NO317647B1 - Anordning og fremgangsmate for borehullstelemetri basert pa impedansmodulasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder et datatransmisjonssystem for bruk sammen med et rørledningssystem, en fremgangsmåte ved overføring av data for bruk sammen med et rørledningssystem, og en datatransmisjonsanordning for bruk i et sådant datatransmisjonssystem.

Oppfinnelsen kan anvendes for overføring av data i sammenheng med forskjellige typer rørledningssystemer, slik som overflate-rørledninger, undersjøiske rørledninger eller rørledninger nede i borehull.

US-patent nr. 5 130 706 beskriver en apparatur for overføring av data fra et sted nede i et borehull til overflaten. En effektkilde nede i borehullet brukes for å tilføre et signal til et jordborestrengsystem på nevnte sted nede i borehullet. Dataene overføres fra stedet nede i borehullet langs borestrengen og mottas på overflaten.

Sådenne systemer hvor effektbehovet ved dataoverføring tilfredsstilles på det sted hvor dataene sendes fra, har ulemper. En stor effektmengde kan være nødvendig for å overføre data over de avstander som rørledningssystemet typisk innebærer. Lokale effektforsyninger, slik som batterier, har ulemper. Disse ulemper er mer fremtredende på utilgjengelige steder og særlig på steder nede i borehull. Batteriene kan være engangsbatterier eller batterier som kan lades på nytt. Disse har begrenset levetid og det å erstatte dem eller lade dem på nytt vil skje sakte og vil være kostbart og energi-sløsende. Dessuten kan temperaturen i miljøet nede i borehullet være høy og dette kan redusere levetiden ytterligere, forårsake høy selvutladning og føre til problemer som følge av at elektrolytten koker.

US-patent nr. 4 322 728 beskriver idéen om å bruke en overflatebasert effektkilde for å trekke ut data fra et sted nede i et borehull. En strømpuls sendes langs en ledning til en transduserenhet nede i borehullet hvor hver transdusers resistans gir en indikasjon på en størrelse som skal måles. Resistansnivået kan påvises ved brønnhodet ved å overvåke den spenning som frembringes av strømpulsen og derved kan den aktuelle størrelse fastlegges. Systemet i henhold til US-patent nr. 4 322 728 utnytter imidlertid en ledning som strømpulsen vandrer langs. Bruken av separate ledninger har ulemper med hensyn til pris og tilbøyeligheten til å bli skadet både under og etter installasjon. Fra US-patent nr. 2 364 957 er det kjent et brønnsignaleringssystem hvor selve brann-røret benyttes som elektrisk ledende forbindelse, men i dette tilfelle i sammenheng med kartleggging av den geologiske formasjon som omgir et brønnhull.

Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et datatransmisjonssystem som avhjelper i det minste noen av problemene ved tidligere kjent teknikk.

I henhold til et første aspekt av foreliggende oppfinnelse er det således framskaffet et datatransmisjonssystem for bruk sammen med et rørledningssystem som omfatter i det minste et elektrisk ledende rør beregnet på å føre et fluid, idet datatransmisjonssystemet omfatter:

- referansesignalgenererende utstyr for å tilføre et referansesignal til en signalkrets,

- impedansvarierende utstyr for å variere signalkretsens effektive impedans i avhengighet av data som skal overføres, og - overvåkende utstyr for å overvåke endringer i referansesignalet frembragt ved å variere signalkretsens effektive impedans, for derved å trekke ut data.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk har da datatransmisjonssystemet i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at: - det referansesignalgenererende utstyr er innrettet for å tilføre et signal til et rør i rørledningssystemet, hvorved signalkretsen omfatter dette rør, - det impedansvarierende utstyr omfatter svitsjeutstyr som kan svitsjes mellom to tilstander, idet signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en første tilstand, er større enn signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret

befinner seg i en andre stilling, og

- svitsjeutstyret omfatter ladningslagrende utstyr som kan drives til å endre signalkretsens effektive impedans i avhengighet av svitsjeutstyrets tilstand.

I henhold til et andre aspekt av foreliggende oppfinnelse er det likeledes fremskaffet en fremgangsmåte ved overføring av data for bruk sammen med et rørledningssystem som omfatter i det minste et elektrisk ledende rør beregnet på å føre et fluid, og som omfatter trinn hvor:

- et referansesignal genereres og tilføres en signalkrets,

- signalkretsens effektive impedans varieres i avhengighet av data som skal overføres, og - endringer i referansesignalet forårsaket ved å variere signalkretsens effektive impedans overvåkes, for derved å trekke ut data.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk har da fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at: - et rør i rørledningssystemet utnyttes som en del av signalkretsen og referansesignalet tilføres røret, og

- den effektive impedans varieres ved å svitsje et svitsjeutstyr mellom to tilstander,

idet signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en første tilstand, er større enn signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en andre stilling og svitsjeutstyret omfatter ladningslagrende utstyr som kan drives til å endre signalkretsens effektive impedans i avhengighet av svitsjeutstyrets tilstand.

Et slikt arrangement i henhold til oppfinnelsen har den fordel at det høye effektfor-syningsbehov for datatransmisjonen kan fjernes fra det sted hvor dataene skal sendes fra samtidig som en separat kabel eller ledning ikke lenger er nødvendig.

Det genererende utstyr for referansesignalet og det impedansvarierende utstyr kan anordnes på egne steder. Det referansesignalgenererende utstyrs effektbehov vil typisk være høyt, mens det impedansvarierende utstyrs effektbehov vil være forholdsvis lavt, slik at det lettere kan tilfredsstilles ved hjelp av et batteri. Det overvåkende utstyr og det impedansvarierende utstyr er typisk anordnet på hvert sitt sted.

