NL9101811A - Elektro-mechanische overdrager voor een akoestisch telemetrie-systeem. - Google Patents

Description

ELEKTRO-MECHANISCHE OVERDRAGER VOOR EEN AKOESTISCH TELEME-TRIE-SYSTEEM

Achtergrond van de uitvinding

De uitvinding heeft in zijn algemeenheid betrekking op een systeem voor het overbrengen van gegevens langs een boor-keten, en meer in het bijzonder op een systeem voor het overbrengen van gegevens via een boorketen middels modulatie van akoestische draaggolven met een middenfrekwentie.

Diepe boorputten van het soort dat algemeen toegepast wordt bij exploratie van aardolie of bij geothermische exploratie hebben gewoonlijk een doorsnede van minder dan 30 cm (12 inch), terwijl de diepte in de orde van grootte van 2 km (1,5 mijl) ligt. Bij het boren van deze putten worden boorketens gebruikt die samengesteld zijn uit betrekkelijk lichte boorpijpsegmenten (met een lengte van 30 voet of 45 voet), die aan hun uiteinden via een schroefverbinding (Engels: tooi joint) met elkaar verbonden zijn, waarbij naarmate het boorgat dieper wordt aan de bovenzijde nieuwe segmenten worden toegevoegd. Het onder in het boorgat gelegen uiteinde van de boorketen bevat gewoonlijk een zwaarstang, een gedeelte van de boorketen met een totale lengte in de orde van grootte van 300 meter (1000 voet) dat samengesteld is uit betrekkelijk zware stukken boorpijp met een gelijkblijvende diameter. Aan de onderzijde van deze zwaarstang is een boorkop bevestigd, waarbij de boorkop door het gewicht van de zwaarstang in de grond hapt bij het in draaiing brengen van de boorketen vanaf de oppervlakte. In sommige gevallen worden voor de aandrijving van de boorkop onder in het boorgat gelegen, door de boorspoeling aangedreven motoren of turbines gebruikt. Vanaf de oppervlakte wordt door een in de lengte van de boorketen aangebrachte opening boorvloeistof of lucht naar de boorkop gepompt. Deze vloeistof zorgt ervoor dat de boorspanen uit het boorgat worden afgevoerd, dat er een hydrostatische druk is die de uit de bodemformatie afkomstige gassen onder controle houdt en dat op de wand van de boorput een laag afgezet wordt die het boorgat afdicht ten opzichte van de bodemformatie, in sommige gevallen zorgt deze vloeistof voor koeling van de boorkop.

Reeds lang bestaat er behoefte aan een verbinding tussen de oppervlakte en de onder in het boorgat gelegen sensors voor het aftasten van parameters, zoals bijvoorbeeld de druk en de temperatuur. Voor deze verbinding zijn reeds diverse methoden uitgeprobeerd, waaronder elektromagnetische straling door de bodemformatie, elektrische transmissie door een geïsoleerde stroomdraad, voortplanting van drukpulsen door de boorspoeling, en voortplanting van akoestische golven door de uit de metaal vervaardigde boorketen. Bij al deze methodes doen zich problemen voor als gevolg van signaalafzwakking, omgevingsruis, hoge temperaturen en als gevolg van het feit dat deze methodes niet goed verenigbaar zijn met de gebruikelijke boorwerk-wijzen.

Vanuit commercieel standpunt bezien was van deze methodes de transmissie van informatie middels drukpulsen in de boorspoeling het meest succesvol. Als gevolg van het afzwakkingsmechanisme dat optreedt in de boorspoeling blijft de transmissiesnelheid echter beperkt tot minder dan 1 bit per seconde.

De onderhavige uitvinding richt zich op de transmissie van gegevens langs akoestische weg, via de uit metaal vervaardigde boorketen. In de kolommen 2-4 van het op 6 oktober 1981 verleende Amerikaanse Octrooi Nr. 4.293.936 ten name van Cox en Chaney staat een overzicht van eerder werk op dit gebied. Zoals in het betreffende octrooi vermeld is, gebeurde dit voor het eerst tegen het einde van de jaren '40, door Sun Oil Company, die tot de conclusie kwam dat de demping die optrad in de boorketen te groot was voor de in die tijd beschikbare technologie.

