FR2528491A1

FR2528491A1 - Procede et appareil de retablissement des signaux dans un systeme de diagraphie pendant le forage

Info

Publication number: FR2528491A1
Application number: FR8309500A
Authority: FR
Inventors: Gary Dean Berkenkamp
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1983-12-16
Also published as: GB2121572A; GB8313695D0; DE3321138A1; GB2121572B; CA1206089A

Abstract

SELON L'INVENTION, DEUX TRANSDUCTEURS DE PRESSION 30, 32 SONT MONTES ESPACES L'UN DE L'AUTRE DANS LE CONDUIT 34 ENTRE LA POMPE A BOUE ET LA TETE D'INJECTION ET DETECTENT LES IMPULSIONS DE PRESSION ENGENDREES PAR L'EQUIPEMENT DE MESURE SITUE AU FOND DU TROU DE SONDE. LE SIGNAL D'UN DES DETECTEURS EST DECALE DANS LE TEMPS 42 D'UNE QUANTITE EGALE AU TEMPS DE PROPAGATION DES IMPULSIONS ENTRE LES DEUX TRANSDUCTEURS ET SA POLARITE EST INVERSEE ET LES DEUX SIGNAUX SONT ADDITIONNES 44 POUR ELIMINER TOUTE L'ENERGIE QUI SE PROPAGE VERS LE BAS DU SIGNAL DE PRESSION. LE SIGNAL COMPOSITE EST ALORS TRAITE DANS N FILTRES ACCORDES 46, 48 POUR DETERMINER LA PRESENCE OU L'ABSENCE DE L'UN DE N SYMBOLES DANS LE SIGNAL DE DONNEES RESIDUEL. LES SIGNAUX DE DONNEES FILTRES SONT APPLIQUES A UN DETECTEUR DE SEUIL ET DE SYNCHRONISATION 50 QUI DETECTE LE SYMBOLE LE PLUS PROCHE OU L'ABSENCE DE SYMBOLE.

Description

,t i-111 i

La ré'sente invention se rapporte aux systèmes de me-

sure encours de sondage pour les trous de sonde terrestres.

:",Plu s" pr-ciemnent, elle, se rapporte à la télétransmission de l: ig %aux -e données dans 'de tel S systèmes et à la réception, " i - " la 'détection et au traitement de ces signaux à la surface

Les 'avantages et l'utilité des systèmes de mesure pen-

À À"é e forage qui mesurent des paramètres de forage du puits

' "ai' 'ro a ''nd du trou de sonde, tel que des caract ristiques phy-

",:- q:' "aes et' géologiques et les transmettent à la surface du

pendant -le forage du puits sont, depuis longtemps, re-

',; ':l "'?;us"' '''Dans de tels systèmes de mesure pendant le forage, *:. v; 49 *;:>^e hnug ansdetel sstèesde esre Penatl forage,

" f:fl'desprincipaux problèmes qui se pose est la télétrans-

"':'; son des données provenant des capteurs situés au fond du L-,: ' ' 15, o de:sonde et de l'appareil émetteur associé à un système t ei- '' ' " ''situ à la surface de la terre Plusieurs systèmes -'s:siom-m de données et de télétransmission ont été mis au

''' ' ''i" it qui ont chacun leur points forts particuliers.

"K -; 7 ' -':"'i"'? "La présente invention a pour objet un système de télé-

-"'":O:';'":Bure qui transmet des informations au moyen d'impulsions de

:'; "" 'ssion-du fluide ou boue de forage qui est normalement uti-

' '1 t -é'dansles' opérations de forage par rotation Les impul-

-: i:;fos de pression, qui sont représentatives de signaux de don-

'i 4;l ' un paramètre particulier,sont engendrées par un appa-

t ' À:25: x'- d fond de trou de sonde disposé au voisinage du trépan d:f; ?>i-: '"l'o'rage et les impulsions de pression se propagent vers le

à -':;t ' travers la boue contenue dans le train de tiges jus-

.-"i:"' un dé"'tecteur de signaux situé à la surface de la terre.

ncesystème, les impulsions de pression sont transmises

' d" ' le hut l'intérieur du train de tiges par l'intermé-

*': ' ' ':d Itre d'e la boue de forage en circulation.

L-:: La transmission des impulsions de pression par l'inter-

ir e de la boue de forage à l'intérieur d'un train de :1-;": rencontre certaines difficultés du fait des vibrations, ";" 35:h;e S:et impulsions de pression étrangers qui sont appliqués À''-:*''g ci'' ' crcuit -de fluide par le fonctionnement de l'équipement "" -', pa'"-:orage Un partie de ces impulsions de pression et bruits *,À3:l?';À ', -'i;:: "-': a ó ':::,<i(' ' f, -;

sont d'une grandeur au moins équivalente à celle de l'impul-

sion de pression produite par l'équipement émetteur situé

au fond du trou de sonde En outre, ces impulsions de pres-

sion sont réfléchies à l'intérieur du train de tiges à cer-

tains emplacements qui présentent un changement d'impédance

important dans le guide d'ondes d'impulsions de pression for-

mé par le train de tiges Ces impulsions de pression réflé-

chies sont également transmises par le train de tiges,ce qui

complique encore davantage l'identification des signaux.

Toutes ces générations et réflexions d'impulsions de pres-

sion et de buits de pression pulsés à l'intérieur du train de tiges créent un milieu bruyant dans lequel le signal de

données se propage et à partir duquel il doit être rétabli.

