JPS60223593A - Coding and transmitting system for mud pulse remote communication of tool surface angle data - Google Patents

Coding and transmitting system for mud pulse remote communication of tool surface angle data

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Publication number
JPS60223593A
JPS60223593A JP6405085A JP6405085A JPS60223593A JP S60223593 A JPS60223593 A JP S60223593A JP 6405085 A JP6405085 A JP 6405085A JP 6405085 A JP6405085 A JP 6405085A JP S60223593 A JPS60223593 A JP S60223593A
Authority
JP
Japan
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data
tool
frequency
pulse
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP6405085A
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Japanese (ja)
Inventor
リチヤード・フレデリツク・ローズラー
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NL Industries Inc
Original Assignee
NL Industries Inc
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02Determining slope or direction
    • E21B47/024Determining slope or direction of devices in the borehole
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/14Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
    • E21B47/18Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the well fluid, e.g. mud pressure pulse telemetry

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産 土の ・ 本発明はさく弁間測定方式でのさく井ビットの姿勢に関
する情報の遠隔通信に関し、特にツール面角度のデータ
をパルス位置変調マットパルス遠隔通信方式で符号及び
送信する方法並びに装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to the remote communication of information regarding the attitude of a drilling bit using a gap-to-valve measurement method, and in particular, the present invention relates to the remote communication of information regarding the attitude of a drilling bit using a distance measurement method, and in particular, the method of encoding and transmitting tool face angle data using a pulse position modulation mat pulse remote communication method. The present invention relates to a method and apparatus for transmitting.

従来の技術 地面の地層内への穿孔のさく井の場合に、さく昇進行間
に穿孔の位置と方向に関する情報を得ることは著しく望
ましい。さく共作業者に対して穿孔の傾斜及び方位角並
びに穿孔内のさく井ビットの姿勢に関する情報をさく昇
進行間に提供することが可能となれば、さく井過程内に
修正作用及び修正変調を行ない得る。更に、穿孔の形状
及びさく井ツールの位置に関する現時点での情報を提供
する方式はさく井作業を著しく効率良く行ない得る。こ
の情報はさく井過程を中止してドリルストリングを穿孔
から取出し、測定を行なって穿孔の方向と角度を確かめ
る必要性を除く。
BACKGROUND OF THE INVENTION In the case of drilling a perforation into a formation in the ground, it is highly desirable to have information regarding the location and orientation of the perforation between the drilling lines. If it were possible to provide the drilling operator with information regarding the inclination and azimuth of the hole and the orientation of the drilling bit within the hole, corrective actions and modulations could be made within the drilling process. Additionally, a method that provides current information regarding the shape of the hole and the location of the drilling tool can make drilling operations significantly more efficient. This information eliminates the need to stop the drilling process, remove the drill string from the hole, and take measurements to confirm the direction and angle of the hole.

ツール面姿勢は2種の測定法がある。第1の方法は3個
の直交取付の加速度計の組を使用し、互に直角の位置と
してさく井ツールに対して取付けた3個のセンサの夫々
で重力の加速度を測定する。
There are two methods for measuring tool surface posture. The first method uses a set of three orthogonally mounted accelerometers to measure the acceleration of gravity with each of the three sensors mounted to the drilling tool at right angles to each other.

第2の方法は同様のデータを3個の互に直角に取付けた
磁力計によって行ない、地球の磁気北に関する穿孔内ツ
ールの姿勢を測定する。これらの既知の技法はツール面
姿勢が何れの位置にあっても比較的高い精度である。例
えば穿孔が地球の軸線に関して垂直に近くなれば、加速
度計の測定は不磁力計は不正確となり、加速計のデータ
を使用する。両者間のすべての姿勢において、加速度計
と磁力計の情報は密に相関させ、一方が他方を検定する
ようにする。
A second method provides similar data with three mutually orthogonally mounted magnetometers to measure the orientation of the borehole tool with respect to the Earth's magnetic north. These known techniques have relatively high accuracy no matter where the tool face pose is. For example, if the borehole is near perpendicular to the Earth's axis, accelerometer measurements will be inaccurate and non-magnetic meters will be inaccurate and accelerometer data will be used. At all poses between them, the accelerometer and magnetometer information are closely correlated so that one calibrates the other.

操縦モードと称されるさく弁間測定ツール面姿勢監視方
式において、穿孔を形成中のドリルスト・リング端部に
おけるさく井ツールの正確な角度姿勢の周期的表示を行
なうことが望ましい。このためには、トリルストリング
の下端の測定位置からさく共作業者の使用し得る地表ま
で穿孔内を上昇してデータを遠隔通信する方式を必要と
する。最も有効な方式はドリルストリング内の中央開口
を流下するさく井マッドレ二作用する圧力パルスを使用
し、測定位置から地表のさく共作業者に情報を符号化し
て搬送する。各種マットパルス遠隔通信方式中で、流下
するさく共流体の流に作用する圧力パルス内に情報を符
号化して搬送するための数種の技法がある。ある方式は
流体流に符号化する情報の各ビットに対して圧力パルス
を作用させる。
It is desirable to provide a periodic indication of the precise angular attitude of the drilling tool at the end of the drill string ring while forming a hole in a drill-to-valve measurement tool surface attitude monitoring system referred to as maneuver mode. This requires a way to remotely communicate data from the measurement location at the lower end of the trill string up the borehole to the surface available to the drillers. The most effective method uses pressure pulses acting on a drilling mud drain flowing down a central opening in the drill string, encoding and conveying information from the measurement location to the drilling collaborators at the surface. In various mat pulse telecommunication systems, there are several techniques for encoding and conveying information within the pressure pulses acting on the flowing fluid stream. One system applies a pressure pulse to each bit of information encoded into the fluid stream.

しかし、マット流路の孔底部での圧力パルスを生ずるに
は、穿孔の環状部を一時的に閉鎖解放して流れ内に圧力
変化を誘起させる。圧力パルスを誘起する何れの技法も
弁を作動して高圧流−犀に圧力変化を誘起するには大き
なエネルギーを必要とする。装置の動力消費及び所要動
力は、地面下数千フィートであり著しく悪い環境条件で
あり、圧力温度振動は著しく大きいため大きな価となる
However, to create a pressure pulse at the bottom of the hole in the mat channel, the annulus of the perforation is temporarily closed and opened to induce a pressure change in the flow. Both techniques for inducing pressure pulses require large amounts of energy to actuate the valves and induce pressure changes in the high pressure flow. The power consumption and power requirements of the device are significant because it is thousands of feet below ground, in extremely poor environmental conditions, and pressure temperature oscillations are significant.

それ故、マットパルス弁の作動に必要な動力消費を最小
にするのが望ましい。
Therefore, it is desirable to minimize the power consumption required to operate the matte pulse valve.

パルス位置変調はマッド流内に圧力パルスを周期的に生
じさせ、パルス間の時間が送信すべきデータを示す。例
えば数値の単位に対して10ミリ秒の時間を変調計画で
割当てれば、パルス時の夫々の時間によって示される数
値は10ミリ秒の和としてパルス間の時間が形成される
Pulse position modulation creates periodic pressure pulses within the mud stream, with the time between pulses indicating the data to be transmitted. For example, if a modulation plan allocates a time of 10 milliseconds to a unit of numerical value, the numerical value indicated by each pulse time will be formed as the sum of 10 milliseconds between pulses.

、 曲ったサブの姿勢を評価するパラメータの1個とし
て指向さく井作業を行なうためにツール面角度がある。
, One of the parameters for evaluating the posture of a bent sub is the tool face angle for performing directional drilling work.

