JPS6374333A - 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製雪、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、ドリルパイテ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等のデータを送信し、あるいは種
々の指令等を受信させるための通信装置に関する。

〔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Ｊ！ｉ！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、ＭＩ＋
ｌＤ（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｗｈｉｌｅ　Ｄｒｉｌ
ｌｉｎｇ）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８図は一例として、ＯＧＪ　Ｒｅｐｏｒｔ　Ｆｅｂ、
２１．１９８３に”５ｅｃｏｎｄ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏ
ｎ　Ｍｌ＋ｉＤ　Ｔｏｏｌ　Ｐａ５ｓｅｓ　Ｆｉｅｌｄ
Ｔｅｓ　ｔ”の表題で発表された装置の構成を示す模式
図中、■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
さに応じて多数がそれぞれの連結部同士を接続されて連
結されてドリルストリングを構成している。

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、図中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
けられた空洞状の格納容器である。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
得られたデータを通信するため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９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１ｏ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積層用計測装置８０により
測定されたデータを再生する。

第９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・・・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４０の先端に取付けられているビット５も回転
するので、とソト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送信部９０にて変調・
増幅し、５〜６０Ｈｚ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
＆の場合、空中での波長に換算すると５０００ｋｌ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〕

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
信及び受信アンテ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。

更に、最先端のドリルパイプを絶縁カラーにより二分割
してダイポールアンテナとして使用する構成を採ってい
るので、絶縁カラーの部分でドリルパイプの機械的強度
が低下する等の問題がある。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり
、電鍵波ではなく電界をデータ送信の媒体として使用し
、またこの電界を導電体及びこの導電体の接続部に設け
た接点部材及び導線にて構成される回路を伝播させるこ
とにより、高Ｓ／Ｎにてデータ送信可能で且つドリルパ
イプの機械的伸度を損なうこともない地中通信装置の提
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、送信器が装着されているドリ
ルパイプ等の導電体それぞれの両側の連結部に、他の導
電体と連結された場合に電気的に結合される接点部材と
、同一の導電体の両側の接点部材間を電気的に接続する
導線とを備え、送信器を導電体自体とこれに備えられて
いる導線（又は接点部材）に接続し、また受信器をも導
電体自体とこれに備えられている導線（又は接点部材）
に接続することにより電気的閉回路を構成し、この回路
を通じて電界の変化として、具体的には電気信号として
データを表す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、ドリルパイプ等の導電体と
それに備えられた接点部材及び導線にて構成される閉回
路にて電界をデータ送信の媒体として、導電体自体の強
度不足を招来する虞なしに高Ｓ／Ｎ、高効率にて信号の
送信が行われる。

〔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は導電体としての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それぞれの端面、即ち連
結部同士を接続されて連結されることによりドリルスト
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、本発明では、たとえばビット５直上の、即ち最
先端のドリルパイプ４０に本発明装置である地中通信装
置の送信部９０及び検層用計測装置８０が装着されてい
る。

また、地表には、アンプ１１等にて構成される本発明装
置の受信部が設けられている。

更に、上述の最先端のドリルパイプ４０以外のドリルパ
イプ４（最上端のドリルパイプ４５を含む）それぞれに
は、詳細は後述するが、それぞれのドリルパイプ４が他
のドリルパイプ４と連結された場合に、両ドリルパイプ
４．４間を電気的に結合するための接点部材としてのカ
ップリング（上部カップリング９００及び下部カップリ
ング９００）が両側の連結部に設けられており、更に各
ドリルパイプ４の両側のカップリング９００．９００間
は導体９７にて接続されている。

なお、他の構成は前述の従来例と基本的には同様である
。

第２図は上述の両カップリングの構成を示すための各ド
リルパイプ４の縦断面図、第３図はその上端面の平面図
、第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。

各ドリルパイプ４は第２図に示す如く具体的にはそれぞ
れ鉄製の円筒であり、その上端面である上部連結部４ｕ
が凹状に、その下端面である下部連結部４Ｄが凸状に形
成されている。そして、上部連結部４Ｕの斜面に切られ
た雌ネジと下部連結部４Ｄの斜面に切られた雄ネジとが
螺合することにより、第２図に一点破線にて示す如く、
順次結合されるようになっている。

