NO345860B1

NO345860B1 - System og fremgangsmåte for kommunikasjon med instrumenter i brønnhull via kraftkabel

Info

Publication number: NO345860B1
Application number: NO20130205A
Authority: NO
Inventors: James E Layton
Original assignee: Baker Hughes Holdings Llc
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2021-09-13
Also published as: BR112013002203A8; CA2806569C; BR112013002203A2; NO20210648A1; GB2499524A; BR112013002203B1; GB2499524B; WO2012016117A1; CA2806569A1; GB201302885D0; NO20130205A1; US8446292B2; NO346998B1; US20120026003A1

Description

Bakgrunn

[0001] Oppfinnelsens felt

[0002] Oppfinnelsen vedrører systemer for kommunikasjon mellom overflate- og brønnhullutstyr, og nærmere bestemt systemer og fremgangsmåter for pålitelig kommunikasjon av data mellom overflate- og brønnhullutstyr over en strømkabel, enten kabelen er relativt kort, lang eller mellomlang.

[0003] Tilknyttet teknologi.

[0004] Systemer som sørger for kommunikasjon mellom overflate- og brønnhullutstyr (utstyr plassert i et borehull) over strømkabler er kjent. Disse systemene kan bruke forskjellige teknologier, men typisk modulerer en transmitter koblet til brønnhullutstyret et bærebølgesignal med en datastrøm og preger det modulerte signalet på strømkabelen. En mottaker koblet til strømkabelen på overflaten detekterer så det modulerte signalet og demodulerer datastrømmen fra signalet. US 2005/0110655 A1 vedrører radiofrekvenskommunikasjon med nedihullsutstyr. WO 01/03323 A1 angir et kraftlinjekommunikasjonssystem.

[0005] Datastrømmen, som kan være oppnådd fra sensorer, produsert av brønnhullutstyr eller generert på annet vis, kan innkodes og moduleres i bærebølgesignalet på en rekke måter. Dataen kan, for eksempel, frekvensmoduleres, amplitudemoduleres, burst-moduleres, frekvensforskyvingsnøkkel-moduleres, faseforskyvingsnøkkel-moduleres, mv. Det modulerte bærebølgesignalet kan da preges på strømkabelen, for eksempel gjennom et direkte uttak til strømkabelen, eller gjennom en reaksjonskobling. Mottakeren kan oppnå det modulerte bærebølgesignalet fra strømkabelen ved hjelp av liknende anordninger, og kan demodulere datastrømmen fra signalet ved bruk av komplementære demoduleringsteknikker. Kommunikasjoner kan være enveis eller toveis mellom brønnhull og overflateutstyr.

[0006] Signaler som bæres over strømkabler er gjenstand for interferens og attenuering i kabelen. Signaler på kabelen frembringer resonans ved frekvenser som er omvendt proporsjonale med kabellengden (brønndybde) og attenuerer i direkte proporsjon til kabellengden. Konvensjonelle systemer bruker et enkelt bærebølgesignal som har en enkeltfrekvens som normalt velges slik at den er høy nok til å unngå resonansinterferens i grunnere brønner, men lav nok til å minimalisere attenuering i dypere brønner. Selv om bærefrekvensen kan optimaliseres for en spesiell kabellengde, kan den ikke optimaliseres for flere lengder, så systemet kan fungere korrekt i enkelte brønner, men ikke i andre.

[0007] Det vil derfor være ønskelig å sørge for systemer og fremgangsmåter som muliggjør pålitelige kommunikasjoner i strømkabelen mellom overflate- og brønnhullutstyr, uansett lengden på strømkabelen.

Oppsummering av oppfinnelsen

[0008] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse er angitt i de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Denne forklaringen er rettet mot systemer og fremgangsmåter for pålitelig kommunikasjon av data mellom overflate- og brønnhullutstyr over en strømkabel, enten kabelen er relativt kort, lang eller mellomlang. Særlig sikrer systemene og fremgangsmåtene generering av multiple bærebølgesignaler med forskjellige frekvenser, modulering av en felles datastrøm på bærebølgesignalene, kommunikasjon av de modulerte signalene over strømkabelen, gjenoppretting av minst ett av de modulerte signalene, og demodulering av datastrømmen fra det gjenopprettede signalet.

[0009] En utførelsesform av oppfinnelsen er et system for kommunikasjon mellom overflateutstyr og brønnhullutstyr over en strømkabel av ubestemt lengde. Systemet omfatter overflateutstyr, brønnhullutstyr plassert i et borehull, og en strømkabel koblet mellom overflate- og brønnhullutstyret. Kabelen er konfigurert til å levere kraft fra overflateutstyret til brønnhullutstyret. Systemet omfatter videre minst én transmitter og en mottaker, som begge er koblet til strømkabelen. En av dem (transmitter eller mottaker) er koblet til overflateutstyr, og den andre er koblet til brønnhullutstyret. Transmitteren er konfigurert til å generere multiple høyfrekvente bærebølgesignaler ved forskjellige frekvenser, modulere en felles datastrøm på hvert av disse bærebølgesignalene, og prege de resulterende, modulerte, høyfrekvente datasignalene på strømkabelen. Mottakeren er konfigurert til å gjenopprette ett eller flere av de modulerte, høyfrekvente datasignalene fra strømkabelen og demodulere den felles datastrømmen fra minst ett av disse signalene.