Een andere firma kwam in deze periode tot dezelfde conclusie.

In het op 24 mei 1966 verleende Amerikaanse Octrooi Nr. 3.252.225, ten name van E. Hixon, werd geconcludeerd dat de lengte van de boorpijpen en van de verbindingen van invloed was op de transmissie van energie door de boorketen naar boven. Hixon stelde vast dat de golflengte van de overgedragen gegevens meer dan tweemaal, en bij voorkeur viermaal zo groot diende te zijn als de lengte van een pijpsegment.

In 1968 ondernam Sun Oil een hernieuwde poging, waarbij gebruik werd gemaakt van op regelmatige afstanden van elkaar op de boorketen aangebrachte versterkers en waarbij de transmissie geschiedde in het meest ideale frekwentie-bereik, met een demping van slechts 10 dB per 1000 voet. -Een verhandeling door Thomas Barnes et al., getiteld "Passbands for Acoustic Transmission in an Idealized Drillstring" (doorlaatgebieden voor akoestische transmissie in een ideale boorketen), in Journal of Acoustical Society of America, deel 51, Nr. 5, 1972, blz. 1606-1608, werd geraadpleegd teneinde een verklaring te vinden met betrekking tot de resultaten van de praktijkproeven, die niet helemaal in overeenstemming waren met de theorie. Uiteindelijk ging Sun er weer toe over blind te zoeken naar de meest ideale frekwenties voor de transmissie, een procedure die niet tot resultaat leidde.

In het bovengenoemde octrooi kwamen Cox en Chaney aan de hand van hun interpretatie van de bij een praktijkproef bij een oliebron verkregen meetgegevens tot de conclusie dat het model volgens Barnes niet kon kloppen, aangezien het middelpunt van de door Cox en Chaney gemeten doorlaat-gebieden niet overeenkwam met de door Barnes et al voorspelde doorlaatgebieden. Bij het genoemde octrooi worden langs de boorketen aangebrachte akoestische versterkers gebruikt, teneinde de transmissie van een bepaalde fre-kwentie naar de oppervlakte over een bepaalde lengte van de boorpijp te waarborgen.

In het op 2 februari 1982 verleende Amerikaanse Octrooi Nr. 4.314.365 van C. Petersen et al wordt een soortgelijk systeem als dat van Hixon geopenbaard voor het door een boorketen naar beneden overbrengen van akoestische fre-kwenties tussen 290 Hz en 400 Hz.

In het op 28 juni 1983 verleende Amerikaanse Octrooi Nr. 4.390.975 van E. Shawhan wordt opgemerkt dat als gevolg van het optreden van oscillaties in de boorketen een binaire "nul" als een "een" gelezen zou kunnen worden. Bij het genoemde octrooi werden gegevens overgebracht, waarna een vertraging plaatsvond, teneinde de overgangen te laten uit-oscilieren, alvorens opnieuw gegevens over te brengen.

In het op 31 december 1985 uitgegeven Amerikaanse Octrooi 4.562.559 van H.E. Sharp et al werd het bestaan van een "fijnstructuur" in de doorlaatgebieden aan het licht gebracht; "een dergelijke fijnstructuur heeft de vorm van een kam, waarbij tussen de tanden, die transmissieban-den voorstellen, transmissie-intervallen voorkomen, in beide gevallen optredend binnen de totale doorlaatgebieden. Sharp schreef deze structuur toe aan "verschillen in lengte van de pijp, de toestand van de schroefverbin dingen en dergelijke". In het octrooi werd voorgesteld gebruik te maken van een gecompliceerde naar fase verschoven golf met een breder frekwentiespectrum, teneinde deze intervallen te overbruggen.

Bij de onderhavige uitvinding wordt uitgegaan van een grondiger bestudering van de onderliggende theorie van transmissie langs akoestische weg via een boorketen.

