NO343661B1 - Kontaktløs sensorinnsats - Google Patents

Description

KONTAKTLØS SENSORINNSATS

Teknisk område

[0001] Foreliggende oppfinnelse angår generelt elektronikk, sensorer og trådløs kommunikasjon. Mer spesielt angår oppfinnelsen en sensorinnsats for bruk i et oljefeltmiljø, fortrinnsvis i en brønn under strenge brønnhullsbetingelser.

Beskrivelse av kjent teknikk

[0002] Overvåkningen av brønnhullsforhold med permanent utplasserte sensorer kan brukes for å optimalisere olje- og gassproduksjon. Pakkingsteknologien som brukes i dag for slike sensorsystemer (spesielt trykksensorer) er basert på separasjon av funksjonene i sensorsystemet i tre delsystemer. I et første delsystem er en første beholder som inneholder avfølingsdelen eller sensoren som sådan, i kontakt med omgivelsene (generelt høyt trykk for brønnhullsanvendelse). Denne første beholderen er sammensatt av en gjennomføring, et hulrom som inneholder sensoren, fylt med olje og en oljevolumkompensert anordning (generelt en belg eller en fleksibel membran) for dilatasjon/kontraksjon. I et annet delsystem inneholder en annen beholder elektronikken som ikke ser det eksterne trykket. Den andre beholderen er vanligvis fylt med en inert gass eller er under vakuum og er konstruert for å motstå høyt trykk. I et tredje delsystem inneholder en tredje beholder en kraft- og kommunikasjonsdel som er i direkte kontakt med det eksterne miljø, og som igjen krever en trykkbarriere mellom elektronikken og kraft/kommunikasjons-funksjonen. Denne pakkingsteknologien virker fint, men kostnadene for det endelige systemet er ikke konkurransedyktige nok når det er nødvendig å utplassere et stort antall sensorsystemer for engangs bruk i brønnhull på mange steder for å styre ventiler, pumper, annet produksjonsutstyr eller formasjonsparameterne.

[0002a]US60785461 beskriver en anordning, en fremgangsmåte og et system for å kommunisere informasjon mellom brønnhullsutstyr og overflateutstyr. Den elektromagnetiske signalforsterkningsanordningen omfatter et hus som er sikkert monterbart til utsiden av en rørstreng som er anordnet i et borehull. Huset innbefatter første og andre husdeler. Den første husdelen er elektrisk isolert fra den andre husdelen ved hjelp av en gapdel med en lengde som er minst to ganger diameteren til huset. Den første husdelen er elektrisk isolert fra rørstrengen og er festet til denne med en ikke-ledende stropp. Den andre husdelen er elektrisk koplet til rørstrengen og er festet til denne med en ledende stropp. En elektronikkpakke og et batteri er anordnet inne i huset. Elektronikkpakken mottar, behandler og gjenutsender den informasjonen som blir kommunisert mellom brønnhullsutstyret og overflateutstyret via elektromagnetiske bølger. US2004238165A1 beskriver metoder, et apparat, og systemer for å tilegne informasjon ved bruk av sensorer festet til et fôringsrør i et borehull.

[0003] Hovedulempene ved konvensjonelle sensorsystemer er at de krever forholdsvis kostbar høytrykkspakking og én eller flere skillevegg-gjennomføringer. En første skillevegg er nødvendig fordi avfølingsdelen må være eksponert for omgivelsestrykket, og dens tilhørende elektronikk må være pakket inne i et atmosfærisk kammer. Den annen skillevegg-gjennomføring er nødvendig for å forbinde sensorsystemet med verden utenfor.

[0004] Foreliggende oppfinnelse foreslår en ny systemarkitektur som gjør det mulig å redusere størrelsen av pakken så vel som prisen på de totale sensorsystemene uten å forringe systemytelsene, men forbedrer påliteligheten.

