JP2641375B2 - Underground communication receiver - Google Patents

Underground communication receiver

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JP2641375B2
JP2641375B2 JP6740293A JP6740293A JP2641375B2 JP 2641375 B2 JP2641375 B2 JP 2641375B2 JP 6740293 A JP6740293 A JP 6740293A JP 6740293 A JP6740293 A JP 6740293A JP 2641375 B2 JP2641375 B2 JP 2641375B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、石油,天然ガス等の
井戸を掘削する場合、地下の情報を地上に送受信すると
きに用いられる極長波長電磁波の信号を受信する地中通
信用受信装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underground communication receiving apparatus for receiving a signal of an extremely long wavelength electromagnetic wave used for transmitting and receiving underground information to and from the ground when drilling a well such as oil and natural gas. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は例えば米国文献「ペトロリアム
エンジニア インターナショナル(ステータス レポー
ト MWD テクノロジー)1988年10月発行」
(PETROLEUM ENGINEER International,OCTOBER 1988
「Status-report:MWD Technology」)に示された従来
の地下情報を極長波長電磁波で送受信するときの状態図
である。
2. Description of the Related Art FIG.
Engineer International (Status Report MWD Technology) October 1988 "
(PETROLEUM ENGINEER International, OCTOBER 1988
It is a state diagram when conventional underground information shown in “Status-report: MWD Technology”) is transmitted and received by an extremely long wavelength electromagnetic wave.

【0003】従来から石油,天然ガス等の井戸を掘削す
る場合には、掘削部における地質,温度,圧力等の地下
情報を得る必要があり、その方法として、掘削用のパイ
プを地上に引き上げてから検層用の計測装置を掘削した
井戸から地中に位置させて計測する方法、または掘削時
に地中と地上との間を掘削用パイプを介して循環させる
マッドと称する泥水の成分を調べるマッドロギング法が
採用されていた。
Conventionally, when excavating a well such as oil or natural gas, it is necessary to obtain underground information such as the geology, temperature, and pressure at the excavation part. As a method, a drilling pipe is pulled up to the ground. A method of measuring by placing a measuring device for logging from underground from the drilled well to underground, or a mud called mud that circulates between the ground and the ground through a drilling pipe during drilling A logging method was employed.

【0004】しかしながら、これらの方法は計測に長い
時間を要し、掘削中の地下情報をリアルタイムで計測す
ることができない。そのため、最近はMWD(Measurem
ontWhile Drelling:掘削時計測)と称するリアルタイ
ムによる計測を目的とした計測技術が研究されてきてお
り、種々の方法が提案されている。その中で電磁波を使
用する方式が図4に示した方式である。
[0004] However, these methods require a long time for measurement and cannot measure underground information during excavation in real time. Therefore, recently MWD (Measurem
Measurement techniques for real-time measurement called ontWhile Drelling (measurement during excavation) have been studied, and various methods have been proposed. Among them, the method using electromagnetic waves is the method shown in FIG.

【0005】図4において、大地1上には掘削リグ2を
建設しており、この掘削リグ2の直下には掘削された井
戸3が形成されており、この井戸3内の地上近くには井
戸の壁が崩壊しないように鋼製のケーシングパイプ4が
設置されており、さらにそのケーシングパイプ4の中に
ドリルパイプ5が延出し、ドリルパイプ5の先端には絶
縁カラー6を介してドリルカラー7を連結している。ま
た、ドリルパイプ5の地上部分には噴出防止装置(BO
P)5aが設置されている。
[0005] In FIG. 4, a drilling rig 2 is constructed on the ground 1, and a drilled well 3 is formed immediately below the drilling rig 2, and a well is formed in the well 3 near the ground. A steel casing pipe 4 is provided so that the wall of the drill pipe does not collapse. A drill pipe 5 extends into the casing pipe 4, and a drill collar 7 is provided at an end of the drill pipe 5 through an insulating collar 6. Are linked. In addition, a spout prevention device (BO) is provided above the drill pipe 5.
P) 5a is provided.

【0006】このドリルカラー7の先端には掘削のため
のビット8を取り付けていて、ドリルパイプ5をモータ
14でチェーンやギアを介して回転駆動することにより
大地1を掘削する。ドリルカラー7内には掘削中の地下
の温度,圧力等を検出して電気信号に変換した変調信号
により地下情報を地上に送信する送信装置9を収納して
いる。
A bit 8 for drilling is attached to the tip of the drill collar 7, and the ground 1 is drilled by rotating the drill pipe 5 with a motor 14 via a chain or gear. In the drill collar 7, a transmitting device 9 for detecting underground temperature, pressure and the like during excavation and transmitting underground information to the ground by a modulated signal converted into an electric signal is housed.

