JPS6373500A - 地中からのデ−タ通信方法及びそのための地中通信装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば検層用計測装置、即ち生として石油
あるいは天然ガス等の採掘用縦坑、即ち油井、ガス井等
を掘削する際に、ドリルパ・イブ先端部に装着されて坑
底の性状を測定する装置、あるいはその他の地中に埋設
された種々の計）１１１装置のデータを地上へ送信する
ための方法及びそれに使用される通信装置に関する。

〔従来技術〕

たとえば従来、石油採掘用の油井等の縦坑を掘削する際
に、坑底付近の地質あるいは堀ｎｌ用ビットに関スる種
々の情報を得るには、ドリルパイプを一旦地上に引き上
げて検査するか、検層用の計測装置を庸坑内に下ろして
計測するか、あるいは掘削中にドリルパイプ上端からピ
ント先端を経て縦坑内を上方へ循環している泥水（マッ
ド）の状態、成分を分析する泥水検層（マントロギング
）と呼ばれる手法等が採用されている。

しかし、上述の各手法では、計測に比較的時間を要し、
また掘削中の坑底のデータをリアルタイムで計ＩＩ＋す
ることは困難であった。このような事情から、近年、罪
Ｄ（Ｆ’ｌｅａｓｕｒｅｔｍｅｎｔ　ＷｈＮｅ　Ｄｒ３
月＋ｎｇ）と呼ばれる手法が開発されている。このＭＷ
Ｄは端的には、ドリルパイプの坑底に近い先端部にセン
サを備えた検層用計測装置を装着し、得られた種々のデ
ータを通信装置によりたとえば電磁波等を媒介として地
上へ送信することにより、リアルタイムにて坑底の性状
（ビットの状態を含む）を計測し、そのデータを得んと
するものである。

第３図は一例として、ＯＧＪ　Ｒｅｐｏｒｔ　Ｆｅｂ、
２１．１９８３に’５ｅｃｏｎｄ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏ
ｎ　ＭＷＤ　Ｔｏｏｌ　Ｐａ５ｓｅｓ　ＦｉｅｌｄＴｅ
ｓ　Ｌ″の表題で発表された装置の構成を示す模式図中
、１は掘削リグ、２は地層、３は掘削中の接抗、即ち油
井、４は図示しない動力源にて回転されてその力をピン
ト５に伝達するためのドリルパイプであり、掘削深さに
応じて多数が連結されてドリルストリングが形成される
。

５は上述の如く地層を掘削するためのビット、６は最先
端のドリルパイプ４、つまりビット５の直上のドリルパ
イプ４０を底部４１と上部４２とに分割して両者を電気
的に絶縁するための絶縁カラーである。

また、図中において破線にて囲繞した範＠Ｊ７は、最先
端のドリルパイプ４０の底部４１と上部４２及びそれ以
上の位置の複数のドリルパイプ４，４・・・と絶縁カラ
ー６とにより形成されるダイポールアンテナを示してい
る。そして、８は最先端のドリルパイプ４０の底部４１
の内部空洞に取付けられた格納容器である。この格納容
器８内には検層用計測装２８０及びこれにより得られた
データを地表へ送信するための通信装置の送信部９ｏが
収納されている。

検層用計測装置８０は、掘削中の油井３の坑底及びビッ
ト５に関する種々の性状、たとえば温度。

圧力、振動１回転トルク等をそれぞれ測定するセンサ等
からなる。また通信装置の送信部９ｏは、検層用計測装
置８０により得られたデータを、変調・増幅して上述の
ダイポールアンテナ７がら一点破線にて示すような電磁
波として出力するための種々の回路等にて構成されてい
る。

一方、地上には通信装置の受信部を構成する直線状のア
ンテナ１０が油井３をほぼ中心として張られており、ダ
イポールアンテナ７がら出力されてこのアンテナ１０に
て受信された電磁波はアンプ１１に与えられる。このア
ンプ１１はアンテナ１ｏがら与えられた信号を増幅して
信号処理部１２に出力する。