Signalkretsen kan omfatte en signalkanal som dataene overføres langs samt en ledende returbane. Signalkanalen kan omfatte det ledende rør som det referansesignalgenererende utstyr er koblet til. Signalkretsen kan ha en ledende returbane via jord.

Under bruk kan det referansesignalgenererende utstyrs ene klemme være forbundet med det ledende rør mens den annen er forbundet med jord via et jordtilkoblingspunkt. Det genererende utstyr for referansesignalet omfatter fortrinnsvis en konstant strømkilde. Dette har den fordel at det overvåkende utstyr kan være frakoblet mulige ufullkommenheter med hensyn til det jordtilkoblingspunkt som brukes for å fullføre signalkretsen.

Det overvåkende utstyr kan være innrettet for å overvåke endringer i potensialdifferansen eller spenningsforskjellen mellom en klemme for strømkilden og jord, som skyldes referansesignalet. Det overvåkende utstyr kan være tilkoblet over strømkildens ti I— koblingsklemmer. I dette tilfelle er den jordforbindelse som brukes for å overvåke endringer i spenningsforskjellen den samme som brukes for å fullføre signalkretsen gjennom jorden. Dette har fordeler fordi jordtilkoblingspunktet ikke vil være den sanne jord og dets spenningsforskjell i forhold til jord vil variere ettersom signalkretsens effektive impedans varieres.

Fortrinnsvis er det anordnet et separat referansejordingspunkt og det overvåkende utstyr er innrettet for å overvåke spenningsforskjellen mellom en utgang fra strømkilden og referansejordingspunktet. Dette har fordeler fordi det signal som påvises av det overvåkende utstyr da ikke blir påvirket av det endrende potensial ved jordtilkoblingspunktet og følgelig reduseres støyen. Referansejordingspunktet kan være en fjern jord.

Det overvåkende utstyr kan omfatte et spenningsmålende utstyr. En tilkoblingsklemme for det spenningsmålende utstyr kan være forbundet med den tilkoblingsklemme for strømkilden som er forbundet med det ledende rør mens den annen tilkoblingsklemme for det spenningsmålende utstyr er forbundet med referansejordingspunktet.

Strømkilden kan være innrettet for å generere et konstant likestrømssignal.

Signalkanalen kan ha en isolasjonsovergang eller -skjøt som elektrisk isolerer inntil-liggende seksjoner av signalkretsen fra hverandre. Isolasjonsskjøten kan være anordnet i det ledende rør for elektrisk å isolere den ene seksjon av røret fra en naboseksjon.

Transmisjonsutstyret kan være innrettet for bruk i en brønn som har en struktur nede i hullet. Det rør som det referansesignalgenererende utstyr under bruk er forbundet med, kan omfatte strukturen nede i hullet. Fordelene ved systemet er særlig nyttige med hensyn til situasjonen nede i hullet, fordi det store effektbehov ved overføring av data nedenfra hullet til overflaten kan tilfredsstilles fra overflaten. Dette gjøres ved å plassere det referansesignalgenererende utstyr ved brønnhodet og det impedansvarierende utstyr nede i hullet.

Fortrinnsvis behandles strukturen nede i hullet som en eneste ledende kanal. Strukturen nede i hullet kan omfatte en produksjonsstreng og et foringsrør. Fortrinnsvis er produksjonsstrengen og foringsrøret elektrisk forbundet med hverandre for å danne den eneste ledende kanal.

Det er blitt funnet at et system som utnytter produksjonsstrengen som signallinje og foringen som returbane er utilfredsstillende i tilfeller hvor rommet mellom produksjonsstrengen og foringen er fylt med en høydensitets saltløsning for trykkutligningsformål. En saltløsning har en forholdsvis høy elektrisk ledningsevne. Dette betyr at et system som baserer seg på produksjonsstrengen og foringsrøret for å danne en krets er utsatt for ekstremt høye tap som skyldes den ledende bane direkte fra produksjonsstrengen gjennom saltløsningen til foringsrøret. Ved å benytte strukturen nede i hullet som en eneste ledende kanal unngås de problemer som kan oppstå på grunn av den ledende bane mellom produksjonsstrengen og foringsrøret, og som eksisterer når det mellom-liggende rom er fylt med et ledende medium.

Signalkretsen kan omfatte strukturen nede i hullet og en ledende returbane via jord.

Når strukturen nede i hullet er anordnet i en brønn vil produksjonsstrengen typisk være plassert slik at den har et innkapslet parti som befinner seg inne i fdringsrøret og et avdekket parti som rager forbi foringsrøret. I det minste en del av det avdekkede parti tjener fortrinnsvis som en fordelt jord.

En isoiasjonsovergang eller -skjøt kan være anordnet i produksjonsstrengen. Isolasjons-skjøten er fortrinnsvis anordnet i det avdekkede parti av produksjonsstrengen. Et parti av strukturen nede i borehullet på den ene side av isolasjonsskjøten tjener fortrinnsvis som en fordelt jord.

Systemet er egnet for bruk i både produserende og oppgitte brønner. Strukturen for plassering nede i hullet kan omfatte en overvåkende seksjon som er innrettet for å bli beholdt i en oppgitt brønn. Den overvåkende seksjon kan omfatte en isolasjonsskjøt.

