DE2440538A1 - Fernmessystem fuer bohrloecher - Google Patents

Description

Priorität: 23. August 1973, U.S.A. Nr. 390 833

Fernmeßsystem für Bohrlöcher

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fernmeßsystem für Bohrlöcher und betrifft insbesondere ein Fernmeß-(Signalübertragungs-)System, das sich ohne Behinderung der normalen Bohrarbeiten betreiben läßt.

Der Yfert eines Fernmeßsystems zur Übertragung von Informationen vom Boden eines Bohrlochs an die Oberfläche ist seit einer Reihe von Jahren erkannt worden, und zahlreiche vorgeschlagene Systeme sind patentiert worden. Dennoch gibt es bis heute keine brauchbare Einrichtung, um während des Bohrvorgangs ohne Verwendung einer Drahtleitung rasch Daten vom Boden des Bohrlochs zu übertragen. Die Verwendung einer Drahtleitung macht es erforderlich, daß beim Einsetzen jeder weiteren Rohrlänge die Leitung herausgezogen wird, und stört daher die normalen Bohrarbeiten, was insbesondere bei Bohrungen am Meeresboden kostspielig ist. Außerdem beschränkt sich die Übertragung bei Verwendung eines Leitungsdrahts im wesentlichen auf Impulsbetrieb.

Ein Fernmeßsystem, das sich ohne Behinderung der normalen Bohrarbeiten betreiben läßt, wäre in der Lage, sofortige Informationen über die Richtung des Lochs, über Eigenschaften der Formation, über die Bohrleistung sowie über weitere interessierende Parameter in dem Bohrloch, etwa den Gasgehalt des Schlamms, Aufschluß

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geben. Dadurch, daß die Informationen kontinuierlich auf neuesten Stand gebracht werden, wäre es möglich, vor bevorstehenden Ausbrüchen rechtzeitig zu warnen, so daß vorbeugende Maßnahmen getroffen werden könnten.

Es sind Verschiedene Fernmeßsysteme (zur drahtlosen Nachrichtenübermittlung) vorgeschlagen worden, die mit Druckimpulsen in dem Bohrschlamm arbeiten, mit akustischen Signalen durch den Schlamm hindurch oder mit elektrischen Signalen, die über leitende Bahnen durch die Bohrrohre und die umgebende Formation laufen. Diese früheren Systeme haben sich jedoch wegen zu großer Dämpfung, großen Energiebedarfs, hoher Kosten und geringer Übertragungsgeschwindigkeit als nicht sehr praktikabel erwiesen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges Fernmeßsystem für Bohrlöcher zu schaffen, das insbesondere ohne Behinderung der normalen Bohrarbeiten funktioniert. Ein weiteres Ziel besteht darin, eine verbesserte Anordnung zur Übertragung akustischer Signale durch ein Bohrrohr vorzusehen. Das akustische Übertragungssystem soll dabei insbesondere mit Relaisstationen arbeiten, die Signalinformationsverluste infolge Mischung dor Signale im wesentlichen vollständig beseitigt.

Kurz gesagt, werden die Relaisstationen dabei in das Bohrloch in Abständen eingefügt, so daß sie die übertragenen akustischen Signale auf ihren Energiepegel zurückführen, bevor sie zu schwach geworden sind, um sich gegenüber dem Hintergrundrauschen zu unterscheiden. Signalinformationsverluste werden durch Verwendung dreier verschiedener Typen von Relaisstationen mit unterschiedlichen Paaren von Empfangs- und Sende-Frequenzen vermieden, wobei die Relaisstation der Reihe nach^ in das Bohrloch so eingesetzt werden, daß die Signale, die entgegen einer vorbestimmten gewünschten Richtung wandern, zunehmend gedämpft werden. Durch Verwendung einer phasenstarren Schleife in der Relaisstation wird sichergestellt, daß die in der nicht-gewünschten Richtung laufenden Signale eliminiert werden.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines be\^rorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert.

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ORiQINAL INSPECTED

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

erfindungsgemäß modifizierten Bohrrohrkette;

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer typischen Schaltung, wie sie sich in einem Sendewandler am unteren Ende des Bohrlochs verwenden läßt;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild der in einer Relaisstation verwendeten Schaltung;

Fig. A ein schematisches Schaltbild der Schaltung, wie sie in einer Vorverstärkerstufe an der Oberfläche verwendet wird;

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild der Schaltung, wie sie in einer Auswerteinheit an der Oberfläche verwendet wird; und

Fig. 6 einen partiellen Vertikalschnitt einer Baugruppe für eine erfindungsgemäße Relaisstation.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Übertragung akustischer Signale durch das Bohrrohr in einem Bohrloch, wobei bedarfsgeinäß Relaisstationen in derartigen Abständen eingefügt werden, daß die Signale auf ihren Energiepegel zurückgeführt werden, bevor sie zu schwach geworden sind, um gegenüber dem Hintergrundrauschen unterschieden zu werden. Bekanntlich verhindert die fehlende Impedanzanpassung zwischen dem Stahl und dem umgebenden Schlamm im wesentlichen, daß die akustische Energie in den Schlamm austritt. Die Hauptverluste an akustischer Energie treten an den Schraubverbindungen zwischen den Rohrabschnitten auf. Diese Verluste nehmen mit steigender Frequenz zu. Bei einer Trägerfrequenz von 1000 Hz sind Verluste von 6,56 dB pro 100 m Rohr gemessen worden. Zum Zwecke der Erläuterung mag der Abstand zwischen den Relaisstationen etwa 600 m betragen.

Jede Relaisstation in dem System stellt erstens den aufgrund der Dämpfung in dem Rohr verlorenen Signalpegel wieder her und verbessert zweitens den Rauschabstand_o Die Relaisstationen sind normalerweise in mehr oder weniger gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet. Der Abstand zwischen der obersten Relaisstation und der Oberfläche hängt von der Bohrlochtiefe ab, über-

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schreitet jedoch nicht den Wert des Abstandes zwischen den einzelnen Stationen. Allgemein gesagt, besteht die Funktion jeder Relaisstation in dem System darin, ein akustisches Signal (einen signalmodulierten Träger) aus der Bohrrohrkette aufzunehmen, bzw. zu empfangen, das Signal zu verstärken und es wieder als akustisches Signal über das Rohr auszusenden.

Wie oben erwähnt, sind die Informationen erfindungsgemäß auf Schallwellen aufmoduliert, die durch das Metall der Bohrrohrwandung verlaufen. Um praktisch verwendbar zu sein, muß ein System die folgenden drei Probleme lösen:

(1) Das Signal muß gegenüber dem Hintergrundrauschen identifizierbar sein, wobei das Hintergrundrauschen auf der Bohrarbeit, einem gegebenenfalls zum Antrieb des Bohrers verwendeten Schlammotor, dem Kratzen des Rohrs an den Bohrlochwänden und den Maschinen an der Oberfläche beruht;

(2) Das System muß die Dämpfung in dem Rohr sowie beim Überschreiten der Luftspalte zwischen den Gewinden an den einzelenen Werkzeugverbindungen kompensieren;

(3) Die verfügbare Bandbreite muß ausreichen, um Signale von den einzelnen Fühlern mit hoher Genauigkeit und in einer brauchbaren Zeitspanne zu übertragen.