[0010] Transmitteren kan konfigureres til å generere høyfrekvente bærebølgesignalene ved å generere en endret firkantimpuls, med komponenter som omfatter sinusbølger ved en grunnfrekvens og én eller flere harmoniske oversvingninger herav. Bærebølgesignalene kan moduleres med data fra én eller flere sensorer som bruker burst-modulering eller andre moduleringsskjemaer. Mottakeren kan konfigureres for å gjenopprette og demodulere den felles datastrømmen fra ett eller flere av de modulerte, høyfrekvente datasignalene. Transmitteren kan konfigureres til å overføre de høyfrekvente datasignalene på strømkabelen parallelt med transmisjon av kraft over strømkabelen til brønnhullutstyret.

[0011] En annen utførelsesform omfatter en transmitter koblet til en strømkabel som bærer kraft fra overflateutstyret til brønnhullutstyret. Transmitteren er konfigurert til å generere multiple høyfrekvente bærebølgesignaler ved forskjellige frekvenser, modulere en felles datastrøm på hvert av bærebølgesignalene, og prege de resulterende, modulerte, høyfrekvente datasignalene på strømkabelen.

[0012] En annen utførelsesform omfatter en mottaker koblet til en strømkabel som bærer kraft fra overflateutstyret til brønnhullutstyret. Mottakeren er konfigurert til å detektere multiple høyfrekvente datasignaler, som hvert enkelt har en forskjellig bærefrekvens. Mottakeren er videre konfigurert til å gjenopprette ett eller flere av de detekterte, høyfrekvente datasignalene fra strømkabelen og demodulere en datastrøm fra minst ett av disse signalene. Hvis mer enn ett av de høyfrekvente datasignalene kan gjenopprettes fra strømkabelen, kan mottakeren demodulere datastrømmen (som er felles for de høyfrekvente datasignalene) fra mer enn ett av signalene.

[0013] En annen utførelsesform omfatter en fremgangsmåte for pålitelig kommunikasjon mellom overflateutstyr og brønnhullutstyr over en strømkabel av ubestemt lengde. Fremgangsmåten omfatter generering av høyfrekvente bærebølgesignaler ved forskjellige frekvenser, modulering av høyfrekvente bærebølgesignaler med en felles datastrøm, trykking av datasignalene på strømkabelen, mottaking av de høyfrekvente datasignalene fra strømkabelen, og demodulering av den felles datastrømmen fra ett eller flere av de høyfrekvente datasignalene. De høyfrekvente bærebølgesignalene kan genereres ved å generere en endret firkantimpuls, med komponenter som omfatter sinusbølger ved en grunnfrekvens og én eller flere harmoniske oversvingninger herav.

Bærebølgesignalene kan moduleres med data fra én eller flere sensorer som bruker burstmodulering eller andre moduleringsskjemaer. Mottakeren kan konfigureres for å gjenopprette og demodulere den felles datastrømmen fra ett eller flere av de modulerte, høyfrekvente datasignalene. De høyfrekvente datasignalene kan overføres til strømkabelen samtidig med overføring av kraft over strømkabelen til brønnhullutstyret.

[0014] En annen utførelsesform omfatter en fremgangsmåte for å overføre data over en strømkabel av ubestemt lengde. Fremgangsmåten omfatter generering av høyfrekvente bærebølgesignaler ved forskjellige frekvenser, modulering av høyfrekvente bærebølgesignaler med en felles datastrøm, trykking av datasignalene på strømkabelen. De høyfrekvente bærebølgesignalene kan genereres ved å generere en endret firkantimpuls, med komponenter som omfatter sinusbølger ved en grunnfrekvens og én eller flere harmoniske oversvingninger herav. Bærebølgesignalene kan moduleres med data fra én eller flere sensorer som bruker burst-modulering eller andre moduleringsskjemaer.

[0015] En annen utførelsesform omfatter en fremgangsmåte for gjenoppretting av data overført over en strømkabel av ubestemt lengde. Fremgangsmåten omfatter detektering av ett eller flere høyfrekvente datasignaler på strømkabelen, gjenoppretting av ett eller flere av de høyfrekvente datasignalene fra strømkabelen, og demodulering av en datastrøm fra ett eller flere av de høyfrekvente datasignalene (som alle er modulert med en felles datastrøm). Den felles datastrømmen kan demoduleres fra ett eller flere modulerte, høyfrekvente datasignaler. Feilkontroll kan utføres på den demodulerte datastrømmen. De høyfrekvente datasignalene kan gjenopprettes fra strømkabelen parallelt med overføring av kraft over strømkabelen til brønnhullutstyret.

[0016] Flertallige andre utførelsesformer er også mulig.

Kort beskrivelse av tegningene

[0017] Andre formål og fordeler med oppfinnelsen vil kunne fremkomme ved å lese følgende detaljerte beskrivelse og med henvisning til de vedlagte tegningene.

[0018] FIGUR 1 er et skjema som viser et eksemplarisk pumpesystem i samsvar med en utførelsesform.

[0019] FIGUR 2 er et skjema som viser en eksemplarisk målerenhet koblet til en pumpemotor i samsvar med en utførelsesform.