信号処理部１２は、アンプ１１の出力信号を復調し、坑
底のデータ、即ち格納容器８内に収納されている検層用
計測装置８０により測定されたｆｆ々のデータを再生す
る。

第４図は、上述のダイポールアンテナ７の部分を拡大し
て示した支所面図であり、格納容器８内に収納された送
信部９０から最先端のドリルパイプ４０の絶縁カラー６
により電気的に絶縁された底部４Ｉ及び上部４２それぞ
れに導線ＣＬ　Ｃ２が接続されていることによりダイポ
ールアンテナ７が構成されている。

このような従来の装置は、以下のように動作する。

掘削リグ１が複数のドリルパイプ４，４・・・にて構成
されるドリルストリングを回転させると、最先端のドリ
ルパイプ４５の先端に取付けられているビット５も回転
するので、ビット５により油井３の底部の地層２が掘削
される。この際、最先端のドリルパイプ４５の底部４１
に設けられた格納容器８内の検層用計測装置８０はセン
サにて坑底の地層２の性状あるいはビット５の状態を測
定し、この結果得られたデータを通信装置の送信部９０
にて変調・増幅し、５〜６０１（ｚの交流信号として最
先端のドリルパイプ４０を絶縁カラー６にて電気的に絶
縁したダイポールアンテナ７に印加する。これにより、
ダイポールアンテナ７からは図に一点破線にて示す如く
電磁波が放射される。

なお、ダイポールアンテナ７に印加される周波数が６０
Ｈｚの場合、空中での波長に換算すると５０００ｋｍと
極めて長波長になる。

一方地上では、ダイポールアンテナ７がら放射され地層
２中を伝播して来た電磁波は直線状のアンテナ１０によ
り受信され、アンプ１１にて増幅され、信号処理部１２
にてデータとして再生される。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上のような従来の装置では、縦坑の坑底及びビットの
状態を表すデータをリアルタイムにて得て地上へ送信す
ることが可能になるが、縦坑の坑底深くに位置する検層
用計測装置及び通信装置の送信部に継続的に電源を供給
する手段がないので、一般的には電池を給電手段として
使用している。

このため、最先端のドリルパイプ内の空洞に取付けられ
ている格納容器に収容可能な電池の量には限りがあるの
で、比較的頻繁にドリルパイプを地上へ引き上げて電池
の取替を行う必要がある。従って、この電池の取替の周
期がビットの取替の周期より短い場合には、電池の取替
のためのみにてドリルパイプの地上への引き上げを行う
必要が生じ、掘削効率の低下を招来する原因となる。

また、検層用計測装置に取付けられているセンサが多数
に上る場合には、各センサそれぞれによる測定結果が予
め設定された一定の周期及び）η序にて送信されるため
、あるセンサによる測定結果の重大な変化が次のそのセ
ンサのデータの送信時まで送信されないため、折角リア
ルタイムでの坑底データの検出が可能であるにも拘わら
ず、重大な故障、事故等を未然に防止出来ないことがあ
るという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
樅坑の底部に位置される検層用計測装置からのデータの
送信を、データが変化した場合にのみ、具体的には所定
時間内に所定幅以上変化したような場合にのみ、その変
化後のデータを地上へ送信するようにした信号の送信方
法及びそのための通信装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の送信方法では、検層用計測装置等のセンサによ
り得られたデータをメモリに記憶しておき、次の所定時
間経過後に、その時点で得られた新たなデータを先にメ
モリに記憶しである所定時間前のデータと比較し、この
結果、両者の差が所定量以上である場合にのみ変化後の
新たなデータを地上へ送信する構成としている。

〔作用〕

本発明の通信装置では、センサにて得られたデータが変
化した場合にのみそのデータを地上へ送信するようにし
ているので、電源の消費が抑えられる。このため、ビッ
トの交換周期より短い周期で電源の取替のためにドリル
パイプを地上へ引き上げる必要はなくなる。また計測さ
れているデータに変化が有った場合には直ちに地上で硫
認出来るため、坑底及びビットの状態変化に素早く対応
可能である。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

なお、本発明装置自体は前述の第３図及び第４図に示し
た如き従来の油井掘削のための設備の最先端のドリルパ
イプ４に装着され、検層用計測装置等のセンサから与え
られたデータの通信に使用されることは全く同様である
。