Voor het eerst is het werk van Barnes et al geanalyseerd als een bandstructuur van het soort dat beschreven is door L. Brillouin, Wave Propagation in Periodic Structures (de voortplanting van golven in periodische structuren), McGraw-Hill Book Co., New York, 1946. De theoretische resultaten van de onderhavige uitvinding zijn tevens vergeleken met uitgebreide laboratoriumtests op schaalmodellen van de boorketen, en de oorspronkelijke gegevens-band van de praktijkproef van Cox en Chaney is opnieuw geanalyseerd. Deze analyse toont aan dat de metingen van Cox en Chaney gegevens bevatten die in feite prima overeenkomen met de theoretische voorspellingen van Barnes en van de onderhavige uitvinding; dat Sharp de oorzaak van het voorkomen van de fijnstructuur verkeerd interpreteerde; en dat het door Shawhan en Hixon genoemde optreden van oscillaties en de beperkingen ten aanzien van de frekwentie eenvoudig geëlimineerd kunnen worden door middel van signaalbewerking.

Figuur 1 toont enkele resultaten van de nieuwe analyse van de door Cox en Chaney vastgelegde gegevens. In deze Figuur is de vermogensamplitude afgezet tegen de frekwentie van de overgedragen signaal. De theoretische grenzen tussen de doorlaatgebieden en de spergebieden zijn weergegeven met behulp van de verticale stippellijnen. Bij een vergelijking van deze Figuur met Figuur 1 van het octrooi van Cox en Chaney blijkt er sprake te zijn van aanzienlijke en duidelijke verschillen. Deze kunnen toegeschreven worden aan fouten in de signaalanalyse van Cox en Chaney. Verder is in Figuur 1 van de onderhavige uitvinding tevens de "fijnstructuur" volgens Sharp et al weergegeven. De analyse van de onderhavige uitvinding maakt duidelijk dat deze fijnstructuur wordt veroorzaakt door echo's die optreden tussen tegenover elkaar gelegen uiteinden van de boorketen, waarbij het aantal pieken een samenhang vertoont met het aantal boorpijpsegmenten. Voor het samenstellen van Figuur 2 werd een theoretische berekening van deze praktijkproef gebruikt. In deze berekening zijn alle verschijnselen die belangrijk zijn voor de transmissie van gegevens in de boorketen vertegenwoordigd. Deze theoretische resultaten voorspellen nauwkeurig de ligging van de doorlaatgebieden en de fijnstructuur die ontstaat als gevolg van de echowerking.

Samenvatting van de uitvinding

De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel een inrichting en een werkwijze te verschaffen voor het overbrengen van gegevens langs een boorketen, door gebruik te maken van een gemoduleerde, ononderbroken akoestische golf (golven) die gecentreerd is (zijn) binnen een (meerdere) doorlaatgebied(en) van de boorketen.

Verder stelt de uitvinding zich ten doel een werkwijze te verschaffen voor transmissie met draaggolffrekwenties in de orde van grootte van meerdere honderden tot meerdere duizenden Hertz, teneinde de hoeveelheid storing als gevolg van door het boorproces veroorzaakte ruis te minimaliseren.

Tevens is het een doelstelling van de onderhavige uitvinding een systeem te verschaffen voor het onderdrukken van de transmissie van ruis binnen de transmissieband of -banden.

Een verdere doelstelling van de uitvinding bestaat eruit een systeem te verschaffen voor het onderdrukken van echo's afkomstig van de uiteinden van de boorketen.

Nog een verdere doelstelling van de uitvinding bestaat eruit een systeem te verschaffen voor het voorbewerken van akoestische gegevens voor transmissie door een door-laatgebied met karakteristieken die bepaald worden door de boorketenparameters.

Verdere doelstellingen, voordelen en nieuwe kenmerken van de uitvinding zullen duidelijk worden voor de vakman bij bestudering van de hiernavolgende beschrijving of bij toepassing van de uitvinding. De doelstellingen en voordelen van de uitvinding kunnen gerealiseerd worden met behulp van de in de bijgevoegde conclusies met name genoemde middelen en combinaties.

Teneinde de bovenstaande en verdere doelstellingen te realiseren kan de onderhavige uitvinding overeenkomstig het doel van de onderhavige uitvinding, zoals dat in de onderhavige aanvrage opgenomen en in zijn algemeenheid omschreven is, ter hoogte van een eerste uiteinde van de boorketen aangebrachte transmissiemiddelen bevatten voor het toevoeren van gegevens aan een boorketen voor akoestische transmissie naar een tweede uiteinde van deze boorketen; anti-ruis middelen bevatten die zijn aangebracht vanaf het eerste uiteinde van de boorketen tot aan het tweede uiteinde; en ter hoogte van het tweede uiteinde van de boorketen ontvangstmiddelen bevatten voor het ontvangen van de langs akoestische weg overgebrachte gegevens.