I noen tilfeller kan en brønn være utviklet sideveis i tillegg til en hovedboring. Strukturen i sideveiene kan være elektrisk forbundet med hovedboringen, eller ikke. Dersom strukturene ikke er elektrisk forbundet med hovedboringen kan det sørges for en elektrisk forbindelse med kort utstrekning. Forbindelsen kan være en induktiv forbindelse mellom strukturen i hovedboringen og den i sidegrenen.

Utstyret for å variere den effektive impedans kan omfatte en isolasjonsskjøt. Svitsjeutstyret kan være anordnet over isolasjonsskjøten og være innrettet for å kortslutte over isolasjonsskjøten når det befinner seg i sin andre tilstand.

Svitsjeutstyret kan være slik anordnet at under bruk blir det ladningslagrende utstyr ladet når svitsjeutstyret befinner seg i sin ene tilstand, og så utladet når svitsjeutstyret befinner seg i sin annen tilstand.

Svitsjeutstyret kan innrettes slik at under bruk genererer det ladningslagrende utstyr en potensialdifferanse eller spenningsforskjell over isolasjonsskjøten. Denne spenningsforskjell kan være slik at den er tilbøyelig til å motsette seg referansesignalstrømmen når svitsjeutstyret befinner seg i sin ene tilstand og/eller slik at den er tilbøyelig til å øke referansesignalstrømmen når svitsjeutstyret befinner seg i sin annen tilstand.

Det ladningslagrende utstyr kan for eksempel være en kondensator eller en elektrisk celle.

Fortrinnsvis er utstyret for å variere den effektive impedans et impedansmodulerende utstyr for effektivt å modulere referansesignalet og derved kode de data som skal overføres, mens det overvåkende utstyr er innrettet for å dekode de overførte data. Dette åpner for overføring av mer komplekse data ved å bruke et eneste varierende utstyr og har fordelen av at mange slags forskjellige signaler kan sendes ved å bruke bare to signalnivåer. Dataene kan overføres i form av et svitsjet digitalt signal. For å trekke ut dataene er det således nødvendig bare å være i stand til å påvise to forskjellige signalnivåer i stedet for å måtte måle signalenes størrelse. Det overvåkende utstyr kan omfatte dekodende utstyr for å dekode de overførte data. Det overvåkende utstyr kan omfatte en hovedprosessor (CPU - Central Processing Unit).

Styringsutstyr kan anordnes for å erverve og behandle dataene som skal overføres samt styre utstyret som modulerer den effektive impedans. Styringsutstyret kan være innrettet og anordnet for å motta og behandle data avgitt fra følere anordnet på ønskede steder. Styringsutstyret kan være innrettet for å frembringe et kodet signal som representerer de data som skal overføres. Styringsutstyret kan være innrettet for å få svitsjeutstyret til veksle mellom sine to tilstander i den hensikt å modulere signalkretsens effektive impedans i samsvar med det kodede signal som representerer dataene som skal overføres. Styringsutstyret kan omfatte en mikroprosessor.

I videreutviklinger av oppfinnelsen er strukturen for plassering nede i hullet eller signal-kanaien forsynt med flere isolasjonsskjøter. Det kan anordnes flere utstyr for effektivt å modulere impedansen, idet hvert av dem kan omfatte hver sin isolasjonsskjøt.

I henhold til et tredje aspekt av foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en datatransmisjonsanordning for bruk i datatransmisjonssystemet i henhold til oppfinnelsen, og som omfatter:

- referansesignalgenererende utstyr for tilførsel av et referansesignal til en signalkrets, - impedansvarierende utstyr for å variere signalkretsens effektive impedans i avhengighet av data som skal overføres, og - overvåkende utstyr for å overvåke endringer i referansesignalet forårsaket av å variere signalkretsens effektive impedans, for derved å trekke ut data.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk har da datatransmisjonsanordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at: - det refereansesignalgenererende utstyr er innrettet for å tilføre et signal til et rør i rørledningssystemet, idet dette rør befinner seg i signalkretsen, - det impedansvarierende utstyr omfatter svitsjeutstyr som kan svitsjes mellom to tilstander, idet signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en første tilstand, er større enn signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret

befinner seg i en andre stilling, og

- svitsjeutstyret omfatter ladningslagrende utstyr som kan drives til å endre signalkretsens effektive impedans i avhengighet av svitsjeutstyrets tilstand.

Mange av de foretrukne trekk som ovenfor er er nevnt i sammenheng med det første og andre aspekt av oppfinnelsen er likeså anvendelige som foretrukne trekk i dette tredje aspekt av oppfinnelsen.

Bare som eksempler skal det nå beskrives flere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 skjematisk viser en brønn som omfatter et datatransmisjonssystem for plassering

nede i brønnhullet,

fig. 2 skjematisk viser en brønnhodestasjon for datatransmisjonssystemet nede i hullet

vist i fig. 1,

fig. 3 skjematisk viser en stasjon nede i hullet for datatransmisjonssystemet nede i

hullet vist i fig. 1,

fig. 4 viser en forenklet skisse av datatransmisjonssystemet nede i hullet vist i fig. 1, fig. 5a - 5c er henholdsvis en sideskisse, en planskisse og en endeskisse av en bærer

for stasjonen nede i hullet vist i fig. 3,

fig. 5d viser et snitt langs linjen A-A i fig. 5a,

fig. 5e viser et snitt langs linjen B-B i fig. 5a,

fig. 6 skjematisk viser en modul som inneholder stasjonen nede i hullet vist i fig. 3,

fig. 7 viser en skisse av et snitt gjennom et kabelhode for modulen vist i fig. 6,

fig. 8 er et diagram som viser spenningsfordelingen langs strukturen nede i et brønn-hull og vist i fig. 1,

fig. 9 skjematisk viser et alternativt svitsjeutstyr,

fig. 10 skjematisk viser en brønn som har et datatransmisjonssystem med et alternativt

jordingsarrangement, og

fig. 11 viser en forenklet ekvivalent krets til systemet vist i fig. 10.