[0020] FIGUR 3 er et skjema som viser en eksemplarisk mottaker koblet til en motorkontroller i samsvar med en utførelsesform.

[0021] FIGUR 4 er et flytskjema som viser en grunnleggende fremgangsmåte for å kommunisere data fra en transmitter til en mottaker i samsvar med en utførelsesform.

[0022] FIGUR 5 er et flytskjema som viser en eksemplarisk fremgangsmåte der data genereres, behandles og overføres fra en transmitter koblet til én eller flere sensorer.

[0023] FIGUR 6 er et flytskjema som viser en eksemplarisk fremgangsmåte der data mottas og behandles i mottakeren for å besørge sensordata til en bruker.

[0024] Selv om oppfinnelsen er gjenstand for forskjellige endringer og alternative former, vises spesifikke utførelsesformer derav eksempelvis på tegningene og den vedlagte, detaljerte beskrivelsen. Det skal likevel forstås at tegningene og den detaljerte beskrivelsen ikke er ment å begrense oppfinnelsen til den bestemte utførelsesformen som er beskrevet. Denne forklaringen er i stedet ment å dekke alle endringer, ekvivalenter og alternativer som kommer inn under området til denne oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte kravene.

Detaljert beskrivelse av eksemplariske utførelsesformer

[0025] Én eller flere utførelsesformer av oppfinnelsen beskrives under. Det bør legges merke til at disse og alle andre utførelsesformer beskrevet under er eksemplariske og er ment å skulle illustrere oppfinnelsen heller enn å begrense den.

[0026] Slik det beskrives her, omfatter diverse utførelsesformer av oppfinnelsen systemer og fremgangsmåter for pålitelig kommunikasjon av data mellom overflate- og brønnhullutstyr over en strømkabel, uansett strømkabelens lengde.

[0027] De foreliggende systemene og fremgangsmåtene anvender multiple høyfrekvente datasignaler som er modulert med en felles datastrøm. Hvert enkelt av de høyfrekvente datasignalene har en forskjellig bærefrekvens og kan derfor være godt egnet for overføring over kabler med forskjellige lengder. De høyfrekvente datasignalene overføres alle over strømkabelen. En mottaker som er i stand til å motta og demodulere alle tre signalene mottar de av signalene som er vellykket overført (dvs. som ikke er vesentlig attenuert eller skadet) og demodulerer den felles datastrømmen fra minst ett av datasignalene.

[0028] I en utførelsesform produserer transmitteren multiple høyfrekvente bærebølgesignaler ved å generere en endret eller forvrengt firkantimpuls. Denne endrede firkantimpulsen kan dekomponeres i flere sinusbølger, inkludert et første signal ved en grunnfrekvens og ett eller flere tilleggssignaler ved overskytende eller til og med harmoniske oversvingninger av grunnfrekvensen. Den endrede firkantimpulsen moduleres med en datastrøm, slik at sinusbølgene som utgjør den endrede firkantimpulsen modulerer med denne dataen også. Bærebølgesignalene moduleres i denne utførelsesformen ved bruk av burst-modulering (bærer = 1, ingen bærer = 0), som minimaliserer påkrevd overføringskraft og kan implementeres med relativt enkelt, temperaturstabilt kretssystem.

[0029] Mottakeren i denne utførelsesformen mottar datasignalene ved hver av de harmoniske frekvensene og forsøker å demodulere dem. Feilkontroll utføres for å fastsette om de mottatte og demodulerte signalene er feilfrie. Når minst ett av datasignalene er pålitelig mottatt, kan mottakeren fortsette å motta og demodulere kun det signalet. Den demodulerte dataen forsynes av mottakeren til en bruker eller annen forbruker av informasjonen (f.eks. et kontrollsystem).

[0030] Med henvisning til FIGUR 1, vises et skjema som illustrerer et eksemplarisk pumpesystem i samsvar med en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Et borehull 130 bores i en oljeholdig, geologisk struktur og rørlegges. Foringsrøret i borehullet 130 perforeres i brønnens nedre ende for å la oljen strømme fra formasjonen og inn i brønnen. Elektrisk, senkbar pumpe 120 kobles til enden av produksjonsrøret 150, og pumpen og produksjonsrøret senkes ned i borehullet for å plassere pumpen i en produserende del av brønnen (slik det angis av de prikkede linjene på bunnen av borehullet). Et drev med variabel hastighet 110 som er plassert på overflaten, er koblet til pumpen 120 via en strømkabel 112, som senker borehullet langs produksjonsrøret 150. Produksjonsrøret 150 og strømkabelen 112 kan ha en rekke lengder (f.eks. fra under ett tusen fot i en grunnere brønn, til mange tusen fot i en dypere brønn).

[0031] Pumpen 120 omfatter en elektrisk motorblokk 121 og en pumpeenhet 122. En målerenhet 123 er festet til bunnen av motorblokken 121. (Pumpen 120 kan omfatte diverse andre komponenter som ikke blir detaljert beskrevet her fordi de er kjent på området og ikke viktig for redegjørelsen av oppfinnelsen). Motorblokken 121 betjenes for å drive pumpeenheten 122, som pumper oljen gjennom produksjonsrøret og ut av brønnen. I denne utførelsesformen, anvender motorblokken 121 en induksjonsmotor som drives av et drev med variabel hastighet 110. Drev med variabel hastighet 110 mottar AC (vekselstrøm) inngangseffekt fra en ekstern kilde som for eksempel en generator (ikke vist i figuren) via inputlinjen 111. Drevet 110 likeretter AC inngangseffekten og produserer så utgangseffekt som egner seg til å drive motorblokken 121 på pumpen 120. Utgangseffekten forsyner motorblokken 121 via strømkabelen 112.

