IT201600074309A1 - Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo per l’estrazione di fluidi di formazione. - Google Patents
Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo per l’estrazione di fluidi di formazione.Info
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Description
SISTEMA PER LA TRASMISSIONE DATI BIDIREZIONALE CABLELESS IN UN POZZO PER L'ESTRAZIONE DI FLUIDI DI FORMAZIONE
La presente invenzione si riferisce a un sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione, ad esempio idrocarburi.
Un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione può essere assimilato a un condotto avente sezione sostanzialmente circolare o, in altre parole, a una lunga tubazione. Attualmente sono noti diversi sistemi per la trasmissione dati bidirezionale da e verso il fondo pozzo, più in particolare da e verso le apparecchiature di fondo pozzo, nel seguito denominate "downhole tools". Gli attuali sistemi si basano principalmente su:
- una tecnologia di tipo cosiddetto "mud-pulser", che si basa sulla trasmissione di un impulso di pressione generato con una sequenza definita attraverso il fluido di perforazione presente nel pozzo durante tutte le operazioni di perforazione.
- una tecnologia di tipo cosiddetto "wired pipe", che consiste in una particolare tipologia di aste cablate per le quali la continuità elettrica tra aste contigue è garantita da un elemento di contatto posto sulla filettatura di collegamento tra le aste stesse. Secondo questa tecnologia " wired pipe" i dati vengono, dunque, trasmessi su collegamenti cablati. - una tecnologia cosiddetta di telemetria acustica basata sulla trasmissione di onde acustiche lungo le aste di perforazione.
- una tecnologia cosiddetta "through-the-ground" basata sulla trasmissione elettromagnetica attraverso il terreno.
Ciascuna di queste tecnologie presenta alcuni inconvenienti .
La tecnologia "mud-pulser" , infatti, presenta dei limiti di velocità di trasmissione nonché di affidabilità in quanto può essere necessario trasmettere più volte lo stesso segnale prima di riceverlo in modo corretto. La capacità trasmissiva di tale tecnologia dipende dalle caratteristiche del fluido di perforazione e dalla portata di circolazione di tale fluido.
La tecnologia "wired pipe" è affetta da costi molto elevati in quanto le aste cablate sono molto costose; inoltre, ogni qualvolta è necessario aggiungere un'asta alla batteria di perforazione il collegamento cablato viene interrotto impedendo, quindi, durante queste operazioni la comunicazione da e verso il fondo pozzo. La tecnologia di telemetria acustica è affetta da potenziali errori nella trasmissione dovuta al rumore di funzionamento dello scalpello oppure alla deviazione dei pozzi dalla perfetta verticalità.
La tecnologia "through-the-ground", a causa delle basse frequenze utilizzate per poter coprire distanze di trasmissione dell'ordine dei chilometri, è affetta da una velocità di trasmissione molto bassa (equivalente a quella della tecnologia "mud pulser") e a problemi di affidabilità dovuti all'attraversamento di più strati di formazione con caratteristiche di propagazione elettromagnetica diverse tra loro.
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare un sistema per la trasmissione dati bidirezionale in un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione che sia in grado di garantire una elevata quantità di dati trasmissibili in tempo reale e una continuità della trasmissione dei dati da e verso il fondo pozzo risultando indipendente dalle condizioni operative della batteria di perforazione, dal fluido di perforazione presente in un pozzo e dalla portata di circolazione di tale fluido.
