DE3031599A1 - Verfahren und system zum aufzeichnen von ein bohrloch betreffenden daten - Google Patents

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE PATENTANWALT

Aktenzeichen:

München, 2 I.August 19CC

Mein Zeichen: ^P 3050

Serge Alexander Scherbatskoy 3517 Westridge Ave. Fort Worth, Texas 76116 U.S.A.

Verfahren und System zum Aufzeichnen von ein Bohrloch betreffenden Daten

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Ρ 3050

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Datenübertragungssysteme, die zur Übertragung von Daten von der Unterseite einer Schachtbohrung zur Erdoberfläche während der Bohrung des Schachtes übertragen werden_o

Es ist seit langem in der Ölindustrie anerkannt, daß die Erzielung von Daten von einem Tiefloch während des Bohrens eines Schachtes eine wertvolle Information liefern würde, die für die das Bohrwerkzeug bedienende Person von Interesse wäre. Eine derartige Information betrifft das tatsächliche Gewicht des Bohrmeißels, die Neigung und die Richtung bzw. Lagerung des Bohrlochs, die Werkzeugfläche, den Fluiddruck und die Temperatur am Boden des Lochs sowie die Radioaktivität von Substanzen, die den Bohrmeißel umgeben oder diesem entgegentreten. Bei allen diesen Größen handelt es sich um Größen, die für die Bedienperson des Bohrwerkzeugs von Interesse sind. Es ist bereits eine Anzahl von Vorschlägen gemacht worden, um diese Größen während des Bohrens zu messen und zu der Erdoberfläche zu übertragen. Dabei sind verschiedene Übertragungsprinzipien vorgeschlagen worden. In diesem Zusammenhang sei auf die US-Patentschriften 2 787 795,

2 887 298, 4 078 620, 4 001 773, 3 964 556, 3 983 948 und

3 791 043 hingewiesen.

Die vielleicht vJaLver sprechendsten Vor schlage hinsichtlich der praktischen Ermittelung von Größen bestehen darin, eine Signalisierung durch Druckimpulse in dem Bohrfluid vorzunehmen. Es sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um einen sogenannten Schlamm»Impulsbetrieb hervorzurufen, und zwar entweder durch eine gesteuerte Verengung des Schlammströmungskreises durch ein Strömungsbegrenzungsventil, welches in geeigneter Weise im Hauptschlammstrom positioniert

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ist, oder mittels eines Nebenwegventils, welches zwischen der Innenseite des Bohrstrangs {Hochdruckseite) und dem Ringraum um den Bohrstrang (,Niederdruckseite) vorgesehen ist.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Schlamm-Druckimpulse mit Hilfe von Ventilen zu erzeugen, die entweder die Schlammströmung innerhalb des Bohrstrangs begrenzen oder die eine gewisse Strömung zu der Niederdruckzone in dem Ringraum um den Bohrstrang herum umleiten. Derartige Ventile arbeiten jedoch notwendigerweise langsam, da sie bei Verwendung auf der Innenseite des Bohrstrangs sehr große Schlammassen steuern müssen und da sie bei Verwendung zur Steuerung bzw. Regulierung eines Nebenweges aufgrund der sehr hohen Druckdifferenzen notwendigerweise ebenfalls durch ein langsam arbeitendes motorgetriebenes Ventil gebildet sein müssen. Ein derartiges motorgetriebenes Ventil welches beispielsweise zwischen der Innenseite des Bohrstrangs und dem Ringraum angeordnet ist, erzeugt in Abhängigkeit von einer unter der Oberfläche erfolgenden Messung geringe Abfälle und Anstiege des Schlammdrucks. Diese Werte würden dann anschließend an der Erdoberfläche ermittelt werden.

Um die Arbeitsweise eines langsam arbeitenden motorgetriebenen Ventils vollständig zu verstehen, wie es nach dem Stand der Technik vorgeschlagen worden ist, sei zunächst auf Fig. 1A Bezug genommen, in der das Öffnen und Schließen eines derartigen Ventils in Abhängigkeit von der Zeit veranschaulicht ist. Aus Fig. 1A geht dabei speziell hervor, daß in der Abszissenrichtung die Zeit t aufgetragen ist und daß in der Ordinatenrichtung der Öffnungsgrad des Ventils R angegeben ist. Dabei gilt folgende Beziehung

CD o

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wobei S die gesamte Öffnungsfläche und S(t) die Fläche bedeuten, die zum Zeitpunkt t während des Öffnungs- oder 3chließungsvorgangs des Ventils geöffnet ist. Wenn R=O ist, ist somit das Ventil geschlossen v/orden, und wenn R = 1 ist, ist das Ventil vollständig geöffnet. Die in den Ventilbetrieb einbezogenen Zeitpunkte sind dabei folgende Zeitpunkte:

t_a = OA₁ ist der Zeitpunkt, zu dem das Öffnen

des Ventils begonnen wird; ^t₃ = OB. ist der Zeitpunkt, zu dem das Ventil

vollständig geöffnet ist; t_ ' = OCL ist der Zeitpunkt, zu dem das Schließen

des Ventils begonnen \\rird; "fcj = OD-i ist der Zeitpunkt, zu dem das Ventil

vollständig geschlossen ist„

Für das Zeitintervall gilt:

_a wird als "Öffnungs- oder Schließzeit des Ventils" bezeichnet. Das Zeitintervall Tv. genügt der Beziehung

b ~ c ^xb ^K:>)

Tt₃ wird als "Zeitspanne der Öffnungs strömung" bezeichnet«, Damit beträgt die Gesamtzeitspanne der Betätigung des Ventils

Bei den obigen Versuchen war T_& = 1 Sekunde und T^₃ = Sekunden.Damit beträgt die gesamte Betätigungszeit des Ventils T+ = 4 Sekunden. Diese relativ langsamen Öffnungen und Schließungen des Ventils rufen entsprechend langsame Druckabfälle und Druckanstiege des Schlammdrucks an der Erdoberfläche hervor Csiehe Fig. 1ß)„ Dabei kann ersehen werden, daß der Schlammdruck von seinem

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70 atü (entsprechend 1000 psi) betragenden Nennwert (bei geschlossenem Ventil) auf seinen niedrigsten Wert von ca. 53 atü (entsprechend 750 psi) bei geöffnetem Ventil absinkt. Die mit diesen festgestellten Druckänderungen verbundenen Zeitspannen waren folgende: (s)

"^ la ⁼ ^"³I ^war ^^e Zeitspanne, zu der der Schlammdruck begann, von seinem Nennwert von ca. 70 atü abzufallen;

(s)
tjjk = OF₁ war der Zeitpunkt, zu dem der Schlammdruck seinen niedrigsten Wert bei ca. 53 atü erreichte und auf diesem Wert gehalten wurde bis zum Zeitpunkt

1c "~ 1'

(s)

ti ' = OG₁ war der Zeitpunkt, zu dem der Schlammdruck begann, anzusteigen;

"¹Id ^{= 0H}1 ^{war der Zei}"^tP^unk'^t:'» ^{zu dem der} Schlammdruck seinen Nennwert von ca. 70 atü erreichte_o

{ s ) I ς )

Damit nahm der Druck während der Zeitspanne Ti ' = ^ih ~ ^ ab, blieb dann während der Zeitspanne Tp^S' = ti^'- ti-ß) konstant und stieg dann von seinem verminderten Wert aus auf

den Nennwert während der Zeitspanne Ti = ^\a - "^-jo ^an· Damit betrug die Gesamtzeitspanne für die Durchleitung des Schlammstroms durch das Nebenwegventil für eine einzige Ventilbetätigung

^Tt ^{= 1J}"1 ⁺
Fig. 1A zeigt die bezeichneten Größen, wie t^^v^ , tS^'

^* ^td' ^Ta ' ^Ti^{V) und T}i^V)> ^{wobei das} Jeweils hochgestellte "v" anzeigt, daß diese Größen sich auf den Betrieb des Ventils befinden, das unterhalb der Erdoberfläche sich befindet. Demgegenüber sind in Fig. 1ß die

Größen t^ t^ t^J t^(s^ T^ T^^s^ M'C^S^ _und T^^s^ uroiien τ^_& , τ^ , τ^_ο , X_{1 d} , X₁ , ι_£ , i^ una x_t

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bezeichnet , wobei das hochgestellte "s" angibt, daß die betreffenden Größen sich auf die Messung an der Erdoberfläche beziehen. Diese Unterscheidung zwischen den Größen mit hochgestelltem "v" bzw. mit hochgestelltem "s" ist für ein vollständiges Verständnis einiger neuer Merkmale der Erfindung wesentlich. Es ist in diesem Zusammenhang wesentlich zu unterscheiden zwischen dem Grund und der Wirkung oder mit anderen Worten ausgedrückt zwischen der im Tiefloch auftretenden Erscheinung, und zwar in der Nähe des Ventils, und den Erscheinungen am Detektor auf der Erdoberfläche_o

Ein wesentliches Merkmal der zuvor vorgeschlagenen Anordnung basiert auf folgende Beziehungen:

t\^s> = T<^v> (6)

j a

Diese Beziehungen zeigen, daß die Zeitspanne der Druckabnahme und des Druckanstiegs an der Erdoberfläche die gleiche war wie die entsprechende Zeitspanne des Öffnens und des Schließens des Ventils und daß die Zeitspanne, während der der Druck weitgehend konstant war (bei abgesenktem Pegel; gleich der Zeitspanne war, während der das Ventil vollständig geöffnet war. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die Druckabsenkung und die anschließende Druckerhöhung des Schlammdrucks auf der Erdoberfläche in exakter Übereinstimmung mit dem Öffnen und Schließen des Ventils steht„ Diese Bedingung, die durch die Beziehungen {6), {7) und (8) zum Ausdruck gebracht wird, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "Betriebsbedingung langsamer Druckänderungen" bezeichnet.

Die Betriebsbedingung bzw. das System der langsamen Druckänderung, wie es nach dem Stand der Technik vorgeschlagen

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worden ist, war nicht geeignet für die telernetrisehe Messung während der Ausführung von Bohroperationen, und zwar insbesondere in dem Fall, daß mehrere Tieflochparameter gemessen werden bzw. wurden. Bis jetzt wurde ein erster Parameter gemessen, codiert und nach Übertragung zur Erdoberfläche hin decodiert_o Die Schachtbohrung kann abgesenkt worden sein, und ein zweiter Parameter kann für die Messung nicht langer zur Verfügung stehen. Dabei waren überdies relativ lange Zeitspannen erforderlich, um die gemessenen Daten in eine Form umzusetzen, die für die Ermittelung und Aufzeichnung geeignet ist. Der gesamte Aufzeichnungsprozess war relativ lang und zeitraubend. Darüber hinaus haben verschiedene Störeffekte, wie ein auf die Schlammpumpe zurückgehender Impulsbetrieb oder eine mit verschiedenen Bohroperationen verbundene Störung zusätzliche Schwierigkeiten hervorgerufen. Ein langsam betriebenes motorbetätigtes Ventil, wie es nach dem Stand der Technik vorgeschlagen worden ist, wird als unzulängliche Einrichtung angesehen, um die üblichen kommerziellen Forderungen zu erfüllen_o

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie unter Vermeidung der vorstehend aufgezeigten Nachteile ein besonders wirksames und sicheres Datenerfassungssystem geschaffen werden kann₀

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Gemäß der Erfindung werden hydraulische Stoßwellen für die Erzielung einer telemetrischen Aufzeichnungsinformation während der Durchführung des Bohrens benutzt. Diese Stoßwellen werden durch ein sehr schnell wirkendes (für alle praktischen Zwecke nahezu augenblicklich wirkendes) Nebenschlußventil hervorgerufen, welches zwischen der Innenseite des Bohrstrangs und dem den Bohrstrang umgebenden Ringraum eingefügt ist. Wenn das Nebenschlußventil

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bzw» Umleitventil plötzlich öffnet, sinkt der Druck in der unmittelbaren Nähe des Ventils ab und kehrt dann nahezu augenblicklich zu seinem Wormalwert zurück. Dadurch wird ein scharfer negativer Impuls erzeugt. Wenn demgegenüber das Nebenschlußventil plötzlich schließt, wird ein scharfer positiver Impuls erzeugt. Die Elastizität der Schlammsäule wird dabei zur Unterstützung bei der Erzeugung und Übertragung derartiger Stoßwellen ausgenutzt. Die Eigenschaft ist dabei analog dem an sich bekannten Wasserstoßeffekt, der mit den bisherigen hydraulischen Übertragungssystemen verknüpft ist. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf das Buch "Water Hammer Analysis" von John Parmakian, Prentice Hall, inc., New York, 1955 bzw. auf das Buch "Hydraulic Transients" von V.L.Streeter and E.B₀ Wylie, McGraw-Hill Book Co., New York hingewiesen.

Wesentliche Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie die Erzeugung und Ermittelung von hydraulischen Stoßwellen sind schematisch anhand der Fig. 2A und 2B veranschaulicht. Die Kurvendarstellung gemäß Fig. 2A veranschaulicht dabei die Öffnungen und Schließungen eines schnell wirkenden, Stoßwellen erzeugenden Ventils. Die Kurve gemäß Fig. 2B veranschaulicht Druckänderungen, die an der Erdoberfläche ermittelt werden und die sich aus dem Betrieb des Ventils gemäß Fig_o 2A ergebene Die Größen A,., B₁, C₁, D₁, t^^v',

*b^Vj' ^' ^' ^ΤΓ^;» ^Tb^{V; und T}t^Y) S^{emäß Fi}S· ^{2A haben} eine entsprechende Bedeutung wie die mit ihnen übereinstimmenden Symbole gemäß Fig. 1A„ Die Zeitmaßstäbe sind jedoch in Fig. 1A, 1B, 2A und 2ß wesentlich verzerrt, und zwar zum Zwecke der Erleichterung der Beschreibung und im Interesse einer klareren Erläuterungo

Der erste Punkt, auf den bei der Betrachtung der Fig. 2A hingewiesen sein sollte, ist die Tatsache, daß die Öffnungsund Schließungszeiten des Ventils gemäß der Erfindung um mehrere Größenordnungen kürzer sind als die entsprechenden Zeiten, die mit Hilfe des motorbetriebenen Ventils erzielt

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werden, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1A angegeben worden ist_o Bei der zuvor vorgeschlagenen Anordnung (wie in Figo 1A) betrug die Zeitspanne T^ = 1 Sekunde, während bei der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2A die Zeitspanne T^^v^ = 5 ms beträgtο Eine entsprechende Situation trifft

auch für die Zeitspanne zu, während der ein Ventil offen bleibt. Bei der zuvor vorgeschlagenen Anordnung (wie in Fig. 1A) betrug die Zeitspanne T^ = 2 s, während bei der Anordnung gemäß Fig. 2A die Zeitspanne ΤΛ^ν' = 100 ms beträgt. Damit können für sämtliche praktischen Zwecke die Öffnungen und Schließungen des Ventils gemäß Fig. 2A als augenblickliche oder nahezu augenblickliche Vorgänge betrachtet werden,,

Die schnellen oder nahezu augenblicklichen Öffnungen und Schließungen des Ventils haben eine Bedeutung und einen weitreichenden Einfluß auf die Leistungsfähigkeit eines Telemetriesystems bei einer Messung während der Ausführung eines Bohrvorgangs_o Die DruckSchwankungen, die auf der Erdoberfläche gemäß der Erfindung (Fig. 2ß) festgestellt werden, zeigen keinerlei wie auch immer liegende Ähnlichkeit zu den Druckschwankungen, die mit Hilfe eines langsam arbeitenden Ventils ^Fig. 1B) erzielt werden. Unter Bezugnahme auf die oben bereits aufgeführten Gleichungen (6), (7) und (8) sei angemerkt, daß diese Gleichungen die Beziehungen zwischen den Ereignissen veranschaulichen, die in Fig. 1A und in Fig. 1B gezeigt sind. Analoge Beziehungen existieren zwischen den Ereignissen gemäß Figo 2A und gemäß Fig. 2B nicht.

Wie in Fig. 1A und 1B gezeigt, hat das Öffnen des Ventils einen entsprechenden Druckabfall im Schlammdruck an der Erdoberfläche hervorgerufen, und in entsprechender Weise hat das Schließen des Ventils einen entsprechenden Druckanstieg hervorgerufene

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Der Klarheit halber sei nochmals darauf hingewiesen, daß der Stand der Technik zu einem einzigen Vorgang führt, nämlich zu einem Druckabfall, und daß das anschließende Schließen des Ventils zu einem v/eiteren einzelnen Vorgang führt, nämlich zu einem Druckanstieg. Demgegenüber ruft das schnelle Öffnen des Ventils, wie dies aus Fig. 2A hervorgeht, zwei Vorgänge hervor: einen schnellen Druckabfall und anschließenden Druckanstieg (negativer Impuls "M", wie in Fig. 2B gezeigt,)., Dies steht im Gegensatz zu dem in Fig_o 1A und 1B veranschaulichten Fall, bei dem ein Öffnen und ein nachfolgendes Schließen des Ventils erforderlich ist, um einen Druckabfall und einen anschließenden Druckanstieg hervorzurufen,, Darüber hinaus ruft das schnelle Schließen des Ventils, wie dies aus Fig. 2A hervorgeht, einen Druckanstieg und einen anschließenden Druckabfall des Schlammdrucks hervor (positiver Impuls "N", wie er in Fig.2ß veranschaulicht ist^. Bin derartiger Druckanstieg und anschließender Druckabfall tritt hingegen bei den durch den Stand der Technik vorgeschlagenen Anordnungen nicht auf. Demgemäß werden gemäß der Erfindung zwei Stoßwellen durch einen einzigen Ventilbetrieb hervorgerufen. Eine Signalwelle, wie sie in Fig. 2B veranschaulicht ist, und die sowohl einen negativen Impuls als auch einen positiven Impuls umfaßt, wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als "Ventilsignalwelle" bezeichnet. Die mit einer Ventilsignalwelle verbundenen Druckimpulse weisen eine Anstiegsrate von mehreren tausend at/s bzw. psi/s bei einer kurzen Dauer auf_o

Ss ist von Bedeutung, auf die Schnelligkeit der mit den festgestellten Ventilsignalwellen verbundenen Eigenschaften hinzuweisen. Die mit Fig„ 2B verknüpften Zeiten bzw. Zeitsind folgende:

tj; ' = OK ist die Zeitspanne des Auftretens des negativen Impulses "M";

ti = OL ist die Zeitspanne, während der der negative Impuls "M" abfällt;

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ti ' = OM ist die Zeitspanne des Auftretens des positiven Impulses "N";

(s)

t> ' = ON ist die Zeitspanne, während der der positive impuls ¹¹N" abfällt ο

(s )
Die Zeitspanne T_: ', die kennzeichnend ist für die "Länge" des negativen Impulses "M" (oder des positiven Impulses "N")

(s) beträgt 100 ms, während die Zeitspanne T_ ') vom Auftreten des negativen Impulses "M" bis zum Auftreten des positiven Impulses "N" 110 ms beträgt. Damit beträgt die Gesamtzeitspanne der Strömung, wie dies in Fig. 2B veranschaulicht ist, d.h.

rp(s) m(S) m\Sj /q,

U. η m ^V3 '

210 ms. Demgegenüber beträgt die Gesamtströmungszeit gemäß Fig. 1B (siehe Gleichung (5) t£^S<) = 4 s.

Die Kurvendarstellungen in Fig. 1A, 1ß, 2A und 2B sind vereinfacht und idealisiert worden, indem Welligkeiten und andere störende Effekte weggelassen worden sind. Es sei ferner darauf hingewiesen (siehe Fig. 2B), daß das Nebenwegventil zumindest teilweise geöffnet ist während der Zeit-

spanne von tjj ' bis t> ', Während dieser Zeitspanne tritt ein langsamer Druckabfall auf, der am Feststellpunkt durch ein geeignetes Filter eliminiert wird. Ein derartiger Druckabfall ist in der Kurvendarstellung gemäß Fig. 2B nicht gezeigte

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die in Verbindung mit Fig. 2A und 2ß gegebenen numerischen Werte lediglich als Beispielwerte gegeben sind. Dieser Werte sind daher nicht als die Erfindung auf irgendein gegebenes Beispiel beschränkend zu interpretieren.

Der Vorgang, wie er in Verbindung mit Fig. 2A und 2B erläutert worden ist, wird axs "Betrieb von hydraulischen Stoßwellen" bezeichnet werden₀ Demgemäß wird eine Unter-

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scheidung zwischen dem Betrieb von hydraulischen Stoßwellen gemäß Fig. 2A und 2B und dem Betrieb von langsamen Druckänderungen gemäß Fig. 1A und 1B vorgenommen.

Durch Bereitstellung eines Betriebs mit hydraulischen Stoßwellen steht ein Telemetriesystem zur Verfügung, durch das große Informationsmengen pro Zeiteinheit übertragen werden können. Ein derartiges System ist wesentlich besser geeignet, um die derzeitigen kommerziellen Anforderungen zu erfüllen als das eine System, welches auf dem Betrieb langsamer Druckschwankungen basiert.

Das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das Ausgangssignal eines oder mehrerer Fühler bzw_o Sensoren gesteuert, durch die ein oder mehrere Tieflochpararneter unterhalb der Erdoberfläche nahe des Bohrmeißels ermittelt ■werden. Dabei wird eine einzige Messung je Parameter durch eine Aufeinanderfolge von Ventilsignalwellen wiedergegeben. Jede Ventilsignalwelie entspricht einer einzigen Öffnung und Schließung des Ventils_o

Die Aufeinanderfolge der Ventilsignalwellen (die das ausnutzbare Signal darstellen) wird bei Ermittelung an der Erdoberfläche in üblicher Weise mit verschiedenen Störsignalen gemischt sein, wie sie durch den Betrieb der Pumpe oder durch andere Bohroperationen hervorgerufen werden«, Bei einer typischen Bohranordnung wird eine an der Oberfläche angeordnete große Pumpe dazu benutzt, den Bohrschlamm den Bohrschaft hinunter durch den Bohrmeißel und durch den Ringraum zwischen dem Bohrrohr und der Schachtbohrung wieder zurückzupumpen_o Die auf die Pumpe zurückgehenden Störeffekte werden bei dieser Erfindung durch einen Vorgang eliminiert, der die Periodizität dieser Effekte berücksichtigt. Andere mit den Bohrvorgängen verknüpfte Effekte, die üblicherweise als Störsignal auftreten, umfassen ein relativ weites Frequenzspektrum. Dieses Störsignal ist in einigen Fällen ein sogenanntes weißes Rauschen, und in

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anderen Fällen weicht das betreffende StörsignaJL" erheblich „_r_ -Bode narioaiXi/siovii jeov asxiTsa sod fionoaxvrs gMroxo.ci.oa

vom weißen Rauschen ab. Ein digitales Filtersystem-,..bei _rr

-=\gnßl nov cfsxijsä ßiüo BfiJj ils bau AS •'«Qri clßfiioa fislxev;

^{dem eS} ^SlnSslS/^⁶?^^ i^iiMr^nfASbM^^l n^ea formungsfilte'r oder um ein Impulsspitzenfilter handelt,

wird hältnis

formungsfilter. minimiert .die ,mittlere ,quadratische Ab-*., %,..^,_r

* ₉na±9 os

das betreffende Signal in ein Signal zusammendrängt, welches

dem

filter das brauchbare

erfordert eine ,Speicherung und die anschließende .Wiede= von zwei Bezugs Signalen. .Das .erste Hezugssia-nal ist eine * . _wi Signalwelle..^ _;4ie dioroh das .Öffnen und. Schließen des -V.entüs -

jim/nliO aa^-isnxi:· -tiniio yacxiqajiis οχχ:4·ΐβΠ3ΧΒΧ.ΐτπεΠΓ y&v

erzeugt" wird, und das zweite Bezugssisnal stellt „das. bzw. die Störung aufgrund der .Bohroperationen dar\> Die Er-

dadurch nommen

^^p_&cfrj^^

frei von des

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angepaßt F£

π χ £)πΐ/

_Εί?εβχί1 .muiirfaqasiisjjpsT^ soixsw νiisIVi ü aeßxsw aeina'snogoa nie nollg

BAD ORIGINAL

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Ver-

anordnung 40 eines speziellen Te

weiterer Aspect, ^er ^

speziellen Ja-ydE^

die .periodisch das ^ciii,j.j. -^j^^f^cii^^y/ßj^pj-^^x^ η^Ήϊ-3SJ⁵TiXiOV ssd ic

betreffenden Ventils 40 in
scher, Ausf a2^..,Q2^^_rg^\~fg?_r j

Xs^-Co ;-,£?■: on.cj bnxs fobicy-'? -1"XXtIiBS^-TSeI .^:H"ioSXx"~ecioD's;--!. ieö n-s oib ■alxi'asV ε,3ίί29 dex^xieö. rrecrsiifsbsgiis ΑΓ ^ΐί!¹? nx ssb ax;s nois

Weitere ,Asp^te^. d^r. Er-fir^u

f₈y^^

einer Kraftantriebseinric-^tung-^-O/jf^dJBrSj s^fj
metrie^erlizej^gSAT.^.f-cDararrfeige-^: ^ßagb^Tg-sg^ji^git^igii^^i^^Uj^s „sx'i die Anzahl zufrisd^i|ptejliende-r ^M^^^l^ejfeär^^unggni^^barE^^ Xl^rrrioa

νβΛεεΒβΓ^^β^-^η^ΐοω^^ ^u

lieh kurze Impulse von nahezu ,kpng

stellt, dur&hj-^i^t^r-jGL^e ^B^ärZ-i^yqrr undr!K^najyti^k^^jfef--J3_iei-s(iesE; Ar¹-· -*'il^;i Ub e r t r agung-. .-usidf _L Er^ii^tts^lipn^ ^Yi? nxiiSQ:hlaiHi|3ä3?u<^jtn^ujbs sjk|.oSP^i ? j ei ο £-■ ii steigert sind^c^d^kp^^toe^ir:jäe^i^iiej&lG^jBoiäCirjtei^igf. ^iO^eugjfeiMQiifcirioHjixε-den₀ Die.^s^y^^jg^.-^^faß^jjiaiexeilrz^ugungioYa®^ „ gx"5

bei der Tieflochanordnung und die Übertragung einer Grupj&ei _ο§χϊ

f ernten oE^^a^mgdrucifeinp^ -laxe

führende InfggptaitiQiii. ί^633^^δ;^^ΐ£βΐ3^ί^^3^Ι^ΐ^ί^ο®Εφιι\ίΐ33©:ι;£) ssb an der Oberfläche geschaffen, um die übößiJraig^ireaaiiiiBp^s-gx'il nx gruppen zu ermitteln und umzusetzen_o

130013/122 (I_1P ρ
BAD ORIGINAL

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1A, 1B, 2A und 2ß zeigen Kurvenverläufe, die sich einerseits auf den Stand der Technik und andererseits auf die vorliegende Erfindung beziehen.

Fig. 1A veranschaulicht dabei schematisch die Arbeitsweise eines langsam arbeitenden Ventils, wie es nach dem Stand der Technik vorgeschlagen worden ist₀ Fig. 1B zeigt schematisch den Verlauf von DruckSchwankungen, die an der Erdoberfläche festgestellt worden sind und die sich aus dem in Figo 1A angedeuteten Betrieb eines Ventils ergebene Dabei veranschaulichen die Fig_o 1A und 1B einen Zustand, der im vorliegenden Rahmen als "Betrieb bei langsamen Druckschwankungen" bezeichnet wirdo Fig. 2A veranschaulicht schematisch die Arbeitsweise eines schnell arbeitenden Ventils gemäß der Erfindung. Figo 2B veranschaulicht schematisch den Verlauf von Druckschwankungen, die an der Erdoberfläche ermittelt werden und die sich aus der aus Fig. 2A ersichtlichen Arbeitsweise eines Ventils ergeben,, Dabei veranschaulichen die Fig. 2A und 2B einen Zustand, der hier als "Betrieb mit hydraulischen Stoßwellen" bezeichnet wird.

Fig. 3 zeigt schematisch und generell ein Schachtbohrsystem, welches so ausgelegt ist, daß es gleichzeitig eine Bohrung und Messungen gemäß einigen Aspekten der Erfindung ausführt. Fig. 4A zeigt schematisch einen Teil einer unterhalb der Erdoberfläche befindlichen Anordnung gemäß der Erfindung einschließlich eines speziellen Telemetriewerkzeugs. Fig. 4b zeigt schematisch einen Teil der Anordnung gemäß Fig. 4A.

Fig. 5A zeigt schematisch und in weiteren Einzelheiten eine elektronische Verarbeitungsanordnung, die innerhalb des durch gestrichelte Linien angedeuteten Rechtecks in Fig. 4A enthalten ist.

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Fig. 5B zeigt schematise]! ein Speisegerät mit einer Kondensator-Lade- -und Entlade anordnung, die die erforderliche Leistung und Energie für die Betätigung des Ventils des speziellen Telemetriewerkzeugs bereitstellt. Fig. 5C zeigt schematisch eine elektronische Schaltungsanordnung, die zur automatischen Abschaltung des Kraftantriebs für das Ventil des speziellen Telemetriewerkzeugs herangezogen werden kann,,

Fig. 5D und 5E zeigen Kurvenverläufe , anhand derer die automatische Abschaltung zum Zwecke der Signalisierung für den Ventil-Kraftantrieb erläutert wird. Fig. 6a, 6b und 6C veranschaulichen schematisch die Arbeitsweise des hydraulischen "Selbstschließens" des Signalisierungsventils.

Fig. 6D zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 6A, 6B und 6C dargestellten Anordnung.

Fig. 6E zeigt schematisch eine elektronische "ausfallsichere" Anordnung, die für das Signalisierungsventil anwendbar ist_o

Fig. 7A zeigt schematisch eine "Unter"- und Gehäuseanordnung für das spezielle Telemetriewerkzeugo Fig. 7ß zeigt schematisch die Querschnittsform von Zentralisierungseinrichtungen, die in Verbindung mit der Anordnung gemäß Fig. 7A verwendet werden können_o Fig. 7C zeigt schematisch spezielle Verbindungseinrichtungen, die zur Verbindung der Unterbereiche des Gehäuseteils gemäß Fig. 7A verwendet werden können. Fig. 8A bis 8S veranschaulichen anhand von Kurvenverläufen DruckSchwankungen des an der Erdoberflache gemessenen Drucks, wobei die betreffenden Druckschwankungen verschiedenen Werten von T^ ^v' (Öffnungs- oder Schließungs-

Q, / t

zeiten eines Ventils) und von T-J* (Zeit der offenen Strömung) entsprechen,, Die betreffenden Kurven veranschaulichen die Ergebnisse von gewissen Tests, die durchgeführt worden sind, um die optimale Bedingung für einen Betrieb mit hydraulischen Stoßwellen zu erzielen,,

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Figc 8A entspricht dabei dem Fall, daß T^ = 1s und

T^^v) = 2s sind.

Fig. 8B entspricht dem Fall, daß T^ = 200 ms und T£^v; = 1 s sind.

Fig. 8C entspricht dem Fall, daß T^ = 60 ms und

U^V) = 0,5 s sindo

Iv)

Fig. 8D entspricht dem Fall, daß T^ ^J - 20 ms und ^ =0,25 s sind.

Fig. 8E entspricht dem Fall, daß T^ = 5 ms und T^ = 10~¹ s sindo

Fig. 8F zeigt eine exakte Wiedergabe des Drucksignals, unter Veranschaulichung einer Ventilsignalwelle, wie sie an der Erdoberfläche aus einer Tiefe von ca_o 2987 m (,entsprechend 9800 Fuß j bei einer tatsächlichen Ölbohrung aufgenommen worden ist, wie sie in Ost-Texas niedergebracht worden ist„

Fig. 9 zeigt schematisch eine typische auf der Erdoberfläche vorgesehene Anlage, die in Verbindung mit einer Tiefloch-Druckimpuls-Signalisierungseinrichtung gemäß der Erfindung verwendbar ist und die ein angepaßtes Filter enthält, um eine Grundstörung bzw. ein Grundgeräusch zu beseitigen, wenn dieses Geräusch durch weißes Hauschen gebildet ist.

Fig. 1OA bis 1OG veranschaulichen in Kurvenverläufen bestimmte Signalwellen und Impulse, wie sie sich mit der Zeit ändern, um die Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. zu erläutern. Dabei sind die Zeitachsen der Fig. 1OA bis 1OC und die Zeitachsen der Fig. 10D bis 1OG derart untereinander gelegt, daß man dieses Signale und Signalwellen in ihrer zeitlichen Beziehung zueinander vergleichen kann«, Fig. 1OA umfaßt dabei drei Kurvendarstellungen, durch die drei Komponenten eines Signals veranschaulicht sind, welches an der Oberseite des Bohrlochs ermittelt wird. Die betreffenden Komponenten sind kennzeichnend für ein eine Information tragendes Signal, das Pumpengeräusch oder im Falle der Verwendung von mehreren hintereinander geschalteten Pumpen für die Störung von der Gruppe von

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Pumpen und dem Grundgeräusch.

Fig. 1OB enthält drei Kurvendarstellungen, die ein verzögertes, eine Information tragendes Signal, das verzögerte Pumpengeräusch und das verzögerte Grundgeräusch veranschaulichen. Die Verzögerung beträgt T , wodurch die Zeitspanne des Pumpenbetriebs charakterisiert ist (wenn mehrere Pumpen verwendet werden, sind die Druckschwankungen zwar nicht sinusförmig, aber dennoch periodisch, da die hintereinander geschalteten Pumpen relativ nahe "in Phase" gehalten sind). Fig. 1OC enthält zwei Kurvendarstellungen, die die Differenzen der entsprechenden Kurvendarstellungen in Fig.10A und 10B wiedergeben, wobei eine dieser Kurvendarstellungen das Grundgeräusch wiedergibt, während die andere Kurvendarstellung ein eine Information tragendes Signal wiedergibto Fig. 10D zeigt eine Funktion zur Veranschaulichung des Ausgangssignals eines digitalen Filters oder eines Kreuzkorrelators bei den Ausführungsformen der Erfindung, wobei die betreffende Funktion weitgehend ähnlich jener ist, die durch das informationstragende Signal gemäß Fig. 10C veranschaulicht istc Das hier benutzte digitale Filter kann ein angepaßtes Filter, ein Impulsformungsfilter oder ein Nadelimpulsfilter sein.

Fig. 1013 zeigt eine ähnliche Funktion wie Fig. 10D, jedoch zeitlich um eine geeignete Zeitspanne verzögert. Fig. 10F zeigt eine Funktion wie in Fig. 10E, jedoch zeitlich umgekehrt.

Fig. 10G ergibt sich aus einem Vergleich der Kurvendarstellungen gemäß Fig. 1OD und 1OF, wobei die Augenblicke veranschaulicht sind, welche den Impulsen entsprechen, die in den betreffenden Kurvendarstellungen koizident auftreten,,

Figo 11 zeigt schematisch bestimmte Operationen, die von einem digitalen Filter ausgeführt werden. Figo 12 zeigt schematisch eine Anordnung zur Speicherung

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eine eine Information tragenden Signals oder zur Speicherung eines Störsignals.

Fig. 13 zeigt schematisch einen Teil der auf der Erdoberfläche vorhandenen Anordnung mit einem Korrelator zur Störungsbeseitigung„

Fig. 14 zeigt schematisch einen Teil der auf der Erdoberfläche vorhandenen Anordnung mit einem angepaßten Filter zur StÖrungsbeseitugung für den Fall, daß die Störung nicht durch weißes Rauschen gegeben ist. Fig. 15 zeigt schematisch einen Teil der auf der Erdoberfläche vorhandenen Anordnung mit einem Impulsformungsfilter.

Fig. 16 veranschaulicht schematisch gewisse Operationen, die durch ein Impulsformungsfilter ausgeführt werden. Fig. 17 zeigt schematisch einen Teil der auf der Erdoberfläche vorhandenen Anordnung mit einem Impulsspitzenfilter, welches dazu herangezogen wird, eine doppelte Signalwelle in ein entsprechendes Impulsspitzenpaar zu transformieren.

Fig. 18A bis 18F zeigen sechs Wahlmöglichkeiten für eine impulsspitzenverzögerung bezüglich zweier Impulsspitzen, wie sie mittels der Anordnung nach Fig₀ 17 erzeugt werden.