Die Dämpfung nimmt mit der Schallfrequenz zu. Eine Trägerfrequenz in der Größenordnung von 1 KHz ist zur Erzeugung einer brauchbaren Bandbreite bei annehmbarer Dämpfung hoch genug. Die starken Oberwellen der obenerwähnten Quellen für das Hintergrundrauschen liegen gewöhnlich unter 500 Hz; die meisten Hochfrequenzkomponenten treten intermittierend auf.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 generell eine Bohrrohrkette bezeichnet, die aus einer Vielzahl von (nicht eigens gezeigten) Btirnseitig zusammengekuppelten Rohrabschnitten besteht, wobei am Boden der Kette ein Bohrwerkzeug 2 angebracht ist. Diese Anordnung ist mehr oder weniger konventionell.

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Erfindungsgemäß ist die Bohrrohrkette derart modifiziert, daß sie nahe dem Bohrwerkzeug 2 eine Sendewandlereinheit 3 umfaßt, sowie mehrere Relaisstationen 4, 5,6 und % die über die Länge der Rohrkette verteilt sind und dem im folgenden erläuterten Zweck dienen. An der Oberfläche ist eine generell mit 8 bezeichnete neuartige Apparatur zur Auswertung (d.h. zur Anzeige und/oder Aufzeichnung) der von unten aus dem Bohrloch empfangenen Signale angeordnet.

Beim Betrieb erfolgt in dem System nach Fig. 1 eine kontinuierliche Übertragung nur in einer Richtung. In Fig. 1 ist diese Richtung als von unten aus dem Bohrloch zur Oberfläche verlaufend angedeutet; dies ist die brauchbarere der beiden Richtungen, da gewöhnlich eine Übertragung von Informationen aus dem Bohrloch an die Oberfläche gewünscht wird. In der unten befindlichen Sendewandloreinheit 3, für die weiter unten eine typische Schaltung angegeben wird, werden Signale von verschiedenen Wandlern aufbereitet, durch einen taktgesteuerten Schalter gemultiplext, daraufhin von einem Analog/Digital-Wandler digitalisiert und in Form einer Frequenzmodulation (Insbesondere einer Frequenzumtastungs- oder FSK-Modulation) auf einem akustischen Träger von etwa 1000 Hz gesendet. Die Daten werden dabei typischerweise mit etwa 10 Bits/sec. übertragen. Die FSK-Slgnalmodulation alterniert gewöhnlich zwischen zwei um etwa 50 Hz getrennten festen Frequenzen auf einem 1-KHz-Träger.

Der signalmodulierte akustische Träger (mit einer Soll- oder Trägerfrequenz f1), der in der Sendewandlereinheit 3 erzeugt wird, wird einem akustischen Sender (einer im folgenden im einzelnen beschriebenen Schallquelle) zugeführt,die in dieser Einheit enthalten ist und die Schallwellen der Bohrrohrwandung zuführt. Der Sender ist dabei mit der Wandung des Bohrrohrs akustisch gekoppelt. Die Schallwellen verlaufen längs der Rohrkette natürlich in beiden Richtungen. Die nach unten zum Bohrwerkzeug 2 verlaufende Energie wird lediglich als Wärme zerstreut". Die dagegen nach oben in Richtung des Pfeiles 9 (d.h. in der gewünschten ^Richtung) laufenden Schallwellen erreichen die erste Relaisstation 4, wo sie von einem in dieser Einheit enthaltenen Schallempfänger aufgenommen, verstärkt und wieder längs des Rohrs ausgesendet werden,

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wobei die Aussendung wiederum in der gewünschten Richtung 10 sowie nach unten auf die Einheit 3 zu erfolgt. Mindestens insoweit arbeiten sämtliche Relaisstationen 4 - 7 in ähnlicher Weise. Der Zweck der Relaisstationen besteht also darin, den Verlust von 40 dB zwischen den Stationen 3 und 4 (wobei angenommen wird, daß diese Stationen um etwa 600 m voneinander entfernt sind) durch Verstärkung zu kompensieren.

Eine Betrachtung der Fig. 1 legt nahe, daß keine Relaisstation gleichzeitig auf der gleichen Frequenz senden und empfangen kann, ohne daß erhebliche Signalinformationsverluste infolge Mischung des starken gesendeten Signals mit dem schwächeren ankommenden Signal auftreten. Sofern außerdem abwechselnde Einheiten kontinuierlich auf den gleichen beiden Frequenzen senden und empfangen, werden Signale mit gleichem Pegel von beiden Quellen empfangen. Empfangen beispielsweise die Stationen 4 und 6 auf der Frequenz f1 und senden sie auf der Frequenz f2, während die Station 5 auf.der Frequenz f2 empfängt und auf der Frequenz f1 sendet, so nimmt die Station 5 von den Stationen 4 und 6 Signale der Frequenz f2 mit gleicher Amplitude auf. Wegen der Zeitverschiebung tritt dabei eine zufallsverteilte Auslöschung auf, und die aufmodulierte Information geht verloren.

Deshalb werden erfindungsgemäß der Reihe nach in der Bohrrohrkette drei verschiedene Relaisstationen mit folgenden unterschiedlichen Paaren von Empfangs- und Sendefrequenzen verwendet:

(1) Relaisstation 4, die auf f1 empfängt und auf f2 sendet;

(2) Relaisstation 5, die auf f2 empfängt und auf f3 sendet;

(3) Relaisstation 6, die auf f3 empfängt und auf f1 sendet;

(1) Relaisstation 7 gleich der Relaisstation 4; usw.

Jede Sendestation in der Kette umfaßt dabei einen Frequenzwandler zwischen Eingang und Ausgang, wobei generell drei verschiedene Typen von Frequenzwandlern vorhanden sind. Infolgedessen werden Interferenzen zwischen auf der gleichen Frequenz sendenden Relaisstationen infolge der erhöhten Dämpfung ver-

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mieden, die sich aus der Tatsache ergibt, daß eines der Signale im Vergleich zu dem anderen den doppelten Abstand längs der Kette zurücklegt. Beispielsweise senden die beiden Relaisstationen 7 und 4 auf der Frequenz f2, auf der die Relaisstation 5 empfängt; das Signal f2, das die Station 5 von der Station 7 erreicht, hat jedoch gegenüber dem Signal, das von der Station 4 an die Station 5 gelangt, den doppelten Weg längs der Kette zurückgelegt. Daher wird das Signal f2 von der Station 7 zur Station 5 so stark gedämpft, daß es gegenüber dem Signal f2 der Station 4 vernachlässigt werden kann.

Wie oben erwähnt, empfangen die Relaisstation 7 und 4 auf der' Trägerfrequenz f1 und senden auf der Trägerfrequenz f2. Handelt es sich bei der Station 7 um diejenige, die der Oberfläche am nächsten ist, so empfängt der Vorverstärkerteil 10 der Oberflächenapparatur 8, der einen akustisch an das Bohrrohr angekoppelten Schallempfänger aufweist, den signalmodulierten (FSK-)-Träger der Trägerfrequenz f2. Die Apparatur 8 wird weiter unten im einzelnen beschrieben.