Les dispositifs de rétablissement des signaux de la technique antérieure utilisent des dispositifs récepteurs mécaniques montés dans le trajet d'écoulement du fluide de forage et d'autres dispositifs mécaniques associés faisant

partie du système de rétablissement des signaux pour ex-

traire les signaux de données Ces dispositifs mécaniques posent certains problèmes pour le rétablissement des signaux du fait de leur nature fondamentale L'un de ces problèmes

est que les résonances des ondes de pression pulsées trans-

mises peuvent être une source d'interférences à l'intérieur

des dispositifs mécaniques qui extraient et traitent les don-

nées Une autre difficulté que posent ces dispositifs est leur incapacité de séparer les ondes qui sepropagent vers le haut de celles qui se propagent vers le bas dans le milieu fluide Un résultat de cette difficulté à séparer les signaux est que des ondes de pression réfléchies peuvent être prises

par erreur pour des données réelles et qu'un traitement sup-

plémentaire des données est nécessaire pour extraire les don-

nées valides des données disponibles.

La présente invention a pour objet un procédé et un ap-

pareil pour recevoir et traiter des données de télémesure qui sont transmises par l'intermédiaire du train de tige d'un équipement de forge de trous de sonde en étant émises par un appareil de mesure pendant le forage monté dans le train de tiges L'appareil récepteur est conçu pour éliminer ou pour rduire dans une très grande mesure les bruits parasites qui 7 scl N ssuperposés au signal de pression de mesure lorsque ce i trier est transmis par le courant de boue contenu dans le train de tiges de forage L'appareil récepteur de signaux co-p orte une paire de détecteurs relativement étroitement

rappr 1 chés montés dans un conduit d'écoulement de boue dis-

p-.sé entre-la pompe de circulation de la boue et le train de

tiges 'En outre, l'appareil récepteur est construit pour ex-

; /ire les données de message du signal en décalant dans le temps le signal de l'un des détecteurs par rapport à l'autre

- Xpi en combinant les signaux, en annulant de ce fait l'éner-

:g ie, qui se propage g-I: e qui se propage transmett l'énergie dans dans mais un sens tout en transmettant l'autre sens Cette nouvelle sous une forme qui n'est pas

1 'éner-

technique sous sa - for ie d'-origine mais est une forme de différence par rapport -,iau temps de l'nergie transmise ' La poursuite du-traitement

effectué' par I'appareil extrait les données porteuses demes-

/age sans reconstruire le signal émis à l'origine.

2 f,; ' Par conséquent, la présente invention a notamment pour buts:

de réaliser un appareil et un dispositif de rétablis-

fiment des signaux de données dans un système de diagraphie p. ndant le forage qui évitent les inconvénients précités des : d'spo sitifs de la technique antérieure; -,,-,:,de réaliser un appareil de rétablissement des signaux ldo-'ou pour être utilisé avec un système de diagraphie pendant -Ié 7 orage qui utilise des impulsions de pression dans la boue -, i "f-rage servant de milieu de transmission des données et '-q' comporte une paire, de détecteurs de pression relativement ét:rpoitement rapprochés montés dans le conduit d'écoulement de

''boue pour rétablir le signal et le transmettre à un équipe-

-m/"i 't-de traitement qui sert à éliminer les bruits parasites >lt- ignal et à en extraire les données porteuses de message; :",-( de réaliser un équipement de traitement des signaux

:,, clé type d'appareil de' mesure pendant le forage-qui ex-

"-' -it, les données porteuses de message du signal d'impulsions h; À t, , ,,kl's ?? < z*:, ' :: '4 i i

-1 , ',; -

1, 1

de pression de la boue sans nécessiter l'emploi de détecteurs de pression ou détecteurs de signaux qui soient espacés l'un

de l'autre d'une très grande distance dans un conduit d'lécou-

lement de diamètre uniforme; de réaliser un appareil de traitement des signaux pour ce type de mesure pendant le forage qui ne nécessite pas la régénération du signal de données émis pour en extraire les données porteuses de message; qui traite également les données

pour réduire l'influence des bruits sur elles; et qui identi-

fie les données effectives par rapport aux signaux de bruit

au moyen d'un filtrage actif du signal.

C'autres buts, caractéristiques et avantages de l'in-

vention apparaîtront aux spécialistes de la technique à la

lecture de la description qui va suivre considérée à la lu-

mière des dessins annexés dans lesquels: la Fig 1 est une représentation graphique schématique

d'une installation de forage de puits qui comporte un sys-

tème de mesure pendant le forage faisant application de la présente invention, ce système utilisant des pulsations de la colonne de boue contenue dans le train de tiges pour la transmission du signal de données de télémesure; la Fig 2 est un schéma-bloc d'une partie de la partie de réception du système qui montre la relation de coopération entre les éléments de la présente invention; la Fig 3 est un graphique qui représente les signaux de sortie du processeur des signaux reçus représenté sur la

Fig 2.

On donnera ci-après une description et une explication

d'un mode de réalisation spécifique préféré du procédé et de

l'appareil de rétablissement des-signaux de la présente in-

vention qui seront données en se référant aux dessins dans lesquels on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments et/ou structures ou des éléments ou structures

semblables Il est bien entendu que cette description et ex-

plication ne doivent pas être interprétés comme limitant in-

dûment la portée de l'invention.

On peut utiliser l'appareil et le procédé de la pré-

?/,,:':l:,<_, ' -,' rt 52 8491 c,,:,:'4, te invention avec un système de mesure au fond du trou de n"de dutype incorporé à une installation de forage, telle q ,h,'dû 4celle rëprésentée sur la Fig 1 Comme représenté, le *-X,t'èe ''-'d'- '' omed mesure pendant le forage est utilisé avec une ':-:5 ' ':itns-tallatîion de forage de puits du type par rotation bien t:connue dans laquelle un train 10 de tiges de forage composé

-t;,::ane sér-i de segments de tige de forage muni à son extrémi-

':-': nfriurz d'un trépan de forage 12 est entrainé en rota-

l:;': :-ain pou:perder un trou de sonde 14 à travers les formations

: t 10 t e 7 ettes 1 j 6 L'appareil de mesure pendant le forage com-

b ':;,; e u- n-équipement de fond de trou de sonde qui comporte un ", ?'> 'sezibleé de détecteurs 18 contenu dans la partie inférieure

t-">:rain de tiges 10 L'ensemble de détecteurs 18 peut conte-

,v, -: usi'eurs dispositifs conçus pour mesurer des conditions

- 1 - physiques- à l'intérieur du trou de sonde et dans les for-

t,' ions environnantes Par exemple, l'ensemble de détecteurs a, 'I F," *', ii u ':t contenir un dispositif d'orientation pour détecter