Fig. 1 viser en brønn som generelt omfatter et brønnhode 1, en eller flere produksjonsstrenger 2 og tilhørende foring C. Produksjonsstrengen 2 er anordnet inne i foringen C over det meste av sin lengde, men under normal drift vil den ytterste ende av produksjonsstrengen 2 rage forbi foringen C for å danne et utildekket parti 2a. Metallstrukturen S av brønnhodet 1 er ved hjelp av en brønnhodeisolasjonsskjøt IJ (Isolation Joint) elektrisk isolert fra strukturen nede i hullet, som omfatter foringen C og produksjonsstrengen 2. Produksjonsstrengen 2 og foringen C er selv elektrisk ledende, slik at foringen C og produksjonsstrengen 2 behandles som en eneste ledende kanal.

Isolasjonsskjøten IJ nede i hullet er anordnet i den utildekkede del 2a av produksjonsstrengen 2. Isolasjonsskjøten IJ nede i hullet isolerer elektrisk et jordparti 2b av produksjonsstrengen 2 fra resten av strukturen 2, C nede i hullet.

Brønnen omfatter videre en brønnhodestasjon 3 og en stasjon 4 nede i hullet, som omfatter alle følerne og det elektroniske kretsutstyr som er nødvendig for å oppnå data som gjelder brønnen og overføre dataene mellom brønnhodestasjonen 3 og stasjonen 4 nede i hullet.

Med henvisning til fig. 2 omfatter brønnhodestasjonen 3 en hovedprosessorenhet (CPU) 31, en ekstremt lavfrekvent sender (ELF-sender) 32 som styres av prosessorenheten 31 og som er tilkoblet over brønnhodeisolasjonsskjøten IJ. Den ene tilkoblingsklemme for senderen 32 er forbundet med brønnhodestrukturen S mens den annen tilkoblingsklemme er forbundet med strukturen C, 2 nede i hullet. Brønnhodestrukturen S utgjør en forbindelse til jord som er elektrisk isolert fra strukturen C, 2 nede i hullet uten elektrisk påvirkning, for å fullføre returbanen. Alternativt kan det gjøres en forbindelse direkte til jord, til en sjøvannelektrode eller til en rørledning.

En "oppvekker"-prosessor 33 for å styre prosessorenheten 31 er også koblet over isolasjonsskjøten IJ ved brønnhodet.

En strømkilde 34 som for eksempel kan være realisert ved å bruke halvlederteknikk, er tilkoblet over brønnhodets isolasjonsskjøt IJ. Den ene tilkoblingsklemme er tilkoblet brønnhodestrukturen S mens den annen tilkoblingsklemme er forbundet med strukturen 2, C nede i hullet. Spenningsmålende utstyr 35 er tilkoblet over strømkilden 34. Utgangen fra det spenningsmålende utstyr 35 er forbundet med prosessorenheten 31.

Brønnhodestasjonen 3 trekker sin effekt fra en ekstern kilde 36 og er utstyrt med en effektforsyningsenhet 37, et batteri 38 og en regulert forsyning 39 for å gi effekt til alle komponentene anordnet i brønnhodestasjonen 3.

Med henvisning tii fig. 3 omfatter stasjonen 4 nede i hullet en hovedprosessorenhet (CPU) 41 som har en tilhørende datainngangs-/utgangsmodul 42 som i sin tur er forbundet med valgfrie følere 43, en temperaturføler 44 og en trykkføler 45.

Stasjonen nede i hullet har også en "oppvekker"-prosessor 46 som styrer prosessor-enheten 41, en ekstremt lavfrekvent mottager 47 som har en utgang forbundet med prosessorenheten 41 og et svitsjeutstyr 48 som styres av prosessorenheten 41. Oppvekkerprosessoren 46, den ekstremt lavfrekvente mottager 47 og svitsjeutstyret 48 er koblet over isolasjonsskjøten IJ nede i hullet. Den ene tilkoblingsklemme for hver av disse tre anordninger er forbundet med hoveddelen av produksjonsstrengen 2 mens den annen tilkoblingsklemme for hver av disse er forbundet med jordingspartiet 2b. I en forenklet versjon som det kan være nyttig å betrakte for å få forståelse av oppfinnelsen, har svitsjeutstyret en lukket stilling hvor isolasjonsskjøten IJ nede i hullet er kortsluttet, slik at det foreligger en ledende bane fra hoveddelen av produksjonsstrengen 2 til jordingspartiet 2b, og en åpen stilling hvor ingen sådan ledende bane eksisterer. Et svitsjeutstyr av en type som er utført i henhold til oppfinnelsen er bekrevet nedenfor med henvisning til fig. 9