Questo e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un sistema per la trasmissione dati bidirezionale in un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione come esposto nella rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche del sistema per la trasmissione dati bidirezionale in un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche e i vantaggi di un sistema per la trasmissione dati bidirezionale in un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:
- la figura 1 è una vista schematica di un impianto di perforazione per l'estrazione di idrocarburi comprendente un sistema per la trasmissione dati bidirezionale secondo la presente invenzione;
- le figure 2a e 2b sono due viste schematiche parziali in sezione di una prima e di una seconda forma di realizzazione di un sistema per la trasmissione dati bidirezionale secondo la presente invenzione;
- le figure 3a e 3b sono due viste schematiche di una prima forma di realizzazione di un modulo di comunicazione alloggiato in un'asta come in figura 2a; la figura 3c è una vista schematica di una seconda forma di realizzazione di un modulo di comunicazione alloggiato in un'asta come in figura 2a; in particolare, la figura 3a è una vista in sezione lungo un piano parallelo all'asse dell'asta stessa, mentre le figure 3b e 3c sono due viste in sezione lungo un piano ortogonale all'asse dell'asta stessa;
- le figure 4a e 4b sono due viste schematiche di una terza forma di realizzazione di un modulo di comunicazione alloggiato in un guscio di protezione applicato alla parete esterna di un'asta come in figura 2b; la figura 4c è una vista schematica di una quarta forma di realizzazione di un modulo di comunicazione alloggiato in un'asta come in figura 2a; in particolare, la figura 4a è una vista in sezione lungo un piano parallelo all'asse dell'asta stessa, mentre le figure 4b e 4c sono due viste in sezione lungo un piano ortogonale all'asse dell'asta stessa;
- la figura 5 è una vista schematica che rappresenta due moduli di comunicazione provvisti di piastre metalliche trasmittenti e riceventi e alloggiati in due aste di una stessa batteria di aste; in figura 5 sono altresì illustrati esempi di linee di flusso di corrente tra i due moduli;
- la figura 6a è uno schema a blocchi che rappresenta un modulo di comunicazione collegato a una pluralità di sensori;
- la figura 6b è uno schema a blocchi che rappresenta un modulo di comunicazione agente come ripetitore;
- la figura 6c è uno schema a blocchi che rappresenta un modulo di comunicazione agente come rigeneratore; - la figura 7 è uno schema circuitale che rappresenta un modello per la configurazione di figura 5;
- la figura 8 è una vista schematica che rappresenta due moduli di comunicazione provvisti di bobine trasmittenti e riceventi e alloggiati in due aste di una stessa batteria di aste; in figura 8 sono altresì illustrati esempi di linee di flusso di campo magnetico tra i due moduli;
- la figura 9 è un grafico che rappresenta la distribuzione dell'intensità del campo magnetico tra due moduli di comunicazione come quelli di figura 8. Con riferimento in particolare alla figura 1, viene mostrato schematicamente un generico pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione, come ad esempio idrocarburi. Il pozzo è indicato complessivamente con il numero di riferimento 10.
Il pozzo 10 è ottenuto tramite un impianto di perforazione sfruttando un sistema per la trasmissione dati bidirezionale in pozzo secondo la presente invenzione. Tale sistema per la trasmissione dati bidirezionale comprende una pluralità di aste il, 12 connesse tra loro in successione in modo tale da realizzare una batteria o stringa di aste, che si estende dalla superficie fino al fondo del pozzo 10. La stringa o batteria di aste può essere una batteria o stringa di perforazione o anche una batteria o stringa di completamento impiegata durante le fasi di produzione del pozzo 10.
La pluralità di aste 11, 12 può comprendere una pluralità di aste di perforazione o di completamento 11 e una pluralità di aste di raccordo o interconnessione 12, dette anche Telemetry Sub aventi una lunghezza inferiore a quella delle aste di perforazione o di completamento 11.
Le aste di raccordo 12 sono posizionate lungo la batteria di aste tra due aste di perforazione o completamento il ad intervalli prestabiliti di una o più aste di perforazione o completamento il.
Preferibilmente, i Telemetry Sub 12 sono posizionati lungo la batteria di aste ad intervalli di tre aste di perforazione o completamento. In tal caso i gruppi di tre aste di perforazione o completamento interconnesse tra loro vengono comunemente detti stand.
