數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提供用于通過(guò)三相電力系統(tǒng)在表面與地表表面下位置之間來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。提供第一AC電力信號(hào)的第一電源和提供第二AC電力信號(hào)的第二電源處于表面。提供數(shù)據(jù)通信信號(hào)的第一加電模塊和第二加電模塊處于表面下。電纜連接設(shè)置在表面與表面下之間，以傳輸電力和數(shù)據(jù)通信信號(hào)。數(shù)據(jù)通信信號(hào)提供施加到第二加電模塊的電力的指示，并且電力信號(hào)響應(yīng)所施加電力而改變。本發(fā)明在監(jiān)測(cè)井下設(shè)備、例如井筒中的電潛泵方面得到具體應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及向/從井下設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，以及非排他地具體來(lái)說(shuō)，涉及表面下與表面位置之間經(jīng)過(guò)三相電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)母倪M(jìn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法。
[0002]“井下設(shè)備”被理解為表示井筒中使用的任何工具、設(shè)備或儀器。
[0003]數(shù)據(jù)由于各種原因而需要在井下設(shè)備與表面之間傳輸。例如，監(jiān)測(cè)電機(jī)/泵的性能、用于閥的控制的控制信號(hào)的傳輸、測(cè)量裝置取向和位置以及進(jìn)行物理測(cè)量。
[0004]對(duì)于機(jī)動(dòng)井下設(shè)備、例如電潛泵(ESP)電機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)需要從設(shè)備下面的電路(其包括電機(jī)繞組)和設(shè)備的電力電纜(其能夠被認(rèn)為是三相電力系統(tǒng))中發(fā)送。在這類(lèi)布置中，當(dāng)電力電纜已經(jīng)存在時(shí)，存在如下理論根據(jù):使用這些的解決方案的成本應(yīng)當(dāng)相稱(chēng)地小于還提供通信電纜的適當(dāng)長(zhǎng)度的解決方案。還一般認(rèn)為，需要能夠在主要3相電力系統(tǒng)未加電時(shí)保持井下監(jiān)測(cè)儀表上的電力，因?yàn)檫@在泵關(guān)閉或者井中的其它主要事件的情況下提供必不可少信息。
[0005]因此，這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作以確保始終成功傳輸數(shù)據(jù)并且保持單獨(dú)電力供應(yīng)是棘手的。
[0006]由于三相電力系統(tǒng)的電機(jī)和電力電纜性質(zhì)，使用電感稱(chēng)合來(lái)稱(chēng)合到電力系統(tǒng)的基于DC電流的裝置已經(jīng)研制并且廣泛使用。從表面的低電流DC電源提供電力，以及通過(guò)調(diào)制從這個(gè)電源所吸取的電流或電壓向表面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)。
[0007]在US5515038、GB2283889和US6396415中公開(kāi)基于數(shù)字和處理器的裝置的示例。這些系統(tǒng)利用注入到電力信號(hào)上并且經(jīng)過(guò)電感Y點(diǎn)耦合所提取的DC電流。這些系統(tǒng)在電力電纜上的絕緣失去或損壞時(shí)全部易遭受故障，因?yàn)槿魏喂收吓c單獨(dú)電源并聯(lián)，并且故障成為另一個(gè)電流調(diào)制源，因而使信號(hào)強(qiáng)度失去。這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)通常本質(zhì)上也是模擬的，因而將噪聲和不定性引入測(cè)量，或者在傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的情況下，它處于很慢的數(shù)據(jù)速率。
[0008]研制了利用AC電力和/或信號(hào)傳輸?shù)幕贏C的系統(tǒng)，以克服這些問(wèn)題。但是，這些基于AC的系統(tǒng)引入其自己的缺點(diǎn)。在US7982633中公開(kāi)一種作為供井下應(yīng)用中使用的典型現(xiàn)有技術(shù)的基于AC的系統(tǒng)，其中電能通過(guò)多導(dǎo)體電力電纜提供給ESP電機(jī)組合件。井下單元經(jīng)過(guò)ESP電機(jī)組合件的Y點(diǎn)AC耦合到電力電纜的導(dǎo)體。表面單元與電力電纜的導(dǎo)體AC耦合。遙測(cè)數(shù)據(jù)的上行鏈路通信通過(guò)井下單元和表面單元所支持的AC通信方案進(jìn)行。遙控命令數(shù)據(jù)的下行鏈路通信通過(guò)表面單元和井下單元所支持的不同AC通信方案進(jìn)行。這些AC通信方案向井下環(huán)境提供單獨(dú)電力供應(yīng)。表面與井下環(huán)境之間的所有通信經(jīng)過(guò)電力電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需使用附加通信線路。在電力電纜上的接地故障的情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)通信。