第り図はｊ＊層用計測装置８０と共に示す本発明に係る
１ｆｆｉ信装置の送信部９０の構成を示すブロック図で
ある。

図中Ｓｌ、　Ｓ２・・・Ｓｎはそれぞれ検層用計測装置
８０の坑底センサであり、たとえば温度、圧力、振動。

回転トルク等をそれぞれ測定し、その結果をアナログ信
号としてマルチプレクサ８１に与えている。

マルチプレクサ８１は、後述する本発明装置の送信部９
０のマイクロプロセッサ９１によりチャンネル切換えが
行われる。そして、マルチプレクサ８１の出力はＡ／［
１変換嘉８２に与えられてデジタル信号に変換され、本
発明装置の送信部９０の制御手段であるマイクロプロセ
ッサ９１に与えられている。

マイクロプロセッサ９１にはその内部に比較手段９１Ｃ
ｆｃ備えており、またメモリ９２が接続されている。そ
してマイクロプロセッサ９１は、Ａ／Ｄ変換器８２から
与えられるデジタル信号をデータとしてメモリ９２に記
ＩＱさせ、あるいはメモリ９２に記す、２させである過
去のデータを読出して他の、たとえばＡ／Ｄ変換器８２
から与えられつつある現時点のデータと比較手段９１Ｃ
に比較させ、この結果が所定以上の差である場合には送
信用電源９４から送信回路９３への給電を行わせると共
にそのデータを地上へ送信すべき有怠なデータであると
して送信回路９３へ出力する等の処理を行う。

送信用電源９４は送信回路９３のための電源であり、マ
イクロプロセッサ９１からの指令によりスイッチ回路９
５がオンされて送信回路９３への給電を行い、あるいは
オフされて給電を遮断する。

送信回路９３は、送信用電源９４からの給電を受けてい
る間にマイクロプロセッサ９１から信号が与えられると
、たとえばこれに基づいて正弦波を変調・増幅してダイ
ポールアンテナ７へ出力する等して信号の送信を行う。

以上のように構成された本発明装置の動作について、マ
イクロプロセッサ９１の処理内容を示す第２図のフロー
チャートに従って以下に説明する。

まずマイクロプロセッサ９１は処理が開始されると、パ
ラメータｉをＯにリセットした後、ループに入る。この
ループではまずマイクロプロセッサ９１は、パラメータ
ｉを１だけインクリメントし、マルチプレクサ８１をこ
のパラメータｉの値に対応するチャンネルに切換える。

これにより、第ｎ（ｉは１からｎ）番の坑底センサＳｉ
　（最初は第１の坑底センサＳｌ）の測定値のアナログ
信号がマルチプレクサ８１を経てＡ／Ｄ変換器８２に与
えられ、ここでデジタル信号に変換出力される。

マイクロプロセッサ９１は、Ａ／Ｄ変換器８２から出力
されるデジタル信号を第ｉ番の坑底センサＳｉの現時点
の測定データＤｉｊとして読込むと共に、メモリ９２か
らは第ｉ番の坑底センサＳｉの前回に測定されたデータ
Ｄ　１ｊ−１を読出し、両者の差Δｉの絶対値を下記式
にて求める。

Δｉ　＝　ｌ　Ｄｉｊ　　Ｄｉｊ−１ｌそして次にマイ
クロプロセッサ９１は、両者の差Δｉを第ｉ番の坑底セ
ンサＳｉの測定値のハンチング誤差、あるいは予め設定
された許容誤差Ｅｉと比較し、Δｉ＞Ｅｉの場合には第
ｉ番の坑底センサＳｉの測定値に充分有意な変化が生じ
たとして以下の処理を行う。

即ち、Δｉ＞Ｅｉの場合にはマイクロプロセッサ９１は
、スイッチ回路９５をオンさせて送信用電源９４から送
信回路９３への給電を行わせると共に、新たなデータＤ
ｉｊを送信回路９３へ出力する。これにより、前回の測
定時に比して有意な変化を生じたと見做される第ｉ番の
坑底センサＳｉの現時点の測定データＤｉｊは送信回路
９３からダイポールアンテナ７へ出力される。そして、
データＤｊｊが送信回路９３からダイポールアンテナ７
を経て出力された後、マイクロプロセッサ９１はスイッ
チ回路９５をオフさせて送信用電源９４から送信回路９
３への給電を遮断する。