【0007】この送信装置9の図示しない送信出力端子
は、絶縁カラー6を挟んで連結されているドリルパイプ
5とドリルカラー7とに接続されており、ドリルパイプ
5およびドリルカラー7が送信用ダイポールアンテナと
なって変調された極長波長電磁波を地上に送信するよう
にしている。
A transmitting output terminal (not shown) of the transmitting device 9 is connected to a drill pipe 5 and a drill collar 7 connected with an insulating collar 6 interposed therebetween, and the drill pipe 5 and the drill collar 7 are connected to a transmitting dipole. An extremely long wavelength electromagnetic wave modulated as an antenna is transmitted to the ground.

【0008】一方、地上の掘削リグ2の基部には、地下
より送信された極長波長電磁波を検出するため、一極は
ケーシングパイプ4から取り出し、他の一極は大地に埋
め込んだ電極10よりなるダイポールアンテナ型の受信
アンテナ11を設置し、地中からの極長波長電磁波を受
信するようにしている。そして受信アンテナ11が受信
した信号を増幅器12に入力し、増幅された信号はその
信号を復調(検波)して地下情報を得るための信号処理
部13に入力している。なお、地層,地質,深さ等によ
っては数十Hzの周波数の極長波長電磁波が使用され
る。
On the other hand, at the base of the drilling rig 2 on the ground, one pole is taken out of the casing pipe 4 and the other pole is taken from the electrode 10 embedded in the ground in order to detect a very long wavelength electromagnetic wave transmitted from underground. A receiving antenna 11 of a dipole antenna type is installed to receive an extremely long wavelength electromagnetic wave from underground. The signal received by the receiving antenna 11 is input to an amplifier 12, and the amplified signal is input to a signal processing unit 13 for demodulating (detecting) the signal and obtaining underground information. Note that an extremely long wavelength electromagnetic wave having a frequency of several tens of Hz is used depending on the formation, geology, depth, and the like.

【0009】また、図4中に示すように、電流is (実
線)は送信装置9により地中に電磁波を放射したとき、
ドリルパイプ5および地中を流れる電流である。Eは上
記電流is によって形成された等電位線である。受信ア
ンテナ11はこの電位差を検出する。この信号は増幅器
12で増幅され、信号処理部13で地下からの情報とし
て認識される。
[0009] As shown in FIG. 4, the current i s (solid line) indicates that when the transmitting device 9 radiates an electromagnetic wave into the ground,
This is a current flowing through the drill pipe 5 and the underground. E is the equipotential lines formed by the current i s. The receiving antenna 11 detects this potential difference. This signal is amplified by the amplifier 12 and recognized by the signal processing unit 13 as information from underground.

【0010】ところで、リグ2ではビット8を介して掘
削するため、ドリルパイプ5をモータ14で直接回転さ
せる。このモータ14を駆動すると、図5に示すように
モータ14の駆動回路15からモータ14までのリード
線と大地間やモータ14の巻線とリグ2の間の浮遊容量
1 ,C2 ,C3 を介して、大地にアース電流in1,i
n2,in3が流れる。このアース電流が図4の電流in
(破線)に示すようにドリルパイプ5、泥水(図中の斜
線部分)およびケーシングパイプ4を介して大地1中に
流れ出し、受信アンテナ11に送信信号is と同様に混
入し、送信信号is のSN比を低くしている。この電流
n を人工のノイズ電流と呼ぶ。
In the rig 2, the drill pipe 5 is directly rotated by the motor 14 for drilling through the bit 8. When this motor 14 is driven, as shown in FIG. 5, stray capacitances C 1 , C 2 , C 2 between the lead wire from the drive circuit 15 of the motor 14 to the motor 14 and the ground, and between the winding of the motor 14 and the rig 2. 3 and ground currents i n1 , i
n2 and i n3 flow. This ground current is the current i n in FIG.
Drill pipe 5 as shown in (broken line), mud (hatched portion in the drawing) and through the casing pipe 4 flows into the ground 1, similarly mixed transmission signal i s to the receiving antenna 11, transmitting signal i s Are lowered. The current i n referred to as artificial noise current.