*';-,:?>i" ' '- A "l X:reotion et l'inclinaison du trou de sonde à cet emplace-

- <x 0,ou il peut contenir deè dispositifs pour mesurer la tem-

'p ?aturll la pression, le poids appliqué au trépan ou l'un :: e conque _d'une diversité d'autres paramètres que 1 'on peut

4 é: l 'r': me'surer -

Les informations ou données qui sont engendrées par r ment ot? par l'un quelconque des éléments contenus dans "':?'-,, '-'525:',:/semb-le de détecteurs 18 est transmis à l'intérieur de

l'?ui; ippment de fond de 'trou de sonde à un émetteur 20 conte-

t-' c:-,t.

"'"+ "'::i" d:ans la partie inférieure du train de tiges L'émetteur 20 ', t':i':'? i:ió: onçu pour coder ces données en impulsions de pression If luide ou boue de forage qui est contenu dans le train de

, f 30:,,:t S Ces impulsions de pression peuvent être soit des im-

:$:'EO-ôns de pression positives soit des impulsions de pres-

-;::-, ':, 9 nég atives de la boue contenue -dans le train de tiges.

:'> -O:r uftiliser des impulsions de pression positives d"ni l'/Ie cadre de la présente invention, cependant celle-ci *':" 5 -'"::ti*-nne avec une modulation par impulsionscodées d'une -ad X:â'& de,:-e base et,sous réserve de certaines modifications,en

:re-'-;:, pons -au filtrage de détection d'une modulation exponen-

'

tielle Les impulsions de pression introduites dans la co-

lonne de boue contenue dans le train de tiges se propagent vers le haut à partir de l'émetteur 20 en direction de la surface de la terre Lorsque ces impulsions de pression se propagent vers le haut dans le train de tiges, à l'intérieur du train de tiges, celui-ci fonctionne comme un guide d'ondes

pour contenir et diriger les impulsions de pression Des ré-

flexions de ces impulsions de pression se produisent, à l'in-

térieur du train de tiges, à des emplacements de l'intérieur du train de tiges qui représentent un changement d'impédance important dans le guide d'ondes formé par le train de tiges

de forage Les principales influences quiagissent sur ces ré-

flexions sont les raccordements dans le trajet du fluide au niveau de la tête d'injection tournante 22, du col de cygne 24 et de son raccordement avec la colonne montante 26 ainsi qu'aux autres raccords à fluide et analogues qui se trouvent dans le conduit d'écoulement de la boue entre la pompe à boue 28 et la tête d'injection 22 Les impulsions de pression qui se propagent vers le haut dans le courant de boue qui s'écoule dans le train de tiges sont détectées par une paire

de détecteurs de pression 30 et 32 qui sont montés en un em-

placement choisi à l'intérieur du conduit 34 qui va de la

pompe à boue 28 jusqu'au col de cygne 24.

Les détecteurs de pression 30 et 32 sont reliés au con-

duit 34 d'une manière opérante pour détecter directement la

pression fluidique qui y règne ou, selon la nature des détec-

teurs de pression spécifiques utilisés, ceux-ci fournissent un signal indicatif du fluide contenu dans le conduit 34 On doit noter que les détecteurs de pression 30 et 32 peuvent être d'un type mécanique qui est en communication fluidique avec l'intérieur du conduit 34 pour avoir accès à la boue afin de fournir les données de signaux de pression nécessaires

pour permettre l'extraction du-message des impulsions de pres-

sion codées dans le courant de boue Ces détecteurs de pres-

sion ou transducteurs de pression peuvent être d'une autre configuration quelconque, interne ou externe au conduitqui fournit un signal de sortie électrique représentatif de la

pression de fluide qui règne dans le conduit rempli de boue.

On choisit le positionnement des détecteurs de pres-

sion 30 et 32 de façon qu'ils soient relativement étroitement rapprochés l'un de l'autre et situés le long d'un segment du

-5 conduit d'écoulement 34 qui ne comporte essentiellement au-

cune obstruction interne et a une surface de section trans-

versale approximativement uniforme de sorte que l'écoulement

de fluide n'est pratiquement par perturbé sur toute la lon-

gueur du segment du conduit L'espacement entre les détecteurs de pression 30 et 32 peut être compris entre environ 0,9 m ( 3 pieds) et environ 30,5 m ( 100 pieds) On a trouvé qu'un espacement préféré entre les détecteurs de pression 30 et 32 était compris entre environ 1,5 m ( 5 pieds) et environ 12,4 m

( 40 pieds) Les détecteurs de pression 30 et 32 sont électri-

quement connectés à un récepteur 36 Le récepteur 36 fonc-

tionne pour recevoir les données des détecteurs de pression et 32 puis pour traiter ces données de signal reçues afin

de les transformer en données utilisables dans d'autres par-

ties du présent système.

Un processeur de données 40 muni d'un visuel est con-

necté de manière opérante à la sortie du récepteur 36 Le pro-

cesseur de données 40 muni d'un visuel est agencé pour trai-

ter les données reçues et prétraitées et pour en extraire ain-

si l'information de message qu'elles contiennent puis pour afficher cette information et assurer sa mise en mémoire, si désiré.

