DE2852575C2

DE2852575C2 -

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Publication number: DE2852575C2
Application number: DE2852575A
Authority: DE
Inventors: Serge Alexander Fort Worth Tex. Us Scherbatskoy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1978-12-05
Publication date: 1992-01-23
Also published as: GB2009473B; NL7811317A; NO844240L; NO168546B; GB2009473A; NO151907C; MX147050A; NO151907B; FR2410726A1; DE2852575A1; NO168546C; CA1124228A; NL187454C; SU1243633A3; FR2410726B1; CA1150716A; AU4134478A; NO783996L; MY8500863A; NL187454B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine telemetrische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und auf ein telemetrisches Verfahren gemäß Anspruch 30.

Es sind bereits viele Versuche unternommen worden, um erfolgreiche Aufzeichnungs- bzw. Protokollierungs systeme für bzw. bei der Ausführung von Bohrungen zu entwickeln, wie dies aus folgenden US-Patentschriften hervorgeht: US-PS 20 96 279 - betreffend ein System, gemäß dem elektrische Leiter innerhalb des Bohrrohres benutzt werden; US-PS 38 25 078 - danach ist ein System vorgeschlagen, bei dem erweiterungsfähige Schleifen aus Draht innerhalb des Bohrrohres verwendet werden; US-PS 23 54 887 - danach ist ein System vorgeschlagen, gemäß dem eine induktive Koppelung einer Spule oder von Spulen mit einem Bohrrohr nahe des Bohrmeißels ausgenutzt wird, wobei das induzierte elektrische Potential an der Erdoberfläche gemessen wird, US-PS 27 87 759 sowie US-PS 34 88 629 - danach sind Systeme vorgeschlagen, gemäß denen durch impulsweise Beschränkungen auf die Bohrungs-Schlickströmung bzw. Bohrspülungs-Strömung Druck impulssignale an der Erdoberfläche erzeugt werden; als weitere US-Patentschriften sind die US-Patent schriften 31 86 222, 33 15 224, 34 08 561, 37 32 728, 37 37 845, 39 49 354 und 40 01 774 zu nennen.

Jeder der durch die vorstehend erwähnten US-Patentschriften gemachten Vorschläge hat gewisse Nachteile mit einer solchen ausreichenden Konsequenz zur Folge gehabt, daß die kommerzielle Einführung der betreffenden Vorschläge verhindert worden ist. So bringt die Schwierigkeit und der Zeitaufwand in Verbindung mit der großen Anzahl von Anschlüssen und Verbindungen der elektrischen Leiter einen erheblichen Nachteil in Systemen mit sich, wie sie in der US-PS 20 96 279 angegeben worden sind. Ob wohl ein eine induzierte elekrische Spannung ausnutzen des System, wie es in der US-PS 23 54 887 angegeben wor den ist, als ein System betrachtet werden kann, welches innerhalb einer kurzen Entfernung betreibbar ist, ver hindert jedoch das Signal-Störungs-Verhältnis eines derartigen Systems den Einsatz dieses Systems aus einem praktischen Grunde in Tiefbohrlöchern.

Als das moderne Strahlbohrsystem üblich wurde und große Mengen an Schlamm bzw. Schlick auftraten und hohe Schlamm- bzw. Schlickdrücke ausgeübt wurden, zeigte sich, daß Systeme, wie sie in der US-PS 27 87 759 an gegeben sind, unzuverlässig waren und zu schneller Ab nutzung bzw. Verschlechterung führten. Die Einführung einer gesteuerten Beschränkung in dem sehr leistungs starken Schlickstrom war infolge der Forderung nach einer großen und leistungsstarken Vorrichtung und Betriebsweise nicht zufriedenstellend, und zwar auf grund der schnellen Abnutzung und der sehr hohen Energieanforderungen.

Der Bereich am Boden eines Bohrloches ist während des Bohrens als feindlich zu betrachten. Die Bohrschnei den- und Bohrlochöffnungs-Schwingungen können in der Größenordnung von 50 g liegen. Die Temperatur liegt zuweilen bei 204°C. Der Druck am unteren Bohrloch kann einen Wert oberhalb von etwa 1054 at (entsprechend 15 000 psi) besitzen. Das durch die Bohrlochränder und durch die Bohrmeißel hindurchströmende Bohrungsfluid ruft eine starke Abnutzung hervor. Mit der derzeit ver wendeten Bohranordnung mit verbesserten Bohrmeißeln kann eine ununterbrochene Bohrzeit mit einem bestimm ten Bohrmeißel in der Größenordnung von 100 bis 300 Stunden oder eine zuweilen noch längere Bohrzeit er reicht werden, bevor es erforderlich wird, den Bohr meißel auszuwechseln. Demgemäß muß eine nahe des Bohrmeißels angeordnete, den Zustand der Bohrloch formation ermittelnde und ein Signal übertragende Ein heit imstande sein, ohne eine Pflege bzw. Bedienung während langer Zeitspannen betrieben werden zu können, ohne daß eine Einstellung erforderlich ist. Diese Ein heit muß mit einer ständig arbeitenden elektrischen Speisespannungsquelle betrieben werden können. Außer dem muß die Signalübertragungsanordnung imstande sein, ein ständig ausnutzbares Signal oder Signale zur Erd oberfläche hin übertragen zu können, nachdem jedes zusätzliche Verbindungsstück des Bohrrohres in ge eigneter Weise dem Bohrstrang hinzugefügt ist, wenn das gebohrte Loch eine zunehmende Tiefe erreicht.

Generell werden Systeme mit einer impulsweisen Bean spruchung des Schlicks für telemetrische Zwecke als höchst praktisch angesehen, da die Bohroperation am wenigsten gestört bzw. unterbrochen wird. Derzeit ist die Zuverlässigkeit, die mit derartigen Systemen er reicht worden ist, jedoch nicht zufriedenstellend. Die bisher benutzten Verfahren, wie sie in den oben er wähnten US-Patentschriften 27 87 759 und 34 88 629 an gegeben worden sind, nutzen die Einführung einer ge steuerten bzw. regulierten Einschränkung innerhalb des Schlick-Strömungskreises aus. Wenn der Schlick-Fluß einen Wert von 600 gpm (entsprechend 2271 l/min) überschreitet und wenn die Pumpendrücke einen Wert von etwa 210 at (ent sprechend 3000 psi) überschreiten, dann wird jedoch die Steuerung dieser erheblichen Energie durch Ver ändern einer Beschränkung zur Erzeugung von telemetri schen Signalen jedoch kompliziert und erfordert eine leistungsfähige Tiefloch-Maschinenanlage.

In der US 37 42 443 und der US 37 16 830 wird jeweils eine Einrichtung bzw. ein Verfahren angegeben, mit dessen Hilfe das Signal-Rausch-Verhältnis eines Signals als Maß für einen Bohrparameter verbessert wird. Aus der US 35 55 504 ist ein Filter zum Unterdrücken von Druckwellenrauschen eines Bohrparametersignals bekannt. Das Filter wurde bei der Abfassung der Ansprüche 1 und 30 im Oberbegriff berück sichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wirksame telemetrische Vorrichtung bzw. Verfahren für die Durchfüh rung von Bohrungen zu schaffen, bei denen Schlick-Schwin gungen für telemetrische Zwecke ausgenutzt werden, um an die Erdoberfläche Signale zu übertragen, die kennzeichnend für einen oder mehrere Bohrlochparameter sind, wobei Aus wirkungen von störenden Schlickimpulssignalen (Störsigna len) an bzw. in der Oberflächenanordnung weitgehend unter drückt bzw. beseitigt werden sollen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 30 ge löst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bevorzugte Ausführungsformen haben insbesondere die folgen den Vorteile:

Der Energiebedarf, der zur Erzeugung eines starken Druckim pulses bei einem Werkzeug erforderlich ist, welches nahe dem Bohrmeißel ist, wird durch die spezielle Auslegung des Zirkulationssystems erheblich herabgesetzt.

Für die Erzeugung von Schlickschwingungen wird eine vorhan dene, starke Energiequelle ausgenutzt.

Bei der Erzeugung von Schlickschwingungen wird ein vorteil hafter Ventilmechanismus und eine Ventilanordnung einge setzt.

Für die Betätigung des Ventilmechanismus wird eine ge eignete, unabhängige, elektrische Bohrloch-Versorgungsspan nungsquelle verwendet.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen den Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

Fig. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche Rotations- Bohranlage unter Veranschaulichung der Verwendung einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Schlick-Unter druck-Impulsgenerators mit einem in der geöffneten Stellung befindlichen Ventil.

Fig. 2B zeigt schematisch den in Fig. 2A dargestellten Schlick-Unterdruck-Impulsgenerator bei in der geschlos senen Stellung befindlichem Ventil.

Fig. 3A zeigt schematisch eine physikalische Aus führungsform des Schlick-Unterdruck-Impulsgenerators gemäß Fig. 2A und 2B zusammen mit Instrumenten- und Fühlerbereichen innerhalb eines Bohrstranges nahe des Bohrmeißels.

Fig. 3B veranschaulicht den in Fig. 2A und 2B darge stellen Schlick-Unterdruck-Impulsgenerator in pro portionalen Abmessungen von einer Bearbeitungsanordnung her, die bei der tatsächlichen Herstellung der Anordnung verwendet wird.

Fig. 3C veranschaulicht in einem Diagramm einen Radio aktivitäts-Fühler und die zugehörige Instrumentierung.

Fig. 3D zeigt schematisch einen Temperatur-Fühler und die zugehörige Instrumentierung.

Fig. 3E zeigt schematisch eine typische Instrumentierung für eine Steuerungs-Betätigungseinrichtung eines Ventils eines Schlick-Unterdruck-Impulsgenerators.

Fig. 3F zeigt schematisch den Aufbau einer verwendbaren in sich abgeschlossenen Bohrloch-Speisespannungsquelle.

Fig. 3G zeigt schematisch den Aufbau einer weiteren Art einer verwendbaren, in sich abgeschlossenen Bohr loch-Speisespannungsquelle.

Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau einer typischen oberirdischen Anlage gemäß einer bevorzugten Aus führungsform der Erfindung, wobei der Bohrloch-Para meter durch Radioaktivität ermittelt wird.

Fig. 5 veranschaulicht in einem Signal- und Impuls diagramm in idealisierter Form den Verlauf von be stimmten Signalen bzw. Impulsen und die zeitlichen Be ziehungen, um die Erläuterung eines Signalgewinnungs teils der in Fig. 4 dargestellten Anordnung zu unter stützen.

Fig. 6 zeigt in einem Blockdiagramm weitere Einzelhei ten einer Komponente einer in Fig. 4 dargestellten Signalgewinnungsschaltung.

Fig. 7 veranschaulicht in weiteren Einzelheiten eine Komponente der in Fig. 4 dargestellten Signalge winnungsschaltung.

Fig. 8 zeigt in einem Blockdiagramm eine weitere Aus führungsform der oberirdisch verwendbaren Anlage.

Fig. 9 zeigt in einem Blockdiagramm eine noch weitere Anordnung der oberirdisch verwendbaren Anlage.

Fig. 10 zeigt in einem Blockdiagramm einen alternativ verwendbaren Zeitsteuerimpulsgenerator.

Fig. 11 zeigt in einem Blockdiagramm eine noch weitere Ausführungsform einer oberirdisch verwendbaren Anlage.

Es wird angenommen, daß es vor Beginn der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dem Verständnis förderlich sein dürfte, wenn gewisse grund sätzliche Faktoren erläutert werden.

In einem Bohrloch mit einer Länge bzw. Tiefe von etwa 3000 m (entsprechend 10 000 Fuß) und einem Durchmesser von etwa 114 mm (entsprechend 4, 1/2 Zoll) liegt das Schlamm- bzw. Schlickvolumen innerhalb des Rohres in der Größenordnung von 18 925 l (entsprechend 5000 Gallonen). Unter der Annahme, daß der Elastizitäts modul der Masse bei komprimiertem Bohrschlick bei 400 000 liegt, ruft die Abführung von etwa 1,9 l (entsprechend 0,5 Gallonen) einer Flüssigkeit einen Druckabfall von etwa 2,8 at (entsprechend 40 psi) hervor (sofern davon ausgegangen wird, daß das ange gebene Volumen von 5000 Gallonen, entsprechen 18 925 l, als in einem einfachen Behälter enthalten ist). Es kann daher ange nommen werden, daß die Ableitung von Schlick nahe der Unterseite eines derartigen Bohrrohres mit einer Ge schwindigkeit von etwa 0,47 l/s (entsprechend 0,125 Gallonen/s) erfolgt und ein Signal entsprechend 0,7 at/s (entsprechend 10 psi/s) auf der Oberfläche hervorruft. Die Änderungsgeschwindigkeit des Drucks wird als -Index bezeichnet, und in diesem Fall ist der -Index gleich 10.

Drei wichtige Experimente wurden ausgeführt:

1. Es wurden Messungen in einem Testloch bei einer Tiefe von etwa 540 m (entsprechend 1800 Fuß) und bei mittleren Differenzdrücken von etwa 70 at (entsprechend 1000 psi) über einem Ventil an der Unterseite durchgeführt.
2. Es wurden Messungen in einem Ölfeld-Bohrloch in einer Tiefe von ca. 2400 m (ent sprechend 8000 Fuß) bei geringen Differenz drücken von etwa 28 at (entsprechend 400 psi) durchgeführt.
3. Es wurden Messungen in einem zweiten Ölfeld- Bohrloch in einer Tiefe von etwa 1500 m (ent sprechend 5000 Fuß) und hohen Differenzdrücken (112 at (entsprechend 1600 psi)) durchge führt.

Sämtliche drei Reihen von Experimenten haben gezeigt, daß der -Index des an der Oberfläche aufgenommenen Druckimpulses für den Fall wesentlich höher als berech net war, daß das Ventil plötzlich geöffnet wurde. Die Gründe hierfür sind,

a) daß stark komprimierter Bohr schlick einen Elastizitätsmodul haben kann, der etwas höher ist als 400 000 pound/square inch (psi), entsprechend etwa 28 000 kg/cm²,
b) daß eine gewisse Wellenleit wirkung durch das Bohrrohr vorhanden ist, wodurch das Signal veranlaßt wird, sich wesentlich günstiger auszu breiten als dies in einem großen Behälter mit demselben Volumen der Fall wäre, und
c) daß das plötzliche Öffnen eines Ventils an der Bodenseite der Bohrung einen höheren -Index hervorruft als im Falle des großen Behälters, und zwar wegen der Elastizität der darüber befindlichen Schlamm- bzw. Schlicksäule.

In einem typischen Bohrloch mit einer Tiefe von etwa 4500 m (entsprechend 15 000 Fuß), dessen unteres Ende verschlossen ist, würde ein Markierungszeichen, welches an der Oberseite der Schlamm- bzw. Schlicksäule ange ordnet wird, einige 30 m (entsprechend einigen 110 Fuß) absinken, wenn ein Schlickpumpendruck von etwa 210 at (entsprechend 3000 psi) ausgeübt wird. Bei diesem Druck handelt es sich um einen verhältnismäßig typischen Schlickpumpen druck in Bohrrohren. Man kann daher die Schlicksäule als Säule betrachten, die fortwährend um einige 30 m (entsprechend 100 Fuß) zusammengedrückt wird und die als eine lange Feder wirkt, in der eine große Menge poten tieller Energie gespeichert ist. Wenn ein Ventil an der Unterseite des Bohrrohres plötzlich geöffnet wird, wird diese potentielle Energie freigegeben, was zum Auftre ten eines starken negativen Schlick-Druckimpulses führt. Ein derartiger Schlick-Druckimpuls ist dabei wesentlich größer als es der Fall wäre, wenn der Schlick inkompressibel wäre.