【0011】さらに、大地1には電離層や地磁気の変
動、さらにはマグマのマントル対流の影響などにより誘
起されるとしている自然電流(地電流)ie (図中、一
点鎖線)が流れている。この電流ie は上記の人工ノイ
ズin に比べて低い帯域に分布しているが、送信信号i
s の低い帯域と同じ帯域となるため、送信信号is のS
N比を低くする要因となっている。
Furthermore, variations in the ionosphere and geomagnetic the earth 1, further (in the figure, dashed line) natural current (ground current) i e that is to be induced due to the impact of mantle convection magma is flowing. This current i e is distributed in band lower than said artificial noise i n, transmission signal i
Since the band is the same as the low band of s , the S of the transmission signal is
This is a factor that lowers the N ratio.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従来の受信装置は以上
のように構成されているので、リグ2上に設置されてい
る電気機器、特にモータ14が稼働すると、アース電流
n1,in2,in3が流れ出し、大地1を介して受信アン
テナ11に混入するため地下からの受信信号のSN比が
低下する。また、受信信号のSN比を改善するために、
受信信号を伝送経路での減衰量の少ない低い周波数で伝
送しても、自然電流ie のノイズ成分が増大し、受信信
号のSN比の改善効果は向上せず、従ってより深い深度
からの情報伝送ができなくなり、また情報の信頼性が低
下する。さらに、この問題の対策として、送信装置9の
送信パワーを向上すればよいが、送信パワーを上げるに
は、送信装置9の形状が大きくなり、従ってドリルパイ
プ5内に収納するには寸法の限界から実現できないなど
の問題点があった。
Since the conventional receiving apparatus is constructed as described above, when the electric equipment installed on the rig 2, especially the motor 14, operates, the ground currents in1 , in2 , and ground2 are generated. i n3 flows out and enters the receiving antenna 11 via the ground 1, so that the SN ratio of the received signal from underground decreases. Also, in order to improve the SN ratio of the received signal,
Be transmitted the received signal with less low frequency attenuation amount of the transmission path, increases the noise component of the natural current i e, the effect of improving the SN ratio of the received signal is not improved, therefore the information from deeper depths Transmission becomes impossible, and the reliability of information is reduced. Further, as a countermeasure against this problem, the transmission power of the transmission device 9 may be increased. However, in order to increase the transmission power, the shape of the transmission device 9 becomes large. There was a problem that it could not be realized from.

【0013】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、受信信号のSN比を向上させ、
地下からの情報の信頼性を高める地中通信用受信装置を
得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has been made to improve the SN ratio of a received signal,
An object of the present invention is to obtain an underground communication receiving device that enhances the reliability of information from underground.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る地
中通信用受信装置は、受信アンテナにより受信された送
信信号に混入する人工ノイズを検出する人工ノイズ参照
信号検出器と、その送信信号に混入する自然ノイズを検
出する自然ノイズ参照信号検出器と、その受信アンテナ
により受信された送信信号から人工ノイズおよび自然ノ
イズを加減算し、その送信信号に含まれるノイズ成分を
除去するノイズキャンセラ回路とを備えたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an underground communication receiving apparatus comprising: an artificial noise reference signal detector for detecting artificial noise mixed in a transmission signal received by a receiving antenna; A natural noise reference signal detector that detects natural noise mixed into the signal, a noise canceller circuit that adds and subtracts artificial noise and natural noise from a transmission signal received by the receiving antenna, and removes a noise component included in the transmission signal. It is provided with.

【0015】請求項2の発明に係る地中通信用受信装置
は、一極は地中に埋設された電極とし、もう一極はケー
シングパイプまたはドリルパイプに電気的に接続された
受信アンテナと、そのケーシングパイプまたはドリルパ
イプの周囲に設けられたトロイダルコイルおよび検出さ
れた電流を増幅する増幅器から成る人工ノイズ参照信号
検出器と、ケーシングパイプまたはドリルパイプを軸対
称とすると共に一極はそのケーシングパイプまたはドリ
ルパイプからその受信アンテナの電極への方向と同一の
位置に埋設されたダイポールアンテナおよびその電位差
を増幅する増幅器から成る自然ノイズ参照信号検出器
と、その受信アンテナにより受信された送信信号から人
工ノイズおよび自然ノイズを加減算し、その送信信号に
含まれるノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路と
を備えたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a receiving device for underground communication, wherein one pole is an electrode buried in the ground, and the other pole is a receiving antenna electrically connected to a casing pipe or a drill pipe. An artificial noise reference signal detector consisting of a toroidal coil provided around the casing pipe or drill pipe and an amplifier for amplifying the detected current; an asymmetric casing pipe or drill pipe and one pole connected to the casing pipe; Or a natural noise reference signal detector consisting of a dipole antenna buried at the same position as the direction from the drill pipe to the electrode of the receiving antenna and an amplifier for amplifying the potential difference, and an artificial signal derived from the transmission signal received by the receiving antenna. Adds and subtracts noise and natural noise, and noise components included in the transmitted signal It is obtained by a noise canceller circuit for removing.

【0016】請求項3の発明に係る地中通信用受信装置
は、人工ノイズ参照信号検出器および自然ノイズ参照信
号検出器にそれぞれ対応して設けられた伝達関数を調整
する適応フィルタと、その適応フィルタからの出力信号
の総和を求める加算器と、受信アンテナにより受信され
た送信信号からその加算器により求められた出力信号の
総和を減算する減算器とを有するノイズキャンセラ回路
を備えたものである。
An underground communication receiving apparatus according to a third aspect of the present invention is an adaptive filter for adjusting a transfer function provided corresponding to each of the artificial noise reference signal detector and the natural noise reference signal detector, and an adaptive filter thereof. The noise canceller circuit includes an adder for obtaining the sum of output signals from the filter, and a subtractor for subtracting the sum of output signals obtained by the adder from a transmission signal received by the receiving antenna.