Le aste il, 12 possono essere cave e di sezione sostanzialmente circolare. All'estremità inferiore della batteria di aste può essere connesso uno scalpello 13 o altro utensile di scavo o perforazione. La batteria di aste è associabile a una pluralità di sensori 14, cosiddetti MWD (" Measurement While Drilling") , che possono essere posizionati lungo la batteria ed in particolare in corrispondenza del fondo del pozzo 10. Tali sensori 14 MWD sono configurati per rilevare in modo continuo una pluralità di parametri relativi ai fluidi circolanti nel pozzo e alla formazione rocciosa circostante il pozzo 10. Questi sensori 14 MWD possono essere per esempio sensori di densità o di resistività configurati per misurare in modo continuo rispettivamente il valore della densità e il valore della resistività del fluido di perforazione e così via. La batteria di aste può, inoltre, essere associata a dispositivi di sicurezza o altra strumentazione da pozzo comandabili da remoto (non illustrata).
Il sistema per la trasmissione dati bidirezionale in un pozzo 10 per l'estrazione di fluidi di formazione comprende una pluralità di moduli di comunicazione 20 posizionati a distanze predefinite lungo la batteria di aste e configurati per la trasmissione dei segnali da e verso il fondo del pozzo.
Preferibilmente, la distanza tra due moduli di comunicazione 20 lungo la batteria di aste è compresa tra 1 e 100 m.
Preferibilmente, i moduli di comunicazione 20 possono essere alloggiati all'interno di vani ricavati su rispettive aste 11, 12 come illustrato in figura 2a. Nel caso in cui la batteria di aste comprenda aste di perforazione o completamento 11 e aste di raccordo o interconnessione 12, i moduli di comunicazione 20 sono preferibilmente alloggiati all'interno di vani ricavati nelle aste di raccordo o interconnessione 12.
In alternativa, i moduli di comunicazione 20 possono essere alloggiati all'interno di vani in gusci di protezione 17 applicati alle pareti esterne delle aste 11 come illustrato in figura 2b.
Secondo la presente invenzione, ciascun modulo di comunicazione 20 comprende:
- almeno una piastra metallica 21, 22, 35 scelta tra:
- una piastra metallica trasmittente 21;
- una piastra metallica ricevente 22;
- una piastra metallica ricetrasmittente 35;
- una unità elettronica di elaborazione e controllo 23, ad esempio comprendente un microprocessore, configurata per elaborare segnali da trasmettere mediante 1'almeno una piastra metallica 21, 35 o segnali ricevuti mediante 1'almeno una piastra metallica 22, 35;
- una o più batterie di alimentazione 24 per alimentare le piastre metalliche 21, 22, 35 e l'unità elettronica di elaborazione e controllo 23.
Vantaggiosamente, in ciascun modulo di comunicazione 20 le piastre metalliche 21, 22, 35 sono isolate elettricamente dal corpo metallico delle aste 11, 12 o dei gusci di protezione 17 a cui sono applicati i rispettivi moduli di comunicazione 20.
In questo modo, si evita un contatto elettrico tra le piastre metalliche 21, 22, 35 e il corpo metallico delle aste 11, 12.
Preferibilmente, le piastre metalliche 21, 22, 35 sono conformate ad arco.
In una particolare forma di realizzazione della presente invenzione ciascun modulo di comunicazione 20 comprende due piastre metalliche trasmittenti 21 e/o due piastre metalliche riceventi 22.
Nel caso in cui il modulo di comunicazione 20 comprenda una piastra metallica ricetrasmittente 35 le operazioni di ricezione e trasmissione anche se simultanee, sono effettuate in bande di frequenza opportunamente separate. Questo permette, a parità di ingombri, di aumentare le dimensioni della piastra migliorando l'efficienza in trasmissione e in ricezione.
In aggiunta all'almeno una piastra metallica 21, 22, 35, come illustrato nelle figure 3a, 3b e 3c, ciascun modulo di comunicazione 20 può comprendere almeno una bobina trasmittente 25 e almeno una bobina ricevente 26 coassiali tra loro e coassiali rispetto all'asse longitudinale dell'asta 11, 12 a cui sono associate. In dettaglio, 1'almeno una bobina trasmittente 25 presenta poche spire, ad esempio nell'ordine delle decine, e un conduttore di diametro elevato, ad esempio superiore a 1 mm, al fine di massimizzare la corrente che fluisce attraverso il conduttore stesso e quindi il campo magnetico ad essa proporzionale e minimizzare la dissipazione di potenza.