Stasjonen 4 nede i hullet har også en lavspent effektforsyningsenhet 49, et batteri 410 og en regulert effektforsyning 411 for å gi effekt til alle anordningene plassert i stasjonen 4 nede i hullet. Den lavspente effektforsyningsenhet 49 behøver imidlertid ikke tilføre den effekt som fordres for å overføre data til brønnhodestasjonen 3. Fig 4 viser en forenklet skisse av datatransmisjonssystemet for å bidra til forståelse av mekanismen ved overføring av data fra stasjonen 4 nede i hullet til stasjonen 3 ved brønnhodet. Fig. 5a - 5e viser en bærer 5 som en modul som omfatter stasjonen 4 nede i hullet kan plasseres i. Bæreren 5 er konstruert for å anordnes i produksjonsstrengen 4 og har en midtre utboring 5a som produktet trukket ut fra brønnen, kan passere igjennom. En elektrisk forbindelse 51 som er anordnet mellom stasjonen 4 nede i hullet og bæreren 5, utgjør en del av jordingspartiet 2b av produksjonsstrengen. Likeledes er det anordnet en elektrisk forbindelse 52 til hoveddelen av produksjonsstrengen 2 via en omsluttet kabel-rute 53 som løper forbi isolasjonsskjøten IJ nede i hullet. En intern trykkport 54 er anordnet slik at trykkføleren 45 kan brukes for å måle trykket inne i utboringen 5a. Fig. 6 viser konstruksjonen av modulen som brukes som stasjonen 4 nede i hullet og som har et kabelhode 61, en effektseksjon 62, en telemetrimodul 63, en trykk- og temperaturfølerseksjon 64 og en prosessforbindelse 65. Fig. 7 anskueliggjør den detaljerte konstruksjon av kabelhodet 61.

For under drift å gjøre energibehovet så lite som mulig blir både brønnhodestasjonen 3 og stasjonen 4 nede i hullet regulert ved hjelp av respektive oppvekkerprosessorer 33 og 46. Oppvekkerprosessorene 33, 46 er de eneste komponenter som fordrer kontinuerlig effektforsyning og er innrettet for å gi effekt til resten av de respektive stasjoner 3, 4 så snart de har mottatt et passende inngangssignal.

Når data skal overføres fra brønnhodestasjonen 3 til stasjonen 4 nede i hullet aktiverer først oppvekkersprosessoren 33 prosessorenheten 31 som så får ELF-senderen 32

til å mate et modulert, ekstremt lavfrekvent signal til strukturen 2, C nede i hullet, som representerer de data som skal overføres. Under denne prosess skjer modulasjonen over brønnhodets isolasjonsskjøt IJ og forbindelsen til brønnhodestrukturen S brukes som jord. Signalet vandrer langs strukturen 2, C nede i hullet så langt som til isolasjons-skjøten IJ nede i hullet ved stasjonen 4 nede i hullet.

Oppvekkerprosessoren 46 og ELF-mottageren 47 i stasjonen 4 nede i hullet overvåker strukturen 2, C nede i hullet for å sende signaler ved å utnytte jorden frembragt av jordingspartiet 2b av produksjonsstrengen, som referanse. Når et passende signal mottas, kan hovedprosessorenheten 41 aktiveres for å dekode de overførte data og utføre de riktige tiltak. Oppvekkerprosessoren 46 kan være innrettet slik at den bare aktiverer hovedprosessorenheten 41 når det påviste signal inneholder en adresse eller tone som oppvekkerprosessoren 46 gjenkjenner.

Følerne 43, 44 og 45 som er anordnet i stasjonen nede i hullet kan brukes for å måle størrelser av interesse ved visse, forutbestemte tidsintervaller og/eller som reaksjon på instruksjoner overført fra brønnhodestasjonen 3. Den mekanisme som brukes for å overføre data oppnådd fra følerne 43, 44 og 45 til brønnhodestasjonen 3 er forskjellig fra den som brukes for å overføre data fra brønnhodestasjonen 3 til stasjonen 4 nede i hullet.

Det signalgenererende utstyr som brukes for å tilføre et signal til strukturen 2, C nede i hullet for overføring av data fra stasjonene 4 nede i hullet til brønnhodestasjonen 3 omfatter to adskilte deler anordnet på to forskjellige steder. Strømkilden 34 i brønnhode-stasjonen tjener som et referansesignalgenererende utstyr, mens svitsjeutstyret 48 som styres av prosessorenheten 41 i stasjonen 4 nede i hullet tjener som modulasjonsutstyr, nærmere bestemt utstyr for å modulere den effektive impedans.

For å lette forståelsen forklares her prinsippet for virkemåten ut fra en enkel åpne/lukke-bryter. Som nevnt ovenfor er imidlertid et svitsjeutstyr av en type som er utført i henhold til oppfinnelsen bekrevet nedenfor med henvisning til fig. 9

Strømkilden 34 avgir et referansesignal som er en konstant likestrøm, til seksjonen av strukturen 2, C nede i hullet mellom brønnhodets isolasjonsskjøt IJ og isolasjonsskjøten IJ nede i hullet. Under normale betingelser med svitsjeutstyret 48 åpent, er brønnhode-strukturen S og jordingspartiet 2b av produksjonsstrengen elektrisk isolert fra denne seksjon av strukturen 2, C nede i hullet ved isolasjonsskjøtene IJ som tjener som jord-inger. Seksjonen av strukturen 2, C nede i hullet mellom isolasjonsskjøtene IJ er ikke perfekt isolert fra sine omgivelser (dvs. jord), slik at strøm lekker og spenningsforskjellen mellom strukturen 2, C nede i hullet og jord stadig faller langs lengden av strukturen 2, C nede i hullet til en viss verdi ved isolasjonsskjøten IJ nede i hullet. Når svitsjeutstyret 48 er åpent, er det en spenningsforskjell lik null mellom jordpartiet 2b av produksjonsstrengen og jord, og en resulterende spenningsforskjell foreligger over isolasjonsskjøten IJ nede i hullet. Spenningsfordelingen langs strukturen 2, C nede i hullet når svitsjeutstyret 48 befinner seg i sin åpne stilling, er skjematisk vist i fig. 8.