[0032] Drev 110 og målerenhet 123 inkluderer transceivere (sender-mottaker) (henholdsvis 113 og 123) for kommunikasjon av informasjon mellom drevet og pumpesystemet. For eksempel omfatter målerenheten 123 sensorer som måler diverse fysiske parametrer som må kommuniseres til drevet 110, og drevet 110 kan generere kontrollinformasjon som må kommuniseres til pumpesystemet for å styre driften av dette. I denne utførelsesformen er hver transceiver 113 og 123 koblet til strømkabelen 112 og kommuniserer over strømkabelen ved bruk av multiple høyfrekvente signaler som ikke interfererer med overføringen av kraft (dvs. drevsignaler) fra drev 110 til pumpesystem 120.

[0033] De høyfrekvente signalene som kommuniseres over strømkabelen inkluderer multiple signaler, som hvert enkelt anvender en forskjellig bærefrekvens, som hvert enkelt moduleres med en felles datastrøm. De forskjellige bærefrekvensene velges for å muliggjøre pålitelig kommunikasjon over kabler med forskjellig lengde. Høyere frekvenser er nyttigere i grunnere brønner for å unngå resonansinterferens. Lavere frekvenser er nyttigere i dypere brønner, hvor resonansen er lavere men attenueringen av høyere frekvenser øker. Fordi de samme dataene overføres simultant ved bruk av forskjellige bærefrekvenser, vil den bærefrekvensen som egner seg best for overføring over lengden til en bestemt strømkabel sannsynligvis overføres uten feil.

[0034] I en utførelsesform utføres generering av multiple høyfrekvente bærebølgesignaler ved å generere en endret firkantimpuls. Fordi den endrede firkantimpulsen kan dekomponeres i flere sinusbølger, genererer generering av sinusbølgende de samvirkende sinusbølgene på en effektiv måte. Likeledes modulerer modulering av den endrede firkantimpulsen med en bestemt datastrøm de samvirkende sinusbølgene med den datastrømmen på en effektiv måte. Endelig har trykking av den modulerte, endrede firkantimpulsen på strømkabelen samme virkning som å prege de modulerte, samvirkende sinusbølgene på strømkabelen. En mottaker som er utformet for å gjenopprette signaler ved frekvensene til de samvirkende sinusbølgene, kan da gjenvinne fra strømkabelen hvilke som helst av de modulerte bærebølgesignalene som er vellykket overført over strømkabelens lengde.

[0035] I en utførelsesform er systemet konfigurert til å generere en forvrengt sinusbølge som produserer overskytende eller til og med harmoniske oversvingninger av grunnfrekvensen. Den forvrengte firkantimpulsen har en grunnfrekvens på cirka 33 kHz. Denne bæreren moduleres ved bruk av burst-modulering. Med andre ord tolkes tilstedeværelse av bæreren som data ”1”, og fravær av bæreren tokes som data ”0”. Denne type modulering er høvelig fordi den kan utføres med relativt enkelt, temperaturstabilt transmitter-kretssystem. Burst-modulering er også fordelaktig idet den minimaliserer effekten som påkreves for overføring av data.

[0036] Mottakeren i dette systemet er utformet for å gjenvinne bærebølgesignaler ved grunnfrekvensen og den andre og tredje harmoniske oversvingningen av denne frekvensen. Mottakeren gjenoppretter disse signalene simultant. Mottakeren kan, for eksempel, anvende heterodynblanding og intermediær frekvensfiltrering for å atskille, forsterke og påvise avbrytelser i hver av disse bærefrekvensene. Fordi datahastigheten hvor transmitteren modulerer bærebølgesignalene er kjent, kan mottakeren bruke et datafilter som er proporsjonert til den kjente datahastigheten, etterfulgt av en komparator, for å demodulere datastrømmen fra bærebølgesignalene og gjenoppbygge den digitale datastrømmen.

[0037] Datastrømmen som gjenoppbygges av mottakeren kan leveres til en mikroprosessor for behandling. Denne behandlingen omfatter for eksempel FIR-filtrering, bitsynkronisering, assimilasjon av dataoverføringer, mv. De assimilerte dataene kan da forsynes til en bruker eller et databehandlingsutstyr via standard dataoverføringsmetoder (f.eks. RS-232 eller RS-485 dataoverføringer).

