專(zhuān)利名稱(chēng)：管線(xiàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及所有用于管線(xiàn)系統(tǒng)(具體為油井系統(tǒng))中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，信?hào)接收裝置和接收信號(hào)的方法。
當(dāng)為獲得石油和天然氣而鉆井時(shí)以及在采油井的操作中，能夠?qū)嵭袦y(cè)量是很有用的。然而，很難將數(shù)據(jù)從井底傳到地表面，并且隨著井深的增加，其難度也相應(yīng)增加。目前，要求從離地表面3000米或更深處傳輸數(shù)據(jù)。
在當(dāng)前可獲得的信號(hào)技術(shù)中，那些利用油井自身的金屬結(jié)構(gòu)的技術(shù)特別適宜，由于它們不需要安裝單獨(dú)的電線(xiàn)。大多數(shù)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)利用生產(chǎn)管線(xiàn)和套管作為一個(gè)單獨(dú)傳導(dǎo)通道并且利用大地作為回路。一些嘗試?yán)锰坠芎凸芫€(xiàn)作為單獨(dú)的傳導(dǎo)路徑，但這有很多問(wèn)題，由于在整個(gè)長(zhǎng)度上將管線(xiàn)與套管隔離很困難，尤其是在井底由于有載荷，就更困難。其他的方法包含“泥漿-沖擊”，它不僅僅難于實(shí)行并且費(fèi)用很貴而且數(shù)據(jù)傳輸率很低。
無(wú)論使用那種系統(tǒng)，由于其固有的損失和需要將電流保持在合適水平上的，其范圍被限制了。而且，就申請(qǐng)人所知，當(dāng)前沒(méi)有實(shí)際可用的從套管里管線(xiàn)位置上傳輸信號(hào)的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。在此申請(qǐng)人的以前申請(qǐng)EP-A-0,646,304中說(shuō)明了通信系統(tǒng)，例如，在開(kāi)孔條件下工作并且可以沿套入的部分傳輸信號(hào)的系統(tǒng)。然而，一般認(rèn)為，這樣的系統(tǒng)不能實(shí)際用于從套入部分里的位置傳輸信號(hào)。
在管線(xiàn)系統(tǒng)里，也期望能夠從在管線(xiàn)系統(tǒng)里和/或相關(guān)套管里的裝置將信號(hào)傳輸?shù)较到y(tǒng)的相同區(qū)域，但是不能將信號(hào)傳輸?shù)轿挥诠芫€(xiàn)和/或套管外的裝置。但是，一般認(rèn)為這很難達(dá)到。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種通信系統(tǒng)，它至少減輕有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的一些問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且大地被用作回路，所述系統(tǒng)包含用于形成電流環(huán)路的裝置，所述裝置有第一和第二導(dǎo)電部分，兩部分在隔開(kāi)的位置互相連接，金屬結(jié)構(gòu)至少包含一個(gè)導(dǎo)電部分，并且一個(gè)本地單元，該本地單元用于將信號(hào)傳輸給一個(gè)導(dǎo)電部分的傳輸裝置，因此在使用中，電流在所述環(huán)路上流動(dòng)，在環(huán)路區(qū)域的大地與金屬結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生電位差并且導(dǎo)致信號(hào)沿金屬結(jié)構(gòu)向環(huán)路外傳播，其中安排用于形成電流環(huán)路路徑的裝置以確保隔開(kāi)的位置被至少一最小距離分隔，選擇所述最小距離以提供需要的傳輸特征。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，其中管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用于信號(hào)通道并且大地被用作回路，所述方法包含步驟實(shí)行一個(gè)電流回路，所述電流回路包含第一和第二導(dǎo)電部分，所述兩個(gè)導(dǎo)電部分在分隔的位置互相電連接，所述金屬結(jié)構(gòu)至少包含一個(gè)導(dǎo)電部分；將一個(gè)信號(hào)施加到一個(gè)所述導(dǎo)電部分，使電流在所述回路上環(huán)流以在回路區(qū)域內(nèi)的大地與金屬結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生電位差，并且使信號(hào)沿金屬結(jié)構(gòu)向環(huán)路外傳播；以及確保所述被隔開(kāi)的位置被至少一最小距離分隔，選擇所述最小距離以提供需要的傳輸特征。
所述管線(xiàn)系統(tǒng)可以包含一個(gè)內(nèi)流線(xiàn)和一個(gè)外圍套管。典型的，管線(xiàn)系統(tǒng)包含有生產(chǎn)管線(xiàn)和包圍套管。
運(yùn)行中沿回路環(huán)流的電流可以被認(rèn)為是使系統(tǒng)作用為一個(gè)雙極發(fā)射器。
可在遠(yuǎn)離所述電流回路的位置提供接收裝置，用于接收沿金屬結(jié)構(gòu)傳播的信號(hào)。
上述的安排有一些優(yōu)勢(shì)，即使當(dāng)沿生產(chǎn)管線(xiàn)，從位于套管內(nèi)某一位置發(fā)送信號(hào)時(shí)，在使用真實(shí)電流電平的實(shí)際情況中可以避免電線(xiàn)，將可檢查到的信號(hào)注入金屬結(jié)構(gòu)。離開(kāi)當(dāng)前回路路徑的區(qū)域，金屬結(jié)構(gòu)整體可以被對(duì)待為一個(gè)單一傳導(dǎo)通道。
可以選擇最小距離以適合環(huán)境，從而可以在遠(yuǎn)離本地單元的期望位置例如在油井頂部檢測(cè)到可接收適合電平的信號(hào)。典型選擇的最小距離是100米。較佳的是所選擇的距離相對(duì)結(jié)構(gòu)/井的整個(gè)長(zhǎng)度而言是較短的。
較佳的，一個(gè)導(dǎo)電部分包含一部分生產(chǎn)管線(xiàn)?？梢园才虐l(fā)射裝置以將信號(hào)施加到生產(chǎn)管線(xiàn)。
在一些實(shí)施例里，一個(gè)導(dǎo)電部分包含一部分流線(xiàn)，例如生產(chǎn)管線(xiàn)，而其他導(dǎo)電部分包含套管的圍繞部分。在這樣的具體實(shí)施例里，形成電流環(huán)路的裝置可以包含絕緣襯墊裝置，用于保持流線(xiàn)與圍繞的套管隔開(kāi)所選擇的最小距離?？梢栽诹骶€(xiàn)上和/或相應(yīng)于所選擇最小距離的部分上的套管上提供絕緣層。在所述第一和第二導(dǎo)電部分之間的間隔連接，用于完成電流回路，該間隔連接可以包含在所選擇區(qū)域外流線(xiàn)和套管之間的粗略接觸。將認(rèn)識(shí)到，改善流線(xiàn)和所選擇最小距離的套管之間的絕緣性所需的成本將比試圖在它們的整個(gè)長(zhǎng)度上隔離管線(xiàn)和套管所需的成本小得多。