さて本発明では、各ドリルバイブ４の上部連結部４Ｕの
底部の内部空洞４Ｈの周囲が更に一段掘り下げられた状
態に形成されており、この部分にリング状でその内径が
ドリルバイブ４の内径に等しい上部カップリング９０Ｕ
が嵌合されている。この上部カップリング９０Ｕは、リ
ング状の銅等の導体９１を上部連結部４Ｕ側には露出さ
せ、ドリルバイブ４の本体側には絶縁体９２にて被覆し
て絶縁することによりリング状に形成しである。

一方、各ドリルバイブ４の下部連結部４Ｄの端面も一段
掘り下げられた状態に形成されており、この部分に同様
にリング状でその内径がドリルバイブ４の内径に等しい
下部カンプリング９０Ｄが嵌合されている。この下部カ
ンプリング９００は上述の上部カンプリング９０Ｕと同
様に、リング状の銅等の導体９１を下部連結部４Ｄ側に
は露出させ、ドリルバイブ４の本体側には絶縁体９２に
て被覆して絶縁することによりリング状に形成しである
。

更に両カップリング、即ち上部カップリング９０Ｕと下
部カップリング９０Ｄとの間は、ドリルバイブ４の内部
空洞４Ｈの周壁に沿って設けられた導線９７にて接続さ
れている。この導線９７は、ドリルバイブ４の内周壁に
軸長方向に沿って刻設された溝内に、絶縁体９５に被覆
された導体９６が固着されることにより設けられている
。

なお、最先端のドリルバイブ４０には検層用計測装置８
０及び本発明装置の送信部９０が収納されているが、こ
れは一般のドリルバイブ４の内部空洞４１１内に格納容
器８を設け、この内部に検層用計測装置８０及び送信部
９０を装着し、送信部９０の発信器の出力端子の一方を
導線９７の導体９６に、他方をそのドリルバイブ４の本
体にそれぞれ接続しておけばよい。

更に、送信部９０が収納されているとット５の直上のド
リルバイブ４０内の取付けられている格納容器８内には
従来例同様にまた上述の如く検層用計測装置８０が共に
収納されており、この検層用計測装置８０が温度、圧力
、振動１回転トルク等を計測するセンサ（図示せず）を
含み、また本発明装置の送信部９０が変調回路、アンプ
、発信回路等を含んでいることも従来例同様である。

さてこのように構成された本発明の地中通信装置動作は
以下の通りである。

まず、本発明装置の使用に際しては、多数のドリルバイ
ブ４．４・・・がそれぞれの上部連結部４Ｕの雄ネジを
他のドリルバイブ４の下部連結部４Ｄの雌ネジに螺合す
ることにより順次連結されてドリルストリングが構成さ
れる。この際、各ドリルバイブ４の上部カンプリング９
０Ｕはその上側、即ち地表面側に連結されるドリルバイ
ブ４の下部カンプリング９０Ｄと接触して電気的に結合
される。

従って、送信部９０の発信器の出力端子の一方を導線９
７の導体９６に、他方を最先端のドリルバイブ４０本体
にそれぞれ接続し、また受信部の入力部を構成するアン
プ１１の入力端子の一方を地表に突出しているドリルバ
イブ４の導線９７の導体９６あるいは上部カップリング
９０Ｕに、他方をドリルバイブ４本体にそれぞれ接続す
れば、送信部９０とアンプ１１との間には閉回路が形成
される。

さて、最先端のドリルバイブ４０内に収納されている検
層用計測装置８０により得られた図示しないセンサの測
定信号はたとえばデジタル量に変換され、更に２値の数
値列に変換された電気信号として送信部９０から出力さ
れる。この信号は、送信部９０が収納されているドリル
バイブ４０からその上側に位置する複数のドリルバイブ
４を経てアンプ１１に伝播され、アンプ１１に取込まれ
て増幅され、適宜の信号処理回路に与えられる。

このようにアンプ１１にて取込まれ、増幅された電界の
変化、即ち電気信号を検出すれば、油井３の坑底におい
て検層用計測装置８０にて測定された種々のデータを地
上で得ることが可能である。

なお、油井掘削用の設備では油井３の深さ、即ちドリル
バイブ４の総延長が数千ｍにも及ぶ場合があるが、この
ような場合には、所定本数毎にアンブを内蔵させたドリ
ルパイプ４を介装させることも有効である。