[0038] Med henvisning til FIGUR 2, angis et skjema som viser en eksemplarisk målerenhet som anvender det foreliggende systemet. I denne figuren er måleren 200 festet til den nedre enden av en motor 201. Motoren 201 mottar trefaset strøm på viklinger 202. Måleren 200 er elektrisk koblet til ”stjerne-”punktet (eller Y-punktet) 203 på motorviklingene 202. Det leveres kraft til effektkoblingstransformatoren 220 til måleren 200 gjennom en høyspenning og signalkoblingskondensator 210. Utgangseffekten av effektkoblingstransformatoren 220 likerettes av likeretter 230 og forsynes til kraftregulator/transmitterkretssystemet 240, som igjen forsyner kraft til kretssystemet som utfører signalakkvisisjon og -behandling og bærebølgesignalgenerering (250). Sensorer fortsetter å overvåke brønnhulltemperatur og -trykk (260, 261) og motortemperatur (262) kobles til akkvisisjonskretssystemet 250.

[0039] Sensorer 260-262 overvåker de samsvarende omgivende parametrer og genererer sensorsignaler som mates inn i behandlingskretssystem 250. Kretssystemet 250 genererer en datastrøm som innkoder informasjonen mottatt fra sensorene, genererer et forvrengt firkantimpuls-bærebølgesignal, og modulerer datastrømmen på bærebølgesignalet. Det modulerte bærebølgesignalet avleveres til transmitterkretsløp 240. Transmitterkretsløpet 240 kobler det modulerte bærebølgesignalet gjennom kondensatoren 211 til stjernepunktet på motorviklingene slik at det vil bli overført over strømkabelen til en mottaker ved overflaten av brønnen.

[0040] Med henvisning til FIGUR 3, angis et skjema som viser en eksemplarisk mottaker koblet til motorkontrolleren (drev). Overflateutstyret for brønnen omfatter en motorkontroller, for eksempel et drev med variabel hastighet 300. Drevet 300 genererer trefaset strøm som forsynes til ESP-systemet via strømkabel 302. Mottaker 301 er koblet til stjernepunktet 303 på drivuttaket via signalkoblingskondensator 305. Dette muliggjør at kretssystemet 310 detekterer de høyfrekvente bærebølgesignalene som preges på strømkabelen. De høyfrekvente signalene filtreres og forsterkes av kretssystemet 310 og avleveres så til kretssystemet 320 til behandling. Kretssystem 320 omfatter en komparator for å konvertere de modulerte høyfrekvente bærebølgesignalene til binære datastrømmer, som videre kan filtreres og bit/bytesynkroniseres. Kretssystem 320 utfører feilkontroll på én eller flere av datastrømmene for å sikre den mottatte dataenes integritet. Dataene kan da mates inn til enten kontroll/analysesystemer 330 eller en bruker 340.

[0041] Fordi mer enn ett av de høyfrekvente bærebølgesignalene kan bli vellykket mottatt av mottakeren, kan behandlingen av disse signalene håndteres på diverse måter. I en utførelsesform, kan mottakeren konfigureres til kontinuerlig å detektere alle de tilgjengelige bærefrekvensene og simultant demodulere alle disse høyfrekvente signalene. For hver frekvens hvor det er detektert et synkroniseringsmønster, mottas og lagres en datapakke. For hver av de mottatte datapakkene beregnes en feilkode og sammenlignes med den samsvarende, mottatte feilkoden. Datapakken fra den første av de frekvensene som feilkodene matcher med flyttes da til en buffer, og brukeren eller forbrukeren av dataen varsles om at dataen er tilgjengelig.

[0042] I en annen utførelsesform, kan mottakeren konfigureres ved oppstart til å detektere mulige bærebølgesignaler (f.eks. den fundamentale, andre og tredje harmoniske oversvingning av et endret eller forvrengt firkantimpuls-bærebølgesignal generert av transmitteren). Når ett av disse bærebølgesignalene detekteres, behandler mottakeren signalet og demodulerer datastrømmen fra signalet. Hvis dette kan gjøres på vellykket vis, og hvis feilkontrollen sjekker dataintegriteten, vil mottakeren ganske enkelt forstette å demodulere datastrømmen fra dette signalet. Hvis mottakeren ikke kan behandle det første bærebølgesignalet på vellykket vis, vil mottakeren forsøke å detektere et andre bærebølgesignal på en annen av de mulige frekvensene. Hvis mottakeren kan motta og demodulere feilfrie data fra bærebølgesignalet ved den andre frekvensen på vellykket vis, vil mottakeren fortsette å demodulere datastrømmen fra dette signalet. Denne prosedyren kan gjentas med hver etterfølgende mulig frekvens til det samsvarende bærebølgesignalet kan mottas på vellykket vis og moduleres til å produsere en feilfri datastrøm.

[0043] Det bør legges merke til at utførelsesformene i oppfinnelsen kan omfatte fremgangsmåter i tillegg til systemene beskrevet over. Eksemplariske fremgangsmåter illustreres i flytskjemaene i FIGURENE 4-6. FIGUR 4 er et flytskjema som illustrerer en forenklet fremgangsmåte hvor data kommuniseres fra en transmitter til en mottaker, hvor én av dem er koblet til brønnhullutstyret, og den andre av dem er koblet til overflateutstyret. FIGUR 5 er et flytskjema som illustrerer mer detaljert en eksemplarisk fremgangsmåte hvor data genereres, behandles og overføres fra en transmitter koblet til én eller flere sensorer. FIGUR 6 er et flytskjema som illustrerer detaljert en eksemplarisk fremgangsmåte hvor data mottas og behandles i mottakeren for å forsyne sensordata til en bruker.