【0017】[0017]

【作用】請求項1の発明における地中通信用受信装置
は、人工ノイズ参照信号検出器により検出された人工ノ
イズと自然ノイズ参照信号検出器により検出された自然
ノイズとを加算し、その加算されたノイズ成分を受信ア
ンテナにより受信された送信信号から減算することによ
り、その送信信号に含まれるノイズ成分を除去する。
The underground communication receiver according to the first aspect of the present invention adds the artificial noise detected by the artificial noise reference signal detector and the natural noise detected by the natural noise reference signal detector, and adds the added results. The noise component contained in the transmission signal is removed by subtracting the noise component from the transmission signal received by the receiving antenna.

【0018】請求項2の発明における地中通信用受信装
置は、トロイダルコイルをケーシングパイプまたはドリ
ルパイプの周囲に設けることにより、そのケーシングパ
イプまたはドリルパイプに流れ送信信号の人工ノイズと
なる電流を検出する。また、ダイポールアンテナの一極
はそのケーシングパイプまたはドリルパイプから受信ア
ンテナの電極への方向と同一の位置に埋設することによ
り、自然ノイズに対するダイポールアンテナおよび受信
アンテナの感度を同一にする。また、ダイポールアンテ
ナをケーシングパイプまたはドリルパイプと軸対称に埋
設することにより、地中からの送信信号の差動検出値を
零にする。
In the underground communication receiver according to the second aspect of the present invention, by providing a toroidal coil around a casing pipe or a drill pipe, a current that flows through the casing pipe or the drill pipe and becomes an artificial noise of a transmission signal is detected. I do. In addition, one pole of the dipole antenna is embedded in the same position as the direction from the casing pipe or the drill pipe to the electrode of the receiving antenna, so that the sensitivity of the dipole antenna and the receiving antenna to natural noise is the same. Further, by embedding the dipole antenna axially symmetrically with the casing pipe or the drill pipe, the differential detection value of the transmission signal from underground is reduced to zero.

【0019】請求項3の発明における地中通信用受信装
置は、適応フィルタにより、人工ノイズ参照信号検出器
および自然ノイズ参照信号検出器の人工ノイズおよび自
然ノイズに対応して伝達関数を調整し、このノイズキャ
ンセラ回路の出力値を最小にする。このとき、このノイ
ズキャンセラ回路の出力にはノイズ成分は含まれない。
According to a third aspect of the present invention, in the underground communication receiver, the adaptive filter adjusts a transfer function corresponding to the artificial noise and the natural noise of the artificial noise reference signal detector and the natural noise reference signal detector, The output value of this noise canceller circuit is minimized. At this time, the output of the noise canceller circuit does not include a noise component.

【0020】[0020]

【実施例】実施例1.以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図1において、16はケーシングパイ
プ4を流れる電流を検出するトロイダルコイル、17は
上記トロイダルコイル16を積巻した鉄心、18はトロ
イダルコイル16の出力信号を増幅する増幅器、19は
トロイダルコイル16と増幅器18よりなる人工ノイズ
参照信号検出器、20は井戸3を対称軸に地中に2つの
電極20a,20bを埋設し、自然電流を検出するダイ
ポールアンテナ、21はダイポールアンテナ20の出力
信号を増幅する増幅器、22はダイポールアンテナ20
と増幅器21よりなる自然ノイズ参照信号検出器であ
る。
[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 16 is a toroidal coil for detecting a current flowing through the casing pipe 4, 17 is an iron core wound with the toroidal coil 16, 18 is an amplifier for amplifying an output signal of the toroidal coil 16, and 19 is a toroidal coil 16 and an amplifier. Reference numeral 18 denotes an artificial noise reference signal detector. Reference numeral 20 denotes a dipole antenna that embeds two electrodes 20a and 20b in the ground with the well 3 as a symmetric axis and detects a natural current. Reference numeral 21 amplifies an output signal of the dipole antenna 20. The amplifier 22 is a dipole antenna 20
And a natural noise reference signal detector comprising an amplifier and an amplifier.

【0021】23は増幅器18の出力信号の振幅および
位相特性を調整する適応フィルタ、24は増幅器21の
出力信号の振幅および位相特性を調整する適応フィル
タ、25は増幅器12の出力信号から適応フィルタ23
および出力信号の成分を除去する加減算器、26は適応
フィルタ23,24と加減算器25よりなる雑音キャン
セラ回路である。
Reference numeral 23 denotes an adaptive filter for adjusting the amplitude and phase characteristics of the output signal of the amplifier 18, reference numeral 24 denotes an adaptive filter for adjusting the amplitude and phase characteristics of the output signal of the amplifier 21, and reference numeral 25 denotes an adaptive filter from the output signal of the amplifier 12.
And an adder / subtractor 26 for removing components of the output signal, and a noise canceller circuit 26 comprising adaptive filters 23 and 24 and an adder / subtractor 25.