在其他實(shí)施例里，一個(gè)導(dǎo)電部分包含一部分管線(xiàn)或者流線(xiàn)并且另一個(gè)導(dǎo)電部分至少包含一個(gè)電傳導(dǎo)延長(zhǎng)部件，所述部件至少連接位于管線(xiàn)或者流線(xiàn)里兩個(gè)鑄模。在此類(lèi)實(shí)施例里，可以在鑄模里提供用于完成電流回路的間隔連接?？梢栽谝粋€(gè)所述鑄模中上提供本地單元。較佳的將所述發(fā)射裝置安排為將信號(hào)施加到延長(zhǎng)部件。
本地單元可以包含傳感器裝置，用于測(cè)量本地單元區(qū)域里的條件。本地單元可以包含接收裝置，用于接收沿金屬結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)傳輸?shù)妮斎胄盘?hào)。本地單元還被安排為用作中繼站。應(yīng)該知道，中繼站可以被放置于產(chǎn)管線(xiàn)的套管部分，并且從而用于擴(kuò)大數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶?br> 較佳的，發(fā)射裝置基本上將信號(hào)施加到各自導(dǎo)電部分的中點(diǎn)。這將均衡沿金屬結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離本地單元的方向上傳播的信號(hào)并且這特別合適于本地單元功能為一個(gè)雙向中繼站情況。
另一方面，如果期望在一個(gè)方向上增加信號(hào)傳輸，傳輸裝置可以被安排為將信號(hào)施加到朝向各自導(dǎo)電部分某端的點(diǎn)上，較佳的是相對(duì)端。
發(fā)射裝置和/或接收裝置可以包含與各自導(dǎo)體部分串聯(lián)放置的一個(gè)隔離部件。發(fā)射裝置可以包含一個(gè)跨接于隔離元件的信號(hào)發(fā)生裝置。所述接收裝置可以包含一個(gè)測(cè)量裝置，例如電壓測(cè)量裝置。該裝置跨接于隔離元件。其中，各自導(dǎo)電元件包含生產(chǎn)管線(xiàn)，所述隔離部件可以是位于管線(xiàn)上的隔離接合處。
發(fā)射裝置和/或接收裝置可以包含位于各自導(dǎo)電部分周?chē)碾姼旭詈涎b置。電流環(huán)路可以用作一個(gè)變壓器的單匝線(xiàn)圈。所述電感耦合裝置可以包含一個(gè)線(xiàn)在一般環(huán)形磁芯上的線(xiàn)圈，它圍繞在各自的導(dǎo)電部分。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一個(gè)與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一起使用的信號(hào)接收裝置，在所述系統(tǒng)里，管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且大地被用作回路，包含一個(gè)有接收裝置的本地單元，包含用于提供在本地單元與在金屬結(jié)構(gòu)上的一部分上至少兩個(gè)分隔位置之間的電接觸的裝置，并包含用于確保兩個(gè)分隔位置被至少分開(kāi)最短距離的裝置，選擇所述距離以獲得需要的接收特征。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種接收來(lái)自管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)的信號(hào)的方法，所述金屬結(jié)構(gòu)被用作數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)通道，大地被用作回路，包含以下步驟提供有接收裝置的本地單元；提供在所述本地單元和所述金屬結(jié)構(gòu)的一部分上的至少兩個(gè)隔開(kāi)位置之間的電接觸；確保兩個(gè)分隔位置被至少分開(kāi)最短距離的裝置，選擇所述距離以獲得需要的接收特征。
當(dāng)沿管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)傳輸信號(hào)時(shí)，信號(hào)的幅度一般隨離信號(hào)源距離的增加而減少。這主要由于信號(hào)對(duì)地的逐漸泄漏。從而當(dāng)信號(hào)沿金屬結(jié)構(gòu)傳輸時(shí)，在任意兩個(gè)縱向間隔點(diǎn)上存在電位差，并且應(yīng)該知道，對(duì)兩個(gè)此類(lèi)點(diǎn)提供的連接使能夠從金屬結(jié)構(gòu)提取信號(hào)。所需的最小距離取決于相對(duì)于所處位置大地的信號(hào)電平以及接收裝置的靈敏度/噪音性能。
在間隔位置提供的電接觸的裝置可以包含一部分生產(chǎn)管線(xiàn)和絕緣襯墊裝置，所述間隔裝置保持所述管線(xiàn)部分與包圍套管的相應(yīng)部分隔開(kāi)。可以在本地單元區(qū)域里的管線(xiàn)和與其跨接的信號(hào)測(cè)量裝置里提供一個(gè)隔離結(jié)合處。在此例子里，由于將管線(xiàn)與套管有效地隔離，對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)的那部分的所有信號(hào)損失將來(lái)自套管并且沿管線(xiàn)的那部分將有很小的電壓下降，從而可以檢測(cè)到間隔位置之間的電位差別。
用于在隔開(kāi)位置提供電接觸的裝置可以至少包含一個(gè)導(dǎo)電延長(zhǎng)部件，所述部件至少與兩個(gè)位于生產(chǎn)管線(xiàn)里的鑄模相連。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一起使用的信號(hào)接收裝置，其中管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道，它包含一個(gè)有接收裝置的本地單元，所述接收裝置包含一個(gè)電感耦合。
此信號(hào)通道在本地單元的區(qū)域里可以被分成兩個(gè)或多個(gè)分枝并且在一個(gè)所述分枝周?chē)胖秒姼旭詈稀?br> 所述電感耦合較適宜被放置在位于套管里的生產(chǎn)管線(xiàn)周?chē)Ｒ粋€(gè)分枝可以包含生產(chǎn)管線(xiàn)，并且另一個(gè)分枝可以包含套管。
電感耦合可以包含一個(gè)螺旋管，所述螺旋管放置于所述通道和/或生產(chǎn)管線(xiàn)中的一個(gè)的周?chē)?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中包含一個(gè)生產(chǎn)管線(xiàn)和套管的油井的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且大地被用作回路，其包含一個(gè)本地單元，所述本地單元有接收和/或發(fā)射裝置，所述接收和/或發(fā)射裝置與管線(xiàn)耦合，用于沿信號(hào)通道接收和/或發(fā)射信號(hào)，還包含絕緣隔離裝置，安排所述絕緣隔離裝置以確保生產(chǎn)管線(xiàn)與套管在本地單元區(qū)域被至少相互隔開(kāi)所選擇距離，選擇的所述最小距離以獲得需要的接收和/或發(fā)送特征。
套管可以包含多個(gè)分隔的部分，這些部分可以是螺紋嚙合在一起的。在相鄰部分之間的一個(gè)或多個(gè)接合處的相連表面可以用絕緣媒質(zhì)覆蓋。這可以改變金屬結(jié)構(gòu)的電特性并且增強(qiáng)其性能。
根據(jù)本發(fā)明的以前方面所述的許多額外特征同樣適合于在與本發(fā)明的所述其他方面相關(guān)的應(yīng)用中。