La Fig 2 est une représentation schématique de l'appa-

reil servant à r 4 tablir les données d'impulsions de pression

de boue du courant de boue et des appareils qui lui sont as-

sociés pour traiter les signaux reçus Les transducteurs de pression 30 et 32 sont espacés l'un de l'autre d'une distance d suivant la longueur du conduit 34 pour extraire les données

d'impulsions de pression du courant de boue Si l'on consi-

dère le segment de conduit 34 représenté, la boue s'écoule de gauche à droite ou en sens opposé à celui représenté sur la Fig 1 de la pompe 28 vers le puits Le signal émis ST portant le message se déplace de droite à gauche tandis que le signal de bruit de la pompe Sp est représenté comme se déplaçant dans le sens opposé depuis le côté gauche de la figure vers la droite Le signal de sortie du transducteur 30 traverse un circuit à retard et d'inversion de polarité 42 puis est appliqué à un circuit sommateur 44 La sortie de l'autre

transducteur de pression 32 est connectée directement au cir-

cuit sommateur 44 Le circuit sommateur 44 combine ses deux signaux d'entrée pour produire un unique signal de sortie composite représentatif des signaux reçus combinés Ce signal

composite est un signal représentatif du reste de la diffé-

rence par rapport au temps des signaux reçus combinés Ce si-

gnal composite est ensuite transmis à la partie de processeur de l'appareil Initialement,le signal composite est appliqué à une série de N filtres de détection qui servent à accroître au maximum la capacité de détecter un symbole (une petite onde en MIC) parmi tous les autres symboles et de le faire en présence du bruit qui l'accompagne Après ce filtrage,

les signaux résultants ou filtrés sont appliqués à un détec-

teur de seuil dans lequel ils sont examinés pour détecter la présence d'un signal effectif (symbole) qui est recherché puis les signaux de sortie résultants sont fournis sous la forme d'un courant de bits codés en binaire Ce signal de

sortie est représentatif des données produites par l'équipe-

ment de mesure situé au fond du trou de sonde pendant le fo-

rage et ces données sont codées d'une manière appropriée de façon à être indicatives de paramètres géophysiques et autres données détectés par l'appareil situé au fond du trou de sonde. Nous nous référerons à nouveau au schéma de la Fig 2

pour en donner une description plus détaillée On admettra,

aux fins de la présente description,que le conduit 34 est un

segment de tuyau, de tube ou autre conduit d'écoulement dans la canalisation ou trajet d'écoulement de la boue entre la

pompe 28 de circulation de boue et la tête d'injection 22.

De préférence, le conduit 34 est un segment d'un élément ayant un diamètre interne uniforme qui est essentiellement

rigide et est monté sur la structure de l'installation de fo-

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rage dans une position sire de façon que les conditions d'é-

coulement de la boue au niveau des deux détecteurs de pres-

sion et entre eux ne soient pratiquement pas différentes Il est souhaitable que les conditions d'écoulement au niveau des détecteurs de pression et entre eux soient pratiquement iden- tiques de façon que le signal de pression contrÈlé par l'un

des détecteurs de pression soit pratiquement le même que ce-

lui contrôlé par l'autre détecteur de pression et que toute modification des conditions d'écoulement entre les détecteurs

de pression puisse être négligée.

Les détecteurs de pression 30 et 32 sont espacés l'un

de l'autre suivant le conduit 34 d'une distance d Les dé-

tecteurs de pression 30 et 32 peuvent être des transducteurs de pression d'un type quelconque disponible dans le commerce qui mesurent avec une précision prédéterminée la pression ou la présence de l'onde de pression dans la boue au point

approprié du conduit et la convertisse en un signal élec-

trique correspondant qui peut être exprimé sous forme d'une fonction par rapport au temps De même,les détecteurs de pression pourraient être d'un type quelconque qui produit un signal électrique qui correspond à la pression de fluide ou à l'onde de pression de fluide dans la boue à cet emplacement

du conduit 34 et la représente Les signaux de sortie des dé-

tecteurs 30 et 32 sont, de préférence, accordés ou ajustés de façon que les grandeurs relatives des signaux de sortie des

deux transducteurs de pression soient les mêmes pour des me-

sures statiques et dynamiques similaires L'appareil et les circuits nécessaires pour effectuer cet accord n'ont pas été

représentés sur la Fig 2 du fait qu'ils ne sont pas indispen-

sables pour la compréhension de la présente invention mais

ils constituent essentiellement une adaptation technique né-

cessaire pour la mise en oeuvre de l'invention.

Comme représenté sur la Fig 2 à laquelle on se référe-

ra, les détecteurs de pression 30 et 32 servent à mesurer la

pression de fluide dans le conduit 34 telle qu'elle est influ-

encée par les impulsions de pression transmises par la boue.

On utilisera comme point de référence le détecteur de pres-

sion 32 dont on a désigné le signal y 1 (t) A un point, t, quelconque dans le temps,le signal détecté par le détecteur

de pression 32 est égal à la pression du signal émis, du si-

gnal engendré par la pompe,de leurs multiples réflexions, et d'un signal de pression de bruit Le signal de pression de bruit est un facteur de bruit d'arrière plan qui comprend les diverses fluctuations de pression qui apparaissent comme

étant des fluctuations sans corrélation entre elles à la sor-

tie des détecteurs de pression On note la présence d'un si-

gnal de pompe réfléchi; cependant, il a été déterminé que ce signal est d'une valeur pratiquement insignifiante considéré

par rapport aux grandeurs relatives et effets des autres si-

gnaux de pression qui interviennent On admettra ci-après que

deux ( 2) réflecteurs sont présents dans le système Un ré-

flecteur est situé en aval des détecteurs de pression et l'autre se trouve en amont des détecteurs de pression Ces réflexions se produisent lorsque les ondes de pression passent d'une zone d'impédance du trajet d'écoulement à une autre Ces

changements d'impédance se produisent au niveau des obstruc-

tions qui existent dans le guide d'ondes formés par le train de tiges 10 et par les conduits qui le raccordent à la pompe