[0009]這類(lèi)現(xiàn)有技術(shù)的基于AC的系統(tǒng)的明確意圖是在電力電纜上的絕緣被損壞或者至少不完善時(shí)進(jìn)行操作。但是，這些系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，雖然所輸送的電力量已知用于正常操作條件下的固定電纜長(zhǎng)度和尺寸，但是電纜上的任何故障對(duì)這些進(jìn)行調(diào)整，并且因而將對(duì)所輸送的電力量具有巨大影響。因此，輸送到井下單元的電力能夠受到不利影響，從而引起在井下單元的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通信的損壞及潛在損失。在US7982633中，公開(kāi)一種布置，其中高通濾波用來(lái)消除通常在25 - 60 Hz左右、施加于井下單元的低頻電機(jī)電力。但是，實(shí)際上，注入電機(jī)組合件的AC電力受到電機(jī)組合件中的電抗分量的極大影響。電抗分量可包括表面變換器的電感、井下電纜的電容和井下電機(jī)的電感。因此，有可能的是，在正常運(yùn)行條件下，將穩(wěn)定和有用的電力供應(yīng)提供給井下單元，但是當(dāng)絕緣故障出現(xiàn)時(shí)，井下單元所經(jīng)受的電機(jī)組合件的電抗急劇變化，從而使所輸送的電力顯著變化。輸送到井下單元的電力的這種變化可以是增加或降低。如果電力的降低發(fā)生，則井下監(jiān)測(cè)單元可停止起作用。如果電力增加過(guò)多，則井下監(jiān)測(cè)單元可能出故障，或者至少可因加壓操作條件而具有比原本預(yù)計(jì)的要短的服務(wù)壽命。
[0010]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于通過(guò)三相電力系統(tǒng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，其中將輸送到井下單元的電力保持為恒定，而與三相電力系統(tǒng)的工作條件無(wú)關(guān)。
[0011 ] 按照本發(fā)明的第一方面，提供一種用于通過(guò)三相電力系統(tǒng)在表面與表面下位置之間傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括:表面系統(tǒng)模塊，設(shè)置有提供第一 AC電力信號(hào)的第一電源和提供第二 AC電力信號(hào)的第二電源；表面下系統(tǒng)模塊，提供第一加電模塊和第二加電模塊，其中第二加電模塊提供數(shù)據(jù)信號(hào)；電纜連接，設(shè)置在表面系統(tǒng)模塊與表面下系統(tǒng)模塊之間，傳輸電力和數(shù)據(jù)通信信號(hào)；以及其中數(shù)據(jù)通信信號(hào)提供施加到第二加電模塊的電力的指示，并且電力信號(hào)響應(yīng)所施加電力而改變。
[0012]這樣，能夠調(diào)節(jié)施加到井下數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電力，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?br> [0013]優(yōu)選地，第二加電模塊包括確定所施加電壓的部件。這樣，所施加電壓能夠在數(shù)據(jù)通信信號(hào)中傳輸給表面系統(tǒng)模塊，并且用來(lái)改變電力信號(hào)。優(yōu)選地，第二 AC電力信號(hào)響應(yīng)所施加電壓而調(diào)節(jié)。
[0014]可選地，第二加電模塊可包括AC耦合電路。這樣，施加到第二加電模塊的電力可通過(guò)改變電力信號(hào)的頻率來(lái)改變。優(yōu)選地，第一 AC電力信號(hào)的頻率在20 Hz至60 Hz的范圍之內(nèi)。又優(yōu)選地，第二 AC電力信號(hào)的頻率在500 Hz至5 KHz的范圍之內(nèi)。這樣，AC耦合可永久地阻止一個(gè)AC電力信號(hào)所施加的電力，同時(shí)允許另一 AC電力信號(hào)所施加的電力被改變。
[0015]優(yōu)選地，第一加電模塊是電機(jī)組合件。更優(yōu)選地，第一加電模塊是ESP電機(jī)系統(tǒng)。
[0016]優(yōu)選地，第二加電模塊是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。更優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)量器/傳感器，以及數(shù)據(jù)通信信號(hào)包括來(lái)自一個(gè)或多個(gè)計(jì)量器/傳感器的數(shù)據(jù)。
[0017]優(yōu)選地,第一AC電力信號(hào)用來(lái)向第一加電模塊供電，以及第二AC電力信號(hào)用來(lái)向第二加電模塊供電。又優(yōu)選地，第二 AC電力信號(hào)響應(yīng)所施加電力而改變。這樣，在第二加電模塊上調(diào)節(jié)所施加電力，其中第二加電模塊保持監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴褭C(jī)能。