Oppsummering av oppfinnelsen

[0005] Oppfinnelsen angår i en utførelsesform en sensorinnsats som omfatter: (a) et beskyttende hus, hvor det beskyttende huset er bestandig mot brønnhullsmiljøer på oljefelt; (b) en sensor i det beskyttende huset som er i stand til å måle en parameter ved brønnhullsmiljøet på oljefeltet; (c) en festeanordning for sammenkopling med en annen sensorinnsats og/eller en konsentrator; (d) en datakommunikasjonsenhet inne i det beskyttende huset, hvor datakommunikasjonsanordningen tilveiebringer trådløs kommunikasjon av den målte parameteren til den andre sensorinnsatsen og/eller konsentratoren når den er forbundet med den andre sensorinnsatsen og/eller konsentratoren; og (e) en kraftenhet i det beskyttende huset, hvor kraftenheten leverer kraft til sensoren og/eller datakommunikasjonsenheten. Hovedfordelen ved sensorinnsatsen i henhold til oppfinnelsen er at de to skillevegg-gjennomføringene blir undertrykket.

[0006] Oppfinnelsen angår i en utførelsesform en sensorinnsats omfattende et beskyttende hus, hvor det beskyttende huset er bestandig overfor brønnhullsmiljøet på et oljefelt, en sensor inne i det beskyttende huset, som er i stand til å måle en parameter for brønnhullsmiljøet på et oljefelt. Oppfinnelsen angår videre en festeanordning for sammenkobling med en annen sensorinnsats, og en data/kraft-enhet i det beskyttende huset for trådløs kraftoverføring og trådløs datakommunikasjon av den målte parameteren til den andre sensorinnsatsen når den er koblet til den andre sensorinnsatsen.

[0007] Sensoren, datakommunikasjonsenheten og kraftenheten blir fortrinnsvis eksponert for det samme trykket inne i det beskyttende huset. Fordelen ved denne konstruksjonen muliggjør også en sløyfing av ytterligere gjennomføringer inne i det beskyttende huset.

[0008] Den trådløse datakommunikasjonen kan være en elektromagnetisk kommunikasjon og/eller en trykkbølgekommunikasjon. Den trådløse kraftoverføringen kan gjøres via induktiv kopling. Kraftenheten kan også være en energilagringsenhet som f.eks. et oppladbart batteri. Sensorinnsatsen kan videre omfatte en mikrostyringsenhet og/eller en lagerenhet for lagring av den målte parameteren. Festeanordningene kan være en hvilken som helst tatt fra den listen som utgjøres av: holding, festing, skruing, opphenging, fastklebing, krymping og innspenning. Det beskyttende huset er fortrinnsvis et ikke-metallisk hus og/eller fylt med et materiale.

[0009] I en annen utførelsesform beskriver oppfinnelsen en sensorinnsats som omfatter: (a) et beskyttende hus, hvor det beskyttende huset er bestandig overfor brønnhullsomgivelser på et oljefelt; (b) en sensor inne i det beskyttende huset, som er i stand til å måle en parameter for brønnhullsmiljøet på oljefeltet; (c) en festeanordning for tilkopling til en annen sensorinnsats og/eller en konsentrator; og (d) en kraft/data-enhet i det beskyttende huset, hvor kraft/data-enheten tilveiebringer trådløs kraftoverføring og trådløs datakommunikasjon av den målte parameteren til den andre sensorinnsatsen og/eller konsentratoren når den er forbundet med den andre sensorinnsatsen og/eller konsentratoren. Kraft/data-enheten er fortrinnsvis en antenne som kommuniserer data og energi via induktiv kopling.

[0010] I en tredje utførelsesform beskriver oppfinnelsen en sensorinnsats som omfatter: (a) et beskyttende hus, hvor det beskyttende huset er bestandig overfor brønnhullsomgivelser på et oljefelt; (b) en sensor i det beskyttende huset, som er i stand til å måle en parameter ved brønnhullsomgivelsene på oljefeltet; og (c) en feste/kraft/data-enhet inne i det beskyttende huset, hvor feste/kraft/data-enheten er sammenkoplet med en annen sensorinnsats og/eller en konsentrator for å tilveiebringe trådløs kraftoverføring og trådløs datakommunikasjon av den målte parameteren til den andre sensorinnsatsen og/eller konsentratoren når den er sammenkoplet med den andre sensorinnsatsen og/eller konsentratoren. Feste/ kraft/data-enheten kan være en solenoidantenne som kommuniserer data og energi via en induktiv kopling og feste via et magnetfelt. Feste/kraft/data-enheten kan være en halvtoroidal antenne.

