Patent BR-112014002062-A2 (BR)
Title: sistemas e métodos para implementar diferentes modos de comunicação sobre uma linha de comunicação entre a superfície e o equipamento de fundo de poço
Inventor: STEVE COULSTON
IPC: E21B47/13
Filed: 2012-07-19
Abstract: relatório descritivo da patente de invenção para "sistemas e métodos para implementar diferentes modos de comunicação sobre uma linha de comunicação entre a superfície e o equipamento de fundo de poço". campo da invenção a invenção refere-se genericamente à produção de óleo, gás, água, etc., e mais especificamente a sistemas e métodos para comunicar entre ferramentas remotas e um equipamento de controle utilizado em operações de poço que utilizam protocolos de comunicação separados e distintos sobre uma única linha de comunicação. técnica relativa a operação eficiente de poços para produzir óleo e gás envolve o coletamento e processamento de grandes quantidades de dados e o ajuste de equipamento de produção instalado dentro dos poços. muitas ferramentas diferentes podem ser utilizadas no fundo de poço dentro dos poços para coletar informações e regular as operações de poço. por exemplo, medidores podem ser utilizados para detectar as condições de poço e prover dados correspondentes para um equipamento de controle na superfície do poço. estas informações podem ser processadas e utilizadas para controlar outras ferramentas de fundo de poço. as comunicações entre o equipamento de superfície e as diferentes ferramentas de fundo de poço podem requerer diferentes protocolos. no caso de medidores e outras ferramentas de coletamento de dados, as comunicações podem consistir em transmissões de uma via, de alta taxa de dados das ferramentas de fundo de poço para o equipamento de superfície. no caso de ferramentas que regulam a operação do poço, pode ser necessário suportar comunicações de duas vias que podem ocorrer infrequentemente e envolver mínimas quantidades de dados, mas requerem um alto grau de confiabilidade. convencionalmente, um sistema de poço implementará somente um destes tipos de comunicação. se dois diferentes protocolos de comunicação forem implementados, estes requereriam dois diferentes cabos, sobre os quais os diferentes protocolos são implementados. a implementação de diferentes protocolos de comunicação utilizando cabos separados é dispendiosa e, frequentemente, impraticável. consequentemente, seria desejável prover um meio para implementar múltiplos, distintos, possivelmente até incompatíveis protocolos de comunicação sem o custo de linhas de comunicação separadas e interfaces correspondentes. sumário da invenção os presentes sistemas e métodos permitem uma comunicação utilizando dois diferentes protocolos alternativos sobre uma única linha de comunicação entre ferramentas remotas (por exemplo, de fundo de poço) e um equipamento de controle (por exemplo, de superfície) utilizados em operações de poço. as ferramentas remotas detectam os sinais de controle de modo transmitidos pelo equipamento de controle e iniciam os modos de comunicação correspondentes com os seus respectivos protocolos em resposta à detecção dos sinais de controle de modo. uma modalidade compreende um sistema que inclui o equipamento de controle, uma ou mais ferramentas remotas e uma linha de comunicação acoplada entre o equipamento de controle e as ferramentas remotas. cada uma das ferramentas remotas inclui um detector de sinal configurado para detectar os sinais de controle de modo sobre a linha de comunicação. cada uma das ferramentas remotas opera alternativamente ou em um primeiro modo ou um segundo modo em resposta à detecção de sinais de controle de modo correspondentes. o primeiro modo permite uma comunicação de dados de duas vias sobre a linha de comunicação de acordo com um primeiro protocolo de comunicações. o segundo modo permite uma comunicação de dados de uma via sobre a linha de comunicação do equipamento remoto para o equipamento de controle de acordo com um segundo protocolo. o segundo protocolo é diferente do primeiro protocolo e pode ser incompatível com o primeiro protocolo. em uma modalidade, o primeiro modo é iniciado em resposta à detecção de um sinal de controle de modo bipolar, enquanto que o segundo modo é iniciado em resposta à detecção de um sinal de controle de modo unipolar, tal como um pulso de tensão. nesta modalidade, quando as ferramentas remotas operam no primeiro modo, as ferramentas remotas confirmam as transmissões recebidas do equipamento de controle. a linha de comunicação pode ser uma linha de comunicação dedicada que tem dois condutores, onde o sinal de controle de modo unipolar compreende pulsos de sincronização idênticos sobre cada um dos dois condutores, e o sinal de controle de modo bipolar compreende sinais de polaridades opostas sobre os dois condutores. o sinal de controle de modo e/ou outras transmissões no modo de comunicação de duas vias pode identificar um endereço de uma ferramenta para a qual as transmissões são visadas. outra modalidade compreende um método implementado em um sistema que tem um transceptor de controle acoplado por um cabo de