28 de circulation de la boue De même, ces changements d'impé-

dance se produisent aux raccords du conduit souple du col de cygne 24 avec la tête d'injection 22 et la colonne montante 26 Ci-après un changement d'impédance est considéré comme un changement d'un milieu d'impédance à un autre La relation

représentant la pression au niveau de l'un quelconque des dé-

tecteurs placés dans le conduit peut être exprimée sous la forme: Yn (t) =ST(t)+Sp(t)+Nn (t)+r O + 1 ro 1 'S(t+T 1) +r + 1 Sp(t+T + 1)+ dans laquelle: yn (t) est le signal d'impulsion de pression extrait de la conduite 34 d'écoulement de la boue; ST (t) est le signal émis atténué et dispersé provenant de l'émetteur situé au fond du trou de sonde; S (t) est le signal engendré par la pompe; N (t) est le bruit observé par le N èmetransducteur de n

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pression; et r O O+ 1 est le premier coefficient de réflexion en aval des transducteurs; r 0,1 est le premier coefficient de réflexion en amont des transducteurs. Le signal Y 1 (t) détecté par le détecteur de pression

32 diffère du signal Y 2 (t) détecté par le détecteur de pres-

sion 30 en ce qui concerne le temps du fait de la distance d

qui sépare les deux détecteurs de pression et du retard cor-

respondant au temps de propagation de l'onde de pression La différence de temps effective qui existe dépend du temps de propagation entre les détecteurs de pression séparés qui est

une fonction de la vitesse de l'onde de pression dans le con-

duit 34.

Le signal Y 1 (t) détecté par le transducteur de pression 32 peut être exprimé sous la forme: Y 1 (t)=Sp (t) +ST(t) +r O + 1 Sp(t+ 2 T+ 1) +r O,1 'ST(t+ 2 (t'+T)))+ 0, 0, + 1 Sp(t+ 2 (t'+Ti+T+ 1) +r O, +r O 1 +ST(t+ 2 (t'+T_-+T+i) + +N 1 (t)

et le signal Y 2 (t) détecté par le transducteur de pres-

sion 30 peut être exprimé sous la forme: Y 2 (t)=Sp(t+t')+ST (t-t')+r O,+ l Sp(t-t' + 2 T+ 1)+r,ST (t+t' + 2 (t'+T_ 1))

+ 1 0,-i T-

+r,-1 'r, + Sp (t+t'+ 2 (t'+T _+ T+)+r r O,r +ST (t-t'+ 2 (t'+T 1 + + 1 0, -i O + T+ 1))+ +N 2 (t) formules dans lesquelles: r est le coefficient de réflexion d'un onde qui se

déplace d'un milieu i d'impédance Z à un autre milieu j d'im-

pédance Z. t' est le temps de propagation entre les transducteurs et 32 qui sont les emplacements respectifs d'observation

de Y 2 (t) et Y 1 (t).

T est le temps de propagation du transducteur 30,

(Y 2 (t)), à la séparation entre les milieux -1 et 0.

T+ 1 est le temps de propagation du transducteurs 32,

(Y 1 (t), à la séparation entre les milieux 0 et + 1.

Pour pouvoir aligner dans le temps les signaux prove-

nant des détecteurs de pression 30 et 32, il est nécessaire de tenir compte du décalage dans le temps qui se produit pen- dant que l'onde de pression se déplace entre les détecteurs de pression On peut utiliser le temps de propagation t'

entre les détecteurs de pression pour décaler le signal pro-

venant de l'un ou l'autre des détecteurs de pression afin de pouvoir établir un point de référence pour les signaux de

pression qui se propagent du puits à la surface Dans le pré-

sent système Y 2 (t) est retardé du temps t' par le circuit

à retard temporel 42 comme représenté sur la Fig 2.

Le changement de signe est nécessaire pour que l'annu-

lation du bruit se produise lorsque les signaux sont combinés par le circuit sommateur 44 Le signal Y 2 (t) tel qu'il est retardé du temps t' peut être exprimé comme suit: Y 2 (t-t')=Sp (t)+ST (t-2 t')+r 0,+l S (t-2 t'+ 2 T+ 1)+r 0,-1 ST(t+ 2 (t +T_ 1)) +r o-r O +l Sp(t-2 (t'+T_ I-T+ 1)) + r,_r 0,+l ST (t-2 t'+ 2 (t'+T_ +T ++ 1)) + +N 2 (t-t') Le circuit sommateur 44 combine les deux signaux Y 2 (t) et Y 2 (t-t')en un signal composite Z+(t) Ce signal composite Z+(t) est représentatif du signal reçu combiné des détecteurs de pression de la boue représentatif de l'énergie positive ou se déplaçant vers le haut Ce signal composite est le signal de sortie résultant du récepteur 36 et il est prêt à être traité par le processeur de données 40 Ce signal composite peut être exprimé sous la forme: Z+(t)=Y 1 (t)-Y 2 (t-t') =ST(t) -ST(t-2 t') +r 0,+ 11 (Sp(t-2 T+ 1)-Sp(t-2 t'+ 2 T+ 1)) =r 0,_ (S(t-2 (t+T 1 +T+ 1 _)) ST(t- 2 t'+ 2 (t'-T_ 1 +T+ 1))) + +N 1 (t)-N 2 (t-t')

A partir de cette relation on peut observer que le si-

f 52849 1 gnal Z+(t) est composé de la différence par rapport au temps du passage primaire du signal émis et de la différence par rapport au temps des réflexions du signal émis, du signal de la pompe; et du bruit En considérant que les coefficients de réflexion sont si faibles qu'ils rendent les termes affec-

tés des coefficients de réflexion négligeables, on peut sim-

* plifier l'expression de Z+(t) en: Z+ (t)=ST(t)-ST(t-2 t')+N 1 (t)-N 2 (tt')