[0011] Sensorinnsatsen kan videre omfatte en koplingsanordning for bedre å måle parameteren i brønnhullsomgivelsene på oljefeltet ved hjelp av sensoren. Den kan f.eks. være et fleksibelt materiale slik som en gummimembran.

[0012] Sensorinnsatsen kan videre omfatte en koplingsanordning for å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom sensoren og et fluid i brønnhullsmiljøet på oljefeltet.

[0013] Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen, blir det beskrevet et system som bruker en sensorinnsats som ovenfor, videre omfattende en konsentrator som er i stand til å bli koplet til sensorinnsatsen gjennom en festeanordning og som kan kommunisere data gjennom en datakommunikasjonsenhet. Systemet er fortrinnsvis videre i stand til å overføre kraft gjennom en kraftoverføringsenhet og/eller omfatter videre en kabel for data- og/eller kraftoverføring.

[0014] Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen er likevel et nettverk av slike systemer beskrevet for å overvåke en formasjon og/eller en brønnegenskap.

Kort beskrivelse av tegningene

[0014] Ytterligere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan bli forstått i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor:

● Fig. 1 viser en sensorinnsats i henhold til oppfinnelsen i en første utførelsesform.

● Fig. 2A viser en sensorinnsats i henhold til oppfinnelsen i en annen

utførelsesform.

● Fig. 2B viser en sensorinnsats i henhold til oppfinnelsen i en tredje utførelsesform.

● Fig. 3A viser sammenkoplingen av sensorinnsatsen med en annen sensorinnsats.

● Fig. 3B viser sammenkoplingen av sensorhylsen med en konsentrator. ● Fig. 4A viser sensorinnsatsen i en foretrukket utførelsesform.

● Fig. 4B viser en detaljert skisse av trykksensoren på fig.4A.

● Fig. 5A til 5C viser et nett av sensorinnsatser.

Detaljert beskrivelse

[0015] Oppfinnelsen består av en billig, trådløs trykksensor med integrert elektronikk for bruk i et brønnhullsmiljø. Kraft og kommunikasjon blir tilveiebrakt gjennom et inkorporert batteri og/eller via et trådløst grensesnitt som er tilgjengelig på begge sider av innsatsen for å muliggjøre enkel kombinasjon av flere sensorinnsatser. Sensorinnsatsen kan senkes ned i en brønn for periodiske målinger (ikke en permanent anvendelse) eller for permanent målinger (permanent overvåkningsanvendelse), og sensorinnsatsen kan alternativt være montert ved kompletteringstrinnet direkte i brønnen. Brønnen omfatter konvensjonelt et fôringsrør som isolerer en formasjon fra innsiden av brønnen, et produksjonsrør inne i fôringsrøret for utvinning av olje til overflaten og forskjellig utstyr for å sikre kontroll og/eller understøttelse av produksjonen (ventil, pakning, …). Sensorinnsatsen kan være lokalisert slik at det omgivende miljøet tillater måling av en egenskap ved et fluid i brønnen (slam, olje/vann/gass), eller en egenskap ved et fast stoff (formasjon, fôringsrør, produksjonsrør eller annet utstyr).

[0016] I en første utførelsesform omfatter sensorinnsatsen 101 i henhold til oppfinnelsen et beskyttende hus 10, en sensor (som sådan) 1, også kalt en avfølingsdel for å måle en parameter ved det omgivende miljøet, en datakommunikasjonsenhet 6, en kraftenhet 7 og en festeanordning 5 for sammenkopling med en annen sensorinnsats 102 og/eller med en hoved- eller vertskonsentrator 100. Fig.1 presenterer den generelle utformingen av sensorinnsatsen, og figurene 3A og 3B representerer samvirkningen mellom sensorinnsatsen og en annen sensorinnsats (3B) eller en konsentrator (3A).