Faßt man die Arbeitsweise des Systems nach Fig. 1 zusammen, so werden die verschiedenen interessierenden Parameter in dem Bohrloch durch Wandler in der unten befindlichen Einheit 3 gemessen und in elektrische Signale umgesetzt, die gemultiplext und zur Frequenz-(FSK-)Modulation eines akustischen" Trägers mit der Soll- oder Trägerfrequenz f1 (von etwa 1 KHz) verwendet werden. Das akustische Signal f1 wird dann mit Hilfe eines akustischen Empfängers in der ersten Relaisstation 4 aufgenommen, in eine andere Trägerfrequenz f2 umgesetzt, verstärkt und als akustisches Signal f2 mit Hilfe eines in der Station enthaltenen Senders wieder in die Bohrrohrkette eingeschallt. Das akustische Signal f2 wird von einem akustischen Empfänger in der zweiten Relaisstation 5 aufgenommen, auf eine andere Trägerfrequenz. f3 umgesetzt, verstärkt und mittels eines in dieser Station 5 enthaltenen Senders als akustisches Signal f3 wieder in die Bohrrohrkette gesendet. Das akustische Signal f3 wird von einem akustischen Empfänger in der dritten Relaisstation 6 aufgenommen, auf die ursprüngliche Trägerfrequenz f1 umgesetzt, verstärkt und wiederum mit Hilfe eines in der Station 6 enthaltenen Senders

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als akustisches Signal f1 in die Bohrrohrkette gesendet. Je nach der Anzahl weiterer in der Kette vorhandener Relaisstationen finden dann weitere Verstärkungen des die Kette durchlaufenden akustischen Signals auf die gleiche Weise statt, wie oben beschrieben. In Fig. 1 ist eine weitere Relaisstation 7 gezeigt, bei der es sich um den gleichen Typ wie die Station 4 handelt, und die genau so arbeitet. Wie weiter oben erwähnt, wäre eine gegebenenfalls über der Station 7 angeordnete weitere Station vom gleichen Typ wie die Station 5 und würde genauso arbeiten wie diese; die nächste Station über dieser würde gegebenenfalls den gleichen Typ aufweisen wie die Station 6 und ähnlich arbeiten usw.

Es soll an dieser Stelle klar darauf hingewiesen werden, daß das von den einzelnen akustischen Sendern (Schallquellen) ausgesandte akustische Signal natürlich in beiden Richtungen längs der Rohrkette verläuft. So verläuft beispielsweise das von der Relaisstation 6 ausgesandte Signal f1 sowohl nach unten als auch nach oben, wobei es sich im letzteren Fall um die gewünschte Richtung handelt. Die oben beschriebene Anordnung mit gestaffelten Frequenzen (wobei drei verschiedene Typen von Relaisstationen mit verschiedenen Paaren von Empfangs- und Sende-Frequenzen vorgesehen und diese Typen in regelmäßiger Folge längs der Rohrkette angeordnet sind) macht Jedoch, wie oben beschrieben, die Aufwärtsrichtung zu der bevorzugten Ausbreitungsrichtung für das akustische Signal.

An der Oberfläche nimmt der einen Schallempfänger umfassende Vorverstärkerteil 11 der Apparatur 8 das akustische Signal, dessen Trägerfrequenz beispielsweise f2 ist, auf und führt es über eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Verbindung 12 einer Auswertschaltung 13 zur Anzeige und/oder Aufzeichnung zu. Ist der Schallempfänger in dem Vorverstärkerteil 11 an das Bohrrohr geklemmt und rotiert das Bohrrohr, so handelt es sich bei der Verbindung 12 etwa um eine Funkverbindung. Wird der Bohrer von einem Schlammotor angetrieben (wobei sich in diesem Fall die Bohrerkette nicht dreht) oder ist der Schallempfänger oberhalb des Drehgelenks angeklemmt, so handelt es sich bei der Verbindung 12 etwa um eine Drahtverbindung.

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In dem Blockschaltbild der Fig. 2 ist eine Ausführungsform für ein System zur Übertragung von Bohrlochinformationen (Bohrloch-Fernmeßsystem) dargestellt. Die im folgenden beschriebene Anordnung kann in der im Bohrloch angeordneten Sendewandlereinheit 3 verwendet werden. Dabei dienen zwei Meßgeräte oder Fühler 14 und 15 zur Messung von Informationen am unteren Ende des Bohrlochs. Die von den Meßgeräten 14 und 15 (sowie von weiteren, nicht eigens gezeigten Meßgeräten) erzeugten Signale werden der Reihe nach von einem Multiplexschalter 16 getastet, der von einer Taktsteuerung 17 gesteuert wird. Die am unteren Ende des Bohrlochs angeordnete Multiplexanordnung 16, 17 weist Mittel zur Erzeugung von Kennungssignalen auf, so daß sich synchron zu dieser im Bohrloch angeordneten Multiplexanordnung eine ähnliche Multiplexanordnung an der Oberfläche betreiben läßt.

Der Ausgang des Multiplexschalters 16 liegt an einem Analog/Digital- oder Impulsbreiten-Umsetzer 18, der die Meßsignale in einen Digitalcode oder Impulsbreitencode umsetzt. Das Ausgangssignal des Umsetzers 18, das die Form von (digital oder impulsbreitencodierten) Impulsen konstanter Amplitude hat, erscheint auf einer Ausgangsleitung 19.

Die Ausgangsleitung 19 ist über einen Widerstand 20 an einen Frequenzraodulatorkreis 24 (wobei es sich insbesondere um einen Frequenzumtastungskreis handelt) angeschlossen, der das Umtastsignal für die Schaltung liefert. In dem Kreis 24 wird ein akustisches Trägersignal mit einer Frequenz von etwa 1 KHz erzeugt, und die Frequenz dieses kontinuierlichen Trägers wird durch das digitale oder impulsbreiten-modulierte Ausgangssignal des Umsetzers 18 , das auf der Leitung 19 auftritt, zwischen zwei Frequenzen geschaltet.

In dem Schaltkreis 24 dient ein Festkörper-Funktionsverstärker 25, dessen Ausgangsklemme 26 über das gezeigte Widerstands-Kapazitäts-Netzwerk auf seinen invertierenden Eingang 27 rückgekoppelt ist, als auf die Trägerfrequenz abgestimmtes aktives Filter. Ein weiterer Festkörper-Funktionsverstärker 28 ist mit seinem invertierenden Eingang 29 an die Ausgangsklemme 26 des Verstärkers 25 angeschlossen und mit seinem Ausgang 30

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über einen Widerstand 21 auf den Eingang 27 des Verstärkers 25 rückgekoppelt.

Zwischen den beiden Eingängen des Verstärkers 25 liegt eine •Anzahl von im wesentlichen parallel geschalteten Widerständen, die einen Frequenzbestimmungskreis bilden. Zu diesen Schaltelementen gehört ein fester Widerstand 31, ein Regelwiderstand

32 und ein mit einem Widerstand 34 in Serie geschalteter Feldeffekttransistor 33.

Ein von dem Filter 25 (beispielsweise dann, wenn dieses Filter erregt ist) erzeugter Impuls steuert den Verstärker 28 in die Sättigung und erzeugt eine Rechteckwelle konstanter Amplitude auf Trägerfrequenz. Die Grundwelle dieser Rechtechschwingung wird von dem Filter 25 hindurchgelassen und erhält die Oszillation aufrecht, so daß an der Ausgangsklemme 26 des Verstärkers 25 eine Sinuswelle erzeugt wird. Da die Amplitude der Rechteckwelle und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 25 fest sind, ist keine Schaltung zur Steuerung des Verstärkungsfaktors erforderlich, um an der Ausgangsklemme 26 ein konstantes sinusförmiges Ausgangssignal zu erhalten.