On peut simplifier l'expression encore davantage en gé-

néralisant la composante de bruit en fonction d'une repésenta-

tion gaussienne du bruit On admet que N 1 (t)et N 2 (t) ont une distribution gaussienne dans laquelle ils ne sont pas corrélés et ontessentiellement la même variance Avec cette hypothèse, le terme de bruit sera représenté par N,(t) ce terme étant un

facteur de bruit gaussien normalisé Par conséquent, le si-

gnal composite peut être représenté sous la forme: Z+(t)=ST(t) -ST(t-2 t') -N* (t) Le signal composite Z+(t) qui a été engendré est ensuite appliqué à desfiltres accordés séparés 46 et 48 Ces filtres accordés sont quelquefois appelés des filtres de corrélation

dans lesquels un signal échantillon est l'objet d'une convo-

lution avec un signal désiré (inversé par rapport au temps) qui doit être trouvé dans le signal échantillon Les deux filtres accordés 46 et 48 fonctionnent de la même manière, la différence résidant dans l'entrée des fonctions connues A(t) et B(t) pour chacun de n= 2 symboles comme représenté ici Les fonctions A(t) et B(t) sont choisies d'une grandeur telle que les signaux de sortie g O o(t) et g 1 l(t) des filtres

accordés sont normalisés Dans le filtre accordé 46,le si-

gnal composite Z+(t) fait l'objet d'une convolution avec le signal A(t) Le signal g 1 (t) résultant produit par le filtre accordé 46 est alors appliqué à une entrée d'un détecteur de seuil 50 L'autre filtre accordé 48 reçoit à une entrée le signal composite Z+(t) et le soumet avec le signal connu B(t)

à une convolution Le signal de sortie g O (t) du filtre accor-

dé 48 est alors appliqué à une autre entrée du circuit détec-

teur 50.

-528491

Le circuit détecteur 50 exécute plusieurs fonctions sur les signaux qu'il reçoit Les signaux d'entrée séparés g,(t) et g 1 (t) sont introduits dans le circuit détecteur pour être évalués par comparaison Chacun des signaux qui arrivent au circuit détecteur 50 est comparé à une valeur de seuil "L" pour déterminer en fonction du temps si un signal désiré est ou non présent dans ce signal reçu donné go(t) ou g 1 (t) En

ce qui concerne le signal d'entrée g,(t), si ce signal est su-

périeur à "L", il est alors probable que le symbole désiré est présent dans ce signal d'entrée Par ailleurs, si g 1 (t) est inférieur à "L",il est probable que le signal désiré n'est pas présent Si ni le signal go(t) ni le signal g 1 (t) n'est supérieur à "L", il est alors probable qu'aucun des symboles recherchés n'est présent Dans le cas o g 1 (t) et g O (t) sont respectivement supérieur à L 1 et supérieur à L 2 p on admet que le plus grand de ces deux signaux est le signal recherché Du fait que les représentations A(t) et B(t) sont des fonctions normalisées, les grandeurs des signaux g O (t) et

g 1 (t) fournissent des critères significatifs à partir des-

quels on peut détecter la plus grande des réponses,ce qui

indique ainsi le signal le plus probable.

Lorsqu'un symbole est détecté, le maximum du signal re-

présente le point de synchronisation le plus probable du pro-

cessus de détection par rapport aux symboles de données ar-

rivants contenus dans les signaux g,(t) et g 1 (t) Le circuit

détecteur 50 comporte des circuits au moyen desquels il re-

père d'une manière adaptative les signaux de données d'entrée pour maintenir la synchronisation Ce repérage adaptatif des signaux de données d'entrée utilise la position dans le temps de la pointe choisie du signal de données d'entrée ainsi que sa grandeur pour synchroniser la position suivante par rapport

au temps o l'on doit observer le nouveau symbole escompté.

Dans ce processus de repérage ou localisation, l'intensité ou amplitude du signal est pondérée au moyen d'un facteur qui a

un effet sur la détection du symbole suivant.

Le signal de sortie du circuit détecteur 50 est identi-

fié par X(t) et a été représenté graphiquement sur la Fig 3.

D 2849 I

Le signal de sortie du circuit détecteur 50 est fourni au processeur de données 40 muni d'un visuel représenté sur la Fig 1 en vue d'être soumis à d'autres manipulations et d'être présenté sous forme de données représentatives des mesures prises au fond du trou de sonde En d'autres termes, les données filtrées et traitées affichées sur la Fig 3 sont représentatives de l'information porteuse de message initialement déterminée par l'équipement de mesure et mise en forme utilisable par l'émetteur de l'équipement de mesure de fond de trou de sonde pendant le forage Ces données peuvent être décodées pour en extraire l'information porteuse de message par le processeur de données lequel fournit,à son tour,un message de sortie du système compréhensible par l'homme. En ce qui concerne la mise en oeuvre de la présente invention, il y a lieu de noter plusieurs caractéristiques

importantes,notamment l'élimination du bruit au cours du trai-

tement qui extrait la partie porteuse de message du -signal créé au fond du trou de sonde sans qu'il soit nécessaire de recréer le signal émis sous la forme modulée qu'il avait à la sortie de l'émetteur situé au fond du trou de sonde Une autre caractéristique importante réside en ce qu'en utilisant cette technique, il est possible de placer les détecteurs ou transducteurs de pression nettement plus proches l'un de l'autre qu'il ne l'est indiqué dans la technique antérieure dans les systèmes de transmission de données dans lesquels le signal d'origine est une porteuse modulée en phase,du fait des considérations de longueur d'onde Le récepteur et la

partie de processeur de signal reçu du présent appareil pré-

parent un signal composite par rapport à la forme en temps

réel des signaux qui sont escomptés des impulsions de pres-

sion qui circulent dans le conduit de transport de la boue.

La partie de processeur du signal reçu du présent appareil filtre le signal de données composite Z,(t) de sorte qu'un

signal de sortie X(t) est maximisé lorsqu'il y a effective-

ment un signal de sortie à extraire,ce qui réduit au minimum le bruit qui est présent dans le signal de pression mesuré au v 528491

moyen duquel les données sont transmises A la sortie du ré-

cepteur 36, tel que représenté sur la Fig 2, le signal de sortie X(t) peut être utilisé par un équipement de traitement des données supplémentaire (non représenté) pour extraire l'information de message portée par ce signal de données et

pour reproduire, à partir de cette information,des représen-

tations des mesures effectuées par l'équipement situé au fond

du trou de sonde.