[0017] Forskjellige typer sensorer og forskjellig type teknologi kan implementeres i sensorinnsatsen. Sensorer kan måle egenskaper fra brønnhullsfluidet i formasjonen eller selve formasjonen, eller alternativt egenskaper fra brønninfrastrukturen slik som fôringsrør eller produksjonsrør, eller også alternative egenskaper ved fluid inne i brønnen, en kombinasjon av flere sensorer som måler forskjellige egenskaper er også mulig. Slike sensorer kan f.eks. måle fluidtrykket eller hastigheten inne i brønnen eller måle det omgivende formasjonsfluidtrykket, temperaturen, resistiviteten, saliniteten eller detektere forekomst av kjemiske komponenter slik som CO2eller H2S, og sensorene kan også anvendes til å måle egenskaper ved fôringsrør eller produksjonsrør, slik som korrosjon, spenning og strekk. Som eksempel kan de følgende sensortypene være implementert:

- Trykk og temperatur,

- Resistivitet (eller konduktivitet),

- Gammastråling, røntgenstråling,

- Spenning eller strekk i fôringsrør og produksjonsrør,

- Strømningshastigheter, fluiddensitet,

- pH i omgivende fluider,

- Kjemisk innhold slik som CO2- og H2S-overvåkning.

[0018] Datakommunikasjonsenheten 6 tilveiebringer trådløs kommunikasjon mellom komponentene i det beskyttende og verden utenfor, dvs. det omgivende miljøet. Det beskyttende huset som er forseglet, og gjennomføringen mellom elektronikken inne i og utenfor som man ønsker å unngå, idet trådløs kommunikasjonen sikrer effektiv dataoverføring. Som man vil forstå, behøver datakommunikasjonsenheten ikke å ha lang overføringsrekkevidde, idet datakommunikasjonsenheten bare skal være i stand til å kommunisere med den andre sensorinnsatsen og/eller med hovedkonsentratoren. Kommunikasjonsrekkevidden til datakommunikasjonsenheten er derfor høyst 20 cm og fortrinnsvis på noen centimeter, helst mindre enn 5 cm. Den trådløse kommunikasjonen kan foretas via elektromagnetiske bølger og/eller via trykkbølger. Datakommunikasjonsenheten kan derfor være en elektromagnetisk generator, og i en første utførelsesform er den elektromagnetiske generatoren en optisk generator, fortrinnsvis av typen IR-, synlig lys- eller UV-emitter, i en annen utførelsesform er den elektromagnetiske generatoren en radiobølgegenerator, fortrinnsvis av den typen hvor antennen eller datakommunikasjonsenheten kan være en transduser som frembringer lydbølger, fortrinnsvis av typen ultralydtransduser.

[0019] Kraftenheten 7 gir kraftforsyning til komponenter i det beskyttende huset som må forsynes. Kraftenheten kan i en første utførelsesform være en energilagringsenhet av typen oppladbart batteri eller ikke-oppladbart batteri. Kraftenheten i en annen utførelsesform kan være en anordning som sikrer trådløs kraftoverføring mellom innsiden av det beskyttende huset og det utenforliggende miljø.

