DE3402386A1 - INDUCTIVE ENERGY AND DATA TRANSFER - Google Patents
INDUCTIVE ENERGY AND DATA TRANSFERInfo
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Description
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Theodor-Stern-Kai 1 HH 83/24Theodor-Stern-Kai 1 HH 83/24
D-6000 Frankfurt 70D-6000 Frankfurt 70
"Induktive Daten- und Energieübertragung""Inductive data and energy transmission"
Die Erfindung betrifft einen Übertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a transmitter according to the preamble of the claim 1.
FUr die Überwachung räumlich langgestreckter Strukturen werden absenkbare Meßstationen eingesetzt. Als Beispiel sei ein Rohrstrang/Bohrloch erwähnt, der von einem Schiff zum Meeresboden und in den Untergrund führt. Die Gesamtanordnung kann zur Exploration und Förderung von Kohlenwasserstoffen dienen. Je nach verwendeter Sensoreinheit können Daten, wie Orientierung des Bohrloches und des Neigungsübergangs, Formationseigenschaften, Bohrparameter und Bohrlochzustand ermittelt werden, Diese Daten werden zur Operatorkonsole fernübertragen.For the monitoring of spatially elongated structures, lowerable ones are used Measuring stations used. An example is a pipe string / borehole mentioned, which leads from a ship to the seabed and underground. The overall arrangement can be used for exploration and mining Serve hydrocarbons. Depending on the sensor unit used, Data such as the orientation of the borehole and the transition to the slope, formation properties, Boring parameters and borehole condition are determined. These data are transmitted remotely to the operator console.
Der Terminus "Measurement While Drilling" (MWD) umfaßt nicht nur die Meßwerterfassung untertage samt deren Fernübertragung, sondern auch die Aufzeichnung dieser Daten übertage, die für die Optimierung des Bohrvorgangs notwendig sind.The term "Measurement While Drilling" (MWD) does not only include that Measured value acquisition underground including their remote transmission, but also the recording of this data above ground, which is necessary for the optimization of the drilling process are necessary.
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HH 83/24HH 83/24
Mit dem Ansteigen der Ölpreise in den 70er Jahren wurden von mehreren Firmen unterschiedliche Projekte unter dem Namen "Logging While Drilling" (LVD), "Downhole Logging While Drilling" (DLWD) oder auch 1TWD" begonnen. In den meisten Fällen waren diese nicht wie früher als KonkurrentWith the rise in oil prices in the 1970s, several companies started different projects under the names "Logging While Drilling" (LVD), "Downhole Logging While Drilling" (DLWD) or 1 TWD "In most cases these were not as before as a competitor zum konventionellen Schlumberger-Logging, sondern für Messungen von Bohrlochorientierungsdaten zur Durchführung von Richtbohrprojekten konzipiert. Von der Industrie wurde der Begriff "MWD" akzeptiert, mit dem Verständnis, daß jede Meßgröße von der Bohrlochsohle beinhaltet wird, die nach Übertage übertragen wird.for conventional Schlumberger logging, but for measurements of borehole orientation data for the implementation of directional drilling projects. The term "MWD" has been accepted by the industry with the understanding that any quantity of measurement from the bottom hole is included which is after Is transmitted above ground.
Die Gründe für die natürliche Drift des Bohrlochverlaufes von seinem geplanten Kurs sind in einem Wechsel der Gebirgscharakteristik bzw. dem Einfallen der geologischen Schichten und dem Schwerstangenverha1ten zu suchen. Die Kenntnis einer derartigen Bohrlochgestalt samt seiner KoorThe reasons for the natural drift of the borehole course from its planned course are a change in the mountain characteristics or the Collapse of the geological layers and the collars behavior Looking for. The knowledge of such a borehole shape including its coarse dinaten hängt von der Häufigkeit der Messungen und der Genauigkeit der verwendeten Meßsysteme ab. Art, Lokation und Ziel des Bohrprogramms bestimmen in der Regel die geplanten Servicekosten. Für dae Bohrprojekt sind unter Minimierung der BohrturmstilIstandzeiten und Meßkosten optimale Genauigkeitsstufen für die benötigten Informationen zu definie-data depends on the frequency of measurements and the accuracy of the used measuring systems. The type, location and goal of the drilling program usually determine the planned service costs. For the drilling project optimal levels of accuracy are to be defined for the required information, while minimizing the downtime of the derrick and measuring costs. ren, die zur sicheren Durchführung ohne eus ätzliche Risiken notwendig erscheinen. Dieser Aufwand ist dem zu erwartenden Nutzen, der aus der Anwendung genauerer Systeme entsteht, gegenüberzustellen und in den Entscheidungsprozeß für die Wahl eines MWD-Systems einzubeziehen. Die Genauigkeit dieser Systeme wird weniger durch Schwierigkeiten bei dernecessary for safe implementation without any additional risks appear. This effort is to be compared to the expected benefit, which arises from the application of more precise systems, and to be included in the decision-making process for the choice of an MWD system. The accuracy of these systems is made less by difficulties in the technischen Realisierung, als vielmehr durch den hohen finanziellen Aufwand begrenzt.technical realization, rather than limited by the high financial outlay.