Die Trägerfrequenz läßt sich mit Hilfe des Regelwiderstands 32 verändern. Der effektive Widerstand, der von dem Feldeffekttransistor 33 gebildet wird, liegt in Serie mit dem Widerstand 34, wobei diese Serienschaltung parallel zu dem Widerstand 32 geschaltet ist. Die auf der Leitung 19 erscheinende Modulationsoder Umtastungsspannung wird der Gate-Elektrode des Transistors

33 zugeführt, der hier als Schalter arbeitet und durch das Ausgangssignal des Umsetzers 18 geöffnet bzw. geschlossen wird. Der Träger (mit der Soll- oder Trägerfrequenz f1) wird mit dem Öffnen und Schließen des Transistorschalters (d.h. mit dessen Umschaltung in den nicht-leitenden bzw. den leitenden Zustand) durch das der Gate-Elektrode den Transistors zugeführte digitale oder impulsbreitenmodulierte Ausgangssignal des Umsetzers 18 zwischen zwei Frequenzen gechaltet.

Der Leistungsbedarf des Frequenzmodulators beträgt 6 pA bei + 12 V_f wobei ein Signal von 100 mV eff. maximale Frequenzaus-

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lenkung bewirkt. Verzerrung und Amplitudenmodulation sind vernachlässigbar.

Der (FSK-)frequenzmodulierte Träger mit Schallfrequenz (der Soll- oder Trägerfrequenz f1 von etwa 1000 Hz), der an der Ausgangsklemme 26 erscheint, wird mit Hilfe eines Leistungsverstärkerst 35 verstärkt und dem Eingangstransformator 35 einer transformatorgekoppelten Gegentakt-Leistungsausgangsstufe 37 zugeführt. Die Sekundärwicklung eines Ausgangstransformators 38 der Stufe 37 ist mit dem akustischen Sender (der Schallquelle) verbunden, die bei 39 schematisch dargestellt ist. Diese Schallquelle ist mit der Bohrrohrkette 1 akustisch gekoppelt und führt dieser den (FSK-)frequenzmodulierten Träger zu, so daß das akustische Signal längs der Kette von der Stelle am unteren Ende des Bohrlochs nahe dem Bohrwerkzeug 2 aus übertragen wird. Der Schallquelle 39 wird beispielsweise elektrische Leistung von ungefähr 1 W zugeführt.

In Fig. 3 ist schematisch eine Schaltung dargestellt, wie sie für die einzelnen Relaisstationen 4...7 usw. verwendet werden kann. In jeder Relaisstation ist ein akustischer Empfänger 40 mit der Bohrrohrkette akustisch gekoppelt, um die längs dieser übertragenen akustischen Signale zu empfangen. Bei dem Empfänger 40 handelt es sich vorzugsweise· um einen Beschleunigungsmesser herkömmlicher Art, bei dem als Wandlerelement ein piezo-, elektrischer Kristall verwendet wird. Das von dem Empfänger 40 aufgenommene akustische Signal (bei dem es sich in der Station 4 um ein FSK-Slgnal von 1000 bis 1050 Hz handelt) wird mittels eines Verstärkers 41 verstärkt und dann dem ersten eines Paares von Festkörper-Funktionsverstärkern 42, 43 zugeführt, die für das ankommende (empfangene) Signal der Frequenz f1 als Hochpaßfilter (zweistufiges aktives Filter) wirken. Das Filter 42, 43 läßt Signale oberhalb von beispielsweise 800 Hz durch und unterdrückt dadurch Niederfrequenzrauschen, wie es etwa von dem Bohrvorgang, vom Kratzen des Rohrs an den Borhlochwandungen und ähnlichen Ursachen herrührt.

Von der letzten Stufe 43 des zweistufigen Hochpaßfilters wird das Signal dem ersten eines Paares von Festkörper-Funktionsver-

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stärkern 44 und 45 zugeführt, die miteinander als zweistufiges Bandpaßfilter mit einem beispielsweise zwischen 1000 und 1050 Hz (wenn die Sollfrequenz f1 bei 1000 Hz liegt) zentrierten, sehr schmalen Durchlaßbereich wirken. Eines der Bandpaßfilter (44 oder 45) weist ein Maximum an der niedrigeren FSK-Frequenz von beispielsweise 1000 Hz und das andere bei der höheren Frequenz von beispielsweise 1050 Hz auf.

Vom Ausgang 46 des Bandpaßfilters 44, 45 verläuft das Signal zu einem Punkt 47, bei dem es sich um einen der beiden paarweise diagonal entgegengesetzten Eingangsklemmen eines Ringmodulators 48 handelt, der aus vier mehr oder weniger konventionell zusammengeschalteten Dioden besteht. Die erforderliche gegenphasige oder Gegentakt-Speisung für die entgegengesetzte Klemme 49 wird dadurch erzeugt, daß das Signal vom Ausgang 46 über eine Signalinverterstufe 50 geleitet wird, die mit ihrem Ausgang an die Klemme 49 angeschlossen ist.

Jede Relaisstation umfaßt Frequenzumsetzereinrichtungen, um die empfangene Trägerfrequenz vor der Wiederaussendung auf die in der Reihe nächste Frequenz umzusetzen; diese Frequenzfolge ist oben in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert worden. Die Frequenzumsetzereinrichtung umfaßt einen Frequenzverschiebungs-Oszillator, der in Fig. 3 in dem gestrichelten Kasten 51 enthalten ist. Der Oszillator 51 ist dem oben beschriebenen Oszillator des Frequenzmodulators 24 nach Fig. 2 sehr ähnlich, wobei jedoch die Feldeffekttransistor-Modulationseinrichtung weggelassen ist, da für den Oszillator 51 keine Frequenzmodulation erforderlich ist. Die Beschreibung des Oszillators wird daher nicht wiederholt; es dürfte genügen festzustellen, daß das Ausgangssignal des Oszillators 51 auf einer Leitung 52 erscheint und der nicht geerdeten Klemme 53 des anderen Paares von diagonal entgegengesetzten Eingangsklemmen des Ringmodulators 48 zugeführt wird. Der Frequenzverschiebungsoszillator 51 hat eine Frequenz von (f2 - f1). Beträgt f1 1000 Hz, wie oben erwähnt, so mag f2 auf 1200 Hz liegen, so daß die Frequenz des Oszillators 51 auf 200 Hz liegt. Wird die empfangene Sollfrequenz von 1000 Hz in dem Modulator 48 mit der Frequenz des lokalen Oszillators von 200 Hz gemischt, so werden obere und untere Seitenbänder erzeugt, die

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bei 1200 Hz bzw. 800 Hz zentriert sind.

Ein Ausgangssignal des Ringmodulators 48 wird von der Klemme 53 abgenommen und dem Eingang eines Festkörper-Funktionsverstärkers 54 zugeführt, der als Bandpaßfilter (mit verhältnismäßig breitem Durchlaßbereich) dient und aus dem Ausgangssignal des Modulators 48 ein Seitenband zur weiteren Verwendung auswählt. Das Filter 54 läßt die Sollfrequenz f2 hindurch, bei der es sich um das (bei 1200 Hz zentrierte) Seitenband im Ausgangssignal des Ringmodulators 48 handelt.