[0020] Det beskyttende huset sikrer beskyttelse mellom komponenter i det beskyttende huset og verden utenfor, dvs. det omgivende miljøet. Det beskyttende huset er et hus som er forseglet mot det omgivende miljøet. Det beskyttende huset er bestandig mot brønnhullsmiljøet på et oljefelt og er derfor i stand til å motstå korrosjon, brønnhullstemperaturer og brønnhullstrykk. To konstruksjonstyper er mulige, i en første type er et ikke-metallisk hus brukt for å unngå enhver skjermet romeffekt, idet denne første type konstruksjon blir foretrukket når datakommunikasjonsenheten bruker elektromagnetiske bølger for kommunikasjon (radiobølger, …). I en annen type konstruksjon blir derimot et metallisk hus brukt for å tillate den skjermede romeffekten, idet denne annen type konstruksjon blir foretrukket når datakommunikasjonsenheten benytter akustisk eller optisk kommunikasjon. Det metalliske huset kan videre være dekket av et belegg som beskytter mot korrosjon. Geometrien til det beskyttende huset er ikke noen viktig faktor (bortsett fra når romskjermingseffekten søkes og når en viss geometri må brukes), da blir brukbare utforminger foretrukket. Det beskyttende huset er derfor fortrinnsvis en sylinder som lett kan forbindes med en annen sylinder.

[0021] Festeanordningen 5 sikrer sammenkopling mellom sensorinnsatsen og den andre sensorinnsatsen og/eller hoved- eller vertskonsentratoren.

Festeanordningen kan være av en hvilken som helst type for å sikre fast kontakt med de to elementene, idet holding, festing, skruing, opphenging, klebing, krymping eller innspenning kan brukes. Magnetiske krefter for å sikre fast kontakt kan også benyttes: festeanordningen er dermed en magnet. Festeanordningen kan sikre permanent kontakt eller være inne i det beskyttende huset, på det beskyttende huset eller integrert i det beskyttende huset avhengig av dets beskaffenhet.

[0022] Den andre sensorinnsatsen 102 som er forbundet med sensorinnsatsen 101, kan være en sensorinnsats av samme type som beskrevet ovenfor, eller av en type som er litt eller fullstendig forskjellig avhengig av de alternativene som er valgt for sensorinnsatsen. Det er imidlertid viktig å sikre den innbyrdes virkemåten når begge sensorinnsatsene, dvs. både datakommunikasjons-enhetene (6, 62) skal kommunisere mellom dem, begge festeanordningene (5, 52) skal sikre kontakt, kraftenheten (7, 72) skal sikre kraftforsyning i begge kamrene.

[0023] Konsentratoren 100, som er forbundet med sensorinnsatsen 101, er en enhet som er i stand til å kommunisere med sensorinnsatsen ved hjelp av trådløs dataoverføring via en datakommunikasjonsenhet 60, som er i stand til å levere kraft gjennom trådløs kraftoverføring via en kraftenhet 70 om nødvendig, og som er i stand til å bli forbundet med sensorinnsatsen via festeanordningen 50. Konsentratoren kan være en hovedkonsentrator som er forbundet med overflaten gjennom en ledningsforbindelse 55 og sikrer god funksjonering av sensorinnsatsen 101. Eller konsentratoren kan være en vertskonsentrator som sikrer lagring av data og kraftforsyning om nødvendig, og som kan fjernes fra brønnen.

[0024] I en annen utførelsesform, omfatter sensorinnsatsen 101 i henhold til oppfinnelsen et beskyttende hus, 10, en sensor 1 for å måle en parameter for det omgivende miljøet, en datakommunikasjons- og kraftenhet 67 og en festeanordning 5 for tilkopling til en annen sensorinnsats 102 og/eller en hoved- eller vertskonsentrator 100. Fig.2A presenterer den generelle utformingen av sensorinnsatsen i henhold til den andre utførelsesformen, og figurene 3A og 3B representerer samvirkningen mellom sensorinnsatsen og en annen sensorinnsats (3B) eller en konsentrator (3A).

[0025] I denne andre utførelsesformen, leverer data/kraft-enheten trådløs dataoverføring, men også trådløs kraftoverføring. Data/kraft-enheten er en induktiv koplingsantenne som tilveiebringer kraftoverføring og dataoverføring via en induktiv kopling.