根據(jù)本發(fā)明的另一些方面，提供了用于管線(xiàn)系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括，用于形成電流回路的裝置，所述裝置包含一部分內(nèi)部傳導(dǎo)元件和外部導(dǎo)電元件的相應(yīng)部分，它們?cè)趦蓚€(gè)隔開(kāi)位置互相電連接，所述外部元件包圍所述內(nèi)部元件，并且它是所述管線(xiàn)系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)的一部分。
一個(gè)內(nèi)部單元放置于外部元件內(nèi)并且有發(fā)射裝置，用于將信號(hào)注入到電流環(huán)路；以及一個(gè)放置在外部元件外的外部單元，所述外部單元包含一個(gè)電感性耦合裝置，將所述裝置安排為由在環(huán)路上流動(dòng)的電流生成的磁通量來(lái)連接，在使用中安排使所述內(nèi)部元件的所述部分里流過(guò)的所述電流不匹配于外部元件的相應(yīng)部分里流過(guò)的所述電流，在所述電感耦合裝置里生成信號(hào)，從而允許從內(nèi)部單元到外部單元的通信。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于管線(xiàn)系統(tǒng)里數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的方法，所述方法包含步驟形成電流環(huán)路，所述環(huán)路包含一部分內(nèi)部導(dǎo)電元件和一個(gè)外部導(dǎo)電元件的相應(yīng)部分，在兩個(gè)隔開(kāi)的位置互相電連接，外部傳導(dǎo)元件圍繞所述內(nèi)部傳導(dǎo)元件，并且是管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)的一部分；將信號(hào)從位于外部元件內(nèi)的內(nèi)部單元輸入到電流環(huán)路；以及將一個(gè)外部單元放置在外部元件外，所述外部單元包含電感耦合裝置，將所述裝置安排為由在環(huán)路上流動(dòng)的電流生成的磁通量來(lái)連接，并且在使用中安排使所述內(nèi)部元件的所述部分里流過(guò)的所述電流不匹配于外部元件的相應(yīng)部分里流過(guò)的所述電流，在所述電感耦合裝置里生成信號(hào)，從而允許從內(nèi)部單元到外部單元的通信。
一般的，將內(nèi)部和外部元件一般共軸安排成延長(zhǎng)元件組，外部元件一般是管狀的。
間隔位置可以被隔開(kāi)所選擇最小距離。較適宜的，選擇所述最小距離以獲得需要的傳輸特性。在一些實(shí)施例里，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以被安排為應(yīng)用于管線(xiàn)系統(tǒng)里，其包含一個(gè)傳導(dǎo)流線(xiàn)，所述流線(xiàn)用作外部元件，并且還提供了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的內(nèi)部傳導(dǎo)元件。在此類(lèi)例子里，傳導(dǎo)元件可以包含連接在兩個(gè)鑄模之間的一個(gè)傳導(dǎo)帶索。
在所述鑄模上可提供在專(zhuān)用內(nèi)部傳導(dǎo)器和流線(xiàn)之間的電連接。位于鑄模上的清潔刷可以用作與流線(xiàn)內(nèi)表面的接觸。
在其他實(shí)施例里，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以被安排為用于管線(xiàn)系統(tǒng)里，其包含一個(gè)內(nèi)部傳導(dǎo)流線(xiàn)和一個(gè)外部傳導(dǎo)套管。在此例子里，所述外部元件可以包含套管并且所述內(nèi)部元件可以包含流線(xiàn)。
所述外部元件，特別是當(dāng)它是套管時(shí)，可以包含多個(gè)分隔部分，這些部分可以被螺紋嚙合在一起。在相鄰部分之間的一個(gè)或多個(gè)接合處的相連表面可以用絕緣媒質(zhì)覆蓋。這可以改變金屬結(jié)構(gòu)的電氣特性并且增強(qiáng)其性能。較佳的是，沒(méi)有完全隔離的接合處被放置于間隔位置之間的套管里，在這些間隔位置，套管和流線(xiàn)互相電接觸。
在流線(xiàn)和套管之間的電連接可以包含粗略接觸和/或傳導(dǎo)密封器。由于間隔連接包含粗略接觸，可以選擇連接之間的最小分隔。在使用傳導(dǎo)密封器處，可以選擇在密封器的實(shí)際間隔，并因而也可選擇連接。用于形成電流環(huán)路的裝置可以包含提供于所述內(nèi)部流線(xiàn)的外表面和/或所述外部套管的內(nèi)表面上的絕緣層。用于形成電流環(huán)路的所述裝置可以包含絕緣襯墊裝置。
可以選擇連接和/或裝置的位置和本質(zhì)以提供需要的傳輸特性，所述裝置用于將流線(xiàn)的所述部分與套管的相應(yīng)部分隔離。
較佳的，安排所述裝置用于將信號(hào)施加到內(nèi)部流線(xiàn)上?？梢栽诹骶€(xiàn)里提供一個(gè)隔離接合處，并且可以安排所述傳輸裝置以使信號(hào)通過(guò)所述隔離接合處。
所述電感耦合裝置可以包含一個(gè)螺旋管，所述螺旋管放置于電流環(huán)路區(qū)域里的套管的周?chē)?。較適宜將所述電感耦合裝置放置于朝向間隔連接之間的中點(diǎn)。
所述管線(xiàn)系統(tǒng)典型的包含油井的套管部分，在本實(shí)施例中在此套管里的生產(chǎn)管線(xiàn)是流線(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了在實(shí)行本發(fā)明的上述方面中與金屬結(jié)構(gòu)一起使用的裝置。
現(xiàn)在將通過(guò)示例，僅僅參考


本發(fā)明的具體實(shí)施例，附圖中
圖1示意性顯示了包含數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的海底油井，它包含了本發(fā)明的第一實(shí)施例；圖2示意性顯示了圖1所示油井的一部分，圖中所示部分上布置了一中繼站；圖3顯示了圖1所示的油井的一個(gè)典型長(zhǎng)度的生產(chǎn)管線(xiàn)和套管的簡(jiǎn)化等效電路；圖4顯示了圖2所示油井的所示部分在接收信號(hào)期間的簡(jiǎn)化等效電路；圖5顯示了圖2所示油井的所示部分在發(fā)送信號(hào)期間的簡(jiǎn)化等效電路；圖6顯示了一個(gè)可替換的耦合方法。
圖7是一張本發(fā)明第二實(shí)施例部分示意圖；圖8示意性顯示了本發(fā)明第三實(shí)施例；圖9顯示了圖8所示裝置排列等效電路；圖1和圖2示意性顯示了一口包含無(wú)線(xiàn)或無(wú)金屬線(xiàn)路的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的海底油井。該油井包括一根用于從結(jié)構(gòu)F中提取產(chǎn)品的生產(chǎn)管線(xiàn)1。生產(chǎn)管線(xiàn)1在泥漿線(xiàn)連接支柱2，并且在支柱2和結(jié)構(gòu)F之間由套管3包圍。生產(chǎn)管線(xiàn)1和套管3構(gòu)成部分油井的金屬結(jié)構(gòu)。雖然圖1顯示了位于套管3中間的生產(chǎn)管線(xiàn)1，在實(shí)用中，在沿它們長(zhǎng)度的任意位置上，生產(chǎn)管線(xiàn)1和套管3互相粗接觸。一般而言，不能防止這樣的粗接觸，并且管線(xiàn)1在套管3內(nèi)將沿一條彎曲的路徑，例如螺旋形路徑。