Das Ausgangssignal des Filters 54 wird über einen Ganzwellen-Begrenzer geleitet, der ein Paar von Zenerdioden 55 und 56 umfaßt, wobei der Begrenzer die Aufgabe hat, Rauschspitzen abzuschneiden und auf einer Ausgangsleitung 57 eine Rechteckwelle zu erzeugen, die eines der Eingangssignale für einen in einer phasenstarren Schleife enthaltenen Phaseriver gleicher 58 bildet. Der 2\;eck der phasenstarren Schleife 59 besteht darin, zwischen empfangenen Rauschimpulsen und einem Dauersignal zu unterscheiden. Das andere Eingangssignal .für den Phasenvergleicher 58 bildet das Rechteckwellen-Ausgangssignal eines spannungsgesteuerten Oszillators 60, dessen freischwingende Frequenz mittels eines Kondensators 61 und eines Widerstands 62 eingestellt ist, wobei diese Elemente an gewisse Klemmen des Festkörper-Oszillatorkreises angeschlossen sind.

Der Phasenvergleicher 58 erzeugt beim Betrieb eine Steuergleichspannung, die den spannungsgesteuerten Oszillator 60 so einstellt, daß er seine Frequenz gleich der Frequenz des auf der Leitung ankommenden Signals hält. Diese Steuerspannung wird auf den Oszillator 60 über ein Widerstands-Kapazitäts-Filter rückgekoppelt, das einen Serienwiderstand 63 und einen Parallelkondensator 64 umfaßt, wobei die Spannung an dem Kondensator 64 über eine Leitung 65 dem Oszillator 60 zugeführt wird. Die erwähnte Gleichspannung gibt die Umtastung (FrequenzverSchiebung) an und wird dem Oszillator 60 zugeführt, um diesen mit dem frequenzveränderten (und frequenzumtastung-codierten) empfangenen Signal verriegelt zu halten.

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Die Abweisung des Rauschens innerhalb des Durchlaßbereichs des Filters 54 hängt von der phasenstarren Schleife 59 ab. Die Selektivität bestimmt sich nach der Zeitkonstante des durch den Widerstand 63 und den Kondensator 64 gebildeten Tiefpaßfilters. Die phasenstarre Schleife folgt der Frequenz des stärksten Signals innerhalb ihres Fangbereichs und bewirkt somit eine erhebliche Verminderung des statistischen Rauschens. Ferner unterdrückt sie das schwächere der beiden Signale nahezu gleicher Frequenz. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 sei wiederholt, daß das Signal f2, das die Relaisstation 5 von der Station 7 (in der nicht gewünschten Richtung) erreicht, schwächer ist als das Signal f2, das die Station 5 von der Station 4 (in der gewünschten Richtung) erreicht. Die phasenstarre Schleife in der Relaisstation 5 folgt dem stärkeren dieser beiden Signale f2 und unterdrückt somit vollständig das schwächere Signal f2 (das in der nicht-gewünschten Richtung von der Station 7 kommt).

Das (FSK-)frequenzmodulierte Trägerausgangssignal des phasenstarren Oszillators 60 (dessen Soll- oder Trägerfrequenz f2 von 1200 Hz im akustischen Bereich liegt) wird über eine Leitung dem Eingang eines Leistungsverstärkers 67 zugeführt und dort verstärkt. Daraufhin wird das Signal einem Eingangstransformator 68 einer transformatorgekoppelten Gegentakt-Leistungsausgangsstufe 69 zugeführt. Die Sekundärwicklung eines Ausgangstransformators 70 der Stufe 69 ist an einen akustischen Sender 71 (eine Schallquelle) angeschlossen, dio mit der Bohrrohrkette 1 akustisch gekoppelt ist und dieser das modulierte Trägersignal (mit der Trägerfrequenz f2 von beispielsweise 1200 Hz, frequenzmoduliert zwischen 1200 bis 1250 Hz) zuführt. Nimmt man wie oben an, daß Fig. 3 die Schaltung für die Relaisstation 4 darstellt, so wird das akustische Signal auf der Frequenz f2 sowohl in der gewünschten Richtung 10 (gemäß Fig. 2) als auch nach unten in der nicht-gewünschten Richtung gesendet.

Betrachtet man Fig. 3, so werden die Unterschiede zwischen den drei Relaisstationen des erfindungsgemäßen Systems offenbar: (1) Relaisstation 4 empfängt auf der Frequenz f1 mit einem Sollwert von 1000 Hz und sendet auf einer Frequenz f2 mit einem Sollwert von 1200 Hz,

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wobei ein Frequenzverschiebungs-Oszillator mit 200 Hz das obere Seitenband des Modulators für das Aussenden wählt;

(2) Relaisstation 5 empfängt auf der Frequenz f2 mit einem Sollwert von 1200 Hz und sendet auf der Frequenz f3 mit einem Sollwert von 800 Hz, wobei ein Frequenzverschiebungs-Oszillator mit A00 Hz das untere Seitenband des Modulators zum Aussenden wählt;

(3) Die Relaisstation 6 empfängt auf der Frequenz f3 mit dem Sollwert von 800 Hz und sendet auf der Frequenz f1 mit einem Sollwert von 1000 Hz, wobei ein Frequenzverschiebungs-Oszillator mit 200 Hz das obere Seitenband des Modulators für das Aussenden wählt.

In Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild für eine typische Schaltung dargestellt, wie sie an der Oberfläche in dem Vorver-Gtärkcrteil 11 der Apparatur 8 verwendet werden kann. Dabei ist an die Außenseite der Bohrrohrkette 1 an der Oberfläche ein akustischer Signalempfänger AO¹ angeklemmt, der vorzugsweise dem oben beschriebenen Empfänger 40 genau gleich und mit der Bohrrohrkette 1 gekoppelt ist. Das die Oberfläche von der obersten Relaisstation (beispielsweise der Station 7 nach Fig. 1) erreichende akustische FSK-Trägersignal wird von dem Empfänger 40' aufgenommen und dem Eingang eines Festkörperverstärkers zugeführt, der eine Verstärkung von etwa 40 dB vermittelt.

Vom Ausgang des Verstärkers 72 wird das verstärkte Signal einem Funktionsverstärker 73 zugeführt, der so geschaltet ist, daß er als Hochpaßfilter (einstufiges aktives Filter) wirkt, das sämtliche Signale oberhalb von beispielsweise 800 Hz durchläßt. Der Verstärker 73 ist vorzugsweise ähnlich einer der beiden Stufen 42 oder 43 nach Fig. 3 geschaltet und arbeitet auch ähnlich. Das Hochpaßfilter 73 dient dazu, niederfrequentes Rauschen, wie es etwa von den Maschinen an der Oberfläche herrührt, zu unterdrücken.

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Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 73 wird der oben beschriebenen Verbindung 12 zugeführt, über die das Signal der an der Oberfläche befindlichen Auswertschaltung 13 in der Apparatur 8 zugeführt wird.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer typischen Schaltung, wie sie an der Oberfläche in der Auswertschaltung der Apparatur 8 verwendet werden kann. Gemäß Fig. 5 wird das von dem Vorverstärkerteil 11 über die Verbindung 12 empfangene Signal einem Funktionsverstärker 73* zugeführt, der als Hochpaßfilter (einstufiges aktives Filter) arbeitet und sämtliche Signale oberhalb von beispielsweise 800 Hz hindurchläßt, niederfrequentes Rauschen dagegen unterdrückt. Der Verstärker 73' ist in ähnlicher Weise wie der Verstärker 73 nach Fig. 4 oder eine der Stufen 42 oder A3 nach Fig. 3 angeschlossen und arbeitet auch ähnlich.