Verder kan de uitvinding een werkwijze omvatten die bestaat uit het voorbewerken van de gegevens, teneinde door de boorketen veroorzaakte vervormingen te neutraliseren, waarbij de vervormingen overeenkomen met het effect van meervoudige doorlaatgebieden en spergebieden met karakteristieken die afhankelijk zijn van de eigenschappen van de boorketen; het aan een eerste uiteinde van de boorketen toevoeren van de voorgeconditioneerde gegevens en het detecteren van de gegevens ter hoogte van een tweede uiteinde van de boorketen.

Bij een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt een nieuwe digitale vertragingsschakeling gebruikt, waarbij gebruik gemaakt wordt van een reeks FiFo microchips. Tevens wordt gebruik gemaakt van een aan de invoer van deze schakeling geplaatst doorlaatfilter, voor het uitfilteren van boorruis en het elimineren van hoogfre-kwente uitvoer.

Volgens nog een verder aspect van de onderhavige uitvinding wordt een verbeterde elektromagnetische overdrager verschaft, voor toepassing in een akoestisch telemetrie-systeem. De overdrager volgens de uitvinding bevat een stapel ferro-elektrische keramische schijven, waarop een aantal elektrodes op afstand van elkaar zijn aangebracht, waarbij de elektrodes gebruikt worden voor het elektrisch polen van de keramische schijven. De keramische stapel is opgenomen in een metalen, buisvormig zwaarstangsegment. De elektrodes worden wisselend verbonden met de aardpoten-tiaal en met de stuurpotentiaal. Door deze wisselende verbinding van de elektrodes met de aardpotentiaal en de stuurpotentiaal krijgt elke schijf een gelijkblijvend elektrisch veld; waarbij de richting van het veld steeds wisselt, zodat deze overeenkomt met de wisselende polari-satierichting van de keramische schijven.

Bij voorkeur wordt een dunne metaalfolie aangebracht tussen twee elektrodes, voor het verkrijgen van een betere elektrische verbinding. Een andere mogelijkheid bestaat hieruit dat in plaats van de metaalfolie een dikkere metalen afstandsplaat selectief toegepast wordt, teneinde de thermische koeling van de keramische stapel te bevorderen. Bij nog een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding bestaan de dikke metalen afstandsplaten uit materiaal (bijvoorbeeld koperlegeringen, aluminiumle-geringen of dergelijke) dat zachter is dan de betrekkelijk harde, broze keramische schijven, waardoor de schijven minder aan spanningen komen bloot te staan wanneer het samenstel onderworpen wordt aan buigen, torsie en dergelijke; waardoor de kans op stukgaan van de schijven tijdens bedrijf in een onder in het boorgat gelegen opwekker van akoestische signalen tot een minimum wordt teruggebracht.

Bij voorkeur staat er een voorbelasting (of netto druk-last) op het samenstel van keramische schijven. Deze voorbelasting wordt verschaft door de keramische stapel aan te brengen in een ringvormige ruimte, die wordt begrensd door een tweetal concentrische, geschikt bemeten (stalen) buizen, waarbij ringvormige cilinders (bij voorkeur uit koper vervaardigd) aansluiten op de beide uiteinden van de keramische stapel.

De overdrager volgens de onderhavige uitvinding kan voor akoestische transmissie en tevens als akoestische ontvanger gebruikt worden. Bij de laatstgenoemde uitvoering zijn slechts twee keramische schijven nodig.

De overdrager kan gebruikt worden bij rechtstreekse transmissie van gegevenssignalen door de boorketen, terwijl een andere mogelijkheid eruit bestaat de overdrager op korte afstand van het onderste uiteinde van de boorketen te plaatsen. Op deze manier zal een kort stuk zwaarstang resoneren, waardoor de sterkte van de aan het zwaarstang- samenstel toegevoerde signalen vergroot wordt en een bron voor energiegolven met hoge amplitude verschaft wordt.