Fig. 19 zeigt schematisch einen Teil der auf der Erdoberfläche vorhandenen Anordnung mit einem Impulsspitzen- bzw₀ Nadelimpulsfilter, welches dazu herangezogen wird, eine einzige Ventilsignalwelle in eine entsprechende Impulsspitze zu transformieren.

Fig. 2OA bis 2OF zeigen sechs Wahlmöglichkeiten für eine Impulsspitzenverzögerung bezüglich einer einzigen Impulsspitze, wie sie von der Anordnung gemäß Fig. 19 erzeugt wird ο

Fig. 21A bis 21C veranschaulichen schematisch gewisse Operationen in Verbindung mit einem Impulsspitzenfilter für verschiedene Zeitverzögerungen_o Fig. 21A entspricht dabei einer gewünschten Impulsspitze

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zu einem Zeitindex Oo

Fig. 21B entspricht einer gewünschten Impulsspitze zu einem Zeitindex 1.

Fig. 21C entspricht einer gewünschten Impulsspitze zu einem Zeitindex 2.

Fig. 22 zeigt schematisch eine Anordnung zur Bestimmung des Leistungsparameters P eines Impulsspitzenfilters_o Fig. 23 zeigt in einem Kurvenverlauf, wie die Arbeitsweise des betreffenden Filters sich mit der Impulsspitzenverzögerung bei einem Filter mit fester Dauer ändern kann₀

Fig. 24 zeigt in einem Kurvenverlauf, wie der Arbeitsparameter eines Impulsspitzenfilters sich mit der Filterlänge (oder Speieherdauer) bei einer festliegenden Impuls spitzenverzögerung ändern kann₀

Fig. 25 zeigt in einem Kurvenverlauf, wie der Leistungsparameter eines Impulsspitzenfilters sich mit der Filterlänge und der FiIterzeitverzögerung ändern kann. Figo 26A zeigt schematisch ein Impuls-Zeit-Codesystem bekannter Art_o

Fig. 26B zeigt schematisch ein Impuls-Zeit-Codesystem gemäß der Erfindung, wobei die Größe des übertragenen Parameters durch das Zeitin tervall zwischen aufeinanderfolgenden einzelnen kurzen Impulsen übertragen wird, die von weitgehend konstanter zeitlicher Dauer sind» Fig. 26C veranschaulicht das Impuls-Zeit-Codesystem gemäß Fig. 26B weiter schematisch.

Fig» 26D zeigt schematisch ein Impuls-Zeit-Codesystem des in Fig„ 26B und 26C dargestellten Typs, wobei jedoch "Dreiergruppeη"-Impulse verwendet werden» Fig. 27 zeigt schematisch in einem Blockdiagramm einen "Codeumsetzer", der eine Anlage ermöglicht, Signale aufzunehmen, die durch zeitlich codierte Dreierimpulsgruppen auftreten.

Figo 28A zeigt schematisch in einem Blockdiagramm den näheren Aufbau einer Schaltungsanordnung einer Auswahleinrichtung der in Fig. 27 dargestellten Anordnungo

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Figo 28B, 28C, 28D und 28E zeigen Kurvenverläufe, die der Erläuterung und dem Verständnis der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 28A dienen. Figo 29 zeigt schematisch in einem Blockdiagramm eine Tiefloch-Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Dreierimpulsgruppen gemäß Fig. 26D.

Fig. 30 zeigt schematisch in einem Diagramm die Prinzipien einer Schaltungsanordnung, die den Impuls-Zeit-Code gemäß der Erfindung bereitstellen kann.

Es sei darauf hingewiesen, daß miteinander übereinstimmende Bezugszeichen für entsprechende Elemente verwendet worden sind, die in einigen der oben aufgeführten Zeichnungsfiguren dargestellt sind. In derartigen Fällen werden die.Beschreibung und die Funktionen der betreffenden Elemente insoweit nicht wiederholt, als es zur Erläuterung der Arbeitsweise der betreffenden Ausführungsformen entbehrlich ist_o

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

I. Allgemeine Beschreibung einer Anordnung zur Datenübertragung während des Bohrens

Figo 3 zeigt eine typische Auslegung einer Anlage, welche die Prinzipien der Erfindung verkörperte Mit 20 ist dabei ein Standard-Öl-Schachtbohrturm mit einem drehbaren Tisch 21, einer Mitnehmerstange 22, einer Schlauchverbindung 23» einem Standrohr 24, einem Bohrrohr 25 und einer Bohrhülse 26 gezeigt. Eine Schlammpumpe oder Schlammpumpen 27 sowie eine Schlammgrube 28 sind in herkömmlicher Weise miteinander verbunden und liefern den Bohrschlamm unter Druck an das Standrohrο Der mit hohem Druck auftretende Schlamm wird den Bohrstrang nach unten durch das Bohrrohr 25 und die Standard-Bohrhülsen 26 und dann durch das Spezial-Telemetriegerät 50 zu dem Bohrmeißel 31 hin gepumpt. Der Bohrmeißel 31 ist mit den üblichen Bohr-Strahleinrichtungen

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versehen, wie dies mit 33 schematisch angedeutet ist. Die Durchmesser der Hülsen bzw. Ringe 26 und des TeIemetriewerkzeugs bzw. -geräts 50 sind dabei groß und außer Verhältnis zu dem Bohrrohr 25 stehend veranschaulicht, um die Mechanismen deutlicher zu veranschaulichen. Der Bohrschlamm zirkuliert nach unten durch den Bohrstrang, wie dies durch Pfeile veranschaulicht ist, und sodann gelangt er nach oben durch den Ringraum zwischen dem Bohrrohr und der Wandung der Schachtbohrung hinauf. Auf das Erreichen der Erdoberfläche hin wird der Schlamm wieder in die Schlammgrube abgegeben (durch nicht dargestellte Rohre), in der Gesteinsablösungen oder sonstige Schachttrümmer sich absetzen können, um weiter gefiltert zu werden, bevor der Schlamm wieder aufgenommen und durch die Schlammpumpe erneut in eine Zirkulation gebracht wirdo

Zwischen dein Bohrmeißel 23 und der Bohrhülse 26 befindet sich die Spezial-Telemetriesendeanordnung oder das mit bezeichnete Telemetriegerät. Diese Spezial-Telemetriesendeanordnung 50 umfaßt ein Gehäuse 250, welches eine Ventilanordnung oder einfach ein Ventil 40 sowie eine elektronische Verarbeitungsanordnung 96 und Fühler 101 aufweist. Das Ventil 40 ist so ausgelegt, daß es augenblicklich einen gewissen Anteil des Schlamms von der Innenseite der Bohrhülse in den Ringraum 60 umleitete Normalerweise (d.ho dann, wenn das Ventil 40 geschlossen ist) muß der Bohrschlamm vollständig durch die Düsen 33 abgegeben werden« Damit verbunden ist ein erheblicher Schlammdruck (.der in der Größenordnung von 140 bis 210 at - entsprechend 2000 bis 3000 psi liegt). Dieser Schlammdruck ist in dem als Standrohr bezeichneten Gestellrohr 24 vorhanden. Wenn das Ventil 40 unter der Steuerung eines Fühlers 101 und der elektronischen Verarbeitungsanordnung geöffnet wird, wird ein Teil des Schlamms umgeleitet, wodurch der Gesamtwiderstand gegenüber der Strömung augenblicklich absinktο Dadurch kann eine Druckänderung in

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SS

dem Gestellrohr 24 festgestellt werden. Die elektronische Verarbeitungsanordnung 96 erzeugt eine codierte Folge von elektrischen impulsen, die kennzeichnend sind für den Parameter, der mittels eines ausgewählten Fühlers 101 gemessen wird. Die entsprechenden Öffnungen und Schließungen des Ventils AO werden unter Erzielung aufeinanderfolgender entsprechender Druckimpulse in dem Gestellrohr 24 erzeugt.

Mit 51 ist ein Druckwandler bezeichnet, der eine für die Druckänderungen in dem Gestellrohr 24 kennzeichnende elektrische Spannung erzeugt. Das für diese Druckänderungen kennzeichnende Signal wird von der elektronischen Anordnung 53 verarbeitet, die für die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsgerät 54 oder zur Aufzeichnung bzw. Anzeige in irgendeiner anderen Anzeigeanordnung geeignete Signale erzeugt. Der Aufzeichnungsträger des Aufzeichnungsgerätes 54 wird durch einen Antrieb angetrieben, der kennzeichnend ist für die Tiefe des Bohrmeißels, und zwar mittels an sich bekannter (hier nicht dargestellter) !Einrichtungen.

II. Allgemeine Beschreibung des Spezial-Telemetriesenders

Fig. 4A zeigt gewisse Einzelheiten des Spezial-Telemetriesenders 5O₀ Bestimmte Einzelheiten sowie weitere Einzelheiten sind dabei bereits an anderer Stelle beschrieben worden (DE-OS 28 52 575)ο Fig. 4A zeigt die einzelnen Anordnungen dabei lediglich schematisch. Bei einem tatsächlichen Werkzeug bzw. Gerät ist das Gehäuse 250, welches das Ventil 40, die elektronische Verarbeitungsanordnung 96 und die Fühler 101 umfaßt, in zwei Bereiche 250a und 250b unterteilt« der obere Bereich 250a (oberhalb der gestrichelten Linie 249) enthält die Ventilanordnung 40 und die zugehörigen Mechanismen; der betreffende Bereich v/eist, wie dies weiter unten noch näher ausgeführt werden wird, einen wesentlich größeren Durchmesser auf als der Bereich 250b.

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SC

Der untere Bereich 250b (unterhalb der gestrichelten Linie 249 J enthält die elektronische Verarbeitungsanordnung 96, die Fühler 101 und zugehörige Mechanismen. Dieser Bereich weist, wie dies weiter unten noch näher ersichtlich werden wird,einen wesentlich geringeren Durchmesser auf als der obere Bereich 250a. Wie in Fig. 4A veranschaulicht, zirkuliert der Bohrschlamm an dem Spezial-Telemetriegerät 250a, 250b vorbei nach unten (wie durch die Pfeile 65 veranschaulicht), durch die Bohrmeißeldüse 33 hindurch und dann zurück (wie dies durch die Pfeile 66 veranschaulicht ist) zu der Erdoberfläche in dem Ringraum 60 und zu der Schlammgrube 28 hin, wozu eine nicht näher dargestellte Rohreinrichtung dient₀ Die Ventilanordnung 40 umfaßt einen Ventilkolben 68 und einen Ventilsitz 69. Der Ventilkolben und der Ventilsitz sind derart konstruiert, daß die Querschnittsfläche des Verschlusses A etwas größer ist als die Querschnittsfläche B des Ausgleichskolbens 70. Wenn der Druck in der Kammer 77 größer ist als der in der Kammer 78, dann wird der Ventilkolben somit nach unten gedrückt. Das Ventil 40 neigt dazu, sich selbst noch fester zu schließen, wenn ein erhöhter Differenzdruck ausgeübt wird_o

Der Fluid-(Schlamm)-Druck in der Kammer 77 ist stets weitgehend gleich dem Fluid-(Schlamm)-Druck innerhalb der Bohrhülse, die in Fig_o 3 mit 26 und in Fig. 4A mit 50 bezeichnet ist, und zwar wegen der Öffnung 77a in der Wand der Anordnung 250. Ein Fluidfilter 77b ist in den Durchgang 77a eingefügt, um zu verhindern, daß Feststoffe und Schutt bzw. Abraum in die Kammer 77 eintreten. Wenn das Ventil 40 geschlossen ist, ist der Fluid-(Schlamm)-Druck in der Kammer 78 gleich dem Fluid-(Schlamm)-Druck in dem Ringraum 60. Wenn das Ventil 40 geöffnet ist und wenn die Pumpen laufen, tritt eine Schlammströmung von der Kammer zur Kammer 78 und durch die Durchtrittsöffnung 81 in den Ringraum 60 auf, und zwar mit entsprechenden Druckabfällen.

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doppelt wirkendes elektromagnetisches Magnetrelais 79 ist so angeordnet, daß es das Ventil 40 in Abhängigkeit von einem über elektrische Zuführungsleitungen 90 zugeführten elektrischen Strom öffnet oder schließt.

Mit P60 sei der Schlammdruck in dem Ringraum 60 bezeichnet, mit P77 sei der Druck in der Kammer 77 bezeichnet, und mit P78 sei der Druck in der Kammer 78 bezeichnet. Wenn das Ventil 40 geschlossen ist, beträgt P78 = P60. Wenn die Pumpen 27 laufen und wenn das Ventil 40 "geschlossen" oder nahezu geschlossen ist, ist P77>P78, wodurch der Ventilkolben 68 zu dem Ventilsitz 69 hin gedrückt wird. Wenn das Ventil 40 sich im geöffneten Zustand befindet (d.h₀ in der Zeichnung nach oben bewegt ist), tritt eine Schlammströmung von der Kammer 77 zu dem Ringraum 60 auf» Aufgrund des Strömungswiderstands der Durchlaßöffnung C (Fig. 4B) gilt die Beziehung P77>P78>P60. Die Kammern 83 und 94 sind mit einem Öl sehr niedriger Viskosität gefüllt (wie es unter der Bezeichnung Dow Corning 200 Fluid erhältlich ist, vorzugsweise mit einer Viskosität von 5 Centistoke oder weniger), wobei eine Verbindung dui-uh den Durchgang 86 vorhanden ist„ Sin Schwimmkolben 82 bewirkt dabei, daß der Druck P83 in der mit Öl gefüllten Kammer 83 stets dem Druck P78 ist. Damit ist stets P78 = P83 = P84. Wenn das Ventil 40 "geöffnet» ist, da P78 = P 84 und P77 > P84 sind, wird somit das Ventil 40 in die "geöffnete" Stellung durch eine Kraft F = (Fläche B) (P77 - P84) gedrückt. Das Ventil 40 kann daher als bistabiles Glied bezeichnet werden,, Dies bedeutet, daß das Ventil im "geöffneten" Zustand dazu neigt, "geöffnet" zu bleiben. 1st das betreffende Ventil "geschlossen", so zeigt es die Neigung, "geschlossen" zu bleiben., Wenn das Ventil nahezu offen ist, zeigt es überdies die Neigung, sich in den geöffneten Zustand zu bewegen,, 1st es hingegen nahezu geschlossen, so zeigt es die Neigung, in den geschlossenen Zustand zu gelangen. Das Ventil 40 kann daher von einem Zustand in den anderen Zustand mit relativ geringer Energie umgeschaltet werden,,

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S3

Die Ventilwirkung kann als mechanisches Äquivalent eines auf dem Gebiet der Elektronik bekannten elektrischen bistabilen Flipflops betrachtet werden.

Fig. 4B zeigt das Ventil 40 im geöffneten Zustand; gemäß Fig. 4a ist das Ventil demgegenüber geschlossen.

Zurückkommend auf Fig. 4A sei bemerkt, daß mit 91 ein elektrischer "Druckschalter" bezeichnet ist, der dann elektrisch leitend ist, wenn P77> P78 gilt (Pumpe läuft), und der elektrisch nichtleitend ist, wenn P77 = P78 gilt (Pumpen abgeschaltet - kein Pumpenlauf). Der von dem Druckschalter 91 zu dem Speisegerät 93 hin verlaufende Draht 92 kann daher die Spannungsversorgung ein- oder ausschalten. Mittels eines elektronischen Zählers 9h und eines elektromagnetischen Folgeschalters 95 kann irgendeiner der vier Fühler 101 ferner mit der elektronischen Verarbeitungsanordnung 96 wirksam verbunden sein, indem die Schlammpumpen 27 sequentiell stillgesetzt bzw_o in Betrieb gesetzt werden oder indem die Pumpen in Übereinstimmung mit einem bestimmten Code stillgesetzt bzw_o in Betrieb gesetzt werden, der durch die Schaltungsanordnung in dem Element 94 ausgewertet bzw. interpretiert werden kann»

III. Beschreibung des elektronischen Verarbeitungsanordnungsteiles des Spezial-Telemetriegerätes

Vorstehend ist die Arbeitsweise des bistabilen Ventils 40 und des Folgeschalters 95 beschrieben worden, der die selektiven elektrischen Verbindungen der verschiedenen Fühler 101 zu der elektronischen Verarbeitungsanordnung 96 herstellt»

Bezüglich weiterer Einzelheiten der elektronischen Verarbeitungsanordnung 96 sei auf Fig_o 5A Bezug genommen, in der entsprechende Bezugszeichen verwendet sind wie in Fig.4A.

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Es sind bereits verschiedene Arten von Fühlern bekannt, die elektrische Signale erzeugen, welche kennzeichnend sind für einen Tieflochparameter. Beispiele sind Gammastrahlenfühler, Temperaturfühler, Druckfühler, Gasgehaltfühler, magnetische Kompasse, Dehnungsmeß-Neigungsmesser, Magnetometer, Gyro-Kompasse und viele weitere Meßgeräte. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5A ist ein Gammastrahlenfühler, wie eine Ionisationskammer oder ein Geigerzähler oder ein Scintillationszähler verwendet worden (und zwar mit der in Frage kommenden elektronischen Schaltungsanordnung). Alle diese Meßgeräte können derart angeordnet sein, daß eine Gleichspannung erzeugt wird, die dem Gammastrahlungsfluß proportional ist, der von dem Fühler aufgefangen wird.

Es dürfte einzusehen sein, daß das Umschalten von einem Fühlertyp zu einem anderen Fühlertyp, was mittels des Schaltmechanismus 95 gemäß Fig. 4A erfolgt, an sich bekannt ist (in den meisten Fällen wird eine elektronische Umschaltung bevorzugt anstelle des dargestellten mechanischen Schalters)ο Demgemäß ist in Fig. 5A aus Gründen der klareren Beschreibung lediglich ein einziger Fühler 101 gezeigt. Außerdem sind die Speisequelle 93 und der durch einen Schlammdruck betätigte Schalter 91 gemäß Fig. 4A in Fig. 5A nicht dargestellt.

Gemäß Fig. 5A ist der Fühler 101 mit einem Analog/Digital-Wandler 102, einem Prozessor 103 und einem Kraftantrieb in Reihe geschaltet. Der Kraftantrieb 104 ist mit den Wicklungen 105 und 106 des doppelt wirkenden Magnetrelais verbunden, welches in Fig. 4A als Magnetrelais 79 bezeichnet istο Der Kraftantrieb 104 kann ähnlich dem in Fig. 3E der vorliegenden Anmeldung gezeigten Antrieb sein. Die Arbeitsweise ist dabei folgende. Der Fühler 101 erzeugt .ein elektrisches analoges Ausgangssignal, wie es durch den Kurvenverlauf von 101a in der Kurvendarstellung unmittelbar

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oberhalb des den Fühler andeutenden Kästchens 101 veranschaulicht ist. Die Kurve zeigt dabei den Verlauf des Fühlerausgangssignals in Abhängigkeit von der Tiefe des Telemetriesenders 50 in dem Bohrloch. Der Analog/Digital-Wandler 102 wandelt das Analog-Signal 101 in eine digitale Form um, indem die Folge der Größe bzw. Amplitude einer großen Anzahl von Ordinatenwerten auf der Kurve 101a gemessen und jeder einzelne Ordinatenwert in eine ßinärzahl umgesetzt wird, die durch ein Binärwort dargestellt wird. Dieser Prozeß ist an sich bekannt und erfordert hier keine weitere Erläuterung. Es ist jedoch wichtig zu berücksichtigen, daß der Kurvenverlauf 101a die Schwankung des Signals des Wandlers in Abhängigkeit von Stunden wiedergeben kann und daß die Kurve 102a einen einzigen Ordinatenwert wiedergibt (beispielsweise den Ordinatenwert AB der Kurve 101a). Demgemäß beträgt der Zeitmaßstab in Abszissenrichtung der Kurve 102a Sekunden, und die gesamte Kurve 102a stellt ein binäres 12-Bitwort dar. Tatsächlich stellt das betreffende Binärwort die Dezimalzahl 2649 dar. Demgemäß kennzeichnet jedes 12-Bit-Wort der Kurve 102a einen einzelnen Ordinatenwert, wie den Ordinatenwert AB der Kurve 101a. Die übliche binäre Codierung umfaßt Zeitpausen zwischen jedem Binärwort. Nach der Pause wird ein Anfangs- oder Vorzeigerimpuls übertragen, um den Beginn des dem Binärwort zugeteilten Zeitintervalls anzuzeigen. Dieser Vorzeigerimpuls ist nicht Teil des Binärwortes, sondern er dient lediglich dazu anzuzeigen, daß gleich ein Binärwort beginnt. Das Binärwort wird dann übertragen bzw. ausgesendet, wenn eine Anzeige den Ordinatenwert der Kurve 101a liefert. Sodann tritt eine (zeitliche) Pause auf, auf die hin das nächste Binärwort folgt, welches kennzeichnend ist für die Größe des nächsten Ordinatenwertes, usw.. Diese Vorgänge "creten in rascher Folge auf» Die kontinuierliche Kurve 101a ist somit durch eine Reihe von Binärzahlen oder Wörtern dargestellt, deren jedes einen einzelnen Punkt auf der Kurve 101a wiedergibtο Es ist von Bedeutung, hier zu verstehen, daß

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zwischen zwei Binärwörtern stets eine zeitliche Pause vorhanden ist. Diese Pause (während der keine Signale übertragen werden) ist verschiedentlich mehrere Binärwörter lang; die betreffende Pause wird für einen wichtigen Zweck ausgenutzt, auf den weiter unten noch näher eingegangen werden wird. Um eine Decodierung an der Oberfläche zu ermöglichen, muß der Takt Nr. 1 bzw. die Takteinrichtung Nr. sehr konstant sein (und in Synchronismus mit den entsprechenden Takteinrichtung 212 oder 309 sein, die an der Oberfläche vorhanden sind). Außerdem muß die betreffende Takteinrichtung eine Reihe von in gleichen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgenden Impulsen in einer auf dem Gebiet der Elektronik an sich bekannten Art und Weise erzeugen.

Die Kurve 103a gibt ein einzelnes Bit des Binärwortes 102a wieder. Die Abszissenachse unterscheidet sich auch hier erheblich von den vorhergehenden Kurven. Die Zeit bei der Kurve 103a wird in Millisekunden angegeben, da die betreffende Kurve lediglich ein einziges Bit wiedergibt. Jedes einzelne Bit wird in zwei elektrische Impulse umgesetzt, die jeweils eine Zeitdauer von tx aufweisen und die um eine Zeitspanne ty voneinander getrennt sind. Die Kurve 104a stellt eine Nachbildung der Kurve 103a dar, wobei es sich allerdings um Signalejhandelt, die von dem Kraftantrieb bzw. der Leistungssteuerung 104 stark verstärkt sind. Der elektrische Impuls 104b wird an die Magnetrelaiswicklung 105 abgegeben (bei der es sich um die Ventil-"Offen"-Wicklung handelt), und der elektrische Impuls 104c wird an die Magnetrelaiswicklung 106 abgegeben (bei der es sich um die Ventil "Gⁱeschlossen"-Wicklung handelt). Das Ventil 40 gemäß Fig. 4A wird somit durch den Impuls 104b geöffnet und durch den Impuls 104c geschlossen. Damit verbleibt das Ventil 40 im "offenen"-Zustand etwa während der Zeitspanne ty. Die Zeitpunktetx sind so eingestellt, daß sie für die korrekte Betätigung der Magnetrelaiswicklungen geeignet sind. Die Zeitspanne ty ist so proportioniert, daß

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das Ventil 40 während der korrekten Zeitspanne geöffnet ist. Die betreffenden beiden Zeitspannen sind durch die Takteinrichtung Nr. 2 festgelegt und gesteuert.

Bei der Weiterleitung einer Telemetrieinformation von einem Fühler zur Erdoberfläche werden geeignete Pausen zwischen der Übertragung aufeinanderfolgender Binärwörter vorgesehen. Aufgrund dieser Pausen ist es möglich, in einem geeigneten elektronischen Speicher in der Anlage auf der Erdoberfläche die Störung abzuspeichern, die durch den Bohrvorgang allein hervorgerufen wird (ohne die Signalwelle). Die erforderlichen Anordnungen und Verfahren hierfür werden weiter unten noch näher erläutert werden.

IV. Beschreibung der Spannungsversorgung für den Spezial-Telemetriesender

Wie zuvor ausgeführt, muß das Ventil 40 gemäß Fig. 4A ein sehr schnell wirkendes Ventil sein. Um das Ventil schnell zu steuern bzw. anzutreiben, ist eine erhebliche Leistung erforderlich. (Es hat sich als Ergebnis eines geeigneten Tests herausgestellt, daß ein derartiges Ventil etwa 1/2 bis 3/4 PS benötigt, um mit der erforderlichen Geschwindigkeit betrieben zu werden.)

Obwohl diese Leistung sehr erheblich ist, wird sie jedoch nur sehr kurz aufgewandt, und demgemäß ist lediglich eine geringe Energie pro Operation erforderlich.

Beim tatsächlichen Betrieb während der Durchführung von Tests hat sich gezeigt, daß die Ausübung einer Leistung von 1/2 PS während etwa 40 ms die erforderliche Energie lieferte, um eine zufriedenstellende einzelne Ventilbetätigung hervorzurufen. Diese Energie kann mit etwa 15 Joule berechnet werden. Eine Batteriepackung, die hinreichend klein ist, um innerhalb des Gehäuses 250 b gemäß Fig. 7A

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unter gebracht werden zu können, kann etwa 4 Millionen Joule liefern, ohne eine Aufladung oder einen Austausch zu erfordern. Das System ist daher imstande, 130 000 vollständige Ventilbetätigungen (Öffnung zuzüglich Schließung) hervorzurufen. Tatsächlich beträgt der Energieverbrauch weniger als 15 Joule pro Operation. Die Induktivität, das Q und die Bewegungsimpedanz der Magnetrelaiswicklung bewirken, daß sich der Strom relativ langsam und mit einem Kurvenanstieg ausbildet, wie dies in der Kurve 272A gemäß Fig. 5C und in den Kurven 300, 301 gemäß Fig. 6E veranschaulicht ist. Demgemäß ist die Gesamtenergie pro Impuls wes_entlich geringer als 15 Joule; es sind 9 Joule gemessen worden, was somit eine Möglichkeit von 216 000 vollständigen Ventilbetätigungen mit sich bringt. (Eine noch größere Leistungsfähigkeit wird durch die Verwendung der nachstehend in Verbindung mit Fig. 5C beschriebenen Schaltungsanordnung erzielt«) Aus den obigen Ausführungen kann ersehen werden, daß die Bereitstellung der erforderlichen Tieflochenergie aus Batterien für ein praktisches Telemetriegerät leicht möglich ist. Die Bereitstellung der erforderlichen sehr großen Leistung (1/2 PS) bringt jedoch schwierige Probleme mit sich.

Es war klar, daß die Lösung eines derartigen Problems die Speicherung von Energie in einem Mechanismus einschließen würde, der veranlaßt werden könnte, seine Energie plötzlich (innerhalb einer kurzen Zeitspanne) abzugeben und damit die erforderlichen kurzen leistungsstarken Impulse bereitzustellen. Ein derartiger Mechanismus war ein "Hammerwirkungs"-Mechanismus, der in dem Gerät verwendet worden ist, wie es bereits an der oben erwähnten anderen Stelle beschrieben ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieser Mechanismus zuweilen ungenügend ist. Weitere Mechanismen, die früher in Betracht gezogen worden sind, laufen auf die Ausnutzung von

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Druckluft, Druckfedern und anderen Elementen hinaus. Kondensator-Energiespeichersysteme erforderten große Kapazitätswerte: Die auf einem Kondensator gespeicherte Energie ändert sich mit der ersten Potenz der Kapazität und dem Quadrat der gespeicherten Spannung. Da eine niedrige Induktivität besitzende, schnell wirkende Magnetrelais-Antriebswicklungen erforderlich sind, wird die Notwendigkeit nach Niederspannungseinrichtungen offensichtlich. Eine anfängliche Berechnung hat gezeigt, daß unmäßig große Kondensatoren erforderlich wären.

Nach weiterer Abschätzung hat sich gezeigt, daß ein betriebsfähiges System möglich sein dürfte. Durch mathematische Untersuchung und durch Experimente und Tests ist festgestellt worden, daß folgende Keihe von optimalen Schaltungsparametern vorhanden sein sollte bzw. müßte:

1. Induktivität der Magnetrelaiswicklung: 0,1 H in der betätigten Stellung und 0,07 H in der nicht-betätigten Stellung (d.h. ein sich verjüngender Anker-Relaismagnet).

2. Widerstand der Magnetrelaiswicklung: 4,5 Ohm.

3. Spannung, bei der Energie gespeichert wird: 50 V

4. Größe des Speicherkondensators: 10 000 mF.

5. StromJ-eistung der Antriebsschaltung: 10 A.

Es ist festgestellt worden, daß zur Erzielung einer schnellen Magnetrelaiswirkung Wicklungen niedriger Induktivität wünschenswert sind. Es ist außerdem festgestellt worden, daß die Stromleistungen der elektronischen Antriebsschaltungen über 10 A hinaus gesteigert werden können. Eine niedrige Spannung macht jedoch übermäßig hohe Kapazitätswerte erforderlich.

Kürzlich erzielte Fortschritte in sogenannten Batterien mit geschmolzenem Salz haben zu Energiequellen von sehr guter Kompaktheit geführt. Dieselbe neuere Technologie

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hat auch zu Kondensatoren mit extrem hohen Kapazitätswerten geführt, wobei 10 F in einem Raum von 1 Kubikzoll erzielt werden,, Diese Werte waren jedoch unannehmbar wegen der erforderlichen Erwärmung auf eine hohe Temperatur (500⁰C), was als unpraktisch gehalten wurde. Die Kosten waren überdies sehr hoch. Demgemäß waren noch weitere Anstrenungen erforderlich. Nach einer vollständigen und langen Untersuchung ist schließlich gefunden worden, daß ein Tantalmassekondensator nach den letzten Entwicklungen die Spezifikationen erfüllen würde, sofern die übrigen oben aufgeführten Parameter und Faktoren optimiert werden, um eine Anpassung an die Eigenschaften derartiger Kondensatoren zu erzielen. Daraus ergibt sich, daß zumindest 216 000 vollständige Ventilbetätigungen mit einer Batterieladung erzielt werden können» Unter der Annahme, daß das Telemetriesystem angemessene kontinuierliche Daten bereitstellen kann, indem fünf Impulse pro Minute übertragen werden, ist das System instande, kontinuierlich in einem Bohrloch während einer Dauer von 440 Stunden zu arbeiten. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß die kontinuierliche Arbeitsweise häufig nicht erforderlich ist. Das Werkzeug bzw. Gerät kann lediglich intermittierend auf Befehl durch die Schaltungsanordnung benutzt werden, die durch den Schalter 91 und die Elemente 94 und 95 gemäß Fig. 4A gesteuert wird.

Wenn der Vorteil der verbesserten Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5C ausgenutzt wird, wie dies weiter unten noch näher ersichtlich werden wird, dann kann sogar eine noch größere Anzahl von Ventiloperationen erzielt werden. Eine Operation mit einer Geschwindigkeit von einem Impuls pro Sekunde wird als praktisch erachtet.

Es existiert noch ein weiterer zu bestimmender Parameter: Die richtige bzw. geeignete Wiederaufladung des Kondensators nach Entladung. Der Kondensator kann über einen

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Widerstand geladen werden, der mit der Batterie (oder einer anderen Energiequelle) verbunden ist. Dieser Ladevorgang erweist sich jedoch zuweilen als langsam, da in dem Fall, daß der Kondensator teilweise geladen ist, der den Widerstand durchfließende Strom abnimmt und am Ende des Ladezyklus der Ladestrom sich an Null annähert. Wenn das ohmsche Wert des Widerstands klein ist, wären Batterien erforderlich, um den übermäßigen Momentanstrom zu führen, da der Anfangsstromimpuls während des Ladezyklus den Wert für eine maximale Batterielebensdauer überschreiten würde. Die beste Verfahrensweise zum Laden des Kondensators erfolgt über eine Konstantstromeinrichtung. Der Kondensator würde dann mit einem optimalen Ladestrom entsprechend dem optimalen Entladestrom für den bestimmten besonderen Batterietyp unter Erzielung maximaler Energiespeicherung geladen werden. Durch korrekte Bestimmung des Ladestroms kann eine erhebliche Steigerung (zuweilen um einen Faktor von 2 oder 3) in dem Energiebetrag erzielt werden, der aus einem vorgegebenen Batterietyp verfügbar ist. Die Konstantstromeinrichtungen sind an sich bekannt und ohne weiteres als elektronische integrierte Schaltungen erhältlich. Sie sind überdies für einen weiten Bereich von Stromwerten verfügbar.

In Fig. 5B ist schematisch ein Spannungsversorgungsgerät gezeigt, welches in den Leistungsantrieb bzw. die Leistungsantriebseinrichtung 104 gemäß Fig. 4A einbezogen werden kann. Das Speisegerät umfaßt eine Kondensatorlade- und Kondensatorentladeanordnung, durch die die erforderliche Leistung und Energie für die Wicklungen des Magnetrelais 79 bereitgestellt wird. In Fig. 5B ist mit 450 eine Batterie oder ein Turbogenerator oder eine andere Potentialquelle bezeichnet, die einen Gleichstrom bzw. eine elektrische Gleichspannung bereitstellt. Mit 451 ist eine Konstantstromeinrichtung bezeichnet, und

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mit 452 ist ein Kondensator bezeichnet. Der Kondensator wird durch die Konstantstromeinrichtung 451 geladen und über die Leitung 453 entladen. Die Leitung 454 liefert die reguläre Dauerleistung, die für die Versorgung der elektronischen Tieflocheinrichtungen erforderlich ist.

V. Beschreibung des hydraulischen "selbstschließenden" Signalisierungsventils

Es ist außerdem eine Anordnung vorgesehen, die bei Ausfall arbeitet , der dann auftritt, wenn das Ventil in einer geöffneten Stellung über eine lange Zeitspanne hinweg "hängen bleibt". Eine derartige Anordnung zum automatischen Schließen des Ventils im Fehlerfalle (was in Fig. 4A mit dem Bezugszeichen 269 bezeichnet ist) ist in Verbindung mit Fig. 6A, 6B und 6C schematisch dargestellte

Wie bereits früher ausgeführt, ist das Ventil so ausgelegt, daß es eine hydraulische Rastwirkung oder bistabile Wirkung zeigt. Dies bedeutet, daß das Ventil in dem Fall, daß es durch einen impuls von der Magnetrelaiswicklung her geöffnet ist, dazu zeigt, in geöffnetem Zustand zu bleiben und daß es später, wenn es durch einen Impuls von der Magnetrelaiswicklung 106 her geschlossen wird, die Neigung zeigt, geschlossen zu bleiben. Es ist möglich, daß das Relais mit Rücksicht auf eine elektrische oder mechanische fehlerhafte Funktion in der geöffneten Stellung "hängenbleibt". Es sei darauf hingewiesen, daß in dem Fall, daß ein derartiger fehlerhafter Zustand auftritt, die Bohroperation weitergeführt werden kann. An der Öffnung 81 gemäß Fig. 4A würde dabei jedoch eine gewisse Abnutzung auftreten., Die Störung, die auf die hydraulischen Einrichtungen des Schlammsystems dadurch zur Wirkung gelangen, daß das Ventil während einer langen Zeitspanne geöffnet ist, sind nicht erwünscht. Obwohl der Bohrvorgang fortgesetzt werden kann, ist es vorteilhaft,

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das Ventil während der längsten Zeitspanne zu schließen und lediglich zu öffnen, um die kurzen Impulse zu erzeugen, die für die Erzeugung der hydraulischen Stoßwelle erforderlich sind.

in der schematischen Darstellung gemäß Fig. 6A, 6B und 6C wird eine Stange 100 dazu "benutzt, das Ventil durch Schubausübung zu schließen, indem eine nach unten gerichtete Kraft auf die Stange 80 gemäß Fig. kB ausgeübt wird (.das ist die Magnetrelais-Ankerwelle).