Bei einer innerhalb eines Bohrloches in einer Tiefe von etwa 1500 m (entsprechend 5000 Fuß) durchgeführten Experimenten wurde ein kleiner Durchgang (mit einer Fläche von ca. 0,36 cm² (entsprechend 0,056 Quadrat zoll) zwischen der Innenseite des Bohrungsrandes und dem Ringraum entsprechend einer gesteuerten Folge ge öffnet und geschlossen. Der Druck über dem Ventil be trug etwa 112 at (entsprechend 1600 psi), und die Ab führung war mit etwa 0,95 l/s (entsprechend 0,25 Gal lonen/Sekunde) berechnet. Das Volumen des Schlicks innerhalb des Bohrrohres betrug etwa 9463 l (ent sprechend 2500 Gallonen) und für den Schlick wurde ein Elastizitätsmodul von 400 000 angenommen. Der Druck abfall wurde mit etwa 2,8 at/sec (entsprechend 40 psi/sec) berechnet. (Dabei wurde auch hier von der Annahme ausgegangen, daß die Schlamm- bzw. Schlicksäule ein einzelner Behälter war). Bei den Untersuchungen wurde der Druckabfall an der Oberfläche mit über 7 at/sec (entsprechend 100 psi/sec) oder mit noch wesentlich höheren Werten gemessen als durch die einfache Tank- bzw. Behälterberechnung erwartet wurde. Daraus wurde die folgende Schlußfolgerung gezogen: Das Vorhandensein von hohen Drücken an dem Bohrmeißel (Werte von 70 at oder noch höhere Werte - entsprechend 1000 psi oder entsprechend höheren Werten) führt dazu, daß an der Oberfläche hohe schmale Signale dadurch gebildet wer den können, daß ein sehr kleines Nebenwegventil an der Unterseite nahe des Bohrmeißels geöffnet und geschlossen wird. Ventile mit einer Öffnung von etwa 0,32 cm² (ent sprechend 0,05 Quadratzoll) können starke Signale aus einer Tiefe von etwa 1500 m (entsprechend 5000 Fuß) er zeugen. Dabei hat sich die Abnahme der Signalhöhe bei Tiefen zwischen ca. 750 m (entsprechend 2500 Fuß) und 1500 m (entsprechend 5000 Fuß) als sehr gering herausge stellt. Dadurch ist also angezeigt, daß die Signal dämpfung gering ist.

Das System gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Anzahl von bedeutenden Vorteilen auf: Die schnelle Ab leitung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,47 l/sec (entsprechend 0,125 Gallonen/sec) führt zur Erzeugung eines "scharfen" bzw., "schmalen" Impulses, d. h. eines Impulses, der eine hohe Druckänderungsgeschwindigkeit beeinhaltet, d. h. einen hohen -Index (von beispiels weise 40) besitzt. Darüber hinaus wird durch das schnelle Öffnen des Nebenwegventils außerdem die Abnutzung aus folgenden Gründen herabgesetzt bzw. minimiert. Wenn das Nebenwegventil geschlossen ist, ist ganz offensichtlich keinerlei Abnutzung bezüglich des Ventilsitzes vorhan den. Wenn das Ventil geöffnet ist (und die Ventilfläche groß ist im Vergleich zu einer darauffolgenden Ein schränkung bzw. darauffolgenden Einschränkungen), dann wird das Ventil dem mit einer geringen Geschwindigkeit auftretenden Fluid ausgesetzt, und demgemäß wird die Abnutzung im wesentlichen in der folgenden Einengung oder den folgenden Einengungen auftreten, die erweiter bar sein können und die aus einem vollkommen nicht erodierbaren Material, wie Bohrkarbid, bestehen können. Eine Abnutzung tritt in dem Nebenwegventil nur dann auf, wenn es in dem Prozeß des Öffnens oder Schließens ein bezogen ist, d. h. dann, wenn das betreffende Ventil "umschlägt" und wenn die Geschwindigkeit durch den Ventilsitz dann sehr hoch ist. Der Ventilbetrieb sollte daher so schnell wie möglich für das Öffnen und Schließen abgewickelt werden. Dabei existiert keine Begrenzung hin sichtlich der erwünschten Geschwindigkeit. Die Ge schwindigkeit der Ableitung durch das Ventil sollte ebenfalls hoch sein, wobei jedoch eine obere Grenze vorhanden ist, über der eine schnellere Ableitung bzw. Abführung keinen Nutzen mit sich bringt. Der Grund hier für liegt in der Grenze für eine hochfrequente Über tragung durch den Schlick. Frequenzen oberhalb von etwa 100 Hz werden stark bedämpft und sind von geringem Wert hinsichtlich der Ausbildung eines schnellen Impulses an der Oberfläche. Um die maxi male Ableitungsgeschwindigkeit zu bestimmen, war es erforderlich, Experimente unter vollständigen Vor aussetzungen durchzuführen, und zwar unter Verwendung von echten Ölbohrungsschichten und großen Längen her kömmlicher Bohrlöcher. Die experimentiellen Anord nungen enthielten ein spezielles großes Ventil, ge folgt von einer einstellbaren Durchgangsöffnung.

Das Ändern der Größe der Durchgangsöffnung kann die Strömungsgeschwindigkeit in Litern pro Sekunde be stimmen. Es wurde festgelegt, daß Strömungen über etwa 1,14 l pro Sekunde (entsprechend 0,3 Gallonen pro Sekunde) eine geringe Steigerung in dem Signal hervor rufen. Es wurden sodann die Signale bei einer Tiefe von etwa 1504 m (entsprechend 5012 Fuß) bei Verwendung von drei unterschiedlichen Durchgangsöffnungsgrößen verglichen, die getestet wurden. Diese Größen ent sprechen einem Durchmesser etwa 13 mm (entsprechend 0,509 Zoll), einem Durchmesser von etwa 11 mm (ent sprechend 0,427 Zoll) und einem Durchmesser von etwa 6,8 mm (entsprechend 0,268 Zoll). Es wurde festgestellt, daß beim Durchmesser von 6,8 mm an der Oberfläche ein Signal erzeugt wurde, das nahezu so stark war wie ein Signal, das bei einem Öffnungsdurchmesser von etwa 13 mm erzeugt wurde.

Nunmehr sei auf Fig. 1 eingegangen, in der schematisch eine typische Bohranlage 10 dargestellt ist, die eine Schlick- bzw. Schlamm-Umwälzpumpe 12, welche mit einem Abgaberohr 14 verbunden ist, ein Standrohr 16, einen flexiblen Hochdruck-Drehschlauch 18, ein Drehgelenk 20 und einen Bohrstrang 22 enthält, der aus dem üblichen Bohrrohr und Bohrhülsen bzw. Schwerstangen sowie einem Bohrmeißel 26 vom Strahltyp besteht. Eine kurze Strecke oberhalb des Bohrmeißels 26 befindet sich innerhalb der Bohrhülse 24 ein einen negativen Schlammdruck erzeugender Impuls generator 28, und ferner ist an der betreffenden Stelle eine Fühl- und Instrumenteneinheit 30 vorgesehen.

Der einen negativen Schlammdruck erzeugende Impuls generator 28 besitzt einen speziellen Aufbau. Er erzeugt eine Reihe von programmierten Impulsen, deren jeder eine kurzzeitige Herabsetzung des Schlammdrucks umfaßt. Gemäß einer Ausführungsform wird dies durch eine Einrichtung hervorgerufen, die ein Ventil enthält, welches kurzzeitig einen Durchgang zwischen der Innenseite und der Außensei te der Bohrhülse 24 öffnet. Dies bedeutet, daß das be treffende Ventil einen Durchgang zwischen der Innenseite der Bohrhülse 24 und dem Ringraum 29 steuert, der durch die Außenseite der Bohrhülse und dem Bohrloch gebildet ist.

Eine oberirdisch vorgesehene Anlage, die generell mit 32 bezeichnet ist, ist an einem Druckwandler 100 angeschlos sen, der seinerseits mit dem Standrohr 16 verbunden ist. Alternativ dazu könnte der Wandler 100, sofern erforder lich, in dem feststehenden Teil des Drehgelenks 20 ange bracht sein.

In Fig. 2A und 2B ist der einen negativen Schlammdruck herrufende Impulsgenerator 28 schematisch dargestellt, um die Erläuterung seiner Funktion und Arbeitsweise zu erleichtern. Der einen negativen Schlammdruck hervor rufende Impulsgenerator besteht aus einer Ventileinlaß kammer 42, einer Ventilauslaßkammer 44 und einer Kompen sationskammer 72. Die Ventileinlaßkammer 42 ist über einen Einlaßdurchgang 38 mit der Innenseite der Bohr hülse 24 hydraulisch verbunden. Die Ventileinlaßkam mer 42 ist außerdem über einen Durchgang 48 mit der Ventilauslaßkammer 44 hydraulisch verbunden. Die hydraulische Störung durch den Durchgang 48 wird durch das Zusammenwirken eines Ventils 36 mit seinem Sitz 37 gesteuert. Die Ventilauslaßkammer 44 ist über einen Auslaßdurchgang 51 mit dem Ringraum 29 hydraulisch verbunden. In den Auslaßdurchgang 51 sind erste und zweite Kompensationsöffnungen 52, 53 eingeführt. Die Kammer 40 zwischen den Öffnungen 52 und 53 ist über eine Rohrleitung 74 mit der Kompensationskammer 72 hydraulisch verbunden. Die Einlaßkammer 42 ist über einen Zylinder 49 mit der auch als Ausgleichskammer zu betrachtenden Kompensationskammer 72 verbunden. Der be treffende Zylinder 49 weist einen Ausgleichskolben 50 auf, der über einen Schaft 46 mit dem Ventil 36 ver bunden ist. Das Ventil 36 ist außerdem mittels eines Schaftes 47 (siehe Fig. 3A und 3B) mit einer Betäti gungseinrichtung 54 verbunden.

Die Funktion und die Arbeitsweise des einen negativen Schlammdruck hervorrufenden Impulsgenerators 28 werden nunmehr erläutert. In Fig. 2B ist gezeigt, daß das Ventil 36 des einen negativen Schlammdruck hervorrufen den Impulsgenerators 28 sich im "geschlossenen" Zustand befindet. Dabei veranschaulicht diese Figur durch den gestrichelten Teil das Vorliegen eines "hohen" Drucks, und der weiß gebliebene Teil veranschaulicht einen "niedrigen" Druck. (Die Druckhöhen, wie "hoch", "niedrig" und "mittel" sind relative Drücke, d. h., daß es sich da bei um die Differenz zwischen dem Druck an einer ge gebenen Stelle und dem Ringraumdruck handelt, der hier als Null betrachtet wird; der tatsächliche oder wirk liche Druck wäre dann gleich diesen Druckhöhen zuzüglich des Gefälledrucks, der bei 700 at (entsprechend 10 000 psi) oder bei einem noch höheren Wert liegen kann.

Die effektive Fläche des Ventils 36 ist dabei etwas größer gewählt als die effektive Fläche des Kol bens 50 auf der Schaftseite. Wenn das Ventil 36 ge schlossen oder nahezu geschlossen ist, verläuft dem gemäß die auf den Schaft 46 wirkende Kraft in der durch den Pfeil in Fig. 2B angedeuteten Richtung; die se Kraft kann dabei gleich etwa 1000 (a-a′) sein, wo bei a die effektive Fläche des Ventils 36 und a′ die effektive Fläche des Ausgleichskolbens 50 auf der Schaftseite bedeuten.

In Fig. 2A ist das Ventil 36 im geöffneten Zustand gezeigt, d. h. in dem Zustand, der einer Schlamm strömung von der Ventileinlaßkammer 42 her ermöglicht, zu der Ventilauslaßkammer 44 hin zu strömen und durch den Auslaßdurchgang 51 zu dem Ringraum 29 hin. Die erste und die zweite Ausgleichsöffnung 52 und 53 ru fen jeweils eine bestimmte Einengung bezüglich des Schlammflusses hervor, wodurch sie jeweils einen Druckabfall hervorrufen. Demgemäß kann der Druck in nerhalb der Kammer 72 so festgelegt werden, daß er irgendeinen Wert zwischen dem maximalen Druck inner halb der Kammer 44 und dem minimalen Wert von der Auslaßseite des Auslaßdurchgangs 51 besitzt; dieser Druck entspricht dem Druck innerhalb des Ringraumes 29.

Wie oben ausgeführt, ist in Fig. 2A wie in Fig. 2B mit dem gestrichelten Teil der Hochdruckbereich bezeichnet, und mit dem weißen Teil am Auslaß des Auslaßdurchgangs 51 ist der Bereich niederen Drucks veranschaulicht.

Während sich das Ventil im geöffneten Strömungszustand befindet, erfährt der Schlamm zwei Einschränkungen hin sichtlich der Strömung: Die Öffnung 52 und die Öffnung 53. Demgemäß liegt der Druck in der Kammer 40 zwischen dem hohen Druck, wie er durch den gestrichelten Bereich ver anschaulicht ist, und dem niederen Druck an der Aus trittsstelle des Auslaßdurchgangs 51. Dieser mittlere Druck ist durch den punktierten Bereich in Fig. 2A veranschaulicht. Der betreffende mittlere Druck hat seinen Ursprung in der Kammer 40 zwischen den Öffnungen 52 und 53; er wird durch die Rohrleitung 74 zu der Aus gleichskammer 72 hingeleitet. Der Druck in dieser Aus gleichskammer 72 kann demgemäß auf irgendeinen sinn vollen Wert zwischen dem hohen Druck in der Ventilaus laßkammer 44 und dem niederen Druck an der Austritts seite des Auslaßdurchgangs 51 eingestellt werden. Die Proportionierung der Größen der Öffnungen 52 und 53 steuert demgemäß den Druck in der Ausgleichskammer 72 und demgemäß die Kraft, die auf den Ausgleichskolben 50 ausgeübt wird. Wenn die Öffnung 53 von derselben Größe wäre wie die Öffnung 52, dann läge der Druck in der Kam mer 40 (und in der Ausgleichskammer 72) etwa in der Mitte zwischen dem Druck der Ventilauslaßkammer 44 und dem Druck im Ringraum 29. Da die Größe der Öffnung 53 größer ist als die der Öffnung 52, wird der Druck in der Ausgleichskammer 72 relativ absinken, und mit Rück sicht darauf, daß die Größe der Öffnung 53 kleiner ge macht ist als die der Öffnung 52, wird der Druck in der Ausgleichskammer 72 relativ erhöht. Wenn beispielsweise die Öffnung 53 klein gemacht wird im Vergleich zu der Öffnung 52, dann wird der Druck in der Ausgleichskam mer 72 hoch sein, und demgemäß wird die auf den Kolben kopf des Kolbens 50 ausgeübte Kraft hoch sein und ver suchen, das Ventil 36 zu schließen. Wenn demgegenüber die Öffnung 53 groß ist im Vergleich zu der Öffnung 52, wird der Druck in der Kammer 72 niedrig sein. Demgemäß wird dieser Druck dazu neigen, dem Ventil 36 zu er möglichen, im geöffneten Zustand zu verbleiben. Es zeigt sich somit, daß die auf den Kolbenkopf des Kol bens 50 ausgeübte Kraft zwischen weiten Grenzen einge stellt werden kann. Auf diese Weise steht also eine Einrichtung zur Einstellung der Wirkung des Ventils 36 zur Verfügung.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Kraft, welche das Ventil 36 gemäß Fig. 28 zu schließen ver sucht, und die Kraft, welche das Ventil 36 gemäß Fig. 2A zu öffnen versucht, durch erste und zweite, voneinander unabhängige Parameter bestimmt sind. Dies bedeutet, daß diejenige Kraft, die das Ventil zu schließen versucht, von den effektiven Flächendifferenzen des Ventils 36 und der Kolbenstangenseite des Ausgleichskolbens 50 abge leitet wird. Demgegenüber wird die Kraft, welche das Ventil zu öffnen versucht, von den relativen Größen der Öffnungen 52 und 53 abgeleitet. Durch geeignetes Einstel len dieser Parameter kann das Ventil 36 so eingestellt wer den, daß es durch die Ausübung einer schwachen externen mechanischen Kraft geöffnet oder geschlossen wird.