この測定は曲ったサブの形成する面の垂直面に対する角
度であり、捩り角である。一般に、ツール面角度は曲り
サブに取付けた2個のX。
This measurement is the angle of the surface formed by the curved sub with respect to the vertical plane, and is the torsion angle. Generally, the tool face angle is two X's attached to the bending sub.

yセンサによって、加速度計又は磁力計によって測定さ
れ、夫々のセンサが電圧値を発生する0両電圧値の比は
ツール面角度に比例する。しかし、すべてのセンサと同
様、電圧値は温度の関数として変化し、あるバイアス電
圧及びある尺度係数に従って修正した後にツール面角度
の直接の表示として使用し得る。既知の方式ではこのた
めには2個の値、即ちXセンサ電圧値とXセンサ電圧値
とを個別に地表に送ってバイアス及び尺度係数の修正を
行なった後に両者の比をめツール面角度の値を得る。こ
のためには2個の別のデータワードを必要とし、夫々両
電圧値の一方とし、地表に別個に送る。これはマットパ
ルス遠隔通信弁の処理すべきデータの量が増し、弁を作
動するための動力消費は犬となる。
The y-sensor is measured by an accelerometer or a magnetometer, and each sensor generates a voltage value whose ratio is proportional to the tool face angle. However, like all sensors, the voltage value changes as a function of temperature and can be used as a direct indication of tool face angle after being modified according to a certain bias voltage and a certain scale factor. In known methods, this involves sending two values separately to the surface, the X sensor voltage value and the get value This requires two separate data words, each one of the two voltage values, which are sent separately to the surface. This increases the amount of data that the matpulse telecommunications valve must process and increases the power consumption to operate the valve.

更に、既知のデータ処理技法は地表に送信するデータワ
ードの同期を同期パルスで行ない、データフレームから
分離し、他の情報を含まず、基本的に無効時間である。
Furthermore, known data processing techniques synchronize the data words transmitted to the surface with synchronization pulses, which are separate from the data frame, contain no other information, and are essentially time dead.

これもマットパルス遠隔通信弁の送信するデータビット
の量を増す必要があり、この送信を行なうための動力消
費は増大する。
This also requires the matpulse telecommunications valve to transmit an increased amount of data bits, increasing the power consumption to accomplish this transmission.

上述の操縦モートでは穿孔内のツールの位置をさく共作
業者に連続表示するためにはマットパルス遠隔通信方式
の作動に附随する問題点がある。
The above-described steering motes have problems associated with the operation of the mat pulse telecommunications system in order to continuously display the position of the tool in the borehole to drilling cooperators.

例えば、はd 30ft(約10m)毎にトリルストリ
ングは短時間さく井作業を中止して地表のマッドポンプ
を停止してマッド流を中断し、別の30ftのさく弁管
をドリルストリングに追加する。ドリルストリングに管
を追加する過程間にはドリル管を捩る必要があり、スト
リングにトルクが作用し、これはドリルストリング延長
の際の不可避部分である。ドリルストリングに管の追加
が終れば、さく井ツールの姿勢はさく井中断前とドリル
ストリングの管追加後ではツール面角度に関しては同じ
ではない。即ち、さく共作業者はさく井ツールの姿勢を
変えてさく井作業中断前と同しツール面角度とし所要方
向へのさく井の断続とする必要がある。さく井ツール向
は変え過程間に、さく井ツール内のツール面角度センサ
から通常のさく井作業間よりは著しく高い速度でのデー
タ流を得ることが望ましい。データ流の速度が大となれ
ば、さく共作業者はツールの位置を急速に前の位置に定
めることが可能となり、これによってさく井作業はツー
ルの最小停止時間で行なうことが可能となる。
For example, every 30 ft (approximately 10 m), the drill string briefly stops drilling, shuts off the surface mud pump to interrupt mud flow, and adds another 30 ft of drill valve pipe to the drill string. During the process of adding tubes to the drill string, the drill tube must be twisted, exerting torque on the string, which is an inevitable part of extending the drill string. Once the tube has been added to the drill string, the orientation of the drilling tool is not the same in terms of tool face angle before the drilling interruption and after the addition of the tube to the drill string. That is, the co-workers need to change the posture of the drilling tool so that the tool face angle remains the same as before the drilling work was interrupted, and the drilling is interrupted in the desired direction. During the drilling tool orientation change process, it is desirable to have a significantly higher rate of data flow from the tool face angle sensor in the drilling tool than during normal drilling operations. The high rate of data flow allows the drilling operator to quickly reposition the tool, thereby allowing the drilling operation to be performed with minimal downtime of the tool.

既知のさく井情報遠隔通信方式にはデータ送信の可変速
度装置があるが、地表上のさく共作業者からの信号に応
答する型式だけである。この例として、穿孔が著しく深
くなり、遠隔通信データが判読不完全となった場合であ
る。例えば、米国特許3863203号はさく弁間測定
モードのための調整可能送信速度音響遠隔通信方式を示
す。地表から孔底への通信チャンネルを使用して音響信
号送信情報を地上でデータ速度を制御する。
Known drilling information telecommunications systems include variable speed devices for transmitting data, but only of the type that responds to signals from drilling collaborators on the surface. An example of this is if the perforation becomes so deep that the telecommunications data becomes illegible. For example, US Pat. No. 3,863,203 shows an adjustable transmission rate acoustic telecommunications system for intervalve measurement mode. A communication channel from the surface to the bottom of the hole is used to transmit acoustic signals and control the data rate on the ground.

発明の解決しようとする問題点 本発明の方式はパルス位置変調方式を使用してデータを
さく井マットの流れに符号化し、所定量のデータを遠隔
通信するために必要とするマットパルスの数を少なくす
る。
PROBLEM SOLVED BY THE INVENTION The system of the present invention uses a pulse position modulation technique to encode data into a stream of mats, reducing the number of mat pulses required to remotely communicate a given amount of data. do.

本発明による方法と装置の使用する技法はX。The technique used in the method and apparatus according to the invention is X.

y電圧値間の比を孔底で形成し、比の値を地表に遠隔通
信して地表でバイアス及び尺度係数について修正する。
A ratio between the y voltage values is formed at the bottom of the hole and the ratio value is remotely communicated to the surface and corrected for bias and scale factors at the surface.

本発明の方式の使用するデータ型式はフレーム間の無効
時間をなくし、データ遠隔送信の所要動力を減少する。
The data type used by the inventive scheme eliminates dead time between frames and reduces the power requirements for remote data transmission.

本発明によるデータ型式は1個のフレームについて1個
のパルス位置表示によってデータフレーム当り2個のワ
ードを伝達した符号化型式として更に動力消費を少なく
する。
The data format according to the invention further reduces power consumption as a coding format transmitting two words per data frame with one pulse position indication per frame.

本発明の方式はツール面角度データの急速な更新の必要
に応じて自動的にデータ流の速度を高い値に切換え、更
に符号化チータ型式内にデータ送信の速度に関する表示
を有する。更に、本発明の方式はツール面データ符号化
型式内にさく弁間測定方式でのツール面角度の送信を可
変速度とし、マットパルス位置遠隔通信方式の効率を最
大にする。
The scheme of the present invention automatically switches the rate of data flow to a higher value as required for rapid updates of tool face angle data, and further has an indication of the rate of data transmission within the encoded cheetah format. Additionally, the present scheme provides variable speed transmission of tool face angles in the intervalve measurement scheme within the tool face data encoding format, maximizing the efficiency of the mat pulse position telecommunications scheme.

司題点を解決するための手一段一 本発明によって、穿孔内のさく井ツールの地面に対する
ツール面角度を示すデータをさく弁間測定方式で遠隔通
信する方法と装置においてはさく井ツールのツール面角
度を第1の周波数とした時間間隔で測定し、各測定に応
答して測定ツール面角度を示すデータ信号を発生する。
According to the present invention, there is provided a method and apparatus for remotely communicating data indicating the tool face angle of a drilling tool with respect to the ground in a drilling hole using a gap-to-hole measurement method. is measured at time intervals at a first frequency and responsive to each measurement generates a data signal indicative of the measurement tool face angle.