[0018]按照本發(fā)明的第二方面，提供一種用于通過(guò)三相電力系統(tǒng)在表面與表面下位置之間傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，所述方法包括下列步驟:
(a)提供從表面到表面下系統(tǒng)的電纜連接；
(b)沿所述電纜連接向下提供第一和第二AC電力信號(hào)；
(C)確定在所述表面下位置的單元所施加的電力；
(d)沿所述電纜連接向上傳遞指示所施加的所述所確定電力的數(shù)據(jù)信號(hào)；以及
(e)改變所述表面的AC電力信號(hào)，以改變所施加的所述電力。
[0019]優(yōu)選地，該方法包括設(shè)置單元所要求的預(yù)期功率級(jí)的步驟。
[0020]優(yōu)選地，步驟(d)包括傳輸施加到單元的電壓。
[0021]又優(yōu)選地，該方法包括提供反饋環(huán)路以主動(dòng)控制單元的功率級(jí)的步驟。
[0022]優(yōu)選地,第一 AC電力信號(hào)用來(lái)向井下電機(jī)組合件供電。優(yōu)選地,第一 AC電力信號(hào)在20 Hz至60 Hz的頻率范圍之內(nèi)。
[0023]優(yōu)選地，第二 AC電力信號(hào)用來(lái)向井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電。優(yōu)選地，第二 AC電力信號(hào)在500 Hz至5 KHz的頻率范圍之內(nèi)。
[0024]優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括調(diào)諧電路，以防止第一 AC電力信號(hào)的傳輸?shù)竭_(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0025]優(yōu)選地，該方法包括改變第二 AC電力信號(hào)的頻率的步驟。更優(yōu)選地，該方法可包括掃描第二 AC電力信號(hào)的頻率的步驟。結(jié)合調(diào)諧電路的使用來(lái)改變頻率將有效地改變所輸送的電力。
[0026]優(yōu)選地，如果在表面沒(méi)有接收數(shù)據(jù)信號(hào)或者如果數(shù)據(jù)信號(hào)丟失，則執(zhí)行掃描頻率的步驟。優(yōu)選地，掃描頻率，直至接收到數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0027]優(yōu)選地，經(jīng)由數(shù)據(jù)信號(hào)所施加的指示電力的突然變化用來(lái)警告用戶(hù)關(guān)于電纜連接中的可能故障。又優(yōu)選地，在故障的檢測(cè)時(shí)，去除第一 AC電力信號(hào)，同時(shí)仍然從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。
[0028]現(xiàn)在將僅作為舉例、參照附圖來(lái)描述本發(fā)明，附圖包括:
圖1示出井中的井下設(shè)備的典型設(shè)置，示出設(shè)備、電機(jī)和表面的控制接口的位置；
圖2示出按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的示意框圖；
圖3(a)和圖3(b)是在(a)正常和(b)接地故障條件下的電機(jī)電路等效體；
圖4示出按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的示意框圖；以及圖5示出按照本發(fā)明的又一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的示意框圖。
[0029]一類(lèi)井下設(shè)備是人工升舉系統(tǒng)，供儲(chǔ)層中存在不充分壓力以將井的流體(例如油、水或氣體)提升到表面的井中使用。人工升舉系統(tǒng)的類(lèi)型包括液壓泵、桿式泵、電潛泵(ESP)、噴射泵、螺桿泵(PCP)和氣舉。
[0030]一開(kāi)始參照附圖的圖1，其示出井筒中的典型ESP完井。ESP電機(jī)10經(jīng)過(guò)密封12耦合到離心泵14，并且用來(lái)按照本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方式經(jīng)過(guò)管道16將流體提升到井20的表面18。為了監(jiān)測(cè)操作，傳感器或計(jì)量器22定位在ESP 10下面。通常，電機(jī)10是三相Y配置。電機(jī)由變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)24來(lái)驅(qū)動(dòng)，并且經(jīng)由三相電力電纜26來(lái)連接。該系統(tǒng)能夠被認(rèn)為包括兩個(gè)不同部件，即，由參考標(biāo)號(hào)28 —般表示的表面系統(tǒng)以及由參考標(biāo)號(hào)30一般表示的井下系統(tǒng)。這兩個(gè)部件28、30使用ESP電力電纜26進(jìn)行通信。