Es ist ferner wichtig, darauf hinzuweisen, daß das Ven til 36 eine "bistabile" Wirkung besitzt, was bedeutet, daß das Ventil entsprechend einer bistabilen Einrichtung vom geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand oder umgekehrt umschaltet. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß der erste Parameter der betreffenden unabhängigen Parameter so gewählt wird, daß dann, wenn das Ventil sich innerhalb des Bereichs zwischen dem nahezu geschlossenen Zustand und dem vollständig ge schlossenen Zustand befindet, eine überwiegende Kraft bestimmter Größe in der Ventilschließrichtung ausgeübt und aufrechterhalten wird. Der zweite Parameter der unabhängigen Parameter wird so gewählt, daß dann, wenn sich das Ventil innerhalb des Bereichs zwischen dem nahezu geöffneten Zustand und dem vollständig geöffneten Zustand befindet, eine wirksame Kraft bestimmter Größe in der Ventilöffnungsrichtung ausgeübt und aufrechterhal ten wird.

Damit dürfte ersichtlich sein, daß der einen negativen Schlammdruck erzeugende Impulsgenerator 28 gemäß der Erfindung eine vorhandene Energie ausnutzt, die aus dem Schlammdruck in einer solchen Art und Weise abge leitet ist, daß die Größe der externen Energie stark herabgesetzt ist, die erforderlich ist, um das Ventil 36 zu betätigen und darüber hinaus dem Ventil 36 eine bi stabile Wirkung oder Umschaltwirkung zu verleihen.

Eine weitere Erläuterung des einen negativen Schlamm druck erzeugenden Impulsgenerators 28 wird unter Bezug nahme auf die Fig. 3A und 3B erleichtert werden, auf die nunmehr eingegangen wird. In Fig. 3A ist schematisch eine physikalische Ausführungsform des einen negativen Schlammdruck erzeugenden Impulsgenerators 28 mit seiner zugehörigen Tieflochanlage veranschaulicht, wie sie in der Bohranlage gemäß Fig. 1 angebracht sein dürfte. Die Bezugszeichen, die in Fig. 1, 2A und 2B verwendet worden sind, bezeichnen entsprechende Einzelteile in Fig. 3A. Gemäß Fig. 3A besitzt eine Teileinrichtung 58 in typi scher Weise einen Außendurchmesser von ca. 172 mm (entsprechend 6 3/4 Zoll) und eine Länge von etwa 90 cm (entsprechend 3 Fuß). Diese Teileinrichtung 58 trägt ein Innengehäuse 56 mit Hilfe von Armen oder perforier ten oder geschlitzten Tragteilen (nicht dargestellt). Das innere Gehäuse 56 enthält den einen negativen Schlammdruck erzeugenden Impulsgenerator 28; es trägt an seinem unteren Endteil die Instrumentierungsbereiche 62, 66 sowie einen Fühlerbereich 64. Der Schlamm tritt von der Innenseite der Bohrhülse 24 um das Gehäuse 56 in Richtung der Pfeile hindurch. Ein Filter 60 verhindert, daß Schlamm-Festteile in das Gehäuse eindringen. Das Ventil 36 ist als durch eine Betätigungseinrichtung 54 betätigt dargestellt. Wenn das Ventil 36 geöffnet ist, wie dies in Fig. 2A veranschaulicht ist, kann ein ge wisser Schlamm in einer Nebenwegströmung in den Ring raum 29 eintreten. Die gebogenen Pfeile veranschaulichen dabei die Richtung dieses Nebenweg-Schlamms. Der Druck, der den Schlamm in den Ringraum 29 einpreßt, ist der Druck an bzw. über den Strahlen des Meißels 26. Wenn das Ventil 36 geschlossen ist, ist der Nebenweg zu dem Ringraum 29 verschlossen.

Der frei bewegliche Kolben 76 trennt die Kammer 72 von einer mit Öl gefüllten Kammer 78 ab. Die Betätigungsein richtung 54 ist innerhalb einer mit Öl gefüllten Kammer 80 angebracht. Ein Ausgleichsdurchgang 82 ver bindet die Kammer 78 mit der Kammer 80. Im Zusammen wirken mit dem frei beweglichen Kolben 76 und dem Durchgang 74 werden somit die Kammern 72, 78 und 80 im wesentlichen auf demselben Druck gehalten, wie die Kammer 40. Der Durchgang 82 ist in Fig. 3A zum Teil gestrichelt veranschaulicht und in Fig. 3B überhaupt nicht dargestellt, da er in einer anderen Ebene als der dargestellten Schnittebene liegt.

Mit 68 ist eine Standard-Bohrhülse bezeichnet, und mit 69 ist ein Behälter-Unterbehälter bezeichnet. Der Bereich 66 besitzt einen Durchmesser von ca. 60 mm (entsprechend 2 3/8 Zoll); er sitzt in einer etwa 4,5 m (entsprechend 15 Fuß) Standard-Hülse mit einem Außen durchmesser von etwa 172 mm (entsprechend 6 3/4 Zoll) und einen Innendurchmesser von ca. 83 mm (ent sprechend 3 1/4 Zoll). Die Einheit 30 ist mit speziellen Zentrierungsarmen 70 versehen, die in dem Behälter-Teilbehälter 69 fest sitzen. Die Zen trierungsarme 70 sind so ausgelegt, daß sie die Ein heit 30 zentrieren, währenddessen ein freier Durch gang des Schlamms ermöglicht ist.

In Fig. 3B sind entsprechende Bezugszeichen ver wendet wie in Fig. 2A, 2B und 3A. Dabei ist in Fig. 3B der einen negativen Schlammdruck erzeugende Impuls generator 28 in ausreichendem Verhältnis und derart detailliert dargestellt, daß einem Durchschnittsfach mann die tatsächliche Konstruktion des betreffenden Impulsgenerators veranschaulicht ist. Es sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 3B die Betätigungseinrich tung 54 als zwei elektrische Hubmagneten enthaltend dargestellt ist, die in gegenüberliegender Beziehung angeordnet sind. Die Wicklung 55 des oberen Hubmagneten ist so angeordnet, daß eine nach oben gerichtete Kraft auf ihren Anker 57 ausgeübt wird, während die Wick lung 59 des unteren Hubmagneten derart angeordnet ist, daß eine Kraft in der nach unten zeigenden Richtung auf den Anker 61 des betreffenden Hubmagneten ausgeübt wird. Die Anker 57 und 61 sind lose mit einem mechani schen Gelenk 63 gekoppelt, welches an dem Schaft 47 derart befestigt ist, daß ein "Hammer"-Effekt erzielt wird. Dies bedeutet, daß bei Erregung der Wicklung eines Hubmagneten der Anker des betreffenden Hubmagneten sich über eine kurze Strecke bewegt, bevor er die Last des Schaftes 47 mit einem hammerartigen Aufschlag aufnimmt. Diese "Hammer"-Wirkung hat einen günstigen Effekt auf die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventils 36 zur Folge. Geeignete Hubmagnete für diesen Anwendungsfall sind solche der Größe 6EC mit mittlerem Hub und konischer Fläche, wie sie von der Firma Ledex, Inc., Dayton, Ohio, hergestellt werden.

Zurückkommend zur Erläuterung des einen negativen Schlamm druck erzeugenden Impulsgenerators 28 werden nunmehr ver schiedene weitere Faktoren und Merkmale betrachtet.

Die Öffnungen 52 und 53 sind so ausgebildet, daß sie kleinere Öffnungsflächen besitzen als der Durchgang 48, so daß die Geschwindigkeit der Schlammströmung über die Abdichtungsflächen des Ventils 36 und über dessen Sitz 37 erheblich herabgesetzt ist im Vergleich zu der Geschwindig keit der Schlammströmung durch die Öffnungen 52 und 53. Demgemäß konzentriert sich die Abnutzung auf die Öffnungen 52, 53, die aus einem verschleißfesten Material (wie Borcarbid) bestehen und die außerdem im "Feld" leicht auswechselbar sind, wie dies in Fig. 3B veranschaulicht ist. Diese kleinen nicht erodierbaren Öffnungen 52, 53 machen den einen negativen Schlammdruck erzeugenden Impulsgenerator 28 vollständig "ausfall sicher", was bedeutet, daß unabhängig davon, was beim Betrieb des Ventils 36 geschieht (wie ein Festsitzen in der geöffneten Position), die Menge des Schlamms, der durch die Öffnungen 52, 53 hindurchzuströmen vermag, keine nennenswerten ungünstigen Auswirkungen auf das Bohren hat. Ein weiterer Vorteil, der sich daraus er gibt, daß die Öffnungen 52, 53 im "Feld" leicht aus wechselbar sind, besteht darin, daß die betreffenden Öffnungen so berechnet werden können, daß sie sich am besten eignen für sich ändernde Gewichte und Viskositä ten des Schlamms.

Da der einen negativen Schlammdruck erzeugende Impuls generator 28 starken Schwingungskräften ausgesetzt ist, muß der Aufbau für eine Stabilität des Ventils 36 sowohl in der geöffneten Position als auch in der geschlossenen Position ausgelegt sein. Die erforderliche Stabilität wird durch den "hydraulischen Anschlag" oder die "bi stabile" Wirkung des Ventils 36 erzielt, was zuvor be schrieben worden ist.

Die mit dem Bohren verbundene vertikale Beschleunigung ist in der nach oben verlaufenden Richtung wesentlich stärker als in der nach unten verlaufenden Richtung. Wenn die Zähne des Bohrmeißels 26 auf einen harten Felsen stoßen, dann werden der Bohrmeißel und die Bohrhülsen 24 nach oben gedrückt, das bedeutet, daß eine nach oben gerichtete Beschleunigung auftritt. Ist jedoch der Bohrmeißel nach oben angehoben und außer Kontakt mit dem Felsen gebracht, so ist jedoch aufgrund der Schwerkraft eine geringe andere Kraft als die Be schleunigung vorhanden, wodurch der Bohrmeißel und die Bohrhülsen nach unten gedrückt werden. Demgemäß kann die nach oben gerichtete Beschleunigung mehrere hundert g besitzen, während die nach unten gerichtete Beschleunigung lediglich in der Größenordnung von 1 g liegt. Das Ventil 36 muß daher so ausgelegt sein, daß im geschlossenen Zustand hohe nach oben gerichtete Be schleunigungswerte versuchen, das betreffende Ventil geschlossen zu halten, was bedeutet, daß der Ventilsitz noch besser wird. Die hohen nach unten gerichteten Be schleunigungswerte (die allerdings als klein angenommen werden) neigen dazu, das Ventil zu öffnen. Dies ist bei dem aus Fig. 3A und 3B ersichtlichen Aufbau erreicht.

Aufgrund der Durchführung verschiedener Tests und Experimente wurde festgestellt, daß eine Kraft von etwa 34 Pfund, entsprechend etwa 15,42 kp, erforderlich sein dürfte, um das Ventil 36 dann zu betätigen, wenn der erste und der zweite der beiden voneinander unabhängigen Parameter, wie sie oben beschrieben worden sind, so gewählt sind, daß ein geeigneter "hydraulischer Anschlag" oder eine "bistabile" Wirkung hervorgerufen wird, um eine ange messene Stabilität für das Ventil 36 zu erreichen. Durch Hinzufügung von guten technischen Sicherheits faktoren wurde die erforderliche Kraft zu 70 bis 100 Pfund entsprechend 31,75 bis 45,36 kp. Die Ausübung einer Kraft dieser Größe über die erforderliche Strecke der Ventilbewegung bei elektro magnetisch gesteuerten Hubmagneten angemessener Größe würde eine elektrische Leistung von etwa 350 W erfor dern, d. h. nahezu 1/2 PS. Bei einem derart hohen Leistungsbedarf erscheint es auf den ersten Blick, daß diejenige Energie, die für die Anzahl der Betätigungen des Ventils 36 benötigt wird, welche für einen erfolg reichen Betrieb erforderlich ist, weit über die Kapazität irgendeiner verfügbaren in sich abgeschlossenen Tiefloch- Speisespannungsquelle liegen dürfte. Dieses offensicht liche Energieproblem wird jedoch überwunden, wenn be rücksichtigt wird, daß der einen negativen Schlammdruck erzeugende Impulsgenerator 28 gemäß der vorliegenden Erfindung eine sehr schnelle Wirkung für das Ventil 36 hervorruft. Dies bedeutet, daß das Ventil 36 so ausge bildet werden kann, daß es auf die Anwendung der ge forderten 350 Watt während lediglich etwa 20 Millisekun den öffnet (oder schließt). Die zum Öffnen (oder Schließen) des Ventils erforderliche Energiemenge beträgt damit

Es gibt moderne Batterien hoher Dichte mit einer ange messenen Größe, die innerhalb des Raumes untergebracht werden können, der innerhalb der Bohrhülse 24 vorhanden ist, und die ohne weiteres eine Energie von 2000 Watt stunden liefern können. Deshalb kann man (sogar ohne Nach laden, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird) eine ausreichende Batterie genügender Energie bereitstellen, um das Ventil 36 etwa eine Million mal zu betätigen.

Unter der Annahme, daß das Ventil alle vier Sekunden einmal betätigt wird, vermag eine einzige Batterie ladung das Ventil fortlaufend über einen Monat lang zu betätigen. Es ist eine bedeutende Forderung hin sichtlich der Protokollierung während der Ausführung einer Bohrung, daß die Bohrlochanordnung unbeauf sichtigt zu arbeiten imstande ist (d. h. ohne Batterie nachladung), und zwar über zumindest die Zeitspanne zwischen "Rundfahrten", d. h. während der Zeitspanne, während der ein einziger Bohrmeißel ohne Austausch boh ren kann. Die besten Bohrmeißel halten lediglich etwa 100 bis 300 Stunden, weshalb der oben angegebene 30-Tage-Wert mehr als ausreichend ist.