Wunmehr sei auf Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Bezug genommen. Das obere Ende des Mechanismus ist für den "Bohrrohrschlamm" freigelegt, d.h„ für den Schlamm, der unter hydrostatischem Druck steht, zuzüglich der Druckdifferenz über dem Bohrmeißel, das ist die Druckdifferenz zwischen der Innenseite des Gerätes 50 und dem Ringraum 60. Venn die Pumpen nicht laufen, herrscht in der Zone 111 lediglich der hydrostatische Druck„ Wenn die Pumpen hingegen laufen, ist der Druck gegeben durch den hydrostatischen Druck zuzüglich der Druckdifferenz. Da die Druckdifferenz in der Größenordnung von lediglich bis 140 at (entsprechend 1000 bis 2000 psi) liegt, kann eine große Druckänderung in der Zone 111 dann auftreten, wenn die Pumpen in Betrieb gesetzt werden (das bedeutet einen Anstieg von 70 bis 14O at, entsprechend 1000 bis 2000 psi). Wenn gemäß Fig_o 6A die Pumpen nicht laufen, führen die Zonen 112, 113 den Ringraumdruck, da das Rohr 114 mit der Kammer 84 verbunden ist, welche Öl mit dem Ringraumdruck enthält (siehe Fig. 4A), und da die Durchgangsöffnung 115 die Zonen 112 und 113 miteinander verbindet.

Nunmehr sei angenommen, daß die Pumpen in Betrieb gesetzt werden«, Der Druck in der Zone 111 steigt dann erheblich an (d.h. um 70 bis 140 at - entsprechend 1000 bis 2000 psi), wobei der Kolben 116 nach unten gedrückt wird. Dadurch

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wird die Feder 107 (in Fig. 6B nicht dargestellt) zusammengedrückt. Das unter hohem Druck stehende Öl in der Zone 112 drückt den Kolben 108 nach unten und die Feder 110 (nicht dargestellt) zusammen. Wenn die Pumpen in Betrieb gesetzt sind, ändern somit die Einzelteile gemäß Fig. 6A ihre Lage entsprechend der Konfiguration gemäß Fig. 6B, wobei die beiden Kolben 116 und 108 sich in der unteren Stellung befinden und wobei die Stange 110 nach unten ausgefahren ist, wie dies dargestellt ist.

Mit Rücksicht auf das Vorhandensein der Öffnung 115 und aufgrund der Wirkung der Feder 110 wird nunmehr der Kolben 68 nach oben gedrückt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die durch die Größe der Öffnung 115, die Federkonstante der Feder 110 und die Viskosität des Öles in den Zonen 112 und 113 bestimmt ist. Diese Geschwindigkeit kann ohne weiteres gesteuert und gleich irgendeinem gewünschten Wert gemacht werden. So kann beispielsweise eine solche Geschwindigkeit erreicht werden, daß der Kolben 108 in etwa 1 Minute in eine obere Ausgangsstellung zurückkehrt. Nach einer Minute nimmt daher die Anordnung die Konfiguration gemäß Fig. 6C wieder an«, Aus den gleichen Gründen werden in dem Fall, daß die Pumpe stillgesetzt wird, die Wirkung der Feder 107 und die Wirkung der Öffnung 115 den Kolben 116 veranlassen, in den Ausgangszustand gemäß Fig. 6A wieder zurückzugehen.

Es dürfte damit ersichtlich sein, daß jedes mal dann, wenn die Schlammpumpe gestartet wird, die Stange 100 sich um die Strecke d gemäß Fig. 6ß abwärtsbewegen und dann in die normale zurückgezogene Stellung zurückkehren wird. Da beim normalen Bohren die Pumpe jeweils dann stillgesetzt wird, wenn ein Bohrrohr-Verbindungsteil hinzugefügt wird, folgt daraus, daß jedesmal dann, wenn ein Bohrrohr-Verbindungsteil hinzugefügt wird (,welches

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üblicherweise etwa 9 m lang ist - entsprechend 30 Fuß), die Stange 100 eine einzelne Abwärts-Auslenkung ausführen und sodann in ihre obere Ausgangsstellung zurückkehren wird.

Wie bereits oben ausgeführt, ist die Stange 100 so ausgelegt, daß dann, wenn sie nach unten ausgefahren ist, die Magnetrelais-Ankerwelle gemäß Fig. 4A nach unten gedrückt wird, wobei das Ventil geschlossen wird. Damit stellt die Einrichtung gemäß Fig. 6A, 6ß, 6C und 6D eine "Sicherheits"-Einrichtung dar. Dies bedeutet folgendes: Sollte das Ventil in der geöffneten Stellung aufgrund eines elektrischen oder mechanischen Fehlers hängenbleiben, so wird das betreffende Ventil zwangsweise nach maximal etwa 9 m Bohrweg geschlossen.

In Fig. 6D ist eine Schnittansicht der in Fig. 6A, 6B und 6C schematisch dargestellten Einrichtung gezeigt. Bei der tatsächlichen Anlage ist die in Fig. 6D dargestellte Einrichtung an der Stelle 269 gemäß Fig. 4A untergebracht. Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in Fig. 6D wie in Fig. 6a, 6b, 6c und 4A entsprechende Elemente.

Vl. Beschreibung der "fehlersicheren" Elektronik für das Signalisierungsventil

Das in Verbindung mit Fig. 6A, 6B, 6C und 6D beschriebene "selbstschließende" hydraulische System schließt das Ventil automatisch jeweils dann, wenn die Schlammpumpen stillgesetzt und wieder in Betrieb genommen werden. Auf diese Weise kann jegliches mechanisches Hängenbleiben des Ventils vermieden werden. Es existiert jedoch ein Fall, der besondere Aufmerksamkeit erfordert: Wenn die elektrische "Schließungs"-Schaltungsanordnung 103, 109 gemäß Fig. 5A aus irgendeinem Grunde ausfallen würde (beispielsweise infolge Durchbrennens der Magnetrelaiswicklung), dann

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würde das Ventil elektrisch wieder geöffnet werden, und zwar kurz nachdem dieses Ventil durch die hydraulische "selbstschließende" Einrichtung geschlossen worden ist.

In Fig. 6E ist ein elektrisches System veranschaulicht, welches den Betrieb des Ventils im Falle eines elektrischen Fehlers bzw. Ausfalls der Tieflochvorrichtung sperrt. Mit S1 ist dabei die Wicklung des Magnetrelais bezeichnet, die das Ventil "schließt", und mit S2 ist die Magnetrelaiswicklung bezeichnet, die das Ventil "öffnet". Ein Widerstand R1 ist dabei in Reihe zu demjenigen Teil des Magnetrelaisantriebs 104 geschaltet, der die "Schließungs"-Magnetrelaiswicklung S1 betätigt bzw. ansteuert. Ein Widerstand R2 ist in Reihe zu demjenigen Teil des Magnetrelaisantriebs 104 geschaltet, der die "Öffnungs"-Magnetrelaiswicklung S2 steuert. Diese Widerstände weisen sehr niedrige Widerstandswerte (etwa 0,05 bis 0,02 Ohm) auf. Es dürfte einzusehen sein, daß die Arbeitsweise des im einzelnen im Zusammenhang mit Fig. 5A beschriebenen Systems wie folgt abläuft: Der elektrische "Öffnungs"-Stromimpuls wird zuerst erzeugt; er ist schematisch in Fig. 6E als Impuls 300 angedeutet. Der elektrische "Schließungs"-Stromimpuls wird später erzeugt (nach einer Zeitspanne ty); dieser Impuls ist in Fig. 6E schematisch mit 301 angedeutet. Es sei darauf hingewiesen, daß diese elektrischen Impulse 300 und 301 kennzeichnend sind für den Strom, der durch die Magnetrelaiswicklungen gezogen wird, nicht aber für die Spannung, die angelegt wird (die Widerstände R1 und R2 rufen Spannungsabfälle R1i1 bzw. R2i2 hervor, wobei i1,i2 kennzeichnend sind für die die betreffenden Magnetrelaiswicklungen durchfließenden Ströme); wenn eine der Wicklungen S1,S2 durchgebrannt oder unterbrochen ist, wird demgemäß kein Strom durch die betreffende Wicklung fließen, und es wird kein entsprechender Impuls erzeugt werden (in entsprechender Weise wird irgendein anderer elektrischer Fehler keinen Stromfluß durch einen oder

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beide Widerstände R1, R2 hervorrufen).

Die Länge der Zeitspanne ty gemäß Fig. 6E und die Länge der Zeitspanne tx sind in Verbindung mit Fig. 5A bereits erläutert und definiert worden.

Die Verzögerungsdauer des Verzögerungselementes 302 ist gleich ty. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß der Block 302 an seinem Ausgang einen Impuls erzeugt, der identisch ist mit dem Eingangsimpuls, diesem gegenüber jedoch um die Zeitspanne ty verzögert auftritt. Derartige Verzögerungssysteme sind an sich bekannt und brauchen hier nicht weiter erläutert zu werden.

Da die Verzögerung des Elementes 302 gleich ty ist, wird der mit 303 angedeutete Impuls zeitlich koinzident mit dem Impuls 301 auftreten»

Mit 304 ist eine Anti-Koinzidenzschaltung bezeichnet (die auch als ODER-Glied bekannt ist); diese Schaltung erzeugt an ihrem Ausgang 305 ein elektrisches Signal lediglich dann, wenn einer der Impuls 301, 303 ihr aufgedrückt ist; sie erzeugt hingegen kein Ausgangsimpuls, wenn beide Impulse 301 und 303 vorhanden sind. Mit 306 ist ein Relais bezeichnet, welches durch das am Ausgang bzw. auf der Leitung 305 auftretende Signale erregt wird. Dieses Relais ist so angeordnet, daß es die Spannung von dem Tiefloch-Gerät abzuschalten gestattet. Wenn somit lediglich ein "Schließungs"-Impuls vorhanden ist (ohne den "Öffnungs"-Impuls) oder wenn lediglich ein "Öffnungs"-Impuls vorhanden ist (ohne den "Schließungs"-Impuls), dann wird die Spannung für den Tiefloch-Kraftantrieb abgeschaltet, wobei sodann eine mechanische Schließung durch das "selbstschließende" hydraulische System erfolgt, wie es in Verbindung mit Fig. 6D beschrieben worden ist«

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- ie. -

Als alternative Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 6E kann das Relais 306 (welches selbstverständlich ein Transistoren umfassender elektronischer Schalter sein kann) derart angeordnet sein, daß es die Versorgungsspannung lediglich für diejenige Schaltungsanordnung unterbricht, die für das "Öffnungs"-Magnetrelais vorgesehen ist. Dies würde gewisse Vorteile mit sich bringen, da die "Schließungs"-Schaltung weiterhin arbeiten würde. Dabei liegt gerade eines der Ziele darin, die "Schließung" des Ventils sicherzustellen. Überdies kann ein elektronischer Zähler 314 zwischen der "ODER"-Schaltung und der Relaisschaltung 306 derart eingefügt sein, daß eine einzelne elektrische Fehlfunktion nicht zur Abschaltung der Versorgungsspannung führt. Die Versorgungsspannung wird dabei erst dann abgeschaltet, wenn beispielsweise zwei, vier oder acht aufeinanderfolgende fehlerhafte Funktionen bzw. Störungen aufgetreten sind.

VII. Beschreibung der automatischen Abschaltung für den Signalisierung-Ventil-Kraftantrieb

Wie bereits ausgeführt worden ist, ist eine sehr schnelle Arbeitweise des Ventils 40 gemäß Fig. 4A wichtig. Die benötigte Stoßwelle wird nämlich dann nicht erzeugt, wenn der Ventilbetrieb langsam ist. Da das Ventil und sein Antriebsmechanismus eine erhebliche Masse enthalten, ist eine nennenswerte Leistung erforderlich, um das Ventil in der Zeit zu öffnen oder zu schließen, die als wünschenswert betrachtet wird. Diese Leistung liegt in der Größenordnung von 1/2 bis 3/4 PS; sie kann durch ein Spannungsversorgungsgerät bzw. einen Leistungsteil bereitgestellt werden, wie er im Abschnitt IV bereits beschrieben worden ist. Wie bei allen Konstruktionen dieser Art ist eine Leistungsreserve erforderlich um sicher zu sein, daß das Ventil auf Befehlssteuerung hin stets öffnet oder schließt.

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Die verschiedenen elektronischen "Verknüpfungsschaltungen" und "Leistungsantriebsschaltungen", wie sie in Fig. 5A veranschaulicht sind, sind so ausgelegt, daß rechteckförmige Spannungsimpulse 104b und 104c mit einer Dauer von etwa 40 bis 50 ms bereitgestellt werden, um nämlich sicherzustellen, daß die Magnetrelaiswicklungen 105 und 106 während einer ausreichenden Zeitspanne erregt werden, damit der Betrieb des Ventils gewährleistet ist. In Fig. 5Ξ ist der Verlauf des Spannungsimpulses 104b gemäß Fig. 5A im einzelnen veranschaulicht. Zum Zeitpunkt Null wird die Spannung plötzlich durch den Kraftantrieb bzw. die Leistungssteuereinrichtung 104 angelegt. Die betreffende Spannung steigt nahezu augenblicklich auf den mit 170 bezeichneten Wert an, verbleibt bei diesem Spannungswert während 50 ms und wird dann abgeschaltet, wodurch die betreffende Spannung (wieder nahezu augenblicklich) auf den Wert Null abfällt.

Es ist sehr informativ, die Bewegung des Ventils dadurch zu untersuchen bzw. zu studieren, daß Messungen des Stromes vorgenommen werden, der in die Magnetrelais-Antriebswicklung fließt und der zu einer Kurve führt, wie sie in Fig. 5D veranschaulicht ist. Anhand einer derartigen Kurve kann das Verhalten des Ventils quantitativ untersucht werden. Ln Fig. 5D ist dabei eine derartige Kurve in Form eines Oszillogramms des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit veranschaulicht (dieser Strom wird beispielsweise durch die Spannung an dem Widerstand R1 oder R2 gemäß Fig. 6E gemessen).

Es ist wichtig zu verstehen, daß der betreffende Strom jener Strom ist, der durch die Magnetrelaiswicklung fließt und der die Kraft bestimmt, welche auf den Ventilkolben 68 gemäß Fig. 4A ausgeübt wird, da die Amperewindungen die elektromagnetische Zugkraft bestimmen_o

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Da die Windungen des Magnetrelais eine Induktivität aufweisen, wird sich der Strom nicht augenblicklich ausbilden, wenn plötzlich eine Spannung angelegt wird, wie dies in Fig. 5E gezeigt ist. Wenn das Magnetrelais aus einem einzigen Leiter bestünde, dann würde sich der Strom entsprechend einer einfachen Exponentialkurve 271 ausbilden, wie dies in Fig. 5D durch eine gestrichelte Kurve veranschaulicht ist. Tatsächlich treten jedoch ziemlich unterschiedliche Vorgänge auf: Wenn das Ventil betätigt wird (geöffnet oder geschlossen), tritt eine plötzliche Bewegung des Ankers des Magnetrelais 79 gemäß Fig. kB auf, und eine Gegen-EMK wird erzeugt. Diese Gegen-EMK wird durch die Geschwindigkeit des Ankers hervorgerufen, der die Induktivität der betreffenden Spule des Magnetrelais 79 schnell ändert (erhöht). In Fig. 5D ist mit 271 der ungefähre Stromverlauf in Abhängigkeit von der Zeit in der Magnetrelaiswicklung für den Fall veranschaulicht, daß der Anker des Magnetrelais und der Ventilkolben 68 im "geöffneten" oder "geschlossenen" Zustand "blockiert" sind. Die voll ausgezogene Kurve gemäß Fig. 5D veranschaulicht den tatsächlich sich ausbildenden Strom für den Fall, daß das Ventil nicht blockiert bzw. behindert ist, d.h. unter tatsächlicher Arbeitsbedingung (öffnen oder schließen). Die Kurven sind für Öffnungen oder Schließungen sehr ähnlich. Dabei zeigt sich, daß die Kurve 272 nach Anlegen der Spannung allmählich ansteigt (da die betreffende Magnetrelaisspule 105,106 eine Induktivität aufweist), bis sie bei dem dargestellten Beispiel den Wert von 4A zum Zeitpunkt T erreicht, der bei 20 ms liegt. Sodann tritt der plötzliche Stromabfall auf, der den niedrigen Wert von 2,2A zum Zeitpunkt T1 erreicht, welcher bei 25 Millisekunden liegt. Nach der Zeit von T1 =. 25 ms steigt der Strom wieder entsprechend dem bekannten "Exponentialverlauf" an, bis er asymptotisch den Wert von etwa 10 A zu einem Zeitpunkt erreicht, der bei etwa 60 ms liegt (dieser Wert

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ist durch den Widerstandswert der Magnetrelaiswicklung ■bestimmt, der bei dem .Beispiel mit etwa 4,7 Ohm gegeben ist;.

Aus einer Betrachtung bzw. Untersuchung der Kurve 272 gemäß Fig. 5D dürfte ersichtlich sein, daß das Ventil zum Zeitpunkt T_Q = 20 ms mit dem Öffnen oder Schließen beginnt und die Bewegung zum Zeitpunkt T1 = 25 ms beendet. Wie bereits oben ausgeführt worden ist, tritt eine nahezu identische Situation während des "Öffnens" oder "Schließens" des Ventils auf. Die Kurve 272 zeigt somit an, daß zum Zeitpunkt T_Q = 20 ms das Ventil seine Bewegung beginnt und daß zum Zeitpunkt T1 = 25 ms die Bewegung abgeschlossen ist.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß der Zeitpunkt T1=25 ms gemäß Fig. 5D als typisches Beispiel gegeben worden ist; der Zeitpunkt T1 hängt von einer Anzahl von Faktoren ab. So wird bei höheren Differenzdrucken die Zeit T1 größer sein als 25 ms; sie könnte 30, 35 oder 40 ms betragen. Es dürfte genügen hier darauf hinzuweisen, daß der Zeitpunkt bzw. die"*Zeitspanne T1 gemäß Fig. 5D den Zeitpunkt bzw. die Zeitspanne kennzeichnet, zu dem bzw. der die Ventilbetätigung abgeschlossen ist, und daß der Strom zwischen den Zeitpunkten T1 und 50 ms tatsächlich "verloren geht", da die Betätigung des Ventils bereits abgeschlossen ist. Diese Extrazeit stellt einen "Sicherheitsfaktor" dar, durch den gewährleistet wird, daß sogar unter ungünstigen Bedingungen das Ventil stets betätigt wird, wenn der Spannungsimpuls angelegt wird.

Gemäß der Erfindung wird das Signal zum Zeitpunkt T1 dazu herangezogen, jeglichen weiteren Strom für das -Magnetrelais 79 abzuschalten. Demgemäß wird der gesamte Strom zwischen dem Zeitpunkt T1 und 50 ms gespart (wodurch die für den Betrieb des Ventils 40 benötigte Gesamtenergie-

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menge sehr erheblich reduziert ist). Es sei darauf hingewiesen, daß der oben bezeichnete vollständige "Sicherheitsfaktor" beibehalten wird: Der Strom wird fortwährend abgegeben, bis das Ventil seinen (Öffnungs- oder Schließungs-)Betrieb abgeschlossen hat.

Die elektronische Schaltungsanordnung, die zur Erreichung des oben erläuterten Zieles verwendet wird, ist in Fig. 5C veranschaulicht. Dabei/m t 104 der Kraftantrieb bzw. die Leistungssteuereinrichtung gemäß Fig. 4A bezeichnet. Zwischen dem Kraftantrieb bzw. der Leistungssteuereinrichtung 104 und Erde bzw. Masse ist ein Widerstand (R1 oder R2) mit niedrigem Widerstandswert von beispielsweise 0,2 Ohm eingefügt (Im Vergleich zu dem Widerstandswert des Magnetrelais)„ Die Spannung an diesem Widerstand ist daher proportional dem Strom, der an die betreffende Magnetrelais wicklung 104 bzw. 106 abgegeben wird. (Dabei sind zwei Schaltungen erforderlich, wie sie in Fig. 5C gezeigt sind eine Schaltung für das öffnen des Magnetrelais-Kraftantriebs und eine zweite Schaltung für das Schließen des Magnetrelais-Kraftantriebs; der Einfachheit halber ist jedoch lediglich eine Schaltung in Fig. 5C gezeigt). Mit 273 ist ein herkömmlicher Verstärker bezeichnet, der ausgangsseitig eine Spannung mit dem Kurvenverlauf 272a gemäß Fig. 5C abgibt, bei der es sich um eine Nachbildung der Kurve 272 gemäß Fig. 5D handelt. Mit 274 i S³AbIeIt- bzw. Differenziereinrichtung bezeichnet (die auf dem Gebiet der Elektronik an sich bekannt ist), wobei diese Schaltung eine Ausgangsspannung erzeugt, die der ersten zeitlichen Ableitung ihrer Eingangsspannung proportional ist. Die Kurve 275 veranschaulicht diese Ableitungsspannung. Aus einer Betrachtung der Kurve 272 oder 272a kann dabei ersehen werden, daß die Ableitung (Steigung) der Kurve stets positiv ist, allerdings abgesehen während der Zeitspanne zwischen T_Q und T1. Während dieser Zeit-

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spanne ist die Steigung (Ableitung) negativ. Bei der Kurve 275 ist lediglich der Impuls 276 negativ. Mit 277 ist ein herkömmlicher Gleichrichter bezeichnet, der so angeordnet bzw. ausgelegt ist, daß er lediglich den Impuls 276 durchläßt, wie dies die Kurve 278 veranschaulicht. Mit 279 ist eine (auf dem vorliegenden Gebiet an sich bekannte) elektronische 'Verzögerungsschaltung bezeichnet, die einen Ausgangsimpuls 276b erzeugt, bei dem es sich um eine Nachbildung des Eingangsimpulses handelt, wobei jedoch eine Verzögerung um die Zeitspanne T1 - T_Q vorhanden ist. Demgemäß tritt der Impuls 276b, wie dies die Kurve 280 veranschaulicht, etwas später auf als zum Zeitpunkt T1. Dieser Impuls 276b wird einem elektronischen Schalter 281 zugeführt, der so ausgelegt ist, daß er die Versorgungsspannung für den Kraftantrieb 104 abschaltet und damit den Stromfluß nahezu augenblicklich stillsetzt, nachdem das Ventil 40 seinen Betrieb (geöffnet oder geschlossen.) beendet hat. Der elektronische Schalter 281 ist so angeordnet, daß er die Wirkung des Kraftantriebs 104 nach einer geeigneten Zeitspanne wieder herstellt. Der Prozeß wiederholt sich dann selbst, wenn der nächste Impuls 104a (oder 104b) auftritt.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die Energieeinsparung, die durch Ausnutzen dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann, sehr beträchtlich ist. Da sehr hohe Leistungen erforderlich sind, um das Ventil 40 mit der geforderten hohen Geschwindigkeit zu betreiben, ist diese Einsparung sehr erheblich; sie könnte bei dem Beispiel die Batterielebensdauer steigern, wie um das Fünffache.

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VIII. Beschreibung einer Unter- und Gehäuseanordnung für das Spezial-Telemetriegerät

Eine bedeutende Eigenschaft der Anordnung gemäß der Erfindung zur Durchführung von Messungen während des Bohrens ist die Praktikabilität dieser Anordnung, d.h. die Bequemlichkeit und Leichtigkeit, mit der diese Anordnung an vorhandene Erdölbohrungs-Hardware und -Geräte sowie Bohrschächte angepaßt werden kann. Bei den bisher durchgeführten Versuchen, sind große spezielle Stahlgehäuse mit einer Länge von ca. 9 m oder noch größerer Länge und einem Durchmesser von ca. 200 mm (.entsprechend 8 Zoll) erforderlich, um die komplizierte Instrumentenanordnung unterzubringen. Der Transport derartiger Anordnungen von einer Stelle zu einer anderen Stelle erfordert uber__dies speziell konstruierte Fahrzeuge. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ist es nun mit Rücksicht darauf, daß kein Ventilmechanismus in den Hauptschlammstrom eingefügt ist, möglich, das schwere, sehr lange und teure Spezialgehäuse (mit einer Länge von etwa 9 m) wegzulassen; es ist nämlich lediglich ein kurzer Bereich einer Bohrhülse (als sogenanntes "Unterteil" bezeichnet) erforderlich. Bei der praktischen Ausführungsform der Erfindung weist dieser Unterbereich eine Länge von ca. 92 cm (entsprechend 36 Zoll) und einen Durchmesser von ca. 172 mm (entsprechend 6 3/4 Zoll) auf - und zwar im Unterschied zu ca₀ 9 m (entsprechend 30 Fuß), was bisher erforderlich war.

Eines der wichtigen Merkmale der Erfindung besteht daher darin, daß keine schweren, langen Spezialgehäuse erforderlich sindo Dies ist insbesondere mit Rücksicht darauf von Vorteil, daß magnetische Tieflochmessungen, wie Kompaßanzeigen (die beispielsweise die Bohrung eines abgewichenen Loches steuern) durchführbar sind, was die Verwendung von unmagnetischen ßohrhülsen erfordert.

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Unmagnetische Bohrhülsen sind nicht nur schwer (zwei bis drei Tonnen), sondern auch extrem teuer Cjeweils 20 000 Dollar), da sie aus vollkommen unmagnetischem Material, wie K-Monel, hergestellt werden müssen. Bei der Konstruktion der Anordnung gemäß der Erfindung sind ^MStandard"-API-Bohrhülsen mit einem Außendurchmesser von ca. 152 mm bis ca. 229 mm (entsprechend 6 bis 9 Zoll) verwendet worden, bei denen es sich um die gebräuchlichsten Größen handelt. Sämtliche Standard-API-Hülsen weisen einen Innendurchmesser von 2-13/16" + 1/16"-O" auf. Die Einfachheit, die geringe Größe und die koaxiale Konstruktion des Ventilsystems gemäß der Erfindung und der zugehörigen Einzelteile ermöglichen die Erzielung einer speziellen Eigenschaft: Der gesamte Kraftantrieb und die zugehörige Anordnung können in einem druckfesten Rohr untergebracht werden bzw. sein, welches einen hinreichend kleinen Durchmesser aufweist, um in die Innenbohrung (2-13/16") einer Standard-API-Bohrhülse eingesetzt werden zu können, ohne daß damit eine unnötige Störung mit dem Schlammstrom auftritt. Einige Fühler sollten so nah wie möglich bei dem Bohrmeißel untergebracht sein_o Insbesondere sollte ein Tiefloch-Gammastrahlenfühler imstande sein, die Eindringung des Bohrmeißels in eine vorgegebene Gesteinsformation zu ermitteln, sobald ein derartiges Eindringen auftritt. Darüber hinaus erfordern einige Fühler, wie ein Tiefloch-Kompaß-Längsneigungsmesser eine genaue Indizierung in bezug auf die zur Richtungsbohrung benutzte "Werkzeug- bzw. Geräte-Seite". Überdies muß ein Kompaß-Längsneigungsmesser bzw. Inklinationskompaß in einer nennenswerten Entfernung von jeglichem magnetischen oder paramagnetischen Material angeordnet sein. Wenn ein Inklinationskompaß verwendet wird, müssen überdies die Gehäuse 250a und 250b gemäß Fig. 7A sorgfältig in Winkelrichtung bezogen auf den Unterteil 253 indiziert werden, wobei das betreffende Unterteil seinerseits bezogen auf das "gebogene Unterteil" indiziert ist, welches zur Richtungsbohrung benutzt wird.

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- 8er-

Das "gebogene Unterteil" ist mit einer Indexmarkierung 253a versehen; der Winkel dieser Indexmarkierung muß eine konstante und gemessene Winkelbeziehung zu der Indexmarkierung 254a aufweisen, die an dem Telemetrie-Unterteil 254 angebracht ist. Dieser bekannte Winkel (der den Winkel zwischen den Indexmarkierungen 253a und 254a kennzeichnet) wird dann in die Berechnung zur Bestimmung der Lage und des Winkels bezogen auf eine Vertikalebene des "gebogenen Unterteiles" eingeführt.

In Fig. 7A ist schematisch das Spezial-Telemetriegerät gezeigt, wobei die Anordnung veranschaulicht ist, durch die das "spezielle lange Gerät" vermieden ist und durch die lediglich ein kurzer Bereich des Bohrhülsen-Unterteiles erforderlich ist, wie dies bereits erwähnt worden ist. Gemäß Fig. 7A ist ein mit 250 bezeichnetes Gehäuse vorgesehen, welches aus einem oberen Bereich 250a und aus einem unteren Bereich 250b besteht, wie dies bereits im Zusammenhang mit Fig. 4A beschrieben worden ist. Der obere Bereich 250a ist in einem kurzen Unterteil 254 enthalten, welches lediglich eine Länge von ca. 92 cm (,entsprechend 36 Zoll) aufweist. Dieser kurze Unterteil ist insbesondere so ausgebohrt, daß er einen ausreichenden Innendurchmesser (von beispielsweise ca. 114 mm (entsprechend z.B. 4 1/2 Zoll) aufweist, um die Ventilanordnung 40 unterzubringen und um außerdem dem unbeschränkten Bohrschlammstrom zu ermöglichen, an dem oberen Bereich 250a durch Durchgänge 61 hindurch_zutreten, die auch in Fig. 4A mit 61 bezeichnet sind. Das Gehäuse 250a weist einen geringen Durchmesser auf, der vorzugsweise ein Außendurchmesser von ca. 68 mm (entsprechend 2-11/16") oder ein noch kleinerer Außendurchmesser ist. Eine Bohrhülse 255, wie sie vom Benutzter bereitgestellt wird (der ÖlgeSeilschaft oder der Bohrfirma) weist üblicherweise eine Länge von ca. 9 m (entsprechend 30 Fuß) auf, wobei dieser Hülse bzw«, dieses Bohrrohr ein

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hohes Gewicht aufweist und teuer ist. Der Innendurchmesser eines Standard-API-Bohrrohres ist bereits mit ca. 71 mm - 0 + 1,6 mm Centsprechend 2-13/16" - O + 1/16") bezeichnet worden. Für das untere Gehäuse 250b sind Zentrierungs- bzw. Zentralisierungsteile 256 vorgesehen. Diese weisen dabei einen etwas geringeren Durchmesser auf als er durch den Innendurchmesser des Standard-API-Bohrrohres gegeben ist; beispielsweise können die betreffenden Teile einen Außendurchmesser von ca. 70 mm Centsprechend 2 3/4 Zoll) aufweisen. Ein geringer Zwischenraum ist dabei sehr wichtig, um ein "Schlagen" zu vermeiden, wenn das Gerät bzw. Werkzeug während des Bohrens vibriert. Der Abgabedurchgang 85 ist dabei der gleiche, wie er in Fig. 4A veranschaulicht ist. Das Gehäuse 250b hängt innerhalb des Unterteiles 254 herab, und zwar durch Sicherungseinrichtungen, die nicht näher gezeigt sind. Die Querschnittsform der Zentrierungseinrichtungen 256 ist, wie dies in Fig. 7B veranschaulicht ist, derart, daß Schlitze oder Durchgänge 258 geschaffen sind, die eine freie Strömung des Bohrschlamms ermöglichen.

Der untere Gehäusebereich 250b besteht tatsächlich aus mehreren Unterbereichen, die durch spezielle Verbindungseinrichtungen miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 7C gezeigt ist. Wie in Fig. 7C veranschaulicht, ist jeder Unterbereich an seinem oberen Ende mit einem Schlitz 26Ο und an seinem unteren Ende mit einem Vorsprung oder Zahn 261 versehen. Ein Vorsprung 261 eines Unterbereichs greift passend in einen Schlitz 260 des benachbarten Unterbereichs ein. Die einander benachbarten Unterbereiche sind von einer Verbindungshülse 262 aufgenommen, die passend von den Endteilen der Unterbereiche aufgenommen sind. Die kreisförmigen Öffnungen 263 in den Unterbereichen sind zu Gewindeöffnungen 264 in der Verbindungshülse 262 ausgerichtet, wobei die betreffenden Teile durch Schrauben 265 gesichert sind. Die spezielle

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Verbindungseinrichtung gemäß Fig. 7C sorgt für eine genaue winkelmäßige Indizierung, wenn der Unterteil 253 ein "gebogener Unterteil" ist.

Wie oben bereits ausgeführt, muß der Winkel zwischen den Indexmarkierungen 253a und 254a bekannt sein, um den Winkel bezogen auf die Vertikale des "gebogenen Unterteiles" zu berechnen. Es ist außerdem erforderlich, daß die winkelmäßige Verschiebung zwischen den Achsen eines Inklinationsmagnetometers und der Markierung 254a bekannt und während der Bohroperation nicht veränderbar ist (vorzugsweise jedoch nicht notwendigerweise ist der Winkel zwischen einer der Horizontalachsen des Inklinations-Magnetometers und der Indexmarkierung 254a WuIlj. Für diesen Zweck wird das Gerät 250b mit Winkel-indexzähnen zusammengebaut, wie dies in Fig. 7C und 7A veranschaulicht ist.

Um ein effizientes Telemetriesystem zu konstruieren, müssen zwei Forderungen berücksichtigt werden. Eine dieser Forderungen betrifft optimale Bedingungen, um die Steuerung der hydraulischen Stoßwellen zu erzielen. Die andere Forderung betrifft die Erzielung von Stoßwellen ausreichender Intensität, um über äußere Störeffekte hinwegzugehen.

1X„ Optimale Bedingungen zur Festlegung der Steuerung der hydraulischen Stoßwellen (Bestimmung von Parametern K^ (oder Kp) und Tv )

Es ist eine Reihe von Experimenten durchgeführt worden, um die optimalen Bedingungen für die Steuerung bzw. Leitung von hydraulischen Stoßwellen zu bestimmen.

Das Auftreten einer hydraulischen Stoßwelle ist dem Auftreten des Wasserschlageffektes analog. Durch plötzliches

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Stillsetzen der Strömung in einem lokalen Bereich der Strömungsieitung tritt in dem betreffenden Bereich ein plötzlicher Druckanstieg auf_o Dieser zunächst örtliche Druckanstieg breitet sich selbst längs der Strömungsleitung als "Druckstoß" aus. Es ist an sich bekannt, daß eine plötzliche und lokale Änderung (Herabsetzung oder Erhöhung) der Geschwindigkeit zu einer entsprechenden lokalen Änderung (Anstieg oder Absenkung) des Drucks führt und daß demgegenüber eine plötzliche und lokale Druckänderung zu einer plötzlichen und lokalen Geschwindigkeitsänderung führt. Aufgrund der Elastizität und des Trägheitsvermögens des Fluids kann die betreffende Änderung von dem Volumenelement, von dem es ausgeht, zu den Nachbar-Volumen-Elementen mit einer Geschwindigkeit weitergeleitet werden, die die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Druckwellen ist. Das Problem der Ausbreitung von Stoßwellen ist äußerst komplex. Um praktische Forderungen zu erfüllen, muß ein Parameter bestimmt werden, der der charakteristischste Parameter unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer klar definierten Stoßwelle ist. Zwei Parameter sind berücksichtigt worden, die als Parameter K- bzw. als Parameter K~ bezeichnet sind. Wenn einer dieser Parameter einen geeigneten Wert übersteigt, wird eine klar definierte Stoßwelle erzeugt.

a) Parameter K».

Dieser Parameter stellt die mittlere Änderungerate der Geschwindigkeit des Schlammstromes durch das Nebenwegventil während der Öffnungs-Zextspanne (oder Schließungs-Zeitspanne) des Ventils dar.

Mit V(t) sei die Geschwindigkeit der Schlammströmung durch das Nebenwegventil bezeichnet, die sich zeitlich ändert (in cm/sec oder Fuß/sec). Zum Zeitpunkt t = O als dem Zeitpunkt, zu dem das Ventil mit der Öffnung beginnt, sei die Geschwindigkeit Null; dies bedeutet V(O) = 0. Zum

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Zeitpunkt t = T_a » zu dem das Ventil vollständig geöffnet ist, nimmt die Geschwindigkeit des Ventils einen gewissen Wert V^ an, bei dem es sich um die Nebenweg-Geschwindigkeit während der Zeitspanne der vollständigen Strömung handelt. Damit gilt

V (t£^v)) = V_f (10)

Demgemäß genügt der Parameter K₁, bei dem es sich um die mittlere Änderungsrate der Geschwindigkeit während der

Zeitspanne T^^v' handelt, der Beziehung ^vf

^K1 = φ

a
K₁ wird in cm/sec gemessen.