De transmissie van de door de overdrager volgens de onderhavige uitvinding opgewekte akoestische gegevenssignalen zal verbeterd worden wanneer gebruik gemaakt wordt van een overgangssegment met een kleinere diameter (d.w.z. een taps toelopend zwaarstangsegment) tussen de zwaarstang en de boorpijp.

De bovengenoemde en verdere kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen voor de vakman duidelijk worden aan de hand van de hiernavolgende nadere beschrijving en de tekeningen.

Korte omschrijving van de tekeningen

In de bijgaande tekeningen, die deel uitmaken van het onderhavige octrooischrift, wordt een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding weergegeven waarbij de tekeningen, in samenhang met de beschrijving, dienen ter verduidelijking van de grondslagen van de uitvinding.

Figuur 1 toont de gemeten frekwentie-respons binnen twee doorlaatgebieden van de boorketen volgens Cox en Chaney;

Figuur 2 toont de berekende frekwentie-respons binnen twee doorlaatgebieden van de boorketen volgens Cox en Chaney;

Figuur 3 toont een boorketen;

Figuur 4 toont verstrooiingskrommes voor een gelijkmatig gevormde boorketen (streeplijn) en een gebruikelijke boorketen (ononderbroken lijn) ;

Figuur 5 toont de transmissie-inrichting aan een eerste uiteinde van een boorketen;

Figuur 6 en 6A - 6E tonen elektrische schema's van digitale ver-tragingsschakelingen volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 7 toont een aanzicht in dwarsdoorsnede op het stuk zwaarstang waarin een akoestische overdrager volgens de onderhavige uitvinding is opgenomen;

Figuur 8 toont een met Figuur 7 overeenkomend aanzicht in dwarsdoorsnede, waarin verdere componenten van de akoestische overdrager volgens Figuur 7 zijn weergegeven;

Figuur 9 toont een bovenaanzicht op grotere schaal, waarin de elektrische bedradingsconfiguratie van de keramische stapel in de akoestische overdrager volgens Figuur 7 is weergegeven;

Figuur 10 toont een aanzicht op grotere schaal op een gedeelte van het keramische samenstel volgens Figuur 7;

Figuur 11 toont een met Figuur 8 overeenkomend door-snede-aanzicht, waarin een alternatieve uitvoeringsvorm van het keramische samenstel is weergegeven;

Figuur 12 toont een dwarsdoorsnede-aanzicht op grotere schaal, waarin een werkwijze voor het koelen van het keramische samenstel volgens Figuur 7 wordt weergegeven;

Figuur 13 toont een aanzicht in dwarsdoorsnede op de overdrager volgens Figuur 7, waarbij deze gebruikt wordt als akoestische ontvanger;

Figuur 14 toont een zijaanzicht op een boorsamenstel waarin de overdrager volgens Figuur 7 en een taps toelopend overgangssegment zijn opgenomen ; en

Figuur 15 toont een grafiek waarin de werking van het overgangssegment volgens Figuur 11 wordt weergegeven.

Beschrijving van de voorkeursuitvoerinq

Zoals in Figuur 3 is weergegeven, heeft de onderhavige uitvinding betrekking op het overbrengen van akoestische gegevens langs een boorketen 10, die bestaat uit een aantal stukken boorpijp 15 met een gelijkblijvende diameter, waarbij de uiteinden 18 van deze stukken, die een grotere diameter hebben, op een in de techniek bekende wijze met behulp van schroefdraad met elkaar verbonden zijn. Het onderste uiteinde 12 van de boorketen 10 kan een stuk zwaarstang met een gelijkblijvende diameter bevatten voor het uitoefenen van een naar beneden gerichte kracht op de boorkop 22. Een boorspoelingskanaal 24 met een gelijkblijvende diameter strekt zich axiaal uit door elk segment van de boorketen 10, teneinde een baan te verschaffen voor boorvloeistof die op een in de techniek bekende wijze vanaf de oppervlakte, aan het bovenste uiteinde 14, door gaten in de boorkop 22 gepompt wordt.

Het bovenste uiteinde 14 van de boorketen 10 mondt uit in een conventionele constructie, zoals een boortoren, een draaitafel met een Kelly, aangeduid middels het ingekaderde gedeelte 25, waar extra stukken boorpijp aan de boorketen kunnen worden toegevoegd en men de boorketen kan doen roteren. Nadere gegevens met betrekking tot deze conventionele constructie zijn te vinden in het voornoemde octrooi van E. Hixon.

