og kombinasjonen blir levert til det snodde paret 52 for overføring ned i hullet. [0027] In this particular embodiment, the lower communication system 44 comprises a frequency-amplified bridge 70 which is located below the pipe hanger 34. The frequency-amplified bridge 70 receives the outgoing communication from the interface card which, as described above, has been raised to a higher frequency before being combined with the direct current power signal. Because of the higher frequency, analog components can be used in the frequency-amplified bridge 70 to separate the power signal and the communication signal from the combined signal. After the signal separation, the frequency-amplified bridge 70 is used to transform the signal from the interface board back to the communication network frequencies. The power signal is recombined back with the communication signal and the combination is delivered to the twisted pair 52 for transmission down the hole.

[0028]Den frekvensforsterkede broen 70 kan ha en rekke forskjellige former og komponenter, men en utførelsesform er illustrert skjematisk på fig. 3. I denne utførelsesformen omfatter den frekvensforsterkede broen 70 en signalseparasjons-modul 72 utformet for å separere kraftsignalet fra kommunikasjonssignalet etter mottakelse av det kombinerte signalet fra grensesnittkortet 58 via én-tapps-gjennomføringen 38. I denne utførelsesformen blir det separerte kommunikasjonssignalet levert til en digital omformermodul 74 som omformer kommunikasjonssignalet til et digitalt signal. Det digitale signalet blir levert til en etterfølgende omformermodul 76 som er utformet for å omforme det digitale signalet et passende nettsignal, slik som et Wellnet-kommunikasjonssignal. [0028] The frequency-amplified bridge 70 can have a number of different shapes and components, but one embodiment is illustrated schematically in fig. 3. In this embodiment, the frequency-amplified bridge 70 includes a signal separation module 72 designed to separate the power signal from the communication signal after receiving the combined signal from the interface board 58 via the one-tap feedthrough 38. In this embodiment, the separated communication signal is delivered to a digital converter module 74 which converts the communication signal into a digital signal. The digital signal is supplied to a downstream converter module 76 which is designed to convert the digital signal into a suitable network signal, such as a Wellnet communication signal.

[0029]Det separerte kraftsignalet blir levert til en kraftsignalomformer 78 som blir brukt til å omforme kraftsignalet tilbake til et likestrømssignal, slik som et likestrømssignal på 175 V. Kraftsignalet og kommunikasjonssignalet blir så levert til en kombinasjonsmodul 80 som blir brukt til å kombinere kraftsignalet og kommunikasjonssignalet for overføring til det snodde paret 52 og brønnhullsnettet 56. Det skal bemerkes at den frekvensforsterkede broen 70 også kan være utformet for å separere signaler som er mottatt fra brønnhullet, og disse signalene kan rekombineres for overføring til det øvre omformersystemet 42 gjennom én-tapps-gjennomføringen 38. [0029] The separated power signal is supplied to a power signal converter 78 which is used to convert the power signal back to a direct current signal, such as a 175 V direct current signal. The power signal and the communication signal are then supplied to a combination module 80 which is used to combine the power signal and the communication signal for transmission to the twisted pair 52 and the downhole network 56. It should be noted that the frequency-amplified bridge 70 can also be designed to separate signals received from the downhole, and these signals can be recombined for transmission to the upper converter system 42 through one-tap - the implementation 38.

[0030]Forskjellige alternativer finnes med hensyn til effektive måter for å forskyve frekvensen til kommunikasjonssignalet opp og ned. Én løsning er å omforme signalene fra analoge signaler til digitale signaler og så tilbake igjen. Virkningen blir at kommunikasjonssystemet må demoduleres og så umiddelbart moduleres igjen. En passende og effektivt kommunikasjonsprotokoll blir følgelig brukt. I noen utførelsesformer blir den frekvensforsterkede broen 70 effektivt brukt til "fangst" av data fra grensesnittkortet 58 og så "kasting" av dataene tilbake til kommunikasjonsnettet 56, mens den frekvensforsterkede broen 70 samtidig "fanger" data fra nettet 56 og viderefører dem til grensesnittkortet 58. [0030] Various options exist with respect to efficient ways to shift the frequency of the communication signal up and down. One solution is to convert the signals from analog signals to digital signals and back again. The effect is that the communication system must be demodulated and then immediately modulated again. An appropriate and efficient communication protocol is therefore used. In some embodiments, the frequency-amplified bridge 70 is effectively used to "capture" data from the interface card 58 and then "throw" the data back to the communication network 56, while the frequency-amplified bridge 70 simultaneously "captures" data from the network 56 and forwards it to the interface card 58 .