L'almeno una bobina ricevente 26, invece, presenta un numero elevato di spire, ad esempio nell'ordine di qualche migliaio, per contenere il guadagno dell'amplificazione di segnale entro limiti pratici raggiungibili e migliorare le prestazioni dell'amplificazione .
Preferibilmente, 1'almeno una bobina trasmittente 25 e 1'almeno una bobina ricevente 26 sono sovrapposte l'una all'altra, come illustrato nelle figure 3a, 3b e 3c, per contenere l'ingombro lungo l'asse longitudinale dell'asta il, 12 a cui sono associate.
La comunicazione tra due moduli di comunicazione 20 successivi del sistema di trasmissione può avvenire, dunque, utilizzando la corrente elettrica iniettata nel fango dalla piastra metallica trasmittente 21 o ricetramittente 35 di un modulo e catturata dalla piastra metallica ricevente 22 o ricetramittente 35 del modulo successivo, e/o un campo magnetico generato dalla bobina 25 di un modulo e concatenato dalla bobina 26 del modulo successivo.
In ogni caso, i moduli di comunicazione 20 possono essere configurati per agire da trasmettitori e/o da ricevitori e/o da ripetitori e/o da rigeneratori.
In particolare, nel caso in cui il singolo modulo di comunicazione 20 sia configurato per agire da trasmettitore di segnale, ad esempio come in figura 6a, l'unità elettronica di elaborazione e controllo 23 è configurata per acquisire ed elaborare i dati di rilevazione dai sensori 14 oppure i segnali di comando per i dispositivi di sicurezza e gli altri strumenti da fondo pozzo. In tal caso, l'unità elettronica di elaborazione e controllo 23 comprende un modulo di acquisizione dati 27 che è configurato per creare pacchetti dati da trasmettere, un modulo di codifica 28 per codificare tali pacchetti dati, circuiti di modulazione 29 per modulare i segnali corrispondenti ai pacchetti dati codificati e circuiti di amplificazione di uscita 30 per amplificare i segnali modulati e alimentare la piastra metallica trasmittente 21 o ricetrasmittente 35 e/o la bobina trasmittente 25.
In maniera corrispondente, in un modulo di comunicazione 20 configurato per agire da ricevitore di segnale l'unità elettronica di elaborazione e controllo 23 comprende un circuito di amplificazione di ingresso 31 per amplificare il segnale ricevuto dalla piastra metallica ricevente 22 o ricetrasmittente 35 e/o dalla bobina ricevente 26, circuiti di demodulazione 32 di tale segnale ricevuto e amplificato e un modulo di decodifica 33 del segnale demodulato.
In un modulo di comunicazione 20 configurato per agire da ripetitore di segnale come ad esempio in figura 6b l'unità elettronica di elaborazione e controllo 23 comprende circuiti di amplificazione di ingresso 31 per amplificare il segnale ricevuto dalla piastra metallica ricevente 22 o ricetrasmittente 35 o dalla bobina ricevente 26, circuiti per rimodulare 34 il segnale da ritrasmettere ad una diversa frequenza di portante rispetto a quella del segnale ricevuto e circuiti di amplificazione di uscita 30 per amplificare il segnale rimodulato. Questa modifica della portante, effettuata per via analogica, si rende necessaria per evitare che il modulo di comunicazione 20 sia affetto dal fenomeno del crosstalk creando inevitabili problemi nel trasferimento dell'informazione.
In un modulo di comunicazione 20 configurato per agire da rigeneratore di segnale come ad esempio in figura 6c l'unità elettronica di elaborazione e controllo 23 comprende circuiti di amplificazione di ingresso 31 per amplificare il segnale ricevuto dalla piastra metallica ricevente 22 o ricetrasmittente 35 o dalla bobina ricevente 26, circuiti di demodulazione di tale segnale ricevuto e amplificato, un modulo di decodifica 33 del segnale demodulato, un modulo di codifica 28 del segnale precedentemente decodificato, circuiti di modulazione 29 per rimodulare il segnale da ritrasmettere ad una diversa frequenza di portante rispetto a quella del segnale ricevuto (per evitare che il modulo di comunicazione 20 sia affetto dal fenomeno del crosstalk creando inevitabili problemi nel trasferimento dell'informazione) e circuiti di amplificazione di uscita 30 per amplificare il segnale rimodulato .