[0031]與計(jì)量器系統(tǒng)相關(guān)的表面設(shè)備在圖1中示出，其中存在將3相電源直接連接到井下電機(jī)的HV單元13，并且還存在LV或低壓?jiǎn)卧?，其與高壓系統(tǒng)安全地隔離。LV系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)恢復(fù)和處理以及數(shù)據(jù)顯示等。HV單元用來(lái)注入AC電力，并且還進(jìn)行原始數(shù)據(jù)從3相電力系統(tǒng)的恢復(fù)。
[0032]現(xiàn)在參照附圖的圖2，示出按照本發(fā)明的一實(shí)施例、由參考標(biāo)號(hào)40—般表示的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的原理框圖。在這個(gè)布置中，數(shù)據(jù)能夠沿表面設(shè)備28與表面下或井下設(shè)備30之間的任一個(gè)方向傳輸?shù)饺嚯娏﹄娎|26上。
[0033]在表面28，設(shè)備分為高壓側(cè)32和低壓側(cè)34。高壓側(cè)32向井下系統(tǒng)30提供電力。調(diào)諧高壓AC耦合36a用來(lái)連接到電力電纜26中的每相。因此，在高壓設(shè)備32中使用三重電路。微處理器38控制到三相電纜26上的電力分配，并且鏈接到低壓側(cè)34上的對(duì)應(yīng)微處理器41。另外，高壓側(cè)32使用調(diào)諧高壓AC耦合36c，與傳感電纜76上的數(shù)據(jù)信號(hào)并聯(lián)。這些信號(hào)然后通過(guò)已知方法來(lái)濾波42和解調(diào)44。數(shù)據(jù)信號(hào)然后經(jīng)由微處理器41來(lái)傳遞以供顯示46，或者傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄器或SCADA系統(tǒng)。另外，該過(guò)程能夠相反地工作，其中微處理器41經(jīng)由高壓側(cè)32上的調(diào)諧高壓AC耦合36將數(shù)據(jù)提供到電力線26上，如本領(lǐng)域已知。
[0034]井下ESP系統(tǒng)48如本文中參照?qǐng)D1所述來(lái)提供。為了清楚起見(jiàn)，相似部件具有相同參考標(biāo)號(hào)。在電機(jī)10下面是標(biāo)準(zhǔn)Y點(diǎn)連接器50。在Y點(diǎn)連接器50設(shè)置了井下系統(tǒng)52。井下系統(tǒng)52提供采取經(jīng)由微處理器56所通電的測(cè)量裝置傳感器或計(jì)量器54的形式的監(jiān)測(cè)。驅(qū)動(dòng)計(jì)量器54的電力經(jīng)由調(diào)諧HV AC耦合電路36b提供給電壓調(diào)節(jié)器58。類(lèi)似地，來(lái)自測(cè)量裝置54的數(shù)據(jù)在微處理器56中處理。使用信號(hào)驅(qū)動(dòng)器60和調(diào)諧HV AC耦合電路36d，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娏€62上，以供傳輸?shù)結(jié)點(diǎn)50并且沿三相電力電纜36向前傳輸?shù)奖砻鎲卧?8。
[0035]在本發(fā)明中，第一 AC電力信號(hào)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)24來(lái)生成。這是三相電力信號(hào)，其通常較大、例如2000伏和24安，并且處于20至60 Hz的范圍中的低頻。它用來(lái)向電機(jī)10供電。第二 AC電力信號(hào)在表面HV系統(tǒng)32的電力驅(qū)動(dòng)器34來(lái)生成。這個(gè)第二 AC電力信號(hào)采用任何所需數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)調(diào)制，并且傳遞到電力電纜26的各相上。第二 AC電力信號(hào)具有較低電壓和電流，其中具有500 Hz至5 kHz的范圍中的較高頻率。第二 AC電力信號(hào)將經(jīng)過(guò)Y點(diǎn)50，并且傳遞到井下系統(tǒng)52中。在輸入的調(diào)諧HV AC耦合電路36經(jīng)過(guò)調(diào)諧，以防止可能損壞井下儀表54的第一 AC電力信號(hào)的傳輸。電力調(diào)節(jié)電路58將第二 AC電力信號(hào)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)形式，以用于向儀表54供電。雖然第二 AC電力信號(hào)被認(rèn)為與第一 AC電力信號(hào)無(wú)關(guān)，但是情況不是這樣，如同在電纜絕緣故障的情況下，輸送到儀表54的電力將改變。這種效果在圖3(a)和圖3(b)中最好地示出。
[0036]圖3(a)示出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電負(fù)載，其重疊于3相電力系統(tǒng)，并且依靠接地隔離以進(jìn)行操作。圖3(a)示出健康電機(jī)系統(tǒng)，其中儀器電源34經(jīng)過(guò)耦合(通常為電容器)36連接到3相電機(jī)系統(tǒng)10。表面驅(qū)動(dòng)變換器將呈現(xiàn)小電感負(fù)載64。表面28與井下電機(jī)10之間的電纜26將具有從金屬護(hù)套66對(duì)地的電阻和電容，以及井下電機(jī)10在將電力傳送給井下單元52之前將表現(xiàn)為串聯(lián)電感68。