在管線(xiàn)1和套管3之間的空隙用鹽水(或用另一種比水的密度更大的替代液體)填充，以幫助減少作用于封環(huán)4上的壓力。該封環(huán)4位于進(jìn)入結(jié)構(gòu)F時(shí)的套管3和生產(chǎn)管線(xiàn)1的之間。鹽水的存在還在管線(xiàn)1和套管3之間引進(jìn)另外一個(gè)產(chǎn)品通路。
通過(guò)鹽水的粗接觸和產(chǎn)品的影響是指管線(xiàn)1和套管3的相應(yīng)點(diǎn)通常達(dá)到相同的電位，并且管線(xiàn)1和套管3作為單導(dǎo)體來(lái)對(duì)待。
油井也包括許多設(shè)置在敞口井位置的管線(xiàn)1上的數(shù)據(jù)記錄站5，即在結(jié)構(gòu)F內(nèi)。安排數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，以致允許在數(shù)據(jù)記錄站5和泥漿線(xiàn)之間或在用油井的金屬結(jié)構(gòu)1，3作為信號(hào)通道向外傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄站和泥漿線(xiàn)間的距離可能超過(guò)3000米。利用現(xiàn)有的非金屬線(xiàn)路敞口井技術(shù)在數(shù)據(jù)記錄站接收和從數(shù)據(jù)記錄站發(fā)送數(shù)據(jù)，例如在申請(qǐng)者早期申請(qǐng)EP-A-0646304中描述的技術(shù)。同時(shí)，這些技術(shù)引進(jìn)敞開(kāi)井中，并且能夠沿著被封部分傳輸信號(hào)，它們不能用在實(shí)際中從被封部分的某一置傳輸。只有當(dāng)被封部分的長(zhǎng)度不是太長(zhǎng)時(shí)，能夠用上述申請(qǐng)中描述的非金屬線(xiàn)路技術(shù)從泥漿線(xiàn)直接接收或直接給泥漿線(xiàn)發(fā)送信號(hào)；基本上由信噪比決定其范圍和數(shù)據(jù)速率。
然而在本實(shí)施例中，通過(guò)生產(chǎn)管線(xiàn)1密封(cased)部分中提供的中繼站6改進(jìn)了該系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度和/或范圍。特別參考圖2，中繼站6包括收發(fā)器裝置，該收發(fā)器裝置含有設(shè)置在生產(chǎn)管線(xiàn)上的絕緣結(jié)合點(diǎn)7，在傳輸期間使用信號(hào)發(fā)生裝置8a，而在接收期間使用信號(hào)測(cè)量裝置8b。信號(hào)發(fā)生裝置和信號(hào)測(cè)量裝置兩者都跨接在絕緣結(jié)合點(diǎn)。在結(jié)合點(diǎn)7區(qū)域的100米距離范圍內(nèi)，圍繞生產(chǎn)管線(xiàn)1，提供多個(gè)環(huán)形絕緣襯墊9。選擇襯墊所處位置的距離，以致能夠有效地接收和發(fā)送信號(hào)。實(shí)際的距離取決于許多與傳輸系統(tǒng)和油井本身部件的有關(guān)的因素。
襯墊9為半套管形，一起用螺栓固定在生產(chǎn)管線(xiàn)1上。在每個(gè)襯墊和管線(xiàn)1之間有絕緣層9a。在圖2中，示出一個(gè)襯墊9的側(cè)視圖，而其余的襯墊9以橫截面示出。安排和定位襯墊9，以致在每個(gè)襯墊9的位置，使管線(xiàn)1位于套管3的中間，并且使管線(xiàn)1在相鄰襯墊9間的任何位置都與套管3不接觸。在多個(gè)襯墊9每頂端的最后一個(gè)襯墊外，使管線(xiàn)1與套管3粗接觸10，按圖2所示。每個(gè)最后襯墊9和各自的粗接觸10之間的距離是隨機(jī)的，但是它的下限由油井和襯墊9的特性決定。這樣，襯墊9至少保證在某一選擇的最短距離內(nèi)，生產(chǎn)管線(xiàn)1不會(huì)和套管3接觸。
概括地，由于增加了粗略接觸10之間的間隙，改善了系統(tǒng)的發(fā)送和接收性能。然而，有一種對(duì)于引入最短距離所需費(fèi)用的折衷選擇，通常，粗略接觸10之間的間隙將大于最短距離，但這僅用作改善系統(tǒng)。
因此，管線(xiàn)1和套管3在粗略接觸10之間的部分被分別稱(chēng)為管線(xiàn)1a的絕緣部分和套管3a的相應(yīng)部分。
圖3示出生產(chǎn)管生產(chǎn)管線(xiàn)1和套管3的典型長(zhǎng)度的等效(總合參數(shù))電路。管線(xiàn)1和套管3分別用一系列電阻Rs和Rc表示。管線(xiàn)1和套管3間的泄漏通路由Rg+b表示，而套管3和遠(yuǎn)地E間的泄漏通路用電阻器Re和電容器Ce表示。如果將信號(hào)施加于管線(xiàn)1或套管3，由于通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)地E的泄漏通路的損失，信號(hào)的強(qiáng)度將隨著離信號(hào)源距離的增大而減少。另外，如上所述，將使管線(xiàn)1和套管3的電位相等。
圖4示出在接收信號(hào)期間，對(duì)應(yīng)于在中繼站6區(qū)域的生產(chǎn)管線(xiàn)1a和套管3a部分的簡(jiǎn)化等效電路。除了部分1a，3a任一端的那些粗接觸10外，已經(jīng)消除了由粗略接觸引起的泄漏通路。這樣，電阻Rg+b由表示單獨(dú)通過(guò)鹽水泄漏的較高阻值的電阻Rb代替。通過(guò)在中繼站6中的鹽水的電阻與由在管線(xiàn)1a絕緣部分兩端的粗略接觸10提供的電阻相比是如此得大，以致基本上可以忽略鹽水的影響。
在信號(hào)接收期間，因?yàn)橛捎诮^緣結(jié)合點(diǎn)7不存在通過(guò)生產(chǎn)管線(xiàn)1a部分的電流通路，以及因?yàn)樯a(chǎn)管線(xiàn)部分1a與相應(yīng)的套管部分3a有效地絕緣，所有對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的部分的信號(hào)損失都來(lái)自套管3a。在這種環(huán)境中，沿著隔離管線(xiàn)兩個(gè)半部分間，只存在很少的電位差，該兩個(gè)半部分基本上在1a，3a部分的末端提供了與粗接觸10直接接觸。這是指能夠檢測(cè)套管上兩個(gè)縱向間隔部分間的電位差，并因此，從金屬結(jié)構(gòu)中提取信號(hào)。事實(shí)是，被迫沿著中繼站6區(qū)域中的套管3的所有信號(hào)能用于增加套管3上隔離位置間的電位差。
圖5示出在發(fā)送期間，對(duì)應(yīng)于在中繼站6區(qū)域的生產(chǎn)管線(xiàn)1a和套管3a部分的簡(jiǎn)化等效電路。如上所述，除了在部分1a，3a任一端的那些粗接觸10外，已經(jīng)消除了由粗略接觸引起的泄漏通路。這樣，電阻Rg+b由表示單獨(dú)通過(guò)鹽水泄漏的電阻較大的的電阻Rb代替。經(jīng)過(guò)中繼站6中的鹽水的電阻與由在管線(xiàn)1a絕緣部分端部的粗略接觸10提供的電阻相比是如此得大，以致基本上可以忽略鹽水的影響。這樣在發(fā)送期間，能夠認(rèn)為電流環(huán)路包括管線(xiàn)1a的絕緣部分，套管3a的相應(yīng)部分和粗略接觸10。該環(huán)路的兩頂端當(dāng)然與管線(xiàn)1和套管3剩余相連接。信號(hào)發(fā)生裝置8a使電流I沿環(huán)路流動(dòng)。該電流I的流動(dòng)在管線(xiàn)1a絕緣部分的相對(duì)頂端的粗略接觸10之間產(chǎn)生要設(shè)置的電位差。該電位差為I×sum(和)Rc，其中，sumRc等于在粗略接觸10之間引起的總電阻。