Med svitsjeutstyret 48 i åpen stilling vil det være et hovedsakelig konstant spenningsfall (åpen spenning) over strømkilden 34. Det spenningsmålende utstyr 35 påviser denne åpne spenning og sender et passende signal til prosessorenheten 31.

Når svitsjeutstyret 48 befinner seg i sin lukkede stilling, og skjønt brønnhodestrukturen S fortsatt er isolert fra strukturen 2, C nede i hullet, er jordpartiet 2b elektrisk forbundet med resten av produksjonsstrengen 2 via svitsjeutstyret 48. Dette endrer impedansen i signalkretsen bestående av strukturen 2, C nede i hullet og jordingsreturveiene, og frembringer en tilsvarende endring i den spenning som frembringes over strømkilden 34. Spenningsfallet over strømkilden 34 når svitsjeutstyret er lukket (lukket spenning) er hovedsakelig konstant, men er forskjellig fra den åpne spenning. Det spenningsmålende utstyr 35 påviser denne lukkede spenning og sender et passende signal til brønnhodets prosessorenhet 31.

Dataene overføres fra stasjonen 4 nede i hullet ved modulasjon av signalkretsens impedans ved å åpne og lukke svitsjeutstyret 48 i stasjonen 4 nede i hullet, for så å påvise de resulterende endringer i spenningen over strømkilden 34 i brønnhode-stasjonen 3.

Når stasjonen 4 nede i hullet sender data, koder prosessorenheten 41 nede i hullet dataene som skal sendes og driver svitsjeutstyret 48 slik at signalkretsens impedans moduleres i samsvar med de kodede data. Det spenningsmålende utstyr 35 i brønn-hodestasjonen 3 påviser spenningen som endrer seg og avgir passende signaler til brønnhodets prosessorenhet 31 som dekoder det mottatte signal for å trekke ut de ønskede data.

Dataene kan kodes ved å utnytte digital likestrømssignalering, hvor f.eks. den åpne tilstand tilsvarer en null og den lukkede tilstand tilsvarer et ett-tall. I noen tilfeller er det mulig å oppnå bare forholdsvis lave datatransmisjonshastigheter, men dette er nød-vendigvis ikke et problem. Opplysninger fra stasjonen nede i hullet er typisk bare nødvendig med forholdsvis lite hyppige mellomrom, slik som månedlig.

Det forholdsvis sjeldne behov for å trekke ut data minsker også de problemer som kan oppstå på grunn av påføring av en kraftig strøm (kanskje i størrelsesorden 100 - 1000 A) på strukturen nede i hullet. I visse tilfeller er det sannsynlig at sådanne strømmer er nødvendig for å motta et tilfredsstillende signal. Påføring av en positiv forspenning på strukturen er tilbøyelig til å øke korrosjonen og påføring av en negativ forspenning er tilbøyelig til å bevirke generering av hydrogen i metallstrukturen. Det forutses at en negativ forspenning vil bli anvendt.

På grunn av det arrangement som brukes for å overføre data fra stasjonen 4 nede i hullet, fordres det ingen sender i stasjonen 4 nede i hullet. Dette er en stor fordel fordi effektbehovet for overføring av data er høyt når sådanne systemer brukes i det forutsette miljø. Problemer oppstår når man forsøker å tilfredsstille disse fordringer med hensyn til energi i en situasjon nede i et hull, særlig dersom systemet skal forbli operativt over en lang periode på f.eks. 20 år. Det vil forstås at prosessorenheten 41 og annet kretsutstyr i stasjonen nede i hullet fordrer et forholdsvis lavt effektnivå for å arbeide, som lettere kan tilfredsstilles ved hjelp av et batteri eller en annen energikilde.

En utførelse av den type svitsjeutstyr som brukes i henhold til oppfinnelsen er vist i fig. 9. Denne omfatter fire transistorer 91 koblet for å danne en bro og et ladningslagrende utstyr 92 som er kondensator med stor verdi. Broen er koblet over isolasjons-skjøten IJ nede i hullet og styres ved hjelp av prosessor-enheten 41 nede i hullet for å modulere signalkretsens effektive impedans i den hensikt å overføre data på samme måte som beskrevet ovenfor. Dette svitsjeutstyr har to stillinger som hver får signalkretsen til å få en bestemt effektiv impedans, som bevirker at en kjennetegnende spenning påvises over strømkilden 34. I den ene stilling svitsjes transistorene 91 slik at referansestrømmen må lade opp kondensatoren, hvilket hever den effektive impedans. I den annen stilling er referansestrømmen tilbøyelig til å lade ut kondensatoren, hvilket senker den effektive impedans. En elektrisk celle kan brukes i stedet for kondensatoren for å gi den samme virkning. Denne form av svitsjeutstyret er sannsynligvis praktisk bare når referansestrømmen er en likestrøm. Bruken av et ladningslagrende utstyr 92 og broarrangementet forbedrer signal/støy-forholdet for signalet som mottas ved brønnhodet.