Nunmehr sei angenommen, daß K₁ einen geeigneten Schwellwert überschreitet. Dies bedeutet, daß dann, wenn

K₁ > M₁ ist, (12)

eine klar festgelegte Stoßwelle erhalten wird. In den durchgeführten Experimenten war festgelegt, daß

M₁ α 2 χ 10⁵ cm/sec² (13)

erfüllt war.

b) Parameter Kp

Dieser Parameter ist kennzeichnend für die mittlere Änderungsrate des Öffnungsbereiches des Ventiles während der Periode T„^.

α,

Es ist oben bereits definiert worden (siehe Gleichung (1)j, daß S(t) der Ventilbereich ist, welcher sich zum Zeitpunkt t öffnet. Damit gilt zum Zeitpunkt t = 0 die Beziehung S(O) = 0, und zum Zeitpunkt t = T^ gilt die Beziehung

S(T^) = S₀ (14)

wobei S₀ die Gesamtöffnung des Ventils bedeutet.

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Der Parameter K₂ genügt somit der Beziehung

^sn ρ
K₂ = * cnr/sec (15)

Unter der Annahme, daß K₂ einen geeigneten Schwellwert überschreitet, was bedeutet, daß die Beziehung

K₂ > M₂ erfüllt ist (16)

wird eine klar festgelegte Stoßwelle erzielt. In durchgeführten Experimenten war festgelegt, daß M-100 cm /see betrug.

Grob gesagt ist K,. proportional K₂. Der Parameter K₂ ist vielleicht der brauchbarere Parameter von den beiden Parametern, da er direkt eine Angabe darüber liefert, wie das Ventil auszulegen und zu betreiben ist.

Es⁴existiert ferner ein Parameter To^v' (siehe B^C. in Fig. 2A), der im Zuge der Erläuterung in Fig. 8A bis 8E berücksichtigt werden muß. Jede dieser Figuren entspricht einer Reihe von numerischen Werten von K^ und T-V' oder K₀ und

Die Fig. 8A bis 8E zeigen die Auswirkung der sich ändernden Größen K^ und T£^V' oder K₂ und τ£^ν' hinsichtlich des Einflusses auf den Übergang vom Betrieb mit geringer Druckänderung auf den Betrieb mit hydraulischen Stoßwellen. Dabei zeigt insbesondere jede dieser Figuren, wie der ermittelte Druck und die Erdoberfläche (Ordinate) sich in Abhängigkeit von der Zeit t (Abszisse) ändern.

Die Größe der Durchtrittsöffnung betrug bei diesen

2
Experimenten 0,5 cm . Die experimentiellen Daten wurden in einer Anzahl von Bohrschächten erhalten. Die betreffenden Bohrungen waren ausgewählt in Oklahoma, West Texas, Ost Texas und in den Niederlanden. Einige der Untersuchungen wurden in "Experimental-Bohrungen" durchgeführt,

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die ausschließlich dazu vorgenommen wurden, Telemetrie-Experimente durchzuführen.

Im Zuge der Durchführung der obigen Experimente wurde eine große Vielzahl von existierenden Schlammpumpenanlagen und verschiedenen Störeffekten mit berücksichtigt. Es gibt viele Arten von Schlammpumpen: Einzel-Duplex-, Doppel-Duplex-, Einzel-Triplex-, Doppel-Triplex-Pumpen, und die Pumpendruckänderungen für einen vorgegebenen mittleren Schlammdruck ändern sich in starkem Ausmaß von Anlage zu Anlage. Die Eliminierung von starken störenden Schlammdrucksignalen ist komplex. Die Pumpendrucksignale von einem einzelnen Duplexsystem können zehn-oder sogar zwanzigmal größer sein als jene Signale, die von einem sorgfältig eingestellten Doppel-Triplex-System erhalten werden. Um optimale Werte für K₂ (oder K,,) und T^ zu bestimmen, wurde der Bohrvorgang gestopt, und eine sehr gute (gleichmäßig arbeitende) Tiplex-Pumpe wurde verwendet. Demgemäß sind die Kurven gemäß Fig. 8A bis 8E nicht kennzeichnend für einen typischen Zustand, sondern sie sind kennzeichnend für einen Zustand, bei dem die verschiedenen Störungen (von den Pumpen und anderen Quellen) minimiert und dann durch Rechnung und Zeichnung gemittelt waren, um optimale Werte für die Parameter Kp

(oder R\,) und Τ>!^ν' zu erzielen«, Die entsprechenden Werte

(v)

■ (v)

für K₂ (oder K₁) und T£^v' für die Fig. 8A bis 8E sind jeweils in der nachstehenden Tabelle aufgeführt:

	Tabelle	p (in cm /see)	T^ (in Sekunden)
K2	0,5	2
Fig. 8A	2,5	1
Fig. 8B	8,5	0,5
Fig. 8C	2,5	0,25
Fig. 8D	100	0,1
Fig. 8E

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Die Kurven gemäß Fig. 8A bis 8E geben Mittelwerte wieder, die in einer großen Anzahl von Tests erhalten worden sind. Bei diesen Tests betrug der normale Standrohrdruck 210 at (entsprechend 3000 psij, und die DruckSchwankungen lagen im Bereich von 7 at (entsprechend 100 psi). Die obigen Tests wurden unter Verwendung von verschiedenen Ventiltypen durchgeführt: motorgetriebenes Ventil, Drehventil, Ventilkegelanordnung, etc.. Die Fig. 8F stellt eine genaue Wiedergabe des aufgezeichneten Standrohrdrucks dar, wie er bei Tests aufgenommen wurde, die bei ca. 2940 m (entsprechend 9800 Fuß) und einem Standrohrdruck von ca. I96 at (entsprechend 2800 psi) beim tatsächlichen Bohren in einem Bohrloch in West-Texas durchgeführt worden sind.

Die Kurve gemäß Fig. 8A wurde dadurch erhalten, daß ein langsam wirkendes Ventil verwendet wurde. Die numerischen Vierte der betreffenden Parameter für Fig. 8A waren K₂ = 0,5 cm /see und ΐ£ = 2 sec. Dies bedeutet, daß diese Parameter ähnlich jenen Parametern waren, die nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1A und 1B vorgeschlagen waren. Demgemäß veranschaulichen die Fig. 8A und 1B den langsamen Druckimpulsbetrieb. Demgegenüber ist die Kurve gemäß Fig. 8E dadurch erhalten worden, daß ein schnell wirkendes Ventil verwendet wurde, wobei K₀ = 100 cm /s

(v) -1
und ΤΛ ' = 10 s betrugen. Demgemäß veranschaulicht die Fig. 8E den Betrieb mit hydraulischen Stoßwellen. Die Ventil-Signalwelle gemäß Fig. 8E zeigt dabei einen sehr ähnlichen Verlauf wie die Ventil-Signalwelle gemäß Fig. 2B_O

Die Fig. 8B, 8C und 8D, bezüglich derer in der obigen Tabelle Werte angegeben sind, veranschaulichen den Übergang vom Betrieb mit langsamen Druckschwankungen zum Betrieb mit hydraulischen Stoßwellen.

Bei- den durch Fig. 8B, 8C und 8D veranschaulichten Tests waren die Bedingungen soweit wie möglich ähnlich bzw. gleich gehalten. Das Instrument war nahe der Unterseite

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der Bohrlöcher in einer Tiefe von ca. 2400 m (entsprechend 8000 Fuß) vorgesehen, die Schlammviskosität betrug etwa 40 Funnel, und das Gewicht betrug 12 Pfund pro Gallone. Das Ventil wies im geöffneten Zustand eine effektive

Öffnungsfläche von 0,7 cm auf. Der normale Standrohrdruck betrug ca. 210 at (entsprechend 3000 psi). Das bei diesen Untersuchungen verwendete Ventil war ähnlich dem Ventil 40, diesem gegenüber jedoch derart modifiziert, daß eine langsamere Betätigung ermöglicht war (ohne die bistabile Wirkung). Dies bedeutet, daß das Ventil ein einfaches Druckausgleichsventil war. Die Strömungsrate wurde durch eine Beschränkung auf der Einlaßdurchgangsseite reguliert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ventilwirkung, die zu den Verhältnissen gemäß Fig. 8B sehr schnell war, ohne indessen den gewünschten Betrieb mit hydraulischen Stoßwellen zu liefern. Die scharfen Anfangsbereiche zeigten jedoch, daß eine schnellere Wirkung erwünscht war. Die Ab-

gaberate lag in der Größenordnung von 5 Gallonen/sec .

Durch Einstellen der Einlaß- und Auslaß-Beschränkungen und der an die Antriebs-Magnetrelais abgegebenen elektrischen Leistung wurden verschiedene Ventilbetriebsgeschwindigkeiten erzielt.

Aus obigem dürfte ersichtlich sein, daß keine Stoßwellen

erzeugt werden, wenn K₅ = 0,5 cm /s ist und daß eine nahezu

2 ideale Stoßwelle dann erzeugt wird, wenn Kp = 100 cm /s ist.

X. Erzielung von Stoßwellen, um eine Störung unberücksichtigt zu lassen (alternative Version)

Im folgenden wird ein weiterer Parameter eingeführt, der eine Forderung bezüglich der Intensität der Stoßwelle ausdrückt. Dabei werden zwei unterschiedliche Lösungen betrachtete Eine dieser Lösungen basiert auf einem Parameter K,, der die Schlammenge angibt (gemessen in cm

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oder in. Gallonen), die durch das Ventil während der Zeitspanne T^ ^J durchtritt. (Diese Größe ist als Flußgröße bekannt). Die andere Lösung basiert auf einem Parameter K^, der den mittleren Schlammstromfluß während der Zeitspanne Tq angibt. Damit existiert die Beziehung

p q g
durchgelassene Schlammenge während T^ ^v'

^K4 -

Berücksichtigt wird die Öffnungszeitspanne d^Qs Ventils, d.h. die Zeitspanne T^^v. Um das Problem zu vereinfachen, wird angenommen, daß die Steigerungsrate der Geschwindigkeit der Strömung während der Zeitspanne T^ konstant und gleich K^ ist. Damit gilt die Beziehung

V(t) = K₁ in cm/sec (18)

Ferner sei angenommen, daß die Steigerungsrate des Öffnens des Ventils konstant und gleich K~ ist. Damit gilt die Beziehung

S(t) = K₂ t in cm²/sec (19)

Demgemäß beträgt das Volumen, welches während der Zeitspanne Tg^ durch das Ventil hindurchtritt, _T(v)

2 (K₁K₂T^) ,

^dt = !-s-S cm^ (20)

Damit liefert der Parameter K, die Fluidmenge in cm ,

■> (v)

die durch das Ventil während der Zeitspanne T^ hindurchtritt. Diese Größe stellt die Flußgröße für die Dauer einer einzigen Öffnung und Schließung des Ventils dar. Eine andere Alternative besteht nun darin, anstelle des Parameters K, einen Parameter K# zu verwenden, der kennzeichnend ist für den Fluß während der Zeitspanne dieser Parameter genügt der Beziehung

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XI. Generelle Verfahrensweise zur Störungsbeseitigung

Nunmehr sei die generelle Verfahrensweise zur Decodierung von Signalen betrachtet, die von dem Druckwandler 51 geliefert werden. In Fig. 9 ist die Schaltungsanordnung veranschaulicht, und in Fig. 1OA bis 1OG ist der Verlauf von bestimmten Signalwellen und Impulsen gezeigt, die bei der Decodierung von Signalen durch die Anordnung gemäß Fig. 9 auftreten.

Das von dem Druckwandler 51 erhaltene Signal umfaßt ein eine Nutzinformation mit sich führendes Signal zusammen mit Störsignalen, die dazu neigen, das Nutzsignal zu verdecken oder auszublenden. Das die Nutzinformation führende Signal stellt die codierte Nachricht dar, die mittels des Ventils 40 durch Ansprechen eines Fühlers erhalten wird. Dabei sind verschiedene Störsignale vorhanden. Eines dieser Störsignale wird durch die Pumpe 27 erzeugt; es umfaßt eine starke Dauerkomponente des durch die Pumpe erzeugten Schlammdrucks. Diese Komponente trägt zur Zirkulation des Schlamms durch das Bohrrohr und zurück durch den Ringraum zwischen dem Bohrrohr und der Bohrungswandung bei. Diesem Signal ist eine Wechselkomponente überlagert, die durch die wiederholte Bewegung der sich hin- und herbewegenden Kolben in der Pumpe hervorgerufen wird.

Um die Aufnahme zu verbessern, ist es wünschenswert, aus dem Ausgangssignal des Wandlers 51 die Dauerkomponente des durch die Pumpe 27 erzeugten Drucks zu beseitigen. Demgemäß ist ein frequenzselektives Filter 150 mit dem Wandler 51 verbunden, um Frequenzen im Bereich von 0,1 bis 10 Hz zu übertragen und um Frequenzen außerhalb dieses Bereiches zu bedampfen. Die Frequenzen innerhalb der Dauerdruckkomponente liegen unterhalb von 0,1 Hz.

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In der hier benutzten Terminologie wird eine Unterscheidung getroffen zwischen dem Begriff "Filter", wie er bezüglich des frequenzselektiven Filters 150 benutzt ist, und dem Begriff "digitales Filter", wie er weiter unten noch benutzt wird. Bei einem "Filter", wie dem Filter 150, wird eine herkömmliche Filterung mittels analoger elektronischer Netzwerke vorgenommen, deren Verhalten gewöhnlich in der Frequenzebene liegt. Der Begriff "Filter" kann dazu herangezogen werden, Einrichtungen zu bezeichnen, die als "Wellenfilter" als"Shea-Filter" bestimmt sind (siehe z.B. das Buch "Transmission Networks and Wave Filters" von T.E.Shea, D.VanNostrand Co., New York, N.Y. 1929)» und zur Bezeichnung von anderen Filtern, wie Tchebysheff- und Butterworth-Filtern verwendet. Demgegenüber liegt ein Digital-Filter, wie ein angepaßtes Filter, ein Impulsformungsfilter oder ein Impulsspitzenfilter in vorteilhafter Weise im Zeitbereich. Das Ausgangssignal eines digitalen Filters wird dadurch erhalten, daß der digitale Eingangssignalverlauf mit Filter-Gewichtskoeffizienten in Zusammenhang gebracht wird. Ein digitales Filter ist ein Rechner.

Das am Ausgangsanschluß 151 des Filters 150 erzeugte Signal wird durch eine Funktion F(t) ausgedrückt, die der Beziehung

FCt) = B(t) + PCt; + UCt) (22)

genügt, wobei B(t) das die Nutzinformation tragende Signal, P(t) das durch die periodische Druckschwankung von der Pumpe her hervorgerufene Störsignal (Pumpenstörung) und UCt) eine Zufallsstörung bedeuten. Die Zufallsstörung wird durch verschiedene Effekte hervorgerufen, wie durch die Wirkung der Zähne eines Schneidmeißels (bei einem gezahnten Kernmeißel) während des Bohrens, durch die Zahnräder im mechanischen Bohrstrang und durch andere Einrichtungen, die in Dreh-Bohroperationen

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einbezogen sind. In einigen Fällen nähert sich die Größe U(t) an weißes Rauschen an, obwohl in anderen Fällen die Abweichung der Größe U(t) vom weißen Rauschen erheblich sein kann.

Die codierte Nachricht, die durch das informationstragende Signal B(t) gegeben bzw. ausgedrückt ist, ist eine Reihe von Binärwörten, deren jedes eine Folge von Bits umfaßt. Ein einzelnes Bit innerhalb eines Binärwortes wird durch eine einzelne "Operation" hervorgerufen (d.h. durch eine einzelne Öffnung und Schließung des Ventils Eine derartige einzelne Operation ruft eine hydraulische Stoßwelle hervor, die ihrerseits auf der Erdoberfläche als einzelne Ventil-Signalwelle deutlich wird, wie dies in Fig. 2B veranschaulicht ist. Demgemäß liegt die durch B(t) ausgedrückte Nachricht in Form einer codierten Folge von Ventil-Signalwellen vor, deren Jede von dem in Fig. 2B dargestellten Typ ist. In Fig. 1OA bis 10G sind verschiedene Schritte veranschaulicht, die auszuführen sind, um das informationstragende Signal B(tJ von den Störsignalen zu trennen. Um die Erläuterung zu vereinfachen, ist B(t) in Fig. 1OA durch eine einzige Ventil-Signalwelle ausgedrückt anstatt durch eine codierte Folge von Ventil-Signalwellen. Demgemäß ist die Ventil-Signalwelle gemäß Fig. 1OA vom selben Typ wie eine einzelne Ventil-Signalwelle gemäß Fig. 2B. Es existiert jedoch in der Darstellung eine geringe Abweichung» In Fig. 1OA ist das Hochzeichen "s" weggelassen worden, welches in Fig. 2B auftritt. Demgemäß sind in Fig. 1OA bis 1OG die verschiedenen Zeitpunkte mit ti, t2 .... t15, ti6 ohne hochgestelltes "s" bezeichnet. Die verschiedenen Kurven gemäß Fig. 1OA bis 1OG sind in geeigneter Weise bezeichnet. Im Interesse der Klarheit und zur Erleichterung der Erläuterung sind die diesen Kurven entsprechenden Zeitmaßstäbe verzerrt worden .

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3031593

Um die Stör signale zu beseitigen (,Pumpenstörung und zufällige Störung) und um ein Signal zu erzeugen, welches kennzeichnend ist für die codierte Nachricht, sind drei aufeinanderfolgende Operationsschritte vorgesehen, die wie folgt gekennzeichnet werden können: Schritt 1: .Bei diesem Schritt wird ein Signal mit drei Komponenten, wie es in Fig. 1OA veranschaulicht ist, in ein Signal mit zwei Komponenten umgesetzt, wie es in Fig. 1OC gezeigt ist. Der Zweck dieses Schrittes besteht darin, die Pumpenstörung P(t) zu beseitigen. Als Ergebnis dieses Schrittes wird eine "Ventil -Signalwelle" des in Fig. 10A dargestellten Typs in eine "Doppel-Signalwelle" umgesetzt. Eine derartige Doppel-Signalwelle ist in Fig. 10C veranschaulicht.

Schritt 2: Der Zweck dieses Schrittes besteht darin, das zufällige Störungssignal zu beseitigen.

Schritt 3: Bei diesem Schritt wird jede Doppel-Signalwelle, wie sie in Fig. 1OD veranschaulicht ist, in einen einzelnen Impuls umgesetzt, wie er in Fig. 10G veranschaulicht ist. Demgemäß erhält man eine codierte Folge von Einzelimpulsen,' die kennzeichnend sind im digitalen Format für den Parameter, der mittels des Fühlers 101 in einer geeigneten Bohrlochtiefe gemessen worden ist.

XII. Beseitigung der Pumpenstörung (Schritt Nr. 1)

Im folgenden sei Fig. 10A näher betrachtet, In dieser Figur sind die drei Komponenten des Signals FCt) gezeigt, wie es durch die Gleichung (22) zum Ausdruck kommt. Dabei handelt es sich um die Ventil-Signalwelle (BCt), die Pumpenstörung PCt) und die zufällige Störung bzw, Rauschstörung U(t). Wie zuvor ausgeführt, wird das Signal f(t) mit Hilfe des Filters 150 erhalten. Dieses Filter ist mit einem Verzögerungselement 152 verbunden, welches das Eingangssignal F(t) um eine Größe T effektiv verzögert,

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wobei T eine Periode in der Schwingung bedeutet, die von der Pumpe 27 erzeugt wird. Demgemäß kann das auf der Ausgangsleitung 153 des Verzögerungselementes 152 erhaltene Signal ausgedrückt werden durch F(t-T ). Die drei Komponenten des Signals F(t-T ) sind in Fig. 1OB veranschaulicht. Dabei handelt es sich um die verzögerte Ventil-Signalwelle B(t-T ), die verzögerte Pumpenstörung P(,t-T ) und die verzögerte Rauschstörung IHt-T ). Das Zeitintervall T hängt von der Drehzahl der Pumpe ab; da die Drehzahl der Pumpe nicht konstant ist, ist die Verzögerungsdauer T eine variable Verzögerungsdauer. Damit muß eine geeignete Steuerung bezüglich des Verzögerungselementes 152 bereitgestellt werden, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Pumpe 27 arbeitet. Demgemäß ist das Verzögerungselement 152 so ausgelegt, daß es über die Leitung 154 ZeitSteuerimpulse von einem Impulsgenerator aufnimmt, der mechanisch von der Pumpe her angetrieben wird, um eine geeignete Anzahl von Impulsen pro Pumpenumlauf zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist ein Kettenübertragungsantrieb 156 vorgesehen. Das Verzögerungselement 152 kann eine sogenannte Dual-Analog-Verzögerungsleitung des Reticon-IVlodells SAD-1024 sein, wie es von der Firma Reticon Corporation, Sunnyvale, California, USA vertrieben wird.

Unter der Annahme, daß j\L Hübe pro Sekunde durch die Pumpe 27 ausgeführt werden, gilt somit T = 1/W₁. Der Impulsgenerator 155 erzeugt Zeitsteuerimpulse mit einer relativ hohen Impulsrate JM₂, die ein Vielfaches von N₁ ist. Damit gilt N₂ = KN₁, wobei K eine Konstante ist, die mit 512 gewählt ist. Wenn die Pumpe einen Hub pro Sekunde ausführt, dann wäre es erforderlich, daß der Signalgenerator 512 Impulse pro Sekunde erzeugt. Es dürfte ersichtlich sein, daß die Impulsrate der Schlammpumpe 27 sich mit der Zeit ändert. Demgemäß wird Np sich derart ändern, daß sichergestellt ist, daß die durch das Verzögerungselement 152 hervorgerufene Verzögerung stets gleich einer Periode der Schlammdruckschwingungen ist, die durch die Schlamm-

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pumpe 27 hervorgerufen werden.

Das von dem Verzögerungselement 152 abgeleitete Signal FCt-T ) wird einer Eingangsleitung 153 einer Subtrahiereinrichtung 16O zugeführt. Die Subtrahiereinrichtung 160 nimmt außerdem über ihre Eingangsleitung 161 das Signal F(t) auf, welches von dem Filter 150 abgeleitet ist; die Subtrahiereinrichtung erzeugt auf ihrer Ausgangsleitung 162 ein Differenzsignal, welches folgender Beziehung genügt:
xCt) = FCtJ - F(t-T_p)

= B(t)-B(t-T_p)+p(t;-p(t-T_b;+u(t)-u(t-T_p) (23)

Da PCt) periodisch ist und eine Periodendauer von T aufweist, gilt die Beziehung

PCt) - PCt - TJ = 0 ' C24)

Mit Rücksicht auf die Periodizität der durch die Schlammpumpe 27 hervorgerufenen Impulse ist somit die auf die Pumpe zurückgehende Störung eliminiert worden, und das auf der Ausgangsleitung 162 der Subtrahiereinrichtung 160 erhaltene Signal kann nunmehr wie folgt angegeben werden:

xCt) = b(t) + uCt) , C25)

bCt) = BCt) - BCt - T_p) C26)

das informationstragende Signal ist und wobei

uCt) = UCt) - UCt - T_p) C27)

das zufällige Störsignal ist.

Sowohl das informationstragende Signal Mt) als auch das Störsignal uCt) sind in Fig. 1OC veranschaulichte Damit kann nunmehr ersehen werden, daß durch Ausführen des Schrittes Nr. 1, wie er oben ausgeführt worden ist, das informationstragende Signal BCt), wie es in Fig. 1OA veranschaulicht ist und das die Form einer Ventil-Signal-

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welle aufweist, in ein anderes informationstragendes Signal b(t) umgesetzt ist, wie dies in Fig. 1OC veranschaulicht ist. Das Signal b(t) wird als "Doppel-Signalwelle¹¹ "bezeichnet, und zwar im Gegensatz zu dem Signal B(t), welches eine "Ventil-Signalwelle" wiedergibt. Eine Doppel-Signalwelle umfaßt zwei Ventil-Signalwellen, wie die Ventil-Signalwellen "A" und "B" gemäß Fig. 1OC. Diese Ventil-Signalwellen sind durch ein Zeitintervall T voneinander getrennt. Die Ventil-Signalwelle "A" ist ähnlich der Ventilwelle gemäß Fig. 10A, während die Ventil-Signalwelle ¹¹B" die invertierte Form der Ventil-Signalwelle "A" darstellt.

Das Signal x(t) (Gleichung (25)) wird ferner der Eingangsseite 162 eines Analog-Digital-Wandlers 163 zugeführt, der von einer Takteinrichtung 178 her gesteuert wird. Auf einer Ausgangsleitung 164 des Analog-Digital-Wandlers erhält man ein Signal, welches folgender Beziehung genügt:

x_t = b_t + u_t (28)

Entsprechend der hier benutzten Symbolschreibweise handelt es sich bei den Größen x+, b+ und u+ um digitale Versionen der Analog-Signale x(t), b(t) bzw. u(t). Die Signale x^ und u^ liegen vor in Form von Zeit-Reihen wie

u_t = (...u_₂, U_-1, U₀, U₁, u_g, ) (30)

Das Signal b^. ist eine Signalwelle endlicher Länge

b_t = (b₀, b_r b₂, b_n) (31)

XiII. Beseitigung der Rauschstörung, wenn die Rauschstörung weißes Rauschen ist (Schritt Nr. 2)

Die Mischung einer Doppel-Signalwelle b^. und eines Rauschsignals u^ wird nunmehr einem eine Länge von

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) aufweisenden digitalen Filter 170 mit einer Speicherfunktion

^at ^{= ta}0» ^a1» ^a2'

zugeführt. Bei dieser Ausführungsform wird ein digitales Filter ausgewählt, welches als angepaßtes Filter bekannt ist. Die Speicherfunktion a. wird so gewählt, daß der Betrieb des Filters optimiert ist. Optimale Bedingungen werden dann erzielt, wenn das Signal-Stör-Vei.ältnis aia Ausgang des Filters 170 seinen Maximalwert aufweist. (Bezüglich einer Beschreibung von angepaßten Filtern sei beispielsweise auf die Veröffentlichung von Sven Treitel und E.A.Robinson in dem Buch "Optimum Digital Filters for Signal-to-Noise Ratio . Enhancement", Geophysical Prospecting, Vol. 17. Wr. 3, 1969, Seiten 148 bis 193 oder auf eine Veröffentlichung von E.A.Robinson in "Statistical Communication and Detection with Special Reference to Digital Data Processing of Radar and Seismic Signals", Hafner Pbulishing Company, New York, N.Y., I967, Seiten 250 bis 269 hingewiesen).

Die Speicherfunktion a, des angepaßten Filters 170 wird derart ausgelegt, daß sie so steuerbar ist, daß stets während der Meßoperationen die optimalen Bedingungen beim Betrieb des Filters gewährleistet sind. Die Steuerung des Filters erfolgt mittels eines Rechners 172, der die in Frage kommenden Daten aus einem Speicher- und Abrufelement 173 in einer nachstehend noch näher zu beschreibenden Art und Weise aufnimmt.

Ein Signal y,, das über die Ausgangsleitung 174 des angepaßten Filters 170 erhalten werden kann, kann als Faltung der Eingangsfunktion x+ und der Speicherfunktion a. ausgedrückt werden. Damit gilt die Beziehung

*t ^{= x}t*^at = ^a0^xt ^{+ a}1^xt-1 + ··· + ^an^xt-n

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-ββ-

wobei das Sternchen eine Faltung angibt. Durch Substituieren von x. = b, + u. in die Gleichung (33) erhält man

= ^ct ^{+ v}t

c_t = b_t * a_t (35)

Filter - Ansprechverhalten auf ein reines Eingangssignal und

v_t = u_t * a_t (36)

das Störungsausgangssignal bedeuten. Ein diese Beziehungen zeigendes schematisches Blockdiagramm ist in Fig. 11 veranschaulicht.

Um die optimalen Bedingungen beim Betrieb des angepaßten Filters bzw. Ausgleichsfilters 170 zu gewährleisten, wird eine bestimmte Zeitspanne, wie die Zeitspanne t = t_Q, gewählt, wobei es erforderlich ist, daß die augenblickliche Leistung im Filterausgangssignal zum Zeitpunkt t = t_Q so groß wie möglich bezogen auf die mittlere Leistung der zu diesem Zeitpunkt ausgefilterten Störung ist. Um das Signal c. in dem ausgefilterten Ausgangssignal u. zu ermitteln, wird somit das Signal-Stör-Verhältnis entsprechend folgender Beziehung benutzt:

(Wert des gefilterten Signals zum Zeitpunkt t_n) u = 2__ _C37

¹ Leistung der gefilterten Störung

Wenn man das eine Länge (n + 1) aufweisende Signal (b_Q, ^b1' ·*·* ^bn^ ^{mit dem} ^^{n + 1})-Längen-FiIter faltet bzw. einen Umlauf ausführen läßt, dann erhält man eine Ausgangsreihe (Cq, CL, .... c ... Cp ,., Cp_n) mit einer Länge von (2n +1), wobei c der zentrale Wert dieser Ausgangsreihe ist. Damit wird zum Zeitpunkt t_n = t das betreffende Ver-

0 ~ "n

hältnis /u zu

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wobei E|y j der Mittelwert der Störungsausgangsleistung ist.

Es sei hier angenommen, daß die zufällige Störung bzw. das Störungsrauschen u. ein weißes Rauschen ist. Dann kann gezeigt werden (siehe beispielweise eine Veröffentlichung von Sven Trextel und E.A. Robinson "Optimum Digital Filters for Signal to iMoise Ratio Enhancement", Geophysical Prospecting Vol. XVII, JMr. 3, 1969, Seite 24θ bis 293), dass der Maximalwert des Signal-Rausch-Verhältnisses ,u dann erhalten werden kann, wenn folgende Beziehung erfüllt ist:

, kb_n-1, kb_Q; (39)

wobei k mit 1 gewählt ist. Bei Vorhandensein eines im Rauschen gewxssermaßen untergegangenen Signals können somit in dem Fall, daß das Rauschen weißes Rauschen ist, optimale Bedingungen dann erzielt werden, wenn der Speicher des Filters durch das invertierte Signal gegeben ist, nämlich durch die Koeffizientenfolge (b , b ^, ... b_Q).

Der Speicher des Filters 170 ist zu sämtlichen Zeiten durch den Rechner 172 festgelegt, der mit dem Filter über einen Kanal 175 verbunden ist. Der Begriff "Kanal" im hier gebrauchten Sinne bezieht sich auf geeignete Leiter, Verbindungen oder Übertragungseinrichtungen, wie dies im besonderen Fall gefordert ist. Ein Speicherungs- und Abrufelement 173 dient zur Speicherung der Funktion b. für eine anschließende Übertragung von b+. über den Kanal 176 zu dem Rechner 172 hin. Die Funktion des Rechners besteht darin, die durch eine Sequenz (b_Q. b. .... b_n) ausgedrückten Eingangsdaten derart umzukehren, daß über den Ausgangskanal des Rechners eine Sequenz (b_n, b_n-^ _o.. b_Q) abgegeben wird,

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die ihrerseits dem angepaßten Filter bzw. Ausgleichsfilter über den Kanal 175 zugeführt und in diesem Filter als Speicher des Filters entsprechend der Gleichung (39) gespeichert wird.

Das auf der Ausgangsleitung 174 des angepaßten Filters 170 erhaltene gefilterte Ausgangs signal x^. wird ferner einem Digital-Analog-Wandler 181 zugeführt. Da y, ein Signal in digitalisierter Form wiedergibt, wird auf der Ausgangsleitung 182 des Digital-Analog-Wandlers 181 die entsprechende Analog-Funktion erhalten, die entsprechend der hier benutzten Symbolschreibweise mit y(t) bezeichnet wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Maximierung des Signal-Rausch-Verhältnisses in dem gefilterten Ausgangssignal y. der Minimierung des Störsignals bzw. Rauschsignals V₊ (oder des äquivalenten Analog-Signals v(t)) äquivalent ist, wenn ein Vergleich mit dem informationtragenden Signal C₊ (oder dem äquivalenten Analog-Signal c(t)) vorgenommen wird. Damit gilt die Beziehung

v(t) « clt) (40)

und außerdem gilt

y(t; r^ c(t) r^i b(t) (41)

Damit ähnelt die Ausgangsfunktion y(t) des angepaßten Filters gemäß Fig. 1OD sehr nahe der Funktion b(t), wie sie in Fig. 10C veranschaulicht ist.

Eine bedeutende Eigenschaft der vorliegenden Erfindung umfaßt die Speicherung der Funktion b^ (für eine anschließende Wiedergabe), und zwar mittels des Speicherund Abrufelementes 173. Das erforderliche Vorgehen zum Zwecke der Abspeicherung der Funktion b₊ wird nunmehr in Verbindung mit Fig. 12 erläutert werden. Das Vorgehen umfaßt mehrere Schritte, und zwar folgende Schritte.

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Schritt a. Die .Bohrvorgänge werden stillgesetzt, d.h., daß der Bohrmeißel 31 um eine kurze Strecke vom Boden angehoben wird. Die Bohrwinden bleiben stehen, und die Dreheinrichtung 21 wird hinsichtlich der Ausführung eines Drehvorgangs stillgesetzt.

Schritt b. Die Pumpe 27 setzt den Betrieb wie während normaler Bohrvorgänge fort, d.h. mit einer gleichmäßigen Pumpenfördergeschwindigkeit und mit einem Pumpendruck, der kennzeichnend ist für jenen Druck, der während der eigentlichen "Messungen während des Bohrens" benutzt wird. Alle übrigen Störquellen, wie elektrische Wechselspannungs-Aufnehmer von Generatoren, der Betrieb von Kränen, etc. werden stillgesetzt. "Winden" und andere Störungsquellen sind im Falle von Offshore-Betriebsvorgängen soweit wie möglich eliminiert (wie durch Auswahl eines ruhigen TagesJ.

Schritt c. Wie zuvor beschrieben und wie in Verbindung mit J?'ig. 5A veranschaulicht, wird die Codierung unterhalb der Erdoberfläche durch eine "Takteinrichtung" festgelegt, die in strengem Synchronismus mit der "Takteinrichtung" in der Anlage auf der Erdoberfläche steht. Demgemäß ist es auf der Erdoberfläche möglich, eine Feststellung dann zu treffen, wenn ein einzelner Impuls unterhalb der Erdoberfläche erzeugt wird, wie beispielsweise der Vorzeigerimpuls. Außerdem ist die Übertragungsgeschwindigkeit durch die Schlammsäule bekannt, und ferner ist der exakte Zeitpunkt bekannt, zu dem der hydraulische Impuls an der Oberfläche empfangen wird. Damit ist es möglich, eine einzige "Signalwelle" auf der Erdoberfläche aufzunehmen und im Vorhinein den Zeitpunkt anzugeben, zu dem die Signalwelle auftritt, obwohl sie durch Störung verdeckt sein könnte. (In vielen Fällen wird die einzelne Signalwelle über der Störung stehen, so daß eine visuelle Betrachtung auf einem Oszilloskop praktikabel ist.) Somit wird die durch das

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Ventil 40 erzeugte hydraulische Schwingung mit Hilfe des Wandlers 51 zu einem bekannten Zeitpunkt aufgenommen.

Schritt d. Das durch den Wandler 51 aufgenommene Signal wird durch das Filter 150 geleitet, um selektiv Frequenzen im Bereich von 0,1 Hz bis 10 Hz weiterzuleiten. Da die Bohrvorgänge stillgesetzt sind (wie dies im Schritt a oben ausgeführt worden ist), ist das Störungsrauschen UCt) vernachlässigbar, und demgemäß liegt das am Ausgang des Filters 150 erhaltene Signal vor in der Form F(t)= B(t) + P(t).

Schritt e. Das von dem Filter 150 erhaltene Signal F(t) wird durch das Verzögerungselement 152, die Subtrahiereinrichtung 60 und den Analog-Digital-Wandler 163 in einer Weise hindurchgeleitet, wie dies oben bereits erläutert worden ist. Üblicherweise wird bei Fortgang des Bohrens das am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 163 erhaltene Signal vorliegen in der Form x. = b, + u^, wobei u. das auf die Bohrvorgänge zurückgehende Rauschen bzw. die dadurch hervorgerufene Störung zum Ausdruck bringt. Da hier jedoch ebenfalls die Bohrvorgänge stillgesetzt sind, ist das Rauschstörsignal u. vernachlässigbar. Unter diesen Bedingungen gilt x+rob+. Das Signal χ, kennzeichnet so nahe wie praktisch möglich ein "störungsfreies Signal", welches einer Signalwelle entspricht, die kennzeichnend ist für das informationstragende Signal.