各発生データ信号に応答してマットパルス遠隔通信装置
に圧力パルス信号を発生して測定ツール面角度の圧力パ
ルス変調表示を送信する。本発明によって孔底位置で下
方に流れるマッド流の圧力を測定し、ドリルストリング
にさく弁管のセクションの追加を示すマッド圧力の停止
及び再発生のシーケンスの測定に応答してツール面角度
の測定間隔を第1の周波数から第2の高い周波数に変化
してさく井ツールの向は換えのためにツール面角度の急
速な更新を行なう。
Responsive to each generated data signal, a pressure pulse signal is generated to the matpulse remote communication device to transmit a pressure pulse modulated representation of the measurement tool face angle. The present invention measures the pressure of the downwardly flowing mud stream at the bottom of the hole and measures the tool face angle in response to measuring a sequence of cessation and regeneration of mud pressure that indicates the addition of a section of valve pipe to the drill string. The spacing is changed from a first frequency to a second higher frequency to provide a rapid update of the tool face angle for reorientation of the drilling tool.

本発明による穿孔内のさく井ツールの地面に対するツー
ル面角度を示すデータをさく弁間測定方式で遠隔通信す
る装置には、2個の直交面内のさく井ツールの姿勢を示
す第1第2の電圧を発生する2個のセンサを有する。本
発明によって、第1第2の二進のワードを含む二進デー
タのフレームを発生する装置を備え、第1のワードは(
a)第1の電圧の符号と(b)第2の電圧の符号と(c
)第1第2の電圧の何れが大きいが及びセンサの組は加
速度計が磁力計かを示す少なくとも1個のピッド位置を
有し、第2のワードは第1第2の電圧の比の絶対値を0
と1との間の値で示す複数のビット位置を有し、第1第
2の二進のワードの夫々の値をiMiの相当第1第2の
時間値に変換する装置と。
The apparatus for remotely communicating data indicating the tool surface angle of a drilling tool in a drilling hole with respect to the ground according to the present invention by a distance measurement method includes first and second voltages indicating the attitude of the drilling tool in two orthogonal planes. It has two sensors that generate . According to the invention, a device is provided for generating a frame of binary data comprising first and second binary words, the first word being (
a) the sign of the first voltage, (b) the sign of the second voltage, and (c
) the sensor set has at least one pit position indicating which of the first and second voltages is greater and the accelerometer is a magnetometer, and the second word is the absolute value of the ratio of the first and second voltages; value 0
an apparatus for converting respective values of first and second binary words into equivalent first and second time values of iMi, having a plurality of bit positions with values between and 1;

さく昇流の下方に流れるマッド流内に一連の3個の圧力
パルスを発生する装置とを備え、第1第2のパルス間の
時間は第1の時間値に等しくし第2、第3のパルス間の
時間は第2の時間値に等しくし、地表面に取付は第]、
第2のパルス間の時間に応答して第1の二進データワー
ドを再生する装置と、第1第2のデータワードの成分と
前に測定した穿孔の傾きと方位角の値と温度の関数とし
たバイアス及び尺度係数とに応答してツール面角度を計
算する装置とを備える。
a device for generating a series of three pressure pulses in the mud stream flowing below the upwelling flow, the time between the first and second pulses being equal to the first time value; The time between pulses is equal to the second time value, and the attachment to the ground surface is the second time value.
an apparatus for regenerating a first binary data word in response to the time between the second pulses and a function of the components of the first and second data words and previously measured values of the perforation inclination and azimuth and temperature; and a device for calculating a tool face angle in response to a bias and a scale factor.

本発明による穿孔内のさく井ツールからツール面角度を
示すデータを地表に送信するマットパルス遠隔通信装置
には夫々さく井ツールの姿勢を示す電圧を発生する2個
の直交Xr’/センサとパルス位置変調を使用する。本
発明によって、各角度測定に対するツール面データ型式
として、1組の二進のワードを含む二進データフレーム
を備え、第1のワードには(a)X電圧の符号(b) 
X電圧の符号(c)両電圧の何れが大きいかの表示登含
み、第2のワードにはX電圧とX電圧の比のOと1との
間の絶対値表示を含む。
The mat pulse remote communication device for transmitting data indicative of tool face angle from a drilling tool in a borehole to the surface according to the present invention includes two orthogonal Xr'/sensors each generating a voltage indicative of the attitude of the drilling tool and a pulse position modulator. use. According to the present invention, the tool surface data type for each angular measurement is a binary data frame containing a set of binary words, the first word containing (a) the sign of the X voltage, (b)
The sign of the X voltage (c) includes an indication of which of the two voltages is greater, and the second word includes an indication of the absolute value between O and 1 of the ratio of the X voltage.

走−皿 本発明による方法はドリルストリングに管の追加の時に
自動的にツール面角度測定周波数を大とし、ツールの向
は変え作業に適合させる。′本発明によって地表に、送
信するパラメータを既知の装置より少なくしたデータ型
式とし、地上で実際のツール面角度を計算させ、信号は
簡単になり動力消費は少なくなる。
The method according to the invention automatically increases the tool face angle measurement frequency when adding tube to the drill string and reorients the tool to suit the task. 'The present invention transmits fewer parameters to the ground in a data type than known devices, allows the actual tool face angle to be calculated on the ground, and the signal is simplified and power consumption is reduced.

実施例 第1図に示すさく井リグ11は穿孔12上に設ける。本
発明の実施例によるツール面データの符号化送信装置1
0は穿孔12内のトリルカラー15の一部を形成するサ
ブ14に支持される。トリルビット22はドリルストリ
ング18の下端に取付け、ドリルカラー15の下端に固
着した曲りサブ21の下端に取付ける。ドリルビット2
2は地層24から穿孔12を掘削し、ドリルマッド26
はウェルヘッド28から圧送する。金属面ケーシング2
9は穿孔12の頂部の位置とし、地面附近の穿孔12の
一体性を保つ。ドリルストリング18と穿孔壁との間の
環状部16は理論上閉鎖したマット戻り径路を形成する
。マッドはウェルヘッド28からポンプ装置30によっ
て圧送され。
EXAMPLE A well drilling rig 11 shown in FIG. 1 is installed over a borehole 12. Encoding and transmitting device 1 for tool surface data according to an embodiment of the present invention
0 is supported on a sub 14 forming part of the trill collar 15 within the borehole 12. The trill bit 22 is attached to the lower end of the drill string 18 and attached to the lower end of a bent sub 21 fixed to the lower end of the drill collar 15. drill bit 2
2 drills a borehole 12 from a stratum 24 and drills a drill mud 26.
is pumped from the well head 28. Metal surface casing 2
9 is located at the top of the borehole 12 to maintain the integrity of the borehole 12 near the ground. The annulus 16 between the drill string 18 and the borehole wall forms a theoretically closed mat return path. Mud is pumped from the well head 28 by a pump device 30.

ドリルストリング18に結合した供給管31を通る。か
くして、マッドはドリルストリング18の中実軸線通路
を下方に圧送され、トリルビット22の位置で排出され
、土、岩及び関連物の切屑をトリルビットから地面に搬
送すると共にトリルビット22内のマットタービンを回
転させるカを生じてビットの切削面を回転させて地層内
を掘削する。
It passes through a supply pipe 31 connected to the drill string 18. Thus, the mud is pumped down the solid axial passageway of the drill string 18 and discharged at the location of the trill bit 22, transporting dirt, rock, and related debris from the drill bit to the ground and matting within the trill bit 22. A force is generated to rotate the turbine, which rotates the cutting surface of the bit and excavates into the stratum.

ドリルカラー15の部分内にドリルストリング18に組
込んだ図示しないマッド流通弁は、マッドポンプ30に
よってトリルストリング18の中実軸線開口を圧送され
るマットの圧力に妨害等の撹乱を与える。このマッド流
通弁を使用してマッドの流れに圧力パルスを符号化し、
′流れの圧力を変調する。かくしてドリルビット附近の
部分がらウェルヘッド28附近の地表に情報が伝達され
、さく押作業者が情報を得て使用することが可能となる
A mud flow valve (not shown) incorporated into the drill string 18 within a portion of the drill collar 15 provides disturbances to the pressure of the mat being pumped through the solid axial opening of the drill string 18 by the mud pump 30. Use this mud flow valve to encode pressure pulses into the mud flow,
'Modulate the pressure of the flow. In this way, information is transmitted from the area near the drill bit to the ground surface near the well head 28, allowing the drilling operator to obtain and use the information.