[0037]圖3(b)示出具有對(duì)地泄漏的電纜的絕緣的相同設(shè)備。電源34是相同的，但是表面變換器這時(shí)對(duì)地64是相當(dāng)大的負(fù)載。注意，對(duì)良好絕緣沒(méi)有影響的導(dǎo)體間電容這時(shí)加入對(duì)地的電容，使電纜負(fù)載66要高許多。具有這時(shí)在某級(jí)經(jīng)由電纜70連接到地的一個(gè)繞組的電機(jī)這時(shí)也充當(dāng)分壓器72，其是頻率相關(guān)的，因而顯著降低跨單元52的電壓。還要注意，在3相中，井下信號(hào)驅(qū)動(dòng)器60上的負(fù)載也增加，以及將表面單元32與短接相隔離能夠降低表面電源34和井下驅(qū)動(dòng)器60上的總負(fù)載。
[0038]對(duì)井下單元52的所施加電力在井下單元52的電力調(diào)節(jié)段58來(lái)確定。這個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由微處理器56、信號(hào)驅(qū)動(dòng)器60和耦合36調(diào)制到送往表面的返回?cái)?shù)據(jù)信號(hào)上。在表面單元32、34如上文所述來(lái)提取數(shù)據(jù)。微處理器41將電力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給微處理器38，其然后可通過(guò)調(diào)整電力驅(qū)動(dòng)器34輸入來(lái)調(diào)節(jié)，作為電纜26上的第二 AC信號(hào)。如果需要，則也能夠調(diào)整第二 AC信號(hào)的頻率。輸送到井下單元52的電力的這個(gè)變化將由調(diào)節(jié)器58來(lái)拾取，并且因而創(chuàng)建有效反饋環(huán)路，以向井下單元52提供調(diào)節(jié)電源。電纜上的任何故障將引起所施加的電力的變化，其將在調(diào)節(jié)器58來(lái)檢測(cè)。送往表面的數(shù)據(jù)信號(hào)將指示所輸送電力的變化，并且驅(qū)動(dòng)器34將補(bǔ)償功率級(jí)注入到第二 AC信號(hào)上，使得井下單元52接收預(yù)期功率級(jí)。
[0039]備選地，如果數(shù)據(jù)信號(hào)丟失并且實(shí)際上停止向表面進(jìn)行傳輸，則微處理器38能夠傳輸固定電壓/功率，并且掃描第二 AC信號(hào)的頻率。在這個(gè)實(shí)施例中，在井下單元52的輸入的調(diào)諧HV AC稱(chēng)合36將根據(jù)所傳輸頻率來(lái)傳輸功率分布。當(dāng)傳輸操作井下儀表54的電力時(shí)，調(diào)節(jié)器58將傳輸信號(hào)，以警告表面28關(guān)于電力被接收并且它如何與預(yù)期電力進(jìn)行比較。這個(gè)過(guò)程動(dòng)態(tài)改變對(duì)井下單元的電力輸送以及具有載波頻率的電力單元的諧波干擾。這種技術(shù)克服電機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所看到的頻率響應(yīng)和負(fù)載在故障出現(xiàn)時(shí)相當(dāng)大地改變并且根據(jù)故障性質(zhì)以完全不同方式改變的問(wèn)題。
[0040]數(shù)據(jù)信號(hào)的丟失也能夠用來(lái)警告用戶(hù)關(guān)于電纜26上的可能故障。應(yīng)當(dāng)注意，送往電機(jī)的第一 AC信號(hào)能夠關(guān)斷，同時(shí)第二 AC信號(hào)仍然可傳輸。在這個(gè)布置中,在井下單兀52的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)54仍然能夠進(jìn)行操作，并且甚至在電機(jī)沒(méi)有運(yùn)行時(shí)也向表面28發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0041]參照?qǐng)D4，示出按照本發(fā)明的一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)40，系統(tǒng)40包括經(jīng)由三相電力電纜26所連接的表面系統(tǒng)模塊28和表面下系統(tǒng)模塊30。為了清楚起見(jiàn)，對(duì)與圖1相似的部件給予相同參考標(biāo)號(hào)。表面系統(tǒng)模塊28提供有高壓?jiǎn)卧?3、3相電力變換器24、輸入調(diào)節(jié)器25和低壓?jiǎn)卧?。表面下系統(tǒng)模塊30提供有ESP電機(jī)系統(tǒng)10和儀器系統(tǒng)22。