假設(shè)絕緣結(jié)合點(diǎn)7設(shè)置在管線(xiàn)1a的隔離部分的中心，并且系統(tǒng)處于相對(duì)于地的平衡狀態(tài)，在管線(xiàn)1a的絕緣部分的每端上金屬結(jié)構(gòu)與地之間的電位差為(I×sumRc)/2。因?yàn)樵诖致越佑|10的位置與地之間存在電位差，信號(hào)將沿著管線(xiàn)1和套管3，按遠(yuǎn)離中繼站6的方向傳輸。
能夠借助于上述的機(jī)械裝置，通過(guò)將合適的信號(hào)編碼在管線(xiàn)上，沿著管線(xiàn)1和套管3，按遠(yuǎn)離中繼站的方向傳輸所需的數(shù)據(jù)，例如從數(shù)據(jù)記錄站接收的數(shù)據(jù)。產(chǎn)生的信號(hào)沿作為單導(dǎo)體的管線(xiàn)和套管，按遠(yuǎn)離電流環(huán)路的方向傳播。信號(hào)電路通過(guò)大地回路實(shí)行，并不所需金屬電路。這樣，能夠避免所有與提供金屬線(xiàn)路，尤其是向下打眼，有關(guān)的問(wèn)題。
在泥漿線(xiàn)上或在任何中繼站(未顯示)上的合適的接收裝置，能用于檢測(cè)施加于管線(xiàn)1和套管3上的信號(hào)，并提取所需的數(shù)據(jù)。接收裝置可以利用電感耦合器或?qū)⒔邮昭b置安排成能測(cè)量相對(duì)于一獨(dú)立地基準(zhǔn)的信號(hào)。
這樣，通過(guò)在套管3內(nèi)提供適當(dāng)數(shù)量的中繼站就可顯著地?cái)U(kuò)大信號(hào)傳輸系統(tǒng)的范圍。中繼站是雙向的，因此當(dāng)將信號(hào)傳輸進(jìn)油井，和送出油井時(shí)，擴(kuò)大了傳輸范圍。
采用中心位于絕緣部分1a中的絕緣結(jié)合點(diǎn)，在遠(yuǎn)離中繼站6每個(gè)方向上的信號(hào)強(qiáng)度實(shí)際上相等。然而，如絕緣結(jié)合點(diǎn)7移向絕緣部分1a的一端，在絕緣部分1a的另一端產(chǎn)生的電位差將變得比(I×sumRc)/2更大。這樣，如果希望增加某一方向上信號(hào)的強(qiáng)度，可以相應(yīng)地放置絕緣結(jié)合點(diǎn)7。
在一替代的情況中，生產(chǎn)管線(xiàn)1a的絕緣部分設(shè)置有絕緣涂層，以進(jìn)一步降低絕緣部分1a和套管3a相應(yīng)部分間的電導(dǎo)。
圖6示出繞在環(huán)形磁心202上的線(xiàn)圈201，該環(huán)形磁心設(shè)置在生產(chǎn)管線(xiàn)部分1a上。線(xiàn)圈201用在將信號(hào)施加到生產(chǎn)管線(xiàn)1和/或從生產(chǎn)管線(xiàn)1中分接出信號(hào)的替代方法中。在這種例子中，要依靠電感耦合，并且不能使用絕緣結(jié)合點(diǎn)。在發(fā)送期間，線(xiàn)圈201用于減少管線(xiàn)1中的電流，而上述的電流環(huán)路用作單匝變壓器線(xiàn)圈。在接收期間，在生產(chǎn)管線(xiàn)1上的信號(hào)在線(xiàn)圈201上感應(yīng)出相應(yīng)的電流，能夠檢測(cè)出該電流。這種接收方法不取決于生產(chǎn)管線(xiàn)的絕緣部分1a。這種耦合方法的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇線(xiàn)圈匝數(shù)比能夠優(yōu)化阻抗匹配。
圖7示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，適用于上述類(lèi)型的油井中。該實(shí)施例包括兩塊通過(guò)導(dǎo)電帶索302連接的鑄模301，鑄模位于可以是盒狀或非盒狀的生產(chǎn)管線(xiàn)1內(nèi)。第一塊鑄模301包括含有串接于帶索302的隔離構(gòu)件7的本地站303，和信號(hào)發(fā)生裝置8a，以及跨接于隔離構(gòu)件7的信號(hào)測(cè)量裝置8b。每塊鑄模301有一接觸點(diǎn)304，用于與生產(chǎn)管線(xiàn)1的內(nèi)表面相連接。
在本實(shí)施例中，可以按上述與第一實(shí)施例有關(guān)的基本上相同方法發(fā)送或接收信號(hào)。在傳輸期間，帶索302，管線(xiàn)1a的一部分和接觸點(diǎn)304形成電流環(huán)路。當(dāng)由信號(hào)發(fā)生裝置8a使電流沿環(huán)路流動(dòng)時(shí)，在每個(gè)接觸點(diǎn)304上產(chǎn)生管線(xiàn)1和地之間的電位差，允許發(fā)送信號(hào)。在接收信號(hào)期間，帶索302和接觸點(diǎn)304允許測(cè)量管線(xiàn)1上的兩縱向間隔點(diǎn)之間的電位差，以便能從管線(xiàn)1上提取信號(hào)。
在該實(shí)施例中，可以將信號(hào)發(fā)送到第一鑄模301，并從第一鑄模301發(fā)送信號(hào)。尤其是，可從該鑄模301送出信號(hào)，允許確定鑄模301的位置和/或表示由鑄模301測(cè)得的質(zhì)量，例如油井的厚度。
在實(shí)施該實(shí)施例中，希望使鑄模301和生產(chǎn)管線(xiàn)1間的電傳導(dǎo)帶索302和接觸點(diǎn)304的阻抗最小化。為了清潔目的，在鑄模的周?chē)峁┑木€(xiàn)電刷(未顯示)可以用作接觸點(diǎn)304。
一種用于確定鑄模301位置的可能結(jié)構(gòu)，可以在沿管道的間隔位置安排觸發(fā)器裝置，該裝置使鑄模301發(fā)送合適的信號(hào)。另一種方法用于確定信號(hào)到達(dá)管道每一端的時(shí)間差。
應(yīng)當(dāng)明白，無(wú)論鑄模位于管線(xiàn)的盒狀部分或位于非盒狀部分中，均可應(yīng)用該系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)可用于除油井外的其他管道系統(tǒng)中。
在另一些替代實(shí)施例中，可以使用兩塊以上的鑄模?？梢允褂猛ㄟ^(guò)兩個(gè)傳導(dǎo)元件連接的三塊鑄模，并且本地單元位于中間的鑄模。這易于均衡遠(yuǎn)離本地單元的兩個(gè)方向上的傳輸特征。
圖8示意性顯示了本發(fā)明第三實(shí)施例，該系統(tǒng)用于將數(shù)據(jù)從被封井內(nèi)部傳輸?shù)綄?shí)際上為該井相鄰的外部位置。
參考圖8，金屬生產(chǎn)管線(xiàn)401由金屬套管403包圍著，該金屬套管403形成部分套管井。絕緣結(jié)合點(diǎn)407設(shè)置在管線(xiàn)401上，而包含發(fā)送裝置(未顯示)的內(nèi)部單元408跨接在絕緣結(jié)合點(diǎn)407上。在離絕緣結(jié)合點(diǎn)407的等間隔距離處，在線(xiàn)管401和套管403間通常提供有環(huán)形電傳導(dǎo)密墊411。按選擇的間距L分隔電導(dǎo)密墊411，并在管線(xiàn)401和套管403間有良好的電連接。
在間隔對(duì)密墊411之間的生產(chǎn)管線(xiàn)401的401a部分設(shè)置有絕緣涂層409。絕緣涂層409用助于保證在密墊411之間的所有點(diǎn)上在管線(xiàn)401和套管403之間都不存在導(dǎo)電通路，或僅存在極差的導(dǎo)電通路。