Der praktische Aufbau des einen negativen Schlammdruck hervorrufenden Impulsgenerators 28 ist eine komplexe Angelegenheit. Obwohl sorgfältige Berechnungen unter Heranziehung der modernen Theorie der Hydrodynamik durchgeführt wurden, waren in den letzten Stufen viele Parameter durch empirische Methoden zu bestimmen. Ein wesentlicher Grund hierfür besteht darin, daß die "Viskosität" des Bohrschlamms bzw. Bohrschlicks thixotrop ist und daß das dynamische Verhalten ziem lich verschieden ist von dem Verhalten von Flüssig keiten mit einer klassischen oder sogenannten Newtonschen Viskosität. Das Bohrschlamm-"Gewicht" (Gramm pro Kubik zentimeter) und die "Viskosität" ändern sich über weite Bereiche. Dabei muß die Tatsache berücksichtigt werden, daß sich das "Gewicht" üblicherweise über einen wesent lich kleineren Bereich ändert als die "Viskosität". Der Bohrschlamm enthält üblicherweise nicht nur kolloidale Partikeln in einer Suspension, sondern auch größere Sandkörper und andere Partikeln.

Es wurde eine Experimentierreihe durchgeführt, um die minimale Größe der Abführöffnung zu bestimmen (die die Fluid-Ableitgeschwindigkeit steuert, mit der das Fluid in den Ringraum abgegeben wird). In dieser Untersuchungs reihe waren im Anschluß an ein großes "Servo"-Ventil (mit einem Durchmesser von 25,4 mm) kleinere austauschbare Öffnungen vorgesehen. Bei einer Bohrlochtiefe von 2400 m (entsprechend 8000 Fuß) und 1500 m (entsprechend 5000 Fuß) wurden die Untersuchungen durch sorgfältige Ausführung von Messungen vorgenommen, durch die die Größe des negativen Schlammdruckimpulses an der Ober fläche gemessen wurde, und zwar als Funktion der Größe der Abführungs- bzw. Ableitöffnung. Während diese Größe sukzessiv verringert wurde, schien die Höhe des Impulses an der Oberfläche nahezu unabhängig von der Größe der Öffnung zu sein, bis zum Erreichen einer überraschend kleinen Öffnungsfläche von ca. 0,32 cm² (entsprechend 0,05 Quadratzoll). Zu diesem Zeitpunkt wurde eine ge ringe Abnahme in der Impulshöhe beobachtet. Diese Eigen schaft war verhältnismäßig unerwartet; sie wurde jedoch später verstanden, nachdem die Elastizitätseigenschaften der Schlammsäule und die gespeicherte potentielle Energie in dieser Säule sorgfältig berücksichtigt wurden, wie dies oben erläutert worden ist. Diese Erkenntnis führte zu der Ansicht, daß ein kleiner Impulsgenerator zur Er zeugung eines negativen Schlammdrucks brauchbare Signale an der Oberfläche erzeugen könnte. Danach wurden Be rechnungen vorgenommen, und es wurde festgelegt, daß das "Servo"-Prinzip für die Ventilbetätigung nicht er forderlich ist. Die "Servo"-Ventil-Lösung wurde daher fallengelassen. Daraufhin wurde der direkt arbeitende und sehr schnell wirkende Impulsgenerator zur Erzeugung eines negativen Schlammdrucks entwickelt; er hat sich als erfolgreich erwiesen.

Bei einem praktisch ausgeführten Impulsgenerator 28 zur Erzeugung eines negativen Schlammdrucks können die folgenden Abmessungen als typisch angesehen werden: Öffnung 52 - Innendurchmesser 12,7 mm (entsprechend 0,50 Zoll); Öffnung 53 - Innendurchmesser ca. 7,8 mm (entsprechend 0,306 Zoll); Hub des Ventils 36 - ca. 3,2 mm (entsprechend 0,125 Zoll); Durchmesser des Kolbens 50 - ca. 9,7 mm (entsprechend 0,383 Zoll); Durchmesser des Ventils 36 an seiner Sitzfläche - ca. 10,9 mm (entsprechend 0,430 Zoll); Winkel des Sitzes 37 relativ zur Achse der Ventilbewegung - 60°; Durchmes ser der Öffnung am Sitz 37 oder Durchgang 48 - ca. 9,5 mm (entsprechend 0,375 Zoll); Durchmesser des Ventil schafts 46, 47 - ca. 4,7 mm (entsprechend 0,187 Zoll).

In Fig. 3F ist schematisch eine Batterie eines speziellen Typs veranschaulicht, die gut geeignet ist für die Speisung der Tieflochanlage gemäß der Erfindung.

Tiefe Erdölbohrungen weisen verschiedentlich hohe boden seitige Lochtemperaturen zwischen 149°C und 204°C (ent sprechend 300-400°F) auf. Viele elektrische Batterien können bei dieser Temperatur nicht betrieben werden. Da bei existiert jedoch eine Ausnahme: die modernen Batterien mit geschmolzenem Salz. Diese Batterien arbeiten gut bei hohen Temperaturen von 400°C bis 500°C oder bei noch höheren Temperaturen; sie arbeiten allerdings prinzipiell nicht richtig bei tieferen Temperaturen, da bei derarti gen Temperaturen der Elektrolyt sich verfestigt und auf hört, elektrisch zu leiten. Eine Lithium-Aluminium-Eisen- Sulfid-Schmelzsalz-Batterie wird von der Firma Eagle Pitcher Co., Joplin, Missouri, hergestellt. Andere Her steller stellen ebenfalls Schmelzsalz-Batterien hoher Energie her, die speziell für den Einsatz in elektri schen Fahrzeugen beabsichtigt sind. Diese Batterien sind sehr gut geeignet für den Betrieb bei hoher Temperatur.

Wie in Fig. 3F dargestellt, ist eine Anordnung vorge sehen, die die Batterie gewissermaßen startet, bevor sie in den heißen Bereich des Ölbohrloches eingetaucht wird, und die die Batterie im Gebrauch geladen hält. In Fig. 3F ist mit 155 die zugehörige Batterie bezeichnet. Mit 156 sind Heizelemente bezeichnet, die so angeordnet bzw. ausgelegt sind, daß eine geringe Wärmemenge an die Batterie 155 abgegeben wird. Mit 157 ist eine Verkleidung bezeichnet, die eine Wärmeisolation aufweist, beispiels weise ein Material, das als "Superisolationsmaterial" bekannt ist, wie es von der Firma Union Carbide Co., New York oder als "Multifoil" von der Firma The Thermo Electron Co., Waltham, Mass., hergestellt wird. Anfangs wird eine äußere Spannung (von einer nicht dargestellten Spannungsquelle) an den Anschluß 158 abgegeben (während sich das Gerät an der Oberfläche befindet, und zwar vor der Einführung in die Bohrung). Diese Spannung aktiviert die Heizelemente 156, und der Batterieelektrolyt schmilzt. Ferner wird die Batterie 155 durch die an den Anschluß 158 angelegte Spannung geladen, bevor das betreffende Gerät in das Ölbohrloch eingeführt wird. Wenn die Batterie 155 eine in ihrem normalen Betriebstemperaturbereich liegende Temperatur besitzt, wird der Stromkreis zu dem Heiz element 156 durch den Thermostatschalter 159 geöffnet. Dieser Schalter ist während solcher Zeitspannen ge schlossen, während der die Abgabe einer zusätzlichen Wärme an die Batterie 155 erforderlich ist. Wenn eine Datenaufzeichnung bzw. Protokollierung während des Bohrens erfolgt, bewirkt die Schwingung des Werkzeugs, daß die Einrichtung 160 einen Ladestrom erzeugt. Die Einrichtung 160 ist an anderer Stelle näher beschrie ben (siehe US-PS 39 70 877). Anstelle der an der vor stehend erwähnten Stelle beschriebenen Einrichtung könn ten auch eine kleine, durch einen Schlammstrom gespeiste Turbine und ein elektrischer Generator verwendet werden, um die Batterie geladen zu halten, da lediglich eine Dauerladeleistung von etwa 1 W erforderlich ist.

In Fig. 3G ist schematisch eine Batterie eines noch weiteren speziellen Typs veranschaulicht. Diese Batterie kann dazu herangezogen werden, die Tiefloch-Anlage ge mäß der vorliegenden Erfindung zu speisen. Diese Batterie verwendet vorzugsweise Zellen des Lithium-Schwefel-Typs, wie sie von der Firma Power Conversion Inc., Mt. Vernon, New York, hergestellt werden. Außerdem können für diese Batterie auch Zellen des LeClanche-Typs oder Blei-Säure- Zellen verwendet werden. Sämtliche derartige Zellen ent wickeln dann, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt wer den (welche normalerweise in tiefen Erdbohrlöchern vor handen sind) hohe innere Drücke, so daß die Zellen die Neigung zeigen, zu explodieren. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung (in Fig. 3G dargestellt) vorgesehen, durch die dieses Problem über wunden ist. Gemäß Fig. 3G ist eine Vielzahl von einzelnen Zellen 161 des oben erwähnten Typs in Reihe geschaltet zwischen einem Erdanschluß 162 und einem positiven An schluß 163 vorgesehen. Jede Zelle ist vorzugsweise mit einer herkömmlichen Druckentlastungskappe oder einem herkömmlichen Druckentlastungsventil 164 versehen. Gemäß der Erfindung sind die Zellen 161 in einem Behälter oder Reservoir 165 untergebracht, der Drücken zu widerstehen imstande ist, welche jene Drücke überschreiten, die von dem Elektrolyten der Zellen 161 entwickelt werden könn ten. Innerhalb des Vorratsbehälters 165 ist eine Flüssigkeit 166 vorgesehen, die dieselben oder ähnliche Druck-Temperatur-Charakteristiken besitzt wie der Elektrolyt. Dies bedeutet, daß die Flüssigkeit 166 einen Dampfdruck entwickeln wird (wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird), der weitgehend gleich dem Dampfdruck des Elektrolyten in den Zellen 161 ist. Im einfachen Fall der Zelle des LeClanche-Typs oder der Blei-Säure-Zelle kann die Flüssigkeit 166 Wasser sein, da der Behälter 165 hermetisch abgeschlossen und druckbeständig ist. Die Flüssigkeit 166 (in diesem Beispiel also Wasser) wird niemals kochen - unabhängig davon, wie hoch die Temperatur ist. Vielmehr bildet sich in dem Raum oberhalb der Flüssigkeit 166 einfach ein Dampfdruck aus, der hoch genug ist, um den Dampf druck auszugleichen, der durch die heiße Flüssigkeit 166 erzeugt wird.

Dasselbe Prinzip kann dann angewandt werden, wenn die Zellen vom Lithium-Schwefel-Typ sind. Die Flüssigkeit 166 sollte dabei Schwefeldioxid sein. Der Schwefeldioxiddampf, der von den Zellen 161 erzeugt wird, wird sich stets im Druckausgleich mit dem Behälter 165 befinden, da die Schwefeldioxidflüssigkeit in diesem zusätzlichen Behäl ter 165 stets Drucke erzeugen wird, die gleich jenen Drücken sind, die durch die Zellen 161 erzeugt werden.

Schwefeldioxid und Wasser gemäß den zuvor angegebenen Beispielen stellen häufig jedoch nicht zufrieden, und zwar a) mit Rücksicht darauf, daß Schwefeldioxid in starkem Maße korrosiv ist, und mit Rücksicht darauf, daß Wasser ein elektrischer Leiter ist und die Batterien kurzschließen kann. Eine alternative Substanz ist Di- Chlordifluormethan, das gewöhnlich als Freon bezeichnet wird und das von der Firma E. I. DuPont & Co, Wilmington, Delaware, hergestellt wird. Viele Arten von Freons sind mit einer nahezu unbegrenzten Anzahl von thermodynami schen Eigenschaften entwickelt worden, d. h. mit Druck- Temperatur-Verhältnissen. Andere Substanzen können ohne weiteres ermittelt werden, wie Kohlenwasserstoffdämpfe, Propan oder Butan oder Mischungen von Dämpfen und Gasen. Es dürfte genügen darauf hinzuweisen, daß die Batterie zellen 161 in einem Behälter 165 eingeschlossen sind und daß in diesen Behälter eine geringe Menge einer Substanz eingebracht wird, die ähnliche Temperatur-Druck-Be ziehungen wie der Elektrolyt in den Batteriezellen 161 aufweist. In Fig. 3F und 3G ist lediglich eine geringe Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen veranschaulicht. Tatsächlich wird normalerweise eine große Anzahl von Zellen verwendet. Bei der hergestellten Anlage gemäß Fig. 3G sind 17 Leistungs-Umsetz-Co-Lithium-Schwefel- Zellen verwendet worden.

Eine weitere bedeutende Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Zeitspanne, während der das Ventil 36 "geöffnet" gehalten wird, keine Beziehung zu dem erforderlichen Energiebedarf hat. Die einzige erforderliche Energie ist diejenige Energie, die bereit zustellen ist, um das Ventil 36 in die "geöffnete" Stellung zu betätigen. Die Bedeutung dieses Merkmals dürfte aus der folgenden Betrachtung vollständig er sichtlich werden.

Es ist experimentiell bestimmt worden, daß das Ventil während einer Dauer von etwa 1/2 bis 1 Sekunde geöffnet gehalten werden muß, um ein starkes Signal aus einer Tiefe von 3000 bis 6000 m (entsprechend 10 000 bis 20 000 Fuß) zu liefern und daß jegliche elektromechani sche Einrichtung (Hubmagnet oder sonstige Einrichtung) während dieser Zeitspanne nicht nur hohe Energiemengen benötigt, sondern auch überhitzt wird und unter Bohrbedingungen wahrscheinlich aufgrund der selbst er zeugten Wärme verbrennt.

Wie oben ausgeführt, sind zwei typische Fühler als Beispiele der Typen vorgesehen, die beim Betrieb der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In Fig. 3C ist ein natürlicher Gammastrahlenfühler mit seiner zugehörigen Schaltungsanordnung veranschaulicht, die bei diesem Beispiel vom Analog-Typ ist. In Fig. 3D ist ein Temperaturfühler veranschaulicht, der beispiels weise vom Digital-Typ ist. Jeder dieser Fühler kann mit dem Eingangsanschluß der Instrumentenanlage verbunden sein, die in Fig. 3E veranschaulicht ist und auf die weiter unten noch näher eingegangen werden wird.

Gemäß Fig. 3C ist ein Geigerzähler 168 vorgesehen, der mit einer herkömmlichen Hochspannungsquelle +HV ver sehen ist. Der Geigerzähler 168 erzeugt Impulse; er ist über einen Kondensator 169 mit einem Verstärker 171 ver bunden und erzeugt an seinem Ausgang Impulse, die jenen Impulsen des Geierzählers 168 entsprechen. Eine eine Untersetzung um 1024 vornehmende Untersetzungsschal tung 172 erzeugt einen Ausgangsimpuls auf jeweils 1024 Geigerzähler-Impulse hin. Das Ausgangssignal dieser Untersetzerschaltung 172 ist durch Impulse ver anschaulicht, die in einer Zeitspanne von t1 aufeinan derfolgen. Je höher die Gammastrahlenintensität ist, je höher wird die Frequenz der Impulse am Ausgang der Untersetzerschaltung 172 sein, und umso kürzer wird die Zeitspanne t1 sein.