Ofschoon de onderhavige uiteenzetting gericht is op het overbrengen van gegevens van het onderste uiteinde naar het bovenste uiteinde van de boorketen, is het duidelijk dat de uitvinding van toepassing is op gegevenstransmissie in beide richtingen.

De theorie die het uitgangspunt vormt van deze uitvinding begint met de afleiding van de volgende Vergelijking 1, een vergelijking in de vorm van een klassieke golfvergelijking: (1) waarbij de impedantie z = ƒ ac, en de totale axiale kracht F(m,t) = -cz.$u/<Sx, hierbij is ^ de dichtheid, a de oppervlakte en c de geluidssnelheid in een dunne, elastische staaf, u is de verplaatsing, m is de massacoördinaat van Lagrange en t is de tijd.

Het bestaan van frekwentiebanden die de voortplanting van akoestische energie blokkeren wordt aangetoond voor een geoptimaliseerde boorketen, waarbij elk stuk boorpijp bestaat uit een buis met een lengte d^, een massadichtheid ƒ een dwarsdoorsnede-oppervlakte a^, een geluidssnelheid C]_, en een massa een schroefverbinding met een lengte d2, massadichtheid ^ 2, een dwarsdoorsnede-opper- vlakte a2, een geluidssnelheid c2, en een massa r2. Een op bladzijde 180 van het werk van Brillouin getoonde procedure is toegepast bij het theorema volgens Floquet, voor het creëren van het volgende eigenwaarde probleem:

(2)

waarbij (3) (4) (5)

Hierbij is K het golf getal, i = -/--1, r = r^ + r2, d = d^ + d2, 2nf, Ks = en f is de overgedra gen frekwentie.

Brillouin toont aan dat de frekwenties die reële oplossingen voor k opleveren in een bepaalde gebied zitten en van elkaar zijn gescheiden door frekwentiegebieden die complexe oplossingen voor k opleveren. Hij noemt deze twee soorten gebieden doorlaatgebieden en spergebieden. De afzwakking die optreedt in de spergebieden is over het algemeen erg groot. Binnen elk doorlaatgebied hangt de waarde van de fase-snelheid oO /k af van de waarde van uD. De boorketen doet dienst als een akoestisch kamfilter, frekwenties die zich voortplanten in de doorlaatgebieden worden verstrooid. Zo worden signalen met brede frekwentiespectra tijdens hun verplaatsing door de boorketen in ernstige mate vervormd. Middels signaalbewer-kingstechnieken is het echter mogelijk deze vervorming te elimineren.

Het dient duidelijk te zijn dat de hierboven gebezigde term "kamfilter" betrekking heeft op de grofstructuur in het frekwentiespectrum dat geproduceerd wordt door de spergebieden en de doorlaatgebieden, waarbij elke tand van de kam een apart doorlaatgebied vormt. Wanneer Sharp daarentegen van een kam spreekt bedoelt hij een fijnstruc-tuur die binnen iedere doorlaatgebied aanwezig is.

Figuur 4 toont een diagram van de karakteristieke determinant van Vergelijking 2, waarbij specifieke waarden toegepast worden voor ^ £, ax, cs, en die actuele boorpijpparameters voorstellen. De rechte stippellijn stelt de oplossing voor een gelijkmatig gevormde boorketen voor, bijv. een boorketen waarbij de diameter van de verbindingen gelijk is aan de diameter van de pijp. De snelheid waarmee een gegeven frekwentie zich voortplant wordt aangegeven door de fasesnelheid, o*/k. Voor de gelijkmatig gevormde boorketen is deze verhouding constant en gelijk aan de staafsnelheid (Engels: bar velocity) van staal. Wanneer golven met meervoudige frekwentiecompo-nenten door een gelijkmatig gevormde boorketen (of zwaar-stang 20) bewegen, treedt geen vervorming op, aangezien alle frekwentiecomponenten dezelfde positie ten opzichte van elkaar blijven houden.