[0026] I en tredje utførelsesform omfatter sensorinnsatsen 101 i henhold til oppfinnelsen et beskyttende hus 10, en sensor 1 for å måle en parameter ved det omgivende miljøet og en data/kraft/feste-enhet 567 for tilkopling til en annen sensorinnsats 102 og/eller en hoved- eller vertskonsentrator 100. Fig.2B presenterer den generelle utformingen av sensorinnsatsen i henhold til den tredje utførelsesformen, og fig.3A og 3B representerer vekselvirkningen mellom sensorinnsatsen og en annen sensorinnsats (3B) eller en konsentrator (3A).

[0027] I denne tredje utførelsesformen tilveiebringer data/kraft/feste-enheten trådløs dataoverføring og trådløs kraftoverføring, men sikrer også funksjonen til festeanordningen gjennom bruken av magnetiske krefter. Data/kraft/feste-enheten er en induktiv koplingsantenne som tilveiebringer kraftoverføring og dataoverføring via induktiv kopling, og festefunksjonen via magnetisk kopling.

[0028] Ytterligere elektronikk kan også tilføyes sensorinnsatsen, f.eks en mikrostyringsenhet og en lagerenhet. Sensorinnsatsen måler data og lagrer disse i lagerenheten, idet mikrostyringsenheten sikrer funksjonen til sensorinnsatsen ved hjelp av forskjellige forutbestemte programmer; for eksempel måling av parametere via en definert syklus, lagring av dataene i lageret og opplasting av de lagrede dataene på overflaten når det er nødvendig. Alternativt kan mikrostyringsenheten være en reprogrammerbar mikrostyringsenhet.

[0029] I en foretrukket utførelsesform omfatter sensorinnsatsen en koplingsanordning 11A for bedre avføling av parameteren for brønnhullsmiljøet på oljefeltet ved hjelp av sensoren. Ettersom det beskyttende huset vanligvis er effektivt utformet for å beskytte komponentene i dette, kan det forekomme at visse typer sensorer ikke kan måle parameteren for brønnhullsmiljøet på grunn av "for god beskyttelse" bak huset (f.eks. en trykksensor). Derfor er f.eks. koplingsanordningen 11A laget av et mer fleksibelt materiale eller et mer reaktivt materiale for å sikre kopling mellom parameteren for brønnhullsmiljøet og sensoren. Hvis f.eks. en trykksensor blir brukt, vil koplingsanordningen 11A være en gummimembran i en gummiformartikkel; hvis en gammasensor blir brukt, vil koplingsanordningen 11A være et materiale med lavt atomnummer (f.eks. bor).

[0030] I en annen foretrukket utførelsesform omfatter sensorinnsatsen en koplingsanordning 11B for å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom sensoren og et fluid eller fluider i formasjonen. Koplingselementet kan være et kammer fylt med et materiale valgt for sin høye permeabilitet for å overføre hydraulisk trykk fra de omgivende fluidene til trykkmåleren. Størrelsesfordelingen av porene i materialet kan også optimaliseres slik at partiklene i formasjonen ikke vil trenge inn i materialet.

[0031] En hovedfordel ved sensorinnsats-teknologien er enkeltheten når det gjelder å tilveiebringe en enkel konstruksjon uten komplisert arkitektur og forbindelse, for derved å redusere kostnadene og kompleksiteten mens påliteligheten og anvendbarheten blir forbedret. Materialet som brukes, er vanlige materialer og ber ikke om komplisert og/eller kostbar teknologi, og materialet er også enkelt å montere, fortrinnsvis ved hjelp av støping. Påliteligheten blir forbedret fordi gjennomføringer blir unngått og anvendbarheten fordi sensorinnsatsen bedre motstår strenge omgivelser.