Fig. 10 viser skjematisk et særlig foretrukket, alternativt arrangement (skjønt det igjen bare er vist et forenklet svitsjeutstyr) som i hovedsak er det samme som det beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 1 - 9, med det unntak at det spenningsmålende utstyr 35 ikke er koblet direkte over strømkilden 34. I stedet er den ene klemme for det spenningsmålende utstyr 35 tilkoblet den utgang fra strømkilden 34 som er forbundet med strukturen 2, C nede i hullet mens den annen klemme for det spenningsmålende utstyr 35 er tilkoblet et referansejordingspunkt R som er forskjellig fra brønnhodestrukturen S. På den annen side er strømkildens andre klemme fortsatt tilkoblet brønnhodestrukturen S (slik som i utførelsesformen beskrevet med henvisning til fig. 1 - 9) for å fullføre signalkretsen. Fig. 11 viser en forenklet ekvivalent krets av arrangementet vist i fig. 10.

I denne krets er strukturen 2, C nede i hullet og dens lekkasjebaner til jord E er representert ved et kjedenettverk av motstander.

Arrangementet i fig. 10 og 11 foretrekkes særlig fordi brønnhodestrukturen S ikke representerer den sanne jord E når strømmen drives omkring signalkretsen ved hjelp av strømkilden 34. Strømmen skaper en spenningsforskjell mellom brønnhodestrukturen S og den sanne jord E. Dette kan ses på som om det er en endelig impedans rs mellom brønnhodestrukturen S og den sanne jord E. Når strømmen flyter omkring signalkretsen eksisterer det en spenning over impedansen rs. Det finnes også strømlekkasjebaner mellom strukturen 2, C nede i hullet og brønnhodestrukturen S gjennom det omgivende jordsmonn. Disse er av betydning på grunn av den tette nærhet mellom strukturen 2, C nede i hullet og brønnhodestrukturen S. Siden signalkretsens samlede impedans modifiseres ved bruk av svitsjeutstyret 48 vil spenningsforskjellen mellom den sanne jord E og brønnhodestrukturen S såvel som spenningsforskjellen mellom den sanne jord E og toppen av strukturen 2, C nede i hullet, variere på grunn av disse lekkasjebaner. Dersom det spenningsmålende utstyr 35 er koblet direkte over strømkilden 34 vil således endringen i potensial for brønnhodestrukturen S bli påvist av det spenningsmålende utstyr 35 og dette vil vekke signalet. I arrangementet vist i fig. 10 og 11 er imidlertid dette problem avhjulpet fordi det brukes et separat referansejordingspunkt R. Referansejordingspunktet R velges slik at det i mindre grad påvirkes og ideelt sett ikke påvirkes av lekkasjestrømmene. Dette betyr at potensialdifferansen eller spenningsforskjellen mellom referansejordingspunktet R og den sanne jord E blir mer konstant og ideelt sett helt konstant.

I dette arrangement er impedansen rs mellom brønnhodestrukturen S og den sanne jord E forholdsvis liten, typisk i størrelsesorden 0,1 ohm. Dette gjør det mulig for signalkretsen å bli fullført uten at uakseptable høye spenninger bygger seg opp over tilkoblings-klemmene for strømkilden 34. På den annen side kan impedansen rR mellom referanse-jorden R og den sanne jord E være forholdsvis stor, f.eks. i størrelsesorden 100 kohm, uten å påvirke signalkretsens virkemåte eller signalverdien påvist av det spenningsmålende utstyr 35. Som nevnt ovenfor er det viktige poeng at det signal som måles av det spenningsmålende utstyr 35, er uavhengig av potensialdifferansen mellom brønn-hodestrukturen S og den sanne jord E. Referansejordingspunktet R kan plasseres i betraktelig avstand fra brønnhodestrukturen S, f.eks. 100 m unna. Referansejordingspunktet R kan skapes ved å drive en metallstake inn i jordsmonnet.

I ytterligere alternativer er det anordnet et antall isolasjonsskjøter nede i hullet og en stasjon nede i hullet er anordnet ved hver isolasjonsskjøt. Isolasjonsskjøtene kan be-finne seg i en eller flere separate produksjonsstrenger. På denne måte kan målinger utføres på en rekke forskjellige steder. Data kan overføres til og fra hver stasjon nede i hullet på samme måte som beskrevet ovenfor. Hver stasjon nede i et hull kan ha en entydig adresse eller tonefrekvens, slik at instruksjoner kan dirigeres til en bestemt stasjon. En hvilken som helst av, eller alle seksjonene i strukturen nede i hullet som på et bestemt tidspunkt ikke benyttes for å overføre et signal, kan utnyttes som en fordelt jord.

En reservert, overvåkende seksjon som har de nødvendige trekk innbefattet en isola-sjonsskjøt og en stasjon nede i hullet for å tillate data å bli registrert, mottatt og overført, kan anordnes for å erstatte deler av, eller en hel produksjonsstreng. Den overvåkende seksjon kan utformes for bruk i en produserende brønn og kan også være egnet for å bli etterlatt i og/eller ført inn i en forlatt brønn.

I et alternativ kan en seksjon av jordingspartiet av produksjonsstrengen isoleres fra omgivelsene, slik at det gjenværende uisolerte parti av jordingspartiet kan tjene som en fjern jord.

I et annet alternativ er brønnhodets isolasjonsskjøt utelatt og en separat jordretur er anordnet. Det vil selvsagt alltid være mulig å anordne en separat jordretur, men når det foreligger en isolasjonsskjøt for brønnhodet og en eksportrørledning, er bruk av rør-ledningen som jordretur et naturlig valg.