comunicações a uma ou mais ferramentas remotas. neste método, um primeiro sinal de controle de modo é transmitido do transceptor de controle para as ferramentas remotas. em resposta ao primeiro sinal de controle de modo, as ferramentas iniciam um primeiro modo de comunicação que emprega um primeiro protocolo de comunicação. o método também inclui transmitir um segundo sinal de controle de modo do transceptor de controle para as ferramentas remotas. em resposta ao segundo sinal de controle de modo, as ferramentas iniciam um segundo modo de comunicação que emprega um segundo protocolo de comunicação. os dois protocolos de comunicação são diferentes e podem até ser incompatíveis (isto é, não podem ser utilizados simultaneamente). ainda outra modalidade compreende uma ferramenta remota que tem um detector de sinal configurado para detectar os sinais de controle de modo recebidos do equipamento externo. a ferramenta remota opera alternadamente em um de dois diferentes modos em resposta à detecção de um dos sinais de controle de modo. em um primeiro modo, a ferramenta remota permite uma comunicação de informações de duas vias entre a ferramenta remota e o equipamento externo, de acordo com um primeiro protocolo de comunicações. em um segundo modo, a ferramenta remota está configurada para permitir uma comunicação de dados de uma via da ferramenta remota para o equipamento externo de acordo com um segundo protocolo o qual é diferente do primeiro protocolo. numerosas outras modalidades são também possíveis. breve descrição dos desenhos outros objetos e vantagens da invenção podem ficar aparentes quando da leitura da descrição detalhada seguinte e quando da referência aos desenhos acompanhantes. a figura 1 é um diagrama de blocos funcional que ilustra um sistema de comunicação de acordo com uma modalidade. a figura 2 é um diagrama de blocos funcional que ilustra a estrutura de uma ferramenta de fundo de poço de acordo com uma modalidade. a figura 3 é um fluxograma que ilustra um método para comutar entre diferentes modos sobre a mesma linha de dados de acordo com uma modalidade. a figura 4 é um diagrama de tempo que ilustra as comunicações utilizando um protocolo de duas vias em uma modalidade. a figura 5 é um diagrama de tempo que ilustra as comunicações utilizando um protocolo de uma via em uma modalidade. apesar da invenção ser sujeita a várias modificações e formas alternativas, as suas modalidades específicas estão mostradas como exemplo nos desenhos e na descrição detalhada seguinte. deve ser compreendido, no entanto, que os desenhos e a descrição detalhada não pretendem limitar a invenção à modalidade específica a qual é descrita. esta descrição é ao invés, destinada a cobrir todas as modificações equivalentes e alternativas que caiam dentro do escopo da presente invenção como definido pelas reivindicações anexas. descrição detalhada de modalidades exemplares uma ou mais modalidades da invenção estão abaixo descritas. deve ser notado que estas e quaisquer outras modalidades abaixo descritas são exemplares e pretendem ser ilustrativas da invenção ao invés de limitantes. falando genericamente, os presentes sistemas e métodos para comunicar entre ferramentas remotas (por exemplo, de fundo de poço) e um equipamento de controle (por exemplo, de superfície) utilizados em operações de furo de poço, onde dois protocolos de comunicação separados e distintos são implementados e alternadamente utilizados sobre uma única linha de comunicações acoplada entre as ferramentas remotas e o equipamento de controle. uma modalidade está implementada em um sistema de produção de óleo instalado dentro de um poço. o sistema inclui múltiplas ferramentas de fundo de poço que estão posicionadas dentro do furo de poço, cada uma das quais está acoplada a uma única linha de comunicações dedicada. as ferramentas de fundo de poço podem incluir medidores que servem para detectar as condições de poço e transmitir dados de sensor para a superfície, assim como controles, tais como válvulas e obturadores que afetam a operação do poço. a linha de comunicações está também acoplada a um equipamento posicionado na superfície do poço. o equipamento de superfície serve para processar os dados recebidos das ferramentas de fundo de poço, assim como para transmitir as informações de controle para as ferramentas de fundo de poço. a linha de comunicações tem dois condutores (por exemplo, um par torcido) que carregam os sinais elétricos entre as ferramentas de fundo de poço e o equipamento de superfície. a linha de comunicações pode também carregar energia para as ferramentas de fundo de poço. estes condutores podem ser utilizados para carregar sinais unipolares, nos quais ambos os condutores carregam sinais idênticos ou sinais bipolares, nos quais os dois condutores carregam diferentes sinais. o equipamento de superfície pode iniciar um primeiro modo de comunicações transmitindo um sinal de controle de modo bipolar para as ferramentas de fundo de poço. um protocolo de comunicação utilizado neste modo permite comunicações em duas vias entre o equipamento de superfície e as ferramentas d