【0022】また、図2は並列適応フィルタを用いたノ
イズキャンセラ回路26の構成図であり、図3は受信ア
ンテナ11およびノイズ参照信号を検出するためのトロ
イダルコイル16およびダイポールアンテナ20の平面
図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a noise canceller circuit 26 using a parallel adaptive filter. FIG. 3 is a plan view of the receiving antenna 11, the toroidal coil 16 for detecting a noise reference signal, and the dipole antenna 20. .

【0023】次に動作について説明する。電磁波の伝送
動作、さらにリグ2による坑井の掘削動作は、前述した
従来の動作と同じなので説明を省略する。
Next, the operation will be described. The transmission operation of the electromagnetic wave and the excavation operation of the well by the rig 2 are the same as the above-described conventional operation, and therefore the description thereof is omitted.

【0024】従来の動作の説明で述べたように、坑井を
掘削中に坑底からの送信信号を受信する場合、図1に示
すように、リグ2の電気機器で発生したアース電流in2
がドリルパイプ5およびこのドリルパイプ5から泥水斜
線部およびケーシングパイプ4を介して破線矢印in1
示すように大地1に流れ出し、受信アンテナ11に混入
する。また、自然電流ie は図1あるいは図3に示すよ
うに電流の帯状に流れ、受信アンテナ11に混入する。
[0024] As mentioned in the description of the conventional operation, when receiving a transmission signal from Anasoko while drilling the wellbore, as shown in FIG. 1, the ground current i n2 generated by electric devices rig 2
Flows out from the drill pipe 5 and from the drill pipe 5 to the ground 1 via the muddy water slanting part and the casing pipe 4 as shown by a broken-line arrow in1 and enters the receiving antenna 11. Also, the natural current i e flows in a band of the current as shown in FIG. 1 or FIG. 3, is mixed into the receiving antenna 11.

【0025】一方、送信信号is0は実線矢印is1に示す
ように、ドリルパイプ5および大地1を伝搬しながら受
信アンテナ11が設置されている地表面に伝搬する。ま
た、一部は実線矢印is2に示すように、ドリルパイプ5
の地表面より上部を伝搬し、モータ14が設置されてい
るリグ2に伝わってゆく。
Meanwhile, transmission signal IS 0, as shown by the solid line arrow i s1, propagates to the ground surface receiving antenna 11 while propagating through the drill pipe 5 and the ground 1 is installed. In addition, as shown by a solid line arrow is2 , a part of the drill pipe 5
Above the ground surface and to the rig 2 where the motor 14 is installed.

【0026】ここで、送信信号is0の周波数をf0
し、アース電流in1,in2,in3と自然電流ie とをノ
イズ電流の周波数帯をf1 〜f2 =Δfとすると、上記
周波数の関係は以下のように表せる。 f1 <f0 <f2 ・・・・・(1) すなわち、送信周波数f0 は、ノイズ電流の帯域f1
2 に含まれている。よって、従来のフィルタでノイズ
を除去することができない。
[0026] Here, the frequency of the transmission signal i s0 and f 0, when the frequency band of the noise current to a ground current i n1, i n2, i n3 natural current i e and f 1 ~f 2 = Δf, The relationship between the frequencies can be expressed as follows. f 1 <f 0 <f 2 (1) That is, the transmission frequency f 0 is within a range of the noise current band f 1 to f 1 .
It is included in the f 2. Therefore, noise cannot be removed by the conventional filter.

【0027】そこで、送信信号を受信する受信アンテナ
11とは別の方法で、送信信号のノイズ成分となるノイ
ズ電流と相関のある参照信号を検出し、両者の差動をと
ることによってノイズ成分を低減し、送信信号成分のみ
を抽出する。以下にその原理を説明する。なお、この説
明では説明を簡略化するため、信号は全てスカラ量で表
している。
Therefore, a reference signal correlated with a noise current, which is a noise component of the transmission signal, is detected by a method different from that of the reception antenna 11 for receiving the transmission signal, and the noise component is detected by taking the difference between the two. Then, only the transmission signal component is extracted. The principle will be described below. In this description, all signals are represented by scalar quantities to simplify the description.

【0028】地表面では送信信号is1とアース電流in1
は受信アンテナ11を基準にすると、同じ方向に流れる
ので、送信信号is1とアース電流in1は同相信号とな
る。また、自然電流ie は図3に示すように、一方向に
流れ受信アンテナ11に混入する。従って、受信アンテ
ナ11で受信できる信号、すなわち増幅器12の出力e
12は次式で表せる。 e12=a12(is1+in1+ie ) ・・・・・(2) ここで、a12は増幅器12の電流−電圧変換係数であ
る。
On the ground surface, the transmission signal is1 and the earth current in1
Flows in the same direction with respect to the receiving antenna 11, the transmission signal is1 and the ground current in1 are in-phase signals. Also, the natural current i e, as shown in FIG. 3, mixed with the flow receiving antenna 11 in one direction. Therefore, the signal that can be received by the receiving antenna 11, that is, the output e of the amplifier 12
12 can be expressed by the following equation. e 12 = a 12 (i s1 + i n1 + i e) ····· (2) where, a 12 current of the amplifier 12 - the voltage conversion factor.