第1図に示す通り、さく井リグ11によって地面内に形
成される穿孔12は完全な垂直ではない。
As shown in FIG. 1, the borehole 12 formed in the ground by the drilling rig 11 is not perfectly vertical.

即ち、穿孔の下端は穿孔軸線25と垂直面26との間が
ある角度となる。この角度27を穿孔の傾きと称される
That is, the lower end of the drill hole is at an angle between the drill axis 25 and the vertical plane 26. This angle 27 is referred to as the inclination of the drill hole.

第2図はさく井リグ11と第1図の穿孔12との平面図
を示し、傾いた穿孔についての第2のパラメータを示す
。穿孔軸1llA28’と磁気北29′との角度と穿孔
の方位角31′と称する。
FIG. 2 shows a plan view of the drilling rig 11 and the borehole 12 of FIG. 1 and shows the second parameter for the angled borehole. The angle between the drilling axis 111A28' and the magnetic north 29' is referred to as the azimuth angle 31' of the drilling.

第3図はトリルストリング18の下端の斜視図を示し、
一連のドリルカラー15内に穿孔の方位を感知する装置
と穿孔−のパラメータに関するデータを処理し符号化す
る装置と、マットパルス遠隔通信装置例えばマッド流通
弁及び穿孔の下端がら情報を遠隔通信するアクチュエー
タとを収容し、ウェルヘッドに送信してさく押作業者に
使用させる。第3図に示す通り1曲ったサブ21をドリ
ルストリングの下端に取付け、線端にドリルビット22
を取付ける。図示の通り、曲りサブ21の両セグメント
の中実軸線30′は共通平面内にある。
FIG. 3 shows a perspective view of the lower end of the trill string 18;
A device for sensing the orientation of the hole in the series of drill collars 15, a device for processing and encoding data regarding the parameters of the hole, and a mat pulse remote communication device, such as a mud flow valve and an actuator for remotely communicating information from the bottom of the hole. and sent to the well head for use by drilling workers. Attach a bent sub 21 to the lower end of the drill string as shown in Figure 3, and attach the drill bit 22 to the end of the line.
Install. As shown, the solid axes 30' of both segments of the bend sub 21 lie in a common plane.

曲りサブのこの面は通常は垂直面と平行でなく、これに
対しである角度であり、曲りサブの垂直に対する捩れを
示す。これを第3図に線32として示し、垂直面内の線
を代表し、曲りサブの両部会の軸線30′のある面内に
ある線髪代表する線33を示す。両線のなす角34は曲
りサブの捩れを示し、ツール面角度と称する。さく井ツ
ールの特性に関して使用される他の項目はツールの高い
側の角度と称する。これはドリルビットの最上面上の点
即ち高い側であり、この点と曲りサブの両セグメントの
曲り軸線30’の形成する面に沿う点との間の角度を示
す。
This plane of the curved sub is usually not parallel to the vertical plane, but at an angle to it, indicating a twist of the curved sub with respect to the vertical. This is shown in FIG. 3 as line 32, representing a line in the vertical plane, and line 33 representing a line in the plane of the axis 30' of both sections of the curved sub. The angle 34 formed by both lines indicates the twist of the bend sub and is referred to as the tool face angle. Another term used regarding the characteristics of a drilling tool is referred to as the high side angle of the tool. This is the point on the top or high side of the drill bit and indicates the angle between this point and a point along the plane defined by the bend axes 30' of both segments of the bend sub.

この高い側又はツール面角度はさく共作業者にとって著
しく重要であり、方位角及び傾きの表示と共に、どの方
向にツールが向いているか、穿孔が地面内をどの方向に
形成されているかを示す。
This high side or tool face angle is of great importance to the driller and, together with the azimuth and inclination indications, indicates in which direction the tool is facing and in which direction the hole is being formed in the ground.

さく弁間測定方式を有効に行なうために、この情報が周
期的に定常的にさく共作業者に伝達されることは著しく
重要であり、これによって作業者は変更を行ない、ツー
ルを所要の方向に向は直すことができる。
In order for the gap-to-hole measuring method to be effective, it is extremely important that this information is periodically and regularly communicated to the drill collaborators so that they can make changes and direct the tool in the required direction. The direction can be corrected.

本発明の方式は磁気値及び高い側ツール面値を共に計算
する算法と技法を提供し、更に磁力計加速度81データ
をコンパクトで有効な型として符号化して地表に送信す
る方法を提供してツール面の表示をさく共作業者に提供
する。
The present scheme provides algorithms and techniques for calculating both magnetic and high side tool surface values, and also provides a method for encoding magnetometer acceleration 81 data in a compact and useful form for transmission to the surface of the tool. Provide a display of the screen to co-workers.

ツール面角度は通常は穿孔内の加速度計又は磁力31セ
ンサのX、Y軸線の出力電圧の相対値によって定める。
The tool face angle is usually determined by the relative values of the output voltages of the X and Y axes of an accelerometer or magnetic force 31 sensor within the borehole.

センサ出力電圧Vとセンサの測定する物理値との間の関
係は次式となる。
The relationship between the sensor output voltage V and the physical value measured by the sensor is expressed by the following equation.

V=mS+b ここに、bは温度関連バイアス電圧 mは温度関連尺度係数 ′ 加速度計データに対して1価Vはボルトとなり、8項は
重力の加速度に関する。磁力計データに対して、価Vは
ボルトであり、8項は磁束に関する。
V=mS+b where b is the temperature-related bias voltage m is the temperature-related scaling factor ' For accelerometer data, the monovalent V is in volts and the 8th term relates to the acceleration of gravity. For magnetometer data, the valence V is in volts and the 8th term relates to magnetic flux.

現在の技法ではツール面を計算する手順は次の暑りであ
る。
In current techniques, the steps to calculate the tool surface are as follows:

1、 Vx、Vyの相対値を定め、比αを形成する。1. Determine the relative values of Vx and Vy and form the ratio α.

αの絶対値のみが地表に送信されるため、 Vx+vy
の符号を記憶する別の方法を必要とする。
Since only the absolute value of α is transmitted to the surface, Vx+vy
requires another method of storing the code.

2、8は高い側のツール面の関数であるため、S(φ)
の関数形から関数fを次の通り定め得る。
Since 2 and 8 are functions of the tool surface on the higher side, S(φ)
The function f can be determined from the functional form as follows.

φ以外のすべての変数を知れば、φを繰返し法を使用し
て解き得る。この手順は比較的直線的であり、最初にφ
の仮定値を入れて各種の値を剖算すれば正確なφを得て
f(φ)=0となる。
Knowing all variables except φ, we can solve for φ using an iterative method. This procedure is relatively linear, starting with φ
By inserting the assumed value of and calculating various values, an accurate φ can be obtained and f(φ)=0.

この技法を使用すれば両電圧の比からツール面角度の値
を得られ、Xセンサ電圧、Yセンサ電圧のすべての値を
別々に地表に送信する必要はない。
Using this technique, the tool face angle value is obtained from the ratio of both voltages, and there is no need to send all values of the X and Y sensor voltages separately to the surface.

即ち、両電圧の比の値と、X電圧の符号とY電圧の符号
と、両電圧の何れが大きいかの情報と、加速度計又は磁
力計の何れで得られたかの情報を送信すれば、バイアス
係数尺度計数の修正は繰返し法によって地表で行ない得
る。このデータ符号化型式はデータ処理能力の大きな量
を節約し、ツール面データを穿孔内から地表に送信する
ための動力消費を減少する。
In other words, if you send the value of the ratio of both voltages, the sign of the X voltage and the sign of the Y voltage, information on which of the two voltages is larger, and information on whether it was obtained by the accelerometer or magnetometer, the bias can be determined. Modification of the coefficient scale counts can be done at the surface by an iterative method. This data encoding type saves a large amount of data processing power and reduces power consumption for transmitting tool surface data from within the borehole to the surface.