[0031]Flere variasjoner av signalomformingssystemet 40 kan også anvendes. I en utførelsesform, som illustrert på fig. 4, er det øvre omformersystemet 42 forenklet ved å modifisere grensesnittkortet 58 for å unngå kortslutning av kommunikasjonssignalet til jord. Ifølge en utførelsesform kan modifikasjonen for å unngå kortslutning utføres ved å benytte én eller flere passive komponenter 82 i en alternativ kombinasjonsmodul 84 som brukes til å kombinere de separate kommunikasjonssignalene og kraftsignalet. [0031] Several variations of the signal conversion system 40 can also be used. In one embodiment, as illustrated in fig. 4, the upper converter system 42 is simplified by modifying the interface board 58 to avoid shorting the communication signal to ground. According to one embodiment, the modification to avoid short circuit can be performed by using one or more passive components 82 in an alternative combination module 84 which is used to combine the separate communication signals and the power signal.

[0032]I en annen variant av omformingssystemet, er en ytterligere forenkling oppnådd med en forenklet frekvensforsterket bro, som illustrert på fig. 5. I dette eksempelet benytter den frekvensforsterkede broen 70 en kraftmodul 86 utformet for å bruke en innkommende likestrøm ved en ønsket spenning, slik som 175 V. I tillegg blir omforming til digital form oppnådd ved kommunikasjonsnett-frekvensene. Skjematisk, er systemet maken til den frekvensforsterkede broen som er illustrert på fig. 3, bortsett fra omformingen til digital form ved kommunikasjonsnett-frekvensene. Effektivt blir to kommunikasjons-nettstasjoner anordnet rygg-mot-rygg. Det første kommunikasjonsnettet kommuniserer med grensesnittkortet 58, og det kommuniserer digitalt med det andre kommunikasjonsnettet i den forenklede frekvensutvidede broen, og det andre kommunikasjonsnettet fører kommunikasjonen ned i hullet til brønnhullsanordningen eller [0032] In another variant of the conversion system, a further simplification is achieved with a simplified frequency-amplified bridge, as illustrated in fig. 5. In this example, the frequency-amplified bridge 70 uses a power module 86 designed to use an incoming direct current at a desired voltage, such as 175 V. In addition, conversion to digital form is achieved at the communication network frequencies. Schematically, the system is similar to the frequency-amplified bridge illustrated in fig. 3, except for the conversion to digital form at the communication network frequencies. Effectively, two communication network stations are arranged back-to-back. The first communication network communicates with the interface card 58, and it communicates digitally with the second communication network in the simplified frequency-extended bridge, and the second communication network carries the communication down the hole to the wellbore device or

-anordningenen 50 (se fig. 1). device 50 (see fig. 1).

[0033]I noen utførelsesformer kan modifikasjonene gjøres med kretsene for å sikre at kommunikasjonen ikke blir kortsluttet til jord. Passive komponenter kan f.eks. brukes i den frekvensutvidede boren 70. Som illustrert på fig. 6, kan den forenklede frekvensutvidede broen 70 modifiseres ved å bruke samvirkende kommunikasjons-nettstasjoner 88, 90. [0033] In some embodiments, the modifications can be made to the circuits to ensure that the communication is not shorted to ground. Passive components can e.g. is used in the frequency extended drill 70. As illustrated in fig. 6, the simplified frequency-extended bridge 70 can be modified by using cooperating communication network stations 88, 90.

[0034]Som et eksempel, kan de modifiserte nettstasjonene 88, 90 være utformet i det minste delvis med programvare. Kraftforbruk og andre driftsparametere kan estimeres fra de eksisterende anordningene/verktøyene, og dermed, når kommunikasjons-nettstasjonen blir oppgradert, kan lignende oppgraderinger utføres på programvaren på den frekvensutvidede broen 70. Om bruk av programvarebaserte komponenter er egnet, avhenger ofte av det spesielle miljøet og anvendelsen hvor kommunikasjonssystemet blir anvendt. [0034] As an example, the modified web stations 88, 90 may be designed at least in part with software. Power consumption and other operating parameters can be estimated from the existing devices/tools, and thus, when the communication network station is upgraded, similar upgrades can be performed on the software of the frequency-extended bridge 70. Whether the use of software-based components is suitable often depends on the particular environment and the application where the communication system is used.

[0035]Brønnsystemet 20 og kommunikasjonssystemet 24 kan være utformet med en rekke komponenter for bruk i forbindelse med mange typer brønnsystemer. Valget av komponenter for å konstruere signalomformingssystemet kan videre variere avhengig av miljømessige faktorer som systemet blir utsatt for i en gitt anvendelse. Mange typer undersjøiske ventiltrær, f.eks. vertikale ventiltrær og andre undersjøiske ventiltrær, kan videre anvendes i forbindelse med forskjellige typer rørhengere. I mange utførelsesformer er rørhengeren utformet med en enkelt gjennomføring for å romme passasje av en enkelt kommunikasjonsledning. Kommunikasjonsledningen kan imidlertid omfatte én eller flere elektriske ledninger, optiske fibere og andre media for overføring av kraft og/eller kommunikasjonssignaler. [0035] The well system 20 and the communication system 24 can be designed with a number of components for use in connection with many types of well systems. The choice of components to construct the signal conversion system may further vary depending on environmental factors to which the system is exposed in a given application. Many types of subsea valve trees, e.g. vertical valve trees and other underwater valve trees, can also be used in connection with different types of pipe hangers. In many embodiments, the pipe hanger is designed with a single bushing to accommodate the passage of a single communication line. The communication line may, however, comprise one or more electrical lines, optical fibers and other media for the transmission of power and/or communication signals.