【0029】一方、ドリルパイプ5を流れる送信信号i
s2とアース電流in2はトロイダルコイル16を設置して
いる箇所では逆方向に流れる。従って、トロイダルコイ
ル16で検出できる電流、すなわち増幅器18の出力e
18は次式のようになる。 e18=a18(is2−in2) ・・・・・(3) ここで、a18は増幅器18の電流−電圧変換係数であ
る。また、電流の流れる方向は、送信信号is を基準と
した。
On the other hand, the transmission signal i flowing through the drill pipe 5
s2 and the ground current in2 flow in opposite directions at the place where the toroidal coil 16 is installed. Therefore, the current that can be detected by the toroidal coil 16, that is, the output e of the amplifier 18,
18 becomes like the following formula. e 18 = a 18 (i s2 -i n2) ····· (3) where, a 18 current amplifiers 18 - a voltage conversion factor. The direction of flow of the current, relative to the transmission signal i s.

【0030】さらに、図3に示すように、井戸3を中心
に同心円状に等電位線を有する送信信号is1およびリグ
2で発生したアース電流in1に対し、自然電流ie のノ
イズ参照信号を検出するダイポールアンテナ20は、井
戸3を対称軸に等距離に電極20a,20bを設置し、
上記の送信信号is1とアース電流in1に対し差動型で検
出する機能を有している。よって、ダイポールアンテナ
20で検出できる信号は、自然電流ie の成分のみで、
増幅器21の出力e21は次式のようになる。 e21=a21・ie ・・・・・(4) ここで、a21は増幅器21の電流−電圧変換係数であ
る。
Furthermore, as shown in FIG. 3, with respect to ground current i n1 generated by the transmission signal i s1 and rig 2 has equipotential lines concentrically around the well 3, the noise reference signals natural currents i e Dipole antenna 20 has electrodes 20a and 20b equidistant from the well 3 as an axis of symmetry.
It has a function of differentially detecting the transmission signal is1 and the ground current in1 . Therefore, the signal can be detected by the dipole antenna 20, only a component of its natural current i e,
The output e 21 of the amplifier 21 is expressed by the following equation. e 21 = a 21 · i e ····· (4) where, a 21 current amplifiers 21 - a voltage conversion factor.

【0031】次に、図2に示す適応フィルタ23,24
により増幅器18,21により出力された出力信号e18
とe21の振幅と位相を調整し、ノイズキャンセラ回路2
6の出力値を最小にすると、(5)式の関係が得られ
る。 a12(in1+ie)=K・{−a18(−in2)+a21e} ・・・(5) このときのノイズキャンセラ回路26の出力e0 は次の
ように表せる。 e0 =e12−(−e18+e21) =a12(is1+in1+ie ) −{K・[−a18(is2−in2)+a21・ie ] ・・・・(6) =a12s1+K・a18・is2 ・・・・・・(7) 7式からわかるように、ノイズキャンセラ回路の出力信
号e0 から、ノイズ電流in1およびie の成分は除去さ
れる。以上のノイズキャンセル処理を行えば、SN比の
良い受信信号が得られるので、復調器13での復調の信
頼性が向上する。
Next, the adaptive filters 23 and 24 shown in FIG.
The output signal e 18 output by the amplifiers 18 and 21
And adjusts the amplitude and phase of e 21, the noise canceller circuit 2
When the output value of 6 is minimized, the relationship of equation (5) is obtained. a 12 (i n1 + i e ) = K · {−a 18 (−i n2 ) + a 21 i e } (5) The output e 0 of the noise canceller circuit 26 at this time can be expressed as follows. e 0 = e 12 - (- e 18 + e 21) = a 12 (i s1 + i n1 + i e) - {K · [-a 18 (i s2 -i n2) + a 21 · i e] ···· ( 6) = a 12 i s1 + K · a 18 · i s2 ······ (7) as can be seen from equation 7, the output signal e 0 of the noise canceller circuit, components of the noise current i n1 and i e is removed Is done. By performing the above-described noise cancellation processing, a received signal having a good SN ratio can be obtained, so that the reliability of demodulation by the demodulator 13 is improved.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、受信アンテナにより受信された送信信号に混入する
人工ノイズを検出する人工ノイズ参照信号検出器と、そ
の送信信号に混入する自然ノイズを検出する自然ノイズ
参照信号検出器と、その受信アンテナにより受信された
送信信号から人工ノイズおよび自然ノイズを加減算し、
その送信信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズキ
ャンセラ回路とを備えるように構成したので、受信アン
テナにより受信された送信信号に含まれるノイズ成分を
除去することができ、SN比を向上させ地下情報の信頼
性を高めることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, an artificial noise reference signal detector for detecting artificial noise mixed in a transmission signal received by a receiving antenna, and a natural noise reference signal detector mixed in the transmission signal A natural noise reference signal detector that detects noise, and adds and subtracts artificial noise and natural noise from a transmission signal received by the receiving antenna,
Since it is configured to include a noise canceller circuit that removes a noise component included in the transmission signal, the noise component included in the transmission signal received by the receiving antenna can be removed, the SN ratio can be improved, and the underground information can be improved. Reliability can be improved.