第4図は本発明によるデータ符号化型式を示す。FIG. 4 shows a data encoding format according to the invention.

データフレームはブラケット41の範囲内にあり、マッ
トパルス遠隔通信方式でのマットパルス間の1個のスペ
ースを代表する。データ41の単一フレーム内では2種
のデータヮート42.43がある。各ワードはピット位
置44.45をデータが地表に遠隔通信される速度に関
する情報に割当てる。各ワード46とした次の位置は同
期パルスに割当てる。II O11パルスはフレーム内
の第1のワードに割当て、II I IIはフレーム内
の第2のワードに割当て、これによって、もし1個のワ
ードが過程間に落ちた時に次の゛′0″同期パルスが同
期パルス位置で認識されれば、ワードの開示を示す。こ
れによってパルスフレーム間のスペーシングの必要性を
除き、データ処理能力の節約となる。第1のワードの次
のパルス位置47はXの符号を示し。
The data frame is within bracket 41 and represents one space between matte pulses in a matte pulse telecommunications scheme. Within a single frame of data 41, there are two types of data 42, 43. Each word assigns a pit location 44,45 to information regarding the rate at which data is remotely communicated to the surface. The next location of each word 46 is assigned to a synchronization pulse. The II O11 pulse is assigned to the first word in the frame, and the II O11 pulse is assigned to the second word in the frame, so that if a word falls between steps, the next If a pulse is recognized at the synchronized pulse position, it indicates the opening of a word. This eliminates the need for spacing between pulse frames, saving data processing power. The next pulse position 47 after the first word is Indicates the sign of X.

第1のワード48の次のパルス位置はyの符号を示す。The next pulse position of first word 48 indicates the sign of y.

第1のワードの第6のパルス位置49は両値Xr’jの
何れが大きいかを示し1次のパルス位置51はこの値が
磁力計、加速度計の何れから得たかを示す。これによっ
てどのセンサによるバイアス及び尺度係数が地表に送信
されたかを示す。
The sixth pulse position 49 of the first word indicates which of the two values Xr'j is larger, and the first pulse position 51 indicates whether this value was obtained from the magnetometer or the accelerometer. This indicates which sensor bias and scale factors were transmitted to the surface.

第1のワードの第8のビット位置52はx、y電圧値の
比の絶対値の第5ビツトを含む。同様にして第2のワー
ドの第4〜第8ビツト位置にはX。
The eighth bit position 52 of the first word contains the fifth bit of the absolute value of the ratio of the x,y voltage values. Similarly, X is placed in the 4th to 8th bit positions of the second word.

yの絶対値の第4ないしOビットを夫々含む。4 to 0 bits of the absolute value of y, respectively.

上述によって、本発明ツール面データ用のデータ符号化
型式は単一パルス位置変調ユニットによって地表に伝達
されるデータの単一フレーム内に収容し得る情報の量を
最大とすることは明らかである。これはツール面の値の
全読取を地表に伝達するに必要な動力を著しく節約する
From the foregoing, it is clear that the data encoding type for tool surface data of the present invention maximizes the amount of information that can be accommodated within a single frame of data transmitted to the surface by a single pulse position modulation unit. This significantly saves the power required to transmit all readings of tool face values to the surface.

第5図は本発明によるマットパルス遠隔通信に 1よる
ツール面データ符号化及び送信方式のブロック線図を示
す。第5図のブロック線図に示す通り、マッド送信線6
1はパルス位置変調ツール面データを地表に送る。マッ
ト送信線61より下方の各ブロックは孔底にある装置を
示し、マッド送信線より上方の各ブロックは地面上での
装置と処理を示す。第1に、2個の加速度計又は磁力計
61゜62を使用してさく井ツールの姿勢に関する値を
得る。Xセンサ61は地球の重力界のX成分に関する電
圧値を生じ、Xセンサ62は地球に関するセンサに位置
に関する地球重力界のX成分に関する電圧を生ずる。X
加速度計の出力電圧63とy出力電圧64を示す。両型
圧はプロセサ65の入力となり数個のパラメータを評価
する。
FIG. 5 shows a block diagram of a tool surface data encoding and transmission scheme according to the matpulse telecommunication system according to the present invention. As shown in the block diagram of FIG.
1 sends pulse position modulated tool surface data to the surface. Each block below the mat transmission line 61 represents equipment at the bottom of the hole, and each block above the mud transmission line represents equipment and processing on the ground. First, two accelerometers or magnetometers 61 and 62 are used to obtain values for the attitude of the drilling tool. X sensor 61 produces a voltage value relating to the X component of the Earth's gravitational field, and X sensor 62 produces a voltage value relating to the X component of the Earth's gravitational field relative to position at the sensor relative to the Earth. X
The output voltage 63 and y-output voltage 64 of the accelerometer are shown. Both mold pressures become inputs to processor 65, which evaluates several parameters.

プロセサ65は第1に一方の出力電圧の他方に対する値
の比の絶対値を評価する。絶対値は常に正であり、0よ
り大きく、1より小さい。更に計算ユニット65は電圧
値Vx、Vyの各成分の符号、電圧Vx、Vyの何れが
大きいか、即ち両電圧値の何れが分子で何れが分母であ
ってOと1との間の数となるかを定める。最後にユニッ
ト65は電圧Vが加速度計からか磁力計からかを定める
。計算ユニット65の定めたデータは二進フレーム組立
ユニット66の入力となり、情報から二進データフレー
ムを組立てる。即ち、このユニット66は2個の8ビツ
トのワードを有し、第4図について説明したデータ型式
に相当する。計算ユニット65からの入力の他に、二進
データフレーム組立ユニット66は同期パルス供給源6
7からの入力、送信速度セレクタユニット68からの入
力を受ける。ユニット68はビット発生器を有し、ユニ
ット68の選択した送信速度を示す。送信速度セレクタ
をマッド圧力センサ69に応答して作動する。
Processor 65 first evaluates the absolute value of the ratio of the values of one output voltage to the other. The absolute value is always positive, greater than 0 and less than 1. Furthermore, the calculation unit 65 calculates the sign of each component of the voltage values Vx and Vy, which of the voltages Vx and Vy is larger, that is, which of the two voltage values is the numerator and which is the denominator, and is a number between O and 1. determine what will happen. Finally, unit 65 determines whether the voltage V is from the accelerometer or the magnetometer. The data defined by the calculation unit 65 is input to a binary frame assembly unit 66, which assembles a binary data frame from the information. That is, this unit 66 has two 8-bit words and corresponds to the data type described in connection with FIG. In addition to inputs from calculation unit 65, binary data frame assembly unit 66 receives synchronization pulse source 6.
7 and a transmission speed selector unit 68 . Unit 68 has a bit generator to indicate the unit 68's selected transmission rate. The transmit speed selector is activated in response to the mud pressure sensor 69.

センサ69はサブ15内に計算符号化装置と共に取付け
る。
The sensor 69 is mounted within the sub 15 along with a computational encoding device.

二進データフレーム組立ユニット66が81算ユニツト
65、同期パルス発生器67、送信速度セレクタピッ1
−発生器68から第4図に示すデータ型式に応じた情報
を組立てた時は、このワードの値を二進ワード値から2
個の時間値に変換する。
The binary data frame assembly unit 66 includes an 81 arithmetic unit 65, a synchronous pulse generator 67, and a transmission speed selector pin 1.
- When the generator 68 has assembled information according to the data type shown in FIG.
Convert to time values.