In Fig. 5 sind die gleichen Elemente wie in Fig. 3 mit gleichen Bezugsziffern jedoch unter Hinzufügung eines Apostrophs bezeichnet.

Von dem Hochpaßfilter 73' wird das Signal dem ersten eines Paars von Festkörper-Funktionsverstärkern 44·, 45' zugeführt, die miteinander als zweistufiges Bandpaßfilter wirken, das einen zwischen 1200 und 1250 Hz (bei einer Sollfrequenz f2 von 1200 Hz , gemäß Fig. 1) zentrierten, sehr schmalen Durchlaßbereich von beispielsweise 50 Hz aufweist. Die Bandpaßfilteranordnung 44·, 45' ist vorzugsweise der Anrodnung 44, 45 nach Fig. 3 sehr ähnlich.

Vom Ausgang 46» des Bandpaßfilters 44', 45' gelangt das Signal über einen Ganzwellen-Begrenzer, der ein Paar von Zenerdioden 55' und 56' umfaßt und dessen Aufgabe darin besteht, Rauschspitzen abzuschneiden und auf der Ausgangsleitung 57' eine Rechteckwelle zu erzeugen, die eines der Eingangssignale für einen in einer phasenstarren Schleife 59' enthaltenen Phasenverglelcher 58· bildet. Die phasenstarre Schleife 59' dient als Demodulator und Rauschdiskriminator (der zwischen empfangenen Rauschimpulsen und einem Dauersignal unterscheidet). Das andere

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Eingangssignal für den Phasenvergleicher 58' bildet die Rechteckwelle am Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators 6O^f, dessen freischwingende Frequenz mit Hilfe eines Kondensators und eines Widerstands 62 eingestellt ist, wobei diese Elemente an bestimmte Klemmen der Festkörper-Oszillatorschaltung angeschlossen sind.

Die phasenstarre Schleife 59' (die die Elemente 58· und 6O^f...65' umfaßt) ist der entsprechend bezeichneten phasenstarren Schleife in Fig. 3 in ihrem Aufbau und ihrer Arbeitsweise sehr ähnlich. Die auf der Leitung 65* erzeugte Gleichspannung stellt die Umtastung (Frequenzverschiebung) dar und wird dem Oszillator 60' zugeführt, um ihn mit dem an der Oberfläche gemäß Fig. 1 empfangenen FSK-Signal verriegelt zu halten.

Die auf der Ausgangsleitung 65' erzeugte Steuergleichspannung, die die Umtastung darstellt und dem Oszillator 60· zugeführt wird, um ihn mit dem ankommenden oder empfangenen Signal (mit der von der Relaisstation 7 nach Fig. 1 empfangenen Sollfrequenz f2) verriegelt zu halten, wird einem Transistor 74 zugeführt, der als Emitterfolger geschaltet ist und an seinem Ausgang ein niederimpedantes Signal abgibt. Es ist zu beachten, daß das auf der Leitung 65' erzeugte Signal der demodulierte Träger, d.h. das dem Träger ursprünglich zugeführte Modulationssignal ist.

'Das Signal'vom Ausgang (Emitter) des Transistors Ik wird einem von einer Taktsteuerung 76 gesteuerten Multiplexschalter 75 zugeführt. Der Schalter 75 ist dem in Fig. 2 gezeigten Schalter ähnlich; zum Unterschied vom dem Schalter 16 ist er jedoch nicht an seinem Eingang sondern an seinem Ausgang gemultiplext. Das empfangene (demodulierte) Signal kann unter Steuerung des Schalters 75 der Reihe nach Jeweils Anzeigegeräten 77, 78 bzw. 79 zugeführt werden. Bei dem Gerät 77 kann es sich um eine dem Meßgerät Nr. 1 nach Fig. 2 zugeordnete digital/analog-umgesetzte Anzeige, bei dem Gerät 78 um eine dem Meßgerät Nr. 2 nach Fig. 2 zugeordnete Anzeige und bei dem Gerät 79 um einen Pulsbreiten-Demodulator (der verwendet wird, wenn für die Einheit 18 in Fig. 2 mit einem Impulsbreiten-Umsetzer gearbeitet wird) handeln.

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Fig. 6 zeigt gewisse Einzelheiten des mechanischen Aufbaus einer Relaisstation (etwa der Station 4, 5, 6 bzw. 7 nach Fig. 1), Fig. 6 bildet einen partiellen Vertikalschnitt einer Baugruppe, in der die Relaisstation montiert ist, so daß sie sich jederzeit mit einem Fangwerkzeug von der Oberfläche aus herausziehen läßt. Die Baugruppe 93 ist an ihrem oberen Ende über Gewinde 94 an das untere Ende eines Bohrrohr-Abschnitts gekoppelt, das einen Teil der Bohrrohrkette 1 bildet.

Der Körper der Baugruppe 93 weist angeschweißte Stege 95 und an, die einerseits an die Innenwand des Körpers und andererseits an ein konzentrisches Innenrohr 97 angeschweißt sind. Während der Bohrarbeiten fließt der Bohrschlamm durch den Ringraum 98 gemäß den Pfeilen 99 an den Stegen 95 und 96 vorbei nach unten.

In das Rohr 97 ist gleitend ein Instrumentengehäuse 100 eingepaßt. Das Gehäuse 100 umfaßt einen oberen Kugelkäfigabschnitt 101, eine innerhalb des Gehäuses befestigte scheibenförmige obere Montageplatte 102, einen mittleren Mantelabschnitt 103, eine ebenfalls in dem Gehäuse befestigte scheibenförmige untere Montageplatte 104 und einen unteren Rohransatz 110.

Der obere Kugelkäfigabschnitt 101 weist eine Anzahl von Kugeln 105 auf, die in radialen Bohrungen dieses Abschnitts sitzen. In dem oberen Ende des Abschnitts 101 gleitet ein Sperrelement 106, das von einer Feder 107 nach unten gedrückt wird und mit seiner Kegelfläche 108 die Kugeln 105 in eine halbkreisförmige Innennut in dem Innenrohr 97 drückt. In diesem Zustand verriegeln die Kugeln 105 das Instrumentengehäuse 100 in dem Rohr 97.

Soll das Instrumentengehäuse 100 herausgezogen werden, so wird ein Standard-Eisenfänger (Fangwerkzeug) abgesenkt, bis er an dem Sperrelement IO6 einhakt. Indem das Sperrelement 106 (Greifdorn oder Fischbolzen) angehoben wird, gibt es die Kugeln aus der Nut in dem Rohr 97 frei, die dann in eine am unteren Ende des Sperrelements 106 vorgesehene Ringnut 109 fallen. Das Gehäuse 100 kann dann aus der Bohrrohrkette herausgezogen werden.

Der Raum innerhalb des Mantelabschnitts 103 zwischen den Montage-

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platten 102 und 104 bildet eine Instrumentenkammer 111. Innerhalb der Kammer 111 sind die verschiedenen in Fig. 3 gezeigten und oben beschriebenen Schaltungselemente montiert.