【0033】請求項2の発明によれば、一極は地中に埋
設された電極とし、もう一極はケーシングパイプまたは
ドリルパイプに電気的に接続された受信アンテナと、そ
のケーシングパイプまたはドリルパイプの周囲に設けら
れたトロイダルコイルおよび検出された電流を増幅する
増幅器から成る人工ノイズ参照信号検出器と、ケーシン
グパイプまたはドリルパイプを軸対称とすると共に一極
はそのケーシングパイプまたはドリルパイプからその受
信アンテナの電極への方向と同一の位置に埋設されたダ
イポールアンテナおよびその電位差を増幅する増幅器か
ら成り自然ノイズ参照信号検出器と、その受信アンテナ
により受信された送信信号から人工ノイズおよび自然ノ
イズを加減算し、その送信信号に含まれるノイズ成分を
除去するノイズキャンセラ回路とを備えるように構成し
たので、トロイダルコイルをケーシングパイプまたはド
リルパイプの周囲に設けることにより、そのケーシング
パイプまたはドリルパイプに流れる送信信号の人工ノイ
ズとなる電流を検出することができ、また、ダイポール
アンテナの一極はそのケーシングパイプまたはドリルパ
イプから受信アンテナの電極への方向と同一の位置に埋
設することにより、自然ノイズに対するダイポールアン
テナおよび受信アンテナの感度を同一にすることがで
き、また、ダイポールアンテナをケーシングパイプまた
はドリルパイプと対称に埋設することにより、地中から
の送信信号の差動検出値を零にすることができ、さらに
SN比を向上させ地下情報の信頼性を高めることができ
る。
According to the second aspect of the present invention, one pole is an electrode buried in the ground, the other pole is a receiving antenna electrically connected to a casing pipe or a drill pipe, and the casing pipe or the drill pipe. An artificial noise reference signal detector consisting of a toroidal coil and an amplifier for amplifying the detected current provided around the casing pipe and the casing pipe or drill pipe being axially symmetrical and having one pole receiving from the casing pipe or drill pipe. A dipole antenna buried at the same position as the direction of the antenna electrode and an amplifier that amplifies the potential difference, a natural noise reference signal detector, and addition and subtraction of artificial noise and natural noise from the transmission signal received by the receiving antenna And removes noise components contained in the transmitted signal. Since the toroidal coil is provided around the casing pipe or the drill pipe, it is possible to detect a current that becomes artificial noise of a transmission signal flowing through the casing pipe or the drill pipe, By burying one pole of the dipole antenna at the same position as the direction from its casing pipe or drill pipe to the electrode of the receiving antenna, the sensitivity of the dipole antenna and the receiving antenna to natural noise can be made the same, By burying the dipole antenna symmetrically with the casing pipe or drill pipe, it is possible to reduce the differential detection value of the transmission signal from the ground to zero, further improve the SN ratio and increase the reliability of underground information Can be.

【0034】請求項3の発明によれば、人工ノイズ参照
信号検出器および自然ノイズ参照信号検出器にそれぞれ
対応して設けられ伝達関数を調整する適応フィルタと、
その適応フィルタからの出力信号の総和を求める加算器
と、受信アンテナにより受信された送信信号からその加
算器により求められた出力信号の総和を減算する減算器
とを有するノイズキャンセラ回路を備えた構成にしたの
で、適応フィルタにより、人工ノイズ参照信号検出器お
よび自然ノイズ参照信号検出器の人工ノイズおよび自然
ノイズに対応して伝達関数を調整し、このノイズキャン
セラ回路の出力をノイズ成分が含まれない最小値にす
る。従って、受信アンテナに混入するノイズ成分とノイ
ズ参照信号の伝達関数が等しくなっても、あるいは、互
いに異なりしかも既知でなくとも出力値を自動的に最小
値にする。
According to the third aspect of the present invention, there is provided an adaptive filter provided for the artificial noise reference signal detector and the natural noise reference signal detector for adjusting the transfer function, respectively.
A configuration including a noise canceller circuit having an adder for obtaining the sum of output signals from the adaptive filter and a subtractor for subtracting the sum of output signals obtained by the adder from a transmission signal received by the reception antenna. Therefore, the adaptive filter adjusts the transfer function corresponding to the artificial noise and the natural noise of the artificial noise reference signal detector and the natural noise reference signal detector, and sets the output of the noise canceller circuit to the minimum value that does not include the noise component. To Therefore, even if the transfer function of the noise component and the noise reference signal mixed into the receiving antenna becomes equal or different from each other and is not known, the output value is automatically set to the minimum value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例による地中通信用受信装置
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a receiving device for underground communication according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のノイズキャンセラ回路を示す構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a noise canceller circuit of FIG. 1;

【図3】図1のアンテナ部を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the antenna unit of FIG. 1;

【図4】従来の地下情報を極長波長電磁波で送受信する
ときの状態図である。
FIG. 4 is a state diagram when conventional underground information is transmitted and received by an extremely long wavelength electromagnetic wave.