In dettaglio, i dati da trasmettere vengono organizzati a pacchetti di lunghezza variabile, ad esempio tra 10 bit e 100 kbit. Ogni pacchetto dati può subire, per esempio, un processo di codifica di sorgente per la compressione dei dati e/o un processo di codifica di canale per diminuire la probabilità d'errore. I circuiti di modulazione 29 trasformano il singolo pacchetto dati in un opportuno segnale con caratteristiche adatte alla trasmissione all'interno del pozzo 10.
Un esempio di modulazione impiegata è la DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying), secondo la quale viene generato un segnale sinusoidale con una certa frequenza portante f, compresa ad esempio tra 1 e 30 kHz, la cui fase varia a seconda del valore di ogni sequenza di lunghezza 2 bit; la fase può quindi assumere quattro valori, ad esempio (π/4, 3/4π, -n/4, -3/4n). Ogni coppia di bit può essere mappata nella fase assoluta della sinusoide oppure nello sfasamento relativo (Differential QPSK) rispetto alla sinusoide corrispondente alla precedente coppia di bit. Quest'ultima scelta è preferibile perché rende più semplice il processo inverso di demodulazione nel modulo di comunicazione successivo, in quanto non sarà necessario stimare l'esatto valore della frequenza f poiché l'errore introdotto dalla mancata stima può essere eliminato tramite tecniche note nel settore. La forma d'onda può essere inoltre filtrata con un opportuno filtro in frequenza a radice di coseno rialzato (rrcos) per limitare l'occupazione di banda del segnale a parità di rate di trasmissione.
Il segnale di tensione modulato così ottenuto viene amplificato a tensioni con valori compresi, ad esempio, tra 1 e 100 V dai circuiti di amplificazione di uscita 30 in grado di fornire la corrente, con valori di picco ad esempio compresi tra 0.1 e 10 A.
I circuiti di amplificazione di ingresso 31 del modulo di comunicazione 20 successivo trasformano la corrente che fluisce attraverso la piastra metallica ricevente 22 o ricetrasmittente 35 in un segnale di tensione con valori di picco di qualche volt; inoltre, questi circuiti di amplificazione di ingresso 31 adattano l'impedenza della piastra metallica ricevente 22 o ricetrasmittente 35 evitando che la tensione in ingresso al dispositivo successivo sia attenuata per effetto "partitore".
Al fine di spiegare il metodo di trasmissione implementato mediante le piastre metalliche 21, 22, 35 si consideri il caso esemplificativo della trasmissione da un primo modulo di comunicazione 20 MCI, comprendente una piastra metallica trasmittente 21, a un secondo modulo di comunicazione 20 MC2, comprendente una piastra metallica ricevente 22 come nel caso illustrato nella figura 5. Le considerazioni riferite a questa configurazione potranno applicarsi al caso della trasmissione tra due piastre metalliche ricetrasmittenti 35 o tra una piastra metallica trasmittente 21 e una piastra metallica ricetrasmittente 35. La configurazione di figura 5 è schematizzata dallo schema elettrico illustrato in figura 7 ove si considera quanto segue:
- il riferimento di terra è dato dal corpo metallico, tipicamente di acciaio, delle aste 11, 12 che nello schema sono ritenuti dei conduttori ideali;
- con Vi si indica un potenziale elettrico che varia lungo l'asse longitudinale del pozzo 10;
- con li si indica una corrente elettrica che varia lungo l'asse longitudinale del pozzo 10;
- con V0 si indica il potenziale elettrico prodotto da una piastra metallica trasmittente 21;
- con Zi,A si indica una impedenza elettrica infinitesima "longitudinale" che si oppone alla corrente che scorre in direzione longitudinale, ovvero parallelamente all'asse longitudinale del pozzo 10;
- con Zi,B si indica una impedenza elettrica infinitesima "radiale" che si oppone al flusso che scorre in direzione radiale, ovvero ortogonalmente all'asse longitudinale del pozzo 10.