第５．６．７図は本発明の他の実施例を示す図面であり
、第５図はドリルパイプ４の縦断面図、第６図はその上
端面の平面図であり、第７図は第５図の■−■線による
縦断面図である。

本実施例では、各ドリルパイプ４の上部連結部４Ｕ底部
には、この上部連結部４ｕの底面と面一になるように空
Ｗ４４Ｈに嵌合された円板状の上部カップリング８０Ｕ
が備えられている。

また各ドリルパイプ４の下部連結部４Ｄには、この上部
連結部４Ｕの表面からやや奥まった位置に空洞４Ｈに嵌
合された円板状の下部カップリング８０Ｄが備えられて
いる。

そして、両カレプリング８０Ｌ１．８０Ｄ間にはドリル
パイプ４の中心軸の位置に導線９７が上部カップリング
８０Ｕ側はその上面と面一に、下部カップリング８０Ｄ
側ではこれを貫通して下部連結部４Ｄの表面より若干突
出して取付けられている。

なお、両カップリング８０υ、８０Ｄにはそれぞれ複数
の孔９８．９８・・・が蓮根状に開口されているが、こ
れはドリルパイプ４内の空洞４Ｈを上側の地表側から下
側の地中側へ循環する泥水の通流のためである。

このような本実施例では、二本のドリルパイプ４を結合
した場合には、上側、即ちより地表側に位置するドリル
パイプ４の下部カップリング８０Ｄの下部連結部４Ｄ表
面から若干突出した導線９７の先端が、下側、即ちより
地中側に位置するドリルパイプ４の上部カップリング８
０Ｕに当接し、両ドリルパイプ４．４同士の導体９７．
９７が接触して電気的に結合する。

従って、前記実施例同様に、ドリルパイプ４を多数連結
し、本発明装置の送信部９０の出力端子の一方を導１１
９７またはカンプリング８０Ｕ、　８０　Ｄに、他方を
最先端のドリルパ・イブ４０本体に接続し、またアンプ
１１の入力端子の一方を地表に突出しているドリルパイ
プ４の上部カップリング８０Ｕに、他方をそのドリルパ
イプ４の本体に接続すれば、送信部９０とアンプ１１と
の間はドリルパイプ４本体と導線９７及び両カップリン
グ８００．８０Ｄにて接続される。

従って、送信部９０からアンプ１１に電気信号を送信す
ることが可能になる。

なお、油井３がある程度以上に深くなった場合には、ア
ンプを内装したドリルパイプ４を所定数のドリルパイプ
４毎に介在させればよいことは前記実施例と同様である
。

更に、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ている地震針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
例について説明したが、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、電界を媒体とし、この電
界を地中に埋設された導電体とそれに沿つて備えられた
導体及び接点部材とにより形成される回路を伝播させて
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
磁波を媒体として信号を送信する従来装置に比して、地
上での受信感度が高く、Ｓ／Ｎが向上し、また導電体と
してのドリルパイプの機械的強度を損ねることもないの
で非常に効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の地中通信装置の全体の概略的な構成を
示す模式図、第２図はその細部の構成を示すためのドリ
ルパイプの縦断面図、第３図はその上端面の平面図、第
４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線での断面図、第５．６．７
図は本発明の第２の実施例を示す図であり、第５図はド
リルパイプの縦断面図、第６図はその平面図、第７図は
第５図の■−■線での断面図、第８．９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４Ｕ・・・上部連結部　　４Ｄ・・・下部連結部　　
５・・・ビット９０・・・送信部　８０Ｕ、９０Ｕ・・
・上部カップリング８０Ｕ、　９００・・・下部カップ
リング　　９７・・・導線なお、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、複数の導電体を連結して地中に埋設された連結体の
   一端部近傍に位置せしめられた送信器から他端部近傍に
   位置せしめられた受信器へ信号を送信するための地中通
   信装置において、 前記導電体と電気的に絶縁され、連結され た両側の導電体のそれと電気的に各結合する接点部材と
   、両接点部材を電気的に接続する導線とをそれぞれの導
   電体に備え、 前記送信器をその近傍の導電体の前記導線 及び前記導電体に、前記受信器をその近傍の導電体の前
   記導線及び前記導電体にそれぞれ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。