[0044] I fremgangsmåten i FIGUR 4, genereres multiple høyfrekvente bærebølgesignaler først (410). Slik det forklares over, kan dette utføres på egnet vis ved å generere en endret firkantimpuls som omfatter komponenter ved en grunnfrekvens og én eller flere harmoniske oversvingninger av denne frekvensen. Hvert av de multiple, høyfrekvente bærebølgesignalene moduleres så med en felles datastrøm (420). Denne datastrømmen kan, for eksempel, representere data som er generert fra utgangseffekten av én eller flere brønnhullsensorer som overvåker parametrer som for eksempel temperatur, trykk, strømningshastighet, og liknende. De multiple, modulerte, høyfrekvente bærebølgesignalene preges da på strømkabelen (430).

[0045] Mottakeren forsøker å detektere de multiple, modulerte, høyfrekvente bærebølgesignalene på strømkabelen og gjenopprette signalene (440). Mottakeren kan gjenopprette alle de tilgjengelige signalene (de signalene som ikke er for attenuert eller støyende), eller den kan gjenopprette kun ett enkelt av signalene. Etter at ett eller flere av de multiple, modulerte, høyfrekvente bærebølgesignalene er blitt detektert og gjenopprettet fra strømkabelen, kan disse signalene filtreres, forsterkes og ellers behandles. Signalene demoduleres deretter for å gjenopprette datastrømmen (450). Dessuten kan dette utføres på ett eller alle de tilgjengelige signalene. Feilkontroll, som for eksempel en CRC-kontroll, utføres på den gjenopprettede datastrømmen for å kontrollere dataens integritet. Dataen gis da til en bruker eller avleveres til en annen komponent i systemet, som for eksempel et kontrollkretssystem, for behandling.

[0046] Slik det er avbildet i FIGUR 5, genereres data via én eller flere sensorer (510) som befinner seg i brønnhullet, og dataene assimileres i en datagruppe (520) som skal kommuniseres til en bruker på overflaten. Det er beregnet en feilkode for datagruppen (530), slik at nøyaktig overføring av dataen kan kontrolleres senere. Et synkroniseringsmønster er vedlagt fronten av datagruppen, og feilkoden er vedlagt enden av datagruppen for å danne en datapakke (540). Denne datapakken moduleres på hver av de multiple bærefrekvensene (550), og de modulerte bærefrekvensene preges på strømkabelen. Denne prosessen gjentas for hver datagruppe.

[0047] Slik det angis i FIGUR 6, overvåkes hver av bærefrekvensene kontinuerlig på overflaten, og data demoduleres fra bærefrekvensene for å gjenopprette hver datapakke (610). Når et synkroniseringsmønster er detektert på en av bærerfrekvensene, gjenvinnes og lagres en samsvarende datapakke (620). For hver gjenopprettede datapakke, beregnes en feilkode basert på datagruppen i pakken (630). Denne beregnede feilkoden sammenlignes med feilkoden som var inkludert i den gjenopprettede pakken (640) for å kontrollere integriteten til datagruppen i pakken. Fordi samme datapakke overføres simultant på hver av bærefrekvensene, behøver datapakken bare å gjenopprettes fra en av bærefrekvensene. Følgelig, når en første pakke er kontrollert (den beregnede feilkoden matcher med den inneholdte feilkoden), lagres datagruppen fra denne pakken i en buffer (650), og brukeren (en person eller en prosess som forbruker dataene) varsles om at dataene er tilgjengelige (660). Denne prosessen gjentas for å gjenopprette hver etterfølgende pakke som er overført over strømkabelen.

[0048] Alternative utførelsesformer kan omfatte fremgangsmåter for overføring av data og fremgangsmåter for gjenoppretting av data slik det beskrives over. En eksemplarisk fremgangsmåte for overføring av data vises i trinnene 410-430 i FIGUR 4. En eksemplarisk fremgangsmåte for gjenoppretting av data vises i trinnene 440-460 i FIGUR 4.

[0049] Alternative utførelsesformer av oppfinnelsen kan innlemme variasjoner av egenskapene og funksjonene beskrevet over. For eksempel, mens den forutgående beskrivelsen gir en inngående fremstilling kun av overføring av data fra en målerenhet i et brønnhull til en mottaker koblet til overflateutstyret, kan kommunikasjon av data være enten enveis eller toveis. Enveiskommunikasjoner kan overføres enten fra brønnhullutstyret til overflateutstyret, eller fra overflateutstyret til brønnhullutstyret. I toveissystemer er transceivere som inkluderer funksjonene til både transmitteren og mottakeren beskrevet over innlemmet i både brønnhull- og overflateutstyret.

[0050] Alternative utførelsesformer av disse systemene kan omfatte transceivere som er plassert på andre posisjoner enn i målerenheten tilkoblet bunnen av pumpemotoren (”Transceivere” skal konstrueres slik at de inkluderer transmittere og mottakere individuelt, samt i kombinasjon).