In dettaglio, si può considerare Zi,A=zi,AdL e Zi,B=zi,B/dL ove:
- dL è la lunghezza fisica della sezione infinitesima a cui si riferiscono rispettivamente Zi,A e Zi,B; e
- Zi,A e Zi,B sono le "impedenze specifiche" per unità di lunghezza dell'assieme asta-piastra che dipendono dalla geometria e dai corrispondenti parametri elettrici specifici (conducibilità, costante dielettrica) di tale assieme.
La piastra metallica trasmittente 21 del primo modulo MCI inietta nel fluido, che circonda la batteria di aste, una corrente elettrica variabile modulata dai segnali informativi che portano i dati da trasmettere. La corrente fluisce attraverso il fluido, attraverso il casing, qualora esso sia presente, e attraverso la formazione rocciosa circostante il pozzo 10 per poi ritornare al riferimento di terra della piastra metallica trasmittente 21 attraverso l'acciaio dell'asta 11, 12 a cui la piastra è associata.
Una parte di tale corrente raggiunge la piastra metallica ricevente 22 del secondo modulo di comunicazione MC2. Tale corrente viene amplificata e poi acquisita dall'unità elettronica di elaborazione e controllo per estrarre l'informazione in essa contenuta oppure direttamente ri-amplificata per essere ritrasmessa ad un terzo modulo di comunicazione.
Nello schema elettrico di figura 7, l'unità elettronica di elaborazione e controllo del primo modulo di comunicazione MCI è rappresentata da un generatore di tensione di ampiezza VTX mentre la piastra metallica trasmittente 21 è rappresentata dal nodo PT. Il generatore di tensione di ampiezza VTX, attraverso la piastra metallica trasmittente PT, si accoppia ad un tratto di fluido sovrastante; tale accoppiamento è modellato con l'impedenza ZT1. Questo tratto di fluido ha anche una impedenza ZT2 che deriva verso terra ovvero verso il corpo metallico dell'asta a cui è applicata la piastra metallica trasmittente 21 parte della corrente generata dalla piastra metallica trasmittente.
La piastra metallica ricevente del secondo modulo di comunicazione MC2 è rappresentata nello schema elettrico di figura 7 dal nodo PR; tale piastra metallica ricevente 22 si accoppia al tratto di fluido sovrastante; tale accoppiamento è modellato con l'impedenza ZR1. Questo tratto di fluido ha anche una impedenza ZR2 che deriva verso terra ovvero verso il corpo metallico dell'asta a cui è applicata la piastra metallica ricevente 22 parte della corrente in prossimità della piastra metallica ricevente. A sua volta la piastra metallica ricevente è connessa all'unità elettronica di elaborazione e controllo del secondo modulo di comunicazione, schematizzato, in particolare, come un amplificatore in corrente a bassa impedenza di ingresso ZIN (approssimabile a zero) che di fatto amplifica il segnale di corrente che attraversa la piastra metallica ricevente ottenendo un segnale di tensione VRX contenente l'informazione ricevuta.
Nel caso in cui le piastre metalliche trasmittenti 21 e riceventi 22 sono conformate ad arco cilindrico l'efficienza dell'accoppiamento delle piastre stesse con il fluido circostante la batteria di aste dipende sostanzialmente dalla lunghezza del tratto longitudinale di tale arco e dall'angolo descritto dall'arco. Maggiore è tale lunghezza e tanto più prossimo a 360° è l'angolo, maggiore è l'efficienza dell'accoppiamento suddetto.
Preferibilmente, nel caso in cui il modulo di comunicazione 20 comprenda in aggiunta alle piastre metalliche 21, 22, 35 anche le bobine trasmittenti e riceventi, l'arco cilindrico non deve descrivere un angolo completo di 360° per evitare correnti parassite indotte sulle piastre metalliche 21, 22, 35 durante l'eccitazione delle bobine.