7-528491

Claims

REVENDICATIONS

1 Un procédé pour réduire de manière importante les bruits engendrés en haut du trou de sonde contenus dans un signal émis au fond du trou de sonde dans un système de diagraphie pendant le forage, ce signal émis au fond du trou de sortie

étant constitué par des ondes de pression modulées par im-

pulsions qui sont transmises dans le fluide de forage dudit système, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à mesurer la pression de fluide dans le fluide de forage à un premier point et, respectivement, à un second point et

à convertir les deux mesures de pression en des signaux élec-

tiques correspondants indicatifs des pressions mesurées, les premier et second points étant espacés l'un de l'autre suivant le trajet d'écoulement du fluide entre une source ( 28) de fluide et une partie de fond du trou de sonde d'un puits dans lequel le signal de fond de puits est émis; (b) à décaler dans le temps l'un des signaux électriques de mesure de pression d'une quantité correspondant au temps de propagation de l'onde de pression modulée par impulsions à l'intérieur du trajet d'écoulement du fluide de l'un desdits points à l'autre; (c) à combiner le signal électrique de mesure de pression décalé dans le temps avec l'autre signal électrique de mesure de

pression pour produire un signal électrique de mesure compo-

site afin d'en éliminer pratiquement toute énergie qui se pro-

page vers le bas; et (d) à filtrer le signal électrique de mesure de pression composite dans un filtre accordé ( 46, 48)

pour identifier les données effectives contenues dans les si-

gnaux électriques par rapport au bruit présent dans le signal électrique de mesure composite afin de produire un signal électrique de mesure de pression filtré et à soumettre à un traitement complémentaire le signal électrique de mesure filtré en détectant dans ledit signal la présence de données qui sont comprises à l'intérieur d'un intervalle prédéterminé comprenant une série de valeurs admissibles pour produire un signal de données rétabli qui a une première valeur si aucun signal n'est détecté, qui a une première série de valeurs si le signal électrique de mesure filtré dépasse une valeur de seuil et qui a une seconde série de valeurs si le signal

électrique de mesure filtré dépasse une autre valeur de seuil.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

l'étape qui consiste à combiner le signal électrique de me-

sure de pression décalé dans le temps avec l'autre signal électrique de mesure de pression comprend, en outre; l'étape qui consiste à engendrer un signal composite représentatif de

la différence entre le signal électrique de mesure de pres-

sion décalé dans le temps et l'autre signal électrique de me-

sure de pression.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

l'étape qui consiste à combiner le signal électrique de me-

sure de pression décalé dans le temps avec l'autre signal électrique de mesure de pression comprend, en outre, les étapes qui consistent (a) à inverser la polarité du signal électrique de mesure décalé dans le temps; et (b) à ajouter le signal électrique de mesure décalé dans le temps et à polarité inversée à l'autre signal électrique de mesure de

pression de façon à produire un signal composite.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de filtrage comporte, en outre, l'étape qui consiste à soumettre le signal composite à une convolution avec un signal inversé par rapport au temps représentatif de chacun des symboles d'impulsion émis que l'on cherche à rétablir de

façon ainsi à engendrer un signal filtré.

Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le traitement complémentaire comporte, en outre, les étapes qui consistent: (a) à vérifier chacun des signaux filtrés afin de déterminer au moyen d'un seuil si le signal filtré est compris entre des valeurs prédéterminées et à transmettre les signaux dont il est déterminé qu'ils dépassent le seuil

prédéterminé de valeurs de signal admissibles; (b) à discri-

miner les signaux filtrés pour distinguer celles des valeurs de signal qui sont les plus grandes àl'intérieur d'un intervalle de temps prédéterminé de celles qui ne sont pas les plus

grandes ou ne sont pas comprises à l'intérieur d'un inter-

valle de temps prédéterminé et à produire de ce fait un signal s.52849 de données rétabli qui est représentatif du signal émis au fond du trou de sonde; et (c) à synchroniser la mesure de la

pression de fluide avec l'apparition dans le temps de la dis-

crimination des signaux filtrés de façon à prédire le temps de la prise des mesures de la pression de fluide. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtrage des signaux composites filtrés est effectué en synchronisme avec les apparitions dans le temps des maxima

des signaux de mesure de pression filtrés choisis qui dé-

pasent lesdites valeurs de seuil; et en ce que (b) la syn-

chronisation est réglée dans le temps pour compenser les va-

riations dans le temps des maxima des signaux de mesure de

pression afin de maintenir la prise desdites mesures en syn-

chronisme avec les apparitions escomptées des impulsions de

pression choisies.

7 Un système de diagraphie pendant le forage dans lequel un signal émis au fond du trou de sonde, représentatif d'un paramètre mesuré au fond du trou de sonde,est transmis à la surface de la terre sous la forme d'une impulsion de pression dans le fluide de forage du système, caractérisé en ce qu'il comporte un appareil pour réduire dans de fortes proportions

l'influence des bruits parasites constitués par des pulsa-

tions de pression sur le signal émis à partir du fond du trou de sonde, cet appareil comprenant: (a) un conduit ( 34) pour transporter le fluide de forage depuis une source ( 28) de fluide de forage située à la surface de la terre jusqu'au puits ( 14) dans lequel le signal du fond du trou de sonde est émis; (b) un premier transducteur ( 32) situé à un premier point du conduit pour mesurer la pression du fluide dans le conduit au premier point et pour convertir cette pression en un premier signal électrique de mesure de pression; (c) un second transducteur ( 30) situé à un second point du conduit espacé du premier point pour mesurer la pression du fluide