Transceivere kan være innlemmet i selve motoren, eller i annet brønnhullutstyr. Transceivere kan også konfigureres som vesentlig frittstående enheter som er selvstendig koblet til strømkabelen, bortsett fra utstyr som for eksempel ESP-systemer. For eksempel, kan en transceiver og én eller flere sensorer kobles sammen og plasseres ved intermediære plasseringer i brønnen. De forskjellige utførelsesformene av dette systemet kan omfatte én eller flere brønnhulltransceivere. Hvis det anvendes flere brønnhulltransceivere, kan de anvende forskjellige systemer slik at de kan kommunisere individuelt med overflatetransceivere. For eksempel kan hver av brønnhulltransceiverne bruke et forskjellig frekvenssett for å kommunisere med overflatetransceiveren, eller brønnhulltransceiverne kan bruke tidsdelt multipleksering, et arbitreringssystem eller andre anordninger for å forenkle kommunikasjoner mellom de forskjellige transceiverne.

[0051] Det bør legges merke til at mens minst to høyfrekvente bærebølgesignaler med forskjellige frekvenser påkreves for implementering av det foreliggende systemet, kan de bestemte frekvensene og anordningene for å generere disse bærebølgesignalene variere fra en utførelsesform til en annen. Det er ikke nødvendig at bærersignalene produseres ved generering av en endret firkantimpuls, eller at bærebølgesignalene er harmoniske oversvingninger.

[0052] De høyfrekvente bærebølgesignalene kan moduleres på forskjellige måter. I utførelsesformene beskrevet over, brukes burst-modulering. Burst-modulering kan implementeres med relativt enkelt, temperaturstabilt kretssystem, som egner seg godt for brønnhullanvendelser. Burstmodulering minimaliserer også kraften påkrevd for overføring av de modulerte bærebølgesignalene. Likevel kan flertallige andre moduleringssystemer som for eksempel frekvensmodulering, amplitudemodulering, frekvensforskyvingsnøkkel-modulering, faseforskyvingsnøkkel-modulering, mv., brukes i alternative utførelsesformer.

[0053] Som beskrevet over, kommuniseres de høyfrekvente bærebølgesignalene mellom brønnhullog overflateutstyret ved å prege signalene på strømkabelen. Dette utføres i de forutgående utførelsesformene ved kapasitiv kobling av transmitteren til stjernepunktet på motoren eller drevet. Mottakeren er koblet til strømkabelen på samme måte. I alternative utførelsesformer, kan andre anordninger brukes for å prege de høyfrekvente bærebølgesignalene på strømkabelen og for å detektere signalene. For eksempel kan transmitterne og mottakerne være reaksjonskoblet til strømkabelen via kapasitiv hylse rundt én eller flere av lederne i kabelen.

[0054] Mens denne forklaringen av oppfinnelsen beskriver et system for kommunikasjon som omfatter både en overflatetransceiver og en brønnhulltransceiver, forventes det at alternative utførelsesformer omfatter komponentene i dette systemet. For eksempel, en utførelsesform er en transmitter som er konfigurert til å generere multiple bærefrekvenser, modulere en felles datastrøm på hver av de multiple bærefrekvensene, og prege hvert av de modulerte bærebølgesignalene på en strømkabel slik det beskrives over. En annen alternativ utførelsesform er en mottaker som er konfigurert til å detektere ett eller flere modulerte bærebølgesignaler i en strømkabel, demodulere disse bærebølgesignalene, og gjenopprette en datastrøm fra bærebølgesignalene slik det beskrives over. Også andre alternative utførelsesformer omfatter fremgangsmåter for overføring og/eller mottaking av en datastrøm via en strømkabel slik det beskrives over.

[0055] Videre vil det bli forstått av fagkyndige på området at de forskjellige illustrative logiske blokker, moduler, kretser og algoritmetrinn beskrevet i forbindelse med utførelsesformene beskrevet her kan implementeres som maskinvare, programvare (inkludert fastvare) eller kombinasjoner av begge. For å illustrere tydelig denne ombyttbarheten av maskinvare og programvare er forskjellige illustrerende komponenter, blokker moduler, kretser og trinn beskrevet over generelt uttrykt i forhold til deres funksjonalitet. Om en slik funksjonalitet implementeres som maskinvare eller programvare avhenger av den spesielle anvendelsen og designbegrensninger som pålegges det totale systemet. På samme måte kan de bestemte maskinvare- eller programvarekomponentene som er valgt til å implementere den beskrevne funksjonaliteten, velges for å oppnå spesifikke designmål. Fagkyndige på området kan implementere den beskrevne funksjonaliteten på forskjellige måter for hver bestemte anvendelse, men slike implementeringsavgjørelser skal ikke tolkes slik at de forårsaker avvik fra den foreliggende oppfinnelsens område definert av de vedføyde patentkravene.

[0056] Utbyttene og fordelene som den foreliggende oppfinnelsen kan gi er beskrevet over med hensyn til spesifikke utførelsesformer. Slik de brukes her, er ordene ”omfatter”, ”omfattende” eller andre variasjoner av disse, ment å skulle tolkes som ikke-utelukkende inkludert de elementer eller begrensninger som følger disse ordene. Følgelig, er et system, en fremgangsmåte eller annen utførelsesform som omfatter et sett av elementer ikke begrenset til kun de elementene, og kan omfatte andre elementer som ikke er uttrykkelig oppført eller inherent til de krevde utførelsesformene definert av de vedføyde patentkravene.