この変換はユニット70の使用するマットパルス遠隔通
信方式内で使用する特別なパルス位置変調方式に応じて
行なう。即ち、第1の時間値は第1のデータワード71
の値に応じ、第2の時間値は第4図のデータワード72
に応する。両値が定まればパルス位置変調マットパルサ
ー73の一部を形成するマット流制御弁はマット送信線
61に一連の3個のパルスを生ずる。第1のパルスと第
2のパルスの間のスペースは第1のデータワードの値を
示し、第2のパルスと第3のパルスとの間のスペースは
第2のデータワー1〜を示す。かくして、ツール面を示
す大量のデータは上述の型式として符号化され、一連の
3個のマット圧力パルスを生ずるに必要なエネルギー消
費を必要とするに過ぎない。本発明の型式は既知の技法
において多くのパルスをマッド流内に符号化してすべて
の情報のビットを搬送し、センサ電圧値を特定し地表で
ツール面角度を計算するに比較して著しく簡単である。
This conversion is performed depending on the particular pulse position modulation scheme used within the matte pulse telecommunications scheme used by unit 70. That is, the first time value is the first data word 71
, the second time value is the data word 72 of FIG.
correspond to Once both values are determined, the mat flow control valve forming part of the pulse position modulated mat pulser 73 produces a series of three pulses on the mat transmission line 61. The space between the first and second pulses indicates the value of the first data word, and the space between the second and third pulses indicates the second data word 1. Thus, a large amount of data representing the tool surface can be encoded in the type described above, requiring only the energy expenditure necessary to produce a series of three mat pressure pulses. The model of the present invention is significantly simpler than known techniques of encoding many pulses into the mud stream to convey all the bits of information, determining sensor voltage values and calculating tool face angles at the ground surface. be.

マット送信[61によって送られたパルスは地表におい
てパルス位置復調ユニット75によって復調されユニッ
ト76の入力となり、孔底ユニツ1−66の組立てたデ
ータフレームの二進ワード値に変換する。二進ワード値
再構成ユニット76は出力を剖算ユニット77に送って
繰返法計算を行ない、ツール面の値をバイアス及び尺度
パラメータに対して修正する。これは繰返法技法によっ
てセンサ電圧値の比のデータと、夫々の電圧の符号と、
どの電圧が大きいかの情報と、センサが磁力計か加速度
計かのデータを使用して既知の技法で行なう。
The pulses sent by the mat transmitter [61 are demodulated at the surface by a pulse position demodulation unit 75 and input to a unit 76 for conversion into binary word values of the assembled data frame of the bottomhole units 1-66. Binary word value reconstruction unit 76 sends output to autopsy unit 77 for iterative calculations to correct tool face values for bias and scale parameters. This is done by using an iterative technique to obtain data on the ratio of sensor voltage values, the sign of each voltage,
This is done using known techniques using information on which voltage is greater and data on whether the sensor is a magnetometer or an accelerometer.

ユニット77内の繰返法計算は勿論前の傾き方位、温度
変化バイアス、尺度係数のメモリーユニット78内に記
憶され繰返法計算ユニット77に送られた値を参照して
行なう。最後に計算ユニットの出力はツール面の値とな
り、作業者に供給される。作業者はバイアス及び尺度係
数を修正する。
The iterative calculations in unit 77 are of course performed with reference to the previous tilt orientation, temperature change bias, and scale factor values stored in memory unit 78 and sent to iterative calculation unit 77. Finally, the output of the calculation unit becomes the tool surface value and is supplied to the operator. The operator corrects the bias and scale factors.

情報を地上に遠隔通信するには最小の動力消費である。It requires minimal power consumption to remotely communicate information to the ground.

前述した通り、さく弁管をドリルストリンクに追加した
直後にはツール面の値を大きな周波数で更新する必要が
ある。さく弁管のセクションを追加するためには地面上
とウェルヘノ1−とのマノ1〜ポンプを停止して孔底マ
ツ]・流の圧力を減少する。
As mentioned above, immediately after adding the drilled valve pipe to the drill string, it is necessary to update the tool face values at a high frequency. To add a section of pierced valve pipe, stop the pump on the ground and at the bottom of the hole to reduce the pressure of the flow.

前述した通り、マッド圧力センサ69はマット流圧力の
停止を検出し、更にドリルストリングのセクションの追
加とさく井の再開に伴うマッドポンプの再始動によって
生した装置再加圧を検出する。
As previously discussed, mud pressure sensor 69 detects cessation of matte flow pressure and also detects system repressurization caused by the addition of a section of drill string and the restart of the mud pump upon restarting the well.

マッド圧力センサ69の検出した装置再加圧信号は送信
速度セレクタ信号となり、ツール面データの速い速度を
地上の作業者が必要とし、さく井ツールを最小時間で向
は直す必要のあることを示す。
The equipment repressurization signal detected by the mud pressure sensor 69 becomes the transmit speed selector signal, indicating that a higher rate of tool face data is required by the ground operator and the drilling tool needs to be reoriented in a minimum amount of time.

電圧値の試料採取の速度及び計算ユニッ1へ65の行な
うソール面計算の速度は予じめ定めた値に増加、例えば
4倍に増加し、ツール面表示を定常時に20秒間隔の表
示とする場合に、ツール面の値の再計算と送信を5秒毎
に行なう。これはさく共作業者に対して十分な時間だけ
継続し、ツールを向は直し得る。時間経過後に全スケー
ルのさく井作業を始める。送信速度セレクタは標準速度
に戻り、情報の試料採取と地上への送信を行なう。増加
速度とする短い時間の間はマッド位置変調マットパルサ
ー78を作動させるには動力を増加し、最も情実に必要
とする追加情報を送る。マッド圧力センサに応答して送
信速度セレクタ68°が作動した時は第4図のデータフ
レーム型式の位置44゜45内に符号化したビット表示
が生じ、データを地上の装置に穿孔を通って送信する速
度を示す。
The speed of sampling the voltage value and the speed of sole surface calculation performed by the calculation unit 1 65 are increased to a predetermined value, for example, increased by four times, and the tool surface display is displayed at 20 second intervals during normal operation. In this case, the tool surface value is recalculated and sent every 5 seconds. This continues long enough for the collaborators to redirect the tool. After the time has elapsed, drilling work for all scales will begin. The transmit speed selector returns to standard speed to sample and transmit information to the ground. For short periods of time at increased speeds, power is increased to operate the mud position modulating mat pulser 78 to provide the additional information most acutely needed. When the transmit speed selector 68° is actuated in response to the mud pressure sensor, the coded bit representation in positions 44 and 45 of the data frame format of FIG. Indicates the speed at which

見更■羞末 上述によって明らかにされた通り、本発明によるマット
位置変調マットパルス遠隔通信方式によるツール面デー
タ型式の符号化及び送信方式は著しく効率が良く、孔底
動力の利用は最大であり、最大量の情報を最小動力消費
で地表に送信する。
Review: As shown above, the method of encoding and transmitting tool surface data type using the mat position modulation mat pulse remote communication method according to the present invention is extremely efficient, and the utilization of bottom hole power is maximized. , transmitting the maximum amount of information to the surface with the minimum power consumption.