[0032] En annen viktig fordel ved sensorinnsats-teknologien er muligheten for i betydelig grad å redusere størrelsen av innsatsen ved minimalisering. Sensorinnsatsen kan ha en lengde under femti cm, noen cm og enda mindre enn én cm. Sensoren kan effektivt være av typen MEMS og elektronikken som brukes inne i innsatsen, kan være av den type elektronikk som krever lav eller meget lav effekt. Takket være bruken av elektronikk med meget lav eller lav effekt, når sensorinnsatsen blir brukt med direkte kraftforsyning (oppladbart batteri eller ikkeoppladbart batteri), sikrer den lille mengden med effekt som er lagret i batteriet, kraftforsyning for alle komponentene i sensorinnsatsen, og når sensorinnsatsen blir brukt med indirekte kraftforsyning (trådløs kraftoverføring), er denne kraftoverføringen nok til å sikre behovene uttrykt ved elektrisk forbruk i alle komponentene i sensorinnsatsen.

[0033] Sensorinnsatsen i henhold til oppfinnelsen kan brukes til å overvåke formasjons- eller brønnegenskaper i forskjellige domener, slik som:

- Olje- og gass-leting og produksjon,

- Vannlagring,

- Gasslagring,

- Undergrunns-avfallsdeponering (kjemikalier og kjernefysisk materiale).

[0034] I en fjerde utførelsesform kan sensorinnsatsen være utformet inne i et annet funksjonelt element. Sensorinnsatsen kan effektivt være en del av et større system som bruker sensorinnsatsen i henhold til oppfinnelsen, idet interessen for å benytte sensorinnsatsen i dette større systemet er å unngå gjennomføringer og sikre en perfekt beskyttelse av sensoren innen det større system.

[0035] Ettersom flere sensorinnsatser kan brukes sammenkoplet, kan et nett av sensorinnsatser realiseres ved å bruke ytterligere forskjellige typer sensorer. Et nett i serie kan realiseres ved å kople sammen hver sensorinnsats, eller et nett i parallell kan realiseres ved å bruke en kabel med flere forbindelser som går til ytterligere forskjellige konsentratorer. Et nett med tre forskjellige sensorinnsatser kan f.eks. realiseres ved å bruke en trykksensorinnsats, en temperatur/trykksensorinnsats og en karbondioksid-trykksensorinnsats. Formålet med nettet vil være å måle suksessivt temperatur, trykk og CO2-konsentrasjon i brønnen. Av pålitelighetsgrunner kan sensorinnsatsen være duplisert. Fordelen ved nettsensorinnsatsene er den innbyrdes operasjonsevnen og styringsevnen.

[0036] Figurene 4A og 4B viser sensorinnsatsen i henhold til oppfinnelsen i den foretrukne utførelsesformen. Sensorinnsatsen 101 består av en billig, trådløs trykksensor 1 med integrert elektronikk (ikke vist) for bruk i et brønnhullsmiljø. Kraft og kommunikasjon blir tilveiebrakt ved hjelp av et trådløst grensesnitt (567A, 567B) som er tilgjengelig på begge sider av sensorinnsatsen for å sørge for lett kombinasjon av flere sensorinnsatser. All elektronikk er eksponert for omgivelsestrykket, idet sensorinnsatsen har et ikke-metallisk hus 10, og alle indre komponenter, bortsett fra trykksensoren 1, er støpt inn. En billig gummimembran 411A, understøttet av et gummiformelement 411B overfører det ytre trykket til et lite volum med olje 12 som fyller området omkring trykksensoren 1 som er montert på et keramisk substrat 9.

[0037] Det trådløse grensesnittet som tilveiebringer kraft og kommunikasjon er laget av en halvtoroidal antenne. De halvtoroidale antennene er plassert ved begge ender av sensorinnsatsen for å muliggjøre fleksibel tilkopling av flere sensorinnsatser og/eller konsentratorer i serie. Fig.5A til 5C viser forskjellige mulige utforminger av nettet av sensorinnsatser når to sensorinnsatser (eller sensorinnsatser og konsentratorer) er sammenkoplet, hvor to halvtoroidale antenner utgjør en transformator som kan overføre data og energi. Transformatoreffektiviteten vil hovedsakelig være avhengig av gapet mellom de to antennene som blir bestemt av to ganger tykkelsen av hvert beskyttende hus 10. En bedre kopling kan tilveiebringes ved hjelp av en optimalisert magnetkjernekonstruksjon. Avhengig av den magnetiske koplingen for hvert antennesett, er viklingsforholdet valgt for å opprettholde et mest mulig konstant spenningsnivå over en rekke sensorinnsatser.