Die eigentlichen Meßeinrichtungen befinden sich innerhalb einer nicht magnetisierbaren Schwerstange über dem Meißel bzw. dem Meißeldirektantrieb. Die Meßeinrichtungen und die Prozessoren (Mikrorechner) sind in einem Sensorpaket untergebracht, das entweder fest eingebaut ist, oder bei bestimmten Systemen im Bedarfsfalle mittels geeigneter Einrichtungen untertägig eingebaut werden kann.The actual measuring devices are not located within a magnetizable drill collar above the chisel or the chisel direct drive. The measuring devices and the processors (microcomputers) are in housed in a sensor package that is either permanently installed or, in the case of certain systems, by means of suitable devices if necessary can be installed underground.
-X- HH 83/24-X- HH 83/24
Das Sensorpaket besteht aus dem eigentlichen Meßteil, dem Sensor oder Meßwertaufnehmer, der Meßwertverarbeitung und dem Übertragungselement, welches die Größen codiert mittels Übertragungsmedium nach Übertage "telemetriert". Die modernen Sensoren für liichtbohrarbeiten messen die Neigung des Bohrlochs mittels drei normal zueinander ausgerichteten "Accelerometern", ältere mit Hilfe eines elektronisch oder auch mechanisch abgegriffenen Pendels. Die Richtung wird in der Regel mit Hilfe von drei Magnetometern gemessen. Die Orientierung des Neigungsüberganges eines Mud-Motors kann mittels magnetischer oder Gravitations-Methoden ermittelt werden.The sensor package consists of the actual measuring part, the sensor or Transducer, data processing and the transmission element, which encodes the sizes using the transmission medium above ground "telemetry". The modern sensors for light drilling work measure the Inclination of the borehole using three "accelerometers" aligned normal to one another, older ones using an electronic or mechanical one worn pendulum. The direction is usually with help measured by three magnetometers. The orientation of the slope transition of a mud motor can be done by means of magnetic or gravitational methods be determined.
Diese Sensorpakete sind aufgrund der Umweltanforderungen sehr teuer und deshalb so aufgebaut, daß sie im Bohrloch ein- bzw. ausgebaut werden können; dies erfordert Steckverbindungen.These sensor packages are very expensive and due to environmental requirements therefore constructed so that they can be installed or removed in the borehole; this requires plug connections.
Wenn für den Anschluß Steckverbindungen gewählt werden, wie in der Christensen-Druckschrift vom Mai 1982 beschrieben wird, so besteht die Gefahr, daß diese sehr leicht verschmutzen und dadurch vielschichtige Störungen der Datenübertragung verursachen und eine erhebliche Verringerung der Betriebssicherheit mit sich bringen. Die meisten metallischen Steckverbindungen korrodieren sehr schnell bei den gegebenen Umweltbedingungen .If plug connections are selected for the connection, as in the Christensen publication from May 1982 is described, there is a risk that these become soiled very easily and thus complex Cause disruptions in data transmission and result in a considerable reduction in operational reliability. Most metallic Plug connections corrode very quickly under the given environmental conditions.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Übertrager anzugeben, der wenig störanfällig ist und eine sichere Daten- und Energieübertragung gewährleistet.The object of the invention is therefore to provide a transformer that is less prone to failure and ensures secure data and energy transmission.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen im Kennzeichen des
Anspruchs 1 gegeben.
30A solution to this problem is given with the features in the characterizing part of claim 1.
30th
Durch die induktive Übertragung der Daten wird eine von dem Zustand der metallischen Kontaktflächen unabhängige Weitergabe erreicht. In dieser Beziehung kommt sie den häufig verwendeten Ringkernwandlern nahe mitDue to the inductive transmission of the data, one of the status of the metallic contact surfaces achieved independent transmission. In this respect it comes close to the commonly used toroidal core converters
-/Γ- HH 83/24- / Γ- HH 83/24
dem Vorteil, daß die Herstellung des Anschlusses wesentlich schneller und einfacher erfolgen kann.the advantage that the connection can be made much faster and can be done more easily.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn the drawing, an embodiment according to the invention is shown. It shows
FiR. 1 eine Schaltungsanordnung einer Energie- und Datenübertragung, Fig. 2 und 3 den prinzipiellen Aufbau eines Übertragers.FiR. 1 shows a circuit arrangement for energy and data transmission, 2 and 3 show the basic structure of a transformer.