Schritt f. Die Funktion x+^b, wird gespeichert. Die Betriebsschritte a, b, c, d, e und f, wie sie zuvor ausgeführt worden sind, werden mit Hilfe der in Fig. 12 angedeuteten Betriebsanordnung ausgeführt. Bei dieser Anordnung wird das Ausgangssignal des Analog-Digital-• Wandlers 163 dem Eingang des Speicher- und Abrufelementes 173 zur Aufzeichnung von X₊^b. zugeführt.

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Es sei darauf hingewiesen, daß in dem Frequenzbereich die Speicherfunktion a, des angepaßten Filters 170 wie folgt angegeben werden kann:

AU) = e"^2?7/vfn B*(f) (42J

wobei f die Frequenz und B*(f) die komplexe konjugierte Größe der Fourier-Transformation des Signals b_t bedeuten.

Die Beseitigung des Störungsrauschens für den Fall, daß die Störung weißes Kauschen ist, kann in gewissen Fällen mittels eines Autokorrelators anstatt mittels eines angepaßten Filters, wie des angepaßten Filters 170 gemäß Fig. 9, vorgenommen werden. Zu diesem Zweck sollte das in Fig. 9 dargestellte schematische Diagramm derart modifiziert werden, daß das angepaßte Filter 174, der Rechner 172 und das Speicher- und Abrufelement 173 weggelassen werden. Anstelle dieser Elemente würde ein Autokorrelator verwendet werden. Die Singangsanschlüsse des Autokorrelators würden an den Ausgangsleitungen 164 des Analog-Digital-Wandlers 163 angeschlossen werden. Zugleich würden die Ausgangsleitungen des Autokorrelators mit den Singangsleitungen 174 des Digital-Analog-Wandlers 181 verbunden werden. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers kann mittels des Verzögerungselementes 190, des Polaritätswechselelementes 192, des UND-Gliedes 193, etc. verarbeitet werden, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. In gewissen Fällen kann jedoch das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers direkt einem Aufzeichnungsgerät zugeführt werden.

XIV. Transformation einer codierten Folge von Doppel-Signalwellen in eine codierte Folge von kurzen Impulsen (Schritt Nr. 3)

Im folgenden sei wieder die Betriebsanordnung gemäß Fig. betrachtet. Wir haben nunmehr auf der Ausgangsleitung 182 des Digital-Analog-Wandlers 181 ein Signal erhalten, welches

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durch eine Funktion y(t) dargestellt ist, wie sie in Fig. 10D veranschaulicht ist und die eine Form ähnlich der der Doppel-Signalwelle "b(t) aufweist. Dies bedeutet, daß die Beziehung yCt)r^b(t) erfüllt ist.

Die Funktion y(t)rv/b(t) kennzeichnet ein einzelnes Bit in dem digitalisierten Signal, welches das Ventil 40 steuert bzw. betätigt. Es dürfte ersichtlich sein, daß eine derartige Funktion nicht sehr geeignet ist für die Darstellung eines sehr kurzen Zeitintervalls entsprechend einem einzigen Öffnen und Schließen des Ventils 40. Es ist daher erforderlich, wie dies im Schritt Nr. 3 ausgeführt worden ist, eine Doppel-Signalwelle in einen einzigen kurzen Impuls zu transformieren, der mit dem Betrieb des Ventils koinzident auftritt. Zu diesem Zweck ist ein Verzögerungselement 190 vorgesehen, welches durch eine Takteinrichtung 191 in Kombination mit dem Polaritätswechselelement und einem UND-Glied 193 (Koinzidenznetzwerk) gesteuert wird, das in der aus Fig. 9 ersichtlichen Weise angeordnet ist. Das Verzögerungselement 190 nimmt über die Leitung 182 das Signal y(,t) von dem Digital-Analog-Wandler 181 her auf. Dieses Verzögerungselement wird durch eine Takteinrichtung 191 derart gesteuert, daß auf der Ausgangsleitung 195 eine Verzögerung erzielt wird, die gleich der Zeitspanne T_m ist. Die verzögerte Funktion b(t - T_m), wie sie in Fig. 1OE veranschaulicht ist, wird ferner über die Leitung 195 einem Polaritätswechselelement 192 zugeführt, um auf der Ausgangsleitung 197 dieses Elementes 192 eine invertierte verzögerte Doppel-Signalwelle zu erzeugen, wie sie mit -b(t - T ) ausgedrückt und in Fig. 1OF veranschaulicht ist.

Das Signal -b(t - T_) wird über die Leitung 197 dem UND-Glied 193 zugeführt. Zur gleichen Zeit wird das vom Digital-Analog-Wandler 181 abgeleitete Signal b(t) über die Leitungen 182 und 200 dem UND-Glied 183 zugeführt.

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Jedes der Signale MtJ und -Mt - T_m) umfaßt Impulse, die positive und negative Polarität aufweisen. Durch Vergleich des Signals b(t), wie es in Fig. 1OD veranschaulicht ist, mit dem Signal -b(.t - T ^[ ), wie es in Fig. 1OF veranschaulicht ist, kann ersehen werden, daß lediglich ein Impuls gemäß Fig. 1OD vorhanden ist, der zeitlich koinzident mit dem Impuls gemäß Fig. 10F zusammenfällt. Dieser Impuls tritt im Zeitintervall von t, bis t^ gemäß Fig. 10D und von tg "bis t^_Q gemäß Fig. 1OF auf. Es sei darauf hingewiesen, daß die Zeitpunkt t^ und tq zeitlich zusammenfallen, da die Beziehungen t, = ι,, + T und tq = t> + T gelten. In entsprechender Weise fallen die Zeitpunkte t- und t_1Q zusammen, da t^ = t₁ + T_n + T_m und t₁₀ = t₁ + T_n + T_m sind. Demgemäß wird ein einziger Koinzidenzimpuls aus der Doppel-Signalwelle Mt) abgeleitet, wie dies in Fig. 1OCi veranschaulicht ist. Damit erzeugt das UND-Glied 193, welches über seine Eingangsleitungen 200 und 197 Signale aufnimmt, die kennzeichnend sind für die Funktion b(t) bzw. -b(t - T), auf seiner Ausgangsleitung 210 einen einzigen Impuls, wie dies in Fig. 1OG veranschaulicht ist.

Es sei daran erinnert, daß im Interesse der Einfachheit bei dieser Ausführungsform ein einziger Impuls dargestellt worden ist, der erzeugt worden ist und der weitgehend koinzident mit einer einzigen Öffnung und Schließung des Ventils auftritt. Es sei jedoch daran erinnert, daß beim tatsächlichen Bohren und der gleichzeitigen Ausführung einer Meßoperation auf der Ausgangsleitung 210 eine codierte Folge von Einzelimpulsen erhältlich ist, die kennzeichnend sind für eine Messung eines ausgewählten Parameters durch einen ausgewählten Fühler.

Die auf der Ausgangsleitung 210 des UND-Gliedes 193 erhaltene codierte Folge von Einzelimpulsen wird einem Digital-Analog-Wandler 211 zugeführt, der von einer Takt-

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einrichtung 212 her gesteuert wird. Auf der Ausgangsleitung 214 des Digital-Analog-Wandlers 211 erhält man in analoger Form ein Signal, welches kennzeichnend ist für die Messung des ausgewählten Parameters. Dieses Signal wird mittels der Aufzeichnungseinrichtung 54 aufgezeichnet.

XV. Anwendung einer Kreuzkorrelation

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann anstelle eines angepaßten Filters bzw. Ausgleichfilters zur Störungsbeseitigung ein Kreuzkorrelator verwendet werden. Dabei existiert eine nahe Analogie zwischen der Schaltung bzw. Umkehrung zweier Funktionen, wie dies durch die Gleichung (2OaJ veranschaulicht ist, und der Kreuzkorrelation. Unter einer Kreuzkorrelation wird eine Funktion verstanden, die mit einer weiteren Funktion dasselbe Ergebnis liefert, wie es erzeugt würde, indem die erste Funktion durch ein Filter (angepaßtes Filter) geleitet würde, dessen Speicherfunktion die Umkehrung der zweiten Funktion ist_o (In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf eine Veröffentlichung von N.A. Anstey "Correlation Techniques - A Review" Geophysical Prospecting Vol. 12, 1964, Seiten 355 bis 382, oder auf eine Veröffentlichung von Y.W. Lee in "Statistical Theory of Communication", John Wiley and Sons., New York, N₀Y., I960, Seite 45, hingewiesen).

In Fig. 13 ist gezeigt, wie dieselben Operationen, welche mittels eines angepaßten Filters ausgeführt werden können, auch durch einen Kreuzkorrelator 200 ausgeführt werden können. Der Kreuzkorrelator 200 ist mit zwei Eingangsanschlüssen 201 und 202 und einem Ausgangsanschluß 203 versehen. Das Signal x,, welches von dem Analog-Digital-■ Wandler I63 gewonnen wird, wird dem Eingangsanschluß 201 zügeführt, während das Signal b^, welches von dem

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Speicher- und Abrufelement 173 gewonnen wird, dem Eingangsanschluß 202 zugeführt wird» Damit wird auf der Ausgangsleitung 203 ein Signal erhalten, welches kennzeichnend ist für die Kreuzkorrelation von x, und b.. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß das auf der Ausgangsleitung 203 erhaltene Kreuzkorrelationssignal identisch ist mit dem Schaltungssignal y,, wie dies durch die Gleichung (33) ausgedrückt und gemäß Fig. 9 von dem angepaßten Filter geliefert wird. Das Kreuzkorrelationssignal wird in derselben Weise weiterverarbeitet, wie dies in Fig. 13 veranschaulicht ist, und zwar wie das Signal, welches von dem angepaßten Filter 170 bei der Anordnung gemäß Fig. 9 verarbeitet worden ist. Der Kreuzkorrelator 200 kann eine Einrichtung des Typs sein, wie er als Modell 3721A von der Firmal Hewlett Packard Company aus Palo Alto, Californien, USA bekannt ist.

XVI. Beseitigung der Rauschstörung für den Fall, daß diese nicht durch weißes Rauschen gegeben ist

Wenn die Rauschstörung weißes Rauschen ist, dann ist die Autokorrelation q. der Rauschfunktion Null für t / 0. Nunmehr sei der Fall betrachtet, daß die unerwünschte Störung U^ eine bekannte Autokorrelationsfunktion q. aufweist, wobei die Koeffizienten q. nicht notwendigerweise Null sind für t Φ 0. Dies ist der Fall der "autokorrelierten Störung", und zwar im Gegensatz zu reinem weißen Rauschen, dessen lediglich nicht-verschwindender Autokorrelationskoeffizient q_Q ist. Eine geeignete Form eines angepaßten Filters und zugehöriger Komponenten ist in Fig. 14 veranschaulicht. In diesem Fall ist es erforderlich, nicht nur das informationstragende Signal b. zu speichern (wie mittels des Elementes 173), sondern auch das Störsignal u₊. Demgemäß umfaßt die Anordnung nach Fig. 14 zwei Speicher- und Abrufelemente, die mit 173 und 224 bezeichnet sindo Das Speicher-

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und Abrufelement 173 erfüllt eine Funktion, die identisch ist mit der des Elementes, welches ebenfalls mit 173 in Fig. 9 und 12 bezeichnet ist. Das betreffende Element dient dazu, die Funktion b, zu speichern und anschließend zu erzeugen. Demgegenüber besteht die Funktion des Speicher- und Abrufelementes 224 darin, die Störungsfunktion u. zu speichern und anschließend wiederzugeben. Die für die Funktion b. und u+ kennzeichnenden Daten, die aus den Speicherelementen 173 bzw. 224 erhalten werden, werden über die Kanäle 225 bzw. 226 einem Rechner 228 zugeführt. Die Funktion des Rechners 228 besteht darin, das von den Eingangsteilen 225 und 226 empfangene Eingangssignal in Daten zu transformieren, die erforderlich sind, um die Speicherfunktion des angepaßten Filters 220 zu bestimmen. Die zuletzt erwähnten Daten werden dem angepaßten Filter 220 über den Kanal 230 zugeführt.

Die Darstellung wird nunmehr dieselbe sein wie zuvor, allerdings mit der Ausnahme, daß man nunmehr berücksichtigen muß, daß die Störung u+ kein weißes Rauschen mehr ist. Die hier zu erläuternden angepaßten Filter sind im Sinne eines beliebigen Verstärkungsfaktors k unbestimmt, der der Einfachheit halber gleich Eins gesetzt ist.

Dieselbe Definition des Signal-Stör-Verhältnisses /U wird benutzt. Damit gilt

c!

(43)

^b²J

Es ist erwünscht, /U zu maximieren, und zwar unter der Annahme, daß die Eingangsstörung u. von der auto-korrelierten Art ist. Es ist zweckmäßig, die Matrixschreibweise an dieser Stelle einzuführen. Mit der Beziehung

a = (a₀, a_r a_n) (44)

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sei der Zeilenvektor (n + 1) bezeichnet, der den Speicher des angepaßten Filters 220 kennzeichnet. Ferner sei mit

V Vi

(45)

der Zeilenvektor (n + 1) bezeichnet, der die Zeitumkehrung des Signals b^ definiert. Außerdem sei

q. =

die (n + 1 j zu ^n + 1)-Autokorrelationsmatrix der Störung. Dann läßt sich schreiben:

u = Cab') (ba') / aqa

(46)

wobei mit dem Apostroph (') die iXiatrixwandlung bezeichnet ist.

Um /U zu maximieren, wird die Größe (.46) bezogen auf den Filtervektor a differenziert, und das Ergebnis wird gleich Null gesetzt.

Damit wird eine Beziehung

qa¹ = b¹ (47)

erhalten, die ausgeschrieben werden kann in der Form

(48)

	#
	b0
ao' a1
O
a η

Hierbei handelt es sich um die Matrixdarstellung einer

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3031593

- -MtJ -

Reihe von Cn + 1) linearen gleichzeitigen Gleichungen in den (n + 1) unbekannten Filterkoeffizienten CaQ, a. ... a ). Die Lösung dieser Gleichung führt zu dem gewünschten optimalen angepaßten Filter hinsichtlich des Vorhandenseins der auto-korrelierten Störung. Die Gleichung (48) kann durch das Wiener-Levinson-Rekursionsverfahren gelöst werden (siehe N.Levinson "The Wiener RMS error criterion in Filter Design and Prediction", Journal of Mathematics and Physics 1947, Vol. 25, Seiten 261 bis 278 und S.Treitel und E.A.Robinson "Seismic Wave propagation in Terms of Communication Theory", Geophysics, I966, Vol. 31, Seiten bis 32). Diese rekursive Verfahrensweise ist sehr wirksam, und es ist daher möglich, angepaßte Filter großer Länge mittels des Rechners 228 zu berechnen. Die bekannten Größen bei dieser Berechnung sind die Störungs-Autokorrelationsmatrix q und die Zeitumkehrung der Signalwelle β_η_.£» während die unbekannten Größen die Filterkoeffizienten a, sind. Diese Filterkoeffizienten stellen die Speicherfunktion des angepaßten Filters 220 dar.

Die Berechnungen, die zur Bestimmung der Speicherfunktion des angepaßten Filters 220 erforderlich sind, werden durch den Rechner 228 ausgeführt. Der Rechner nimmt aus den Speicher- und Abrufelementen 173 und 224 Daten bezüglich der Funktionen b. bzw. u, auf. Auf die Aufnahme der Daten q_t hin wird die Störungs-Autokorrelationsmatrix berechnet, und auf die Aufnahme der Daten b^ wird die Zeitumkehrung dieses Signals bestimmt. Anschließend werden die unbekannten Filterkoeffizienten a. berechnet und dann über den Ausgangskanal 230 zu dem angepaßten Filter 220 hin übertragen.

Das Ausgangssignal des angepaßten Filters 220 wird einem Digital-Analog-Wandler 181 zugeführt und ferner in derselben Art und Weise verarbeitet wie das Ausgangssignal des angepaßten Filters 170, das in der Anordnung gemäß

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Fig. 9 verarbeitet worden ist.

Im Frequenzbereich kann dif= Speicherfunktion des angepaßten Filters wie folgt angegeben werden:

AU) =e-²^^fn fifi 149)

V/obei B*(f) die Fourrier-Transformation der Zeitumkehrung des Signals b = (b„, b^ .... b ) und Q(f) das Leistungsspektrum der Störung im Intervall {f + df) bedeuten. Die physikalische Bedeutung des Ausdrucks (,49) ist einfach. Je größer das Amplitudenspektrum | B(f) | des Signals und je kleiner das Leistungsdichtespektrum Q(f J der Störung im Intervall (f, f + df) ist, umso mehr Frequpnzen überträgt das angepaßte Filter in dem betreffenden Intervall. Wenn somit die Leistungsspektraldichte Q(f) der Störung in einem gewissen Intervall des Frequenzbandes gering ist, das von dem Signal eingenommen wird, dann ist das angepaßte Filter in diesem Intervall im wesentlichen transparent (dämpft sehr wenig).

lMunmehr seien die Signalspeicher- und Abrufelemente 173 und 224 betrachtet. Die Verfahrensweise, die erforderlich ist für die Speicherung des Signals b. mit Hilfe des Elementes 173, ist zuvor in Verbindung mit den Schritten a bis f erläutert worden, wie sie durch die Anordnung gemäß Fig. 12 ausgeführt werden.

Eine andere Lösung ist nun erforderlich, um das Störungssignal u.. durch das Element 224 zu speichern. Wie zuvor in Verbindung mit Fig. 12 ausgeführt worden ist, ist es möglich, ein "störungsfreies Signal" zu erhalten und zu speichern. Aufgrund des Synchronismus zwischen den Takteinrichtungen unterhalb der Erdoberfläche und auf der Erdoberfläche, ist es in entsprechender Weise möglich,

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eine "signallose Störung" aufzunehmen und zu speichern, d.h. das von dem Wandler 51 aufgenommene Signal während des normalen Bohrvorgangs (welches Signal sämtliche Störungen enthält, die auf diesen Bohrvorgang zurückgehen, jedoch ohne ein informationstragendes Signal). In diesem Fall kann die Anordnung gemäß Fig. 12 ebenfalls dazu herangezogen werden, die erforderlichen Vorgänge zu veranschaulichen. Die Schritte zur Erzielung der Aufzeichnung der Funktion u(t) können wie folgt angegeben werden:

Schritt «A . Ss wird auf das Bit Gewicht gelegt, und normale Bohroperationen werden durchgeführt. Schritt β . Es wird ein Zeitpunkt gewählt, zu dem kein informationstragendes Signal vorhanden ist, d„h. eine Pause zwischen Binärwörtern.

Schritt τ . Es wird ein Signal erhalten, welches kennzeichnend ist für die Druckänderung des Bohrfluids bei dem Wandler 51.. Das Signal wird durch das Filter 150 übertragen. Aufgrund der beim obigen Schritt ß gewählten Zeitspanne ist das Signal b(t) nicht vorhanden, und demgemäß weist das vom Ausgang des Filters 150 erhaltene Signal die Form F(t) = P(t) + U(t) auf.

Schritt δ . Das Pumpenstörungssignal P(t) ist eliminiert. Erreicht wird dies mit Hilfe des Verzögerungselementes und der Subtrahiereinrichtung 16O. Sodann wird das resultierende Signal an den Analog-Digital-Wandler 163 abgegeben. Da kein informationstragendes Signal vorhanden ist, gilt b. = 0, und demgemäß weist das vom Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 163 erhaltene Signal die Form x_t = U.J. auf.

Schritt £ . Eine Aufzeichnung der Funktion x^ = u^ wird dadurch erzielt, daß das Speicher- und Abrufelement 224 am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 163 verwendet wird, wie dies in Fig. 12 veranschaulicht ist_o

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Zusammenfassend kann aus obigem festgestellt werden, daß ersichtlich geworden sein dürfte, daß dann, wenn die Störung durch weißes Rauschen gegeben ist, das angepaßte Filter 170 und die zugehörigen Komponenten gemäß Fig. 9 den optimalen Wert für das Signal-Rausch-Verhältnis / garantieren. Wenn die Störung hingegen kein weißes Rauschen ist, jedoch eine bekannte Autokorrelationsfunktion aufweist, dann garantieren das angepaßte Filter 220 und die zugehörigen Komponenten gemäß Fig. 14 den optimalen wert von /u.

XVII₀ Impulsformungsfilter vom Wiener-Typ

In Fig. 15 ist ein Teil der Oberflächenanordnung mit einem Filter veranschaulicht, welches nach einem Prinzip arbeitet, das verschieden ist von dem des angepaßten Filters gemäß Fig. 9 oder gemäß Fig. 14. Das angepaßte Filter gemäß Fig. oder gemäß Fig. 14 ist in dem Sinne optimal, daß es ein lineares Filter ist, welches das Signal-Rausch-Verhältnis optimiert. Demgegenüber ist das Filter 240 gemäß Fig. 15, welches als Impulsformungsfilter oder Wiener-Filter ausgelegt ist, in dem Sinne optimal, daß es ein lineares Filter ist, welches die mittlere quadratische Differenz zwischen einem gewünschten Ausgangssignal und einem tatsächlichen Ausgangssignal minimiert. {Bezüglich einer Beschreibung eines derartigen Filters sei beispielsweise hingewiesen auf die Veröffentlichung von S.A.Robinson und Sven Treitel in "Principles of Digital Wiener Filtering", Geophysical Prospecting 15, 1967, Seiten 312 bis 333 oder auf eine Veröffentlichung von Sven Treitel und E.A. Robinson in "The Design of High-Resolution Digital Filters", IEEE Transactions on Geoscience Electronics, Vol. GE-4, JMr. 1, 1966, Seiten 25 bis 38).

Das Impulsformungsfilter 240 gemäß Fig. 15 nimmt über seinen Eingangskanal Daten bezüglich der Funktion x+ = b_t + u. auf, die von dem Analog-Digital-Wandler 163

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abgeleitet sind. Das Impulsformungsfilter ist ein (m + 1)-Längenfilter mit einem Speicher

welches im Sinne der niedrigsten Fehlerenergie das Eingangssignal X^ = (X₀, X^ .... x_n) mit einer Länge (n + 1) in ein Ausgangs signal z.. = (z_Q, z^ .... ζ _m+n) mit einer Länge (m + η + 1) umsetzt. Ein Modell für ein derartiges Filter ist in Fig. 16 veranschaulicht. Bei diesem Modell treten drei Signale auf, nämlich: (1) Das Eingangssignal x,, (2) das tatsächliche Ausgangssignal z. und (3) das gewünschte Ausgangssignal b, . Das Signal b. ist eine Doppel-Signalwelle wie in Fig. 1OC veranschaulicht.

Das Ausgangssignal z. ist eine Faltung der Filterspeicherfunktion f. mit der Eingangsfunktion X^, d.h.

H = ^ft * ^xt t5i;

Das Problem besteht nun darin die Speicherfunktion f. derart zu bestimmen, daß das tatsächliche Ausgangssignal z. so nah wie möglich (im Sinne der niedrigsten Fehlerenergie) an das gewünschte Ausgangssignal b^ herankommt. Um die Speicherfunktion auszuwählen, wird die folgende Größe minimiert:

i = (Summe der quadratischen Fehler zwischen dem

gewünschten Ausgangssignal und der gefilterten Signalwelle) + V (Leistung der gefilterten Störung),
wobei V ein vorher zugeteilter Gewichtsparameter ist.

Die zur Minimierung von I erforderlichen Berechnungen werden mit Hilfe des Rechners 245 ausgeführt, der mit drei Eingangskanälen 246, 247 und 248 versehen ist. Ein Speicher- und Abrufelement 173 überträgt dem Rechner 245 über den Kanal 246 Daten bezüglich der Funktion b+. In

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entsprechender Weise überträgt das Speicher- und Abrufelement 224 zu dem Rechner 245 über den Kanal 247 Daten bezüglich der Funktion u.. . Der Kanal 248 wird dazu herangezogen, dem Rechner 245 Daten zuzuführen, welche die Funktion x, betreffen. Diese Daten werden außerdem der Eingangsloitung 241 des Impulsformungsfilters 240 zugeführt.

Auf die Aufnahme der Eingangssignale b.. , u. und x, , die über die Kanäle 246, 247 bzw. 248 zugeführt werden, führt der Rechner 245 bestimmte Rechenvorgänge aus, auf die weiter unten noch eingegangen wird, um über den Ausgangskanal 251 an das Impulsformungsfilter 240 die erforderlichen Daten zu übertragen, welche die Speicherfunktion des Filters 240 betreffen. Damit ist das tatsächliche Filterausgangssignal z. im Sinne der geringsten Fehlerenergie so nah wie möglich an das gewünschte Ausgangssignal b. herangebracht. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die Beziehung

z_t ^j b_t (52;

gilt, wie dies in Fig. 10D veranschaulicht ist.

Nunmehr seien im einzelnen die Operationen betrachtet, die mit Hilfe des Rechners 245 ausgeführt werden. I_n Symbolen ausgedrückt ist die zu minimierende Größe i gegeben durch die Beziehung
m + η

t = 0

wobei die Darstellung E{} den gesamten Mittelwert be deutet und wobei
m _

S "C-S

s=0

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die gefiltere Störung bezeichnet. Durch Vereinfachen des Ausdrucks für I erhält man

m+n

^fs ^xt-s

t=0

s=0

s=0 t=0

Hier gilt

Vt!

wobei T ein Leerzeitindex und q^__s die Autokorrelation der empfangenen Störung bedeuten. Durch Differenzieren des Ausdrucks für I nach jedem der Filterkoeffizienten und durch Nullsetzen der Ableitungen wird eine Reihe von gleichzeitigen Gleichungen erhalten, die für t = 1,2 ... m gegeben sind durch die Beziehung

Bei den obigen Gleichungen sind die Größen r. , q. und g. bekannt, während die Größen f unbekannt sind.

Die durch den Rechner 245 durchgeführten Rechnungen dienen der Bestimmung der Parameter r._ , q. und g+ aus den Eingabefunktionen, die den Kanälen 248, 247 bzw. 246 zugeführt sind und sodann der Lösung der Gleichungen (56)

nach den unbekannten Größen f

Die Parameter r

~ 5 W^

und

sind wie folgt definiert:

Der Parameter r. stellt die Autokorrelation des Eingangssignals x+ dar, welches dem Rechner 245 über den Kanal 248 zugeführt wird. Der Parameter q^. ist die Autokorrelation des Störungssignals U₊, welches dem Rechner über den Kanal 247 zugeführt wird. Die Parameter g₊ sind als Querproduktkoeffizienten zwischen dem gewünschten Ausgangssignal b. und dem Eingangssignal x. definiert.

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Damit gilt die Beziehung
m

^bs ^xs-t (57)

für t = O, 1, 2 .... m. In dem Ausdruck für g, wird das gewünschte Ausgangssignal b dem Rechner 245 über den

Kanal 246 zugeführt, und das Eingangssignal x^ wird über den Kanal 248 zugeführt. Der Parameter <J ist ein Gewichtsparameter, dem ein geeigneter Wert zugeteilt ist, wie dies noch näher erläutert werden wird.

Damit werden die Parameter r._ , q, und g. durch den Rechner 245 bestimmt, und der Rechner löst sodann die Gleichungen, indem er in dem Ausgangskanal 251 die Größen f liefert. Diese Größen werden dem Speicher des Impulsformungsfilters 240 zugeführt. Das tatsächliche Ausgangssignal z^ des Filters 240 ist im Sinne der geringsten Energie so nah wie möglich an das gewünschte Ausgangssignal b^ herangeführt.

Da die Matrix der Gleichung, nämlich die Matrix [ r. +

x-s

\7q_t__sJ die Form einer Autokorrelationsmatrix aufweist, können diese Gleichungen wirksam durch die Rekursionsmethode gelöst werden. Diese Rekursionsmethode ist in den folgenden beiden Veröffentlichungen beschrieben worden: N.Levinson "The Winer RMS (root mean square criterion) in Filter Design and Prediction", Appendix B of N. Wiener, "Extrapolation, Interpolation, and Smoothing •of Stationary Time Series", John Wiley_f New York, N.Y. 1949 und Enders A.Robinson in "Statistical Communication and Detection with Special Reference on Digital Data Processing of Radar and Seismic Signals", Seiten 274 bis 279, Hafner Publishing Company, New York,N.Y. 1967o

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Es sei darauf hingewiesen, daß die zur Lösung der obigen gleichzeitigen Gleichungen für ein Filter mit m Koeffizienten erforderliche Maschinenzeit proportional

zu m bei dem Rekursionsverfahren ist, und zwar im Vergleich zu m bei Anwendung des konventionellen Verfahrens zur Lösung der Simultangleichungen. Ein weiterer Vorteil durch die Anwendung dieses Rekursionsverfahrens besteht darin, daß lediglich Speicherplatz erforderlich ist, der

zu m proportional ist anstatt zu m , wie im Falle konventioneller Verfahren.

Bei der Auslegung eines Impulsformungsfilters können zwei Forderungen berücksichtigt werden, nämlich

a) die Funktion z, so nah wie möglich an die gewünschte Funktion b. zu formen,

h) eine so geringe wie mögliche Ausgangsleistung für den Fall zu erzeugen, daß die feststehende Störung das einzige Eingangssignal ist.

In vielen praktischen Fällen ist ein Filter erforderlich, um die beiden obigen Forderungen gleichzeitig zu erfüllen. Damit ist man aber mit dem Problem befaßt, irgendeinen geeigneten Kompromiß zwischen den beiden Forderungen zu finden. Damit wählt man einen geeigneten Wert für den Parameter ν , der zur Zuteilung des relativen Gewichts zwischen diese beiden Forderungen mit sich bringt.

Es gibt Fälle, bei denen der Größe sj der Wert Null zugeteilt istο In einem derartigen Fall nimmt der Ausdruck {53) eine einfachere Form an, nämlich die Form

m+n

ΣΓ

t=0

wobei der Rechner 245 die Datendarstellung u+ nicht benötigt, in einem derartigen Fall ist das Speicher

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und Abrufelement 224 gemäß Fig. 15 weggelassen, und damit ist der Rechner 245 mit zwei Eingangskanälen versehen, nämlich mit dem Kanal 246 und mit dem Kanal 248.

us dürfte nunmehr einzusehen sein, daß diu Leistungen eines impulsformungsfliters und eines angepaßten Filters nicht genau gleich sind. Dies bedeutet, daß für ein vorgegebenes Eingangssignal die Ausgangssignale dieser Filter nicht identisch sind» Der Ausdruck y^r^b. , der auf ein angepaßtes Filter anwendbar ist, ist oben dazu herangezogen worden, eine Anzeige dafür zu liefern, daß das durch y, ausgedrückte Signal (welches das Ausgangssignal eines angepaßten Filters wiedergibt; sich dicht an die Doppel-Signalwelle b^. annähert. Demgemäß ist darauf hingewiesen worden, daß dieselbe Kurvendarstellung gemäß Fig. 1OD sowohl die Funktionen y{t) kennzeichnet als auch die Funktionen b(,t). Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der Ausdruck y+ ^^b, , der auf ein Impulsformungsfilter anwendbar ist, oben dazu benutzt worden ist anzuzeigen, daß das durch z. ausgedrückte Signal (welches das Ausgangssignal eines Impulsformungsfilters wiedergibt) sich dicht an die Doppel-Signalwelle b, annähert. Demgemäß ist darauf hingewiesen worden, daß dieselbe Kurvendarstellung in Fig. 1OD kennzeichnend ist sowohl für die Funktion z(t) als auch für die Funktion b(tj. Genau gesagt sollte dieselbe Kurvendarstellung gemäß Fig. 1OD nicht zur Darstellung der Funktionen b(t), y(t) und z(t) benutzt werden. Da die beiden Funktionen y(t) und z(t.) jedoch nahe an die Funktion b(t) approximiert sind, wird es jedoch als für den Zweck der Erläuterung ausreichend bzw. geeignet erachtet, dieselbe Kurvendarstellung gemäß Fig. 1OD zur Erläuterung der Leistung eines angepaßten Filters und eines Impulsformungsfilters heranzuziehen.

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XVIII. Signalwellen-Impulsspitzen

Nunmehr sei die Betriebsanordnung betrachtet, wie sie durch Fig. 17 veranschaulicht ist. Auf der Ausgangsleitung 162 der Subtrahiereinrichtung 160 wird sowohl das informationstragende Signal b(t) als auch das Störsignal u(t) erhalten. Das Signal b(t) ist die in Fig. 1OC dargestellte Doppel-Signalwelle. Die Mischung der Signale b(t) und u(t) wird dem Analog-Digital-Wandler 163 zugeführt, wodurch auf der Ausgangsleitung 164 des Wandlers digitalisierte Signale b.. und u. erzeugt werden. Diese Signale entsprechen den Analog-Signalen b(t) bzw. u(t). Das Signalgemisch dieser beiden Signale b.. und u^. wird dann der Eingangsleitung 300 eines impulsspitzenfilters zugeführt. Das Impulsspitzenfilter ist ein besonderer Fall des Impulsformungsfilters vom Wiener-Typ, bei dem die gewünschte Form einfach eine Impulsspitze ist. (Bezüglich der Beschreibung eines Impulsspitzenfilters sei beispielsweise auf die Veröffentlichung von S. Treitel und E.A. Robinson in "The Design of High-Resolution Digital Filter" in IEEE Transactions on Geoscience Electronics, Vol. GE-4, Nr. 1, 1966, Seiten 25 bis 38 hingewiesen.)

Es sei nunmehr daran erinnert, daß eine Doppel-Signal- . welle b(t) wie sie in Fig. 1OC veranschaulicht ist, aus zwei Ventil-Signalwellen besteht, d.h. aus einer Ventil-Signalwelle "A" und aus einer Ventil-Signalwelle "B". Die VentileSignal welle "B" folgt der Ventil-Signal welle "A" nach einer Zeitspanne von T . Die Funktion des bei der Ausführungsform gemäß Fig. 17 zu verwendenden Impulsspitzenfilters besteht nun darin, die Ventil-Signalwelle "A" sowie die Ventil-Signalwelle "B" in eine entsprechende deutlich aufgelöste Impulsspitze umzusetzen. Demgemäß wird eine Doppel-Ventil-Signalwelle b+. mittels des Impulsspitzenfilters 351 in zwei Impulsspitzen umgesetzt.

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In Fig. 18A bis 18F sind sechs mögliche Positionen zweier Impulsspitzen (wie der Impulsspitzen M1 und N1 Jl im Hinblick auf die Doppel-Signalwelle veranschaulicht, die dem Eingangsanschluß 300 des Impulsspitzenfilters 351 zugeführt wird. Mit ÜV ist das Zeitintervall zwischen den Impulsspitzen M1 und JM1 bezeichnet; diese Zeitspanne ist bei sämtlichen Figuren 18a bis 18F dieselbe. Mit H1 ist der Schnittpunkt der Impulsspitze M1 mit der Abszissenachse bezeichnet (ausgedrückt in MilliSekunden). Demgemäß kennzeichnet die Strecke 0H1 (in Millisekunden) die Zeitverzögerung der Impulsspitzen bezogen auf die Doppel-Signalwelle. Gemäß Fig. 18 ist die zeitliche JMacheilung bzw. Verzögerung 0H1 = 0 gewählt, was bedeutet, daß die Anfangsimpulsspitze M1 überhaupt an den Anfang der Doppel-Signalwelle gelegt ist. Die fünf in Fig. 18B bis 18F gezeigten Fälle entsprechen zunehmenden Werten der Zeitverzögerung bzw. Zeitnacheilung 0H1. Eine dieser Figuren gibt den optimalen ¥ert der zeitlichen Nacheilung wieder, bei der die Auflösung des Impulsspitzenfilters am höchsten ist. Bei einer derartigen optimalen zeitlichen Nacheilung ist das von dem Impulsspitzenfilter abgeleitete Ausgangssignal deutlich schärfer als bei irgendeiner anderen zeitlichen Nacheilung. Ein Vorgehen zur Erzielung des optimalen Wertes für die zeitliche Nacheilung, der optimalen Länge des Speichers des Filters und des optimalen Wertes des Zeitintervalls T, wird weiter untenjnoch näher erläutert werden.