外部單元413包括接收裝置(未顯示)，螺旋管415位于套管403外部，在這對(duì)間隔密墊411之間的位置上。螺旋管415圍繞在套管403周?chē)?，并且將它安排成起電感耦合裝置的作用，這樣任何通過(guò)螺旋管的凈磁通量產(chǎn)生可由接收裝置(未顯示)測(cè)得的信號(hào)。
將該系統(tǒng)安排成能通過(guò)下述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，用于將信號(hào)從內(nèi)部單元408發(fā)送到外部單元413。
生產(chǎn)管線(xiàn)401a的絕緣部分，套管403a相應(yīng)的部分，和這對(duì)電導(dǎo)密墊411形成可通過(guò)電流的電流環(huán)路。然而，該環(huán)路是不完善的，因此有另一電流通路，并將產(chǎn)生損耗?？梢钥醋鹘?jīng)過(guò)大地的泄漏環(huán)路，要計(jì)入該損耗。
繞電流環(huán)路以及沿泄漏通路在任意瞬時(shí)的電流由圖8中的箭頭所示。Is表示流過(guò)生產(chǎn)管線(xiàn)401的絕緣部分401a的電流，Ic表示流過(guò)套管403a的相應(yīng)部分的電流，而Ie表示對(duì)地的泄漏電流。
在圖8中用箭頭表示的特定瞬間，電流Is向上流向遠(yuǎn)離絕緣結(jié)合點(diǎn)407的生產(chǎn)管線(xiàn)401，一部分電流通過(guò)傳導(dǎo)密墊411，流到套管403，但是另一部分電流繼續(xù)向上流過(guò)線(xiàn)401，隨后有對(duì)大地的損耗。在套管403，通路又分開(kāi)，一部分電流Is繼續(xù)沿電流環(huán)路，而其余的部分沿套管403遠(yuǎn)離電流環(huán)路，并形成對(duì)大地的泄漏。在管線(xiàn)401a的絕緣部分的下端，從套管來(lái)的電流Ic經(jīng)各自的傳導(dǎo)密墊411返回到管線(xiàn)401，而從大地泄漏的電流Ie在此并入一起流回到絕緣結(jié)合點(diǎn)407。
圖9示出電流環(huán)路和對(duì)大地泄漏的簡(jiǎn)化等效電路。部分生產(chǎn)管線(xiàn)401a，套管403a相應(yīng)部分和對(duì)大地的電阻，分別由電阻Rs，Rc，Re表示。
從等效電路和上述的描述中可以看到，Is＝Ic+Ie。該公式理解為，流過(guò)生產(chǎn)管線(xiàn)401a的絕緣部分的電流Is不等于流過(guò)套管403a的相應(yīng)部分的電流Ic。這依次是指存在有由流過(guò)環(huán)路的電流產(chǎn)生的凈磁通量。環(huán)路由螺旋管415包圍，并因此，螺旋管415與凈磁通量相關(guān)聯(lián)。因此，流過(guò)環(huán)路所存在和變化的電流可通過(guò)監(jiān)視在螺旋管415中產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)檢測(cè)。
因此有可能通過(guò)將合適的信號(hào)注入生產(chǎn)管線(xiàn)401，以及監(jiān)視在螺旋管415中產(chǎn)生的信號(hào)，在內(nèi)部和外部單元408，413之間進(jìn)行通信。
對(duì)于這種工作技術(shù)，重要的不是所有的注入生產(chǎn)管線(xiàn)401的電流Is繼續(xù)沿電流環(huán)路流動(dòng)。就是說(shuō)，必須提供對(duì)大地和/或流出電流環(huán)路的重要的和合適的泄漏。實(shí)際上，因?yàn)榇嬖谟途慕饘俳Y(jié)構(gòu)剩余部分，并且因?yàn)樘坠?03將與大地或其他導(dǎo)電媒質(zhì)，例如海水，接觸，必然會(huì)發(fā)生這樣的泄漏。
在螺旋管415上獲得的信號(hào)電平可以通過(guò)選擇合適的設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)。例如，可選擇螺旋管沿管線(xiàn)401a的絕緣部分的位置和絕緣結(jié)合點(diǎn)407的位置。另外，可改變傳導(dǎo)密墊411間的間隙L，如可改變生產(chǎn)管線(xiàn)401a的絕緣部分的長(zhǎng)度。其目的是通過(guò)盡可能實(shí)際地增大套管環(huán)路相對(duì)于泄漏電阻Rs的電阻Rc，來(lái)使所接收的信號(hào)達(dá)到最大值。在第一種情況，可通過(guò)增加傳導(dǎo)密墊間的間隙來(lái)達(dá)到。理論上，可以使傳導(dǎo)密墊間的間隙以達(dá)到最佳位置，因?yàn)樵谀撤N狀態(tài)增加間隙將有效地增加泄漏通路的電阻Re。然而，其他實(shí)際的考慮將妨礙達(dá)到這種最佳的電氣間隙。所選擇的密墊411的實(shí)際特征和導(dǎo)電性能也將改變其性能。
雖然沿著電流環(huán)路和/或絕緣部分401a的螺旋管的位置不是嚴(yán)格的，該位置移向中間部位以平衡正向和負(fù)向變化周期間產(chǎn)生的信號(hào)以及避免任何不需要的邊沿影響，就可能達(dá)到最好的結(jié)果。
應(yīng)當(dāng)注意到，該系統(tǒng)在沿整個(gè)油井的長(zhǎng)度方向的生產(chǎn)管線(xiàn)401和套管403之間，不要求有絕緣，僅是沿長(zhǎng)度方向較佳地選擇，以給出必須的傳輸特征。
雖然，參考油井的套管部分已經(jīng)描述了這種技術(shù)，應(yīng)當(dāng)明白，該技術(shù)同樣地適用于從其他的希望從圍繞有收發(fā)器的傳導(dǎo)元件內(nèi)發(fā)送信號(hào)的場(chǎng)合。例如，該系統(tǒng)能用于從流動(dòng)管線(xiàn)的套管之間而不是生產(chǎn)管線(xiàn)，以及從本身提供合適內(nèi)導(dǎo)體的流線(xiàn)內(nèi)發(fā)送信號(hào)。
在特殊場(chǎng)合，該系統(tǒng)可以與沿圖7和參考圖7描述的管線(xiàn)的裝置一起使用。就是說(shuō)，電流環(huán)路可以一部分流線(xiàn)1，兩塊鑄模301和內(nèi)連接傳導(dǎo)帶索302形成。然后，如果在流線(xiàn)1的周?chē)峁┯新菪?，?dāng)位于鑄模301的發(fā)送裝置8a產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)螺旋管區(qū)域時(shí)，就可能檢出該信號(hào)。
應(yīng)當(dāng)注意到，該實(shí)施例利用如上面參考第一和第二實(shí)施例描述的相同的現(xiàn)象。然而，在本實(shí)施例中，在電流環(huán)路本身上發(fā)生的效應(yīng)，不是使用沿生產(chǎn)管線(xiàn)和套管1，3的，遠(yuǎn)離電流環(huán)路的泄漏電流。
還應(yīng)當(dāng)注意到，至少在相同的環(huán)境實(shí)行的本實(shí)施例，與前面所述的實(shí)施例相一致。這樣，系統(tǒng)可以沿金屬結(jié)構(gòu)給遠(yuǎn)地發(fā)送信號(hào)，并可能從套管內(nèi)部到套管外部的相鄰設(shè)備發(fā)送信號(hào)。
雖然未在圖中顯示出，油井套管3通常包括螺絲固定部件。在本發(fā)明替代實(shí)施例中，套管部件間的某些或全部結(jié)合點(diǎn)都被處理成使井管的導(dǎo)電性不連續(xù)。通常通過(guò)將絕緣材料涂在結(jié)合處的連接表面來(lái)達(dá)到。該材料不損害套管密封的要求。
