JPS6374224A - 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、即ち主として石油
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、ドリルパイプ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
れた種々の計測装置のデータを地上環へ、または地上か
らそれらの装置へ信号を送信するための地中通信装置に
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掘削用ビットに関する種々
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縦坑内に下ろして計
測するか、あるいは掘削中にドリルパイプ上端からビッ
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、成分を分析するマッドロギング（泥水検層）
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測するこ
とは困難であった。このような事情から、近年、ＭＷＤ
（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｗｈｉｌｅ　Ｄｒｉｌｌｉ
ｎｇ）と呼ばれる手法が開発されている。このＭＷＤ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　　Ｆｉｅ
ｌｄＴｅｓ　ｔ”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は掘削中の縦坑
、即ち油井、４は図示しない動力源にて回転されてその
力をビット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を構
成している。

なお、図中２１．２２．２３はそれぞれ鉄製円筒状のケ
ーシングであり、油井３の側周壁の保護のために油井３
の周囲に設けられる。具体的には、油井３の掘削開始時
には最外側の第１のケーシング２１が地表面から地層２
を掘り下げた状態で設けられ、この第１のケーシング２
１の底部を超えて更にぢる程度以上油井３の掘削が進む
と、第１のケーシング２Ｉの内部１に第１０ケーシング
２Ｉより深い第２のケーシング２２が設けられる。図に
は第３０ケーシング２３までしか表されていないが、以
下、順次小径のケーシングが油井３の掘削の進捗状況に
伴って必要に応じて設けられるものである。

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、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、第３図において破線にて囲繞した範囲７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
上の位置のドリルパイプ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側の内部空洞に取
付けられた格納容器である。この格納容器８内には検層
用計測装置８０及びこの検層用計測装置８０にて得られ
たデータの通信装置の送信部９０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９０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か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送信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アンテナ１
０．アンプ１１．信号処理部１２等が設けられている。

具体的には、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、このアンテナ１０にて受信された
電磁波はアンプ１１に出力される。

このアンプ１１はアンテナ１０か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
測定されたデータを再生する。

第４図は、上述のダイポールアンテナ７０部分を拡大し
て示した縦断面図であり、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４１及び上部４２それぞ
れに導線Ｃ１，Ｃ２が接続されて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が多数のドリルパイプ４，４・・・からなる
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４０の先端に取付けられているピント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４０の底部４１に取付
けられた格納容器８内の検屓用剖渕装置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送信部９０にて変調・増幅
し、５〜６０１１ｚの交流信号としてドリルパイプ４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から放射され地層
２中を伝播して来た電磁波は直線状のアンテナｌＯ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〕

ところで、上述のような構成の従来の通信装置では、地
中通信という観点から極めて長波長の電磁波をデータ送
信の媒体として使用しているので、高効率のＡ波長の送
信及び受信アンブナを得ることが難しい。このため、受
信信号のＳ／Ｎが極めて低くなり、従ってデータの正確
な伝達が困難である。

また、電磁波の伝播途中に含水率が高い地層が介在して
いると、電磁波が著しく減衰されてＳ／Ｎがより一層低
下する等の問題がある。このことは、ドリルストリング
の周囲に泥水が存在する場合にはより一層顕著である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
電磁波ではなく電界をデータ送信の媒体として使用する
ことにより、換言すれば導電体としてのドリルパイプと
大地とこのドリルパイプを保護する鉄製のケーシングと
により電気回路を構成し、この回路を通じて電気信号を
伝送することにより、高Ｓ／Ｎにてデータ送信可能な地
中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〕

本発明の地中通信装置は、その一部が大地に接地された
ドリルパイプ等の導電体を絶縁層にて電気的に絶縁され
た二つの部分、具体的には大地と接地する部分と他の部
分とに分離し、送信器（又は受信器）をこの二つの部分
に接続すると共に、受信器（又は送信器）を導電体の大
地と接地していない部分と導電体を保護しているケーシ
ングとに接続することにより電気回路を構成し、この電
気回路を通じて電気信号を送信する構成としている。

〔作用〕

本発明の地中通信装置では、大地及び導電性ケーシング
をその一部とする電気回路が構成され、送信されるべき
信号がこの回路を通じて電気信号として高Ｓ／Ｎにて伝
播される。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に従って詳述する
。

第１図は本発明に係る地中通信装置の構成を示す模式図
である。なお、前述の従来例の説明図と同一の構成部材
または相当する部材には同一の参照符号を付しである。

図中４はドリルパイプであり、前述の従来技術における
と同様に多数が接続されてドリルストリングを構成して
おり、その最先端のドリルパイプ４０の先端に装着され
たビット５により地層２に縦坑である油井３が掘削され
ている。