Eine am Ausgangsanschluß des Impulsspitzenfilters 351 erhaltene Doppel-Impulsspitze ist kennzeichnend für ein einzelnes Bit in dem digitalisierten Signal, welches das Ventil 40 steuert bzw. betreibt» Ss ist wünschenswert, wie im Zusammenhang mit Fig. 9 bereits ausgeführt worden ist, eine Doppel-Impulsspitze in eine Einzel-Impulsspitze oder in einen Impuls umzusetzen. Dazu wird hier ein Verarbeitungssystem ähnlich dem in Fig. 9 dargestellten System angewandt (siehe Abschnitt XIV mit dem Titel "Umsetzung einer

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codierten Folge von Doppel-Signalwellen in eine codierte Folge von kurzen Impulsen - Schritt Nr. 3). Demgemäß ist ein Verzögerungselement 303 vorgesehen, welches durch eine Takteinrichtung 304 gesteuert wird, und zwar in Kombination mit einem Polaritätswechselelement 306 und einem UND-Glied (Koinzidenznetzwerk) 307. Diese Elemente sind in ähnlicher Weise angeordnet, wie dies in Fig. 9 veranschaulicht ist. Die Verzögerungslänge bei der Anordnung gemäß Figo 17 ist jedoch verschieden von der bei der Anordnung gemäß Fig. 9. Nach Fig. 17 sollte nämlich das Verzögerungselement 303 ein Ausgangssignal erzeugen, welches bezogen auf das Eingangssignal um eine Größe T, verzögert ist, während gemäß Fig. 9 die durch das entsprechende Verzögerungselement 193 erzeugte Verzögerung einen Wert von T aufweist.

Eine codierte Folge von Einzelimpulsen wird über die Aus-

des

gangsleitung/UND-Gliedes 307 einem durch eine Takteinrichtung 309 gesteuerten Digital-Analog-Wandler 308 zugeführt. Auf der Ausgangsleitung des Digital-Analog-Wandlers 308 erhält man in analoger Form ein Signal, welches kennzeichnend ist für das Maß eines ausgewählten Parameters in dem Bohrloch. Dieses Signal wird mit Hilfe der Aufzeichnungseinrichtung 54 aufgezeichnet.

Es sei darauf hingewiesen, daß in Abhängigkeit von der für die verschiedenen Blöcke gemäß Fig. 17 verwendeten speziellen elektronischen Schaltungsanordnung in gewissen Fällen das Polaritätswechselelement 306 nicht erforderlich sein mag, da dessen Funktion durch geeignete Auslegung des UND-Gliedes ausgeführt werden kann. .

In Fig. 19 ist eine alternative Anordnung zur Störungsbeseitigung mittels eines Impulsspitzenfilters veran-. schaulicht. Gemäß Fig. 17 war eine Spezialeinrichtung vorgesehen, um die Pumpenstörung zu beseitigen, (d..h_e das Ver-

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zögerungseleraent 152 in Kombination mit der Subtrahiereinrichtung 16Oj. Demgegenüber ist gemäß Fig. 19 die Verfahrensweise zur Störungsbeseitigung vereinfacht worden. Danach ist die Signalverarbeitung mit einem ■Verzögerungselement 152 und einer Subtrahiereinrichtung 160 weggelassen«, Gemäß Fig. 19 wird das vom Ausgangsanschluß 151 des Filters 150 erhaltene Signal F^tJ mittels ^ines Analog-Digital-Wandlers 350 digitalisiert und dann einem impulsspitzenfilter 351a zugeführt. Das impulsspitzenfilter 351a ist anders ausgelegt als das Impulsspitzenfilter 351 gemäß Fig. 17. Wach Fig. 17 war das Impulsspitzenfilter 351 so ausgelegt, daß es eine Doppel-Signalwellp, wie sie in Fig. 18A bis i8F veranschaulicht ist, in zwei Impulsspitzen umsetzte, die voneinander um ein Zeitintervall T, getrennt sind. Demgegenüber ist das Impulsspitzenfilter 351a gemäß Fig. 19 so ausgelegt, daß eine einzelne Ventil-Signalwelle in eine einzige Impulsspitze umgesetzt wird. In Fig. 2OA bis 2OF sind verschiedene Lagen eiruejr einzelnen Impulsspitze bezogen auf eine einzelne Ventil-Signalwelle veranschaulicht.

Es sei nunmehr daran erinnert, daß jede dem Eingangsanschluß des Filters 351a zugeführte einzelne Ventil-Signalwelle und jede vom Ausgangsanschluß des Filters 351a erhaltene einzelne Impulsspitze kennzeichnend sind für ein einzelnes Bit in den digitalisierten Signalen, die das Ventil 40 steuern. Die codierte Folge der Impulsspitzen in dem digitalisierten Formal, wie es vom Ausgangsanschluß des Impulsspitzenfilters 351 erhalten wird, wird dann einem Digital-Analog-Wandler 352 zugeführt, in welchem eine Transformation in eine codierte Folge von Impulsspitzen erfolgt, deren jede kennzeichnend ist für ein einzelnes Bit der Information, die in dem unter der Erdoberfläche befindlichen Gerät codiert worden ist. Die Folge dieser Bits kennzeichnet in einem digitalen Format die Meßgröße des ausgewählten Parameters. Es ist jedoch für Aufzeichnungs-

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und/oder Anzeigezwecke erforderlich, diese Meßgröße in einer analogen Form darzustellen. Demgemäß wird das vom Digital-Analog-Wandler 352 her erhaltene Signal einem Digital-Analog-Wandler 362 zugeführt, um an dessen Ausgang ein Signal mit einer Größe zu erzeugen, die kennzeichnend ist für das Meßsignal des ausgewählten Parameters. Dieses Signal wird mit Hilfe der Aufzeichnungseinrichtung 54 aufgezeichnet.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Umsetzung einer Doppel-Signalwelle in zwei Impulsspitzen mittels des Impulsspitzenfilters 351 gemäß Fig. 17 oder die Umwandlung einer einzelnen Ventil-Signalwelle in eine einzelne Impulsspitze mittels des Impulsspitzenfilters 351a gemäß Fig. 19 lediglich approximiert werden kann. Eine reine Impulsspitze, d.h. eine Deltafunktion, kann nicht erhalten werden. Das Ziel dieser Erfindung besteht jedoch darin, die Auflösung zu verbessern, d.h. ein Ausgangssignal zu liefern, welches deutlich schärfer ist als das Eingangssignal.

Nunmehr sei die Art und Weise betrachtet, in der ein Impulsspitzenfilter ausgelegt werden sollte. In der Theorie kann dieser Zweck exakt dann erreicht werden, wenn ein Filter verwendet werden könnte, dessen Speicherfunktion unendlich lang sein könnte. Für die Erzielung einer exakten Filterleistung müssen außerdem im allgemeinen die gewünschten Impulsspitzen um eine endliche Verzögerungszeitspanne bezogen auf die Eingangs-Signale verzögert werden (siehe Veröffentlichung von J.C. COearbout und E.A.Robinson in "The Error in Least Squares Inverse Filtering", Geophysics, Vol., 29, 1964, Seiten 118 bis 120). In der Praxis ist es erforderlich, ein digitales Filter so auszulegen, daß dessen Speicherfunktion eine endliche Dauer aufweist und damit bestenfalls das Ziel angenähert erreichen kann.

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Aus praktischen Gründen sei angenommen, daß der Wunsch besteht, ein Filter zu betrachten, welches eine Speicherfunktion mit einer Größenordnung von der Dauer einer Eingangssignalwelle aufweist. Es sei angenommen, daß die Freiheit besteht, die gewünschte Impulsspitze an irgendeiner ausgewählten Stelle unterzubringen. Die Fig. 18A bis 18K zeigen beispielsweise sechs mögliche Lagen oder Positionen der Impulsspitzen für ein Impulsspitzenfilter 301 gemäß Fig. 17. In entsprechender Weise zeigen die Fig. 2OA bis 2OF sechs mögliche Positionen von Impulsspitzen für das Impulsspitzenfilter 351 gemäß Fig* 19. Die optimale Lage der Impulsspitzen wurde für jeden dieser Fälle bestimmt, üs sei darauf hingewiesen, daß die Position der Impulsspitze ein wesentlicher Faktor ist, der die Qualität bestimmt, mit der das tatsächliche Ausgangssignal der gewünschten Impulsspitze ähnelt„

Ein Impulsspitzenfilter stellt einen besonderen Fall eines Impulsformungsfilters vom Wiener-Typ dar, wie es zuvor beschrieben worden ist. Demgemäß sind die zur Auslegung eines derartigen Filters erforderlichen Prozeduren analog jenen, die zuvor beschrieben worden sind. Dabei ist man mit der Bestimmung der geringsten Fehlerenergie für ein Filter befaßt, dessen Ausgangssignal eine Impulsspitze ist.

Um den optimalen Wert der zeitlichen Nacheilung und die optimale Länge der Speicherfunktion für das Impulsspitζenfilter 301 gemäß Fig. 17 zu bestimmen, ist es erforderlich, eine Aufzeichnung einer Doppel-Signalwelle b. zu erhalten (bei der es sich um eine digitale Version von b(t) handelt). Die erforderlichen Schritte zur Erzielung einer derartigen Aufzeichnung, d.h. die Schritte a, b, c, d, e und f, sind zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 12 erläutert worden. Demgemäß wird die Aufzeichnung von b+ in dem Element 173 bei der Anordnung gemäß Fig. 12 gespeichert. Um den optimalen

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Wert der zeitlichen Nacheilung und die optimale Länge der Speicherfunktion für das Impulsspitzenfilter 351a zu bestimmen, ist es in entsprechender Weise erforderlich, eine Aufzeichnung einer einzelnen Ventil-Signalwelle B, zu erhalten (bei der es sich um eine digitale Version von B(t) handelt).

Im folgenden sei das Impulsspitzenfilter 351a gemäß Fig. 19 betrachtet. Verschiedene Positionen einer Impulsspitze entsprechen verschiedenen Verzögerungen (Fig. 2OA bis 20F) können wi'³ folgt ausgedrückt werden: (1,0,0 ... 0,0): impulsspitze beim Zeitindex— oder Nullverzögerung- Impulsspitzenfilter. (0,1,0 ... 1,0): Impulsspitze beim Zeitindex m+n-1 oder

(m+m-1)-Verzögerungs-impulsspitzenfilter.

(0,0 0,1): Impulsspitze beim Zeitindex m+n; (m + m)-

Verzögerungs-Impulsspitzenfilter.

Die Leistung eines Impulsspitzenfilters entsprechend verschiedenen Verzögerungen ist schematisch in Fig. 21A, 21B und 21C verdeutlicht. Bei allen diesen Figuren ist die Eingangs-Signalwelle dieselbe. Dies bedeutet, daß die Ventil-Signalwelle B, in der oben erläuterten Weise aufgezeichnet und gespeichert worden ist. Das gewünschte Ausgangssignal gemäß Fig. 21A ist eine Impulsspitze (1,0,0), d.h. eine impulsspitze mit einer Null-Verzögerung. Die entsprechende Speicherfunktion für ein NuIl-Verzögsrungs-

Impulsspitzenfilter beträgt F⁰ = (F°, F°, F° F°),

und das tatsächliche Ausgangssignal ist gegeben durch W? = (W°, w2 ... W°). Eine entsprechende Schreibweise ist auf Fig. 21B und 21C anwendbar, wie dies in diesen Figuren veranschaulicht ist. Jeder Position der Impulsspitze entspricht ein Energiefehler E. Der normalisierte minimale Snergiefehler E charakterisiert einen sehr bequemen Weg, die Leistung eines Impulsformungsfilters vom Wiener-Typ zu messen und insbesondere eines Impulsspitzenfilters. Wenn das Filter genau S=O erfüllt, bedeutet dies, daß

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das gewünschte Filterausgangssignal und das tatsächliche Filterausgangssignal für sämtliche Zeitwerte übereinstimmen. Demgegenüber entspricht der Fall E = 1 dem schlechtestmöglichen Fall, was bedeutet, daß überhaupt keine Übereinstimmung zwischen dem gewünschten Ausgangssignal und dem tatsächlichen Ausgangssignal vorhanden ist. Anstelle der Größe S ist es wünschenswert, das Einerkomplement von ü zu berücksichtigen, was als Filterleistungsparameter P bezeichnet wird. Dieser Parameter genügt der Beziehung

P=I-E . (46)

Eine perfekte Filterleistung tritt dann auf, wenn P = 1 ist, während der schlechtestmögliche Fall dann auftritt, wenn P=O ist.

Fig. 22 veranschaulicht schematisch den Vorgang des Messens des Leistungsparameters P₀ Ein Rechner 400 ist mit drei Eingangskanälen 401, 402 und 404 versehen. Der Eingangskanal 401 erhält von dem Speicher- und Abrufelement 403 Daten, die kennzeichnend sind für eine Ventil-Signalwelle B.. Der Eingangskanal 402 erhält Zeitverzögerungs-Steuerdaten 405 bezüglich der Impulsspitzen für verschiedene Zeitverzögerungen. Der Eingangskanal 404 erhält Daten von der Speicherdauersteuerung 4o6 bezüglich der_Impulsspitzen für verschiedene Speieherdauern. Die bei 410 vorgesehene Ausgangseinrichtung des Rechners 400 liefert mit Hilfe eines Meßgerätes 411 eine Meßgröße bezüglich des Leistungsparameters P.

Für eine konstante Filterdauer könnte man annehmen, daß zumindest ein Zeitverzögerungswert existieren muß, bei dem P so groß wie möglich ist. In Fig. 23 ist eine Kurvendarstellung von P der Ausgangssignalspitzen in Abhängigkeit von der Zeitverzögerung für eine Familie von Filtern mit festliegender Dauer gezeigt. Dabei zeigt sich, daß der höchste Kurvenpunkt (Punkt M1) einer Zeitverzögerung

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entspricht, und daß dis Wahl dieser Zeitspanne zu dem optimalen Zeitverzögerungs-Filter führt. Es sei daran erinnert, daß die Kurve gemäß Fig. 23 sich auf ein Filter mit fester Dauer bezieht.

Ferner kann ersehen Werden, was geschieht, wenn man die Filterspeicherdauer bei einer konstanten zeitlichen Nacheilung bzw. Zeitverzögerung erhöht. In Fig. 24 ist eine Kurve von P in Abhängigkeit von der Filterlänge für eine gewünschte und festliegende Impulsspitzenzeitverzögerung veranschaulicht. Dabei kann ersehen werden, daß diese Kurve monoton verläuft und daß sie asymptotisch an den größten Wert von P sich annähert, wenn die Filterlänge größer und größer wird. Die in Fig. 23 und 24 dargestellten Kurvenverläufe werden mit Hilfe der schematisch in Fig. 22 dargestellten Anordnung erhaltene

Die beiden wichtigen Konstruktionskriterien, die hier diskutiert worden sind, sind die Filter-Zeitverzögerung und die Filterspeicherdauer. Man kann die Leistung dadurch stets steigern, daß die Speicherfunktionsdauer erhöht wird. Physikalische Erwägungen verhindern jedoch, diese Dauer unendlich lang zu machen. Demgegenüber kann man nach einer gewünschten Ausgangssignal-Zeitverzögerung suchen, die zu dem höchsten P-Wert bei einer vorgegebenen ausgewählten Filterdauer führt. Diese Zeitverzögerung bzw. zeitliche Macheilung in dem Filterausgangssignal ist in keiner Weise von Nachteil und kann das Filterausgangssignal drastisch verbessern.

Der Filterleistungsparameter P als Funktion der Zeitverzögerung und einer konstanten Dauer (Fig. 23) oder der Parameter P als Funktion der Filter-Speicherdauer für eine konstante Zeitverzögerung (,Fig. 24) sind von !Mutzen, liefern jedoch keine vollständige Angabe. In idealer Weise würde man die Abhängigkeit der Größe P von der zeitlichen Nacheilung und Speicherdauer für sämtliche physikalisch vernünftigen

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Werte dieser Variablen untersuchen. Sine Möglichkeit dies vorzunehmen besteht darin, die Größe P aufzuzeichnen, indem die Filter-Zeitnacheilung als Ordinatenwert und die Filterspeicherdauer als Abszissenwert herangezogen wird. Die Reihe der P-Werte kann dann nachgezogen werden, so daß man auf einen Blick sieht, welche Kombination von zeitlicher IJacheilung bzw. Zeitverzögerung und Speicherdauer zu der optimalen Filterleistung führt. Ein derartiges Konturverzeichnis ist in Fig. 25 gezeigt. Die betreffende Darstellung zeigt dabei lediglich die Konturen für P1, P2 und P3. Ist man an größeren Werten von P interessiert, so wird, wie ohne weiteres ersichtlich ist, die beste Filterleistung erzielt. Diese Anzeige ermöglicht, die beste Kombination von Filter-Zeitverzögerung und Speicherdauer durch Betrachtung auszuwählen.

XIX. Impulszeitcode

Obwohl bei den gezeigten Ausführungsbeispielen Telemetriesysteme unter Verwendung eines Binärcodesystems beschrieben worden sind, sind zuweilen auch andere Codes geeignet. So kann beispielsweise ein Gammastrahlenfühler oder ein elektronischer Inklinationskompaß einen Impuls-Zeit-Code vorzugsweise verwenden. In gewissen Fällen, und zwar insbesondere in jenen Fällen, in denen die sequentielle Übertragung mehrerer Zahlen erforderlich ist, weist ein Impuls-Zeit-Code Vorteile auf. Bei einigen Anordnungen eines elektronischen Kompasses ist es erforderlich, sequentiell fünf Zahlen zu übertragen, um die magnetische Mißweisung zu messen. Durch Anwendung eines Telemetriesystems auf der Grundlage eines Impuls-Zeit-Codes kann eine erhebliche Einsparung sowohl hinsichtlich der von der Batterie benötigten iönergie als auch hinsichtlich der Zeit erzielt werden, die für die Übertragung von Daten benötigt wird.

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Ein herkömmliches Impuls-Zeit-Code-Übertrag._ungssystem ist in Fig. 26A veranschaulicht (welches beispielsweise für die Übertragung der Werte von drei Parametern dient). Eine Reihe von Spannungsimpulsen wird dabei übertragen, und die Zeitdauer (ti, t2, t3) jedes Impulses a, b, c ist kennzeichnend {z.B. proportional oder umgekehrt proportional j der Höhe des übertragenen Parameters. Es sei darauf hingewiesen, daß nach jedem Impuls eine zeitliche Pause erforderlich ist, um das Ende eines impulses vom Anfang des nächsten Impulses zu trennen. Demgemäß sind die Impulse a, b, c gemäß Fig. 26A etwa analog drei binären "Wörtern", die um ein Zeitintervall T vom jeweils nächsten Wort getrennt sind. Diese Pausen stellen selbstverständlich einen Nachteil für eine schnelle Datenübertragung dar, da die Pause selbst keine Information führt. Darüber hinaus stehen Impulse langer Dauer im Widerspruch zu dem Telemetriesystem gemäß der Erfindung.

Es wird nun ein Typ von Impuls-Zeit-Code vorgeschlagen, wie er aus Fig. 26ü hervorgeht. Bei diesem System stellt nicht die Impulsdauer ein Maß des Parameters dar, sondern die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden sehr kurzen impulsen. Anstelle der Übertragung von langen Impulsen mit variabler Dauer werden lediglich kurze Impulse mit weitgehend konstanter Dauer (,bei dem Telemetrie system gemäß der Erfindung sind es mehrere Millisekunden dauernde Impulse) übertragen, wobei die Zeitspanne zwischen den impulsen das Maß der Parametergröße darstellt. Demgemäß ist keine Zeit erforderlich, um ein Zeitintervall (,welches kennzeichnend ist für einen Parameter) zum nächsten Zeitintervall zu "crennen. Gemäß Fig. 26B wird der Parameter Nr. 1 dargestellt durch die Zeitspanne ti zwischen dem Impuls P₀ und dem Impuls P^. Der Parameter Nr. 2 wird dargestellt durch die Zeitspanne t2 zwischen dem Impuls P^ und dem Impuls Pp> und der Parameter Nr. 3 wird durch die Zeitspanne t3 zwischen dem Impuls P₂ und dem Impuls P-*

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dargestellt. Dabei zeigt sich, daß bei dem obigen Beispiel der impuls P^ das Ende des ZeitIntervalls ti kennzeichnet und außerdem den Anfang des Zeitintervalls t2, und daß der Impuls Pp kennzeichnend ist für das linde des Zeitintervalls tp und auch für den Anfang des Zeitintervalls t3, etco. Demgemäß geht keine Zeit zwischen jedem ■wesentlichen Zeitintervall verloren (was bedeutet, daß T gemäß Fig. 26A i\lull ist).

Damit kann ersehen werden, daß durch Heranziehung der Impulse P.., Pp, P-,, die sowohl das Ende eines Zeitintervalls als auch den Anfang des nächsten Zeitintervalls bezeichnen, die Verlustzeit (nicht ausgenutzte Zeit,) Null ist. Die gesamte für die Datenübertragung benutzte Zeit (d.h. die Identifizierung der Zeitintervalle ti, t2, t3) stellt eine Nutzzeit dar. In Begriffen der binären Codierung wird jedes "Wort" (welches eine Zahl kennzeichnet) unmittelbar vom nächsten "Wort" gefolgt, usw.. Dabei tritt lediglich am Unde einer Übertragungsfolge eine Pause Tp auf, und dann wiederholt sich die Sequenz. Bei der nächsten Sequenz bzw. Folge unterscheiden sich jedoch die Zeitintervalle zwischen P_Q, P.., Pp, P^ üblicherweise etwas, da die durch die Zeitspannen ti, t2, t3 ausgedrückten Daten üblicherweise sich mit der Zeit ändern. Jede neue übertragene Folge von Daten kennzeichnet beispielsweise einen neuen Zustand in dem Bohrloch«

In Fig. 30 sind die Prinzipien der Schaltungsanordnung veranschaulicht, die den Impuls-Zeit-Code gemäß der Erfindung auszuführen vermag. Bei der praktischen Bohrloch-Instrumentierung würden selbstverständlich moderne elektronische integrierte Schaltungen verwendet werden (beispielsweise ein bilateraler Schalter des Typs CD4066), wie dies auch bezüglich Fig. 29 zutrifft. Zum Zwecke der erleichterten Erläuterung sind hier lediglich ein einfacher mechanischer Schrittschalter und ein einfaches mechanisches Relais

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veranschaulicht, so daß die Prinzipien der Verknüpfung des Systems einfach veranschaulicht werden können.

Gemäß Fig. 30 sind die Fühler mit den Schrittscharteranschlüssen 1, 2, 3 des Schrittschalters 285 verbunden, der, wie gezeigt, eine elektromagnetische Antriebswicklung 286 aufweist. Es sei angenommen, daß mit der Folge "begonnen wird, bei der der Schrittschalter sich in der "Null" befindet, wie dies in Fig. 30 veranschaulicht ist. Die Batterie 288 erzeugt eine Bezugsgleichspannung. Diese Gleichspannung tritt an dem Widerstand 289 auf und lädt den Kondensator 290 mit einer durch den Widerstandswert des Widerstandes 289, der Größe des Kondensators 290 und der Spannung der Batterie 288 bestimmten Geschwindigkeit. Mit 291 ist eine Triggerschaltung bezeichnet, die einen einzelnen scharfen elektrischen Impuls dann erzeugt, wenn die ihrem Eingang zugeführte Spannung einen bestimmten Wert CTriggerspannung) überschreitet. Das Ausgangssignal der Triggerschaltung 291 aktiviert die Wicklung 286, und der Arm 278 des Schrittschalters 285 bewegt sich zum nächsten Kontakt weiter (,Nr. 1 in diesem FalleJ. Gleichzeitig betätigt die Triggerschaltung 291 augenblicklich das Relais 292, welches den Kondensator 290 nach Erde bzw. Masse hin entlädt. Wenn der Arm 287 von der Position "0" in die Position "1" bewegt ist, wiederholt sich der Vorgang selbst, allerdings mit der Ausnahme, daß anstelle der Bezugsspannung der Batterie 288 die Ausgangsspannung des Fühlers Nr. 1 an die Schaltung angelegt wird und daß der Impuls P1 zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, zu dem der Kondensator die Triggerspannung der Triggerschaltung 291 wieder erreicht. Diese Zeitspanne ist proportional dem

RC
Wert (.-y·—) , wobei R der ohmsche Wert des Widerstands 289,

s
C der Kapazitätswert des Kondensators 290 und V die Ausgangsspannung des Fühlers bedeuten. Damit ist die Zeitspanne ti umgekehrt proportional der Ausgangsspannung des Fühlers.

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Nach der Aktivierung der Triggerschaltung 291 durch die Spannung von dem Fühler Nr. 1 her wiederholt sich der Vorgang von neuem, und wenn die Spannung an dem Kondensator 290 die Triggerspannung erreicht, erzeugt die Triggerschaltung 291 einen scharfen Impuls, der das Relais 292 betätigt bzw. erregt, den Kondensator 290 entlädt und den Schrittschalter 285 erregt sowie den Arm zum nächsten Kontakt weiterbewegt. Demgemäß schaltet der Schrittschalter 285 schrittweise weiter und verbindet die Fühler 1, 2, 3 nacheinander mit dem Widerstand 289. Der von der Triggerschaltung 291 in dem Fall erzeugte Impuls, daß sich der Arm 287 in Position ¹¹O" befindet, entspricht dem Impuls P_Q (gemäß Fig. 26BJ. Die von der Triggerschaltung in dem Fall erzeugtenlmpulse, daß der Arm 287 sich in den entsprechenden Positionen "1", "2" bzw. "3" befindet, entsprechen den Impulse P^, Pp bzw. P^ (gemäß Fig. 26BJ. Die entsprechenden Zeitspannen ti, t2, t3 sind kennzeichnend (und zwar umgekehrt proportional) für die Ausgangsspannungen der Fühler Wr. 1, Nr. 2 bzw. Nr. 3.

im vorstehenden ist das Prinzip des Impuls-Zeit-Codierers beschrieben worden, der in der Tieflochanlage anstelle des Analog-Digital-Wandlers 102 gemäß Fig. 4A verwendet werden kann. Die Decodierung auf der Oberfläche kann mit Hilfe einer herkömmlichen Impuls-Zeit-Decodierungsschaltung vorgenommen werden, weshalb hier keine weitere Erläuterung erforderlich ist.

Gemäß Fig. 26C kennzeichnen TP_Q, TP₁, TP₂, 'I¹P₃, etc. aufeinanderfolgende Impulse, die an dem Detektorpunkt auf der Erdoberfläche aufgenommen werden. Diese Impulse treten zu den Zeiten Tq, T^, Tp, T^, etc_o auf_o Bei dem im Hinblick auf Fig. 26B beschriebenen Impuls-Zeit-Code wird die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen dazu herangezogen, die Größe eines Parameters anzuzeigen.

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13S

Wenn drei Parameter telemetrisch zu übertragen sind, kann somit der Code in der aus Fig. 26C ersichtlichen Weise verwendet werden, wobei

T^i - T-. ein den Parameter Nr. 1 kennzeichnendes Zeit-1 O

intervall,

Tp - T₁ ein den Parameter Nr. 2 kennzeichnendes Zeitintervall und

T^ - Tp ein den Parameter Nr. 3 kennzeichnendes Zeitintervall bedeuten.

Bei den Schlammimpulsmessungen während des Bohrens ist es in gewissen Fällen erforderlich, die Mesungen mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Da die Schallgeschwindigkeiten in der Schlammsäule nicht immer konstant sind und da sich Störungs- und Dämpfungsbedingungen ändern, wird die Zeitspanne zwischen den auf der Oberfläche empfangenen Impulsen nicht in genauer Übereinstimmung mit der Zeitspanne zwischen den entsprechenden Impulsen stehen, die in der Tieflochanordnung erzeugt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß verschiedentlich eine Ungewißheit an der Erdoberfläche bezüglich der exakten Zeit vorhanden ist, zu der ein bestimmter Impuls auftritt.

Es sei angenommen, daß die absolute Ungewißheit der jeweiligen Eintreffzeit eines Impulses plus oder minus 0,2 s beträgt oder insgesamt 0,4 Sekunden. Um eine Genauigkeit von +_ Λ% für T₁ - T₀ bei einem gesamten Absolutfehler von 0,4 Sekunden zu erzielen, muß die Zeitspanne zwischen den Impulsen zumindest 0,4 χ 100 oder 40 Sekunden betragen. Da die Anordnung zuweilen ausfallen könnte hinsichtlich der Bildung eines deutlichen scharfen Impulses, sind überdies zumindest zwei Ermitt lungs-"Durchläufe¹¹ erforderlich. Wenn beide Durchläufe dieselbe Antwort liefern, dann sind die Daten "überprüft" worden. Um die gewünschte Genauigkeit und Sicherheit zu erzielen (bei einem praktischen Fall eine ' Genauigkeit von + Λ%), sind demgemäß etwa 80 bis 120 Sekunden für den gemessenen Para_meter erforderlich, .d.h. etwa zwei Minuten pro Parameter)„

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i dem verbesserten Impuls-Zeit-Code wird ein Zusatz vorgeschlagen, der in vielen Fällen zu größerer Genauigkeit führen kann. Ds wird nämlich vorgeschlagen, für jeden übertragenen Impuls P_Q, P₁, Pp, P-* nicht nur einen einzigen Schlammdruckimpuls zu verwenden sondern ein'; Gruppe von zumindest drei in ungleichen Abständen voneinander auftretenden Schlammdruckimpulsen, wie dies Fig. 26D veranschaulicht (nachstehend als Dreiergruppe bezeichnet).

Die zeitlichen Abstände in jeder Dreiergruppe seien wie folgt gegeben:

Die Zeitspanne vom ersten Impuls bis zum zweiten Impuls = ti, die Zeitspanne vom zweiten Impuls bis zum dritten Impuls = t2, die Zeitspanne vom ersten impuls bis zum dritten impuls = t3.

in diesem Fall kennzeichnet T₀ wieder den Zeitpunkt des Auftretens der Dreiergruppe 'I¹P₀; T. bezeichnet den Zeitpunkt des Auftretens der Dreiergruppe TP..; Tp bezeichnet den Zeitpunkt des Auftretens der Dreiergruppe TPp, und T^ bezeichne-t den Zeitpunkt des Auftretens der Dreiergruppe TP-7. Damit ist
T₁ - T„ eine Zeitspanne, die kennzeichnend ist für den

Parameter Nr. 1,
Tp - T₁ ist eine Zeitspanne, die kennzeichnend ist für

den Parameter Nr. 2,
T^ - T„ ist eine Zeitspanne, die kennzeichnend ist für den Parameter Nr. 3.

Der Vorteil dieses Systems besteht darin, daß im Falle eines momentanen Ausfalls infolge eines nicht zu empfangenden Impulses der Impulsgruppe der Fehler unmittelbar erkannt werden kann - da eine Dreiergruppe zwei Impulse anstatt drei Impulse aufweisen wird. Da die Zeitpunkte ti, t2, t3 ungleich und bekannt sind, kann überdies festgestellt werden, welcher Impuls in der betreffenden Gruppe fehlt. Da

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ti, t2, ti bekannt sind, kann überdies die richtige Korrektur und Bestimmung der Zeitspannen T₁ - T„, T^ - T„, Tp - T^ mit derselben Genauigkeit vorgenommen werden wie in dem Fall, daß sämtliche Impulse in der Dreiergruppe vorhanden wären. Das Dreiergruppensystem weist noch einen weiteren Vorteil auf. Da es schwierig ist, den exakten Zeitpunkt des Auftretens eines bestimmten Impulses zu bestimmen, ermöglicht die Dreiergruppe eine wesentlich eingeengte .Bestimmung des Zeitpunkts des Auftretens, Man könnte beispielsweise den arithmetischen Mittelwert der Zeitpunkte des Eintreffens jedes Impulses in der Dreiergruppe heranziehen oder durch Anwendung moderner Rechnerverfahren eine sogar noch größere Genauigkeit des Zeitpunkts des Eintreffens erzielen.

In Fig. 29 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Tiefloch-Verknüpfungssystems gezeigt, welches die Dreiergruppe ninipul se erzeugt, wie dies in Fig. 26D veranschaulicht ist.

Mit 101 ist ein Fühler bezeichnet (siehe Fig. 4A), der eine für die Größe eines Tieflochparameters kennzeichnende elektrische Spannung erzeugt. Mit 601, 602 und 603 sind ein spannungsgesteuerter Oszillator, ein Untersetzer bzw. eine Triggerschaltung bezeichnet, um in bekannter Art und Weise eine Reihe von elektrischen Impulsen zu erzeugen, die um Zeitintervalle voneinander getrennt sind, welche kennzeichnend sind für die Höhe der Ausgangsspannung des Fühlers 101 und damit des gemessenen Tieflochparameters. Die Zeitspanne zwischen den Impulsen P„ und P₁ , wie sie in Fig. 26b veranschaulicht ist, ist daher ein Maß für einen Parameter, der durch einen der Fühler 101 gemäß Fig. 4A gemessen wird.

Der Teil gemäß Fig. 29, der innerhalb des gestrichelt dargestellten Rechtecks eingeschlossen ist, zeigt die Einzel-

helten der Schaltungsanordnung zur Erzeugung der zuvor erwähnten Dreiörgruppen_impulse. Mit 607, 608 und 609 sind elektronische monostabile Kippglieder bezeichnet, die auf den Impuls von der Trigger schaltung 603 hin jeweils einen einzigen Ausgangsimpuls mit einer Dauer von D1, D2 bzw. D3 erzeugen, wie dies aus Fig. 29 hervorgeht. Die Blöcke 610 stellen elektronische Ableit- bzw. Differenziereinrichtungen dar, was bedeutet, daß sie jeweils ausgangsseitig ein Signal erzeugen, welches proportional der ersten zeitlichen Ableitung des Singangssignals ist (derartige elektronische Einrichtungen sind an sich bekannt ). Die Ausgangssignale der betreffenden Einrichtungen sind in Fig. 29 mit G-, H bzw. I bezeichnet. Dies bedeutet, daß zwei impulse entgegengesetzter Polarität um die Zeitspanne D1, D2 bzw. D3 voneinander entfernt sind. Die .Blöcke 611 stellen Gleichrichter dar, die lediglich die positiven Impulse weiterleiten, die an den Ausgängen der Ableiteinrichtungen 610 auftreten. Die Ausgänge der Gleichrichter 611 sind bei 612 parallelgeschaltet; sie liefern das Signal J, bei dem es sich um das gewünschte Signal handelt (ebenfalls in Fig. 26D gezeigt). Jeder durch die Triggerschaltung 603 erzeugte einzelne Impuls erzeugt daher drei Impulse, die durch bekannte und ungleiche Zeitspannen voneinander getrennt sind (Dreiergruppe), wie dies mit J bezeichnet ist. In der Praxis ist das Intervall D1 sehr kurz gemacht im Vergleich zu D2 und D3; es beträgt lediglich einige wenige Mikrosekunden, während die Zeitspannen D2 und D3 einige wenige Millisekunden bis mehrere hundert Millisekunden lang sind. Bei der Analyse der Arbeitsweise kann daher angenommen werden, daß D1 = 0 ist.

Bei dem in Fig. 29 mit J dargestellten Ausgangssignal kennzeichnet damit der Impuls p1 das Ende des Ausgangsimpulses von der Einrichtung 607 her (was, wie oben ausgeführt, für sämtliche praktischen Zwecke auch der Beginn des Ausgangsimpulses ist, da die Impulslänge mit Null

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angenommen ist). Der Impuls p2 stellt das Ende des Ausgangsimpulses von der Einrichtung 608 dar. Der Impuls p3 stellt das Ende des Ausgangsimpulses von der Einrichtung 609 dar. Da D1 als Null angenommen war, beträgt somit die Zeitspanne ti = D2, ferner ist die Zeitspanne t3 = D3, und außerdem ist die Zeitspanne t2 = D3 -D2 Damit erzeugt der innerhalb eines gestrichelten Rechtecks dargestellte Teil in Fig. 29 die Dreiergruppe an seinem Ausgang 612 (in Fig. 29 mit J bezi;ichnut), und zwar auf das Auftreten eines einzelnen Impulses am Eingang hin.