I et ytterligere alternativ kan en kappe av et materiale som er forskjellig fra det i produksjonsstrengen anordnes over strengens jordpart! Dette materiale kan for eksempel være kobber eller platinert titan. Bruk av platinert titan er elektrisk sett sannsynligvis å foretrekke, men kan være forhindret på grunn av pris eller bli betraktet som utilstrekkelig på grunn av sin motstand overfor avslitning. Bruk av en sådan kappe kan bidra til å øke den spenningsforskjell som kan frembringes over isolasjonsskjøten nede i hullet. Dette kan forbedre impedansmodulasjonen samtidig som det gir en høyere spenningstilførsel til effektforsyningsenheten nede i hullet når den realiseres som en enkel kjemisk celle.

Claims (11)

1. Datatransmisjonssystem for bruk sammen med et rørledningssystem som omfatter i det minste et elektrisk ledende rør (2) beregnet på å føre et fluid, idet datatransmisjonssystemet omfatter: - referansesignalgenererende utstyr (34) for å tilføre et referansesignal til en signalkrets, - impedansvarierende utstyr (IJ, 48) for å variere signalkretsens effektive impedans i avhengighet av data som skal overføres, og - overvåkende utstyr (35) for å overvåke endringer i referansesignalet frembragt ved å variere signalkretsens effektive impedans, for derved å trekke ut data, karakterisert ved at: - det referansesignalgenererende utstyr (34) er innrettet for å tilføre et signal til et rør (2) i rørledningssystemet, hvorved signalkretsen omfatter dette rør, - det impedansvarierende utstyr omfatter svitsjeutstyr (48, 91, 92, 41) som kan svitsjes mellom to tilstander, idet signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en første tilstand, er større enn signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en andre stilling, og - svitsjeutstyret omfatter ladningslagrende utstyr (92) som kan drives til å endre signalkretsens effektive impedans i avhengighet av svitsjeutstyrets tilstand.

2. Datatransmisjonssystem som angitt i krav 1, og hvor signalkretsen omfatter en signalkanal (2, C) som data overføres langs og en ledende returbane via jord.

3. Datatransmisjonssystem som angitt i krav 1 eller 2, og hvor det refereansesignalgenererende utstyr omfatter en konstant strømkilde (34).

4. Datatransmisjonssystem som angitt i krav 3, og hvor strømkilden (34) er innrettet for å generere et konstant likestrømssignal.

5. Datatransmisjonssystem som angitt i krav 3 eller 4, og hvor det overvåkende utstyr (35) er innrettet for å overvåke endringer i spenningsforskjellen mellom en tilkoblingsklemme for strømkilden, og jord, som skyldes referansesignalet.

6. Datatransmisjonssystem som angitt i et av kravene 3 - 5, og hvor det overvåkende utstyr (35) er tilkoblet over strømkildens (34) tilkoblingsklemmer.

7. Datatransmisjonssystem som angitt i et av kravene 3 - 5, og hvor det er anordnet et separat referansejordingspunkt (R) og det overvåkende utstyr (35) er innrettet for å overvåke spenningsforskjellen mellom en utgang for strømkilden og referansejordingspunktet.

8. Datatransmisjonssystem som angitt i et av de forutgående krav, og som er utført for bruk i en brønn som har en struktur (2, C) nede i et hull, idet denne struktur omfatter det rør (2) som det referansesignalgenererende utstyr (34) er tilkoblet.

9. Datatransmisjonssystem som angitt i et av de forutgående krav, og hvor det impedansvarierende utstyr (IJ, 48) er et impedansmodulasjonsutstyr for å modulere referansesignalet og derved kode data som skal overføres, mens det overvåkende utstyr er innrettet for å dekode overførte data.

10. Fremgangsmåte ved overføring av data for bruk sammen med et rørledningssystem som omfatter i det minste et elektrisk ledende rør (2) beregnet på å føre et fluid, og som omfatter trinn hvor: - et referansesignal genereres og tilføres en signalkrets, - signalkretsens effektive impedans varieres i avhengighet av data som skal overføres, og - endringer i referansesignalet forårsaket ved å variere signalkretsens effektive impedans overvåkes, for derved å trekke ut data, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter at: - et rør i rørledningssystemet utnyttes som en del av signalkretsen og referansesignalet tilføres røret (2), og - den effektive impedans varieres ved å svitsje et svitsjeutstyr (48, 91, 92, 41) mellom to tilstander, idet signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en første tilstand, er større enn signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en andre stilling og svitsjeutstyret omfatter ladningslagrende utstyr (92) som kan drives til å endre signalkretsens effektive impedans i avhengighet av svitsjeutstyrets tilstand.

11. Datatransmisjonsanordning for bruk i et datatransmisjonssystem som angitt i et av kravene 1 - 9, og som omfatter: - referansesignalgenererende utstyr (34) for tilførsel av et referansesignal til en signalkrets, - impedansvarierende utstyr (48, IJ) for å variere signalkretsens effektive impedans i avhengighet av data som skal overføres, og - overvåkende utstyr (35) for å overvåke endringer i referansesignalet forårsaket av å variere signalkretsens effektive impedans, for derved å trekke ut data, karakterisert ved at: - det refereansesignalgenererende utstyr (34) er innrettet for å tilføre et signal til et rør (2) i rørledningssystemet, idet dette rør befinner seg i signalkretsen, - det impedansvarierende utstyr omfatter svitsjeutstyr (48, 91, 92, 41) som kan svitsjes mellom to tilstander, idet signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en første tilstand, er større enn signalkretsens effektive impedans når svitsjeutstyret befinner seg i en andre stilling, og - svitsjeutstyret omfatter ladningslagrende utstyr (92) som kan drives til å endre signalkretsens effektive impedans i avhengighet av svitsjeutstyrets tilstand.