Per quanto riguarda la trasmissione dei segnali tra due moduli di comunicazione mediante le bobine trasmittenti e riceventi 25, 26 si considerino in maniera esemplificativa le viste schematiche di figura 8 e 9. In particolare, in figura 9 sono rappresentate le linee di campo magnetico generato da una bobina trasmittente 25 e concatenate ad una bobina ricevente 26.
Come si può osservare, la disposizione delle bobine in una configurazione coassiale alle aste 11, 12 della batteria di aste permette di massimizzare il flusso di campo magnetico che viene concatenato con la bobina ricevente 26. Infatti, la bobina ricevente 26 racchiude sostanzialmente tutta l'estensione circonferenziale dell'asta 11, 12 in acciaio ferromagnetico in cui è confinata buona parte del flusso di campo magnetico. Il segnale utile ai capi della bobina ricevente 26 contiene, così, i contributi di tutta la distribuzione di campo magnetico generato dalla bobina trasmittente 25 dalla posizione della bobina ricevente in poi.
Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del sistema per la trasmissione dati bidirezionale in un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi.
La trasmissione verso la superficie delle rilevazioni dei sensori dislocati nel pozzo avviene in modo sicuro, poco costoso e sostanzialmente in tempo reale consentendo un monitoraggio continuo e in tempo reale dei parametri di fondo pozzo, e quindi permettendo di aumentare la sicurezza durante la perforazione grazie alla possibilità di intervenire immediatamente in caso di rilevazione di anomalie e scostamenti dai parametri previsti.
Infatti, attraverso la gestione e analisi dei dati in tempo reale, è possibile identificare immediatamente il cambio delle formazioni attraversate e gli scostamenti della traiettoria del pozzo rispetto al programma, consentendo di prendere più rapidamente decisioni operative e intervenire con azioni correttive.
Il sistema di trasmissione, secondo la presente invenzione, consente, inoltre, di disporre di tutti i dati di fondo pozzo anche durante le fasi di well control, in cui il Blow Out Preventer (BOP) è chiuso, oppure durante tutte le applicazioni di managed pressure drilling.
I dati vengono trasmessi in continuo anche in presenza di perdite di circolazione. Non vi è più la necessità di rallentare le operazioni per impartire i comandi all'attrezzatura automatica di fondo pozzo per impostare o correggere la traiettoria di perforazione. La capacità di trasmettere grandi volumi di dati, mantenendo elevate velocità di avanzamento di perforazione, consente di inviare in superficie le misurazioni log while drilling in tempo reale con una definizione superiore allo standard attuale, con la possibilità di rimpiazzare definitivamente gli attuali log wireline.
La possibilità di avere sensori lungo tutta la stringa di perforazione consente il monitoraggio continuo lungo tutto l'asse del pozzo di parametri come pressione, temperatura, carichi di tensione e compressione, torsione, bending. Ciò consente ad esempio di prevenire e risolvere efficacemente gli eventi di presa batteria, identificazione di washout ecc.
II campo di applicazione si riferisce principalmente alla fase di perforazione di un pozzo petrolifero ma non si esclude l'utilizzo anche durante la fase di produzione. Infatti, questo sistema di trasmissione dati potrà essere integrato sia all'interno di una batteria di perforazione che di una stringa di completamento e comunque in tutte le situazioni in cui è possibile trasmettere o ricevere dati da fondo pozzo o da punti intermedi lungo la tubazione.