Di=; in Fig. 29· dargestellte Schaltungsanordnung kann in

Fig. 4A zwischen einem ausgewählten Füh3 er 101 und dem

Kraftantrieb 104 eingefügt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß dann, wenn das impuls-Zeit-Codesystem gemäß Fig. 29 benutzt wird, der Analog-Digital-Wandler 102 und der Prozessor 103 weggelassen werden (da sie für die binäre Codierung geeignet sind), und daß der Kraftantrieb 104 direkt vom Ausgang des Verstärkers 613 gemäß Fig. 29 angetrieben wird.

Wenn der Dreiergruppen-Impuls-Zeit-Code anstelle des Binärcodes angewandt wird, dann wird es erforderlich sein, die Dreiergru^ppensignale an der Erdoberfläche zu decodieren. Gemäß Fig. 9, 12, 13, 17 und 19 sind die den Tieflochparameter kennzeichnenden Signale als Signale in Binärcodeform angenommen. Um das System derart zu ändern, daß es Signale in der Dreiergruppen-Impuls-Zeit-Codeform aufnimmt, wie dies in Verbindung mit Fig. 29 und 26D beschrieben worden ist, ist es erforderlich, zwischen das Filter 150 und die nachfolgende Anordnung auf der Erdoberfläche einen speziellen "Codeumsetzer" einzufügen, wie er in Fig. 27 veranschaulicht ist. Zu diesem Zweck wird die Leitung 151 gemäß Fig. 9, 12, 13, 17 und 19 unterbrochen und der Codeumsetzer eingefügt, in gewissen Fällen ist es weit wünschenswerter, den "Codeumsetzer" zwischen die

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Subtrahiereinrichtung 16Ο und den Analog-Digital-Wandler 163 in der Leitung 162 gemäß Fig. 9, 12, 13, 17 einzufügen. Die bevorzugte Stelle für das Einsetzen wird ohne weiteres ersichtlich werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 27 sei bemerkt, daß mit 316 ein "Wähler" bzw. eine Auswahleinrichtung bezeichnet ist, die so ausgelegt ist, daß sie einen einzigen Ausgangsimpuls auf die Dreiergruppe hin erzeugt, wie sie in Verbindung mit Fig. 29 beschrieben worden ist. Hit 317 ist ein Zeit-Amplituden-Wandler bezeichnet, d_oh. eine elektronische Schaltung, die auf der Leitung 319 eine Ausgangsgleichspannung erzeugt, die eine bestimmte Funktion der Zeitspanne zwischen zwei iiingangsimpulsen wiedergibt, welche über die Leitung 318 der Singangsseite zugeführt werden. Derartige Einrichtungen sind auf dem Gebiet der Elektronik an sich bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden,, Mit 320 ist ein Analog-Digital-Wandler bezeichnet, der ebenfalls als bekannt anzusehen ist.

In Fig. 28A ist der Wähler bzw. die Auswahleinrichtung im einzelnen gezeigt,, Mit 321, 322, 323 sind monostabile Kippglieder bezeichnet, die so ausgelegt sind, daß sie einen einzigen Ausgangsimpuls von ausgewählter bestimmter Zeitdauer auf das Auftreten eines Eingangsimpulses hin erzeugen. Das monostabile Kippglied 321 erzeugt einen langen Impuls mit einer Zeitdauer von 1^, das monostabile Kippglied 322 erzeugt einen kürzeren Impuls mit einer Zeitdauer von I₂, und das monostabile Kippglied 323 erzeugt einen noch kürzeren Ausgangsimpuls mit einer Zeitdauer von I₁, wie dies oberhalb des jeweiligen Schaltungsblockes 321, 322 bzw. 323 veranschaulicht ist„ Die Blöcke 324 sind Ableiteinrichtungen, d.h. elektronische Schaltungen, die ein Ausgangssignal erzeugen, welches der ersten zeitlichen Ableitung eines der Eingangsseite zugeführten Signals

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proportional ist. Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt; sie erzeugen Ausgangssignale, wie sie die oberhalb des jeweiligen Schaltungsblockes angedeutete Kurve veranschaulichen. Die Blöcke 325 sind "Inverter", was bedeutet, daß sie ein Ausgangssignal erzeugen, welches eine Nachbildung des Eingangssignals darstellt, diesem gegenüber jedoch im Vorzeichen invertiert ist, wie dies ebenfalls die oberhalb des jeweiligen Inverters angedeutete Kurve veranschaulicht. Die Blöcke 326 enthalten jeweils einen Gleichrichter; sie erzeugen ausgangsseitig einen einzigen positiven elektrischen Impuls 326a, 326b, 326c, wie dies in der Zeichnung veranschaulicht ist. Die Blöcke 327 sind "Koinzidenzschaltungen" oder UND-Glieder bekannter Art. Jeder Block 327 erzeugt einen Ausgangsimpuls an seinem Anschlueß "c" lediglich dann, wenn ein Impuls am Eingang "a" und ein Impuls am j^ingang "b" koinzident vorhanden sind. Die Ausgänge sämtlicher dreier Koinzidenzschaltungen 327 sind bei der Leitung 329 parallelgeschaltet an den Eingang des Zeit-Amplituden-Wandlers 317 angeschlossen. Der Zeit-Amplituden-Wandler 317 erzeugt eine Ausgangsgleichspannung, die eine bestimmte Funktion der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Eingangsimpulsen wiedergibt. Der Ausgang des Zeit-Amplituden-Wandlers 317 ist an dem Analog-Digital-Wandler 320 angeschlossen, der die Eingangsgleichspannung in an sich bekannter Art und Weise in binärcodierte Impulse umsetzt.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 27 und 28A besteht aus konventionellen elektronischen integrierten Schaltungskomponenten bekannter Art. Die Gesamt-Arbeitsweise der Auswahleinrichtung erfordert eine noch genauere Beschreibung.

Die durch den Verstärker 613 gemäß Fig. 29 erzeugten

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impulse P1, P2, P 3 werden dem Kraftantrieb 104 gemäß Fig. 4A gewissermaßen aufgedrückt und zur i-rdoberfläche als Schlammdruckimpulse mit Hilfe des Ventils 40 übertragen., An der Urdoberfläche werden diese Schlammdruckimpulse aufgenommen, beispielsweise mit Hilfe der elemente gemäß Fig. 9, die den Wandler 51, das Filter 150, das Verzögerungselement 152 und die Subtrahiereinrichtung 160 umfassen. Die auf der Leitung 162 gemäß Fig. 9 (oder gemäß Fig. 12,13 oder 17) auftretenden Impulse werden mit TP₁, TP₂ bzw. TP^ bezeichnet (sie entsprechen den Impulsen P1, P2 und P3, die von den elektronischen Tieflocheinrichtungen gemäß Fig. 29 erzeugt werden) .

In Fig. 28B, 28C, 28D, 28E ist das Verhalten der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 28 auf die Impulse TP,., TP₂, TP^ veranschaulicht. Wenn der Impuls TP₁ auftritt und über die Leitung 151 (oder die Leitung 162) gemäß Fig. 28A weitergeleitet wird, werden sämtliche drei monostabilen Kippglieder 321, 322 und 323 getriggert, wobei Jedes monostabile Kippglied einen entsprechenden Ausgangsimpuls erzeugt, der seine eigene Charakteristik und bestimmte sowie festgelegte Dauer 1^, I₂ bzw. I₁ aufweist. Wenn der Impuls TP₁ die monostabilen Kippglieder triggert, dann erzeugen diese die Ausgangsspannungen (Impulse) A1, B1 bzw. C1, wie dies in Fig. 28B veranschaulicht ist.

Wenn der Impuls TP₂ auftritt, kann er das monostabile Kipp glied 321 nicht triggern, da dieses bereits im "Din"-Zustand ist. Der Impuls TP₂ triggert jedoch die monostabilen Kippglieder 322 und 323, da diese in den "Aus"-Zustand zurückgekehrt sind; sie erzeugen die Ausgangsimpulse B2 bzw. C2, wie dies in Fig. 28B veranschaulicht ist. Wenn der Impuls P3 auftritt, kann er das monostabile Kippglied 321 oder 322 nicht triggern, da diese monostabilen Kippglieder bereits im "Sin"-Zustand sind. Der impuls TP^

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triggert jedoch das monostabilo Kippglied 323, da dieses in den "Aus"-Zustand zurückgeführt ist; dadurch wird der Ausgangsimpuls C3 erzeugt, wie dies in Fig. 28B veranschaulicht ist.

Die Zeitintervalle l^, Ip und 1. der monostabilen Kippglieder 321, 322 bzw. 323 gemäß Fig. 28A sind so proportioniert, daß sie den Zeitverzögerungen entsprechen, die durch die Wirkung der monostabilen Kippglieder 609,608 bzw. 607 gemäß Fig. 29 hervorgerufen werden, und demgemäß befinden sich die Enden der Gruppe von Impulsen der monostabilen Kippglieder gemäß Fig. 28B in "Koinzidenz" und aktivieren die -UITO-Glieder gemäß Fig. 28A.

In Fig. 28B sind die Betriebsbedingungen für den Fall veranschaulicht, daß sämtliche Impulse TP,., TPp, TP^ vorhanden sind.

In Fig. 28C sind dieselben Zustände wie in Fig. 28B veranschaulicht, wobei jedoch einer der Impulse (z.B. TP,,) fehlt.

In Fig. 28D sind dieselben Zustände veranschaulicht, wobei jedoch der Impuls TP₂ fehlt, und in Fig. 28E sind dieselben Zustände für den Fall veranschaulicht, daß der Impuls TP^ fehlt. Es muß hier darauf hingewiesen werden, daß es keine Rolle spielt, welcher Impuls (TP₁, TP₂ oder TP,) fehlt; die Ausgangsimpulse zweier monostabiler Kippglieder enden stets in der Zeit T. Diese Eigenschaft der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 28 wird dazu herangezogen, stets zumindest zwei zeitlich koinzident auftretende Imp\ilse in der Zeitspanne T zu erzeugen, und zwar unabhängig davon, welcher der Impulse TP₁, TP₂ und TP, fehlt. Solange zumindest zwei Impulse der Impulsgruppe ermittelt werden, wird der Zeitpunkt des Auftretens des Ausgangsimpulses der Einrichtung 329 gemäß Fig. 28A derselbe sein. Der einzelne Impuls 328a gemäß Fig. 28A wird dann erzeugt,

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wenn eine "Gruppe" von Impulsen von der oberhalb des Loches befindlichen Anordnung aufgenommen ist; der Impuls 328a wird dann vorhanden sein, wenn irgendwelche zwei Impulse in der "Gruppe" auf der Erdoberfläche ermittelt sind.

Zurückkommend auf Fig. 28A sei bemerkt, daß der Block ein'-η herkömmlichen Zeit-Amplituden-Wandler darstellt, der eine Ausgangsgleichspannung erzeugt, welche eine bestimmte funktionelle Beziehung zu der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen 328a aufweist. Mit 320 ist ein herkömmlicher Analog-Digital-Wandler bezeichnet, der die Hohe der Ausgangsgleichspannung in ein Binärwort umsetzt. Die Binärwörter folgen aufeinander in schneller Folge, wie dies durch die Eigenschaften der Einrichtung 320 und ihrer zugehörigen Takteinrichtung festgelegt ist.

Es kann somit ersehen werden, daß die Anordnung gemäß Fig.28A den Impuls-Zeit-Code unter Verwendung der Dreiergruppe in einen Binärcode umsetzt. Die Anordnung im Anschluß an die Leitung 251 oder 162 gemäß Fig. 9, 12, 13 und 17 wird in genau derselben Art und Weise arbeiten, wenn die Daten ursprünglich in Binärcodeform von der Unterfläche her übertragen wird.

XX. Zusätzliche Anmerkungen

(.1) Um Stoßwellen zu erzielen, wie sie v/eiter oben erläutert worden sind, sind gewisse Beschränkungen der Größe K^ auferlegt (mittlere Änderungsrate des Öffnens des Ventils) und hinsichtlich T^^v' (der Zeitspanne der offenen Strömung). Versuche haben gezeigt, daß Kp zumindest 5 cm /see betragen sollte und vorzugsweise innerhalb ein^s Bereiches von 20 cm²/sec bis 150 cm²/sec liegen sollte» T^ sollte höchstens 50 ms betragen und vorzugsweise im Bereich von 50 ms bis 150 ms liegen.

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{2) Es muß darauf hingewiesen werden, daß in den dargestellten Ausführungsbeispielen zwar Synchronisationsimpulse (.Takteinrichtung 155) entweder durch den mit dor Pumpenwelle verbundenen Generator oder durch einen an anderer Stelle näher beschriebenen Phasenregelkreis erzeugt werden,, daß aber auch andere Einrichtungen vorgesehen sein können, die die Taktfrequenz liefern, welche mit der Pumpwirkung synchron ist. So kann beispielsweise der bekannte "Pumphub-Zähler", der üblicherweise in der Verbindungsstange der Pumpe verwendet ist, dazu herangezogen werden, einen elektrischen Impuls pro Pumpenhub zu erzeugen. Die Zeitspanne zwischen derartigen aufeinanderfolgenden Impulsen kann in eine geeignete Zahl Cz.B. 512 oder 1024) gleicher Zeitintervalle mittels eines Mikroprozessors oder mittels eines Phasenregelkreises oder mittels anderer Einrichtungen unterteilt werden, wie auf dem Gebiet der Rechner und Elektronik bekannt sind. Bei einer derartigen Anordnung ist kein Zugang zu der Pumpengestell-Welle erforderlich, und es kann die Taktfrequenz gleich der des Generators 155 mit Hilfe des Mikroprozessors und des Pumpenhub-Zählerschalters erzeugt werden.

(3) Im ersten Teil der vorliegenden Anmeldung sind die Bedingungen für das Auftreten hydraulischer Stoßwellen und zugehöriger "Ventil—Signalwellen" im einzelnen erläutert worden. In gewissen Tiefen, beispielsweise in geringer Tiefe, können Bedingungen auftreten, für die die oben beschriebene Ventil-Signalwelle nicht gut ausgebildet ist. Pur eine derartige Ventil-Signalwelle ist es erforderlich, ein ausreichendes Volumen an Schlamm zur Verfügung zu haben, der in dem Bohrrohr schließt, und über einen hinreichenden hydrostatischen Druck am Senderende zu verfügen_o Es dürfte ohne weiteres einzusehen sein, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte besondere Signalwelle begrenzt ist, sondern auch auf andere Formen von Druckimpulsen anwendbar ist, die an der Erdoberfläche infolge

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der Betätigung des Ventiles 40 ermittelt werden können.

Verschiedene digitale Filter einschließlich angepaßter Filter, impulsformungsfilter und Impulsspitzenfilter sind oben im einzelnen erläutert worden. Im besonderen ist die Leistung jedes digitalen Filters deutlich erläutert worden, indem eine detaillierte Folge von auszuführenden Operationen angegeben worden ist. Diese Operationen sind anhand geeigneter mathematischer Gleichungen erläutert und spezifiziert worden. 3s dürfte ohne weiteres einzusehen sein, daß durch Anwendung moderner Rechenverfahren die erforderlichen Programme auf der Grundlage der vorliegenden Beschreibungen und der Operationen, die in Verbindung mit Fig. 9, 12, 13, 14, 16,17, 19, 21 beschrieben worden sind, durch geeignete Software bereitgestellt werden können.

(5) Verschiedene digitale Filter, die beschrieben worden sind, können auch bei anderen Ausführungsformen der Übertragungs-Meßanordnung unter Ausnutzung von Schlammimpulsen mittels anderer Einrichtungen als dem hier beschriebenen Ventil vom Nebenweg-Typ angewandt werden. Diese anderen Ausführungsformen können das Verfahren einschließen, daß auf der kontrollierten Beschränkung des Schlammflußkreises durch ein Strömungsbegrenzungsventil basiert, welches in geeigneter Weise im Hauptschlammstrom untergebracht ist, wie dies in der US-PS 27 87 795 angegeben ist. Generell gesagt können die beschriebenen digitalen Filtersysteme bei irgendwelchen Formen des Telemetriesystems zur Aufzeichnung während des Bohrens sowie bei anderen Formen des Aufzeichnens angewandt werden, bei denen die Bohranordnung entfernt wird, um die Meßanordnung in das Bohrloch abzusenken. Ferner kann eine Anwendung bei Telemetrie systemen gegeben sein, die Impulse verwenden, welche kennzeichnend sind für irgendwelche Energieformen, wie elektrische, elektromagnetische, akustische oder sonstige Impulse _o

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(.6) Der in der oben beschriebenen Dreierimpulsgruppe benutzte Impuls-Zeit-Code kann ferner zur akustischen Bohrloch-Aufzeichnung angewandt v/erden, um das Fortschreiten der akustischen Bohrloch-AufZeichnungssignale zu erleichtern und um ein mit hohem Maße wirksames Verfahren zu erzielen, welches eine automatische Korrektur von Fehlern ermöglicht, die auf Inrpulsaussetzer bei der Messung der Übergangszeit der akustischen Wellen zurückgehen. Akustische Bohrlochaufzeichnungsverfahren und Vorrichtungen sind üblicherweise so ausgelegt, daß die Übergangszeit bzw. Durchlaufzeit einer akustischen Welle zwischen einem ersten Impuls und einem zweiten Impuls gemessen wird. In der US-PS 39 00 824 ist bereits vorgeschlagen worden, einen Impulssprung durch die Messung zu vermeiden, die während einer Sequenz N-1 durchgeführt wird, welche in einem Hilfsspeicher gespeichert ist, wobei diese Messung mit der nächsten Messung (,Sequenz N) verglichen wird. Die alternative Methode, die vorgeschlagen worden ist und die auf dem Impuls-Zeit-Code basiert, ist wirksam hinsichtlich der Korrektur von Meßfehlern, die auf den Zyklussprung zurückgehen. Diese Methode ist eine wirksamere und zuverlässigere Methode.

(7) Der Dreierimpulsgruppen-Zeit-Code weist ein sehr breites Anwendungsfeld außerhalb der Aufzeichnung während des Bohrens auf. Er kann in irgendeinem Kommunikationssystem zur Übertragung von Nachrichten von einer Sendestation zu einer Empfangsstation sowie bei verschiedenen Arten von Bohrlochaufzeichnungen (nicht notwendigerweise beim Aufzeichnen während des Bohrens), wie bei der akustischen Auf zeichnung (siehe Anmerkung Nr. 6) angewendet werden.

(8) Es dürfte einzusehen sein, daß zur Aufnahme und Speicherung einer Signalwelle zum Zwecke der späteren Ausnutzung in den hier beschriebenen digitalen Filtern gewisse Schritte an der jeweiligen Stelle vorgenommen

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werden müssen, wie dies beschrieben worden ist. Es ist zuweilen wünschsnswert, einr- einzige Signalwelle (.anstatt einer Doppel-Signalwelle) festzuhalten, wie dies bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 erforderlich ist, bei der das Impulsspitzenfilter 351A verwendet wird. Um eine einzige Signalwelle festzuhalten, ist es zweckmäßig, die Erzeugung des durch die unterhalb der Erdoberfläche vorhandene Anordnung erzeugten Signals mit der Detektoranordnung auf der Erdoberfläche zu synchronisieren. Dies kann dadurch geschehen, daß einer der Fühler 1,2,3 und 4 bei der unterhalb der Oberfläche befindlichen Anordnung gemäß Fig. 4A durch eine L'inrichtung, wie eine "Takteinrichtung¹¹, oder durch einen mit konstanter Zeit gesteuerten Signalgenerator ersetzt wird, der mit gleichmäßigen zeitlichen Abständen auftretende Operationen des Ventils 40 gemäß Fig. 4A hervorruft. Die Arbeitsweise ist dabei folgende.

Ca) Durch Stillsetzen und Starten der Schlammpumpen auf der Oberfläche in geeigneter Folge kann der Schalter 91 gemäß Fig. 4A eine Verbindung zu dem modifizierten Fühler herstellen (,d.h. zu dem Generator, der mit gleichmäßigen Abständen auftretende impulse erzeugt). Demgemäß wird eine Folge von Impulsen durch das Ventil zu bekannten Zeitpunkten erzeugt. CSelbstverständlich muß eine Korrektur bezüglich der Bewegungs- bzw. Ausbreitungszeit des Impulses von unterhalb der Erdoberfläche zur Erdoberfläche durch an sich bekannte Verfahren vorgenommen werden, wobei die betreffende Zeitspanne zuvor bestimmt worden ist.)

(,b) Die Oberflächenanordnung wird durch ihre eigene Takteinrichtung gesteuert, die zeitlich und in der Phase mit dem unterhalb der Erdoberfläche befindlichen Signalsender in Synchronismus ist.

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(c) Durch geeignete Umschaltung an der Erdoberfläche kann die Aufnahme und Speicherung der Doppel-Signalwelle unterbrochen werden, so daß die Speicherschaltung lediglich während der Zeitspanne einer Signalwelle angeschlossen und automatisch während des Auftretens der zweiten Signalwelle abgetrennt ist.

Selbstverständlich können dieselben Operationen von Hand (durch eine Bedienperson) vorgenommen werden. Dies läßt sich ohne weiteres vornehmen, wenn die Signalwelle eindeutig ist und die Störung deutlich übersteuert. Wenn die Signalwelle in der Störung untergeht, dann wird das automatische System, wie es hier beschrieben worden ist, benutzt.

(9) Ss gibt zwei störende Rauschsignale, welche die Neigung zeigen, die Aufnahme des Nutzsignals B(t) zu verdecken (siehe Gleichung 22). Eines dieser Signale stellt die Pumpenstörung P(t) dar, und das andere Signal stellt die Störung U(t) dar, die den verschiedenen anderen Bohroperationen als der Pumpenwirkung zugehörig ist. Um diese Störsignale zu beseitigen, sind drei Filtersysteme vorgesehen, die als Filtersystemen Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 bezeichnet sind.

Das Filtersystem Nr. 1 ist das Analog-Filter 150. Der Zweck dieses Filters besteht darin, die Dauerkomponente des Wandlerausgangssignals zu unterdrücken, die kennzeichnend ist für den durch die Pumpe 27 erzeugten Druck, sowie weitere Frequenzen außerhalb des interessierenden Bereiches.

Das Filtersystem Wr. 2 umfaßt ein Verzögerungselement und eine Subtrahiereinrichtung 160₀ Der Zweck dieses Systems besteht darin, die Pumpenstörung P(t> zu unterdrücken oder zu beseitigen.

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Das Filtersystem Nr. 3 umfaßt einen Korrelator oder ein digitales Filter, bei dem es sich um ein angepaßtes Filter, um ein Impulsformungsfilter oder um ein Impulsspitzenfilter handeln kann und das ferner verschiedene zugehörige Elemente umfaßt, wie Speicher- und Abrufelemente, sowie Rechner zur Bestimmung der optimalen Werte für die Speicherelemente der entsprechenden digitalen Filter (siehe Fig. 9, 12, 13, 14 und 15). Der Zweck des Systems JMr. 3 besteht darin, die Störung U(t) zu beseitigen oder zu unterdrücken.

Die Filtersysteme Nr. 1, Nr. 2· und Nr. 3 sind in Reihe geschaltet. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist das Filtersystem JMr. 1 mit dem Druckwandler 41 verbunden, das System IMr. 2 ist mit der Ausgangsleitung 151 verbunden, und das System Nr. 3 ist mit der Ausgangsleitung 164 des Systems Nr. 2 verbunden.

Jedes der obigen Filtersysteme ist ein lineares System. Deshalb kann die Funktion dieser Systeme ausgetauscht oder umgekehrt werden. Man kann daher zunächst mit dem Filtersystem Nr. 1 beginnen und dann die Reihenfolge der Filtersysteme Nr. 2 und Nr. 3 wechseln. Außerdem braucht es in gewissen Fällen nicht notwendig zu sein, alle drei Filtersysteme zu verwenden. Vielmehr können irgendwelche zwei Filtersysteme genügen, und in gewissen Fällen sogar lediglich eins. Außerdem kann das System zwischen der Leitung 182 und der Leitung 210 zuweilen weggelassen werden, und der Digital-Analog-Wandlcr 211 kann so angeordnet bzw. ausgelegt sein, daß er Doppel-Signalwellen aufnimmt.

(.10) Wenn das durch den im Abschnitt XlII (Schritte a bis f) beschriebenen Prozeß erzeugte Signal aufgenommen und gespeichert wird, dann kann es kreuzkorreliert werden mit dem Rohsignal, welches von dem Wandler 51 erzeugt wird, oder mit dem vorbehandelten Signal, das auf der Leitung 162 gemäß Fig. 9 bis 19 auftritt. Im Falle der

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Kreuzkorrelation mit dem Rohsignal des Wandlers 51 wird diii zweite Signalwelle in dor "Doppel—Signalwelle¹¹ durch geeignete Hinrichtungen bekannter Art zu beseitigen sein, so daß es möglich ist, eine Kreuzkorrelation mit der einzelnen Signalwelle am Ausgang des Wandlers 51 vorzunehmen.

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Claims (1)

1. DIPL-INCHEINZBARDEHLE Machen. ⁿ Λ^

   PATENTANWALT

   Aktenzeichen: Mein Zeichen: P 3050

   Patentansprüche

   1. Verfahren zur Aufzeichnung von ein Bohrloch betreffenden Daten während des Bohrens, unter Heranziehung eines Schlammzirkulationssystems und einer Schlammpumpe, die innerhalb des Schlammzirkulationssystems wiederholt auftretende Druckänderungen hervorruft, wobei ausgewählte Parameter in verschiedenen Tiefen des Bohrlochs gemessen werden und wobei in dem System Druckänderungen erzeugt werden, die kennzeichnend sind für die Größe der Parameter, dadurch gekennzeichnet, daß Signale erzeugt werden, die kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Druckänderungen und der DruckSchwankungen,

   daß zweite Signale erzeugt werden, die kennzeichnend sind für Größen, welche das wiederholte Auftreten der Druckschwankungen kennzeichnen, und daß die zweiten Signale dazu herangezogen werden, aus den ersten Signalen dritte Signale abzuleiten, die für die Druckänderungen kennzeichnend sind.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wiederholt auftretende Druckschwankungen periodische DruckSchwankungen hervorgerufen werden und daß durch die für das wiederholte Auftreten der Druckschwankungen kennzeichnenden Größen die Periodizitäten der DruckSchwankungen gekennzeichnet werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß erste Signale erzeugt werden, die

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   kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Druckänderungen und der periodischen DruckSchwankungen, daß die ersten Signale um ein=- Größe versetzt werden, die kennzeichnend ist für eine Periode der periodischen Druckschwankungen, daß für die versetzten ersten Signale kennzeichnende zweite Signale erzeugt werden, und daß die ersten und zweiten Signale unter Erzeugung von resultierenden Signalen kombiniert werden, die kennzeichnend sind für die Druckände rung e η.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der ersten und zweiten Signale dadurch vorgenommen wird, daß die ersten Signale von den zweiten Signalen subtrahiert werden.

   '■ο-¹

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderungen in Form von Druckimpulsfolgen verwendet werden, deren Druckimpulse in Übereinstimmung mit einem für den Wert der Parameter kennzeichnenden Muster abgegeben werden.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Schritt erste Signale erzeugt werden, die für eine Überlagerung der genannten Druckänderungen und der Druckschwankungen kennzeichnend sind, daß in einem zweiten Schritt zweite Signale erzeugt werden, die kennzeichnend sind für die Periodizität der Schwankungen, und daß in einem dritten Schritt die ersten Signale mit den zweiten Signalen unter Bildung von dritten Signalen kombiniert werden, die kennzeichnend sind für die Druckänderungen.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die erzeugten zweiten Signale einer Periode

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   der periodisch auftretenden Druckschwankungen dargestellt wird und daß zur Urzeugung der dritten Signale die ersten Signale von den zweiten Signalen subtrahiert werden.

   8. System zur Aufzeichnung von ein Bohrloch betreffenden Daten während des Bohrens, mit einem Bohrstrang, der einen Bohrdurchgang aufweist, mit einer Pumpe zur Abgabe eines Bohrfluids durch den Durchgang und zur Erzeugung von wiederholt auftretenden Druckschwankungen in einen Fluidzirkulationssystern, wobei ein Fühlelement im unteren Teil des Bohrstrangs vorgesehen ist und Tieflochparameter in verschiedenen Tiefen des betreffenden Loches ermittelt und in dem Fluidzirkulationssystem Druckänderungen hervorruft, die kennzeichnend sind für die Größen der Parameter, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite des Bohrlochs eine erste Einrichtung vorgesehen ist, die für die Überlagerung der Druckänderungen und der wiederholt auftretenden Schwankungen kennzeichnende erste Signale erzeugt, daß eine zweite Einrichtung zur Erzeugung von zweiten Signalen vorgesehen ist, die kennzeichnend sind für Größen, welche das wiederholte Auftreten der Druckimpulse kennzeichnen,

   und daß eine dritte Einrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von den ersten Signalen und durch die zweiten Signale gesteuert resultierende Signale zu erzeugen gestattet, welche kennzeichnend sind für die Druckänderungen_o

   9. System nach Anspruch 8, wobei die wiederholten Druckschwankungen periodisch auftretende Druckschwankungen mit bekannter Periodizität sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung

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   ein erstes Signal erzeugt, welches kennzeichnend ist für die Überlagerung der Druckänderungen und der periodischen Fluidimpulse, daß die zweite Einrichtung das erste Signal um eine Größe verzögert, die kennzeichnend ist für eine Periode der periodischen Fluidimpulse, und die ein zweites Signal erzeugt, welches kennzeichnend ist für das verzögerte Signal, und daß eine dritte Einrichtung das erste Signal und das zweite Signal zu einem resultierenden Signal kombiniert, welches kennzeichnend ist für die genannten Druckänderungen.

   10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß di'i dritte Einrichtung eine Subtrahiereinrichtung ist, die das erste Signal von dem zweiten Signal subtrahiert.

   11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die periodischen Fluidimpulse in einem Fluidzirkulationssystem hervorgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Einrichtung ein erstes Signal liefert, welches kennzeichnend ist für eine Überlagerung der Druckänderungen und der periodischen Impulse, und daß die zweite Einrichtung in einer definierten Beziehung zu der Periodizität der Druckschwankungen zum Zwecke der Ableitung eines zweiten Signals aus dem ersten Signal betrieben ist.

   12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Verzögerungseinrichtung ist, die das erste Signal verzögert und die ein für das verzögerte Signal kennzeichnendes zweites Signal erzeugte

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   13o System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung eine Subtrahiereinrichtung ist, welche das erste Signal von dem zweiten Signal subtrahiert.

   14. System nach Anspruch 8, wobei periodische Fluidimpulse in einem Fluidzirkulationssystem hervorgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein erstes Signal erzeugt, welches kennzeichnend ist für die Überlagerung der Druckänderungen bezüglich der periodischen Fluidimpulse, daß die zweite Einrichtung ein zweites Signal erzeugt, welches kennzeichnend ist für eine Größe, die die Periodizität der Impulse kennzeichnet, und daß die dritte Einrichtung auf das erste Signal anspricht und durch das zweite Signal gesteuert ein für die Druckänderungen kennzeichnendes resultierendes Signal erzeugt.

   15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung durch die Pumpe gesteuert ist.

   16. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung auf die Überlagerung der Druckänderungen auf die periodischen Impulse hin ansprichtο

   17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oberseite des Bohrlochs durch einen Übertragungskanal eine Fühlerwirkung von Bedeutung mit zumindest zwei Eigenschaften übertragen wird, von denen die erste Eigenschaft kennzeichnend ist für den Wert eines Parameters, während die zweite Eigenschaft unabhängig vom Wert des betreffenden Parameters ist, daß ein erstes Signal erzeugt wird, welches kennzeichnend ist für eine Überlagerung der Fühlerwirkung von Bedeutung und einer

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   störenden Fühlerwirkung, die innerhalb des betreffenden Kanals erzeugt wird und die zumindest einigen Bohrvorgängen zugeordnet ist, daß ein zweites Signal erzeugt wird, welches kennzeichnend ist entweder für eine zweite Eigenschaft oder für die störende Fühlerwirkung, und daß das betreffende zweite Signal dazu herangezogen wird, aus dem ersten Signal ein resultierendes Signal abzuleiten, welches kennzeichnend ist für die Fühlerwirkung von Bedeutung.

   18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die störende Fühlerwirkung zumindest einigen der Bohroperationen zugehörig ist, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Störeffekt kennzeichnende zweite Signal dazu herangezogen wird, aus dem ersten Signal ein resultierndes Signal abzuleiten, welches kennzeichnend ist für den Fühlereffekt von Bedeutung.

   19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Fühlerwirkung von Bedeutung zumindest zwei Eigenschaften aufweist, deren erste kennzeichnend ist für den Wert eines Parameters und deren zweite unabhängig vom Wert des betreffenden Parameters ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Signal erzeugt wird, welches kennzeichnend ist für eine Überlagerung der ersten bedeutsamen Fühlerwirkung und einer störenden Fühlerwirkung, die innerhalb des Kanals erzeugt wird und die zumindest teilweise Bohroperationen zugehörig ist, daß ein für die zweite Eigenschaft kennzeichnendes zweites Signal erzeugt wird und daß dieses zweite Signal dazu herangezogen wird, aus dem ersten Signal ein resultierendes Signal abzuleiten, welches kennzeichnend ist für die Fühlerwirkung von Bedeutung.

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   20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Durchführung von Bohrvorgängen in einem Bohrloch mittels eines Schlammzirkulationssystems unter gleichzeitiger Aufzeichnung der das Bohrloch betreffenden Daten durch Feststellen von Parametern in verschiedenen Bohrlochtiefen zu ausgewählten Zeitpunkten und Erzeugen von SchlammdruckSchwankungen zu ausgewählten Zeitpunkten, wobei diese Druckschwankungen kennzeichnend sind für die Große der Parameter, dadurch gekennzeichnet, daß erste Signale zu solchen Zeitpunkten erzeugt werden, zu denen Bohrvorgänge gleichzeitig mit der Aufzeichnung von das Bohrloch betreffenden Daten durchgeführt werden, daß durch die ersten Signale eine Überlagerung der SchlammdruckSchwankungen und von störenden Druckschwankungen gekennzeichnet wird, die sich zumindest teilweise aus den Bohroperationen ergeben, daß in Zeitintervallen, welche die ausgewählten Zeitspannen ausschließen, zweite Signale erzeugt werden, die kennzeichnend sind für störende Druckschwankungen, und daß die betreffenden zweiten Signale dazu herangezogen werden, aus den ersten Signalen resultierende Signale abzuleiten, die kennzeichnend sind für die Größen der betreffenden Parameter.

   21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung des zweiten Signals das genannte erste Signal durch einen Kanal variabler Selektivität übertragen wird und daß das zweite Signal zur Steuerung der Selektivität des betreffenden Kanals abgegeben wird.

   22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Durchführung von Bohroperationen in einem Bohrloch mit Hilfe eines Schlammzirkulationssystems unter

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   gleichzeitiger Ausführung von Operationen der Erfassung von das Bohrloch betreffenden Daten durch Ermitteln von ausgewählten Parametern in verschiedenen Tiefen des Bohrlochs und Erzeugung von Schlammdruckschwankungen, die kennzeichnend sind für die Größen der Parameter, dadurch gekennzeichnet, daß erste Signale zu Zeitpunkten erzeugt werden, zu denen die Bohrvorgänge gleichzeitig mit den Vorgängen der Aufzeichnung der ersten Signale durchgeführt werden, die kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Schlammdruckschwankungen und der störenden Druckänderungen, die zumindest teilweise auf Jöohrvorgänge zurückgehen, daß in ausgewählten Zeitintervallen die Aufzeichnungsvorgänge unterbrochen werden, während zumindest einige der Bohrvorgänge aufrechterhalten werden, daß für die Schlammdruckschwankungen kennzeichnende zweite Signale erzeugt werden, und daß diese zweiten Signale dazu herangezogen werden, aus den ersten Signalen resultierende Signale abzuleiten, die kennzeichnend sind für die Größen der betreffenden Parameter.

   23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnutzung der genannten zweiten Signale darin besteht, daß die ersten Signale selektiv übertragen werden und daß die Selektivität der Übertragung entsprechend den betreffenden zweiten Signalen gesteuert wird.

   24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein ausgewählter Parameter in einer ausgewählten Bohrlochtiefe für die Datenerfassung herangezogen wird.