In Fig. 3D ist der Fall des Temperaturfühlers veran schaulicht. Die Temperatur wird mittels eines Thermistors 173 ermittelt, d. h. mit Hilfe eines Halbleiters, dessen Widerstand sich mit der Temperatur verändert (wobei der betreffende Halbleiter mit einer geeigneten Speise spannungsquelle - nicht dargestellt - versehen ist). Dabei ist angenommen, daß das Ausgangssignal des Thermistors 173 eine zu der Temperatur im Verhältnis stehende Gleichspannung ist. Der Verstärker 174 ver stärkt diese Gleichspannung und drückt sie gewissermaßen einem Analog-Digital-Umsetzer 175 auf, der seinerseits eine Reihe von binären Bytes nacheinander erzeugt. Dabei ist jedes Byte kennzeichnend für eine Zahl, die proportional der ermittelten Temperatur ist. Die Ausgangssignale von Leistungsverstärkern 185 und 186 werden dabei dazu herangezogen, die Speisung der Wicklungen von mit ihren Rückseiten gewissermaßen miteinander gekoppelten Hubmagneten zu steuern (wie dies nachstehend beschrieben wird), um das Ventil 36 zu betätigen. Wenn die Wicklung 55 gespeist wird, wird der Hubmagnetanker 57 (siehe Fig. 3B) nach oben bewegt, wodurch ein nach oben gerichteter Druck auf den Schaft 47 unter Betätigung des Ventils 36 ausgeübt wird, das dadurch in die "geöffnete" Stellung gelangt. Wenn die Wicklung 59 gespeist wird, wird der Hubmagnetanker 61 nach unten be wegt, wodurch der Schaft 47 eine Abwärtsbewegung ausführt und das Ventil 36 derart betätigt, daß es in die "ge schlossene" Stellung gelangt.

Bei den gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Fühlern wird die Größe des Bohrlochparameters durch elektrische Impulse dargestellt. Die Folge der Impulse stellt einen Code (einen Binärcode oder sonstigen Code) dar, und diese Codefolge charakterisiert die Größe des Parameters. In Fig. 3E ist veranschaulicht, wie jeder einzelne Impuls dieses Codes verarbeitet wird, um das Ventil 36 zu betätigen. Gemäß Fig. 3E ist mit 177 ein derartiger Impuls bezeichnet, der während einer kurzen Zeitspanne auftritt, die lediglich einige wenige Mikro sekunden beträgt. Dieser Impuls 177 wird der in dem Block 178 enthaltenen Schaltungsanordnung aufgedrückt. Dieser Schaltungsblock 178 enthält ein monostabiles Kippglied sowie geeignete Invertierungs-Gleichrichter schaltungen, wie sie auf dem Gebiet der Elektronik be kannt sind. Die betreffende Schaltung 178 gibt auf das Auftreten eines einzigen Eingangsimpulses hin zwei Aus gangssignale ab, die zeitlich um t1 voneinander getrennt sind. Der erste Impuls fällt normalerweise zeitlich mit dem Eingangsimpuls zusammen, und der zweite Impuls tritt um eine Zeitspanne von t1 später auf, wie dies durch die Impulse 179 und 180 veranschaulicht ist. Diese elektrischen Impulse 179, 180 werden nunmehr den in den Blöcken 181 bzw. 182 enthaltenen Schaltungen auf gedrückt bzw. zugeführt. Diese beiden Schaltungen sind identisch; dabei handelt es sich um sogenannte Impuls verlängerungsschaltungen, die an sich auf dem Gebiet der Elektronik bekannt sind. Jeder Eingangsimpuls wird derart verlängert, daß Ausgangsimpulse 183 bzw. 184 abgegeben werden. Diese Impulse werden Darlington- Leistungsverstärkern 185 bzw. 186 zugeführt (wie sie von der Firma Lambda Mfg. Co, Melville, New York, her gestellt und unter der Typenbezeichnung PMD16K100 ver trieben werden).

Bei der praktischen Ausführung der elektronischen Ver knüpfungs- und Leistungsschaltungsanordnung gemäß Fig. 3E, die bei der bevorzugten Ausführungsform ver wendet worden ist, sind als Konstanten folgende Werte gewählt worden: t1=500 ms und t2=20 ms. Wenn im Be trieb ein einzelner Impuls 177 über die Leitung 167 ab gegeben wird, wird der Darlingtonverstärker 185 während einer Dauer von 20 ms eingeschaltet und sodann ausge schaltet. Sodann wird 500 ms später der Darlingtonver stärker 186 während einer Dauer von 20 ms eingeschaltet und sodann ausgeschaltet. Dadurch wird das Ventil 36 während einer Zeitspanne von 500 ms geöffnet, ohne daß irgendeine Energie während dieser Zeitspanne benötigt wird. Eine Energie wird lediglich während der kurzen Zeitspanne von 20 ms benötigt, die erforderlich sind, um das Ventil 36 in die geöffnete oder geschlossene Stellung zu betätigen. Die oben angegebenen Zahlenwerte dienen im übrigen lediglich für Veranschaulichungs zwecke. Es dürfte genügen darauf hinzuweisen, daß da durch, daß die Wirkung des Ventils 36 (a) sehr schnell und (b) bistabil gemacht wird, sehr hohe Schlamm drücke und Schlammvolumen durch die Ventilbetätigung befördert werden können, ohne daß die Forderung nach Verwendung von großen Energiemengen vorhanden ist. Außerdem können, wie oben beschrieben, relativ ge ringe Energie liefernde Batterien das Ventil etwa eine Million mal betätigen.

Bei einer praktischen Ausführungsform dieser Vorrich tung beträgt das Gewicht des gesamten Ventilmechanis mus 36 gemäß Fig. 2A oder 3A einschließlich des Hub magnetankers 54, des Schaftes 46 und des Kolbens 50 etwa 255 g (entsprechend 9 Unzen). Das Ventil 36 ist so ausgelegt worden, daß es bei einem Differenzdruck von ca. 112 at (entsprechend 1600 psi) arbeitet und so proportioniert ist, daß es bei optimaler Leistung arbeitet. Dies schließt die Folge ein, daß die zum Öffnen und Schließen des Ventils 36 erforderliche Kraft die Kraft aufgrund der Vertikalbeschleunigung der gesamten Vorrichtung nahe des Meißels 26 überstei gen muß.

Unter der Annahme eines Schwingungswertes von 60 g und des Gewichts von ca. 255 g (entsprechend 9 Unzen) beträgt die maximale vertikal gerichtete Kraft auf das Ventil 36 infolge der Schwingung des Werkzeugs 56 etwa 31 Pfund bzw. 15,42 kg (entsprechend 34 Pounds). Um sicher zu sein, daß das Ventil 36 nicht unbeabsichtigt geschlossen wird, müssen die das Ventil geschlossen haltende Kraft gemäß Fig. 2B und die das Ventil geöffnet haltende Kraft gemäß Fig. 2A etwa 31 Pfund (entsprechend 34 Pounds) überschreiten. Durch geeignete Wahl des ersten und des zweiten der voneinander unabhängigen Parameter, wie sie oben be schrieben worden sind, wird ein Ausgleichszustand er reicht. Unter Ausgleich wird hier verstanden, daß die zum Öffnen des Ventils 36 erforderliche Kraft gleich der Kraft ist, die zum Schließen des Ventils benötigt wird.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete ober irdische Anlage, und zwar hinsichtlich der Verfahren und Anordnungen zur Beseitigung von Störauswirkungen, die im Ausgangssignal des Druckwandlers 100 vorhanden sein können, können verschiedene Formen besitzen, wie dies nunmehr beschrieben werden wird.

In Fig. 4 ist eine typische oberirdische Anlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darge stellt. Bei dieser Anlage ist der ermittelte Bohrloch parameter die Radioaktivität von Formationen, die von der Bohrung während des fortschreitenden Bohrens durch zogen werden. Der entsprechende Teil der Datenaufnahme- bzw. Protokollierungsanlage, der sich unterhalb der Erd oberfläche befindet, ist zuvor beschrieben und in Fig. 2A, 2B sowie 3A bis 3G dargestellt worden.

Gemäß Fig. 4 wird durch einen mit dem Standrohr 16 ver bundenen Druckwandler 100 die Änderung bzw. Schwankung des Schlammdrucks innerhalb des Standrohres in eine sich ändernde elektrische Spannung umgesetzt. Diese Spannung ist kennzeichnend für eine Mischung zweier Komponentensignale: Dem brauchbaren, eine Information mit sich führenden Signal und dem Störsignal. Das eine Information mit sich führende Signal ist eine Folge von kurzen, negativen Schlammdruckimpulsen, die durch das plötzliche Öffnen und Schließen des Ventils 36 erzeugt werden. Das Störsignal liegt vor in Form von relativ langsamen und periodisch auftretenden Druck änderungen, die durch die Hübe der Schlammpumpe 12 erzeugt werden. Diese Schlammpumpensignale zeigen die Neigung, die Information zu maskieren bzw. auszu blenden, die durch Ausnutzung der kurzen negativen Schlammdruckimpulse zu erzielen erwünscht ist.

Eines der Ziele der Erfindung besteht dabei darin, aus dem durch den Wandler erzeugten "verunreinigten Signal ein "sauberes" Signal zurückzugewinnen, welches die erwünschte Information liefert. Erreicht wird dies mittels einer Signalgewinnungsschaltung 102, die am Ausgangsanschluß 101 des Druckwandlers 100 angeschlos sen ist. Die Signalgewinnungsschaltung beseitigt Stör effekte und erzeugt an ihrem Ausgangsanschluß 108 eine Folge von Impulsen, aus denen die den Bohrlochparameter betreffende Information ohne weiteres erhalten werden kann.

Die Signalgewinnungsschaltung 102 wird in einer bestimm ten Weise durch eine Folge von Zeitsteuerimpulsen ge steuert, die von einem Impulsgenerator 111 her erhal ten werden und die an Steueranschlüsse 113, 114 abge geben werden. Der Impulsgenerator 111 wird mechanisch von der Schlammpumpe 12 her angetrieben, um eine ge eignete Anzahl von Zeitsteuerimpulsen pro Pumpenumlauf zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist eine kettengetriebene Antriebsanordnung 112 vorgesehen.

Das von der Signalgewinnungsschaltung 102 erhaltene "saubere" informationstragende Signal liegt vor in Form von Impulsen, die von der Betätigung des Ventils 36 des Generators 28 abgeleitet sind. Die relevante In formation ist durch die Zeitintervalle gegeben, die die Impulse voneinander trennen. Ein am Ausgangsanschluß 108 der Signalgewinnungsschaltung angeschlossener Zeit- Amplituden-Umsetzer 115 setzt diese von der Betätigung des Ventils 36 des Generators 28 abgeleiteten Impulse in Signale um, deren Größe kennzeichnend sind für die dazwischenliegenden Intervalle. Der Umsetzer 115 ist eine an sich bekannte elektronische Einrichtung; er kann aus Bauelementen aufgebaut sein, wie sie von der Firma Burr-Brown, Tuscon, Arizona, USA, hergestellt werden. Bezüglich einer weiteren detaillierten Beschrei bung von Zeit-Ampituden-Umsetzern sei auf die Druck schrift "Nuclear Instruments and Methods" 121 (1974), Seiten 547 bis 566, North Holland Publishing Co., hinge wiesen, und zwar insbesondere auf den Artikel "Logic Design of High Precision Time to Pulse Height Converters" von M. Bertolaccini und S. Cova.

Die von dem Umsetzer 115 abgenommenen Signale werden ihrerseits dem Eingangsanschluß 109 einer Reziprok bildungsschaltung 118 zugeführt. Die Reziprokbildungs schaltung 118 (die beispielsweise von der Firma Analog Devices, Inc., Norwood, Mass., hergestellt sein kann) liefert Ausgangsspannungen, die Reziprokwerte der Ein gangsspannungen sind. Wenn demgemäß eine Eingangsspannung der Größe M der Reziprokbildungsschaltung 118 zugeführt wird, dann wird eine Ausgangsspannung mit einer Größe von 1/M erhalten. Diese Signale mit den Größen 1/M wer den ihrerseits auf dem Registrierstreifen eines Auf zeichnungsgerätes 120 aufgezeichnet. Der Aufzeichnungs- Registrierstreifen des Registriergeräts 120 wird in Korrelation mit der sich ändernden Tiefe der Fühlerein heit 30 durch eine Tiefenfühleinrichtung 121 bewegt. Die Tiefenfühleinrichtung kann beispielsweise eine modifizierte oder angepaßte Anordnung sein, wie sie von der Firma The Geolograph Medeavis Company, Oklahoma City, Oklahoma, USA, vertrieben wird.

Um die Betriebseigenschaften der Signalgewinnungsschal tung 102 deutlicher zu veranschaulichen, wird das Ver halten der verschiedenen Signale analysiert, die in den Betrieb der betreffenden Schaltung einbezogen sind. Diese Signale sind schematisch in vereinfachter und idealisierter Form als zeitlich sich ändernde Signale in Fig. 5 veranschaulicht. Dabei sei von folgender Be ziehung ausgegangen:

F(t) = S(t) + N(t) (1)

wobei S(t) das brauchbare, eine Information tragende Signal bedeutet, welches durch die negativen Schlamm druckimpulse P1, P2 und P3 gebildet wird, die längs der Zeitachse t ausgerichtet sind. (Siehe Fig. 5 (Achse A)). Die Zeitpunkte des Auftretens dieser Impul se, die den Zeitpunkten der Betätigung des Ventils 36 des Generators 28 entsprechen, sind mit t1, t2 bzw. t3 bezeichnet. Die Zeitintervalle, die diese Impule voneinander trennen, sind mit λ1=t2-t1, λ2=t3-t2 bzw. λ3=t4-t3 bezeichnet. Diese Zeitspannen sind kennzeichnend für die Intensität der gemessenen Strahlung. Wenn diese Zeitintervalle groß sind, ist die Intensität relativ schwach, und umge kehrt ist die Intensität relativ stark, wenn die be treffenden Zeitspannen kurz sind. Das durch die Schlamm pumpe 12 erzeugte Störsignal ist in Fig. 5 (Achse A) durch eine periodische, nicht jedoch notwendigerweise sinus förmige Funktion N(t) veranschaulicht, die eine Periode von T besitzt. Die Länge der Periode steht in Beziehung zur Drehzahl der Pumpe.

Um die Erläuterung zu erleichtern, sind die relativen Maßstäbe in Fig. 5 verzerrt gewählt. In der Praxis können 50 bis 80 Schwingungen von N(t) zwischen dem Zeitpunkt des Auftretens von P1 und P2 liegen. Demgemäß können sich λ1 und λ2 von 50T bis 80T ändern. In Fig. 5 (Achse A) sind jedoch lediglich einige wenige Schwingungen von N(t) zwischen P1 und P2 veranschaulicht. Überdies besitzen in der Praxis die negativen Schlamm druckimpulse P1, P2, P3 keine reine Rechtecktform, wie dies in Fig. 5 (Achse A) veranschaulicht ist. Darüber hinaus sind die tatsächlichen Impulse wesentlich schmaler als jede, die in Fig. 5 (Achse A) veran schaulicht sind. Aufgrund der tatsächlichen Erfahrung beträgt die Höhe des Impulses P1, P2 oder P3 etwa 0,1 bis 0,01 der maximalen Amplitude der Schwingung N(t).