Der mit einem Kristall arbeitende Beschleunigungsmesser 40 (Empfänger oder Schallempfänger) ist fest an der Innenfläche der Platte 104 (innerhalb der Kammer 111) befestigt und zwar mittels eines Bolzens 112, der in das Außengehäuse des Beschleunigungsmessers eingeschraubt ist. Wie oben erwähnt, handelt es sich bei dem Beschleunigungsmesser 40 um ein ohne weiteres verfügbares Element der Standardfertigung. Druckwellen (d.h. Schallsignale), die längs der Bohrrohrkette 1 wandern, erreichen den Körper 93 der Baugruppe durch eine Gewindekupplung, etwa die Kupplung 94 und gelangen von dem Körper 93 über die Stege 95 und/oder 96, das Innenrohr 97, die Kugeln 105, das Gehäuse 100 und die Platte 104 an den Empfänger 40.

Bei dem akustischen Sender 71 (Schallquelle) handelt es sich um einen modifizierten dynamischen Lautsprecher des Freilufttyps mit einem kuppeiförmigen Gehäuse 113, in dem innerhalb des üblichen Luftspalts in einem in dem Gehäuse 113 vorhandenen Magnetfeld eine Wicklung (der die elektrische Energie der akustischen Frequenz zugeführt wird) bewegbar montiert ist. Die Wicklung ist an einer Membran 114 angebracht und treibt diese an. Die Membran 114 ist" an einem Resonanzelement 115 angebracht und treibt ihrerseits dieses Resonanzelement an, das wiederum über mehrere (nämlich vier) Stifte 116 an einer Platte befestigt ist, an der mittig ein massiver zylindrischer Zapfen 118 befestigt ist. Der Zapfen 118 ist an einer Montagehülse 119 befestigt, die ihrerseits an der Innenfläche der Platte 102 innerhalb der Kammer 111 angebracht ist. Die Schwingungsenergie (Druckwellenenergie) der Membran 114 wird über die Elemente 115...119 an die Platte 102 weitergegeben, von wo sich durch das Gehäuse 100, die Kugeln 105, das Rohr 97 und die Stege 95 und/oder 96 auf den Körper 93 der Baugruppe und die Bohrrohrkette 1 gelangt.

Betrachtet man Fig. 3 und 6, so ergibt sich, daß in einer Relaisstation, etwa der Station 4, 5, 6 oder 7 nach Fig. 1, die längs der Bohrrohrkette wandernden akustischen Signale von dem Empfänger

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40 aufgenommen und in elektrische Signale umgesetzt werden, die verstärkt, gefiltert, in ihrer Frequenz verschoben, nochmals verstärkt und dann wieder der Schallquelle 71 zugeführt werden, die sie in akustische Signale zur erneuten Einschallung in die Bohrrohrkette umsetzt. In dem erfindungsgemäßen System kann das vom unteren Ende des Bohrlochs gesendete Signal eine beliebige, für die Frequenzmodulation des akustischen Trägers geeignete Form haben. Es kann sich um ein Analogamplituden-, Phasenverschiebungs-, Binärwort- oder Zeitintervall-Signal handeln. Die Datenübertragungsrate ist durch die maximale Modulationsfrequenz begrenzt.

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Claims (32)

. 21 . 2A40538 Patentansprüche

1. System zur Übertragung akustischer Signale in einer vorbestimmten Richtung längs einer Bohrrohrkette, gekennzeichnet durch einen akustischen Sendewandler (3) zur akustischen Ubertragung eines kontinuierlichen Trägers mit einer Sollfrequenz f1 längs des Bohrrohrs, eine von dem Sendewandler in der vorbestimmten Richtung in Abstand angeordnete erste Relaisstation (4), die einen mit dem Rohr gekoppelten Empfänger (40) zur Aufnahme akustischer Energie mit der Frequenz f1 aus dem Rohr sowie einen ebenfalls mit dem Rohr akustisch gekoppelten Sender (71) zur Einschallung von akustischer Energie in das Rohr in Form eines kontinuierlichen Trägers mit einer Sollfrequenz f2 umfaßt, sowie eine von der ersten Relaisstation in der vorbestimmten Richtung in Abstand angeordnete zweite Relaisstation (5), die einen mit dem Rohr akustisch gekoppelten Empfänger (40) zur Aufnahme von Energie mit der Frequenz f2 aus dem Rohr sowie einen ebenfalls mit dem Rohr akustisch gekoppelten Sender (71) zur Einschallung akustischer Energie in das Rohr in Form eines kontinuierlichen Trägers mit einer Sollfrequenz f3 umfaßt.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von der zweiten Relaisstation (5) in der vorbestimmten Richtung in Abstand angeordnete dritte Relaisstation (6), die einen mit dem Rohr akustisch gekoppelten Empfänger (40) zur Aufnahme akustischer Energie mit der Frequenz f3 aus dem Rohr sowie einen ebenfalls mit dem Rohr akustisch gekoppelten Sender (71) zur Einschallung akustischer Energie in das Rohr in Form eines kontinuierlichen Trägers mit der Sollfrequenz f1 umfaßt.

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3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Relaisstation (4,5,6...) einen Verstärker (67) umfaßt, der eingangsseitig an den jeweiligen Empfänger (40) und ausgangsseitig an den jeweiligen Sender (71) angeschlossen ist.

4; System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Relaisstation (4) einen Frequenzumsetzer (51) umfaßt, der die empfangene akustische Energie der Frequenz f1 in eine Energie der Frequenz f2 umsetzt, und daß die zweite Relaisstation (5) einen Frequenzumsetzer (51) umfaßt, der die empfangene Energie der Frequenz f2 in Energie der Frequenz f3 umsetzt.

5» System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Relaisstation (6) einen Frequenzumsetzer (51) umfaßt, der die empfangene akustische Energie der Frequenz f3 in Energie der Frequenz f1 umsetzt.

/6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine dem Sendewandler (3) zugeordnete Einrichtung (14, 15, 24), die dem erstgenannten Träger Signale zuführt, die die gemessenen und in dem die Bohrrohrkette enthaltenden Bohrloch interessierenden Parameter darstellen.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendewandler (3) einen Modulator (24) zur Frequenzmodulation des erstgenannten.Trägers mit den genannten Meßsignalen aufweist.

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8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine von der letzten Relaisstation (z.B. 7) in der vorbestimmten Richtung in Abstand angeordnete Empfängerschaltung (11, 13) zur Aufnahme der akustischen Energie aus dem Rohr und zur Erzeugung einer Anzeige der aufgenommenen Energie.

9. System zur Ausführung von Messungen in einem Bohrloch ohne Unterbrechung der Bohrarbeiten, die mit einer Bohrrohrkette und einem an deren Ende vorgesehenen Bohrwerkzeug ausgeführt werden, gekennzeichnet durch einen in dem Bohrrohr nahe dem Bohrwerkzeug angeordnete Sendeeinrichtung (3) mit einem akustischen Sendewandler zur Erzeugung und akustischen Einschallung eines signalmodulierten kontinuierlichen Trägers einer Sollfrequenz f1 in das Bohrrohr, wobei die Signalmodulationen interessierende Meßwerte in dem Bohrloch wiedergeben, ferner einen in der Bohrrohrkette zwischen der Sendeeinrichtung und der Oberfläche angeordnete erste Relaisstation (4) zum Empfang der Signale von dem Sendewandler und zur Einschallung entsprechender Signale in das Rohr

' in Form eines signalmodulierten kontinuierlichen Trägers mit einer Sollfrequenz f2, sowie eine zwischen der ersten Station und der Oberfläche in der Bohrrohrkette angeordnete zweite Relaisstation (5) zum Empfang der Signale von der ersten Station und zur Einschallung entsprechender Signale in das Bohrrohr in Form eines signalmodulierten kontinuierlichen Trägers mit einer Sollfrequenz f3.