dans le conduit au second point et pour convertir cette pres-

sion en un second signal électrique de mesure de pression; (d) des moyens ( 42), pour décaler dans le tempsle second signal électrique de mesure de pression d'une quantité correspondant au temps de propagation de l'onde de pression dans le fluide

de forage depuis l'un des transducteurs jusqu'à l'autre trans-

ducteur; (e) des moyens ( 44) pour engendrer un signal élec-

trique de mesure composite représentatif de la différence entre les premier et second signaux électriques de mesure de

pression; (f) des moyens ( 46, 48) pour filtrer le signal élec-

trique de mesure de pression composite afin d'identifier les signaux de mesure de pression valides dans les signaux composites de manière à obtenir un signal filtré; et(g) des moyens ( 50) pour traiter le signal filtré afin de déterminer la présence d'un signal qui est compris

entre des limites prédéterminées et pour différencier ces si-

gnaux comme étant valides à la suite de quoi une transmission du signal valide est effectuée ou aucun signal n'est transmis

et pour déterminer d'une manière adaptative la synchronisa-

tion du détecteur avec les données transmises.

8 Système de diagraphie pendant le forage selon la revendi-

cation 7, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens pour synchroniser les signaux des premier et second transducteurs ( 32, 30) avec les moyens servant à traiter le

signal filtré afin de coordonner le traitement du signal fil-

tré de manière à identifier les signaux de mesure de pression

valides, et en ce que les moyens de synchronisation com-

prennent des moyens pour ajuster par rapport au temps la synchronisation des signaux afin de compenser les variations dans le temps des impulsions de pression du signal provenant

du fond du trou de sonde.

9 Système de diagraphie pendant le forage selon la revendi-

cation 7, caractérisé en ce que l'espacement (d) entre les premier et second transducteurs n'est pas inférieur à environ

0,9 m et n'est pas supérieur à environ 30,5 m.

Système de diagraphie pendant le forage selon la revendi-

1,5 m et n'est pas supérieur à environ 12,4 m.

11 Système de diagraphie pendant le forage selon la revendi-

cation 7, caractérisé en ce que les moyens de filtrage ( 46, 48) comprennent des moyens pour soumettre le signal composite à une convolution avec un signal indicatif du signal que l'on

cherche à rétablir.

12 Système de diagraphie pendant le forage selon la reven-

dication 11, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent un détecteur de seuil ( 50) pour déterminer la pré- sence de signaux filtrés entre des limites établies et un discriminateur qui sert à déterminer si le signal transmis

par les' moyens de traitement doit être le plus grand des si-

gnaux transmis par le détecteur de seuil ou si les moyens

de traitement ne doivent transmettre aucun signal.

13 Système de diagraphie pendant le forage selon la reven-

dication 12, caractérisé en ce que les moyens de traitement ( 50) comprennent des moyens de synchronisation fonctionnant en combinaison avec les moyens de traitement, les premier et second transducteurs ( 32, 30) et les moyens ( 42, 44) servant à-engendrer un signal composite pour optimiser la détection de signaux que l'on cherche à rétablir en synchronisant les

moyens de filtrage du signal composite avec le discriminateur.

14 Un système de diagraphie pendant le forage dans lequel un signal émis au fond du trou de sonde, représentatif d'un paramètre mesuré au fond du trou de sonde est transmis à la

surface de la terre sous la forme d'une onde de pression mo-

dulée par impulsions dans le fluide de forage du système, ca-

ractérisé en ce qu'il comporte un appareil pour réduire dans de fortes proportions l'influence des bruits parasites sur le signal émis à partir du fond du trou de sonde, cet appareil comprennant: (a) un conduit ( 34) pour transporter le fluide de forage depuis une source ( 28) de fluide de forage située à la surface de la terre jusqu'à un train de tiges ( 10) situé dans le puits ( 14) dans lequel le signal du fond du trou de sonde est émis; (b) un premier transducteur ( 32) situé à un premier point du conduit pour mesurer la pression du fluide

dans le conduit au premier point et pour convertir cette me-

sure de pression en un premier signal électrique de mesure

de pression; (c) un second transducteur ( 30) situé à un se-

cond point du conduit espacé du premier point pour mesurer la pression du fluide dans le conduit au second point et pour

528849 I

convertir cette mesure de pression en un second signal élec-

trique de mesure de pression; (d) des moyens ( 42) pour déca-

ler dans le temps le second signal électrique de mesure de pression d'une quantité correspondant au temps de propagation de l'onde de pression dans le fluide de forage depuis l'un des transducteurs jusqu'à l'autre transducteur; (e) des moyens ( 44) pour engendrer un signal électrique de mesure composite représentatif de la différence entre les premier et second signaux électriques de mesure de pression; (f) des moyens de filtrage comportant plusieurs segments de filtre accordés

( 46, 48), un segmentde filtre accordé étant agencé pour re-

cevoir le signal composite et le soumettre à une convolution

avec un signal indicatif d'un signal que l'on cherche à réta-

blir et un autre segment de filtre accordé étant agencé pour

recevoir le signal composite et le soumettre à une convolu-

tion avec un autre signal indicatif d'un autre signal que l'on cherche à rétablir de façon ainsi à produire plusieurs signaux de sortie filtrés; (g) des moyens ( 50) pour traiter séparément la série de signaux de sortie filtrés comprenant

des moyens pour déterminer si l'amplitude de chacun des si-

gnaux dépasse individuellement des limites prédéterminées

et si chacun des signaux se produit individuellement à l'in-

térieur de limites de temps prédéterminées, et des moyens pour discriminer entre les signaux filtrés pour produire un signal de sortie représentatif de paramètres du fond de trou de sonde; et (h)

des moyens pour synchroniser les limites de temps prédétermi-

nées avec les apparitions escomptées des ondes de pression modulées par impulsions dans le fluide de forage détectées

par les premier et second transducteurs.