引進(jìn)這種不連續(xù)的情況能有效地改變整個(gè)油井的電氣特性。至少在某些環(huán)境中，這將導(dǎo)至改善上述的相應(yīng)實(shí)施例的性能。例如可以改善圖1和2中所示的傳輸系統(tǒng)的范圍。無(wú)論在電流環(huán)路區(qū)域，即在間隙連接之間，或在遠(yuǎn)離該區(qū)域提供不連續(xù)，均能改善性能。趨向于將更多的信號(hào)送進(jìn)管線(xiàn)，而不是套管內(nèi)，并趨向于增加流出環(huán)路區(qū)域的信號(hào)部分。
在圖8所示系統(tǒng)的情況中，包含間隙連接區(qū)域中在套管部分之間的絕緣媒質(zhì)，特別有助改進(jìn)性能，因?yàn)樗軠p少套管的屏蔽影響?？紤]另一方面，它傾向于增加管線(xiàn)-套管環(huán)路的阻抗，并因此增加流過(guò)管線(xiàn)的電流Is和套管的電流Ic間的電流差。
應(yīng)當(dāng)注意到，雖然如同上面提到的，如果在套管連接部件間存在不連續(xù)的情況，通常本實(shí)施例和本發(fā)明的功能可更好，這并不是對(duì)工作的要求。這樣，系統(tǒng)可以在沿套管整個(gè)長(zhǎng)度或至少在環(huán)路區(qū)域內(nèi)，套管實(shí)際上是電連續(xù)的。這對(duì)于油井的套管和任何其他管線(xiàn)，以及對(duì)任何圍繞在外層結(jié)構(gòu)外的相應(yīng)裝置，例如圖7所示實(shí)施例中的管線(xiàn)，都是正確的。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，將一個(gè)管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且將大地被用作回路，所述系統(tǒng)包含用于形成信號(hào)耦合環(huán)路的裝置，所述裝置包含第一和第二導(dǎo)電部分，所述兩個(gè)導(dǎo)電部分在隔開(kāi)位置互相電連接，所述金屬結(jié)構(gòu)至少包含一個(gè)導(dǎo)電部分和一個(gè)擁有發(fā)射裝置的本地單元，用于將信號(hào)施加到一個(gè)導(dǎo)電部分，由此在使用中，在在環(huán)路區(qū)域的大地與金屬結(jié)構(gòu)之間生成了一個(gè)電位差，此電位差使信號(hào)沿金屬結(jié)構(gòu)傳播遠(yuǎn)離環(huán)路，其中，安排用于形成環(huán)路的裝置以確保間隔位置被至少隔開(kāi)一最小距離，選擇的所述最小距離用于獲得需要的傳輸特性。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述管線(xiàn)系統(tǒng)包含一個(gè)內(nèi)流線(xiàn)和一個(gè)包圍所述內(nèi)流線(xiàn)的套管，其中一個(gè)導(dǎo)電部分包含一部分流線(xiàn)并且其他的導(dǎo)電部分包含所述套管的圍繞部分。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，用于形成所述環(huán)路的裝置包含絕緣襯勢(shì)裝置，所述絕緣隔離裝置用于將流線(xiàn)與圍繞套管隔開(kāi)以選擇的最小距離。
4.如權(quán)利要求2或3所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一和第二導(dǎo)電部分之間的間隔連接包含在所選擇區(qū)域外在流線(xiàn)和套管之間的粗略接觸。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，本地單元包含接收裝置，所述接收裝置用于接收沿金屬結(jié)構(gòu)傳輸?shù)妮斎胄盘?hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述本地單元被安排為用作中繼站。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，安排所述發(fā)射裝置用于將信號(hào)基本施加到各自導(dǎo)電部分的中點(diǎn)。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于，所述發(fā)送裝置包含一個(gè)隔離元件，所述隔離元件與各自導(dǎo)電部分串接，所述發(fā)送裝置還包含一個(gè)信號(hào)生成裝置，所述裝置跨接于所述隔離元件。
9.如權(quán)利要求1到7中任一種權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸裝置包含電感耦合裝置，所述電感耦合裝置放置在各自導(dǎo)電部分的周?chē)?br> 10.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)導(dǎo)電部分包含管線(xiàn)或流線(xiàn)的一部分并且所述其他導(dǎo)電部分至少包含一個(gè)電傳導(dǎo)性延長(zhǎng)元件，所述元件至少與兩個(gè)鑄模相連，所述鑄模放置于管線(xiàn)或流線(xiàn)內(nèi)，并且其中在所述鑄模上提供用于完成電流環(huán)路的間隔連接。
11.一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，其中一個(gè)包含產(chǎn)品導(dǎo)線(xiàn)和套管的油井的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且大地被用作回路，所述系統(tǒng)包含一個(gè)本地單元，所述本地單元擁有接收和/或發(fā)送裝置，所述裝置與導(dǎo)線(xiàn)耦合用于從所述信號(hào)通道接收信號(hào)和/或沿所述信號(hào)通道發(fā)送信號(hào)，所述系統(tǒng)還包含間隔襯墊裝置，安排所述間隔襯墊裝置以確保產(chǎn)品導(dǎo)線(xiàn)與套管在本地單元區(qū)域被相互隔開(kāi)至少一最小距離，選擇所述最小距離以獲得需要的接收/發(fā)送特性。
12.如權(quán)利要求2到4和11中任一權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述套管包含多個(gè)分隔部分，并且在相鄰部分之間的一個(gè)或多個(gè)接合處的相連表面用絕緣媒質(zhì)覆蓋。
13.一種數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，其中一個(gè)管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且大地被用作回路，所述方法包含步驟安排一個(gè)信號(hào)耦合環(huán)路，所述環(huán)路擁有第一和第二導(dǎo)電部分，所述兩個(gè)導(dǎo)電部分在隔開(kāi)位置互相電連接，所述金屬結(jié)構(gòu)至少包含一個(gè)導(dǎo)電部分；將一個(gè)信號(hào)施加到一個(gè)所述導(dǎo)電部分，用于在環(huán)路區(qū)域內(nèi)的大地與金屬結(jié)構(gòu)之間生成了一個(gè)電位差，所述電位差導(dǎo)致使信號(hào)沿金屬結(jié)構(gòu)從傳播遠(yuǎn)離環(huán)路；以及確保所述間隔位置被至少隔開(kāi)一最小距離，選擇的所述最小距離以獲得需要的發(fā)送特性。