Die Achsen A-E sind in Fig. 5 untereinanderliegend derart angeordnet, daß man die Signale in ihren zeitlichen Be ziehungen zueinander vergleichen kann. Unter Heran ziehung dieser Darstellungen können nunmehr die instrumentellen Schritte aufgewählt werden, die in den Betrieb der Signalgewinnungsschaltung 102 einbe zogen sind. Dabei handelt es sich um folgende Schritte:

Schritt 1: Das Eingangssignal F(t) wird um eine Größe T so versetzt, daß folgende Beziehung erhalten wird:

(F(t-T) = S(t-T) + N(t-T) (2)

wobei S(t-T) und N(t-T) das versetzte brauchbare Signal bzw. das versetzte Störsignal bedeuten. Die beiden Signale sind in Fig. 5 (Achse B) veranschaulicht. Das Signal S(t-T) ist durch die Impulse P1^(a), P2^(a) und P3^(a) dargestellt. Diese Impulse werden dadurch erhal ten, daß die entsprechenden Impulse P1, P2 und P3 gemäß Figur (Achse A) um einen Betrag von T versetzt werden. Das Signal N(t-T) gemäß Fig. 5 (Achse B) ist als Signal dargestellt, das sich in genauem Synchronis mus mit N(t) gemäß Fig. 5 (Achse A) befindet. Dies er gibt sich mit Rücksicht auf die Periodizität des Signals. Damit gilt

N(t-T) ≡ N(t) (3)

Schritt 2: Die versetzte Eingangsfunktion F(t-T) wird von der ursprünglichen Eingabefunk tion F(t) substrahiert, wodurch folgende Beziehung erhalten wird:

M(t) = F(t) - F(t-T) (4)

Unter Berücksichtigung der Gleichungen (1), (2) und (3) erhält man

M(t) = S(t) - S(t-T) (5)

Demgemäß ist das Störsignal beseitigt worden; es tritt nicht in M(t) auf. Dies kann aus einer Betrachtung von Fig. 5 (Achsen A und B) ersehen werden.

Wie in Fig. 5 (Achse C) dargestellt, besteht M(t) aus Impulsen, die paarweise auftreten. Jedes Impulspaar enthält einen negativen Impuls und einen positiven Impuls. Diese beiden Impulse sind dabei um eine Zeit spanne von T voneinander getrennt. Demgemäß ist ein Impulspaar dargestellt, bestehend aus einem Impuls P1^(b) und einem Impuls P1⁽⁾; dieses Impulspaar wird von einem Impulspaar gefolgt, bestehend aus einem Impuls P2^(b) und einem Impuls P2⁽⁾. Danach folgt ein weiteres Impulspaar, bestehend aus einem Impuls P3^(c) und einem Impuls P3⁽⁾, usw.

Schritt 3: Die Größe M(t) wird um eine Zeitspanne von T derart versetzt, daß M(t-T) erhalten wird. Demgemäß wird die gesamte Folge der Impulse gemäß Fig. 5 (Achse C) längs der Zeitachse um T so verschoben, daß sie in der aus Fig. 5 (Achse D) ersichtlichen Lage auftritt. Die impulsweise Anordnung der Impulse ist aus Fig. 5 (Achse D) ersichtlich. Jedes Impulspaar, wie das die Impulse P1⁽⁾ und P1⁽⁾ umfassende Impulspaar, ist in bezug auf das Impulspaar, umfassend die Impulse P1^(b) und P1⁽⁾ (wie dies in Fig. 5 (Achse C) veranschaulicht ist), um T versetzt. In entsprechender Weise ist das Impulspaar mit den Impulsen P2^(c) und P2⁽⁾ in bezug auf das die Impulse P2^(b) und P2⁽⁾ umfassende Impulspaar um T ver setzt, und so weiter.

Schritt 4: Es werden die versetzten Impulse gemäß Fig. 5 (Achse D) mit den Impulsen gemäß Fig. 5 (Achse C) verglichen. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß einige dieser Impulse gemäß Fig. 5 (Achse D) zeit lich koinzident mit einigen Impulsen gemäß Fig. 5 (Achse C) auftreten. Die Zeitpunke des koinzidenten Auftretens derartiger Impulse sind in Fig. 5 (Achse E) als Impulse P1^(d), P2^(d) und P3^(d) festgehalten. Dem gemäß koinzidiert P1^(d) mit P1⁽⁾ und P1^(c), ferner koinzidiert P2^(d) mit P2⁽⁾ und P2^(c), und P3^(d) koinzi diert mit P3⁽⁾ und P3^(c).

Die Zeitpunkte, zu denen die Impulse P1^(d), P2^(d) und P3^(d) auftreten, sind t1+T, t2+T bzw. t3+T.

Die Impulse P1^(d), P2^(d) und P3^(d) entsprechend den in Fig. 5 (Achse A) veranschaulichten Impulsen P1, P2 bzw. P3. Demgemäß kennzeichnen die in Fig. 5 (Achse E) dargestellten Impulse auch diese brauchbare Funktion, die nunmehr S(t-T) ist, da sie lediglich um T versetzt ist. Es dürfte ersichtlich sein, daß die Impulse G gemäß Fig. 5 (Achse E) diejenige Information liefern, die zu erhalten versucht wird. Die Zeitspanne zwischen P1^(d) und P2^(d) beträgt λ1, und die Zeitspanne zwischen P2^(d) und P3^(d) beträgt λ2, etc. Die Größen λ1, λ2, etc. sind kennzeichnend für die Strahlung, die durch den Gammastrahldetektor gemessen wird.

Die vorstehend angegebenen Schritte werden nunmehr hin sichtlich ihrer Beziehung auf die Leistungsfähigkeit der Signalgewinnungsschaltung 102 und insbesondere im Hinblick auf jene zwei Komponententeile betrachtet, die in Fig. 4 mit 105 bzw. 107 bezeichnet sind und die in Fig. 6 und 7 schematisch dargestellt sind.

Die Komponente 105 nimmt an ihrem Eingangsanschluß 101 (bei dem es sich um denselben Anschluß handelt wie um den Anschluß der Signalgewinnungsschaltung 102 gemäß Fig. 4) das Signal F(t) auf. Wie in Fig. 6 dar gestellt, wird dieses Signal über einen Verstärker 130 dem Eingangsanschluß 131 eines Verzögerungsnetzwerkes 132 zugeführt. Das Verzögerungsnetzwerk bewirkt eine Verzögerung des Signals F(t) um T; es erzeugt an seinem Ausgangsanschluß 134 somit das Signal F(t-T). Dieses Signal stellt die Summe zweier Komponenten signale S(t-T) und N(t-T) dar, die in Fig. 5 (Achse B) dargestellt sind.

Das Signal F(t-T) wird dem einen Eingangsanschluß 134 einer Subtrahiereinrichtung 135 zugeführt. Der andere Eingangsanschluß 136 der Subtrahiereinrichtung nimmt direkt das Signal F(t) auf, das vom Anschluß 101 her über einen Leiter 137 zugeführt wird. Demgemäß erhält man am Ausgangsanschluß 106 der Subtrahiereinrich tung 135 das Differenzsignal M(t)=F(t)-F(t-F). Dies ist in Fig. 5 (Achse C) veranschaulicht.

Das Verzögerungsnetzwerk 132 ist mit einem Steueran schluß 113 versehen, der ein die Verzögerungszeit T steuerndes Signal aufnimmt. Es ist wichtig, daß die Dauer der Verzögerungszeit T gleich der Dauer der Periode der Schlammdruckschwingungen ist, die von der Schlammpumpe 12 erzeugt werden.

Die Größe der Verzögerungszeit T wird durch die Zeit steuerimpulse gesteuert, die von dem Impulsgenerator 111 her abgeleitet sind, der ebenfalls in Fig. 4 dar gestellt ist. Diese Impulse werden über den Leiter 110 dem Steueranschluß 113 zugeführt. Es sei darauf hinge wiesen, daß die Verzögerungszeit T gleich der Perioden dauer der Schwingung des Schlammdruckes ist, der in aufeinanderfolgenden Hüben der Schlammpumpe 12 erzeugt wird. Demgemäß muß die Frequenz dieser Zeitsteuerimpulse durch die Drehung der Pumpe gesteuert werden.

Unter der Annahme, daß die Pumpe N1 Hübe pro Sekunde ausführt, beträgt T somit 1/N1. Der Impulsgenerator 111 erzeugt Zeitsteuerimpulse mit einer relativ hohen Frequenz von N2, bei der es sich um ein Vielfaches von N1 handelt. Demgemäß ist N2=KN1, wobei K eine Konstante ist, die mit 512 gewählt worden ist. Wenn die Hübe der Pumpe eins pro Sekunde betragen, würde dies erfordern, daß der Signalgenerator 512 Impulse pro Sekunde erzeugt. Es dürfte ersichtlich sein, daß die Impulsfrequenz der Schlammpumpe 12 sich zeitlich ändert und daß sich demgemäß N2 derart ändert, daß sichergestellt ist, daß die durch das Verzögerungsnetz werk 132 erzeugte Verzögerungszeit stets gleich einer Periode der Schlammdruckschwingungen ist, die von der Schlammpumpe 12 erzeugt werden.

Das Verzögerungsnetzwerk 132, das, wie oben beschrieben, gesteuert wird, kann eine sogenannte Reticon-Modell- SAD-1024-Dual-Analog-Verzögerungsleitung sein, wie sie von der Firma Reticon Corporation, Sunnyvale, California, USA, vertrieben wird.

Die zuvor beschriebenen Instrumentalschritte sind die Schritte 1 und 2, die von der Komponente 105 der Signal gewinnungsschaltung 102 ausgeführt werden. Dabei wird das Eingangssignal F(t) - das durch seine Komponenten in Fig. 5 (Achse A) veranschaulicht ist - in ein Aus gangssignal M(t) transformiert, welches als Folge von Impulspaaren auftritt und in Fig. 5 (Achse C) veran schaulicht ist. Nunmehr sei mit der Beschreibung weiterer Instrumental-Schritte fortgefahren, die erforderlich sind, um die gewünschten Ziele zu erreichen. Diese Schritte werden durch die Komponente 107 der Signalgewinnungs schaltung 102 ausgeführt.

