DE3402386A1 - Induktive energie- und datenuebertragung - Google Patents
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Description
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sa/bl
Theodor-Stern-Kai 1 HH 83/24
D-6000 Frankfurt 70
"Induktive Daten- und Energieübertragung"
Die Erfindung betrifft einen Übertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
FUr die Überwachung räumlich langgestreckter Strukturen werden absenkbare
Meßstationen eingesetzt. Als Beispiel sei ein Rohrstrang/Bohrloch
erwähnt, der von einem Schiff zum Meeresboden und in den Untergrund führt. Die Gesamtanordnung kann zur Exploration und Förderung von
Kohlenwasserstoffen dienen. Je nach verwendeter Sensoreinheit können
Daten, wie Orientierung des Bohrloches und des Neigungsübergangs, Formationseigenschaften,
Bohrparameter und Bohrlochzustand ermittelt werden, Diese Daten werden zur Operatorkonsole fernübertragen.
Der Terminus "Measurement While Drilling" (MWD) umfaßt nicht nur die
Meßwerterfassung untertage samt deren Fernübertragung, sondern auch die Aufzeichnung dieser Daten übertage, die für die Optimierung des Bohrvorgangs
notwendig sind.
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HH 83/24
Mit dem Ansteigen der Ölpreise in den 70er Jahren wurden von mehreren
Firmen unterschiedliche Projekte unter dem Namen "Logging While Drilling" (LVD), "Downhole Logging While Drilling" (DLWD) oder auch 1TWD" begonnen. In den meisten Fällen waren diese nicht wie früher als Konkurrent
zum konventionellen Schlumberger-Logging, sondern für Messungen von Bohrlochorientierungsdaten zur Durchführung von Richtbohrprojekten konzipiert.
Von der Industrie wurde der Begriff "MWD" akzeptiert, mit dem Verständnis, daß jede Meßgröße von der Bohrlochsohle beinhaltet wird, die nach
Übertage übertragen wird.
Die Gründe für die natürliche Drift des Bohrlochverlaufes von seinem geplanten Kurs sind in einem Wechsel der Gebirgscharakteristik bzw. dem
Einfallen der geologischen Schichten und dem Schwerstangenverha1ten zu
suchen. Die Kenntnis einer derartigen Bohrlochgestalt samt seiner Koor
dinaten hängt von der Häufigkeit der Messungen und der Genauigkeit der
verwendeten Meßsysteme ab. Art, Lokation und Ziel des Bohrprogramms bestimmen in der Regel die geplanten Servicekosten. Für dae Bohrprojekt
sind unter Minimierung der BohrturmstilIstandzeiten und Meßkosten optimale Genauigkeitsstufen für die benötigten Informationen zu definie-
ren, die zur sicheren Durchführung ohne eus ätzliche Risiken notwendig
erscheinen. Dieser Aufwand ist dem zu erwartenden Nutzen, der aus der Anwendung genauerer Systeme entsteht, gegenüberzustellen und in den Entscheidungsprozeß für die Wahl eines MWD-Systems einzubeziehen. Die Genauigkeit dieser Systeme wird weniger durch Schwierigkeiten bei der
technischen Realisierung, als vielmehr durch den hohen finanziellen Aufwand begrenzt.
Die eigentlichen Meßeinrichtungen befinden sich innerhalb einer nicht
magnetisierbaren Schwerstange über dem Meißel bzw. dem Meißeldirektantrieb. Die Meßeinrichtungen und die Prozessoren (Mikrorechner) sind in
einem Sensorpaket untergebracht, das entweder fest eingebaut ist, oder bei bestimmten Systemen im Bedarfsfalle mittels geeigneter Einrichtungen
untertägig eingebaut werden kann.
-X- HH 83/24
Das Sensorpaket besteht aus dem eigentlichen Meßteil, dem Sensor oder
Meßwertaufnehmer, der Meßwertverarbeitung und dem Übertragungselement,
welches die Größen codiert mittels Übertragungsmedium nach Übertage
"telemetriert". Die modernen Sensoren für liichtbohrarbeiten messen die
Neigung des Bohrlochs mittels drei normal zueinander ausgerichteten "Accelerometern", ältere mit Hilfe eines elektronisch oder auch mechanisch
abgegriffenen Pendels. Die Richtung wird in der Regel mit Hilfe
von drei Magnetometern gemessen. Die Orientierung des Neigungsüberganges eines Mud-Motors kann mittels magnetischer oder Gravitations-Methoden
ermittelt werden.
Diese Sensorpakete sind aufgrund der Umweltanforderungen sehr teuer und
deshalb so aufgebaut, daß sie im Bohrloch ein- bzw. ausgebaut werden können; dies erfordert Steckverbindungen.