[0042]在使用中，當(dāng)數(shù)據(jù)通信信道為可操作、也就是說(shuō)數(shù)據(jù)可經(jīng)過(guò)電纜26來(lái)傳輸時(shí)，高壓?jiǎn)卧?3將AC電壓施加到所述電纜26。使用所述電纜連接26從儀表系統(tǒng)22傳輸數(shù)據(jù)。從儀表22所收集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括確定施加于表面下系統(tǒng)30的電力的數(shù)據(jù)。與所施加電壓相關(guān)的數(shù)據(jù)能夠作為讀數(shù)來(lái)記錄，并且這能夠是傳輸?shù)乃_定數(shù)據(jù)。在接收所確定數(shù)據(jù)時(shí)，LV系統(tǒng)8對(duì)所確定數(shù)據(jù)起作用，并且將表示所述數(shù)據(jù)的輸出提供給輸入調(diào)節(jié)器25，其響應(yīng)所確定數(shù)據(jù)而起作用，通過(guò)對(duì)電力變換器24起作用來(lái)改變所述所施加電力。所施加電力備選地能夠通過(guò)使用來(lái)自LV系統(tǒng)8的所確定數(shù)據(jù)來(lái)改變，以便對(duì)輸入調(diào)節(jié)器25起作用以改變高壓?jiǎn)卧?3所施加的AC電壓，從而改變施加到表面下系統(tǒng)30的電力的所選頻率和/或幅度。
[0043]參照?qǐng)D5，示出本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，其中表面系統(tǒng)模塊28提供有高壓?jiǎn)卧?3、3相電力變換器24和低壓?jiǎn)卧?。表面下系統(tǒng)模塊28提供有電力電路模塊27、ESP電機(jī)系統(tǒng)10和儀器系統(tǒng)22。
[0044]在使用中，電力電路模塊27具有對(duì)所施加電力頻率的調(diào)諧響應(yīng)，使得能夠通過(guò)改變電力頻率，通過(guò)仍然排斥處于比電力頻率要低的頻率的電機(jī)電力頻率，有效地改變輸送到儀器系統(tǒng)或工具22的電力。
[0045]所施加電力頻率通常在500 Hz與5 kHz之間的區(qū)域中，以及電機(jī)電力頻率的工作頻率可在20 Hz與60 Hz之間。
[0046]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于，它提供一種通過(guò)三相電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，其中輸送到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電力經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，以更有效地管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)極大范圍的條件的操作。
[0047]可對(duì)本文所述的本發(fā)明進(jìn)行各種修改，而沒(méi)有背離其范圍。例如，表面下模塊可設(shè)計(jì)成對(duì)極大范圍的所施加電力條件操作短周期，使得始終保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，從而允許調(diào)節(jié)起作用。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，用于通過(guò)三相電力系統(tǒng)在表面與表面下位置之間傳輸數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括: 表面系統(tǒng)模塊，設(shè)置有提供第一 AC電力信號(hào)的第一電源和提供第二 AC電力信號(hào)的第二電源； 表面下系統(tǒng)模塊，提供第一加電模塊和第二加電模塊，其中所述第二加電模塊提供數(shù)據(jù)通信信號(hào)； 電纜連接，設(shè)置在所述表面系統(tǒng)模塊與所述表面下系統(tǒng)模塊之間，傳輸所述電力和數(shù)據(jù)通信信號(hào)；以及 其中所述數(shù)據(jù)通信信號(hào)提供施加到所述第二加電模塊的電力的指示，并且電力信號(hào)響應(yīng)所述所施加電力而改變。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二加電模塊包括確定所施加電壓的部件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二AC電力信號(hào)響應(yīng)所述所施加電壓而調(diào)節(jié)。
4.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二加電模塊可包括AC耦合電路。
5.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第一AC電力信號(hào)的頻率在20 Hz至60 Hz的范圍之內(nèi)。
6.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二AC電力信號(hào)的頻率在500 Hz至5 KHz的范圍之內(nèi)。
7.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第一加電模塊是電機(jī)組合件。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第一加電模塊是ESP電機(jī)系統(tǒng)。
9.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二加電模塊是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)量器/傳感器，以及所述數(shù)據(jù)通信信號(hào)包括來(lái)自所述一個(gè)或多個(gè)計(jì)量器/傳感器的數(shù)據(jù)。