[0038] Oljevolumet omkring trykksensoren blir redusert til et absolutt minimumsvolum ved å fylle hele sensorinnsatsen, f.eks. med et inert materiale slik som epoksy. Bare et lite volum omkring sensoren er fylt med olje som tjener til å overføre det eksterne trykket til trykksensoren. Den fleksible membranen, som kan være laget av gummi, eller alternativt en tynn metallmembran, forsegler oljen inne i innsatsen og overfører det eksterne trykket til sensoren. Fig.3B viser mer detaljert implementeringen av dette prinsippet. Beskyttelse mot det korrosive brønnhullsmiljøet blir tilveiebrakt ved hjelp av det ikke-metalliske huset 10 som kan bestå av PEEK, og gummistøpeelementet 411B. Alle indre komponenter i sensorinnsatsen er eksponert for omgivelsestrykket, noe som eliminerer behovet for kostbare skilleveggforbindelser og ledningsgjennomføringer.

[0039] Toveis kommunikasjon kan tilveiebringes f.eks. ved å bruke FSK-modulasjon av vekselstrømsignalet som leveres til den primære antennen, og impedansmodulasjon ved nivået for hver individuell sensorinnsats. Hver melding kan inneholde en adresse slik at hver sensorinnsats kan adresseres individuelt. Hver sensorinnsats dekoder FSK-signalet, og svarer bare hvis meldingen har den korrekte adresse.

[0040] Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen bruker sensorinnsatsen i henhold til oppfinnelsen et pakningssystem som bruker integrasjonen av alle funksjoner i en trykksatt beholder fylt med olje og/eller fylling av den trykksatte beholderen med gel, polyeter-eterketonplast eller keramikk for å minimalisere oljevolumekspansjon/ kontraksjon som gjør det mulig å minimalisere størrelsen av kompensasjonsanordningen (generelt laget av en belg). Minimaliseringen av oljevolumet som innføres i den trykksatte beholderen som inneholder sensoren og elektronikken, er viktig for å unngå å ha en lang belg for oljevolum-dilatasjon/kontraksjon ved eksponering for trykk- og temperaturvariasjoner. Det komplette sensorsystemet kan også minimaliseres. I det tilfelle, blir blandede løsninger foreslått: gelfylling av det trykksatte hulrommet, glasskuler blandet med olje, og keramikk/polyeter-eterketonhus som passer inn i formen til sensor- og elektronikksammenstillingen.

Claims (5)

Patentkrav

1. En sensorinnsats (101) omfattende:

et beskyttende hus (10), hvor det beskyttende huset (10) er bestandig overfor brønnhullsmiljøet (20) på et oljefelt;

en sensor (1) inne i det beskyttende huset (10), som er i stand til å måle en parameter for brønnhullsmiljøet (20) på et oljefelt;

k a r a k t e r i s e r t v e d å ha:

en festeanordning (5) for sammenkobling med en annen sensorinnsats (102); og

en data/kraft-enhet (67) i det beskyttende huset (10) for trådløs kraftoverføring og trådløs datakommunikasjon av den målte parameteren til den andre sensorinnsatsen (102) når den er koblet til den andre sensorinnsatsen (102).

2. Sensorinnsatsen ifølge krav 1, hvor sensoren (1) og data/kraft-enheten (67) og kraftenheten (7) er utsatt for det samme trykket i det beskyttende huset (10).

3. Sensorinnsatsen ifølge krav 1 eller 2, hvor den trådløse datakommunikasjonen er elektromagnetisk kommunikasjon.

4. Sensorinnsatsen ifølge krav 1 eller 2, hvor den trådløse datakommunikasjon er trykkbølgekommunikasjon.

5. Sensorinnsatsen ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte data/kraft-enheten er en antenne som kommuniserer data og kraft via induktiv kobling.