Wenn für den Anschluß Steckverbindungen gewählt werden, wie in der Christensen-Druckschrift
vom Mai 1982 beschrieben wird, so besteht die Gefahr, daß diese sehr leicht verschmutzen und dadurch vielschichtige
Störungen der Datenübertragung verursachen und eine erhebliche Verringerung der Betriebssicherheit mit sich bringen. Die meisten metallischen
Steckverbindungen korrodieren sehr schnell bei den gegebenen Umweltbedingungen .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Übertrager anzugeben, der
wenig störanfällig ist und eine sichere Daten- und Energieübertragung gewährleistet.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen im Kennzeichen des
Anspruchs 1 gegeben.
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Durch die induktive Übertragung der Daten wird eine von dem Zustand der
metallischen Kontaktflächen unabhängige Weitergabe erreicht. In dieser Beziehung kommt sie den häufig verwendeten Ringkernwandlern nahe mit
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dem Vorteil, daß die Herstellung des Anschlusses wesentlich schneller
und einfacher erfolgen kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt
FiR. 1 eine Schaltungsanordnung einer Energie- und Datenübertragung,
Fig. 2 und 3 den prinzipiellen Aufbau eines Übertragers.
Gemäß dem Strukturbild nach Fig. 1 wird die Versorgungsspannung von
einem Turbinengenerator geliefert, die in weiten Grenzen mit entsprechenden proportionalen Frequenzänderungen schwankt. Diese Spannung wird
über einen Transformator 1 zugeführt, an dessen Sekundärwicklung ein Gleichrichter 2 angeschlossen ist, der wiederum einen Wechselrichter 3
speist. Die vom Ausgang des Wechselrichters 3 gelieferte Spannung hat eine konstante Frequenz von etwa 10 kHz mit konstanter Amplitude.
. Diese Wechselspannung wird mit Hilfe eines noch näher zu beschreibenden Übertragers 4 auf das weiterführende. Rohrstück übertragen. Ein
Gleichrichter mit Stützkondensatoren speist ein getaktetes Netzgerät 5, dessen Ausgangsspannung + 15 V bei einem Nennstrom von 1 A beträgt.
Die Datenübertragung erfolgt mittels Trägerfrequenzmodulation, wobei
jede Richtung eine eigene Frequenz erhält, die im Abstand so gewählt ist, daß keine nennenswerte Kopplung auftritt. Auch der Abstand zur
Frequenz des Energiestromes wird ausreichend groß gewählt. Die Impulstelegramme werden jeweils in einer Umformstufe 6,7 in Wechselspannungen umgeformt, auf den Übertrager 4 gegeben und auf der Sekundärseite in den Stufen 8,9 wieder in Telegramme umgeformt.
Der Übertrager besteht gemäß Fig. 2 aus einem Steckerstift und gemäß
Fig. 3 aus einer Steckbuchse. Bei einer Frequenz von 10 kHz ist der Kern aus Dynamoblech zu schichten, um die Wirbelstromverluste klein zu
halten. Daher sind nach Fig. 2 auf einen Gewindestift 10 drei voneinander getrennte Kernabschnitte gebildet, von denen der Abschnitt 11 einen
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Spulenkörper 12 zur Energieübertragung, der Abschnitt 13 mit einem
Spulenkörper 14 zur Datenübertragung in der einen Richtung und der Abschnitt
15 mit einer Spule 16 zur Datenübertragung in der anderen Richtung
dienen. Die Kernabschnitte mit den Spulen sind zur magnetischen Entkopplung
durch Isolierscheiben 17 voneinander getrennt. Ferner sind Führungsscheiben 18 zur sicheren Führung des Stiftes in der Steckerbuchee
verteilt vorgesehen, die mit einem Gewinde versehen sind und die Kernbleche zusammenpressen. Die Anschlußdrähte für die Spulen sind in
einer Nut im Gewindestift 10 verlegt.
"Γ
- Leerseite
Claims (4)
1. Induktive Daten- und Energieübertragung für Bohrlöcher unter Verwendung
von Übertragern beim Zusammenfügen einzelner Rohrstücke zu einer Bohrlochleitung dadurch gekennzeichnet, daß für eine Energieübertragung
die Spannung eines Energieerzeugers einem Gleichrichter (2) zugeführt wird, der einen Wechselrichter (3) speist, dessen Ausgangsspannung
über einen steckbaren Übertrager (4) auf ein getaktetes Netzgerät (5) des anschließenden Rohrstückes geführt ist, und daß für jede
Richtung der Datenübertragung eine eigene Trägerfrequenz vorgesehen ist, wobei die Abstände der Trägerfrequenzen und Frequenz des Energiestromes
so gewählt sind, daß die Kopplung minimal ist.
2. Induktive Übertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Übertrager (4) einen Kern (11,13,15) aus geschichteten Dynamoblech aufweist und zur magnetischen Entkopplung der Spulen (12,14,16) eine
isolierende Zwischenlage (17) eingefügt ist.
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3. Induktive Übertragung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die geschichteten Dynamobleche mittels schraubbarer Führungsscheiben (18)
zusammengepreßt werden.
4. Induktive übertragung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anschlußdrähte der Spulen in einer Nut einer zentralen Gewindestange
(10) verlegt sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK GMBH, 7900 ULM, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |