DE69313218T2

DE69313218T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen das Festfressen einer Kodiereinrichtung in einem Werkzeug zum Bohrlochmessen während des Bohrens

Info

Publication number: DE69313218T2
Application number: DE69313218T
Authority: DE
Inventors: Phillip K Jones; David Malone
Original assignee: Anadrill International SA
Current assignee: Anadrill International SA
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: CA2098675C; NO932266D0; EP0587203A1; DE69313218D1; NO932266L; US5249161A; EP0587203B1; CA2098675A1; NO305329B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme und insbesondere auf Systeme und Verfahren für das Erzeugen und Übertragen von Datensignalen nach über Tage in einem System der Logmessung während des Abteufens.

2. Stand der Technik

Logmessung während das Abteufens oder Messungen während des Abteufens (beide nachstehend als LWD bezeichnet) umfaßt Übertragung nach über Tage von untertägigen Messungen, die während des Abteufens vorgenommen wurden. die Messungen erfolgen generell durch Instrumente, die innerhalb eines Bohrkragens oberhalb des Bohrbits montiert sind. Indikationen der Messungen müssen dann nach über Tage zur Erdoberfläche übertragen werden. Verschiedene Schemata sind für das Erzielen der Übertragung von Meßinformation nach über Tage vorgeschlagen worden. Beispielsweise überträgt eine vorgeschlagene Technik Logmessungen mittels isolierter elektrischer Leiter, die sich durch den Bohrstrang erstrecken. Dieses Schema erfordert jedoch die Anpassung der Bohrstrangrohre einschließlich teurer Vorsorge für elektrische Verbindungen an den Bohrrohrkupplungen. Ein anderes vorgeschlagenes Schema verwendet eine akustische Welle, die unter Tage erzeugt wird und sich nach oben durch den metallischen Bohrstrang ausbreitet; die hohen Pegel des störenden Rauschens in einem Bohrstrang sind jedoch ein Problem bei dieser Technik.
Das üblichste Schema für die Übertragung von Meßinformation verwendet das Bohrfluid innerhalb des Bohrlochs als ein Übertragungsmedium für akustische Wellen, die moduliert werden, um die Meßinformation zu repräsentieren. Typischerweise wird Bohrfluid oder "Spülung" nach unter Tage durch den Bohrstrang und das Bohrbit zirkuliert und nach über Tage durch den Ringraum, der von dem den Bohrstrang umgebenden Abschnitt des Bohrlochs begrenzt wird. Das Bohrfluid nimmt nicht nur Bohrklein mit und hält einen gewünschten hydrostatischen Druck in dem Bohrloch, sondern kühlt auch das Bohrbit. In einem Typ der oben angegebenen Technik unterbricht ein untertägiger akustischer Sender, bekannt als ein rotierendes Ventil oder eine "Spülungssirene" wiederholt die Strömung des Bohrfluids und dies führt zu sich ändernden Druckwellen, die in dem Bohrfluid zu erzeugen sind, mit einer Frequenz, die proportional der Rate der Unterbrechung ist. Logdaten werden durch Modulieren des akustischen Trägers als eine Funktion der untertägigen Meßdaten übertragen.
U.S.-Patent Nr. 4,103,281 offenbart ein System für die Ausführung einer solchen Technik, welches System einen motorgetriebenen akustischen Generator mit einer Rotor-Stator-Kombination umfaßt, ausgebildet für selektives Unterbrechen der Bohrspülung. Der Generator wird mit Drehzahlen angetrieben, um dem Bohrfluid ein akustisches Signal mit modulierten Phasenzuständen aufzuerlegen, die repräsentativ für Daten sind, die von gemessenen untertägigen Bedingungen abgeleitet sind. Motorsteuerschaltkreise sind vorgesehen, um den Motor mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl anzutreiben, um eine Trägerfrequenz zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, wie auch Referenzphase in dem akustischen Signal, und für das zeitweilige Ändern der Drehzahl des Motors zum Bewirken einer vorbestimmten Größe der Phasenänderung in der Trägerfrequenz entsprechend den untertägig abgeleiteten Daten. Die Frequenz- und Phasenaufrechterhaltungsschaltkreise umfassen vorzugsweise phasenverriegelte Schleifenschaltkreise, und, bei Auftreten von Daten, wird die Motordrehzahlsteuerung von den Frequenz- und Phasenaufrechterhaltungsschaltkreisen entfernt, während dann die Steuerung den Drehzahländerungsschaltkreisen gegeben wird.
Ein Problem, welchem ein akustischer Generator eines LWD-Werkzeugs unterliegt, besteht darin, daß sein Rotor verklemmen kann.
U.S.-Patent Nr. 3,764,968 offenbart einen Bohrlochdatenübertragungsapparat, gekennzeichnet durch einen Rotor, der gleitbeweglich federmontiert auf der Welle eines Elektromotors ist, um eine Zunahme des Differenzfluiddrucks zu erzielen, herrührend von einem Verklemmen, und dadurch die Verklemmung zu lösen. Steuermittel sind auch vorgesehen, um eine Verklemmung durch alternierendes Reversieren des Motors zu lösen immer dann, wenn die Drehzahl des Motors signifikant abnimmt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Gegenstand der Erfindung, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für die Erkennung vorzusehen, ob der Rotor eines Signalgenerators in einem LWD-Werkzeug verklemmt ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen um festzustellen, ob ein Codierer eines Bohrlochgeräts verklemmt ist, welches Bohrlochgerät einen Motor mit einer Antriebswelle aufweist, der mit dem Codierer gekoppelt ist und diesen antreibt, mit einem Positionssensor, der mit dem Motor für die Erfassung der Position des Motors gekoppelt ist, und mit einem Mikroprozessormittel, das mit dem Positionssensor und mit dem Motor in einer Rückkopplungsschleife gekoppelt ist, wobei das Mikroprozessormittel die Bewegung des Motors basierend auf der Position des Motors und einer Soll-Position des Motors steuert, welches Verfahren umfaßt:
a) zu einer ersten Mehrzahl von Zeitpunkten, Bestimmen der Positionen des Motors mit dem Positionssensor;
b) Bestimmen von Positionsfehlern des Motors aus den Positionen des Motors und Soll-Positionen des Motors, wie durch das Mikroprozessormittel bestimmt; und
c) Bestimmen mittels des Mikroprozessormittels, ob der Codierer verklemmt ist, basierend darauf, ob der Positionsfehler einen ersten Schwellenwert ibersteigt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verwendung in einem von Bohrlochfluid durchspülten Bohrloch geschaffen, welche Vorrichtung umfaßt:
einen bürstenlosen Gleichspannungsmotor mit einer umlaufenden Antriebswelle;
ein Codiermittel einschließlich eines Stators und eines Rotors, der mit der umlaufenden Antriebswelle gekoppelt ist, welcher Rotor relativ zu dem Stator rotiert, wodurch ein Signal in dem Bohrlochfluid erzeugt wird;
Motortreiberschaltkreise, die mit dem bürstenlosen Gleichspannungsmotor gekoppelt sind und diesen antreiben; und
Mikroprozessormittel, die mit den Motortreiberschaltkreisen gekoppelt sind, welche Mikroprozessormittel ausgebildet sind, um die Motortreiberschaltkreise zu veranlassen, Treibersignale an den bürstenlosen Gleichspannungsmotor zu liefern;
welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Positionssensor mit der umlaufenden Antriebswelle des bürstenlosen Gleichspannungsmotors gekoppelt ist, welcher Positionssensor Anzeigen bezüglich der Drehposition des bürstenlosen Gleichspannungsmotors liefert;
daß die Mikroprozessormittel mit dem Positionssensor derart gekoppelt sind, daß die dem bürstenlosen Gleichspannungsmotor gelieferten Signale auf Ist-Drehpositionen des bürstenlosen Gleichspannungsmotors, wie von den Anzeigen des Positionssensors geliefert, und auf Soll-Drehpositionen basieren, wie durch die Mikroprozessormittel bestimmt; und
daß die Mikroprozessormittel Anti-Verklemmungsmittel umfassen, welche Anti-Verklemmungsmittel Mittel für das Bestimmen von Positionsfehlern des bürstenlosen Gleichspannungsmotors, basierend auf den von dem Positionssensor gelieferten Anzeigen, umfassen, sowie Mittel für das Bestimmen, ob das Codiermittel verklemmt ist, basierend darauf, ob zu einer bestimmten Zeit ein bestimmter Positionsfehler einen ersten Schwellenwert übersteigt.
Die Erkennung des Verklemmens ist durchführbar infolge des Positionssensors. Demgemäß verwendet der Verklemmungserkennalgorithmus den Positionsfehler des Motors in Verbindung mit der Motorgeschwindigkeit, um zu bestimmen, ob eine Verklemmung vorliegt oder nicht. Wenn die Rotorgeschwindigkeit unter einer vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle liegt und der Positionsfehler einen vorbestimmten Maxiwert erreicht hat, wird eine Verklemmung erkannt. Wo jedoch der Positionsfehler den vorbestimmten Maximalwert erreicht hat, jedoch die Geschwindigkeitsschwelle nicht erfüllt ist, wird anstatt einer Verklemmung ein Niederleistungszustand deklariert, in welchem nicht genug Leistung verfügbar, um den Motor mit der befohlenen Drehzahl laufenzulassen. In diesem Zustand wird vorzugsweise die Trägerfrequenz des Systems herabgesetzt.
Zusätzliche Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute aus der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den vorgesehenen Figuren deutlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines LWD-Werkzeugs unter seinen typischen Abteufbedingungen.
Figur 2 ist ein schematisches Diagramm des LWD-Werkzeugs gemäß der Erfindung, welches zeigt, wie die Figuren 2a-2d zueinander in Beziehung stehen, und in der auch andere Komponenten des LWD-Werkzeugs dargestellt sind.
Figuren 2a und 2b sowie 2c und 2d sind teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellungen bzw. Querschnittswiedergaben durch Abschnitte des bevorzugten LWD-Werkzeugs der Erfindung.
Figuren 3a bzw. 3b sind isometrische bzw. Frontansichten des bevorzugten Stators der Fig. 2d.
Figuren 4a, 4b bzw. 4c sind eine isometrische bzw. Front- bzw. Seitenansicht des bevorzugten Rotors der Fig. 2d.
Figur 5 ist eine Querschnittsansicht des magnetischen Positionierers der Fig. 2c.
Figur 6a ist ein Blockdiagramm der Motorantriebsvorrichtung und der Motorsteuerfunktion gemäß der Erfindung.
Figur 6b ist ein Programmflußdiagramm der Motorsteuerungssoftware für den Mikroprozessor der Fig. 2 und 6a.
Figuren 7a - 7c sind Graphiken, welche die Rotorgeschwindigkeit über der Zeit für ein Vollgeschwindigkeitsdrehzahlprofil, ein Nullgeschwindigkeitsreferenzdrehzahl profil bzw. ein Phasenverschiebungsdrehzahlprofil wiedergeben.
Figur 7d ist eine Graphik, welche die Rotordrehzahl über der Rotorposition relativ zu einem magnetischen Positionierer für ein Phasenverschiebungsdrehzahlprofil, unterstützt durch den magnetischen Positionierer, darstellt.
Figur 7e ist eine Graphik zur Darstellung eines typischen Drucksignals über der Zeit bei einem PSK-Signal gemäß der Erfindung.
Figur 7f ist eine Graphik zur Darstellung eines typischen Drucksignals über der Zeit bei einem FSK-Signal gemäß der Erfindung.
Figur 8 ist ein Flußdiagramm des bevorzugten Verfahrens der Erfindung für das Betreiben des bevorzugten Werkzeugs gemäß der Erfindung bei einer gewünschten Trägerfrequenz.
Figuren 9a bzw. 9b sind Hochpegel- bzw. Tiefpegelsoftwareflußdiagramme der Anti-Verklemmsoftware für den Mikroprozessor der Fig. 2 und 6a.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 1 ist schematisch die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung in einer typischen Abteufanordnung illustriert. Bohrspülung 10 wird aus einem Bohrspülungssumpf 11 von einer oder mehreren Spülungspumpen 12 abgepumpt, die typischerweise vom Typ des hin- und hergehenden Kolbens sind. Die Bohrspülung 10 wird durch die Bohrspülleitung 13 nach unten durch den Bohrstrang 14 durch das Bohrbit 15 und zurück zur Oberfläche der Formation über den Ringraum 16 zwischen dem Bohrschaft und der Wandung des Bohrlochs 29 gefördert. Bei Erreichen der Erdoberfläche 31 wird die Spülung über Leitung 17 zurück in den Spülungssumpf 11 entladen, wo Bohrklein von Gestein oder andere Bohrlochabfälle sich absetzen dürfen, bevor die Spülung rezirkuliert wird.
Eine untertägige Druckimpulssignalisiereinrichtung 18 ist in dem Bohrstrang für die Übertragung von Datensignalen eingefügt, abgeleitet während des Abteufens mittels des Meßinstrumentenpakets 19. Eine bevorzugte Ausbildung von Rotor und Stator für die Signalisiereinrichtung, welche sinusförmige Signale erzeugt, wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3a, 3b und 4a-4c diskutiert, obwohl eine ähnliche Einrichtung, offenbart in U.S.-Patent #4,847,815, übertragen auf die Patentinhaberin, ebenfalls verwendet werden kann. Datensignale werden in gewünschter Form codiert (ebenfalls wie nachstehend erörtert) mittels entsprechender elektronischer Mittel in dem untertägigen Werkzeug. Pfeile 21, 22 und 23 illustrieren den Pfad, dem die Druckimpulse folgen, die von der untertägigen Signalisiereinrichtung 18 unter typischen Bohrlochbedingungen erzeugt werden. Auch die Pumpe 12 erzeugt Druckimpulse in der Spülungsleitung 13 und diese werden durch Pfeile 24, 25, 26 und 26a angedeutet, die auch die Strömung der Spülung durch den Ringraum 16 illustrieren.
Damit die untertägigen Druckimpulssignale an der Erdoberfläche wiedergewonnen werden können, ist irgendein Mittel vorzugsweise vorgesehen, um den Anteil des Spülungsdrucksignals, hervorgerufen durch die Spülungspumpen, zu entfernen oder im wesentlichen zu eliminieren. Das Untersystem 30 einschl ießl ich Druckwandler 32, Spülungspumpenkolbenpositionssensoren 34 und Computer oder Prozessor 36 umfaßt ein mögliches solches Mittel und ist im einzelnen in der parallelen anhängigen Anmeldung Serien-Nr. 07/770,198, auf die hierdurch Bezug genommen wird, offenbart.
Einige der wichtigeren Details des LWD-Werkzeugs 50 sind in Fig. 2 und 2a-2d gezeigt. In Fig. 2a-2d ist das Werkzeug 50 innen dargestellt und von einem Bohrkragen 52 abgestützt Danach ist, wie in Fig. 2a zu sehen, das Werkzeug 50 mit einer Schulter 54 versehen, die das Werkzeug in dem Bohrkragen 52 abstützt Ebenfalls in Fig. 2a sind ein lokaler Werkzeugbuserstrecker 56 dargestellt, der als Leistungs- und Datenverbindung zu anderen Sensoren dient.
Wie in Fig. 2b zu sehen, ist eine Turbine 58 vorgesehen. Die Turbine umfaßt einen Turbinenrotor 60, einen Turbinenstator 62 und eine Turbinenwelle 64. Die Turbine 58 wird von der Spülung angetrieben, die durch das Bohrloch und das LWD-Werkzeug zirkuliert. Wenn die Spülung auf die Turbine 58 aufschlägt, rotiert die Turbinenwelle 64. Die Turbinenwelle 64 ist mit einem Alternator 70 gekoppelt, der die rotierende Welle verwendet, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das für den Antrieb (Leistungsversorgung) des bürstenlosen Gleichspannungsservomotors 100 (siehe Fig. 2c) gleichgerichtet wird und dem Motor 100 den Betrieb ermöglicht.
Indem nun auf Fig. 2 eingegangen wird, wie dort schematisch dargestellt, sind zwischen dem Alternator 70 (aus Fig. 2b) und dem Motor 100 (aus Fig. 2c) ein Druckschott 84, Sensoren 19 (Inklinometer, etc.), ein Elektronikpaket 90 einschließlich eines Mikroprozessors 91 (dessen Einzelheiten später unter Bezugnahme auf Fig. 6a, 6b, 8 und 9a und 9b diskutiert werden) und einen Druckkompensator 92 angeordnet. Das Druckschott 84 und der Kompensator 92 halten das Elektronikpaket 90 und die Sensoren 86 bei oder nahe Atmosphärendruck, so daß sie richtig arbeiten können.
Der bürstenlose Gleichspannungsservomotor 100, der den Rotor 160 (siehe Fig. 2d) des LWD-Werkzeugs 50 antreibt, ist in Fig. 2c dargestellt. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Motor ein solcher, der von MOOG in East Aurora, NY, unter der Typenbezeichnung #303F052 erhältlich ist, und umfaßt einen Motorwelle/Rotor 102, Magnete 106 und einen Motorstator 108. Einzelheiten ähnlicher Typen von Motoren erhält man aus Kenjo, T., und Nagamori, S., Permanent-Magnet and Brushless DC Motors (Monographs in Electrical and Electronic Engineering 18); Oxford Science Publications: Clarendon Press (Oxford 1985, Seiten 194), was in seiner Gesamtheit hier durch Bezugnahme mit aufgenommen wird. Am Schwanzende 112 der Welle 102 des Motors befindet sich ein Positionssensor 110, verkauft unter Bestell-Nr. JSSBH-15-C-1/P137 von Clifton Precision subsidiary von Litton Systems, Inc., Clifton Heights, PA. Details ähnlicher Typen von Positionssensoren erhält man aus Engineering Staff of Clifton Precision, "Synchro and Resolver Engineering Handbook", Litton, Clifton Precision (1989), was ebenfalls hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die Funktion des Positionssensors 110 besteht darin, genau zu bestimmen, wie weit die Welle 102 rotiert ist. Vorzugsweise löst der Positionssensor 110 eine einzige Umdrehung der Welle in viertausendsechsundneunzig Zählstände (zwölf Bits) auf.
Das antreibende Ende 114 der Welle 102 ist mit einem Getriebezug 120 gekuppelt, der die Drehung um einen Faktor von acht untersetzt. Die ersten Zahnräder 122a und 122b des Getriebezuges bewirken eine 2:1-Untersetzung der Drehzahl. Auf der Welle 124, die mit Zahnrad 122b gekoppelt ist, befindet sich ein magnetischer Positionierer 130, der weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 5 erörtert wird. Die Funktion des magnetischen Positionierers 130 besteht darin, den Modulator 18 (dargestellt in Fig. 2d) daran zu hindern, in einer Schließposition sich festzusetzen und dadurch Spülung am Zirkulieren nach oben durch das LWD- Werkzeug und an dem Turbinenantrieb 58 zu hindern. Gemäß einem Aspekt der Erfindung jedoch (diskutiert unter Bezugnahme auf Fig. 7f) wird die Anordnung des magnetischen Positionierers 130 auch als eine Hilfe benutzt, um den Motor eine Modulation in einem erzeugten Signal bewirken zu lassen.
Wie in Fig. 2c zu sehen, umfaßt der Getriebezug 120 auch Zahnräder 132a und 132b, welche eine weitere 4:1-Untersetzung der Drehzahl der Welle bewirken. Demgemäß rotiert der Rotor 160 in Fig. 2d einmal bei jeweils acht Umdrehungen des Motors 100. Da der Rotor 160 (wie in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf Fig. 3a, 3b und 4a-4c) vier Flügel hat, erzeugt eine vollständige Umdrehung des Rotors 160 relativ zu dem Stator 150 der Fig. 2d ein Signal, das sich vier Sinuskurven annähert. Mit der Acht-zu-Eins-Untersetzung sind zwei Umläufe des Motors 100 nötig, um eine einzelne Sinuskurve von dem Modulator 18 zu erzeugen, der den Rotor 160 und Stator 150 gemeinsam umfaßt.
Figuren 3a bzw. 3b sind eine isometrische bzw. eine Frontansicht des bevorzugten Stators 150 der Erfindung. Der Stator 150 und der Rotor 160 (gezeigt in Fig. 4a, 4b und 4c) stimmen generell überein mit der Lehre des U.S.-Patents #4,847,815 und erzeugen Sinuswellen. Im einzelnen ist der Stator 150 mit vier Flügeln 171a, 171b, 171c und 171d dargestellt. Jeder Flügel hat eine erste Seite 152, eine zweite Seite 154 und eine Außenkante 156. Wie in Fig. 3b erkennbar, erstreckt sich die erste Seite 152 radial vom Ursprung 0 des Stators. Anstatt jedoch die zweite Seite 154 des Flügels parallel zur ersten Seite 152 auszugestalten (wie in der bevorzugten Ausführungsform des U.S.-Patents #4,847,815 gelehrt), stehen sie, wie in Fig. 3b gezeigt, unter einem Winkel von etwa dreizehn Grad relativ zueinander. Wie ebenfalls in Fig. 3b gezeigt, jedoch besser in Fig. 3a erkennbar, sind die Flügel 171 des Stators unter einem Winkel, wie bei 158 erkennbar, hinterschnitten.
Indem nun auf Figuren 4a, 4b bzw. 4c eingegangen wird, sind dort eine isometrische bzw. Frontansicht bzw. Seitenansicht des bevorzugten Rotors 160 erkennbar. Der Rotor 160, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 2a-2d diskutiert, ist mit einer Antriebswelle gekoppelt, die den Rotor 160 relativ zu dem Stator 150 dreht und dadurch ein Signal erzeugt. Wie bei dem Stator 150, hat der Rotor 160 vier Flügel 172a, 172b, 172c und 172d. Jeder Flügel hat eine erste Seite 162, eine zweite Seite 164 und eine Außenkante 166. Wie in Fig. 4b erkennbar, erstreckt sich die erste Seite 162 radial vom Ursprung A des Rotors. Die zweite Seite 166 des Flügels steht unter einem Winkel von etwa dreizehn Grad relativ zur ersten Seite 164. Mit der vorgesehenen Geometrie des Stators in Verbindung mit der ähnlichen Geometrie des Rotors 160 ändert sich, wenn der Rotor bei stabiler Drehzahl ist, die öffnung zwischen dem Rotor und dem Stator über der Zeit im wesentlichen mit dem Inversen der Quadratwurzel einer linearen Funktion einer Sinuswelle (wie im einzelnen in U.S.-Patent #4,847,815 diskutiert). Das resultierende Signal ist deshalb generell von sinusförmiger Natur.
Figur 5 ist eine Querschnittsansicht des magnetischen Positionierers 130 der Fig. 2c. Der magnetische Positionierer besteht einfach aus vier Sätzen von Magneten 130aS, 130aN, 130bS und 130bn. Zwei der vier Sätze von Magneten 130aS und 130aN sind mit der Antriebswelle 124 gekoppelt und laufen mit dieser um. Die inneren Magnete 130aS sind wie dargestellt Magnete mit "Südpolarität" und erstrecken sich einhundertachtzig Grad um die Antriebswelle 124, während die Magnete 130aN Magnete mit "Nordpolarität" sind, die sich über die anderen einhundertachtzig Grad rings um die Antriebswelle 124 erstrecken. Axial versetzt von und die Magnete 130aS und 130aN umschließend und an dem Gehäuse 130c des magnetischen Positionierers befestigt, sind äußere Magnete 130bS und 130bN. Die äußeren Magnete 130bS (Magnete mit Südpolarität) erstrecken sich einhundertachtzig Grad um Magnete 130aS und 130aN und äußere Magnete 130bN (Nordpolarität) erstrecken sich über die anderen einhundertachtzig Grad rings um die inneren Magnete.
Wenn der magnetische Positionierer 130 vorgesehen ist, wird der Rotor 160 daran gehindert, in einer Schließposition relativ zum Stator 150 sich festzusetzen, wodurch verhindert würde, daß Spülung nach unten durch das LWD-Werkzeug strömen könnte und die Turbine 158 antriebe. Im einzelnen werden beim Verklemmen (wie nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 9 diskutiert) oder bei ausgeschalteter Leistung die Magnete des magnetischen Positionierers 130 versuchen, sich, wie in Fig. 5 dargestellt, auszufluchten, wobei die inneren Magnete mit Südpolarität 130aS sich gegenüber den äußeren Magneten 130bN mit Nordpolarität ausrichten und die inneren Magnete 130aN mit Nordpolarität sich gegenüber den äußeren Magneten 130bS mit Südpolarität stellen. Die Ausfluchtung der Magnete bewirkt, daß die Antriebswelle 124 sich aus irgendeiner vorhergehenden Position in die Position der Fig. 5 dreht. Die Drehung der Antriebswelle ihrerseits bringt den Rotor 160 zur Drehung. Durch Plazieren des Rotors 160 auf seiner Antriebswelle in einer offenen Orientierung relativ zu dem Stator 150, wenn die Magnete, wie in Fig. 5 gezeigt, ausgefluchtet sind, wird immer dann, wenn die Magnete in die Position der Fig. 5 zurückkehren, der Rotor 160 offen relativ zu dem Stator 150 stehen. Es ist festzuhalten, daß wegen der 4:1-Untersetzung der Zahnräder eine Einhundertachtzig-Grad-Drehung der Antriebswelle 124 des magnetischen Positionierers nur eine Fünfundvierzig-Grad-Drehung der Antriebswelle des Rotors 160 hervorrufen wird. Da jedoch der Rotor 160 vier Flügel hat, bringt eine Fünfundvierzig-Grad-Drehung einen Rotor in einem vollständig geschlossenen Zustand zur Drehung in einen vollständig offenen Zustand.
Wie vorstehend erwähnt, erzeugt die Drehung des Rotors 160 des Modulators 18 ein sinusförmiges Signal. Um ein Signal zu erzeugen, das verwendet werden kann, um untertägige Daten zur übertägigen Anordnung für Erfassung, Verarbeitung und Decodierung zu übertragen, wird die Drehung des Rotors 160 durch den Motor 100 gesteuert, was seinerseits durch den Mikroprozessor 91 gesteuert wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Mikroprozessor 91 programmiert, um dem Modulator zu ermöglichen, irgendeine Trägerfrequenz bis zu 24 Hz zu erzeugen, wobei entweder Phasenverschiebungscodierung (PSK), Ein/Aus-Codierung, Frequenzverschiebungscodierung (FSK) oder andere Codierverfahren angewandt werden. Gemäß der Erfindung sind die beiden bevorzugten Codiertechniken PSK bzw. FSK. Bei der Phasenverschiebungscodierung (ob differential (D)PSK, bipolar (B)PSK, quaternär (Q)PSK oder andere wie OPSK) und wie im einzelnen weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 7a-7d beschrieben, wird die Phase des Signals an vorbestimmten Zeitpunkten bestimmt. Abhängig von der erfaßten Phase wird ein Wert zugeordnet. Bei der DPSK- und BPSK-Codierung werden Datenbits der Werte 0 oder 1 regulär übertragen, während bei QPSK und OPSK mehr als zwei Werte zulässig sind (wodurch zwei oder mehr Datenbits pro Signaiperiode erzeugt werden). Gleichermaßen werden bei verschiedenen Arten der Frequenzverschiebungscodierung Werte von 0, 1, ... zugeordnet, wenn die Frequenz des Signals an vorbestimmten Zeitpunkten bestimmt wird, und basierend auf der erfaßten Frequenz und der Anzahl von zulässigen Frequenzen wird der Wert zugeordnet. Wenn demgemäß acht unterschiedliche Betriebsfrequenzen zugelassen werden, können drei Informationsbits während jeder Signalperiode übertragen werden, indem sichergestellt wird, daß die gewünschte Betriebsfrequenz zu der angemessenen Zeit übertragen wird. Unabhängig vom Typ der verwendeten Codierung wird die Frequenz oder werden die Frequenzen, bei welchen Signale ausgesandt werden, bestimmt entsprechend der Erfindung, wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben.
Um die Phase und/oder Frequenz des Signals zu ändern, wird die Drehung des Rotors 160 durch den Motor 100 gesteuert. Seinerseits wird die Rate, mit der der Motor umläuft, durch eine Antriebssteuereinheit 191 gesteuert (erkennbar in Fig. 6a) unter Befehlsgabe des Mikroprozessors 91. Eine Übersicht dieses Systems ist in Fig. 6a gezeigt. Wie in Blockdiagrammform in Fig. 6a gezeigt und vorher unter Bezugnahme auf Fig. 2c erörtert, ist mit dem Motor 100 (und typischerweise auf der Motorwelle 102) der Positionssensor oder Resolver 110 gekoppelt. Die Welle 102 wird untersetzt um 2:1 Getriebe 120, mit welchem der magnetische Positionierer 130 gekoppelt ist. Ein anderer Getriebezug 132 wird verwendet, um eine zusätzliche 4:1-Untersetzung der Drehung zu bewirken, und der vierflügelige Modulator 18 ist damit gekuppelt. Wie in Fig. 6a zu erkennen, wird der Ausgang des Positionssensors 110 dem Mikroprozessor 191 zugeführt. Der Mikroprozessor seinerseits liefert ein Taktverhältnissignal an die Motorsteuereinheit 191, welche wirksam einen Gleichspannungsleistungsbus 192 in der Pulsbreite moduliert zu dem Motor 100 führt, wodurch die Drehzahl des Motors gesteuert wird. Demgemäß wird eine Rückkopplungsanordnung aufgebaut, wodurch dann, wenn der Motor den Rotor zu schnell dreht (wie erfaßt durch den Positionssensor 110), das Taktverhältnis durch den Mikroprozessor 190 verringert wird und das Treibersignal der Steuereinheit 191 reduziert wird; während dann, wenn der Motor den Rotor nicht genug dreht, das Taktverhältnis vergrößert wird und das Antriebssignal der Steuereinheit 191 zu dem Motor 100 erhöht wird.
Die Steuerung des Modulators über sich ändernde Spülungsströmungsraten und Spülungsdichten macht es erforderlich, daß die Motorsoftware mehrere Aufgaben ausführt, um die Erzeugung eines erfaßbaren Signals sicherzustellen. Im einzelnen ist die von dem Alternator erzeugte Spannung grob proportional der Strömungsrate, während die Belastung des Modulators mit zunehmender Strömungsrate und Spülungsgewicht zunimmt. Um den Modulator zu steuern, wird ein adaptiver PD-Regelalgorithmus für den Motor verwendet (mit einem Proportional - P Term und einem Differential - D Term), wobei die Verstärkungen konstant nachgeregelt werden, um eine Kompensation für die sich ändernden auftretenden Busspannungen und Belastungen zu erzielen. Es ist festzuhalten, daß zwar ein adaptiver PD-Regelalgorithmus bevorzugt ist, jedoch auch andere Regelalgorithmen, die im Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt werden können.
In Fig. 6b ist ein Softwareflußdiagramm hohen Niveaus für die Motorsteuersoftware des Mikroprozessors 91 der Fig. 2 und 6a wiedergegeben. Vor der Initialisierung (Schritt 202) werden bei 200 die Spülungspumpen gestartet, was die Leistungsversorgung (über die Turbine, Alternator, etc.) aktiviert. Bei Schritt 201 werden die Trägerfrequenz (im PSK-Modus) oder die Frequenzen (im FSK-Modus) aus dem Konfigurationsspeicher heruntergeladen, der den Mikroprozessor 91 begleitet. Wenn alternativ die Trägerfrequenz oder die Trägerfrequenzen über Tage bestimmt werden (wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben), wird diese Information nach unter Tage zu dem Mikroprozessor übertragen und dadurch gespeichert. Im Schritt 202 initialisiert der Mikroprozessor die Motorsteuersoftware, klärt die Flagge verklemmt (nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9a und 9b diskutiert) und entsperrt den Modulator. Die Initialisierungsroutine führt die Funktionen des Setzens von Variablen auf bekannte Zustände wie auch das Ausführen von Zeitberechnungen, der Bestimmung von Drehzahlprofilen und die Bestimmung aus, in welcher Position mit einer Phasenverschiebung für eine gegebene Trägerfrequenz zu beginnen ist.
Die ausgeführten Initialisierungsberechnungen werden am besten durch Bezugnahme auf einen kurzen Rückblick auf den Motor, den Positionssensor und den Modulator, deren Einzelheiten oben unter Bezugnahme auf Fig. 2c und 6a diskutiert wurden, verständlich. Im einzelnen ist der Positionssensor 110 an dem Motor 100 montiert und löst eine einzelne Drehung der Welle in viertausendssechsundneunzig Zählungen (zwölf Bits) auf. Der Motor ist mit dem magnetischen Positionierer 130 über einen 2:1-Getriebezug 122 gekuppelt und der magnetische Positionierer 130 ist mit dem vierflügeligen Modulator 18 über einen 4:1-Getriebezug 132 gekuppelt. Basierend auf dieser Konfiguration wird ein Dreizehn-Bit-Softwarezähler als signal_posn bezeichnet (Signalposition) von dem Mikroprozessor verwendet, um die 8192 Resolverzählungen zu verfolgen, die erforderlich sind, um eine vollständige Umdrehung des magnetischen Positionierers zu vollenden, was auch eine Viertelumdrehung des Modulators entspricht. Da der Modulator vier Fligel aufweist, wird bei jedem Viertelumlauf des Modulators ein akustischer Zyklus erzeugt. Demgemäß erzeugt in der bevorzugten Ausführungsform ein akustischer Zyklus 8192 Zählungen im signal_posn. Ein signal_posn von Null bedeutet, daß die Modulatorflügel in der vollständigen offenen Position stehen, während ein Zählstand von 4096 anzeigt, daß die Modulatorflügel in der vollständig geschlossenen Position sind. Die Initialisierungsroutine verwendet diese Zählungen plus die Tatsache, daß die Motorsteuereinheit-Interruptroutine in Ein-Millisekunden-Intervallen durchläuft, um Drehzahlprofile zu erzeugen.
Basierend auf der signal_posn Zählung wird eine als posn_inc (Positionsinkrement) bezeichnete Variable verwendet, um die Soll-Position anzuzeigen und dementsprechend die Geschwindigkeit des Modulators durch Bereitstellen einer Anzeige für den Mikroprozessor dahingehend, wie weit (wieviele Zählungen) die Motorwelle in jeder Millisekunde gedreht werden sollte. Um eine reine Sinuswelle bei einer gegebenen Trägerfrequenz zu übertragen, wird posn_inc konstant gehalten und demgemäß dreht der Motor mit einer konstanten Drehzahl. Der posn_inc-Wert (pro Millisekunde) für eine reine Sinuswelle basiert auf der Trägerfrequenz gemäß der Gleichung:
posn_inc = 8192 (Träger_Frequenz)/1000 (1).
Wenn bei Anwendung der PSK-Codierung demgemäß ein Wert Null übertragen wird und der Motor im stetigen Betriebszustand ist, wird das posn_inc entsprechend der obigen Gleichung (1) gesetzt. Wenn jedoch ein Wert Eins zu übertragen ist, muß eine Hundertachtzig-Grad-Phasenverschiebung in das Trägersignal eingeführt werden. Um dies zu tun, muß der Motor lange genug verlangsamt werden, um eine Einhundertachtzig-Grad-Phasenverschiebung zu akkumulieren und dann zur vollen Drehzahl zurückkehren. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Phasenverschiebung in einem Sechzig-Millisekunden-Intervall ausgeführt, während welcher Zeit die posn_inc-Variable kontrolliert geändert wird entsprechend einer vorbestimmten Tabelle, welche die gewünschte Geschwindigkeit des Modulators diktiert.
Die Tabelle, gemäß der die posn inc-Variable sich ändert, wird erzeugt unter Verwendung der obigen Gleichung (1), um die Volldrehzahlgeschwindigkeit zu bestimmen und dann Addieren einer Nulldrehzahlreferenzphasentabelle zu diesem Wert, um eine endgültige Tabelle zu erzeugen, die als phasetbl bezeichnet wird. Jedes Element in phasetbl indiziert eine gewünschte Geschwindigkeit während eines Ein-Millisekunden- Intervalls. Demgemäß ist die volle Drehzahlgeschwindigkeit, wie durch Gleichung (1) oben definiert, in Fig. 7a gezeigt, wo eine stetige Geschwindigkeit von einhundertsechsundneunzig Zählungen pro Millisekunde ein etwa bei 24 Hz liegendes Signal erzeugt (196,000/8192 = 23,926). Um eine Phasenverschiebung um einhundertachtzig Grad während sechzig Millisekunden auszuführen, müssen 4096 Zählungen in diesem Zeitrahmen "verlorengehen". Demgemäß liefert Fig. 7b ein "Nulldrehzahlgeschwindigkeitsprofil", das die Anzahl von Zählungen zeigt, die während jeder Millisekunde über das Sechzig-Millisekunden-Intervall verlorengehen. Man erkennt, daß das Integral unter der Kurve der Fig. 7b -4096 Zählungen ausmacht. Das Addieren des vollen Geschwindigkeitsprofils zu dem Nulldrehzahlprofil erzeugt die endgültige Phasentabelle der Fig. 7c. Wie man in Fig. 7c erkennt, nimmt die Geschwindigkeit über ein etwa einundzwanzig Millisekunden betragendes Intervall von einhundertsechsundneunzig Zählungen pro Millisekunde auf etwa vierundsiebzig Zählungen pro Millisekunde ab, bleibt dann stetig bei etwa vierundsiebzig Zählungen pro Millisekunde über etwa acht Millisekunden und nimmt dann wieder auf einhundertsechsundneunzig Zählungen pro Millisekunde über die nächsten einunddreißig Millisekunden oder ähnlich zu. Die abschließende Phasentabelle der Fig. 7c wird in einem Speicher, der im Mikroprozessor plaziert ist, abgespeichert und wird von dem Mikroprozessor verwendet, um die posn inc-Werte zu setzen, wenn ein Bitwert Eins zu übertragen ist. Fachleute werden erkennen, daß Phasentabellen abweichend von der nach Fig. 7c gleichermaßen verwendet werden könnten.
Die zweite Initialisierungsbestimmung bezieht sich auf eine Entscheidung, in welchen Positionen der Motor und Modulatorposition sein sollten, wenn eine Phasenverschiebung beginnt. Zwar könnten der Motor 100 und der Modulator 18 in irgendeiner Position zu Beginn einer Phasenverschiebung stehen, doch wird gemäß der Erfindung der magnetische Positionierer 130 des Werkzeugs verwendet, um die Phasenverschiebung zu unterstützen. Demgemäß basiert die Motor- und Modulatorposition, bei welchen die Phasenverschiebung beginnt, auf der Position des magnetischen Positionierers, wobei der Positionierer ausgelegt ist stabil zu sein, wenn der Modulator in der offenen Position ist. Während Phasenverschiebungen muß die Masse der rotierenden Komponenten sehr schnell beschleunigt und abgebremst werden. Durch richtige Zeitlage der Phasenverschiebungen werden die Kräfte von dem magnetischen Positionierer 130 ausgenutzt, um den Motor beim Ausführen der Beschleunigung bzw. Verzögerung zu unterstützen. Im einzelnen übt der magnetische Positionierer 130 der Erfindung, wie in Fig. 5 gezeigt, ein sinusförmiges Drehmoment aus, das von minus 8,47 Nmm bis plus 8,47 Nmm (minus fünfundsiebzig bis plus fünfundsiebzig inch-pounds) reicht. Wie zuvor beschrieben ist, wenn die Magnete des magnetischen Positionierers 130 alle mit Magneten ausgefluchtet sind, welche Magneten entgegengesetzter Polarität zugekehrt sind, der Modulator 18 in der vollständig offenen Position und die Resolverzählung beträgt Null. Wenn die Magnete des magnetischen Positionierers 130 so stehen, daß jeder Magnet einem Magneten gleicher Polarität gegenübersteht, ist der Modulator 18 in der vollständig geschlossenen Position und der Resolverzählstand beträgt 4096. Beim Drehen von 0 bis 4096 Zählungen widerstrebt der magnetische Positionierer 130 der Drehung und während der Drehung von 4096 bis 8192 Zählungen unterstützt der Positionierer die Rotation. Demgemäß wird in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Vorsorge getroffen, daß der Startabschnitt einer Phasenverschiebung, wenn Verzögerung benötigt wird, dann auftritt, wenn der magnetische Positionierer der Drehung entgegenwirkt (d.h. der Resolver ist zwischen 0 und 4096 Zählungen), während der Endabschnitt der Phasenverschiebung, wo Beschleunigung benötigt wird, dann auftreten soll, wenn der magnetische Positionierer die Rotation unterstützt (d.h. der Resolver steht zwischen 4096 und 8192 Zählungen).
In Fig. 7d ist das Geschwindigkeitsprofil der Fig. 7c für das Erzeugen einer Phasenverschiebung wiedergegeben, wobei die Horizontalachse die Resolverzählstände (signal_posn) anstelle der Zeit zeigt und wobei das Profil der Fig. 7c zeitlich versetzt ist, um die bevorzugte Zeitlage für die Phasenverschiebung zu schaffen. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 7a-7c erörtert, gehen während einer Phasenverschiebung 4096 Zählwerte "verloren". Demgemäß gehen von den etwa 11.760 Zählungen des vollen Drehzahlgeschwindigkeitsprofils über sechzig Millisekunden 4096 Zählungen "verloren" und etwa 7664 Zählungen werden während einer Phasenverschiebung gezählt (die Phasenverschiebung beginnt bei Zählstand 452 und endet bei Zählstand 8116 der Fig. 7d). Durch die Positionierung der Phasenverschiebung relativ zu dem magnetischen Positionierer wird dafür gesorgt, daß der Start des Beschleunigungsabschnitts der Phasenverschiebung etwa mit dem Zählstand 4096 des Resolvers zusammenfällt, wenn der magnetische Positionierer die Drehung unterstützt. Da etwa 4020 Zählungen während der Beschleunigung auftreten (wie durch das Integrieren unter dem Beschleunigungsabschnitt der Kurve der Fig. 7c bestimmt), endet die Beschleunigung wie dargestellt beim Zählstand 8116 der Fig. 7d. Da die Verzögerung dann auftreten soll, wenn der magnetische Positionierer der Drehung entgegenwirkt, beginnt die Verzögerung wie dargestellt gleichermaßen etwa bei Zählstand 648 und setzt sich fort bis etwa Zählstand 3426.
Indem nun wieder auf Fig. 6b eingegangen wird, wartet nach der Initialisierung im Schritt 204 der Mikroprozessor eine Millisekunde für einen Interrupt; d.h. alle Millisekunden durchläuft er seine Routine erneut. Danach und gemäß Fig. 6a wie auch gemäß Fig. 6b berechnet er im Schritt 206 basierend auf der gewünschten Trägerfrequenz die Soll-Position des Motors 100 (siehe Schritt 228, der weiter unten diskutiert wird), liest die Motor-Ist-Position, wie durch den Positionssensor 110 erfaßt und berechnet einen Positionsfehler (position__error) entsprechend:
position_error = desired_position (Soll-Position) - actual_position (Ist-Position) (2)
Bei 208 wird der Positionsfehler mit dem vorherigen Positionsfehler verglichen, um einen Delta-Positionsfehler oder abgeleiteten Term zu erhalten entsprechend:
Δ position error = position_error[k] - position error[k-1] (3)
worin k eine k-te Abtastzeit ist und k-1 die vorhergehende Abtastzeit beziglich der k-ten Abtastzeit ist. Der abgeleitete und der Proportionalterm werden bei 208 entsprechend einer adaptiven PD-Regelung verwendet, wie unten diskutiert, um eine neues Tastverhältnis zu bestimmen entsprechend:
output(%) = P (control_variable) + D (Δ control_variable) (4)
worin die control_variable (Regelvariable) für die Steuereinheit "Konstante" P der Positionsfehler (position_error) ist, wie in Gleichung (1) bestimmt, und die Delta control__variable für die Steuereinheit "Konstante" D das Delta position error (Positionsfehlerdifferenz), wie in Gleichung (2) bestimmt, ist. Demgemäß wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das neue Tastverhältnis gesetzt entsprechend:
output(%) = P (position error) + D (Δ position error) (5)
worin das Tastverhältnissignal (output%) das Ausgangssignal des Mikroprozessors 91 bildet. Das Tastverhältnisausgangssignal wird dann von der Steuereinheit 191 aufgenommen und für die Ansteuerung des Motors verwendet.
Wie vorher diskutiert, wird die Soll-Position des Modulators durch das verwendete Signalcodierverfahren bestimmt und das Signal, das zu übertragen ist. Fachleute werden erkennen, daß bei Verwendung des oben beschriebenen adaptiven PD-Regelsystems das System mit einem von Null verschiedenen, jedoch endlichem Positionsfehler arbeitet, der sich selbst als eine Nacheilung zwischen der Soll-Position und der Ist-Position manifestiert.
Wie primär in Fig. 6a ersichtlich, ist die Schleifenverstärkung des Systems proportional zu dem Mikroprozessorausgangstreibersignal (output%) wie auch zu der Busspannung des Systems. Da das Werkzeug der bevorzugten Ausführungsform über einen weiten Bereich von Spülungsströmungen arbeitet, kann die Busspannung erheblich variieren. Um eine konstante Schleifenverstärkung für einen gegebenen Positionsfehler aufrechtzuerhalten, ändern sich die "Konstanten" P und D umgekehrt mit der Busspannung. Dies ist der adaptive Teil des "adaptiven PD-Regelalgorithmus", der dazu dient, eine optimale Modulatorreaktion über einen Bereich von Strömungsraten zu erzielen. Gleichungen für diese Einstellungen sind:
P = Kp (bus_voltage) + KPoffset (6)
D = KD (bus_voltage) + KDoffset (7)
worin KP und KD negative Konstanten sind und KPoffset und KDoffset positive Konstanten sind. Die Konstanten in den Gleichungen (6) und (7) hängen von der elektromechanischen Charakteristik des Systems ab und ändern sich erheblich je nach der Ausführungsform.
Das Verfahren der Steuerung des Modulators ermöglicht eine große Anpassungsfähigkeit bei der Auswahl des Codierverfahrens. Da der Mikroprozessor die Motorpositionen liest und die Software in regelmäßigen Intervallen abarbeitet, kann die Software die Drehzahl des Modulators regeln. Wenn beispielsweise die Steuerungssoftware alle Millisekunden exekutiert wird und das gewünschte Signal ein 24 Hz Sinuswellensignal sein soll, kann die Software die Soll-Position alle Millisekunden unter Verwendung der folgenden Gleichung fortbilden:
desired_position (Soll-Position) = desired_position + (24 Zyklen/sec) (90 Grad/Zyklus) (1/1000 sec/ms) (1 ms) (8)
worin desired_position (Soll-Position) in Grad ausgedrückt wird, gemessen am Modulator. Das 90-Grad/Zyklus-Element der Gleichung (8) beruht auf der Tatsache, daß in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein einzelner akustischer Zyklus durch eine Vierteldrehung des Modulatorrotors erzeugt wird, wie dies oben diskutiert wurde.
Zurückkommend auf Fig. 6b, wird im Schritt 212 die "Verklemmungsflagge", die nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9a und 9b diskutiert wird, gelesen, um festzustellen, ob sie gesetzt ist. Wenn sie gesetzt ist, läuft ein Anti-Verklemmungscode (siehe Fig. 9b) bei 215, bis die Verklemmtflagge gelöscht ist. Während des Versuchs, den Rotor freizumachen, läuft der Mikroprozessor weiter durch den Zyklus der Schritte 204 bis 215. Wenn andererseits die Verklemmtflagge im Schritt 212 nicht gesetzt ist, werden im Schritt 218 Variable für das mittlere Geschwindigkeitsfilter (avg_velocity) aufgefrischt. Wie weiter unten diskutiert, wird die mittlere Geschwindigkeit des Motors verwendet, um zu bestimmen, ob die Trägerfrequenz zu senken ist oder nicht. Demgemäß ist das Filter der mittleren Geschwindigkeit ein Tiefpassfilter, das verwendet wird, um die Wirkung von drei Störungen in dem System zu unterdrücken. Eine erste Störung ist, daß der magnetische Positionierer Welligkeit zu der Ist- Geschwindigkeit des Modulators infolge der Beschleunigung und Verzögerung, die er erzeugt, hinzufügt. So ist das Filter für die durchschnittliche Geschwindigkeit mit einer Zeitkonstante versehen, die groß genug ist, um die Welligkeit zu unterdrücken (nur beispielshalber kann die Zeitkonstante gleich dem Dreifachen jener der Trägerfrequenz gesetzt werden). Eine zweite Störung tritt während einer Phasenverschiebung (bei PSK-Codiersystemen) auf, wo sich die Geschwindigkeit erheblich ändert. Eine dritte Störung erfolgt beim Verklemmen. Um unerwünschte Effekte der Phasenverschiebung und des Auftretens von Verklemmen auf das System zu vermeiden, wird das Filter der durchschnittlichen Geschwindigkeit während Phasenverschiebungen oder Verklemmungen nicht aufgefrischt.
Nachdem die durchschnittliche Geschwindigkeit bei 222 berechnet worden ist, erfolgt eine Feststellung, ob es Zeit ist, ein zusätzliches Informationsbit zu übertragen. Eine Bitperiode ist generell einige akustische Zyklen lang und hängt ab von der Anzahl akustischer Zyklen pro Bit und der Trägerfrequenz. Beispielsweise wird mit einer Trägerfrequenz von 24 Hz oder vierundzwanzig Zyklen pro Sekunde und mit vier akustischen Zyklen pro Bit eine Bitperiode ein Sechstel einer Sekunde lang sein. Um festzustellen, ob es eine neue Bitperiode gibt, initialisiert die Software einen Unterzähler zu Beginn jeder Bitperiode und dekrementiert den Unterzähler alle Millisekunden. Wenn der Zähler Null erreicht, wird das nächste Datenbit (bestimmt aus Sensoren in dem LWD-Werkzeug in Verbindung mit anderen Teilen des Mikroprozessorprogramms) von der Warteschlange abgenommen und eine neue Bitperiode beginnt. Basierend auf dem Wert des Bits wird die nächste Position des Modulators bestimmt.
Zurückkehrend zum Schritt 222 wird, wenn es Zeit ist, das nächste Bit zu übertragen, im Schritt 224 ein Bit von der Warteschlange genommen. Dann wird bei 226 die gefilterte durchschnittliche Geschwindigkeit, berechnet im Schritt 218, überprüft. Selbst dann, wenn es nicht Zeit ist, ein nächstes Bit zu übertragen, wird bei 226 die durchschnittliche Geschwindigkeit ebenfalls überprüft. Wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit wie erwartet ist, wird dann im Schritt 228 die posn_inc- Variable, die für die Berechnung des Ortes der nächsten Motorposition verwendet wird, aufgefrischt. Bei PSK-Codierung sollte, wenn das zu übertragende Datenbit eine Null ist und dann eine reine Sinuswelle zu senden ist, der Motor mit einer konstanten Drehzahl umlaufen. Demgemäß sollte im stetigen Betriebszustand das Inkrement in der Position für jede Millisekunde gleich 8192 sein (die Anzahl der erfaßten Positionen bei einem Umlauf der Motorwelle) mal der Trägerfrequenz dividiert durch eintausend (siehe Gleichung 1 oben). Wenn das zu übertragende Datenbit jedoch eine Eins ist, ist bei PSK-Codierung eine Phasenverschiebung erforderlich und demgemäß muß das Positionsinkrement in anderer Weise bestimmt werden, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 7a-7d diskutiert. Unabhängig davon wird die aufgefrischte posn inc-Variable durch den Mikroprozessor verwendet, um zu bestimmen, was die neue Position für den Schritt 206 sein sollte.
Nach Auffrischen der posn_inc-Variablen führt im Schritt 232 der Mikroprozessor Verklemmungstests aus, wie weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 9a und 9b diskutiert. Wenn der Modulator nicht verklemmt ist, setzt das Programm sich mit Schritt 204 fort mit dem Interrupt von einer Millisekunde. Wenn der Modulator verklemmt ist, wird dann im Schritt 234 die Verklemmungsflagge gesetzt, und bei 215 läuft ein Anti- Verklemmungscode. Dann setzt sich das Programm mit Schritt 204 bei dem Interrupt von einer Millisekunde fort.
Zurückkehrend zu Schritt 226 wird, wenn die gefilterte durchschnittliche Geschwindigkeit (avg_velocity) nicht wie erwartet ist, derart, daß sie unter die Soll-Geschwindigkeit um eine vorbestimmte Größe fällt (beispielsweise vier Zählungen pro Millisekunde), dann im Schritt 242 eine Flagge gesetzt und der Mikroprozessor beginnt zu zählen. Während einer vorbestimmten Zeitperiode (beispielsweise 30 Sekunden) fährt das Programm fort wie zuvor, wobei die posn_inc-Variable bei 228 aufgefrischt wird, die Verklemmungstests bei 232 ausgeführt werden, etc. Wenn jedoch der Modulator nicht verklemmt ist und die durchschnittliche Geschwindigkeit unter der Soll-Geschwindigkeit über eine vorbestimmte Zeitperiode bleibt, wie bei 244 bestimmt, dann wird vorzugsweise bei 246 die Trägerfrequenz des Werkzeugs abgesenkt. Das Programm fährt dann mit Schritt 202 mit der Neumitialisierung der Motorsteuerungssoftware fort. Durch Absenken der Trägerfrequenz läuft der Motor mit niedrigerer Drehzahl und weniger Leistung wird benötigt.
Mit dem Mikroprozessor programmiert, wie unter Bezugnahme auf Fig. 6b beschrieben, und wenn PSK-Codierung verwendet wird, wird ein Signal, wie das in Fig. 7e gezeigte, von dem Modualator ausgegeben. In Fig. 7e sind drei Bitperioden mit Datenbitwerten von 0, 1 bzw. 0 gezeigt. Die Datenbitwerte 0 bestehen aus vier Sinuswellen bei 24 Hz, während der Datenbitwert 1 aus dreiundeinhalb Sinuswellen bei einer nominellen 24-Hz-Rate besteht. Wenn das Signal der Fig. 7e decodiert wird, erkennt man, daß die Erfassung der Phase des Signals zu den Zeitpunkten 0, 1, 2 und 3 Resultate von 0, 0, 180 und 180 Grad ergeben wird. Die Änderung von 0 auf 180 Grad zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 ist das, was den Bitwert 1 bildet.
Wie vorerwähnt, ist PSK-Codierung nicht der einzige Typ von Codierung, der mit dem LWD-Werkzeug gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Verschiedene Frequenzverschiebungscodiertechniken können ebenfalls mit Vorteil verwendet werden. Beispielsweise kann Kohärentphasen-Frequenzverschiebungscodierung (CPFSK) verwendet werden. Bei CPFSK wird eine Mehrzahl Frequenzen übertragen, von denen jede einen Digitalwert repräsentiert. Der Wert eines gegebenen Zeitintervalls wird durch Erfassen der Frequenz am Ende des Zeitintervalls erhalten. Wenn acht unterschiedliche Frequenzen verwendet werden, können drei Informationsbits gemeinsam in einer einzigen Signalperiode übertragen werden, indem man eine Frequenz wählt; wenn sechzehn Frequenzen verwendet werden, werden vier Bits gemeinsam übertragen. Auf diese Weise kann die Datenrate des Systems vergrößert werden. Ein Beispiel eines CPFSK-Signals ist in Fig. 7 dargestellt, wo drei Bitperioden mit Datenbitwerten von beispielsweise 000, 111 und 101 gezeigt sind. Der Datenwortwert 000 repräsentiert die tiefste Sendefrequenz von 14 Hz, wobei man erkennt, daß etwa zwei und ein Viertel Sinuswellen über etwa 0,167 Sekunden in dem Zeitfenster vor dem Ende der ersten Periode empfangen wurden. Der Datenwortwert 111 repräsentiert die höchste Übertragungsfrequenz von 28 Hz, wobei man erkennt, daß etwa vier und eine Halbe (Zwei mal Zwei und ein Viertel) Sinuswellen über den gleichen Zeitraum 0,167 Sekunden in dem Zeitfenster der zweiten Periode empfangen wurden. Schließlich repräsentiert das Datenwort 101 eine Sendefrequenz von 22 Hz, wobei man erkennt, daß etwa drei und zwei Drittel Sinuswellen über die gleiche Zeitdauer in dem Zeitfenster der dritten Periode empfangen wurden.
Die CPFSK-Codiertechnik hat zusätzliche Vorteile gegenüber der PSK-Codiertechnik, indem geringerer Verschleiß an Motor und Modulator auftritt. Bei CPFSK könnten die gewünschten Trägerfrequenzen beispielsweise 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 und 28 Hz sein. Mit diesen Frequenzen würde die Größe der Beschleunigungen und Verzögerungen, die für das Codieren von Daten erforderlich werden, verringert, da die Motorgeschwindigkeitsänderung von Minimum zu Maximum etwa 100 % betrüge, während bei der PSK-Codierung die Minium- zu Maximumänderung beinahe 200 % beträgt. Wenn solche Motordrehzahländerungen ohne Belang sind, können, falls erwünscht, die CPFSK- und PSK-Technik kombiniert werden, so daß sowohl die Phase als auch die Frequenz des Signals zu vorbestimmten Zeitintervallen erfaßt werden. Auf diese Weise wird ein Extrabit dem CPFSK-Wort hinzugefügt. Unabhängig davon wird jedoch verständlich, daß zahlreiche Arten der Codierung mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt werden können.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Flußdiagramm des bevorzugten Verfahrens gemäß der Erfindung für den Betrieb des LWD bei einer gewünschten Trägerfrequenz in Fig. 8 gezeigt. Gemäß dem bevorzugten Verfahren wird das Rauschen des Gesamtsystems bei 302 bei Abwesenheit der Datenübertragung erhalten, etwa während einer Anlaufperiode des Werkzeugs. Das Systemrauschen umfaßt das Rauschen, das infolge der Frequenz der Spülungspumpen eingeführt wird, wie auch das Rauschen, eingeführt durch die Spülungspumpenmotoren. Das Rauschen des Systems wird bei 304 durch einen Spektrumanalysator analysiert (beispielsweise ein Hewlett Packard 3582A oder ein Prozessor wie Prozessor 36) typischerweise unter Benutzung einer Fourier-Transformation zum Bestimmen von Frequenzbändern innerhalb des Werkzeugsbetriebsbereichs, wo das Rauschen minimal ist. Dann werden bei 306 eine oder mehrere Frequenzen bei und nahe der Stelle gewählt, wo relativ wenig Rauschen auftritt, und das Werkzeug wird konfiguriert, um Daten bei dieser einen oder diesen mehreren Frequenzen zu übertragen. Beispielsweise wird bei einem PSK- System, bei dem nur eine einzige Frequenz verwendet wird, die höchste Betriebsfrequenz mit einem relativ niedrigen Rauschpegel vorzugsweise gewählt. Bei einem FSK-System jedoch, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 7f diskutiert, werden mehrere (beispielsweise acht) Betriebsfrequenzen gewählt. Bei der Auswahl der Betriebsfrequenzen sollte, wenn möglich, ein Band von beispielsweise + 1,5 Hz (abhängig von der Datenrate und/ oder Übertragungstechnik) um die Betriebsfrequenz herum relativ niedrige Rauschpegel haben.
Es ist festzuhalten, daß das Systemrauschen entweder unter Tage durch einen Sensor (nicht dargestellt) auf dem Werkzeug oder über Tage durch einen Drucksensor 32 (siehe Fig. 1) oder dergleichen gemessen werden kann. Wenn unter Tage gemessen wird, kann der untertägige Prozessor verwendet werden, um die Rauschanalyse auszuführen und um so eine oder mehrere Betriebsfrequenzen zu wählen. In einem solchen Falle kann das Werkzeug einen übertägigen Prozessor hinsichtlich der Frequenz oder Frequenzen des Betriebs über irgendeines verschiedener Signalschemata informieren. Ein bevorzugtes Signalisierschema besteht darin, ein regelmäßiges Signal bei der Frequenz oder den Frequenzen der Wahl für eine vorbestimmte Zeitperiode zu übertragen. Der übertägige Prozessor erhält dann und verarbeitet die empfangenen Signale, um die Frequenz oder die Frequenzen zu bestimmen, mit denen gesendet worden ist.
Wenn das Systemrauschen über Tage gemessen wird, bevor das LWD-Werkzeug abgelassen wird, kann das LWD-Werkzeug an der Erdoberfläche konfiguriert werden, um bei der gewünschten Frequenz oder den gewünschten Frequenzen zu kommunizieren, indem das Werkzeug an einem Computer angeschlossen wird, der die Konfigurationsdatei, die in dem Speicher des Werkzeugs abgelegt ist, ändert. Wenn diese Datei einmal geändert ist, bleibt die Konfiguration dieselbe, bis sie wieder durch eine andere Konfiguration ausgetauscht wird. Wenn andererseits das LWD-Werkzeug bereits unter Tage ist, wenn die Rauschanalyse vorgenommen wird, oder wenn es gewünscht wird, die Konfiguration des Werkzeugs zu ändern, das vorher über Tage konfiguriert worden war, kann Betriebsfrequenzinformation zu dem LWD-Werkzeug über irgendeines von mehreren bekannten Kommunikationsschemata, wie einem "Down-Link", übertragen werden.
Beim "Down-Link" kann eine Anzahl von verschiedenen Betriebsparametern geändert werden, wie etwa die Baud-Rate, die Trägerfrequenz, die Datengewinnungsrate und die Datenlisten oder -rahmen. Die Datengewinnungsrate wird verwendet, um die Datenaufzeichnung zu verlangsamen oder zu beenden, wenn kein Bohren erfolgt, oder die Geschwindigkeit der Datenaufzeichnung zu erhöhen, wenn der Strang sich schnell bewegt (beispielsweise während des Ausziehens aus dem Bohrloch), während die Datenlisten oder -rahmen verwendet werden, um zwischen Listen unterschiedlicher Messungen zu wählen, die nach über Tage zu übertragen sind, wie etwa die Übertragung von Messungen bezüglich des Lagerstätteninhalts, während durch ölführende Formationen gebohrt wird. Fachleute erkennen, daß die Änderung der Baud-Rate und der Trägerfrequenz besonders bedeutsam für die Erfindung sind, während die Datengewinnungsrate und die Datenlisten diesbezüglich weniger anwendbar sind.
Um einen Betriebsparameter zu ändern, muß Information von "ber Tage zu dem LWD-Werkzeug übertragen werden. Dies erfolgt durch Ändern der Spülungsströmungsraten gemäß gewünschten Signalisierschemata. Im einzelnen wird das LWD-Werkzeug durch eine Turbine (dargestellt in Fig. 2b) mit Leistung versorgt, die der Spülungsströmung durch den Bohrstrang ausgesetzt ist. Die Drehzahl der Turbine ist proportional der Spülungsströmungsrate unter der Annahme, daß die Spülungscharakteristiken konstant gehalten werden. Die Spülungsströmungsrate wird verändert durch Änderung der Hubrate der Pumpen 12 an der Erdoberfläche, welche diese Strömung erzeugen.
Sensoren (nicht dargestellt) innerhalb des LWD-Werkzeugs messen die Drehzahl der Turbine und bilden ein Mittel der Bestimmung der Spülungsströmungsrate in dem untertägigen Werkzeug. "Down-Link" wird durch Verändern der Spülungsströmungsrate an der Erdoberfläche in einer besonderen Sequenz ausgeführt, die von dem untertägigen Werkzeug durch Messen der Drehzahl der Turbine, die der Spülung ausgesetzt ist, erkannt wird.
Vor der Benutzung von "Down-Link" wird vorzugsweise eine Eichung ausgeführt, welche die Strömungsrate an der Oberfläche zu der Drehzahl der untertägigen Turbine korreliert. Die Eichung bestimmt drei Betriebspunkte: FLOWoff, FLOWlow und FLOWhigh. FLOWoff wird bestimmt durch Erhöhen der Strömungsrate bis zu einem Punkt, wo das Werkzeug eingeschaltet ist, danach langsames Absenken der Strömungsrate, bis die Turbinendrehzahl unzureichend ist, um den Modulator mit Leistung zu versorgen, jedoch noch ausreicht, um die Mikroprozessorelektronik mit Leistung zu speisen. FLOWlow wird bestimmt durch Erhöhen der Strömungsrate, bis das Werkzeug einschaltet, und nachfolgendes Variieren der Strömungsrate, bis die Turbine eine vorbestimmte Drehzahl erreicht (beispielsweise 1500 U/min). FLOWhigh wird bestimmt durch Erhöhen der Strömungsrate über FLOWlow hinaus, bis die Turbine mit einer zweiten vorbestimmten Drehzahl umläuft, die vorzugsweise 1000 U/min höher liegt als FLOWlow.
Die bevorzugte Prozedur zum Einleiten von "Down-Link" besteht darin, die Spülungspumpen zu starten und die Strömungsrate auf FLOWlow zu erhöhen. Die Strömungsrate wird auf dem FLOWlow-Pegel gehalten, bis das Werkzeug eine erste vorbestimmte Anzahl von binären 0-en (beispielsweise sechzig) ausgesandt hat und weniger als eine zweite vorbestimmte Anzahl von binären 1-en. Bevor die zweite vorbestimmte Anzahl von binären 1-en erreicht wird, wird die Strömungsrate auf FLOWoff abgesenkt und für eine vorbestimmte Zeitdauer gehalten, beispielsweise sechzig Sekunden. Die Strömungsrate wird dann auf FLOWhigh angehoben und dort für eine weitere Zeitdauer, beispielsweise fünf Sekunden, gehalten. Die Strömungsrate wird dann auf FLOWlow abgesenkt und dort gehalten, bis das Werkzeug eine vorbestimmte Sequenz von Einsen und Nullen übertragen hat, welche bestätigt, daß das Werkzeug nun im "Down-Link"-Modus ist. Dann werden die "Down-Link"-Modusbefehle übertragen durch Alternieren von FLOWlow auf FLOWhigh, wobei Information basierend auf der Anzahl von Strömungsratewechseln transferiert wird.
Indem nun auf Fig. 9a und 9b übergegangen wird, ist der Anti- Verklemmaspekt der Erfindung wiedergegeben. Abfall in der Spülung, die durch den Modulator strömt, hat das Potential, sich zwischen dem Modulatorrotor und dem Stator oder Gehäuse zu verklemmen, was den Rotor zum Abstoppen seiner Bewegung bringt. Dies kann zwei Hauptprobleme hervorrufen. Erstens wird, wenn die Verklemmung nicht prompt beseitigt wird, das Signal, das der Modulator erzeugt, vollständig verschwinden und die übertägige Einrichtung verliert die Signalsynchronisation. Wenn zweitens das Verklemmen nahe der vollständig geschlossenen Position des Modulators eintritt, kann die Verringerung der Spülungsströmung zu einem Verlust der Leistung zu dem Werkzeug führen. Wenn der magnetische Positionierer nicht kräftig genug ist, die Verklemmung zu beseitigen, nachdem die Leistung verlorengegangen ist, bleibt der Modulator in der vollständig geschlossenen Position und ein Ausziehen aus dem Bohrloch wird erforderlich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung involvieren sowohl die Art und Weise der Erkennung eines Verklemmens als auch die Art und Weise des Lösens der Verklemmung den Positionssensor 110. Im einzelnen wird der Positionssensor 110 (siehe Fig. 2c und 6a), der die Ist-Position des Modulators verfolgt, als ein Rückkopplungsmechanismus zu dem Mikroprozessor verwendet, um zu bestimmen, ob eine Verklemmung aufgetreten ist. Beim Lösen der Verklemmung ist es das Ziel des Mikroprozessors, den Modulator in eine vollständig offene Position zu bringen. Zusätzlich verfolgt der Mikroprozessor die Häufigkeit des Verklemmungszustands, und wenn mehrere Verklemmungen in einer kurzen Zeitperiode aufgetreten sind, wird der Modulator in der vollständig offenen Position über eine gewünschte Zeitdauer gehalten, die es hohen Konzentrationen von Abfall ermöglicht, hinter den Modulator zu strömen.
Die Basisfunktionsweise des Anti-Verklemmaspekts der Erfindung ist auf höherem Pegel in dem Flußdiagramm der Fig. 9a zu sehen. Im Schritt 402 erfolgt eine Feststellung durch den Mikroprozessor, ob der Positionsfehler die Fehlerschwelle erreicht hat. Wenn nicht, wird der normale Betrieb bei 499 wieder aufgenommen. Wenn der Positionsfehler die Fehlerschwelle erreicht hat, erfolgt bei 404 eine Feststellung, ob die Geschwindigkeit des Modulators unter der Geschwindigkeitsschwelle liegt. Falls nicht, wird der Normalbetrieb bei 499 wieder aufgenommen. Wenn ja, erfolgt jedoch eine Feststellung bei 405a, daß der Modulator verklemmt ist. Wenn der Modulator verklemmt ist, macht der Mikroprozessor einen Versuch, die Richtung des Modulators umzukehren und ihn bis zu einer vollständig offenen Position zu unterstützen. Wenn bei 405b die vollständig offene Position erreicht ist, erfolgt eine Feststellung bei 405c, ob eine bestimmte Anzahl von Verklemmungen (beispielsweise fünf) innerhalb einer vorbestimmten Zeitlänge (beispielsweise drei Sekunden) aufgetreten ist oder innerhalb einer vorbestimmten Zeitlänge relativ zueinander (beispielsweise erfolgt jede Verklemmung innerhalb drei Sekunden nach einer vorhergehenden Verklemmung). Falls ja, wird bei 405d der Modulator in der vollständig offenen Position über eine andere vorbestimmte Zeitlänge (beispielsweise zehn Sekunden) gehalten. Falls nein, wird der Normalbetrieb bei 499 wieder aufgenommen.
Wenn die vollständig offene Position im Schritt 405b nicht erreicht ist, liegt dies entweder daran, daß die ursprüngliche Verklemmung den Rotor in eine Festposition verriegelt hat oder daß innerhalb des Rückdrehens eine neue Verklemmung aufgetreten ist. Wenn demgemäß, wie in Fig. 9a gezeigt, die vollständig offene Position nicht erreicht wird, wird der Normalbetrieb bei 499 wieder aufgenommen. Der Normalbetrieb veranlaßt den Mikroprozessor, durch Schritt 402 und möglicherweise 404 erneut zu gehen, wobei der Mikroprozessor nun versucht, den Modulator in Vorwärtsbewegung zu bringen (d.h. Umkehr der Rückdrehung). Wenn der Modulator vorwärts drehen kann, setzt er seine Vorwärtsbewegung fort und das Verklemmungsprogramm wird aufgehoben (Fortsetzung bei Schritt 499). Wenn andererseits der Modulator immer noch verklemmt ist, wird der Positionsfehler im Schritt 402 groß und der Modulator erfüllt nicht die Geschwindigkeitskriterien des Schrittes 404. Demgemäß wird die Software den Modulator dazu bringen, die Richtung erneut bei 405a umzukehren in Reaktion auf die Feststellung der Verklemmung. Es ist festzuhalten, daß, wenn fortgesetztes Verklemmen auftritt, ein Herausziehen aus dem Bohrloch notwendig werden kann.
Indem nun auf Fig. 9b eingegangen wird, ist dort ein detaillierteres Softwareflußdiagramm der bevorzugten Anti-Verklemmsoftware für den Mikroprozessor der Fig. 2 wiedergegeben. Wei bei Schritten 402, 404 und 406 der Fig. 9b erkennbar, wird ein Verklemmen deklariert (bei 406), wenn der Positionsfehler eine maximale Schwelle (bei 402) erreicht hat und die mittlere Geschwindigkeit des Rotors unter einer Minimalschwelle liegt (bei 404). Vorzugsweise wird der Maximalwert des Positionsfehlers definiert entsprechend:
max_posn_error = desired_posn_error + 10(phasetbl[0]) (9)
worin desired_posn_error der gewünschte Positionsfehler ist (d.h. der von Null verschiedene, jedoch endliche Positionsfehler, der oben unter Bezugnahme auf das adaptive PD-Regelsystem diskutiert wurde), was durch Testen bestimmt wird, und phasetbl[0] das erste Element der Phasentabelle ist, was der Vollgeschwindigkeitswert von posn_inc für die jeweilige Trägerfrequenz ist, oben beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 6b. Der gewünschte Positionsfehler wird typischerweise bestimmt durch Laufenlassen des bürstenlosen Gleichspannungsmotors außerhalb des Bohrlochs und Messen des Einlaufzustandspositionsfehlers für eine Mehrzahl von Modulatorfrequenzen; der gewünschte Positionsfehler ist eine lineare Funktion der Frequenz.
Entsprechend Gleichung (9) ist festzuhalten, daß der maximale Positionsfehler auf den gewünschten Positionsfehler plus dem Zehnfachen des Phasentabellenwertes gesetzt wird, weil dann, wenn der Modulator vollständig verklemmt ist (d.h. sich nicht bewegt), ein maximaler Positionsfehler in zehn Millisekunden erreicht wird. Dies ermöglicht eine extrem schnelle Feststellung des Verklemmens. Andererseits und wie oben erläutert, wird selbst dann, wenn der posn_error die maximale Schwelle erreicht, keine Verklemmung deklariert, solange nicht die Geschwindigkeit unter der Geschwindigkeitsschwelle liegt, da ein Ausfall von Leistung für das Drehen des Motors bei der vorgeschriebenen Drehzahl nicht als ein Verklemmen interpretiert werden sollte. Stattdessen sollte es als die Unfähigkeit des Werkzeugs interpretiert werden, die gewünschte Trägerfrequenz zu erzeugen und die Trägerfrequenz sollte reduziert werden.
Wenn der Positionsfehler posn_error den maximal zulässigen Wert erreicht hat und die Geschwindigkeit unter der gewünschten Schwelle liegt, wird ein Verklemmungstrigger (jam_trig) bei 406 gesetzt, und im Schritt 408 bestimmt der Mikroprozessor, in welchem Zustand (ajam_state) sich das Verklemmungsprogramm befindet. Der Zustand 0 ist der Versagenszustand für den Anti-Verklemmungscode und dient zum Abstoppen des Motors und bereitet ihn für Rückwärtslauf vor, wenn einmal der Verklemmungstrigger gesetzt worden ist. Zustand 1 ist der Zustand, in welchem eine Aktion erfolgt, um die Verklemmung aufzuheben. Zustand 2 ist ein Wartezustand.
Wie in Fig. 9b gezeigt, besteht die erste Funktion des Zustands 0 der Anti-Verklemmungssoftware darin, bei 412 festzustellen, ob der Verklemmungstrigger gesetzt worden ist. Dies deshalb, weil die Anti-Verklemmungssoftware ständig läuft, selbst bei Abwesenheit eines Verklemmens. Wenn im einzelnen einer der posn_error oder Geschwindigkeit nicht ihre entsprechenden Schwellen erreicht hat, dann wird bei 410 die jam_trig-Flagge geklärt und das Programm fährt bei Schritt 408 fort, um einen ajam_state (Verklemmungsstatus) zu bestimmen. Da der ajam_state auf Null gesetzt wird, wenn kein Verklemmen bearbeitet wird, würde das Programm bei 412 fortfahren. Wenn die jam_trig-Flagge nicht gesetzt ist, verläßt das Programm den Anti-Verklemmungscode bei 499. Wenn andererseits die jam_trig-Flagge gesetzt war (bei Schritt 406), fährt das Programm bei Schritt 414 fort durch Setzen von posn_error (Positionsfehler) und posn_inc (Positionsinkrement) auf Null, wodurch der Motor abgestoppt wird, da der PD-Regler informiert wird, daß es keinen Positionsfehler gibt und daß keine Bewegung gewünscht wird. Zusätzlich wird im Schritt 414 die Variable jam_posn (Verklemmungsposition) auf das signal_posn gesetzt, was die laufende Position des Modulators darstellt und der Mikroprozessor klärt die finished_backing (Rücklauf beendet) und reverse_jam (Rückwärtsverklemmung) Flaggen, welche nachstehend diskutiert werden. Die jam_posn-Variable wird verwendet um festzustellen, wo die vorhergehende vollständig offene Position des Modulators war, so daß der Motor zu dieser Position zurückdrehen kann. Wenn die Verklemmung innerhalb zweihundert Zählungen der vorhergehenden vollständig offenen Position erfolgte, wie bei 415 bestimmt, werden 8192 Zählungen bei 416 zu jam_posn addiert, wodurch der Code veranlaßt wird, den Motor zurück in die erste vollständig offene Position zu drehen und an der zweiten vorhergehenden vollständig offenen Position anzuhalten. Darüberhinaus speichert beim Schritt 414 der Code die Proportionalverstärkungsvariable ("Reglerkonstante") P in prev_P, was verwendet wird, um P wieder herzustellen, nachdem es im Zustand 1, wie nachstehend beschrieben, manipuliert worden ist.
Nachdem die 8192 Zählungen bei 416 nach Erfordernis addiert wurden, erfolgt bei 418 eine Feststellung, ob das Verklemmen innerhalb drei Sekunden nach einer vorhergehenden Verklemmung erfolgte. Um diese Bestimmung auszuführen, wird ein Taktgeber gesetzt und dann jedesmal dann rückgesetzt, wenn eine Verklemmungsbestimmung erfolgt. Wenn das Verklemmen nicht innerhalb drei Sekunden nach einer vorhergehenden Verklemmung erfolgte, wird die jam_count (Verklemmungszählung), welche die Häufigkeit der Verklemmungen verfolgt, auf einen Wert von Eins im Schritt 422 gesetzt und dann wird der ajam_state auf Zustand 1 im Schritt 426 gesetzt. Wenn das Verklemmen tatsächlich innerhalb drei Sekunden nach einer vorhergehenden Verklemmung eintrat, wird jam_count bei 424 inkrementiert, und der ajam__state wird dann auf Zustand 1 im Schritt 426 gesetzt. Der Anti-Verklemmungscode wird dann bei Schritt 499 verlassen.
Wenn der ajam_state auf Zustand 1 gesetzt ist, wird das nächste Mal, wenn die Software in den Anti-Verklemmungscode eintritt, bei Schritt 408 der Zustand 1 als ajam_state gewählt. Zustand 1 wird aktiv, um die verklemmten Abfallstücke zu lösen. Er tut dies, indem er den Motor anweist, rückwärts in die vollständig offene Position zu laufen, bestimmt durch Zustand 0 (bei Schritten 412, 414 und 416) und zu warten, bis der Motor diese Position erreicht. Der Code des Zustands 1 überprüft auch zwecks Feststellung, ob ein Verklemmen auftritt, während der Motor zurückläuft. Wenn der Motor noch nicht den Rücklauf, wie durch Schritt 432 bestimmt, vollendet hat, sind die jam_trig- und reverse_jam-Flaggen noch nicht gesetzt, wie durch Schritt 434 bestimmt, ist jam_posn nicht Null oder weniger als fünfzig, wie in Schritten 436 und 438 bestimmt ist, dann wird bei Schritt 442 das posn_inc auf minus fünfzig (-50) gesetzt und das jam_posn wird so gesetzt, daß es gleich dem jam_posn -50 im Schritt 444 wird. Setzen von jam_posn auf diese Weise veranlaßt jam_posn, auf Null in fünfzig Zählschritten dekrementiert zu werden, während das Setzen von posn_inc auf diese Weise diese gewünschte Position dem PD-Regler reflektiert. Demgemäß läuft das Programm von Schritten 442 und 444 zu Schritt 499 zurück durch Schritte 402, 410, 408, 432, 434, 436, 438, bis das jam_posn im Schritt 438 als weniger als fünfzig festgestellt wird. Wenn das jam_posn weniger als fünfzig ist, wird in Schritten 446 und 448 das posn_inc so gesetzt, daß es gleich dem entgegengesetzten von jam_posn ist und das jam_posn wird auf Null gesetzt. Auf diese Weise wird der Motor angewiesen, eine Nullposition einzunehmen.
Sobald jam_posn im Schritt 448 auf Null gesetzt ist, wenn die Software zu Schritt 436 zurückgeht, geht das Programm bei Schritt 452 weiter, wo posn__inc auf Null gesetzt wird. Wenn die Ist-Motorposition (signal__posn) innerhalb zwanzig Zählungen gegenüber Null ist, wie bei 454 bestimmt, dann wird die finished_backing (R"cklaufende) Flagge bei Schritt 456 gesetzt und P wird auf prev_P (vorheriges P) gesetzt. Bei einem anderen Umlauf des Anti-Verklemmungscodes würde bei Schritt 432 eine Feststellung getroffen, daß finisched_backing gesetzt ist. Dann wird bei Schritt 462, wenn jam_count als weniger oder gleich fünf befunden wird, im Schritt 463 die Verklemmungsflagge gelöscht, der posn_error wird auf Null gesetzt und der ajam state wird auf Null gesetzt und die Motorsoftware nimmt ihre Normalfunktion wieder auf, so daß der Motor vorwärtsbewegt werden kann. Wenn andererseits jam_count als oberhalb fünf befunden wird, wird ajam state auf Zustand 2 bei Schritt 464 gesetzt.
Die Funktion von Zustand 2 besteht darin, das System zu veranlassen, zehn Sekunden mit dem Modulator in der vollständig offenen Positionen zu warten, so daß Abfälle, welche mehrfache Verklemmungen hervorgerufen haben, durch den Modulator passieren können. Wenn der ajam_state auf Zustand 2 gesetzt ist, fährt deshalb bei Erreichen des Schrittes 408 das Programm bei Schritt 466 fort, wo eine Feststellung getroffen wird, ob die zehn Sekunden verstrichen sind. Falls nicht, läuft das Programm durch, bis die zehn Sekunden abgelaufen sind. Dann wird im Schritt 468 jam_count auf Eins zurückgesetzt und der ajam_state wird auf Zustand 1 rückgesetzt. Mit dem ajam_state auf Zustand 1 zurückgesetzt, wird, wenn das Programm den Schritt 408 erreicht, der Zustand 1 gewählt und das Programm fährt fort mit Schritten 432, 462 und 463, wo die Verklemmungsflagge gelöscht wird, posn_error auf Null gesetzt wird, ajam_state auf Null gesetzt wird und die Motorsoftware ihre normale Funktion wieder aufnimmt.
Um auf Zustand 1 zurückzukommen und wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 9a erwähnt, ist festzuhalten, daß der Modulator auch verklemmen kann, während er in Rückwärtsrichtung läuft. Während die jam_ trig-Software alle Vorwärtsverklemmungen erfassen kann, wird sie keine Rückwärtsverklemmungen erfassen, die nahe der vollständig offenen Position auftreten, weil der posn_error möglicherweise zu klein ist, wenn das Rückwärtsverklemmen nahe der vollständig offenen Position auftritt. Deshalb führt der Code einen anderen Test aus, basierend auf posn_error, und Reglertastverhältnis zum Erkennen von Rückwärtsverklemmungen. Während im Zustand 1 und nach dem Durchlaufen der Schritte 436, 452 und 454 im Schritt 454 festgestellt wird, daß das Ist-signal_posn nicht innerhalb zwanzig Zählungen von Null liegt, dann wird demgemäß im Schritt 472 die P-Variable in Inkrementen vergrößert, um das Tastverhältnis zu vergrössern, bis es sein Maximum von 1000 erreicht. Wenn beim Erhöhen des Tastverhältnisses der posn_error sich ändert, wie im Schritt 474 bestimmt, dann fährt das Programm fort, im Zustand 1 zu laufen, bis das signal_posn innerhalb zwanzig Zählungen von Null liegt. Wenn jedoch bei Erhöhung des Tastverhältnisses sich der posn_error nicht ändert, wird die reverse_jam (Rückwärtslaufverklemmung) Flagge bei 476 gesetzt zur Anzeige dafür, daß eine Rückwärtsverklemmung vorliegt. Dann wird beim Durchlaufen des Anti-Verklemmungscodes im Schritt 434 die reverse_jam- Flagge das Programm veranlassen, bei Schritt 463 weiterzumachen, wo die Verklemmungsflagge gelöscht wird und posn_error und ajam_state rückgesetzt werden. Dies vermittelt der Software, daß der Motor vorwärts laufen sollte.
Zusammengefaßt signalisiert irgendeine von drei Flaggen dem Mikroprozessor, daß der Motor seinen Vorwärtslauf wieder aufnehmen sollte. Die finished_backing (Rücklauf beendet) Flagge indiziert, daß die Rücklaufprozedur erfolgreich durchgeführt wurde derart, daß die wiederaufgenommene normale Funktion des Modulators gewünscht wird. Wenn andererseits die jam_trig-Flagge oder reverse_jam-Flaggen gesetzt sind, wenn der Motor dabei ist, den Modulator zurückzudrehen (Zustand 1), wird ein reverse_jam indiziert und es wird dem Motor signalisiert, daß er seinen Vorwärtslauf wieder aufnehmen soll, um Rückwärtsverklemmung zu vermeiden.
Es wurden hier LWD-Werkzeuge beschrieben und dargestellt, die in der Lage sind, Signale bei unterschiedlichen Frequenzen zu übertragen. Während bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt, daß die Erfindung darauf beschränkt sein soll, da die Absicht besteht, daß die Erfindung in ihrem Schutzumfang so breit sein soll, als der Stand der Technik zuläßt, und daß die Beschreibung entsprechend zu lesen ist. Während demgemäß ein bestimmter Motor und ein bestimmter Positionssensor als bevorzugt beschrieben wurden, versteht es sich, daß andere Motoren und Positionssensoren verwendet werden können. Gleichermaßen gilt, daß zwar bestimmte Modulatoranordnungen beschrieben wurden, es sich jedoch versteht, daß andere Modulatoren mit unterschiedlichen Rotoren und Statoren verwendet werden könnten. Während darüberhinaus der Positionssensor als mit der Motorwelle gekuppelt beschrieben wurde, versteht es sich, daß der Positionssensor mit der Rotorwelle des Modulators gekuppelt sein könnte oder mit einer der Wellen des Untersetzunggetriebes, da alle starr miteinander gekuppelt sind und alle relative Drehpositionen haben. Demgemäß erfordert die Erfindung einfach, daß irgendein Mechanismus für das Erfassen der Position des Motors oder des Modulatorrotors und für die Verwendung der erfaßten Position als Rückkopplung für den Mechanismus zum Antrieb des Motors vorgesehen wird. Auch wurden zwar Flußdiagramme, die Teilprogrammierungen des untertägigen Mikroprozessors und des übertägigen Prozessors repräsentierten, in Verbindung mit der Erfindung wiedergegeben, doch versteht es sich, daß andere Programme, die durch abweichende Flußdiagramme repräsentiert würden, eingesetzt werden könnten. Während darüberhinaus bestimmte PSK-Codierschemata und FSK-Codierschemata beschrieben wurden, versteht es sich, daß mit den Möglichkeiten des Werkzeugs der Erfindung andere Codierschemata einsetzbar wären, wie, ohne Beschränkung, Ein-/Ausverschlüsselung (positive Impulse).

Claims

1. Ein Verfahren um festzustellen, ob ein Codierer (18) eines Bohrlochgeräts (50) verklemmt ist, welches Bohrlochgerät (50) einen Motor (100) mit einer Antriebswelle (102) aufweist, der mit dem Codierer (18) gekoppelt ist und diesen antreibt, mit einem Positionssensor (110), der mit dem Motor (100) für die Erfassung der Position des Motors (100) gekoppelt ist, und mit einem Mikroprozessormittel (91), das mit dem Positionssensor (110) und mit dem Motor (100) in einer Rückkopplungsschleife gekoppelt ist, wobei das Mikroprozessormittel (91) die Bewegung des Motors (100) basierend auf der Position des Motors (100) und einer Soll-Position des Motors (100) steuert, welches Verfahren umfaßt:

a) zu einer ersten Mehrzahl von Zeitpunkten, Bestimmen der Positionen des Motors (100) mit dem Positionssensor (110);

b) Bestimmen von Positionsfehlern des Motors (100) aus den Positionen des Motors (100) und Soll-Positionen des Motors (100), wie durch das Mikroprozessormittel (91) bestimmt; und

c) Bestimmen mittels des Mikroprozessormittels (91), ob der Codierer (18) verklemmt ist, basierend darauf, ob der Positionsfehler einen ersten Schwellenwert übersteigt.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Schwellenwert definiert ist gemäß

max_posn_error = desired_posn_error + x

worin max_posn_error der erste Schwellenwert ist, desired_posn_error ein fester, von Null verschiedener Positionsfehler ist, bezogen auf das Bohrlochgerät (50) und eine Trägerfrequenz, bei der das Bohrlochgerät (50) Daten codiert, und x ein Wert ist basierend auf dem Wert der vollen Drehzahl des Motors (100) für die Trägerfrequenz.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, bei dem:

x gleich einem ganzzahligen Wert mal dem Wert der vollen Drehzahl des Motors (100) für die genannte Trägerfrequenz ist.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend:

d) Bestimmen mittels des Mikroprozessormittels (91) und aus den Positionen der Umlaufgeschwindigkeit des Motors (100);

wobei der Schritt des Bestimmens, ob der Codierer (18) verklemmt ist, ferner darauf basiert, ob die Motorgeschwindigkeit einen zweiten Schwellenwert zu einem Zeitpunkt übersteigt, wenn der Positionsfehler den ersten Schwellenwert übersteigt.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Codierer (18) eine Mehrzahl von Positionen einschließlich einer vollständig offenen Position aufweist, welches Verfahren ferner umfaßt:

e) Bei Feststellung, daß der Codierer (18) verklemmt ist, Umkehren der Drehrichtung des Motors (100) und Versuch, den Codierer (18) in die vollständig offene Position zu bringen.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend:

f) Bei Drehrichtungsumkehr Erfassen der Position des Motors (100), und wenn der Codierer (18) nicht in die vollständig offene Position gebracht wird, erneutes Umkehren der Drehrichtung.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend:

g) Wiederholen der Schritte a) bis e).

8. Ein Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend:

e) Zählen der Anzahl von Malen, daß eine Feststellung erfolgt, daß der Codierer (18) innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer verklemmt ist; und

f) wenn der Codierer (18) eine vorbestimmte Anzahl von Malen innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer sich verklemmt hat, Antreiben des Codierers (18) in die vollständig offene Position und Halten des Codierers (18) in der vollständig offenen Position während einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die zweite vorbestimmte Zeitdauer eine Mehrzahl von Sekunden umfaßt.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Codierer (18) eine Mehrzahl von Positionen einschließlich einer vollständig offenen Position aufweist, welches Verfahren ferner umfaßt:

d) Bei Feststellung, daß der Codierer (18) verklemmt ist, Umkehren der Drehrichtung des Motors (100) und Versuch, den Codierer (18) in die vollständig offene Position zu bringen.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend:

e) Bei Drehrichtungsumkehr, Erfassen der Position des Motors (100), und wenn der Codierer (18) nicht in die vollständig offene Position gebracht wird, erneutes Umkehren der Drehrichtung.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Codierer (18) eine Mehrzahl von Positionen einschließlich einer vollständig offenen Position hat, welches Verfahren ferner umfaßt:

d) Zählen der Anzahl von Malen, daß eine Feststellung erfolgt ist, daß der Codierer (18) innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer verklemmt ist; und

e) wenn der Codierer (18) eine vorbestimmte Anzahl von Malen innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer verklemmt ist, Antreiben des Codierers (18) in die vollständig offene Position und Halten des Codierers (18) in der vollständig offenen Position während einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer.

13. Eine Vorrichtung zur Verwendung in einem von bohrlochfluiddurchströmten Bohrloch, welche Vorrichtung umfaßt:

einen bürstenlosen Gleichspannungsmotor (100) mit einer umlaufenden Antriebswelle (102);

ein Codiermittel (18) einschließlich eines Stators (150) und eines Rotors (160), der mit der umlaufenden Antriebswelle (102) gekoppelt ist, welcher Rotor (160) relativ zu dem Stator (150) rotiert, wodurch ein Signal in dem Bohrlochfluid erzeugt wird;

Motortreiberschaltkreise (191), die mit dem bürstenlosen Gleichspannungsmotor (100) gekoppelt sind und diesen antreiben; und

Mikroprozessormittel (91), die mit den Motortreiberschaltkreisen (191) gekoppelt sind, welche Mikroprozessormittel (91) ausgebildet sind, um die Motortreiberschaltkreise (191) zu veranlassen, Treibersignale an den bürstenlosen Gleichspannungsmotor (100) zu liefern;

welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Positionssensor (110) mit der umlaufenden Antriebswelle (102) des bürstenlosen Gleichspannungsmotors (100) gekoppelt ist, welcher Positionssensor (110) Anzeigen bezüglich der Drehposition des bürstenlosen Gleichspannungsmotors (100) liefert;

daß die Mikroprozessormittel (91) mit dem Positionssensor (110) derart gekoppelt sind, daß die dem bürstenlosen Gleichspannungsmotor (100) gelieferten Signale auf Ist-Drehpositionen des bürstenlosen Gleichspannungsmotors (100), wie von den Anzeigen des Positionssensors (110) geliefert, und auf Soll-Drehpositionen basieren, wie durch die Mikroprozessormittel (91) bestimmt; und

daß die Mikroprozessormittel (91) Anti-Verklemmungsmittel umfassen, welche Anti-Verklemmungsmittel Mittel für das Bestimmen von Positionsfehlern des bürstenlosen Gleichspannungsmotors (100), basierend auf den von dem Positionssensor (110) gelieferten Anzeigen, umfassen, sowie Mittel für das Bestimmen, ob das Codiermittel (18) verklemmt ist, basierend darauf, ob zu einer bestimmten Zeit ein bestimmter Positionsfehler einen ersten Schwellenwert übersteigt.

14. Eine Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der:

die Anti-Verklemmungsmittel Mittel für das Bestimmen aus den Anzeigen des Positionssensors (110) der Geschwindigkeit des bürstenlosen Gleichspannungsmotors (100) umfassen; und

daß die Mittel für das Bestimmen, ob der Codierer (18) verklemmt ist, feststellen, ob der Codierer (18) verklemmt ist, ferner basierend darauf, ob die Motorgeschwindigkeit einen zweiten Schwellenwert übersteigt.

15. Eine Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der:

der erste Schwellenwert definiert ist gemäß

max_posn_error = desired_posn_error + x

worin max_posn_error der erste Schwellenwert ist, desired_posn_error ein fester, von Null verschiedener Fehler ist, bezogen auf das Gerät und eine Trägerfrequenz, mit der das Gerät Daten codiert, und x ein Wert ist, basierend auf der vollen Geschwindigkeit des bürstenlosen Gleichspannungsmotors (100) für die Trägerfrequenz.

16. Eine Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der:

x gleich einem ganzzahligen Wert mal dem vollständigen Drehzahlwert des bürstenlosen Gleichspannungsmotors (100) für die Trägerfrequenz ist.

17. Eine Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der:

die Anti-Verklemmungsmittel ferner Mittel für das Umkehren der Drehrichtung der Antriebswelle (102) umfassen, welche Mittel für das Umkehren der Drehrichtung die Mikroprozessormittel (91) und die Motortreiberschaltkreise (191) umfassen.

18. Eine Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der:

die Anti-Verklemmungsmittel ferner Mittel für das Feststellen umfassen, ob das Codiermittel (18) verklemmt, wenn die Drehrichtung der rotierenden Antriebswelle (102) umgekehrt wird.

19. Eine Vorrichtung (50) nach Anspruch 13, bei der:

die Mikroprozessormittel (91) ferner Zählmittel umfassen für das Zählen der Anzahl von Malen, daß eine Feststellung erfolgt, daß das Codiermittel (18) innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer verklemmt ist.