11.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第一AC電力信號(hào)用來(lái)向所述第一加電模塊供電，以及所述第二 AC電力信號(hào)用來(lái)向所述第二加電模塊供電。
12.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二AC電力信號(hào)響應(yīng)所施加電力而改變。
13.—種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?用于通過(guò)三相電力系統(tǒng)在表面與表面下位置之間傳輸數(shù)據(jù)，所述方法包括下列步驟: (a)提供從所述表面到表面下系統(tǒng)的電纜連接； (b)沿所述電纜連接向下提供第一和第二AC電力信號(hào)； (C)確定在所述表面下位置的單元所施加的電力； (d)沿所述電纜連接向上傳遞指示所施加的所述所確定電力的數(shù)據(jù)信號(hào)；以及 (e)改變所述表面處的AC電力信號(hào)，以改變所施加的所述電力。
14.如權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，所述方法包括設(shè)置所述單元所需的預(yù)期功率級(jí)的步驟。
15.如權(quán)利要求13或14所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，步驟(d)包括向所述單元傳輸所施加的電壓。
16.如權(quán)利要求13至15中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，所述方法包括提供反饋環(huán)路以主動(dòng)控制所述單元處的所述功率級(jí)的步驟。
17.如權(quán)利要求13至16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一AC電力信號(hào)用來(lái)向井下電機(jī)組合件供電。
18.如權(quán)利要求13至17中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一AC電力信號(hào)處于20Hz至60 Hz的頻率范圍之內(nèi)。
19.如權(quán)利要求13至18中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第二AC電力信號(hào)用來(lái)向井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電。
20.如權(quán)利要求13至19中的任一項(xiàng)所述的方法,其中，所述第二AC電力信號(hào)處于500Hz至5 KHz的頻率范圍之內(nèi)。
21.如權(quán)利要求19或20中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括調(diào)諧電路，以防止所述第一 AC電力信號(hào)的傳輸?shù)竭_(dá)所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
22.如權(quán)利要求13至21所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，所述方法包括改變所述第二AC電力信號(hào)的頻率的步驟。
23.如權(quán)利要求22所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，所述方法包括掃描所述第二AC電力信號(hào)的所述頻率的步驟。
24.如權(quán)利要求23所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，如果在所述表面沒(méi)有接收數(shù)據(jù)信號(hào)或者如果所述數(shù)據(jù)信號(hào)丟失，則執(zhí)行掃描所述頻率的步驟。
25.如權(quán)利要求23或24中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，掃描所述頻率，直至接收到數(shù)據(jù)信號(hào)。
26.如權(quán)利要求13至25中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，經(jīng)由所述數(shù)據(jù)信號(hào)所施加的指示電力的突然變化用來(lái)警告用戶(hù)關(guān)于所述電纜連接中的可能故障。
27.如權(quán)利要求26所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，在檢測(cè)到故障時(shí)，去除所述第一AC電力信號(hào)，同時(shí)仍然從所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK104321974SQ201380012666
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月8日
【發(fā)明者】D.S.尚克斯 申請(qǐng)人:鼎盛油田技術(shù)有限公司