Nunmehr sei auf Fig. 7 Bezug genommen. Das Signal M(t) wird nunmehr über den Leiter 140 an ein Verzögerungs netzwerk 141 abgegeben. Dieses Verzögerungsnetzwerk ist identisch mit dem in Fig. 6 dargestellten Ver zögerungsnetzwerk 132. Es nimmt an seinem Steueran schluß 114 dasselbe Steuersignal auf, das dem Steuer anschluß 113 des Verzögerungsnetzwerks 105 zugeführt wurde. Demgemäß beträgt die Verzögerungsdauer, die durch das Verzögerungsnetzwerk 141 hervorgerufen wird, gleich T, und das am Ausgang des Verzögerungsnetz werks 141 auftretende Signal ist M(t-T), wie dies in Fig. 5 (Achse D) veranschaulicht ist. Dieses Ausgangs signal wird über einen Verstärker 143 einem Eingangs anschluß 145 eines UND-Gliedes 146 zugeführt. Gleich zeitig wird das unverzögerte Signal M(t) über den Lei ter 147 und den Verstärker 148 dem anderen Eingangsan schluß 149 des UND-Gliedes 146 zugeführt. Diese beiden Eingangssignale M(t) und M(t-T), die dem UND-Glied 146 zugeführt werden, sind in Fig. 5 (Achse A bzw. Achse D) veranschaulicht. Wie oben bereits festgestellt, treten einige in Fig. 5 (Achse C) dargestellten Impulse koinzi dent mit Impulsen gemäß Fig. 5 (Achse D) auf. Diejenigen Impulse, die koinzident auftreten, treten im Ausgangs signal des UND-Gliedes 146 auf. Diese Impulse sind in Fig. 5 (Achse E) als P1^(d), P2^(d) und P3^(d) bezeichnet. Diese koinzident auftretenden Impulse sind die Ausgangs impulse der Komponente 107 und damit der Signalgewinnungs schaltung 102. Damit dürfte ersichtlich sein, daß mit Hilfe der Komponen te 107 die Instrumentalschritte 3 und 4 ausgeführt sind. Dabei ist das Signal M(t), wie es in Fig. 5 (Achse C) ver anschaulicht ist, in das in Fig. 5 (Achse E) veran schaulichte Signal S(t-T) transformiert worden. Das zuletzt erwähnte Signal liefert die Größen λ1, λ2, λ3, etc., die die Information darstellen, die zu erhalten er wünscht war. Es sei daran erinnert, daß das Signal S(t-T) durch eine Folge von Impulsen dargestellt ist, wie dies in Fig. 5 (Achse E) dargestellt ist. Diese Impulse werden dem Zeit-Amplituden-Umsetzer 115 zugeführt, um an dessen Ausgang Signale verschiedener Größe, wie λ1, λ2, λ3, etc. zu erzeugen. Diese Signale charakterisieren die Zeitspannen zwischen dem Auftreten der Impulse. Diese Signale werden ihrerseits der Reziprokbildungsschaltung 118 gemäß Fig. 4 zugeführt und durch diese Schaltung in andere Reziproksignale um gesetzt, welche die Größen 1/λ1, 1/λ2 bzw. 1/λ3 be sitzen. Diese reziproken Signale werden mit Hilfe des Aufzeichnungsgerätes 120 gemäß Fig. 4 aufgezeichnet. Es dürfte ersichtlich sein, daß die Größen 1/λ1, 1/λ2 und 1/λ3 kennzeichnend sind für die Intensität der Radioaktivität von Formationen, die mit Hilfe der Fühlereinheit 30 in verschiedenen Tiefen des Bohr lochs ermittelt worden ist.Im vorstehenden ist eine Geräteeinrichtung beschrieben worden, mit deren Hilfe Verknüpfungsschritte ausgeführt werden, die von der Funktion F(t) zu einer Funktion S(t-T) führen. Diese Schritte sind dadurch ausgeführt worden, daß diese Funktionen in einer analogen (nicht digitalen) Form dargestellt worden sind. Sofern erwünscht, kann alternativ dazu der gesamte Prozeß auch digitalisiert werden, wie dies schematisch durch Fig. 8 veranschaulicht ist. Gemäß Fig. 8 wird das Augangssignal des Druckwand lers 100 einem Analog-Digital-Umsetzer 103 zugeführt, dessen Ausgangssignal einem Digital-Rechner 104 zugeführt wird. Die in Fig. 8 angedeuteten Operationen werden durch die mit 122, 123, 124, 125 und 126 in dem Digital-Rech ner 104 bezeichneten Elemente ausgeführt. Von einem Impulsgenerator 111 oder 140 werden Zeitsteuersignale dem Digital-Rechner 104 zugeführt, um die Verzögerungs zeiten in Übereinstimmung mit der Pumpendrehzahl zu steuern. Die Operationen, die innerhalb des in Fig. 8 durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Rechtecks ausgeführt werden, sind sequentiell ablaufende mathe matische Operationen, die in einem Flußdiagramm erfaßt werden können. Das Ausgangssignal des Rechners 104 wird einem Digital-Analog-Umsetzer 127 zugeführt, dessen Ausgangssignal einem Aufzeichnungsgerät 120 zugeführt wird.In Fig. 9 ist eine Anordnung dargestellt, die in ge wisser Hinsicht der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ähnlich ist. Dabei sind jedoch die zu erzielenden und aufzuzeichnenden Daten die Temperatur an den Stellen der Fühlereinheit 30 gemäß Fig. 1. Gemäß Fig. 9 liegen diese Daten, wie sie der Signalgewinnungsschaltung 102 zugeführt werden, in digitaler Form vor (siehe Fig. 3D). Die Signalgewinnungsschaltung 102 gemäß Fig. 9 stimmt mit der in Fig. 4 dargestellten Signalgewinnungsschal tung überein, wenn man davon absieht, daß der Zeit- Amplituden-Umsetzer 115 und die Reziprokbildungsschal tung 118 gemäß Fig. 4 durch einen Digital-Analog-Um setzer 141 ersetzt sind. Die Ausgangssignale eines geeigneten Impulsgenerators werden dem Steueran schluß 110 der Signalgewinnungsschaltung 102 zugeführt.Es ist nicht immer zweckmäßig, eine mechanische Ver bindung zu der Schlammpumpe 12 vorzusehen, wie dies durch die Kettenantriebs-Übertragungsanordnung 112 ge mäß Fig. 4 veranschaulicht ist. Vielmehr kann eine alternierend arbeitende Einrichtung zur Erzeugung der für die Signalgewinnungsschaltung benötigten Impulse erwünscht sein. In Fig. 10 ist eine derartige alternie rend arbeitende Einrichtung dargestellt. Gemäß einem typischen Ausführungsbeispiel wird die Signalgewinnungs schaltung 102 gemäß Fig. 4 an ihrem Anschluß 110 mit Impulsen versorgt, die mit einer Impulsrate von 512 Impul sen pro vollständigem Pumpenhub auftreten. Es dürfte ohne weiteres verständlich sein, daß diese Impulsrate genau mit den Pumpenhüben synchronisiert sein muß. Sämtliche in Fig. 5 angegebenen "Zeitpunkte", wie T, t1, t2, etc., werden nicht als sogenannte "Realzeitpunkte" bezeichnet; sie stehen vielmehr in direkter Beziehung zur Drehzahl der Schlammpumpe 12, weshalb streng genommen die Zeit punkte T, t1, t2, etc. nicht in Sekunden oder Minuten, also durch Zeiteinheiten bezeichnet werden sollten, sondern vielmehr durch "Gallonen Schlamm". Wenn gesagt wird, daß an dem Anschluß 110 gemäß Fig. 4 pro Schlammpumpenhub 512 Impulse auftreten, dann ist damit gemeint, daß an dem Anschluß 110 Spannungsimpulse mit einer Frequenz auftreten, die gleich der 512-ten Oberwelle der Pumpen hubfrequenz ist. In Fig. 10 ist veranschaulicht, wie dies ohne eine mechanische Verbindung mit dem Pumpenschaft erreicht werden kann.In Fig. 10 ist mit 145 ein spannungsgesteuerter Oszilla tor bezeichnet, der an seinem Ausgang 110 elektrische Impulse erzeugt, deren Frequenz durch eine Gleichspannung gesteuert wird, die dem Eingangsanschluß 108 des Oszilla tors zugeführt wird. Mit dem Bauteil 150 ist ein Binär teiler oder eine Untersetzungsschaltung bezeichnet, die die Frequenz der Impulse untersetzt, die ihrem Eingangs anschluß 116 zugeführt werden. Die Untersetzungsschaltung erzeugt Ausgangsimpulse an ihrem Ausgangsanschluß 117. Diese Ausgangsimpulse besitzen eine Frequenz, die gleich 1/512 der Frequenz der Eingangsimpulse ist. Mit der Komponente 119 ist ein Phasenvergleicher bezeichnet, der zwei Eingangssignale miteinander vergleicht (das eine Eingangssignal stammt von dem Untersetzungsschal tungs-Ausgangsanschluß 117, und das andere Eingangs signal stammt vom Ausgangsanschluß 130 eines Druckwand lers 100). Der Phasenvergleicher gibt an seinem Aus gangsanschluß 128 eine Spannung ab, die eine Null-Volt- Gleichspannung ist, wenn die Eingangssignale an den beiden Eingängen 117 und 130 mit genau der gleichen Phasenlage auftreten. Der Phasenvergleicher gibt aus gangsseitig eine positive Spannung dann ab, wenn das Eingangssignal am Eingangsanschluß 117 dem Eingangs signal am Eingangsanschluß 130 in der Phase voreilt. Der Phasenvergleicher gibt hingegen ausgangsseitig eine negative Gleichspannung dann ab, wenn das Ein gangssignal am Eingangsanschluß 117 dem Eingangssignal am Eingangsanschluß 130 in der Phase nacheilt. Eine Batterie 129 liefert an den spannungsgesteuerten Oszillator 145 eine geeignete Vorspannung. Die gerade beschriebene Schaltung 151 ist als Phasenregelschleife bekannt. Die Arbeitsweise dürfte am besten anhand eines Beispiels erläutert werden. Nimmt man einmal an, daß die Pumpenimpulsfrequenz (Pumpenhubfrequenz) einen Wert von 1 Hz besitzt und daß der spannunsgesteuerte Oszillator Signale mit einer Frequenz von 512 Hz ab gibt, so gibt die Untersetzungsschaltung 150 ausgangs seitig ein Signal ab, dessen Frequenz genau 1 Hz beträgt. Das 1-Hz-Signal von der Untersetzungsschaltung 150 und das 1-Hz-Signal von dem Druckwandler 100 werden dann in der Frequenz und Phase genau zueinander passen, und am Ausgangsanschluß 128 des Vergleichers tritt eine Aus gangsspannung von null Volt auf. Der spannungsgesteuerte Oszillator 145 erzeugt, wenn er von der Batterie 129 her in geeigneter Weise vorgespannt ist, genau 512 Impulse pro Hub.Nunmehr sei angenommen, daß sich die Drehzahl der Schlammpumpe 12 erhöht. Die Frequenz des am Anschluß 130 auftretenden Signals wird dann etwas höher sein als 1 Hz, d. h. 1+Δ1 Hz. Der Vergleicher 119 gibt dann am Aus gangsanschluß 128 ein Ausgangssignal ab, das nicht mehr durch eine Gleichspannung von null Volt gegeben ist, sondern beispielsweise durch eine Spannung von +Δ2 V. Diese geringe Spannungszunahme wird dem spannungsge steuerten Oszillator 145 am Anschluß 108 zugeführt; sie bewirkt, daß die Frequenz des Oszillators soweit erhöht wird, bis die Nennimpulsrate von 512 Impulsen pro Sekunde auf einen Wert f gesteigert ist, so daß f/512=1+1 ist.Damit wird die Frequenz am Anschluß 110 stets genau der Frequenz der Schlammpumpe 12 folgen und stets ein Vielfaches von einem 512tel sein.Vorstehend sind zwei Anordnungen zur Erzielung von Zeitsteuerimpulsen für die Signalgewinnungsschaltung 102 beschrieben worden (der Impulsgenerator 111 gemäß Fig. 4 und der Phasenregelkreis 151 gemäß Fig. 10). Eine dritte Anordnung, die zur Erzielung derartiger Zeitsteuer impulse verwendet werden kann, ist in Fig. 11 veran schaulicht. Diese Anordnung basiert auf dem Prinzip der Auto-Korrelation. Gemäß Fig. 11 wird dem Eingangs anschluß 154 eines Korrelators 152 das Ausgangssignal des Druckwandlers 110 zugeführt. Ferner nimmt der Korrelator die Funktion F(t) auf, die das periodische Signal N(t) und die Funktion S(t) enthält, die als eine Zufallsfunktion betrachtet werden kann. Das Aus gangssignal des Druckwandlers 100 wird außerdem dem Eingangsanschluß 101 der Signalgewinnungsschaltung 102 zugeführt. Der Korrelator 152 vermag an seinen Aus gangsanschlüssen die Autokorrelationsfunktion von F(t) zu erzeugen, die gegeben ist durch Der Strich gibt im vorstehend angegebenen Ausdruck die Mittelung über eine geeignete Zeitspanne an. Die Funktion Φff(τ) kann wie folgt ausgedrückt werden:Φ_ff(τ) = Φ_ss(τ) + Φ_nn(τ) (7)wobei und gilt.Die Funktion Φ_ss(τ) reicht von Null bis zu irgend einem Wert von τ = τ₀; über τ₀ hinaus giltΦ_ff(τ) = Φ_nn(τ) (10)Da Φ_nn(τ) periodisch ist, ist auch die Funktion Φ_ff(τ) periodisch; sie besitzt die Periode τ. Diese Funktion, die am Ausgang des Korrelators 152 erhalten wird, wird ihrerseits einer Impuls-Multiplizierschaltung 153 zuge führt, die eine Folge von Zeitsteuerimpulsen ähnlich jenen erzeugt, die von dem Impulsgenerator 111 gemäß Fig. 4 erzeugt werden. Diese Impulse werden dem Ein gangsanschluß 110 der Signalgewinnungsschaltung 102 zugeführt. Die Impuls-Multiplizierschaltung 153 multi pliziert die Frequenz der Eingangsimpulse mit einem Phasenregelsystem ähnlich dem in Fig. 10 dargestell ten System oder durch irgendeine andere herkömmliche Einrichtung. Die übrigen Elemente in Fig. 11 sind die gleichen wie in Fig. 4; eine Ausnahme bildet selbstver ständlich der Umstand, daß der Impulsgenerator 111 und seine Kettenantriebsanordnung 112 weggelassen sind.Es stehen kommerziell verfügbare Apparate auf der Grund lage der Autokorrelation zur Verfügung, um ein periodi sches Signal aus einem Signalgemisch zu gewinnen, welches ein periodisches Signal und ein zufälliges Signal ent hält (siehe beispielsweise "Statistical Theory of Communications", von Y. W. Lee, John Wiley, New York, 1960, Seiten 288 bis 190). Der Korrelator 152 gemäß Fig. 11 kann das Modell 3721A der Firma Hewlett Packard Company, Palo Alto, California, sein. Der Korrelator 152 könnte auch irgendeine Einrichtung der Typen sein, wie sie in folgenden Literaturquellen be schrieben sind:
A. E. Hastings und J. E. Meade "A Device for Computing Correlation Funktions", Review of Scientific Instruments, Vol. 23, 1952, Seiten 347 bis 349;
F. E. Brooks, Jr. und H. W. Smith, "A Computer for Correlation Functions", Review of Scientific Instruments, Vol. 23, 1952, Seiten 121 bis 126.Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen der Erfindung erläutert worden sind, dürfte einzusehen sein, daß es ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken möglich ist, eine Vielzahl von Abänderungen und Modifikationen vorzunehmen. So sind als Beispiele Fühler für lediglich zwei Tieflochparameter angegeben worden. Es dürfte je doch einzusehen sein, daß Fühler für verschiedene andere Tieflochparameter ebenso verwendet werden könnten. Außer dem dürfte einzusehen sein, daß Fühler für eine Vielzahl von Tieflochparametern gleichzeitig verwendet werden können. In diesem Fall würden herkömmliche Verfahren an gewandt werden (wie das Verfahren der Zeitteilung, das Multiplexverfahren oder dgl.). um die Daten zu verarbei ten, die kennzeichnend sind für die Vielzahl von Para metern.Wenn abweichende oder schräg verlaufende Bohrungen ge bohrt werden, werden verschiedentlich eine Turbine oder ein "Schlammotor" verwendet, wie ein sogenannter Dynadrill, wie er von der Firma Smith Industries, Inc., Houston, Texas, hergestellt wird. In einem derartigen Fall wird der Bohrstrang 31 gemäß Fig. 1 durch die Dreh scheibe an der Oberfläche nicht gedreht. Die zur Drehung des Bohrmeißels 26 führende Drehwirkung wird vielmehr von einem solchen Schlammotor abgeleitet, der üblicher weise unmittelbar oberhalb des Meißels 26 in dem Bohrgestänge enthalten ist, umfassend die Elemente 22, 24, 28 und 30 gemäß Fig. 1. Wird ein derartiger Schlamm motor verwendet, so tritt ein starker Druckabfall über den betreffenden Motor auf, da der betreffende Schlamm motor seine Leistung aus der Schlammströmung ableitet. Dieser starke Druckabfall kann dazu herangezogen wer den, die Druckdifferenz zwischen der Innenseite des Bohrgestänges und dem Ringraum hervorzurufen. In einem solchen Fall braucht ein Bohrmeißel vom "Düsen"- Typ nicht verwendet zu werden.Das Vorhandensein eines Druckabfalls über dem Schlamm motor fördert lediglich die Arbeitsweise der erfindungs gemäßen Anlage, solange der einen negativen Schlammdruck hervorgerufene Impulsgenerator oberhalb des Schlamm motors angeordnet ist.Der hier benutzte Ausdruck "Strömungsbegrenzungsein richtung" trifft sowohl für einen Meißel vom Düsen-Typ als auch für einen Schlamm-Motor oder für beide Ein richtungen zu. Der Ausdruck "Hochdruckzone" bezieht sich auf den Bohrfluiddruck auf der Stromaufwärtsseite der "Strömungsbegrenzungseinrichtung", und der Aus druck "Niederdruckzone" bezieht sich auf den Bohr fluiddruck auf der Stromabwärtsseite der "Strömungs begrenzungseinrichtung".Es dürfte anzuerkennen sein, daß in gewissen Fällen eine Vielzahl von Schlammpumpen bei einer einzigen Bohranlage verwendet werden und daß diese Pumpen nicht notwendigerweise synchron betrieben werden.Werden beispielsweise drei Pumpen verwendet, so wäre die periodische Druckkurve gemäß Fig. 5A im praktischen Fall nicht eine einfache periodische Funktion, wie sie durch N(t) veranschaulicht ist, sondern sie ergäbe sich vielmehr aus der Summe der drei Komponenten, deren jede eine periodische Funktion ist und überdies ihre eigene bestimmte Periode besitzt.Durch Verwendung von drei Verzögerungssystemen (wie in Fig. 6 gezeigt), die jeweils mit ihrer eigenen Pumpe synchronisiert sind, kann die jeweilige periodische Komponente des störenden Schlammimpulsdrucksignals gesondert beseitigt werden. Durch eine geeignete Ver bindung wird sodann ein Signal erzeugt, aus dem die störenden Schlammpumpen-Drucksignale beseitigt sind.Durch die Erfindung sind also verbesserte Systeme, Vor richtungen und Verfahren zur Messung von Tiefloch-Para metern in einer Bohrung geschaffen, die in die Erde mit Hilfe einer Vorrichtung gebohrt wird, welche einen Bohr strang, eine Schlammpumpe zur Umwälzung eines Bohrfluids und eine Strömungsbegrenzungseinrichtung umfaßt, die nahe der Bodenseite des Bohrstrangs derart angeordnet ist, daß ein Druckabfall zwischen der Strömungs begrenzungseinrichtung und einem Bohrloch-Ringraum her vorgerufen wird, der den Bohrstrang umgibt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfassen die Verbesserungen den Einsatz von Bohrloch-Impulseinrichtungen zur Er zeugung negativer Schlammdruckimpulse, die dazu heran gezogen werden, eine die Bohrloch- bzw. Tieflochpara meter betreffende Information zu einer oberirdischen Anlage hin zu übertragen. Die verbesserte Bohrloch- Impulseinrichtung verwendet eine Ventilanordnung, durch die ein Nebenweg zu der Strömungsbegrenzungsein richtung in einer solchen Art und Weise geschaffen wird, daß wirksame Impulse bei minimalem elektrischen Energieaufwand effektiv erzeugt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine verbesserte Struktur geschaffen, die die Impulseinrichtung umgibt und die zugehörige Bohrlochanordnung aufnimmt. Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung sind ver besserte Verfahren zur Ableitung von negativen Schlamm druckimpulssignalen aus Störsignalen geschaffen, die sich aufgrund von Schlammdruckschwankungen infolge des Betriebs der Schlammpumpeneinrichtung ergeben. Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung sind verbesser te Gleichstrom-Bohrlochspeisespannungseinrichtungen vor gesehen.