Gemäß dem Strukturbild nach Fig. 1 wird die Versorgungsspannung von einem Turbinengenerator geliefert, die in weiten Grenzen mit entsprechenden proportionalen Frequenzänderungen schwankt. Diese Spannung wird über einen Transformator 1 zugeführt, an dessen Sekundärwicklung ein Gleichrichter 2 angeschlossen ist, der wiederum einen Wechselrichter 3 speist. Die vom Ausgang des Wechselrichters 3 gelieferte Spannung hat eine konstante Frequenz von etwa 10 kHz mit konstanter Amplitude.According to the structure diagram of FIG. 1, the supply voltage is from supplied to a turbine generator, which fluctuates within wide limits with corresponding proportional frequency changes. This tension will Supplied via a transformer 1, to the secondary winding of which a rectifier 2 is connected, which in turn has an inverter 3 feeds. The voltage supplied by the output of the inverter 3 has a constant frequency of approximately 10 kHz with a constant amplitude.
. Diese Wechselspannung wird mit Hilfe eines noch näher zu beschreibenden Übertragers 4 auf das weiterführende. Rohrstück übertragen. Ein Gleichrichter mit Stützkondensatoren speist ein getaktetes Netzgerät 5, dessen Ausgangsspannung + 15 V bei einem Nennstrom von 1 A beträgt.. This alternating voltage is transferred to the following with the help of a transformer 4 to be described in more detail below. Transfer pipe section. A A rectifier with backup capacitors feeds a clocked power supply unit 5, the output voltage of which is + 15 V at a rated current of 1 A.
Die Datenübertragung erfolgt mittels Trägerfrequenzmodulation, wobei jede Richtung eine eigene Frequenz erhält, die im Abstand so gewählt ist, daß keine nennenswerte Kopplung auftritt. Auch der Abstand zur Frequenz des Energiestromes wird ausreichend groß gewählt. Die Impulstelegramme werden jeweils in einer Umformstufe 6,7 in Wechselspannungen umgeformt, auf den Übertrager 4 gegeben und auf der Sekundärseite in den Stufen 8,9 wieder in Telegramme umgeformt.The data transmission takes place by means of carrier frequency modulation, whereby each direction is given its own frequency, the spacing chosen so that no coupling worth mentioning occurs. Also the distance to The frequency of the energy flow is chosen to be sufficiently large. The pulse telegrams are each converted into alternating voltages in a conversion stage 6.7, sent to the transformer 4 and converted back into telegrams on the secondary side in stages 8.9.
Der Übertrager besteht gemäß Fig. 2 aus einem Steckerstift und gemäß Fig. 3 aus einer Steckbuchse. Bei einer Frequenz von 10 kHz ist der Kern aus Dynamoblech zu schichten, um die Wirbelstromverluste klein zu halten. Daher sind nach Fig. 2 auf einen Gewindestift 10 drei voneinander getrennte Kernabschnitte gebildet, von denen der Abschnitt 11 einenThe transformer consists of a pin according to FIG. 2 and according to FIG Fig. 3 from a socket. At a frequency of 10 kHz, the core made of dynamo sheet is to be layered in order to minimize eddy current losses keep. Therefore, according to FIG. 2, three separate core sections are formed on a threaded pin 10, of which section 11 is one
-JS- HH 83/24 -JS- HH 83/24
Spulenkörper 12 zur Energieübertragung, der Abschnitt 13 mit einem Spulenkörper 14 zur Datenübertragung in der einen Richtung und der Abschnitt 15 mit einer Spule 16 zur Datenübertragung in der anderen Richtung dienen. Die Kernabschnitte mit den Spulen sind zur magnetischen Entkopplung durch Isolierscheiben 17 voneinander getrennt. Ferner sind Führungsscheiben 18 zur sicheren Führung des Stiftes in der Steckerbuchee verteilt vorgesehen, die mit einem Gewinde versehen sind und die Kernbleche zusammenpressen. Die Anschlußdrähte für die Spulen sind in einer Nut im Gewindestift 10 verlegt.Coil body 12 for energy transmission, the section 13 with a Bobbin 14 for data transmission in one direction and the section 15 with a coil 16 for data transmission in the other direction to serve. The core sections with the coils are for magnetic decoupling separated from one another by insulating washers 17. In addition, guide washers 18 are used to safely guide the pin in the connector socket provided distributed, which are provided with a thread and press the core sheets together. The connecting wires for the coils are in a groove in the threaded pin 10.
"Γ"Γ
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK GMBH, 7900 ULM, DE |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |