[發明專利]數據通信系統

有效

• 申請號: 201380012798.5
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN104303424B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: D.S.尚克斯
• 申請（專利權）人: 鼎盛油田技術有限公司
• 主分類號: H04B3/54
• 分類號: H04B3/54
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 葉曉勇,湯春龍

本發明涉及往返于井下裝備的數據傳輸，并且具體地，但不排他地，涉及表面下與表面位置之間的通過三相電力系統的數據傳輸的改進的數據通信系統及方法。

“井下裝備”被理解為是指用于井孔中的任何工具、裝備或儀器。

出于各種原因，需要在井下裝備與表面之間傳輸數據。例如，監視電機/泵的性能；傳輸控制信號，以便控制閥；測量裝置取向和位置；以及進行物理測量。

對于機動化的井下裝備，諸如電潛泵（ESP）電機系統，需要從裝備下面的包括電機繞組的電路和裝備的電力電纜中發送數據，該電力電纜能夠被認為是三相電力系統。在這樣的布置中，由于已經存在電力電纜，因而基本原理是，使用這些電力電纜的解決方案的成本應當相稱地小于還供給適當的長度的通信電纜的解決方案。通常還認為，能夠維持在未給主三相電力系統加電時所需要的針對井下監視儀器使用的電力，因為這提供在泵關閉的情況下或井中的其他主要的情況下的基本信息。

因而，這些系統挑戰設計并操作來確保順利地傳輸數據并始終維持獨立電源。

由于三相電力系統的電機和電力電纜特性，已開發并廣泛地采用使用電感耦合來耦合至電力系統的基于DC電流的裝置。從表面處的低電流DC電源提供電力，并且，通過調制從該電源流出的電流來將數據傳輸至表面。

在US?5,515,038、GB?2283889以及US?6,396,415中公開了基于數字和處理器的裝置的示例。這些系統利用注入電力信號上并通過電感Y點耦合而提取的DC電流。由于任何故障都與獨立電源并行，因而在對電力電纜的絕緣喪失或被損壞時，這些系統全部都易受失效影響，并且，故障成為另一個電流調制源，因而引起信號完整性喪失。這些現有技術的系統還典型地在本質上是模擬的，因而將噪聲引入測量中，或在傳輸數字數據的情況下，處于非常慢的數據速率。

使用AC電力和/或信號傳輸的基于AC的系統已開發來克服這些問題。然而，這些基于AC的系統引入其自身的缺點。在US?7,982,633中公開了典型的現有技術的基于AC的系統，該系統是用于在井下應用中使用的數據傳輸系統，其中，電能通過多導體電力電纜而供給至ESP電機組件。井下單元通過ESP電機組件的Y點而AC耦合至電力電纜的導體。表面單元AC耦合至電力電纜的導體。遙測數據的上行通信通過由井下單元和表面單元支持的AC通信方案而進行。遠程控制命令數據的下行通信通過由表面單元和井下單元支持的不同的AC通信方案而進行。這些AC通信方案提供電力至井下環境的獨立的供給。不使用另外的通信線路，通過電力電纜就完成表面與井下環境之間的全部通信。如果發生電力電纜上的接地故障，則維持數據通信。

該現有技術的基于AC的系統具有接口電路，該接口電路包括ESP電機的Y點與井下單元的構件之間的AC耦合電容器，從而為DC信號隔離作準備。在表面處也同樣地，AC耦合電容器電耦合至三相電力電纜上的三個導體的每個的不同的一個，以便進行DC信號隔離。不利地，該布置意味著使用相同的用于注入AC電力的電容器來對電機的電力系統進行傳感。這引起信號振幅減小，并且，因而，由于電源系統可能引起所傳輸的數據和所接收的數據的失真和衰減，因而數據被損壞，這導致數據不可恢復。

因此，本發明的目標是，提供用于通過三相電力系統來傳輸數據的數據傳輸的方法，其中，能夠使電力系統對數據信號完整性的作用最小化。

根據本發明的第一方面，提供用于在表面與表面下位置之間通過三相電力系統來傳輸數據的數據通信系統，該數據通信系統包括：表面系統模塊；表面下系統模塊；以及設置于表面系統模塊與表面下系統模塊之間的電纜連接，其中，表面系統模塊和表面下系統模塊的至少一個設置有AC電力模塊和數據信號模塊，使得AC電力模塊和數據信號模塊經由在表面和表面下的至少一個處被調諧為不同的頻率的調諧電路而彼此獨立地耦合至電纜連接。

具有帶有彼此獨立地耦合至電纜連接的電力模塊和數據信號模塊的表面下系統的數據通信系統意味著，能夠針對所施加的電力信號和數據信號而使電力耦合和信號耦合優化，以便所施加的信號不彼此干擾或干擾主三相電力系統。通過提供AC電源和AC數據信號，從而能夠對這些輸入的頻率進行選擇或調諧，以確保使輸入之間的干擾最小化。電力模塊中和數據信號模塊中的調諧電路的裝備還意味著，每個獨立的耦合能夠相應地被調諧為電力信號和數據信號的精確的頻率，因而確保兩者彼此不干擾。另外，電力模塊和數據信號模塊的阻抗在系統的數據或載波頻率下相對地較高，因而確保使信號和電力衰減和失真最小化。