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   25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Auswertung des zweiten Signals das erste Signal durch einen Kanal variabler Selektivität übertragen wird und daß das zweite Signal zur Steuerung der Selektivität des betreffenden Kanals abgegeben wird.

   26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Signale Signale verwendet werden, die kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Schlammdruckschwankung und von störenden Schlammdruckänderungen, die zumindest einigen Bohrvorgängen zugehörig sind, daß in ausgewählten Zeitintervallen zumindest einige der Bohrvorgänge unterbrochen werden und daß in den ausgewählten Zeitintervallen die für eine zweite Eigenschaft kennzeichnenden zweiten Signale erzeugt werden, welche dazu herangezogen werden, aus den ersten Signalen ein Signal abzuleiten, welches kennzeichnend ist für die Größe des jeweiligen Parameters.

   27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Signale dazu herangezogen werden, die ersten Signale durch einen Kanal variabler Selektivität zu übertragen, und daß mit Hilfe der zweiten Signale die Selektivität des betreffenden Kanals gesteuert wird.

   28. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, zur Durchführung von Bohrvorgängen in einem Bohrloch mittels eines Bohrfluidzirkulationssystems unter gleichzeitiger Erfassung von das Bohrloch betreffenden Daten durch Ermitteln von ausgewählten Parametern in verschiedenen Tiefen des Bohrlochs und Erzeugen einer Folge von Druckimpulsen entsprechend einem für die Parameterwerte kennzeichnenden Muster

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   zu ausgewählten Zeitpunkten, dadurch gekennzeichnet, daß erste Signale zu Zeitpunkten erzeugt werden, zu denen die Bohrvorgänge gleichzeitig mit den Datenaufzeichnungsoperationen durchgeführt werden, wobei die ersten Signale kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Folge der Druckimpulse und von störenden Druckschwankungen infolge zumindest einiger der Bohrvorgänge, daß in Zeitspannen, die von den ausgewählten Zeitspannen verschieden sind, zweite Signale erzeugt werden, die für die störenden Druckschwankungeη kennzeichnend sind, und daß diese zweiten Signale dazu herangezogen werden, aus den ersten Signalen resultierende Signale abzuleiten, die kennzeichnend sind für die Größe der Parameter.

   29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Signale in der Weise ausgenutzt werden, daß die ersten Signale durch einen Kanal variabler Selektivität geleitet werden und daß die Selektivität dieses Kanals durch die zweiten Signale gesteuert wird.

   30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrvorgänge unter Verwendung einer Bohranordnung mit einem Bohrstrang durchgeführt werden, der einen Bohrdurchgang aufweist, durch die mittels einer Pumpe Bohrfluid hindurchleitbar ist, wobei für die Durchführung von Schneidvorgängen ein Bohrmeißel verwendet wird, daß zur Aufzeichnung von das jeweilige Bohrloch betreffenden Daten ein Tieflochparameter nahe der Unterseite des Bohrstrangs ermittelt und eine Folge von Druckimpulsen entsprechend einem Muster erzeugt wird, welches kennzeichnend ist für die Größe des betreffenden Parameters, daß die Aufzeichnungsvorgänge in ausgewählten Zeitspannen unter Beibehaltung der Bohrvorgänge unterbrochen

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   werden und daß in den betreffenden ausgewählten Zeitspannen die für die Druckschwankungen kennzeichnenden zweiten Signale erzeugt werden.

   31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalverknüpfung die genannten ersten Signale durch einen Kanal variabler Selektivität geleitet werden, dessen Selektivität durch das jeweilige zweite Signal gesteuert wird.

   32. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zu Zeitpunkten, zu denen Bohrvorgänge gleichzeitig mit der Aufzeichnung von ein Bohrloch betreffenden Daten durchgeführt werden, ein erstes Signal erzeugt wird, welches kennzeichnend ist für eine überlagerung von Impulsfolgen und von störenden DruckSchwankungen infolge zumindest einiger Bohrvorgänge, daß ein für zumindest einen der Druckimpulse kennzeichnendes zweites Signal erzeugt wird und daß mit Hilfe des zweiten Signals aus dem ersten Signal die für die Größen der Parameter kennzeichnenden resultierenden Signale abgeleitet werden.

   33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des zweiten Signals die Selektivität eines Kanals variabler Selektivität gesteuert wird, durch den das erste Signal hindurchgeleitet wird.

   34. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, unter Verwendung einer Bohranordnung mit einem Bohrstrang, der einen Bohrdurchgang aufweist, durch den ein Bohrfluid hindurchleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß erste Signale zu Zeitpunkten erzeugt werden, zu denen die Bohrvorgänge gleichzeitig mit der.Aufzeichnung von das Bohrloch betreffenden Daten ausgeführt werden, wobei die ersten Signale kennzeichnend

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   sind für eine Überlagerung einer Folge von Druckimpulsen des Bohrfluids und von Druckschwankungen, daß in ausgewählten Zeitspannen zumindest einige der Bohrvorgänge unterbrochen und für zumindest einen der Druckimpulse kennzeichnende zweite Signale erzeugt werden, und daß diese zweiten Signale mit den ersten Signalen zu resultierenden Signalen verknüpft werden, die kennzeichnend sind für die betreffende Folge der Druckimpulse.

   35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kombination der ersten und zweiten Signale die ersten Signale durch einen Kanal variabler Selektivität geleitet werden, dessen Selektivität durch die zweiten Signale gesteuert wird.

   36. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, unter Verwendung eines Bohrstranges mit einem Bohrdurchgang, mit einer Pumpe zur Abgabe von Schlamm unter Druck durch den betreffenden Durchgang und zurück zur Oberfläche durch einen Ringraum, wobei ein nennenswerter Schlammdruck_abfall zwischen dem Innenraum des Bohrstrangs und dem Ringraum hervorgerufen wird, und mit einem Bohrmeißel zur Gesteinszerkleinerung in dem Bohrloch, wobei im Zuge der Datenaufzeichnung zu ausgewählten Zeitpunkten Tieflochparameter nahe der Unterseite des Bohrstrangs ermittelt und Folgen von elektrischen Impulsen erzeugt werden, die kennzeichnend sind für die Größen der Parameter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Schlamms von der Innenseite des Bohrstrangs zu dem Ringraum auf das Auftreten von elektrischen Impulsen hin derart umleitbar ist, daß zu den ausgewählten Zeitpunkten Folgen von Schlammdruckimpulsen erzeugt werden, die kennzeichnend sind für die Größen der

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   Parameter, daß erste Signale zu Zeitpunkten erzeugt werden, zu denen die Bohrvorgänge gleichzeitig mit den Datenaufzeichnungsvorgängen durchgeführt werden, wobei diese ersten Signale kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Schlammdruckimpulsfolgen und von störenden Druckschwankungen infolge zumindest einiger der Bohrvorgänge, daß deren Zeitspannen, die von den ausgewählten Zeitspannen verschieden sind, für die störenden Druckschwankungen kennzeichnende zweite Signale erzeugt werden und daß die ersten Signale und die zweiten Signale zu den resultierenden Signalen verknüpft werden, die kennzeichnend sind für die Folgen der Schlammdruckimpulse.

   37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung dadurch vorgenommen wird, daß die ersten Signale durch einen Kanal variabler Selektivität geleitet werden und daß mit Hilfe der zweiten Signale die Selektivität des Kanals gesteuert wird.

   38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß zu ausgewählten Zeitpunkten die Datenaufzeichnungsvorgänge unter Aufrechterhaltung zumindest einiger der Bohrvorgänge unterbrochen werden.

   39. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Datenaufzeichnungsoperationen Tieflochparameter nahe der Unterseite des Bohrstrangs ermittelt und für die Größe der betreffenden Parameter kennzeichnende Folgen von elektrischen Impulsen erzeugt werden.

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   40. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung der ersten Signale und der zweiten Signale darin besteht, daß die ersten Signale mit den zweiten Signalen korreliert werden.

   41. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Signale Signale erzeugt werden, die kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Folgen von Schlammdruckimpulsen und von störenden Druckschwankungen infolge zumindest einiger der Bohrvorgänge.

   42. System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 bis 41, für die Durchführung von Datenaufzeichnungsoperationen gleichzeitig mit der Durchführung von Bohroperationen, die mittels einer Bohranordnung ausgeführt werden, umfassend einen Bohrstrang mit einem Bohrfluiddurchgang, durch den ein Bohrfluid derart leitbar ist, daß es innerhalb eines Bohrfluidzirkulationssystems fließt, mit einem Bohrmeißel zum Zerkleinern von Gestein im jeweiligen Bohrloch und mit Datenaufzeichnungseinrichtungen zur Durchführung von Datenaufzeichnungsoperationen, umfassend einen Fühler nahe der Unterseite des Bohrstrangs zur Erzeugung von elektrischen Signalen, die kennzeichnend sind für die Größe der Bohrlochparameter, eine steuerbare Einrichtung zur Erzeugung von Druckänderungen innerhalb des Fluidzirkulationssystems und mit einem Steuerelement, welches durch die betreffenden elektrischen Signale gesteuert an die steuerbare Einrichtung eine Folge von Energieimpulsen entsprechend einer Folge abgibt, die kennzeichnend ist für die Größe der Parameter, derart, daß in dem

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   betreffenden Zirkulationssystem an der Oberseite des Bohrlochs eine Folge von Druckimpulsen kurzer Dauer entsprechend den Energieimpulsen erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Signals vorgesehen ist, welches kennzeichnend ist für die überlagerung der Druckimpulse und der störenden DruckSchwankungen infolge zumindest einiger der Bohrvorgänge, daß eine zweite Einrichtung zur Abgabe eines zweiten Signals vorgesehen ist, welches kennzeichnend ist für die störenden DruckSchwankungen, und daß eine dritte Einrichtung vorgesehen ist, die die ersten Signale und zweiten Signale unter Erzeugung von dritten Signalen verknüpft, die kennzeichnend sind für die betreffende Folge von Druckimpulseη„

   43. System nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung ein Filter mit variabler Selektivität ist, daß dieses Filter zur Aufnahme der ersten Signale dient und daß die Selektivität des Filters durch die zweiten Signale steuerbar ist.

   44. System nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Impulsformungsfilter ist.

   45. System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß in dem jeweiligen Bohrloch eine Folge von Druckimpulsen erzeugt wird, die Erregungsimpulsen entsprechen, daß eine erste Einrichtung zur Erzeugung von ersten Signalen vorgesehen ist, die kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Druckimpulse und von störenden Druckschwankungen infolge zumindest einiger der Bohroperationen, daß eine zweite Einrichtung zur Erzeugung zweiter Signale vorgesehen sind, die kenn-

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   zeichnend sind für zumindest einen der Druckimpulse, und daß eine dritte Einrichtung vorgesehen ist, die die ersten und zweiten Signale unter Erzeugung von dritten Signalen verknüpft, die kennzeichnend sind für die Folge der Druckimpulse .

   46ο System nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung ein Korrelator ist, der die ersten und zweiten Signale unter Korrelation verknüpft.

   47. System nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung ein Filter mit variabler Selektivität ist und daß die Selektivität durch die zweiten Signale steuerbar ist_o

   48. System nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Impulsformungsfilter ist.

   49. System nach einem der Ansprüche 42 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Größen der Parameter des jeweiligen Bohrlochs betreffende Nutzsignale durch einen Übertragungskanal zur Bohrlochoberseite übertragen werden und daß ein digitales Filter vorge- ~ sehen ist, welches auf die genannten ersten Signale anspricht und einen durch die genannten zweiten Signale steuerbaren Speicher aufweist sowie die für die Nutzsignale kennzeichnenden Ausgangssignale abgibt.

   50. System nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungskanal ein Bohrfluidzirkulationssystem ist und daß die Nutzsignale und die Störsignale durch Schwankungen im Druck innerhalb des Zirkulationssystems ausgedrückt sind.

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   51. System nach einem der Ansprüche 42 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die für die Größe der Tieflochparameter kennzeichnenden elektrischen Signale ansprechendes Steuerelement vorgesehen ist, welches an eine Druckänderungen im Fluidzirkulationssystem hervorrufende steuerbare Einrichtung eine Folge von Energieimpulsen entsprechend einer Folge von Parametergrößen abzugeben gestattet, derart, daß in dem betreffenden Zirkulationssystem an der Bohrlochoberseite eine Folge von Druckimpulsen kurzer Dauer erzeugbar ist, die den betreffenden Energieimpulsen entsprechen und deren Folge kennzeichnend ist für den Wert des jeweiligen Parameters, daß von der ersten Einrichtung erste Signale erzeugbar sind, die kennzeichnend sind für eine Überlagerung der Druckimpulse kurzer Dauer und der störenden Druckschwankungen, und daß ein Impulsspitzenfilter vorgesehen ist, welches die Druckimpulse kurzer Dauer aus dem ersten Signal zu extrahieren gestattet,

   52. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, unter Verwendung eines Bohrsystems mit einem Bohrstrang, der einen Bohrfluiddurchgang aufweist, und mit einem Bohrmeißel vom Strahltyp, bei dem die Bohrfluidströmung derart beschränkbar ist, daß ein Druckabfall und dadurch eine Zone hohen Drucks und niedrigen Drucks hervorrufbar sind, wobei zwischen den betreffenden Zonen ein Ventil eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrfluidströmung von der Zone hohen Drucks zu der Zone niedrigen Drucks entsprechend einem für die Größe des jeweils zu ermittelnden Parameters kennzeichnenden Muster unterbrochen wird und daß die Strömungsstärke so gewählt wird, daß sie einen solchen geeigneten Wert überschreitet, daß

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   sequentiell zwischen den betreffenden Zonen scharfe Druckänderungen auf den Ventilbetrieb hin erzeugt werden.

   53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Wert bei 0,125 Gallonen pro Sekunde gewählt wird.

   54. Verfahren nach Anspruch 52 oder 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsstärke so gewählt wird, daß sie einen bestimmten maximalen ¥ert nicht überschreitet.,

   55ο Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß der betreffende maximale Wert mit 0,3 Gallonen pro Sekunde gewählt wird.

   56. Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventil ein steuerbares Ventil verwendet wird, welches unter Öffnung und Schließung eine Änderung in der Druckdifferenz zwischen den genannten Zonen hervorzurufen gestattet, daß das betreffende Ventil sequentiell entsprechend einem Muster geöffnet und geschlossen wird, welches kennzeichnend ist für die Größe des jeweils zu ermittelnden Parameters, und daß der Öffnungsbereich des Ventils im vollständig geöffneten Zustand so gewählt wird, daß er einen Minimalwert überschreitet.

   57. Verfahren nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß der betreffende Minimalwert mit 0,05 Zoll Quadrat gewählt wird.

   58. Schlammzirkulationssystem für ein System nach

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   einem der Ansprüche 42 bis 51> dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch steuerbares Ventil vorgesehen ist, welches durch Öffnen und Schließen Schlammdruckimpulse zu erzeugen gestattet, daß ein Fühler zur Ermittelung des Wertes eines Parameters in einem Bohrloch vorgesehen ist, daß eine erste Einrichtung vorgesehen ist, die das Ventil in einem geöffneten oder geschlossenen Zustand zu halten gestattet, daß eine elektrische Stromerzeugungseinrichtung vorgesehen ist, die durch den genannten Fühler gesteuert kurze Stromimpulse für das betreffende Ventil erzeugt, welches dadurch sequentiell in den Öffnungs- und Schließzustand gelangt, und daß durch das betreffende Ventil Schlammdruckimpulse mit einer für den Wert des betreffenden Parameters kennzeichnenden Sequenz erzeugbar sind.

   59. System nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Einrichtung auf eine Abweichung des Ventils vom geöffneten oder geschlossenen Zustand anspricht und Kräfte entwickelt, die die betreffende Abweichung vermindern.

   60. System nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet,

   daß die betreffenden Kräfte hydraulische Kräfte sind.

   61. System nach einem der Ansprüche 58 bis 60, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Einrichtung das Ventil während einer relativ langen Zeitspanne im geöffneten oder geschlossenen Zustand zu halten gestattet, daß eine durch den Fühler gesteuerte zweite Einrichtung das Ventil sequentiell während einer relativ langen Zeitspanne zu öffnen und innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne zu schließen gestattet, derart, daß kurze Druckimpulse in einer

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   Folge erzeugbar sind, die kennzeichnend ist für den Wert des erfaßten Parameters, daß eine elektrische Stromquelle für die Speisung der ersten Einrichtung vorgesehen ist und daß eine dritte Einrichtung vorgesehen ist, welche die betreffende Stromquelle während der relativ kurzen Zeitspanne speist und während der relativ langen Zeitspanne (weitgehend) aberregt.

   62. Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 57, wobei das Ventil derart betrieben wird, daß es sequentiell die Strömung entsprechend einem für die Größe eines Parameters kennzeichnenden Muster verstärkt bzw. verringert, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsanstiegsrate so gewählt wird, daß sie einen solchen geeigneten Wert überschreitet, daß an der Oberseite des Bohrlochs ein Druckabfall und anschließend ein Druckanstieg auf die Erhöhung der Strömungsrate hin auftritt, und daß die jeweilige Strömungsabsenkrate so gewählt wird, daß sie einen solchen geeigneten Wert überschreitet, daß an der Oberseite des Bohrlochs ein Druckanstieg und ein nachfolgender Druckabfall auf die Absenkung der Strömungsrate hin hervorgerufen wird.

   63. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Unterseite des Bohrstrangs für jeden Strömungsanstieg eine Stoßwelle erzeugt wird, daß für jede Strömungsabsenkung eine Stoßwelle erzeugt wird und daß an der Erdoberfläche aufeinanderfolgende Stoßwellen ermittelt werden, die durch aufeinanderfolgende Strömungserhöhungen und Strömungsabsenkungen hervorgerufen werden.

   64. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsanstiegsrate und die Strömungsabsenk-

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   rate jeweils so gewählt sind, daß sie eine absolute Größe von 2 · 10 cm/sec überschreiten.

   65. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil sequentiell mit einer bestimmten Rate geöffnet und geschlossen wird, die so gewählt ist, daß sie einen bestimmten Wert überschreitet.

   66. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen und Schließen des Ventils mit solchen Geschwindigkeiten vorgenommen wird, daß der Betrieb mit Stoßwellen vom Betrieb mit langsamen Druckänderungen getrennt ist, und daß an der Erdoberfläche die durch die sequentiellen Ventilöffnungen und Schließungen erzeugten aufeinanderfolgenden Stoßwellen ermittelt werden.

   67. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs- und Schließungsrate K des Ventils jeweils so gewählt wird, daß sie einen Wert von 100 cm/sec überschreitet, wobei K ^ SoTa^' gilt, wobei So die Öffnungsfläche des Ventils im vollständig geöffneten Zustand in cm und Ta^^v' die Öffnungs- oder Schließungszeit des Ventils in Sekunden bedeuten.

   68. System nach einem der Ansprüche 58 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch steuerbare Ventil durch ein Ventil gegeben ist, welches lediglich zu öffnen und zu schließen ist, daß das betreffende Ventil durch eine erste Einrichtung während relativ langer Zeitspannen im offenen oder geschlossenen Zustand und durch auf einen Fühler ansprechende zweite Einrichtungen während relativ kurzer Zeitspannen geöffnet und während einer relativ kurzen Zeitspanne

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   schließbar ist, derart, daß kurze Druckimpulse mit einer für den Wert des betreffenden Parameters kennzeichnenden Folge erzeugbar sind.

   69. System nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer den Wert 100 cm /see überschreitenden Öffnungs- bzw. Schließungsrate K des Ventils die Beziehung K ^ SoTa^ gilt, wobei So die Öffnungsfläche des Ventils im vollständig geöffneten Zustand

   in cm und Ta^ die Öffnungs- oder Schließungszeit des Ventils in Sekunden bedeuten.

   70. System nach Anspruch 68 oder 69, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung so ausgelegt ist, daß sie die Stabilität des Ventils in einem geöffneten oder geschlossenen Zustand aufrechterhält.

   71. System nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine elektrische Stromerzeugungseinrichtung ist, die kurze Stromimpulse zum Öffnen und Schließen des Ventils erzeugt.

   72. System nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit des Ventils derart hinreichend kurz gewählt ist, daß an der Oberseite des Bohrlochs eine Abnahme und nachfolgend eine Zunahme des Drucks auf die Öffnung des Ventils hin auftritt, und daß die Schließungszeit des Ventils derart hinreichend kurz gewählt ist, daß an der Oberseite des Bohrlochs eine Druckzunahme und anschließend eine Druckabnahme auf die Ventilschließung hin auftritt.

   73. System nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs- und Schließungszeiten des Ventils so gewählt sind, daß jeweils eine hydraulische Stoßwelle auftritt.

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   74. System nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs- und Schließungsrate des Ventils so gewählt sind, daß innerhalb des Schlammzirkulationssystems eine solche Schlammströmungszunahmerate oder -abnahmerate auftritt, die den absoluten Wert von 2« 10 cm/sec überschreitet.

   75. System nach einem der Ansprüche 68 bis 74, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ kurze Zeitspanne Ta^^v' ^ 20 ms beträgt.

   76. System nach einem der Ansprüche 68 bis 74, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ kurze Zeitspanne Ta*^v' == 5 ms beträgt.

   77. System nach einem der Ansprüche 68 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ lange Zeitspanne Tb ^^v' -= 0,25 s beträgt.

   78. System nach einem der Ansprüche 68 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ lange Zeitspanne Tb ^^v' -*= 0,1 s beträgt.

   79. System nach einem der Ansprüche 68 bis 78, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Ventilbetätigungszeit T_t ^= 270 ms beträgt.

   80. System nach einem der Ansprüche 68 bis 78, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Ventilbetätigungszeit T-f. - 110 ms beträgt.

   81. System nach einem der Ansprüche 68 bis 80, dadurch gekennzeichnet, daß bei durch ein elektrisch betätigbares Ventil gebildetem Ventil die erste Einrichtung eine elektrische Einrichtung ist, die auf eine Auslenkung des Ventils vom geöffneten oder

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   geschlossenen Zustand einen elektrischen Strom erzeugt, der eine solche Kraft bildet, daß die betreffende Ventilauslenkung herabsetzbar ist.

   82. System nach einem der Ansprüche 68 bis 81, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusatzeinrichtung vorgesehen ist, die eine Kraft in der Schließrichtung des Ventils derart auszuüben gestattet, daß das Ventil unabhängig vom Ausfall der genannten zweiten Einrichtung in den geschlossenen Zustand bringbar ist.

   83. System nach einem der Ansprüche 68 bis 82, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Folge von elektrischen Signalen zu erzeugen gestatten, welche voneinander um eine Zeitspanne entfernt ist, die kennzeichnend ist für die Größe des Parameters, und daß das Ventil entsprechend diesen Signalen betätigbar ist.

   84. System nach einem der Ansprüche 68 bis 82, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ermittelung einer Vielzahl von Tieflochparametern nahe des Bodens des Bohrstrangs Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Folge von elektrischen Signalen erzeugen, welche voneinander um eine Folge von Zeitintervallen entfernt sind, wobei jedes Zeitintervall kennzeichnend ist für die Größe eines der Parameter, und daß das Ventil in Übereinstimmung mit den betreffenden Signalen betätigbar ist.

   85. Telemetriesystem für ein System nach einem der Ansprüche 68 bis 83, unter Verwendung einer Reihe von einzelnen Impulsen, die für die Übertragung von Daten von einer Sendestation zu einer Empfangsstation entsprechend codiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sendestation jeder einzelne Impuls in eine

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   Gruppe von ^-Komponenten-Impulsen umgesetzt wird, die in ungleichen zeitlichen Abständen auftreten, daß drei verschiedene zeitliche Abstände bei den Komponenten-Impulsen der jeweiligen Impulsgruppe vorhanden sind, daß die einzelnen Impulse zu einer Empfangsstation hin übertragbar sind, in der die zeitlichen Abstände der Komponenten-Impulse als Zahlen feststellbar sind, und daß die den ermittelten Impulsgruppen entsprechenden Zahlen mit den übertragenden Impulsgruppen entsprechenden Zahlen vergleichbar sind.,

   86. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

   a; daß ein Bohrfluid durch einen Bohrstrang mittels einer Pumpeneinrichtung gepumpt wird, die Druckschwankungen in dem Bohrfluid hervorruft,

   b) daß ein Tieflochparameter nahe der Unterseite des Bohrstrangs ermittelt und für die Größe des Parameters kennzeichnende Signale erzeugt werden,

   c) daß Druckänderungsimpulse in dem Bohrfluid entsprechend einem Programm erzeugt werden, das auf einer bestimmten Beziehung zu den Signalen basiert, wobei die Druckänderungsimpulse den DruckSchwankungen überlagert werden,

   d) daß an der Erdoberfläche erste elektrische Signale erzeugt werden, die kennzeichnend sind für die überlagerten DruckSchwankungen und Druckänderungsimpulse und die ein nutzinformationstragendes Signal sowie verschiedene Störsignale umfassen, welche eine starke Dauerkomponente des durch die Pumpeneinrichtungen hervorgerufenen Schlammdrucks, eine alternierende Komponente aufgrund der wiederholten Bewegung der Teile der Pumpeneinrichtungen und Zufallsrauschen umfassen,

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   e) daß das erste Signal dem Eingang eines frequenz selektive η Filters derart zugeführt "wird, daß aus dem ersten Signal die starke Dauerkomponente entfernt und am Filterausgang ein zweites Signal erzeugt werden, welches das nutzinformationstragende Signal, die alternierende Komponente unter Zufallsrauschen enthält,

   f) daß das zweite Signal einem Verzögerungselement derart zugeführt wird, daß am Ausgang des betreffenden Verzögerungselementes ein drittes Signal erzeugt wird, welches dem zweiten Signal entspricht, diesem gegenüber jedoch zeitlich um eine Periode der alternierenden Komponente verzögert ist,

   g) daß die zweiten und dritten Signale einer Subtrahiereinrichtung zugeführt werden, in der aus dem dritten Signal die alternierende Komponente entfernt wird und von der ausgangsseitig ein viertes Signal abgegeben wird, welches das informationstragende Signal und das Zufallsrauschen umfaßt,

   h) daß das vierte Signal einem Analog-Digital-Wandler zur Erzielung eines fünften Signals zugeführt wird, welches die digitale Form des vierten Signals darstellt,

   i) daß das fünfte Signal als Eingangssignal einem angepaßten Filter mit einer Speicherfunktion zugeführt wird, wobei eine Steuereinrichtung für die betreffende Speicherfunktion einer Rechneranordnung umfaßt, die so ausgelegt ist, daß sie Daten aus einem Speicher- und Abrufelement aufnimmt, j) daß in dem Speicher- und Abrufelement ein "störungsloses Signal" erzeugt und gespeichert wird, welches beim Betrieb der Pumpeneinrichtungen durch die Boiirvorgänge sowie durch weitere stillgesetzte Störquellen erhalten wird und welches kennzeichnend ist für einen Teil des durch einen einzigen Druckänderungsimpuls erzeugten informationstragenden Signals, und

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   k) daß am Ausgang des angepaßten Filters ein sechstes Signal abgenommen wird, welches hauptsächlich das informationstragende Signal darstellt, wobei das zufällige Rauschen weitgehend eliminiert ist. .

   87. Verfahren nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines angepaßten Filters ein Autokorrelator verwendet wird und daß das störungsfreie Signal in dem Autokorrelator erzeugt und gespeichert wird, von dessen Ausgang das sechste Signal abgegeben wird.

   88. Verfahren nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des angepaßten Filters ein Kreuzkorrelator verwendet wird, dem eingangsseitig das störungsfreie Signal zugeführt wird und von dessen Ausgangsseite das sechste Signal abgenommen wird.

   89. Verfahren nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinrichtung für die Speicherfunktion des angepaßten Filters neben einem Rechner für die Aufnahme von Daten von einem ersten Speicher- und Abrufelement ein zweites Speicher- und Abrufelement verwendet wird, daß das störungsfreie Signal mit Hilfe des ersten Speicher- und Abrufelementes erzeugt und gespeichert wird, daß mit Hilfe des zweiten Speicher- und Abrufelementes ein signalloses Rauschen erzeugt und gespeichert wird, welches dadurch erhalten wird, daß die Bohrvorgänge in normaler Weise weitergeführt werden, daß Druckänderungen im Bohrfluid während einer Zeitspanne aufgenommen werden, während der keine Information bezüglich des Trägersignals vorhanden ist, wobei die starke Dauerkomponente und die alternierende Komponente beseitigt sind, und daß zum Ausgang des betreffenden angepaßten Filters das sechste Signal abgenommen wird.

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   90. Verfahren nach Anspruch 89, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des angepaßten Filters ein impulsformungsfilter verwendet wird und daß vom Ausgang des betreffenden Impulsformungsfilters das sechste Sig-.nal abgenommen wird.

   91. Verfahren nach Anspruch 89, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des angepaßten Filters ein impulsformungsfilter verwendet wird, von dessen Ausgang das sechste Signal abgenommen wird.

   92. Verfahren nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines angepaßten Filters ein Impulsspitzenfilter verwendet wird, von dessen Ausgang das sechste Signal in Form einer Doppelimpulsspitze abgenommen wird, und daß die Doppelimpulsspitze in eine einzige Impulsspitze oder einen einzigen Impuls umgesetzt wird, der kennzeichnend ist für ein einzelnes Bit in einem digitalisierten Ausgangssignal.

   93. Verfahren nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Signal als Eingangssignal lediglich einem Impulsspitzenfilter zugeführt wird und daß vom Ausgang des betreffenden Impulspitzenfilters ein viertes Signal abgegeben wird, welches das informationstragende Signal in Form einer einzigen Impulsspitze oder eines einzigen Impulses enthält, die bzw. der kennzeichnend ist für ein einzelnes Bit in einem digitalisierten Ausgangssignal.

   94. Verfahren nach einem der Ansprüche 86 bis 93, unter Ausnutzung von Schlammdruckschwankungen, denen ein informationstragendes Signal und Störungen zugehörig sind, die das betreffende Signal stören, dadurch gekennzeichnet,

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   a) daß das informationstragende Signal in Form von Signalwellen dargestellt wird,

   b) daß ein erstes Signal erzeugt wird, welches kennzeichnend ist für Druckschwankungen sowohl von dem informationstragenden Signal als auch von dem Rauschen her,

   c) daß ein für eine einzige Signalwelle kennzeichnendes zweites Signal erzeugt wird, und

   d) daß eine Kreuzkorrelation des ersten Signals mit dem zweiten Signal derart vorgenommen wird, daß ein resultierendes Signal erhalten wird, welches das informationstragende Signal umfaßt und in welchem die Störung weitgehend eliminiert ist.

   95. System nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem oberen Ende des Bohrstrangs eine Schlammpumpe verbunden ist, die ein Bohrfluid durch den Bohrstrang regulieren läßt, daß nahe der Unterseite des Bohrstrangs eine Strömungsbegrenzungseinrichtung vorgesehen ist, die einen Druckabfall und damit eine Zone hohen Drucks und eine Zone niedrigen Drucks mit einem zwischen diesen Zonen vorhandenen Druckunterschied hervorzurufen gestattet, daß ein elektrisch betätigbares Ventil zwischen den betreffenden Zonen angeordnet ist, welches aufeinanderfolgend die Fluidströmung zwischen den betreffenden Zonen ermöglicht bzw. unterbricht,

   daß eine Kraftausübungseinrichtung vorgesehen ist, die das Ventil vom nahezu geöffneten Zustand in den vollständig geöffneten Zustand bzw. vom nahezu geschlossenen Zustand in den vollständig geschlossenen Zustand bringt, daß nahe der Unterseite des Bohrstrangs eine Fühlereinrichtung vorgesehen ist, die für die Größe eines Tieflochparameters kennzeichnende elektrische Signale zu erzeugen gestattet, mit deren

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   Hilfe das Ventil betätigbar ist, welches zum Öffnen und Schließen gesonderte Wicklungen aufweist, und daß Steuerimpulse zur Unterbrechung der Speisung der Ventilwicklungen vorgesehen sind.

   96. System nach Anspruch 95, dadurch gekennzeichnet, daß eine hydraulisch betätigte Einrichtung vorgesehen ist, die auf jede Inbetriebsetzung der Schlammpumpe hin derart bewegbar ist, daß sie eine momentane mechanische Kraft auf das Ventil im Sinne einer Ventilschließung auszuüben gestattet.

   97. System nach Anspruch 96, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch betätigte Einrichtung

   a) einen ersten Zylinder mit einem schwimmenden Kolben enthält, der auf seiner Außenseite dem Bohrschlammdruck ausgesetzt ist und der durch Federvorspannung in eine Ruhelage in dem Fall bringbar ist, daß er lediglich einem statischen Bohrschlammdruck ohne laufende Schlammpumpen ausgesetzt ist, wobei eine schnelle Bewegung nach innen entgegen der Federvorspannungskraft in eine zweite Stellung bei Auftreten einer Bohrschlammdruckerhöhung infolge laufender Schlaampumpen erfolgt, derart, daß der Kolben die zweite Stellung solange beibehält, bis die Schlammpumpen stillgesetzt sind, wobei zu den betreffenden Zeitpunkten der schwimmende Kolben durch die Federvorspannungskraft in die Ausgangsstellung zurückführbar ist,

   b) daß ein zweiter Zylinder mit einem zweiten Kolben vorgesehen ist, der auf seiner Außenseite der freien hydraulischen Fluidströmung von dem ersten Zylinder ausgesetzt ist und der durch eine normale Federvorspannung in eine Ruhestellung bringbar ist, aus der er in eine zweite Stellung in dem Fall nach innen führbar ist, daß eine schnelle nach

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   innen gerichtete Bewegung des schwimmenden Kolbens auftritt,

   c) daß erste Öffnungseinrichtungen in dem zweiten Kolben dessen Rückkehr unter der Federvorspannungskraft in die Ruhestellung in dem Fall ermöglichen, daß der schwimmende Kolben seine zweite Stellung erreicht, wobei zweite Öffnungseinrichtungen vorgesehen sind, die eine Verbindung von dem inneren Endteil des zweiten Zylinders zu einer hydraulischen Fluidwelle mit variablem Volumen herzustellen gestatten, die im Schlammdruck-Ringraum enthalten ist,

   d) und daß mechanische Einrichtungen vorgesehen sind, die mit dem zweiten Kolben verbunden sind und die eine kurzzeitige mechanische Kraft auf das betreffende Ventil derart ausüben, daß dieses in den geschlossenen Zustand in dem Fall gelangt, daß der zweite Kolben sich von der Ruhestellung in die zweite Stellung bewegt.

   98. System nach Anspruch 95, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Erzeugung eines ersten Impulses vorgesehen sind, der kennzeichnend ist für die Erregung einer das Ventil in den geöffneten Zustand bringenden Magnetrelaiswicklung, daß Einrichtungen zur Erzeugung eines zweiten Impulses vorgesehen ist, die auf die Erregung der das Ventil in den geschlossenen Zustand bringenden Magnetrelaiswicklungen anspricht, daß eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist, die den ersten Impuls derart verzögert, daß er zeitlich koinzident mit dem zweiten Impuls auftritt, daß eine Impulsabgabeeinrichtung vorgesehen ist, die den verzögerten ersten Impuls an die Eingänge einer Anti-Koinzidenz- oder OBER-Verknüpfungseinrichtung abgibt, und daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die auf ein

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   Ausgangssignal von dem betreffenden ODEPc-Verknüpfungsglied derart betreibbar ist, daß sie die Spannungsversorgung für die das Ventil in den geöffneten Zustand bringende Magnetrelaiswicklung zu unterbrechen gestattet, derart, daß das Ventil in dem Fall nicht in die geöffnete Stellung per Betätigung gelangt, daß ein elektrischer Fehler infolge fehlender koinzidenter Impulse am Eingang des betreffenden ODER-Gliedes vorhanden ist.

   99. System nach Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ferner derart betreibbar ist, daß sie die Spannungsversorgung für die das Ventil in den geschlossenen Zustand bringende Magnetrelaiswicklung zu unterbrechen gestattet.

   100. System nach Anspruch 98 oder 99, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Zählereinrichtung zwischen dem Ausgang des ODER-Verknüpfungsgliedes und der Schalteinrichtung derart eingefügt ist, daß die Schalteinrichtung lediglich in dem Fall betätigbar ist, daß eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden elektrischen Fehlern aufgetreten ist.

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