[0057] Selv om den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til bestemte utførelsesformer, skal det forstås at utførelsesformene er illustrerende og at området til oppfinnelsen ikke er begrenset til disse utførelsesformene. Mange variasjoner, endringer, tilføyelser og forbedringer ved utførelsesformene som er beskrevet over og som faller innen rammen definert av de vedføyde patentkravene, er mulige. Det forventes at disse variasjonene, endringene, tilføyelsene og forbedringene kommer inn under området for oppfinnelsen slik det er definert i de følgende patentkravene.

Claims

PATENTKRAV

1. Anordning til bruk i et kommunikasjonssystem for brønnhull, hvor anordningen omfatter:

en transmitter (240);

der transmitteren (240) er konfigurert til å kobles til en strømkabel (112) for brønnhull;

der transmitteren (240) er konfigurert til å motta en datastrøm;

karakterisert ved at:

transmitteren er konfigurert til å generere (410) en mengde høyfrekvente datasignaler, der hvert av de høyfrekvente datasignalene har en forskjellig frekvens;

der transmitteren er konfigurert til å modulere (420) mengden av høyfrekvente datasignaler med en felles datastrøm; og

der transmitteren er konfigurert til å overføre mengden av modulerte høyfrekvente datasignaler i strømkabelen for brønnhull.

2. Anordning ifølge krav 1, der transmitteren er konfigurert til parallelt å motta kraft via strømkabelen og å overføre mengden av modulerte høyfrekvente datasignaler i strømkabelen.

3. Anordning ifølge krav 1, omfattende en dataoppsamlingsenhet koblet til transmitteren og konfigurert til å generere den felles datastrømmen.

4. Anordning ifølge krav 3, som videre omfatter én eller flere sensorer koblet til dataoppsamlingsenheten, der dataoppsamlingsenheten er konfigurert til å motta sensordata fra én eller flere sensorer og å generere den felles datastrømmen avhengig av de mottatte sensordataene.

5. Anordning ifølge krav 1, der transmitteren er konfigurert til å generere (410) mengden av modulerte høyfrekvente datasignaler ved å generere en endret firkantimpuls ved en første frekvens og å modulere (420) den endrede firkantimpulsen til å bære den felles datastrømmen, der én eller flere sinusbølgekomponenter av den modulerte, endrede firkantimpulsen danner mengden av modulerte høyfrekvente datasignaler.

6. Anordning til bruk i kommunikasjonssystemer i brønnhull, hvor anordningen omfatter:

en mottaker (301);

der mottakeren (301) er konfigurert til å kobles til en strømkabel (112) for brønnhull;

karakterisert ved at:

mottakeren (301) er konfigurert til å motta (440) en mengde av høyfrekvente datasignaler fra strømkabelen, der hvert av de høyfrekvente datasignalene har en forskjellig frekvens;

der mottakeren er konfigurert til å demodulere (450) en datastrøm fra ett eller flere av mengden av høyfrekvente datasignaler.

7. Anordning ifølge krav 6, der mottakeren (301) er konfigurert til å motta mengden av modulerte høyfrekvente datasignaler fra strømkabelen mens kraft overføres over strømkabelen til én eller flere anordninger.

8. Anordning ifølge krav 6, der mottakeren (301) er konfigurert til å:

(a) demodulere data fra hvert av de høyfrekvente datasignalene;

(b) for hvert av de høyfrekvente datasignalene hvor et synkroniseringsmønster er detektert,

lagre en datapakke som omfatter synkroniseringsmønsteret,

beregne en første feilkode basert på en datagruppe i datapakken, og

sammenligne den første feilkoden med en andre feilkode som inneholdes i datapakken; og

(c) lagre (650) i en buffer en datagruppe inneholdt i én av datapakkene for hvilken den første feilkoden matcher den andre feilkoden.

9. Fremgangsmåte for overføring av data over en strømkabel av ubestemt lengde, der fremgangsmåten er karakterisert ved følgende trinn:

generering (410) av en mengde av høyfrekvente datasignaler, der hvert av de høyfrekvente datasignalene har en forskjellig frekvens;

modulering (420) av mengden av høyfrekvente datasignaler med en felles datastrøm, slik at det produseres høyfrekvente datasignaler; og

preging (430) av de høyfrekvente datasignalene på strømkabelen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, der modulering av en mengde av høyfrekvente datasignaler omfatter modulering av en endret firkantimpuls som har en første frekvens med den felles datastrømmen og derved produserer modulerte sinusbølger ved den første frekvensen og én eller flere harmoniske oversvingninger av den første frekvensen.

11. Fremgangsmåte for gjenoppretting av data overført over en strømkabel av ubestemt lengde, hvor fremgangsmåten er karakterisert ved følgende trinn:

mottak (440) av en mengde av høyfrekvente datasignaler fra en strømkabel, der hvert av de høyfrekvente datasignalene omfatter høyfrekvente bærebølgesignaler med en unik frekvens, og der hvert av de høyfrekvente datasignalene er modulert med en felles datastrøm;

demodulering (450) av den felles datastrømmen fra minst ett av de høyfrekvente datasignalene.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, som videre omfatter:

(a) demodulere data fra hvert av de høyfrekvente datasignalene;

lagre en datapakke som omfatter synkroniseringsmønsteret,

beregne en første feilkode basert på en datagruppe i datapakken, og