本発明の作動と構成とは上述の説明によって明らかであ
る。上述の本発明の方法と装置とは好適な実施例である
が発明の本旨を逸脱することなく多くの変型とすること
が可能である。
The operation and construction of the present invention will be apparent from the foregoing description. Although the method and apparatus of the invention described above are preferred embodiments, many modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるマットパルス遠隔通信方式にデー
タ処理及び符号化型式を組合せた作業モードを示すため
のさく弁装置の側面図、第2図はさく井作業間の傾いた
穿孔の方位を示す平面図、第3図は曲りサブさく井ツー
ルとツール面角度と本発明マットパルス遠隔通信ツール
データの符号化通信方式を収容するサブを示す斜視図、
第4図は本発明パルス位置変調方式に送信するマットパ
ルス遠隔通信ツール面テータ符号化型式を示す図、第5
図は本発明によるツール面データ符号化及び送信方式の
ブロック線図である。 10・ツール面データ符号化送信装置、11・さく井リ
グ、12・穿孔、14.21 ・サブ、I5・ドリルカ
ラー、18 ドリルストリング、22トリルビツト、2
6・マット、28・・・ウェルヘッド、3o・マッドポ
ンプ、41・・データフレーム、42.43 データワ
ード、44.45・ビット位置。 代理人 弁理士松井政広(外1名)
FIG. 1 is a side view of a drilling device to illustrate the mode of operation combining the matte pulse telecommunications system with data processing and encoding format according to the invention; FIG. 2 shows the orientation of an inclined hole during drilling operations; FIG. 3 is a perspective view showing a curved sub-drilling tool, a tool surface angle, and a sub-accommodating a data encoding communication system of the present invention mat pulse remote communication tool;
FIG. 4 is a diagram showing a matte pulse telecommunication tool surface data encoding format to be transmitted using the pulse position modulation method of the present invention;
The figure is a block diagram of a tool-plane data encoding and transmission scheme according to the present invention. 10. Tool surface data encoding transmitter, 11. Drilling rig, 12. Drilling, 14. 21. Sub, I5. Drill collar, 18. Drill string, 22. Trill bit, 2
6.Matt, 28.Well head, 3o.Mud pump, 41.Data frame, 42.43 Data word, 44.45.Bit position. Agent: Patent attorney Masahiro Matsui (1 other person)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、穿孔内のさく井ツールの地面に対するツール面角度
を示すデータをさく弁間測定方式で遠隔通信する方法で
あって、 さく井ツールの姿勢の直交表示を第1の周波数の間隔で
測定し、各測定に応答してツール面角度を示すデータ信
号を発生し、各発生データ信号に応答してマットパルス
遠隔通信装置に圧力パルス信号を発生して測定ツール面
角度の圧力パルス変調表示を送信し、孔底位置で下方に
流れるマット流の圧力を測定し、トリルストリングにさ
く弁管のセクションの追加を示すマット圧力の停止及び
再発生のシーケンスの測定に応答してツール面角度の測
定間隔を上記第1の周波数から第2の高い周波数に変化
してさく井ツールの向は換えのためにツール面角度の急
速な更新を行なうことを特徴とするさく井ツールのツー
ル面角度を示すデータを遠隔通信する方法。 2、前記データ信号発生過程には前記測定間隔の周波数
を示すデータ信号の分力を発生する過程を含む特許請求
の範囲第1項記載の方法。 3、前記第2の周波数を第1の周波数の4倍とする特許
請求の範囲第1項記載の方法。 4、前記圧力パルス信号発生過程には圧力パルス位置8
1画に応じて一連のマッド圧力パルスを変調する過程を
含む特許請求の範囲第1項記載の方法。 5、前記測定過程には、さく井ツールに取付けたX軸線
センサの位置を示す第1の電圧を発生し、さく井ツール
に取付けたX軸線センサの位置を示す第2の電圧を発生
する過程を備え;前記データ信号発生過程には、2個の
二進のワードを含む二倍データのフレームを組立て第一
のワードはツール面角度測定の周波数と、第2の電圧の
符号と、何れの電圧が大きいかと、センサが加速度計の
磁力計かとの表示を含み、第2のワードは第1第2の電
圧の比の絶対値のOと1との間での表示を含む特許請求
の範囲第1項記載の方法。 6. 前記マットパルス遠隔通信装置はパルス位置変調
型とし、前記圧力パルス信号発生過程には3個のマッド
圧力パルスを発生する過程を備え、第1第2のパルス間
の時間間隔は二進データのフレームの第1の二進のワー
ドの値を表示し、第2第3のパルスの間の時間間隔は二
進データのフレームの第2の二進のワードの値を表示す
る特許請求の範囲第5項記載の方法。 7、 穿孔内のさく井ツールの地面に対するツール面角
度を示すデータをさく弁間測定方式で遠隔通信する装置
であって、 2個の直交面内のさく井ツールの姿勢を示す第1第2の
電圧を発生する2個のセンサと、第1第2の二進のワー
ドを含む二進データのフレームを発生する装置とを備え
、第1のワードは(a)第1の電圧の符号と(b)第2
の電圧の符号と(c)第1第2の電圧の何れが大きいか
及びセンサの組は加速だ計か磁力計かを示す少なくとも
1個のビット位置を有し、第2のワードは第1第2の電
圧の比の絶対側をOと1との間の値で示す複数のビット
位置を有し、第1第2の二進のワードの夫々の値を1組
の相当第1第2の時間値に変換する装置とさく共流の下
方に流れるマット流内に一連の3個の圧力パルスを発生
する装置とを備え、第1第2のパルス間の時間は第1の
時間値に等しくし第2第3のパルス間の時間は第2の時
間値に等しくし、地表面に取付は第1第2のパルス間の
時間に応答して第1の二進データワードを再生し第2第
3のパルス間の時間に応答して第2の二進データワード
を再生する装置と、第1第2のデータワードの成分と前
に測定した穿孔の傾きと方位角の値と温度の関数とした
バイアス及び尺度係数とに応答してツール面角度を計算
する装置とを備えることを特徴とするさく井ツールのツ
ール面角度を遠隔通信する装置。 8、前記夫々の第1第2の二進のワードは周期パルスの
ためのビット位置を有し、各ワードの周期パルスビット
は反対の極性とする特許、請求の範囲第7項記載の装置
。 9、周波数を変える装置を備え、この周波数によって二
進データのフレームが第1第2の電圧から発生する特許
請求の範囲第7項記載の装置。 10、前記周波数変更装置は下向きに流れるマッド流の
圧力の大きな低下と圧力の再上昇としたさく弁管をドリ
ルストリングに追加した表示のシーヶ ・ンスに応答し
て第1第2の圧力から二進データのフレームの発生の周
波数を犬にする特許請求の範囲第9項記載の装置。 11、前記第1第2のデータワードには二進データのフ
レームが発生する周波数を示す少なくとも1個のビット
位置を含む特許請求の範囲第10項記載の装置。 12、前記計算装置は繰返し技法によってツール面角度
を計算する特許請求の範囲第7項記載の装置。 13、穿孔内のさく井ツールからツール面角度を示すデ
ータを地表に送信するマットパルス遠隔通信装置に夫々
さく井ツールの姿勢を示す電圧を発生する2個の直交X
+ yセンサとパルス位置変調を使用するものにおいて
、各角度測定に対するツール面データ型式として、1組
の二進のワードを含む二進データフレームを備え、第1
のワードには(a) X電圧の符号(b)X電圧の符号
(c)両電圧の何れが大きいか表示を含み、第2のワー
ドにはX電圧とX電圧の比とOと1との間の絶対値表示
を含むことを特徴とするさく井ツールのツール面角度を
示すデータを送信するマントパルス遠隔通信装置。 14、前記二進データフレームを備える両第1第2の二
進のワードには同期パルスを含む特許請求の範囲第13
項記載の装置。 15、前記二進データフレームを備える両第1第2の二
進のワードにはツール面角度測定及び地表への遠隔通信
を行なう周波数の表示を含む特許請求の範囲第13項記
載の装置。 16、穿孔内のさく井ツールのツール面角度を示すデー
タをさく弁間測定方式で地表に遠隔通信する装置であっ
て、さく井ツールの姿勢の直交表示を第1の周波数とし
た時間間隔で測定する装置と、各測定に応答してツール
面角度を示すデータ信号を発生する装置と、各発生デー
タ信号に応答して測定ツール面角度の圧力パルス変調表
示を送信するためにマットパルス遠隔通信装置に圧力パ
ルス信号を発生させる装置と、孔底位置で下方に流れる
マッド流の圧力を測定する装置と、ドリルストリングの
さく弁管の追加を示すマッド圧力低下再上昇のシーケン
スの測定に応答してツール面角度測定の時間間隔を第1
の周波数から第2の高い周波数に変える装置とを備え、
さく井ツールの向は直しのためにツール面角度の急速な
更新を行なうことを特徴とするさく井ツールのツール面
角度を示すデータを遠隔通信する装置。 17、前記データ信号発生装置には前記測定の時間間隔
の周波数の表示としたデータ信号の成分を発生する装置
を含む特許請求の範囲第16項記載の装置。 18、前記第2の周波数は第1の周波数の4倍とする特
許請求の範囲第17項記載の装置。 19、前記圧力パルス信号発生装置には圧力パルス位置
方式に応じて一連のマッド圧力パルスを変調する装置を
含む特許請求の範囲第17項記載の装置。 20、前記測定装置には、さく井ツール内に取付けたX
軸線センサの位置を示す第1の電圧を発生する装置と、
さく井ツール内に取付けたX軸線センサの位置を示す第
2の電圧を発生する装置とを備え;前記データ信号発生
装置には1組の二進のワードを含む二進データのフレー
ムを組立てる装置を備え、第1のワードにはツール面角
度測定の周波数と、第1の電圧の符号と、第2の電圧の
符号と、何れの電気が大きいかと、センサは加速度計か
磁力計かとの表示を含み、第2のワードには第1第2の
電圧の比のOと1との間の絶対値とした表示を含む特許
請求の範囲第16項記載の装置。 21、前記マットパルス遠隔通信装置はパルス位置変調
型とし、前記圧力パルス発生装置には3個のマッド圧力
パルス発生装置を含み、第1第2のパルス間の時間が二
進データのフレーム内の第1の二進のワードの値を示し
、第2第3のパルース間の 一時間が二進データのフレ
ーム内の第2の二進のワードの値を示す特許請求の範囲
第20項記載の装置。
[Claims] 1. A method for remotely communicating data indicating the tool surface angle of a drilling tool with respect to the ground in a drilling hole using a distance measurement method, the method comprising: measuring at intervals, generating a data signal indicative of the tool face angle in response to each measurement, and generating a pressure pulse signal to a mat pulse remote communication device in response to each generated data signal to generate a pressure pulse of the measured tool face angle. Sends a modulated indication and measures the pressure of the downwardly flowing matte flow at the hole bottom location, indicating the addition of a section of valve pipe to the trill string at the tool face in response to the measurement of a sequence of cessation and regeneration of matte pressure. The tool face angle of a drilling tool is characterized in that the angle measurement interval is changed from the first frequency to a second higher frequency to rapidly update the tool face angle for changing the direction of the drilling tool. A method of remotely communicating data shown. 2. The method according to claim 1, wherein said data signal generation step includes a step of generating a component of the data signal indicating the frequency of said measurement interval. 3. The method according to claim 1, wherein the second frequency is four times the first frequency. 4. The pressure pulse position 8 is included in the pressure pulse signal generation process.