[0036]Posisjonen til det øvre omformersystemet og det nedre omformersystemet kan videre variere. Styrekortene og de samvirkende komponentene kan videre være konstruert som alenestående komponenter eller i kombinasjon med andre brønnkomponenter. Komponentene i signalomformingssystemet kan også omfatte digitale komponenter, analoge komponenter og/eller blandinger av digitale og analoge komponenter. I noen anvendelser kan én eller flere av modulene i signalomformingssystemet oppnå den ønskede funksjonalitet via programvare, enten alene eller i kombinasjon med fysiske komponenter. [0036]The position of the upper converter system and the lower converter system can also vary. The control boards and the interacting components can also be designed as stand-alone components or in combination with other well components. The components of the signal conversion system may also include digital components, analogue components and/or mixtures of digital and analogue components. In some applications, one or more of the modules in the signal conversion system can achieve the desired functionality via software, either alone or in combination with physical components.

[0037]Selv om bare noen få utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i detalj ovenfor, vil følgelig vanlig fagkyndige på området lett forstå at mange modifikasjoner er mulige uten materielt å avvike fra læren i forbindelse med denne oppfinnelsen. Slike modifikasjoner er ment å være innbefattet innenfor rammen av oppfinnelsen slik den er definert i patentkravene. [0037] Although only a few embodiments of the present invention have been described in detail above, consequently those of ordinary skill in the field will readily understand that many modifications are possible without materially deviating from the teachings in connection with this invention. Such modifications are intended to be included within the scope of the invention as defined in the patent claims.

Claims

1. System, comprising: a subsea well communication system characterized in that it comprises: a pipe hanger (34) having a single pole electrical feedthrough (36) for both a communication signal and a power signal; an interface board (58) positioned above the single pole electrical bushing (36) for transmitting the communication signal and the power signal through the single pole electrical bushing (36); and a lower converter system (44) for converting the communication signal and the power signal for transmission through a twisted pair (52).

2. System as stated in claim 1, where the pipe hanger is positioned in a vertical valve tree placed on an underwater deck.

3. System as stated in claim 1, further comprising an underwater electronics module connected to the interface board above the pipe hanger.

4. System as stated in claim 1, where the lower converter system comprises a frequency-extended bridge.

5. System as stated in claim 4, where the frequency-extended bridge separates the communication signal from the power signal.

6. System as stated in claim 5, where the frequency-extended bridge transforms the power signal into a signal of 175 V.

7. System according to claim 5, where the frequency-extended bridge transforms the communication signal into a digital signal.

8. System as stated in claim 5, where the frequency extended bridge transforms the digital signal into a Wellnet communication signal.

9. System as set forth in claim 5, wherein the frequency extended bridge combines the power signal and the communication signal for transmission along the twisted pair.

10. System as stated in claim 1, where the single-pole electrical feed-through comprises a single-pin feed-through.

11. Method for use in a subsea well application, characterized in that it comprises: providing a communication signal and a power signal through a single wire arranged through a pipe hanger (34); and converting at least the communication signal into a twisted pair communication (52) for transmission down the well.

12. Method according to claim 11, wherein the provision comprises using an interface card positioned above the pipe hanger.

13. Method as stated in claim 12, where the provision comprises using a frequency-extended bridge positioned below the pipe hanger.

14. Method as stated in claim 13, further comprising connecting an underwater electronics module to the interface board over the pipe hanger.

15. Method as set forth in claim 11, further comprising using the frequency-extended bridge to separate the communication signal from the power signal.

16. The method as set forth in claim 15, further comprising using the frequency extended bridge to recombine the communication signal and the power signal for transmission along the twisted pair.

17. Communication system for use in a subsea application, characterized in that it comprises: a pipe hanger (34) positioned in a subsea valve tree (22), where the pipe hanger has a single pole electrical bushing (36) through which signals are communicated; an upper converter system (42) having electronics to combine a power signal and a communication signal into a combined signal, the upper converter system being positioned over the bushing (36); a lower converter system (44) positioned below the bushing, the lower converter system (44) having electronics to receive the combined signal upon transmission through the bushing (36), and to separate the combined signal into the power signal and the communication signal; and a twisted pair (52) wherein the lower converter system is capable of transmitting at least the communication signal via the twisted pair (52).

18. Communication system as set forth in claim 17, wherein the lower converter system further recombines the power signal and the communication signal for transmission via the twisted pair.

19. Communication system as set forth in claim 17, wherein the upper converter system comprises an underwater electronics module and an interface board.

20. Communication system as stated in claim 17, where the lower communication system comprises a frequency-extended bridge.