È chiaro, infine, che il sistema per la trasmissione dati bidirezionale in un pozzo per l'estrazione di fluidi di formazione così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. Infine l'applicazione di tale metodo di trasmissione dei dati va considerata estendibile sia a pozzi onshore, sia offshore.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione comprendente: - una pluralità di aste (11, 12) connesse tra loro in successione in modo tale da realizzare una batteria di aste, che si estende dalla superficie fino al fondo di detto pozzo (10), detta batteria di aste essendo associabile a una pluralità di sensori configurati per rilevare in modo continuo una pluralità di parametri relativi ai fluidi circolanti nel pozzo (10) e alla formazione rocciosa circostante il pozzo (10) e/o a dispositivi di sicurezza o altra strumentazione da pozzo comandabile da remoto; - una pluralità di moduli di comunicazione (20) applicati a distanze predefinite lungo detta batteria di aste e configurati per la trasmissione dei segnali da e verso il fondo del pozzo (10); - ciascuno di detti moduli di comunicazione (20) comprendendo: - almeno una piastra metallica scelta tra: - una piastra metallica trasmittente (21); - una piastra metallica ricevente (22); - una piastra metallica ricetrasmittente (35); - una unità elettronica di elaborazione e controllo (23) configurata per elaborare segnali da trasmettere mediante detta almeno una piastra metallica (21, 35) o segnali ricevuti mediante detta almeno una piastra metallica (22, 35); - una o più batterie di alimentazione (24) per alimentare dette piastre metalliche (21, 22, 35) e detta unità elettronica di elaborazione e controllo (23).
- 2) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo la rivendicazione 1 in cui ciascuno di detti moduli di comunicazione (20) comprende due piastre metalliche trasmittenti (21) e/o due piastre metalliche riceventi (22).
- 3) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui ciascuno di detti moduli di comunicazione (20) comprende almeno una bobina trasmittente (25) e almeno una bobina ricevente (26) coassiali tra loro e coassiali rispetto all'asse longitudinale di detta batteria di aste.
- 4) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo la rivendicazione 3 in cui detta almeno una bobina trasmittente (25) e detta almeno una bobina ricevente (26) sono sovrapposte l'una all'altra.
- 5) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detti moduli di comunicazione (20) sono alloggiati in vani (15) ricavati su rispettive aste (11, 12).
- 6) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo la rivendicazione 5 in cui detta pluralità di aste (11, 12) comprende una pluralità di aste di perforazione o di completamento (11) e una pluralità di aste di raccordo o interconnessione (12) aventi una lunghezza inferiore a quella di dette aste di perforazione o di completamento (il), detti moduli di comunicazione (20) essendo alloggiati in vani (15) ricavati su dette aste di raccordo o interconnessione (12).
- 7) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo una delle rivendicazioni dalla 1 alla 4 in cui detti moduli di comunicazione (20) sono alloggiati in gusci di protezione (17) applicati alle pareti esterne di dette aste (il, 12).
- 8) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo la rivendicazione 7 in cui dette piastre metalliche trasmittenti (21) e riceventi (22) sono conformate ad arco.
- 9) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui in ciascuno di detti moduli di comunicazione (20) dette piastre metalliche (21, 22, 35) sono isolate elettricamente dal corpo metallico delle rispettive aste (il, 12).
- 10) Sistema per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui la distanza tra due moduli di comunicazione (20) lungo detta batteria di aste è compresa tra 1 e 100 m. il) Metodo per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione comprendente le fasi: - predisporre un sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti; - mediante almeno una piastra metallica (21, 35) di un primo modulo di comunicazione (MCI), iniettare nel fluido circostante la batteria di aste una corrente elettrica che porta un segnale d'informazione; - mediante almeno una piastra metallica (22, 35) di un secondo modulo di comunicazione (MC2), ricevere almeno una parte di detta corrente elettrica iniettata che si è propagata attraverso almeno detto fluido. 12) Metodo per la trasmissione dati bidirezionale cableless in un pozzo (10) per l'estrazione di fluidi di formazione comprendente le fasi: - predisporre un sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti; - mediante almeno una bobina trasmittente (25) di un primo modulo di comunicazione (MCI), generare un campo magnetico che porta un segnale d'informazione; - mediante almeno una bobina ricevente (26) di un secondo modulo di comunicazione (MC2), ricevere parte di detto campo magnetico generato da detta bobina trasmittente (25) che si concatena a detta bobina ricevente (26) generando ai capi di detta bobina ricevente (26) una tensione contenente detto segnale d'informazione.
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