10. System nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine zwischen der zweiten Relaisstation (5) und der Oberfläche in der Bohrrohrkette angeordnete ΦγΜ^ §^e/^lft^:!5^sf1;^a'^tion (^) zum Empfang der

-'-ORIGIMAL INSPECTED

Signale von der zweiten Station und zur Einschallung entsprechender Signale in das Bohrrohr in Form eines signalmodulierten kontinuierlichen Trägers mit der Sollfrequenz f1.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Relaisstation (4, 5, 6...) einen Verstärker (67) umfaßt, der die von der jeweiligen Station akustisch auszusendenden Signale verstärkt.

12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen an der Oberfläche mit der Bohrrohrkette akustisch gekoppelten Empfänger (11) zur Aufnahme der von einer Relaisstation (z.B. 7) ausgesendeten Signale, sowie eine mit dem Empfänger funktionsmäßig gekoppelte Signalauswertschaltung (13).

13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger jeweils frequenzmoduliert ist.

14. System zur Übertragung von Signalen in einer vorbestimmten Richtung längs eines Bohrrohrs, gekennzeichnet durch mehrere längs des Bohrrohrs in Abstand angeordnete akustische Empfänger (4-40, 5-40,...40'), von denen jeder Signale empfängt, die von den durch die beiden längs des Bohrrohrs benachbarten Empfänger sowie einen übernächsten Empfänger aufgenommenen Signalen verschieden sind, sowie eine Vielzahl von längs des Bohrrohrs in Abstand angeordneten akustischen Sendern (39, 4-71, 5-71...), von denen jeder bei Empfang eines Signals durch einen Empfänger ein Signal aussendet, das durch einen in der vorbestimmten Richtung längs des Bohrrohrs nächsten Empfänger aufnehmbar ist.

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15. System nach Anpruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Sender (39) an der Stelle in dem Bohrrohr angeordnet ist, von der aus die Signale ausgesendet werden, daß mindestens ein Empfänger (40') an einer Stelle in dem Bohrrohr angeordnet ist, zu der die Signale übertragen werden sollen, und daß die übrigen Empfänger (4~40, 5-40...) zwischen dem ersten Sender und dem letzten Empfänger und jeweils nahe einem der übrigen Sender (4-71, 5-71...) angeordnet sind.

16. System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Signale in ihrer Soll- oder Trägerfrequenz unterscheiden.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollfrequenz zwei Frequenzen umfaßt.

18. System nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14, 15) zur Erzeugung von Signalen, die Parameter für das untere Ende des Bohrlochs darstellen, sowie eine mit dem ersten Sender (39) verbundene Einrichtung (24), die die beiden Frequenzen gemäß den Parametersignalen moduliert,

19. System nach einem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet durch eine mit dem letzten Empfänger (40·) verbundene Auswerteinrichtung (77...79) und einer Einrichtung (76), die die Auswerteinrichtung gemäß dem von dem letzten Empfänger aufgenommenen Signal aussteuert_o

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20. System zur Übertragung von Signalen in einer vorbestimmten Richtung längs eines Bohrlochs, gekennzeichnet durch eine mindestens drei Rohrsegmente umfassende Bohrrohrkette (1), einen in jedem Rohrsegment angeordneten akustischen Empfänger (40) zur Aufnahme eines Signals, das von denjenigen Signalen verschieden ist, die von dem Empfänger in dem nächsten Rohrsegment sowie von dem Empfänger in einem übernächsten Rohrcegment aufgenommen werden, sowie einen in jedem Rohrsegment nahe dem jeweiligen Empfänger angeordneten akustischen Sender (71), der bei Empfang der Signale von dem benachbarten Empfänger Signale aussendet, die von einem Empfänger in dem in der vorbestimmten Richtung nächsten Rohrsegment aufnehmbar sind.

21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale durch ihre Soll- oder Trägerfrequenz unterschieden sind.

22. System zur Datenübertragung in vorbestimmter Richtung längs einer' Bohrrohrkette, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24)

, zur Erzeugung von Trägersignalen und zur Modulation der Trägersignale mit den Daten sowie längs der Bohrrohrkette verteilte Sendeeinrichtungen (39, 71) zur akustischen Aussendung der modulierten Signale, die ein Merkmal der Trägersignale an mehreren Stellen längs der Bohrrohrkette ändern, so daß das Trägersignal in einem Segment der Kette sowohl von dem Trägersignal in einem nächsten Segment als auch von dem Trägersignal in einem übernächsten Segment der Kette verschieden ist.

23. System nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch Einrichtungen

(48) zur Demodulation der modulierten Signale.

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24. System nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils veränderte Merkmal des Trägers seine Frequenz ist.

25. System zur Datenübertragung in einem Bohrloch mit einer Bohrrohrkette, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14, 15, 24) zur Erzeugung von die Daten darstellenden Signalen sowie längs der Bohrrohrkette verteilte Sendeeinrichtungen (39, 71) zur akustischen Aussendung der Signale, wobei die Sendeeinrichtungen bezüglich eines Merkmals der Signale an einer Vielzahl von Stellen längs der Bohrrohrkette voneinander verschieden, sind, so daß die Signale in einem Segment der Kette in diesem Merkmal verschieden sind sowohl von den Signalen in einem nächsten Segment der Kette als auch von den Signalen in einem übernächsten Segment der Kette.

26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Merknal die Frequenz ist.

27. System nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtungen einen akustischen Sender (3), einen akustischen Empfänger (11) sowie zwischen Sender und Empfänger angeordnete akustische Relaisstation (4, 5, 6...) umfassen.

28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß jede akustische Relaisstation (4, 5, 6...) einen akustischen Empfänger (40), einen an den Empfänger angeschlossenen Verstärker (67) und einen mit dem Verstärker verbundenen Sender (71) umfaßt.

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■ ²⁸ " 24 4 0 5 3

29. System nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung (24) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Trägersignals sowie eine Einrichtung zur Modulation des Trägersignals mit den Daten umfaßt.

30. System nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekenn-, zeichnet, daß jede akustische Relaisstation (4, 5, 6...) eine Einrichtung (51) zum Ändern der Frequenz des Trägersignals aufweist.

31. Verfahren zum Übertragen von Daten in einer Bohrrohrkette, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägersignal an einer ersten Stelle der Bohrrohrkette mit Daten moduliert wird, daß das modulierte Signal längs der Kette akustisch übertragen wird, daß der Typ des Trägersignals an mindestens zwei längs der Kette verteilten Stellen geändert wird und daß das modulierte Signal empfangen und deraoduliert wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ändern des Trägersignaltyps das Signal empfangen, verstärkt, in der Frequenz des Trägersignals geändert und das geänderte Trägersignal wieder ausgesendet wird.

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