[发明专利]管线系统中的数据传输

说明书

本发明涉及所有用于管线系统(具体为油井系统)中的数据传输系统，数据传输的方法，信号接收装置和接收信号的方法。

当为获得石油和天然气而钻井时以及在采油井的操作中，能够实行测量是很有用的。然而，很难将数据从井底传到地表面，并且随着井深的增加，其难度也相应增加。目前，要求从离地表面3000米或更深处传输数据。

在当前可获得的信号技术中，那些利用油井自身的金属结构的技术特别适宜，由于它们不需要安装单独的电线。大多数无线系统利用生产管线和套管作为一个单独传导通道并且利用大地作为回路。一些尝试利用套管和管线作为单独的传导路径，但这有很多问题，由于在整个长度上将管线与套管隔离很困难，尤其是在井底由于有载荷，就更困难。其他的方法包含“泥浆-冲击”，它不仅仅难于实行并且费用很贵而且数据传输率很低。

无论使用那种系统，由于其固有的损失和需要将电流保持在合适水平上的，其范围被限制了。而且，就申请人所知，当前没有实际可用的从套管里管线位置上传输信号的无线系统。在此申请人的以前申请EP-A-0,646,304中说明了通信系统，例如，在开孔条件下工作并且可以沿套入的部分传输信号的系统。然而，一般认为，这样的系统不能实际用于从套入部分里的位置传输信号。

在管线系统里，也期望能够从在管线系统里和/或相关套管里的装置将信号传输到系统的相同区域，但是不能将信号传输到位于管线和/或套管外的装置。但是，一般认为这很难达到。

本发明的一个目标是提供一种通信系统，它至少减轻有关现有技术的一些问题。

根据本发明的第一方面，提供了一个数据传输系统，其中管线系统的金属结构被用作信号通道并且大地被用作回路，所述系统包含用于形成电流环路的装置，所述装置有第一和第二导电部分，两部分在隔开的位置互相连接，金属结构至少包含一个导电部分，并且一个本地单元，该本地单元用于将信号传输给一个导电部分的传输装置，因此在使用中，电流在所述环路上流动，在环路区域的大地与金属结构之间产生电位差并且导致信号沿金属结构向环路外传播，其中安排用于形成电流环路路径的装置以确保隔开的位置被至少一最小距离分隔，选择所述最小距离以提供需要的传输特征。

根据本发明的第二方面，还提供了一种数据传输的方法，其中管线系统的金属结构被用于信号通道并且大地被用作回路，所述方法包含步骤：

实行一个电流回路，所述电流回路包含第一和第二导电部分，所述两个导电部分在分隔的位置互相电连接，所述金属结构至少包含一个导电部分；

将一个信号施加到一个所述导电部分，使电流在所述回路上环流以在回路区域内的大地与金属结构之间产生电位差，并且使信号沿金属结构向环路外传播；以及

确保所述被隔开的位置被至少一最小距离分隔，选择所述最小距离以提供需要的传输特征。

所述管线系统可以包含一个内流线和一个外围套管。典型的，管线系统包含有生产管线和包围套管。

运行中沿回路环流的电流可以被认为是使系统作用为一个双极发射器。

可在远离所述电流回路的位置提供接收装置，用于接收沿金属结构传播的信号。

上述的安排有一些优势，即使当沿生产管线，从位于套管内某一位置发送信号时，在使用真实电流电平的实际情况中可以避免电线，将可检查到的信号注入金属结构。离开当前回路路径的区域，金属结构整体可以被对待为一个单一传导通道。

可以选择最小距离以适合环境，从而可以在远离本地单元的期望位置例如在油井顶部检测到可接收适合电平的信号。典型选择的最小距离是100米。较佳的是所选择的距离相对结构/井的整个长度而言是较短的。

较佳的，一个导电部分包含一部分生产管线。可以安排发射装置以将信号施加到生产管线。

在一些实施例里，一个导电部分包含一部分流线，例如生产管线，而其他导电部分包含套管的围绕部分。在这样的具体实施例里，形成电流环路的装置可以包含绝缘衬垫装置，用于保持流线与围绕的套管隔开所选择的最小距离。可以在流线上和/或相应于所选择最小距离的部分上的套管上提供绝缘层。在所述第一和第二导电部分之间的间隔连接，用于完成电流回路，该间隔连接可以包含在所选择区域外流线和套管之间的粗略接触。将认识到，改善流线和所选择最小距离的套管之间的绝缘性所需的成本将比试图在它们的整个长度上隔离管线和套管所需的成本小得多。