14.與數(shù)據(jù)傳輸裝置一起使用的信號(hào)接收裝置，其特征在于，一個(gè)管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且大地被用作回路，所述系統(tǒng)包含一個(gè)擁有接收裝置的本地單元，還包含提供在所述本地單元與在所述金屬結(jié)構(gòu)一部分上的至少兩個(gè)間隔位置之間的電接觸裝置，還包含用于確保所述兩個(gè)間隔位置被至少隔開(kāi)一最小距離的裝置，選擇的所述最小距離以獲得需要的發(fā)送特性。
15.一種用于從管道系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)中接收信號(hào)的方法，其特征在于，所述管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)被用作信號(hào)通道并且大地被用作回路，所述方法包含步驟提供一個(gè)擁有接收裝置的本地單元；在所述本地單元與在所述金屬結(jié)構(gòu)一部分上的至少兩個(gè)間隔位置之間提供電學(xué)接觸；以及確保所述兩個(gè)間隔位置被隔開(kāi)至少一最小距離，選擇的所述最小距離用于獲得需要的傳輸特性。
16.一種用于管線(xiàn)系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于形成一信號(hào)耦合環(huán)路的裝置，其包含一部分內(nèi)部導(dǎo)電元件和一外部導(dǎo)電元件的相應(yīng)部分，所述兩部分在兩個(gè)間隔位置互相電學(xué)連接，所述外傳導(dǎo)元件包圍所述內(nèi)導(dǎo)電構(gòu)件并且它是管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)的一部分；放置于所述外部元件內(nèi)的內(nèi)部單元，所述內(nèi)部單元擁有用于將信號(hào)輸入到環(huán)路里的發(fā)射裝置；和放置于所述外部元件外的外部單元，所述外部單元包含電感耦合裝置，安排由環(huán)路里電流生成的磁通量連接所述電感耦合裝置，所述安排使在使用中所述內(nèi)部元件的所述部分里流通的所述電流不匹配外部元件的相應(yīng)部分里的所述電流，通過(guò)所述外部元件，在所述電感耦合裝置里生成信號(hào)，從而允許從內(nèi)部單元到外部單元的通信。
17.如權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述間隔位置被至少隔開(kāi)所選擇的最小距離，選擇的所述最小距離用于獲得需要的傳輸特性。
18.如權(quán)利要求16或17所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述安排用于管線(xiàn)系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包含一個(gè)內(nèi)傳導(dǎo)性流線(xiàn)和一個(gè)外傳導(dǎo)性套管，所述外部元件包含所述套管，并且所述內(nèi)部元件包含所述流線(xiàn)。
19.如權(quán)利要求18所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述套管包含多個(gè)分隔部分，并且在相鄰部分之間的一個(gè)或多個(gè)接合處的相連表面被絕緣媒介覆蓋。
20.如權(quán)利要求18或19所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，在所述流線(xiàn)和套管之間的所述電學(xué)連接包含粗略接觸和/或傳導(dǎo)性密封器。
21.如權(quán)利要求16到20任一所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，用于形成所述環(huán)路的裝置包含絕緣襯墊裝置。
22.一種用于管道系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述方法包含步驟形成一個(gè)信號(hào)耦合環(huán)路，所述環(huán)路包含一部分內(nèi)部導(dǎo)電元件和一外部導(dǎo)電元件的相應(yīng)部分，所述兩部分在兩個(gè)間隔位置互相電學(xué)連接，所述外傳導(dǎo)元件包圍所述內(nèi)導(dǎo)電構(gòu)件并且它是管線(xiàn)系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)的一部分；從放置于所述外部元件內(nèi)的內(nèi)部單元將信號(hào)輸入到環(huán)路里；和將一個(gè)外部單元放置于所述外部元件外，所述外部單元包含電感耦合裝置，安排由環(huán)路里電流生成的磁通量連接所述電感耦合裝置，并且所述安排使所述內(nèi)部元件的所述部分里流通的所述電流不匹配外部元件的相應(yīng)部分里的所述電流，通過(guò)所述外部元件，在所述電感耦合裝置里生成信號(hào)，從而允許從內(nèi)部單元到外部單元的通信。
23.如權(quán)利要求22所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述間隔位置被至少隔開(kāi)所選擇的最小距離，選擇的所述最小距離用于獲得需要的傳輸特性。
24.隨同金屬結(jié)構(gòu)使用的用于提供如權(quán)利要求1到12和16到21中任一所述的系統(tǒng)的或者實(shí)行如權(quán)利要求13、15和22中任一所述的方法的裝置。
全文摘要
安排一個(gè)第一組裝置用于從油井(1,3)的被套管部分里的一點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)端位置。所述裝置可以被用作中繼站(6)以增加可運(yùn)行的深度。在中繼站(6)將信號(hào)應(yīng)用到導(dǎo)線(xiàn)(1)上并且從導(dǎo)線(xiàn)(1)上讀取信號(hào),并且一段選擇長(zhǎng)度的導(dǎo)線(xiàn)(1)在中繼站的任一側(cè)配有絕緣隔離裝置(9)用于確保導(dǎo)線(xiàn)(1)和套管(3)被有效的隔開(kāi)所選擇的最小距離。這使得電位差被應(yīng)用到導(dǎo)線(xiàn)(1)上并且從導(dǎo)線(xiàn)(1)上可以檢查到,從而允許數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。安排第二套裝置(圖8)以從油井(401,403)的被套管部分里的內(nèi)部單元(408)發(fā)送信號(hào)到套管(403)外的緊密包圍區(qū)域。內(nèi)部單元(408)將信號(hào)輸入到導(dǎo)線(xiàn)(401)里。提供包圍所述套管(403)的一個(gè)螺旋管(415)用于拾取信號(hào)。傳導(dǎo)性密封器(411)提供了在管線(xiàn)(401)與套管(403)之間的間隔連接。在管線(xiàn)(401)和套管(403)里流動(dòng)的電流里生成一個(gè)失配,從而螺旋管可以發(fā)現(xiàn)非零通量,并從而可以接收到信號(hào)。
文檔編號(hào)E21B47/12GK1372615SQ0081251
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2000年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月7日
發(fā)明者S·M·胡德森, D·喬因森 申請(qǐng)人:飛行添加燃料有限公司