【図5】図4のモータ部を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a motor unit of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 ケーシングパイプ 5 ドリルパイプ 10 電極 11 受信アンテナ 16 トロイダルコイル 18,21 増幅器 19 人工ノイズ参照信号検出器 20 ダイポールアンテナ 22 自然ノイズ参照信号検出器 23,24 適応フィルタ 25 加算器、減算器 26 ノイズキャンセラ回路 Reference Signs List 4 casing pipe 5 drill pipe 10 electrode 11 receiving antenna 16 toroidal coil 18, 21 amplifier 19 artificial noise reference signal detector 20 dipole antenna 22 natural noise reference signal detector 23, 24 adaptive filter 25 adder, subtractor 26 noise canceller circuit

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 地中からの送信信号を受信する受信アン
テナと、その送信信号に混入する人工ノイズを検出する
人工ノイズ参照信号検出器と、その送信信号に混入する
自然ノイズを検出する自然ノイズ参照信号検出器と、上
記受信アンテナにより受信された送信信号から人工ノイ
ズおよび自然ノイズを加減算し、その送信信号に含まれ
るノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路とを備え
た地中通信用受信装置。
1. A receiving antenna for receiving a transmission signal from the ground, an artificial noise reference signal detector for detecting artificial noise mixed in the transmission signal, and a natural noise detecting natural noise mixed in the transmission signal An underground communication receiver comprising: a reference signal detector; and a noise canceller circuit that adds and subtracts artificial noise and natural noise from a transmission signal received by the reception antenna and removes a noise component included in the transmission signal.
【請求項2】 一極は地中に埋設された電極とし、もう
一極はケーシングパイプまたはドリルパイプに電気的に
接続され、地中からの送信信号を受信する受信アンテナ
と、そのケーシングパイプまたはドリルパイプの周囲に
設けられそのケーシングパイプまたはドリルパイプに流
れる電流を検出するトロイダルコイルおよびその検出さ
れた電流を増幅する増幅器から成り、上記受信アンテナ
から受信された送信信号に混入する人工ノイズの参照信
を検出する人工ノイズ参照信号検出器と、上記ケーシ
ングパイプまたはドリルパイプを軸対称とすると共に一
極はそのケーシングパイプまたはドリルパイプから上記
受信アンテナの電極への方向と同一の位置に埋設し大地
の電位差を検出するダイポールアンテナおよびその電位
差を増幅する増幅器から成り、その受信アンテナから受
信された送信信号に混入する自然ノイズの参照信号を検
出する自然ノイズ参照信号検出器と、上記受信アンテナ
により受信された送信信号から人工ノイズの参照信号
よび自然ノイズの参照信号を加減算し、その送信信号に
含まれるノイズ成分を除去するノイズキャンセラ回路と
を備えた地中通信用受信装置。
2. One electrode is an electrode buried in the ground, and the other electrode is electrically connected to a casing pipe or a drill pipe, and a receiving antenna for receiving a transmission signal from the ground is provided. consists amplifier for amplifying the toroidal coil and the detected current detecting a current flowing through the casing pipe or drill pipe provided around the drill pipe, said receiving antenna
Signal of artificial noise mixed into the transmitted signal received from
And artificial noise reference signal detector for detecting the item, the earth and embedded in one pole is the same position and orientation from the casing pipe or drill pipe to the electrodes of the receiving antenna with an axis of symmetry of the casing pipe or drill pipe dipole consists antenna and amplifier for amplifying the potential difference, received from the receiving antenna to detect the potential difference
Natural noise reference signal detector and artificial noise reference signal Contact <br/> preliminary natural noise of the reference signal from the transmission signal received by said receiving antenna for detecting the reference signal of the natural noise mixed in Shin transmission signal And a noise canceller circuit for removing a noise component included in the transmission signal.
【請求項3】 人工ノイズ参照信号検出器および自然ノ
イズ参照信号検出器にそれぞれ対応して設けられ伝達関
数を調整する適応フィルタと、その適応フィルタからの
出力信号の総和を求める加算器と、受信アンテナにより
受信された送信信号からその加算器により求められた出
力信号の総和を減算する減算器とを有するノイズキャン
セラ回路を備えたことを特徴とする請求項1または請求
項2に記載の地中通信用受信装置。
3. An adaptive filter provided for each of the artificial noise reference signal detector and the natural noise reference signal detector for adjusting a transfer function, an adder for obtaining a sum of output signals from the adaptive filters, and a receiving unit. 3. The underground communication according to claim 1, further comprising: a noise canceller circuit having a subtractor for subtracting a sum of output signals obtained by the adder from a transmission signal received by the antenna. For receiving device.
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