一方、Δｉ　＞Ｅｉでなかった場合、即ち第ｉ番の坑底
センサＳｉの測定値の現時点のデータＤｉｊが前回に測
定されたデータＤｉｊ−１に比してそのハンチング誤差
あるいは所定の許容誤９Ｅｉ以上には変化しなかった場
合にはマイクロプロセ、す９１は第ｉ番の坑底センサＳ
ｉの測定値には変化がなかったものとして以下の処理を
行う。

即ち、マイクロプロセッサ９１はパラメータｉが坑底セ
ンサ５１．５２・・・Ｓｎの総数ｎに達しているか否か
を調べ、パラメータｉがｎに達している場合にはパラメ
ータｉをＯにリセットした後に、バラメークｉがｎに達
していない場合にはそのままの状態で、それぞれパラメ
ータｉを１だけインクリメントするステップに処理を戻
す。

これにより、パラメータｉがｎであった場合、叩ち第１
番の坑底センサＳｎについての処理が行われた直後には
第１番の坑底センサＳ１の処理が、他の場合にはパラメ
ータｉが１だけインクリメントされてその次のセンサの
処理がそれぞれ行われる。

従って、各坑底センサＳｌ、　Ｓ２・・・Ｓｎそれぞれ
の測定値が変化したか否かの判断及び変化している場合
にはそのデータをダイポールアンテナ７から出力させる
処理が、第２図に示すループの各−巡の処理の間にそれ
ぞれの坑底センサについて順次行われる。

従って、本発明では複数のセンサにより得られたそれぞ
れのデータが変化しない場合あるいいはその変化量が有
意でないような場合にはそのデータの地上への送信を行
わないないので、各センサのデータを逐一地上へ送信す
る時間が省かれるため、有意なデータの変化が生じた場
合には直ちにこれを地上へ送信可能である。

なお上記実施例では、油井、ガス井等を掘削するための
縦坑掘削用の設備における実施例を示したが、伯にたと
えば下水道管敷設等のための横孔掘削用の設備、あるい
は地下に埋設されている地震計等からデータを送信する
ための設備等にも適用可能である。

また上記実施例では地中側から地表側へ信号を送信する
例について説明しであるが、地表側から地中側へ、ある
いは双方向の信号送信も可能であることは言うまでもな
い。

〔効果〕

以上のように本発明によれば、送信すべきデータの値が
変化した場合にのみそのデータを地上へ送信するように
しているので、電源の消費が抑制され、またデータの種
類数が多数に上る場合にも有意な変化を生じたデータに
ついてのみ地上へ送信する処理を行うので、データの処
理が迅速に行える。従って、本発明では送信部をその電
源確保のために頻繁に地上へ引上げる必要がなくなる。

またデータの値が変化した場合には直ちに地上へ送信さ
れるので、データの変化に対する迅速な対応が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の地中通信装置の構成を示すブロック図
、第２図はその制御手段としてのマイクロプロセッサの
処理内容を示すフローチャート、第３．４図は従来技術
の説明図である。 ３・・・油井　　４・・・ドリルパイプ　　５・・・ビ
ット７・・・ダイポールアンテナ　　８０・・・検層用
計測装置９０・・・送信部　　９１・・・マイクロプロ
セッサ　　９２・・・メモリ　　９３・・・送信回路　
　９４・・・送信用電源なお、各図中同一符号は同−又
は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地中に位置せしめられたセンサにて測定されたデー
   タの信号を地中から地上へ送信するための通信方法にお
   いて、 前記センサにて測定されたデータが、所定 時間内に所定量以上変化した場合にのみ変化後のデータ
   の信号を地上へ送信することを特徴とするデータ通信方
   法。 ２、センサは複数である特許請求の範囲第１項記載のデ
   ータ通信方法。 ３、地中に位置せしめられたセンサにて測定されたデー
   タの信号を送信回路にて地中から地上へ送信するための
   通信装置において、 前記センサにて測定されたデータを記憶す る記憶手段と、 該メモリに記憶されているデータを所定時 間経過後の新たなデータと比較する比較手段と、 該比較手段による比較結果が所定値以上異 なる場合にのみ前記送信回路を動作させて前記新たなデ
   ータを地上へ送信させる制御手段と を備えたことを特徴とする地中通信装置。 ４、センサは複数である特許請求の範囲第３項記載の地
   中通信装置。