そして本発明装置では、ビット５直上のドリルパイプ４
０に送信部９０及び検層用計測装置８０が装着されてお
り、第２図に示す如き等価回路図が形成される。

本発明の地中通信装置では、前述の従来装置同様に検層
用計測装置８０及び本発明装置の送信部９０が収納され
ている最先端のドリルパイプ４０を絶縁カラー６にて底
部４１と上部４２とに電気的に絶縁して分離している。

また、送信部９０からは最先端のドリルパイプ４０の底
部４１及び上部４２それぞれに導線が接続されており、
更に地Ｎ２を掘削するビット５が地層２と接触している
こと、即ち電気的に結合していること、より具体的には
接地していることは言うまでもない。

また、最先端のドリルパイプ４０の数本乃至数十本地上
側のドリルパイプ４より地上側のドリルストリング周囲
には油井３を保護するための鉄製円筒状の複数のケーシ
ング２１，２２．２３が設けられているが、これらの各
ケーシング２１．２２．２３それぞれと最先端のドリル
パイプ４０の底部４１とはビット５及び地層２を介して
電気的に結合されていることは言うまでもない。　　　
− 一方地上側には、本発明装置の受信部を構成するアンプ
１１及び適宜の信号処理装置等が設けられている、具体
的には、アンプ１１はその一方の入力端子を最上端のド
リルパイプ４に接続され、他方の入力端子をケーシング
２３（他のケーシング２１，２２でもよい）に接続され
たアンプ１１が備えられており、このアンプ１１の出力
は前述の従来装置同様に適宜の信号処理装置に与えられ
ている。

従って本発明装置では、その送信部９０から最先端のド
リルパイプ４０の底部４１及びビット５を経て地Ｎ２に
接続され、更にアンプ１１を介して最上端のドリルパイ
プ４から最先端のドリルパイプ４０の上部４２を経て本
体９０に至る閉回路、即ち第２図に示す如き等価回路図
の電気回路が形成されている。

そして、本発明装置では検層用計測装置８０にて得られ
たデータを表す信号は送信部９０から電気信号として、
即ち電界の変化として出力される。

さてこのように構成された本発明の地中通信装置の動作
は以下の通りである。

たとえば、検層用計測装置８０により図示しないセンサ
の測定信号がデジタル量に変換され、更に２値の数値列
に変換される。そしてこの数値列に基づいて、本発明装
置の送信部９０はその送信回路によりたとえば正弦波を
位相変調し、増幅して出力する。この信号は、最上端の
ドリルパイプ４から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経て最先端のドリルパ
イプ４０の上部４２を介して一方の端子が送信部９０に
、またケーシング２３から地Ｎ２及びビット５から最先
端のドリルパイプ４の底部４１を介して他方の端子が送
信部９０に接続されているアンプ１１に与えられる。

従って、送信部９０から出力された電気信号は電界の変
化としてアンプ４２に伝播され、ここで増幅されるので
、このアンプ１１の出力を処理適宜にすれば、検層用計
測装置８０にて測定された油井３の底部の、即ち地中の
種々のデータが地上に送信されたことになる。

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、他にたと
えば下水道管敷設等のための横孔掘削用の設備、あるい
は地下に埋設された地震計等からデータを送信し、また
はそれらの装置へ地上側から信号を送信するような場合
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上側へ信号を送信する
例について説明しであるが、地上側から地中側へ、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、大地及び導電性のケーシ
ングを電気回路の一部として回路構成し、この回路によ
り電界の変化を媒体として地中からの信号の送信を行う
ようにしているので、導電体を絶縁カラーにて部分した
アンテナにて発生される電磁波を媒体とする従来装置に
比して地上での受信感度が高く、またＳ／Ｎも向上する
。

【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模式図、第
２図はそ等価回路図、第３．４図は従来技術の説明図で
ある。′ ２・・・地層　　３・・・油井　　４・・・ドリルパイ
プ５・・・ビット　　６・・・絶縁カラー　　１１・・
・アンプ２３・・・ケーシング　　４０・・・最先端の
ドリルパイプ４１・・・最先端ドリルパイプの底部　　
４２・・・最先端ドリルパイプの上部 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、壁面の一部が導電性物質にて構成された地中の空洞
   内に位置し、その一部が前記空洞内で接地された導電体
   の一端側から他端側へ信号を送信するための地中通信装
   置において、前記導電体はその接地部分を含む第１部分 とその他の第２部分とに絶縁層にて電気的に分離されて
   おり、送信器（又は受信器）を前記導電体の第１部分と
   第２部分とに接続し、受信器（又は送信器）を前記導電
   体の第２部分と前記空洞の壁面の導電性物質の部分に接
   続してあることを特徴とする地中通信装置。 ２、導電体は地山掘削用ドリルパイプである特許請求の
   範囲第１項記載の地中通信装置。