2. A method as claimed in claim 1, including the step of modulating a series of mud pressure pulses in response to a stroke. 5. The measuring step includes a step of generating a first voltage indicating the position of the X-axis sensor attached to the drilling tool, and generating a second voltage indicating the position of the X-axis sensor attached to the drilling tool. The data signal generation process includes assembling a frame of double data including two binary words, the first word being the frequency of the tool face angle measurement, the sign of the second voltage, and which voltage is The second word includes an indication of the absolute value of the ratio of the first to second voltages between O and 1. The method described in section. 6. The mat pulse remote communication device is of a pulse position modulation type, and the pressure pulse signal generation process includes a process of generating three mud pressure pulses, and the time interval between the first and second pulses is a frame of binary data. Claim 5 wherein the time interval between the second and third pulses represents the value of the second binary word of the frame of binary data. The method described in section. 7. A device for remotely communicating data indicating the tool surface angle of a drilling tool with respect to the ground in a drilling hole using a drilling gap measurement method, the first and second voltages indicating the attitude of the drilling tool in two orthogonal planes. and a device for generating a frame of binary data including a first and second binary word, the first word having the sign of (a) the first voltage and (b ) 2nd
and (c) at least one bit position indicating which of the first and second voltages is greater and whether the sensor set is an accelerometer or a magnetometer; a plurality of bit positions indicating the absolute side of the ratio of the second voltage with a value between O and 1; and a device for generating a series of three pressure pulses in the downwardly flowing matte stream, the time between the first and second pulses converting into a first time value. the time between the second and third pulses being equal to the second time value; 2 a device for regenerating a second binary data word in response to the time between the third pulses; and a device for calculating a tool face angle in response to a bias and a scale factor as a function of a bias and a scale factor. 8. The apparatus of claim 7, wherein each of said first and second binary words has a bit position for a periodic pulse, and the periodic pulse bits of each word are of opposite polarity. 9. Apparatus according to claim 7, comprising a device for varying the frequency by which a frame of binary data is generated from the first and second voltages. 10. The frequency changing device changes the pressure from the first to the second pressure in response to the sequence indicated by adding a valve pipe to the drill string that causes a large drop in the pressure of the downwardly flowing mud stream and a re-increase in pressure. 10. The apparatus of claim 9, wherein the frequency of generation of frames of binary data is set to 0. 11. The apparatus of claim 10, wherein said first and second data words include at least one bit position indicating the frequency at which the frame of binary data occurs. 12. The apparatus of claim 7, wherein the calculation apparatus calculates the tool face angle by an iterative technique. 13. Two orthogonal
+ y-sensor and pulse position modulation, with a binary data frame containing a set of binary words as the tool surface data type for each angular measurement;
The word contains (a) the sign of the X voltage, (b) the sign of the X voltage, and (c) an indication of which of the two voltages is larger, and the second word contains the A mantle pulse remote communication device for transmitting data indicative of a tool face angle of a drilling tool, comprising an absolute value display between. 14. Claim 13, wherein both first and second binary words comprising said binary data frame include synchronization pulses.
Apparatus described in section. 15. The apparatus of claim 13, wherein both first and second binary words comprising said binary data frame include an indication of the frequency at which tool face angle measurements and remote communications to the surface are made. 16. A device that remotely communicates data indicating the tool face angle of a drilling tool in a borehole to the ground surface using a gap-to-hole measurement method, which measures the data at time intervals using the orthogonal display of the orientation of the drilling tool as a first frequency. a device for generating a data signal indicative of a tool face angle in response to each measurement, and a mat pulse telecommunications device for transmitting a pressure pulse modulated representation of the measured tool face angle in response to each generated data signal. a device for generating a pressure pulse signal and a device for measuring the pressure of the downwardly flowing mud stream at the bottom of the hole and a tool in response to measuring the sequence of mud pressure drop and rise indicating the addition of a drill string drill valve tube; The time interval of surface angle measurement is
a device for changing the frequency from the frequency to a second higher frequency,
A device for remotely communicating data indicating a tool face angle of a drilling tool, characterized in that the tool face angle is rapidly updated for correction of the direction of the drilling tool. 17. The apparatus of claim 16, wherein said data signal generating device includes a device for generating a component of a data signal indicative of the frequency of said time interval of measurement. 18. The apparatus of claim 17, wherein the second frequency is four times the first frequency. 19. The apparatus of claim 17, wherein said pressure pulse signal generator includes means for modulating a series of mud pressure pulses in response to a pressure pulse position scheme. 20. The measuring device includes an X installed in the drilling tool.
a device for generating a first voltage indicative of the position of the axis sensor;
a device for generating a second voltage indicative of the position of an X-axis sensor mounted within the drilling tool; the data signal generating device includes a device for assembling a frame of binary data including a set of binary words; In addition, the first word contains the frequency of the tool surface angle measurement, the sign of the first voltage, the sign of the second voltage, which one has more electricity, and whether the sensor is an accelerometer or a magnetometer. 17. The apparatus of claim 16, wherein the second word includes an indication of the ratio of the first to second voltages as an absolute value between O and 1. 21. The mat pulse remote communication device is of a pulse position modulation type, and the pressure pulse generator includes three mud pressure pulse generators, and the time between the first and second pulses is within a frame of binary data. 21. A time interval between a first binary word and a second third pulse indicates a value of a second binary word within a frame of binary data. Device.
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