Claims

1. Telemetrische Vorrichtung zur Verwendung beim Bohren eines Bohrlochs zur Übertragung von Informationen, ausgedrückt in Form von Datensignalen (P₁, P₂, P₃) und zur Anwendung eines eine Sumpfpumpeneinrichtung (12) aufweisenden Fluidzirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34)
wobei überlagernde bzw. störende Signale (N(t)) mit einer unterscheidbaren Charakteristik vorhanden sind, die sich aus Druckveränderungen ergibt, die in das Fluid des Zirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) Zirkulationssystems 14, 16, 18, 22, 29, 34) durch Bohr operationen induziert und in Übereinstimmung mit einem identifizierbaren Muster wiederkehrend sind,
wobei das Zirkulationssystem (14, 16, 18, 22, 29, 34) wenigstens einen Kommunikationskanal (22) zwischen einer Übertragungseinrichtung (28) an einer ersten Stelle zur Übertragung von die Informationen repräsentierenden Datensignalen bildet, daß an einer zweiten Stelle eine Signalempfangsein richtung (100) zum Empfang einer Mixtur aus den Datensignalen (P₁, P₂, P₃) und der sich überlagernden bzw. störenden Signale (N(t)) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalempfangseinrichtung (100) die Mixtur repräsentierende, elektrische Signale erzeugt,
daß eine von den Übertragungseigenschaften irgendeines Teiles des Zirkula tionssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) unabhängige Einrichtung (111, 152, 153; 151) zur Erzeugung elektrischer Steuersignale, die für das Muster repräsentativ sind, vorgesehen ist,
daß ein elektronischer Verarbeitungsapparat (102) vorgesehen ist, der eine Einrichtung (105, 107) zur Signalextraktion bzw. Signaltrennung aufweist, dem elektrisch gemischte Signale zugeführt sind, und der durch die elektrischen Steuerungssignale kontrolliert ist, um verarbeitete Signale (P₁^(d), P₂^(d), P₃^(d)) zu erzeugen, in denen die sich überlagernden bzw. störenden Signale (N(t)) verringert sind, und
daß eine Beschränkung (52, 53) der Bohrfluidströmung nahe des unteren Endes des Stranges vorgesehen ist,
wobei die Beschränkung eines Druckabfalls innerhalb des Zirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) verursacht und als Folge hiervon eine Hochdruckzone und eine Niederdruckzone innerhalb des Zirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) an unterschiedlichen Seiten der Beschränkung (52, 53) mit einem konsequenten Druckunterschied dazwischen erzeugt, durch einen Bohrfluidbypass (38, 40) zur Vorbeiführung eines Teils der Bohrfluidströmung aus der Hochdruckzone zur Niederdruckzone, und ein elektrisch betätigtes Hydraulik ventil (36) im Bypass,
daß eine auf die Spannungsveränderung reagierende Einrichtung (54) zur Erzielung aufeinanderfolgender Betätigungen des Ventils (36) um Bohrfluid strömung durch den Bypass gelangen zu lassen, vorgesehen ist,
wobei die Betätigungen eine modulierte Bohrfluidströmung durch den Bypass verursacht und
wobei die modulierte Bohrfluidströmung entsprechende Drucksignale im Inneren des Bohrstranges (22) erzeugt, und
daß die Signalempfangseinrichtung einen Meßgrößenumformer (100) an der Erdoberfläche zur Erfassung der Drucksignale und zur Ermöglichung einer Messung der Größen des Parameters aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Verarbeitungsapparat (102) eine Ein richtung (132) zur Zeitverschiebung der elektrisch gemischten Signale aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (132) zur Zeitverschiebung die elektrisch gemischten Signale um ein variables Zeitintervall (T) ver schiebt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (105, 107) zur Signalextraktion bzw. Signal trennung eine erste Einrichtung (132, 136) zur Erzeugung zeitver schobener elektrisch gemischter Signale aufweist, die durch ein variables Zeitintervall (T) gegeneinander zeit versetzt sind, und eine zweite Einrichtung (135, 107) zum mathema tischen Kombinieren der zeitversetzten elektrisch ge mischten Signale zur Erzeugung der verarbeiteten Signale (P₁^(d), P₂^(d), P₃^(d)) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzten elektrischen Signale mathematisch kombiniert sind, um durch die Subtraktion eines Signals vom anderen ihre Differenz zu erhalten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (132) zur Zeitverschiebung auf die elektrischen Steuersignale reagiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Zeitintervall (T) von den elektrischen Steuersignalen abhängig ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Zeitintervall (T) von der Pulsationshäu figkeit der Pumpeinrichtungen (12) abhängig ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Zeitintervall (T) aufgebaut ist aus einer Vielzahl von Zeitstufen, und daß die Steuersignale in einer Zeitfolge auftreten, die die Zeitstufen repräsen tieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich überlagernden bzw. störenden Signale (N(t)) wieder kehrende Signale sind, und daß die unterscheidbare Cha takteristik die Wiederkehr der sich überlagernden bzw. störenden Signale ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederkehrenden Signale (N(t)) in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen wiederkehren, und daß die elektrischen Steuersignale in einer Zeitfolge auftreten, die die Zeitintervalle repräsentiert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckveränderungen periodische Veränderungen sind, und daß die elektrischen Steuersignale die Periodi zität der Druckveränderungen repräsentieren.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckveränderungen zyklisch sind, und daß die elektrischen Steuersignale die Periodizität der Zyklen der Druckveränderungen repräsentieren.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11, oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederkehrenden Signale mehr als eine wiederkehrende Komponente aufweisen, und daß der Verarbeitungsapparat (102) in Übereinstimmung mit der Periodizität jeder dieser Komponenten betätigt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (152, 153; 151) zur Erzeugung der elektrischen Steuersignale eine Einrichtung zur Ableitung der elek trischen Steuersignale aus den elektrisch gemischten Signalen umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Pumpeinrichtung (12) eine Pulsationshäu figkeit aufweist, und daß die Einrichtung (111; 152, 153; 151) zur Erzeugung der elektrischen Steuersignale eine Einrichtung zur Ableitung der elektrischen Steuersignale aus der Pulsa tionshäufigkeit umfaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (152, 153; 151) zur Ableitung der elektrischen Steuersignale eine Einrichtung (152) zur Mittelbildung der elektrisch gemischten Signale aufweist, um elektrische Steuersignale zu erzeugen, in denen die unterscheidbare Charakteristik ausgeprägt bzw. herausragend ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (152, 153) zur Ableitung der elektrischen Steuersignale einen Korrelator (152) bzw. Zuordner zur Erzeu gung einer Selbstkorrelation bzw. Selbstzuordnung der elektrisch gemischten Signale aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (151) zur Ableitung der elektrischen Steuersignale eine phasenverriegelte Schleife (151) umfaßt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Druckveränderung durch die Pumpein richtung (12) generiert wird, und daß die Einrichtung (111) zur Erzeugung elektrischer Steuersignale der Pumpeinrich tung (12) beigefügt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Druckveränderung durch die Pumpein richtung (12) generiert wird, und daß die Einrichtung (111) zur Erzeugung elektrischer Steuersignale mit der Pumpein richtung gekuppelt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (111, 112) zur Erzeugung elektrischer Steuer signale ein elektrischer Pulsgenerator (111) ist, der der Pumpeinrichtung (12) beigefügt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (111) zur Erzeugung elektrischer Steuer signale ein elektrischer Pulsgenerator (111) ist, der mit der Pumpeinrichtung (12) gekuppelt ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (12) Bohrfluid pumpt mit tels einer Folge von durch Drehungen der Pumpeinrich tung (12) hervorgerufenen Hüben, und daß der Pulsgenerator (111) eine Vielzahl von Pulsen generiert während des Zeitintervalls, das einer einzigen Drehung der Pumpeinrichtung (12) entspricht.

25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 20, 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (12) Bohr fluid pumpt mit Hilfe einer Folge von Hüben von rezi prok arbeitenden Kolben, die durch ein rotierendes Ele ment der Pumpeinrichtung (12) betätigt sind, und daß die elektrischen Steuersignale in Reaktion auf die aufeinanderfolgenden Winkelpositionen des rotierenden Elements innerhalb jedes Hubes generiert werden.

26. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (152, 153; 151) zur Erzeugung der elektrischen Steuersignale eine Einrichtung (152, 153; 151) zur Ableitung der elek trischen Steuersignale aus den elektrisch gemischten Signalen umfaßt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (152, 153) zur Ableitung der elektrischen Steuersignale eine Einrichtung (152) zur Mittelbildung der elektrisch gemischten Signale umfaßt, um elektrische Steuersignale zu erzeugen, in denen die unterscheidbare Charakeristik ausgeprägt bzw. herausragend ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (152, 153) zur Ableitung der elektrischen Steuersignale einen Korrelator (152) bzw. Zuordner zur Erzeu gung einer Selbstkorrelation bzw. Selbstzuordnung der elektrisch gemischten Signale umfaßt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ableitung der elektrischen Steuersignale eine phasenverriegelte Schleife (151) umfaßt.

30. Telemetrisches Verfahren zur Verwendung in Zusammenhang mit Bohr operationen eines Bohrloches zur Übermittlung von Informationen, ausgedrückt in Form von Datensignalen (P₁, P₂, P₃) und zur Anwendung eines eine Sumpfpumpeneinrichtung (12) aufweisenden Fluidzirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34.
wobei sich überlagernde bzw. störende Signale (N(t)) mit einer unterscheid baren Charakteristik erzeugt werden, die sich aus Druckveränderungen ergibt, die in dem Fluid des Zirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) durch Bohr operationen induziert werden und in Übereinstimmung mit einem identifizier baren Muster wiederkehrend sind,
wobei gemischte Signale erzeugt werden, die aus einer Mixtur der Datensignale (P₁, P₂, P₃) und der störenden Signale (N(t)) bestehen,
dadurch gekennzeichnet,
daß für das Muster repräsentative elektrische Steuersignale erzeugt werden, die von den Übertragungseigenschaften irgendeines Teiles des Zirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) unabhängig sind,
daß aus den elektrischen gemischten Signalen unter der Kontrolle der Steuersignale verarbeitete Signale erzeugt werden, in denen die sich überlagernden bzw. störenden Signale (N(t)) verringert sind, und
daß die Informationen aus den verarbeiteten Signalen (P₁^(d), P₂^(d), P₃^(d)) abgeleitet wird,

31. Telemetrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein rohrförmiger Bohrstrang (22) verwendet wird, der einen Teil des Fluidzirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) durch das die Pumpeinrichtung (12) eine Bohrfluidströmung unter Druck nach unten durch eine Bohrspitze (26) am Boden des Bohrstranges (22) drückt und dann zurück an die Oberfläche durch den Ringraum (29) mit einer Meßeinrichtung (28, 100, 32) zur Ermittlung der Größe der Bohrlochparameter und zur Erzeugung der Messung der Spannungsveränderungen, die die Größenordnung repräsentieren,
daß eine Beschränkung (52, 53) der Bohrfluidströmung nahe des unteren Endes des Stranges vorgesehen ist,
wobei die Beschränkung einen Druckabfall innerhalb des Zirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) verursacht und als Folge eine Hochdruckzone und eine Niederdruckzone innerhalb des Zirkulationssystems (14, 16, 18, 22, 29, 34) unterschiedlichen Seiten der Beschränkung (52, 53) mit einem konsequenten Druckunterschied dazwischen erzeugt, durch einen Bohrfluidbypass (38, 40) zur Vorbeiführung eines Teils der Bohrfluidströmung aus der Hochdruckzone zur Niederdruckzone, und ein elektrisch betätigtes Hydraulik ventil (36) im Bypass,
daß eine auf die Spannungsveränderung reagierende Einrichtung (54) zur Erzielung aufeinanderfolgender Betätigungen des Ventils (36) um Bohrfluid strömung durch den Bypass gelangen zu lassen, vorgesehen ist,
wobei die Betätigungen eine modulierte Bohrfluidströmung durch den Bypass verursacht und
wobei die modulierte Bohrfluidströmung entsprechende Drucksignale im Inneren des Bohrstranges (22) erzeugt, und
daß die Signalempfangseinrichtung einen Meßgrößenumformer (100) an der Erdoberfläche zur Erfassung der Drucksignale und zur Ermöglichung einer Messung der Größe des Parameters aufweist.

32. Telemetrisches Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,
daß ein rohrförmiger Bohrstrang (22) verwendet wird, durch den eine Pumpeinrich tung (12) eine Bohrfluidströmung unter Druck nach unten durch eine Bohrspitze (26) am unteren Ende des Stranges (22) und dann zurück an die Oberfläche durch den Ringraum (29) drückt, zum Fühlen bzw. zum Ermitteln der Größenordnung eines Bohrlochparameters und zum Generieren der Messung von Spannungsveränderungen, die für die Größen ordnung des Bohrlochparameters repräsentativ sind,
daß eine Beschränkung der Bohrfluidströmung nahe des unteren Endes des Stranges (22) vorgenommen wird, und somit ein Bohrfluiddruckunterschied zwischen den entgegengesetzten Seiten der Beschränkung hervorgerufen wird,
daß eine Bypassströmung eines Teils der Bohrfluidströmung zwischen den entgegengesetzten Seiten der Beschränkung durch einen Bypasskanal (38, 40) intermittierend fließt,
daß das Intermittieren der Bypassströmung in Abhängigkeit von den Spannungsveränderungen kontrolliert bzw. gesteuert wird, wodurch die Bypassströmung im Bypasskanal (38, 40) moduliert wird und entsprechende Drucksignale im Inneren des Bohrstranges (22) hervorgerufen werden, die an der Erdoberfläche als das Muster erfaßt und in die elektrischen gemischten Signale als ein Maß für die Größe des Parameters umgesetzt werden.