Een ander resultaat wordt verkregen wanneer het diagram volgens Figuur 4 een kromming vertoont, aangezien in dat geval elke frekwentie zich met een andere snelheid voortplant. De ononderbroken lijnen van Figuur 4 stellen de uitwerking van Vergelijking 2 bij een in de praktijk mogelijke boorketen voor, waarbij de oppervlakte van de boorpijp 2450 mm2 (4 inch2) bedraagt en de schroefverbinding een oppervlakte heeft van 12.900 mm2 (20 inch2). In deze situatie is de fasesnelheid binnen elk doorlaatgebied niet constant, wat betekent dat er sprake is van vervorming.

Voorts stellen de tussenruimtes spergebieden voor. Bij de onderhavige analyse worden dezelfde waarden voor de grenzen tussen de spergebieden en de doorlaatgebieden voorspeld als bij de analyse van Barnes et al; tevens worden echter de karakteristieken van de voortplanting van golven binnen elk doorlaatgebied weergegeven. Barnes et al gaven geen voorspelling ten aanzien van de vervorming als gevolg van de werking van de doorlaatgebieden.

Bij berekeningen met betrekking tot een schroefverbinding met een kleinere diameter, die de verkleining van de diameter als gevolg van slijtage voorstelt, blijkt dat de spergebieden enger zijn. Deze verandering is te verwachten, aangezien de versleten verbindingen de geometrie van de boorketen dichter in de buurt brengen van de gelijkmatige geometrie die tot de rechte stippellijn van Figuur 4 leidde.

Uit verdere berekeningen blijkt dat boorketens die zijn samengesteld uit stukken pijp met een willekeurige lengte aanzienlijk engere doorlaatgebieden te zien geven, die bij nadere analyse "gaten" blijken te zijn, die binnen de doorlaatgebieden zijn ontstaan. Dit resultaat komt overeen met reeds eerder gemelde resultaten en geeft hier voor het eerst een verklaring voor.

Aangezien bij de transmissie van akoestische gegevens door de boorketen golven met complexe overgangsvormen door boorketens met een eindige lengte gestuurd worden, heeft men analyse van overgangsgolven toegepast voor het voorspellen van het gedrag van de boorketen. Figuur 2 toont het doorlaatgebied van de derde en vierde orde van een Fourier transformatie van de golfvorm, waarbij de doorlaatgebieden het gevolg zijn van een signaal dat, volgens een grove benadering, de bij de praktijkproef van Cox en Chaney gebruikte hamerslag voorstelt. Dit signaal heeft een betrekkelijk eng frekwentiebereik, waardoor alleen maar het doorlaatgebied van de derde en vierde orde van de boorketen gestimuleerd wordt. Bij deze praktijkproef werden tien boorpijpsegmenten gebruikt, waarbij aan de uiteinden van de boorketen een vrijwel perfecte weergave van de door de hamerslagen opgewekte akoestische golven waargenomen kon worden.

Deze Figuur toont aan dat de "fijnstructuur" volgens Sharp et al veroorzaakt wordt door staande golf-resonanties binnen de boorketen. Het aantal pieken in elk door-laatgebied komt overeen met het aantal pijpsegmenten in de boorketen, zoals in de bijlage nader toegelicht is.

De analyse volgens de onderhavige uitvinding stelt voor de volgende techniek toe te passen voor het bewerken van gegevenssignalen en het compenseren van de invloed van de spergebieden en de verstrooiing (bijv. de in het bovenstaande besproken vervorming). Op de eerste plaats dient informatie continu overgebracht te worden (dit in tegenstelling tot een bedrijfswijze met breedbandimpul-sen), alleen maar binnen de doorlaatgebieden en niet in de buurt van de randen van de spergebieden. Op de tweede plaats dient verstrooiing gecompenseerd te worden (d.w.z. een voorbewerking) door elke frekwentiecomponent te vermenigvuldigen met exp(-ikL), waarbij L de transmissie-afstand in het boorpijpgedeelte 18 van de boorketen is. Wanneer er sprake is van een grote hoeveelheid akoestische ruis, zoals bijvoorbeeld veroorzaakt wordt door de werking van de boorkop of door de verplaatsing van de boorspoeling, verdient het de voorkeur het gegevenssignaal te transformeren alvorens de transmissie plaatsvindt. Dat wil zeggen, de hierboven besproken compensatie, door vermenigvuldiging van elke frekwentie-component met exp(-ikL), vindt bij voorkeur onder in het boorgat plaats, voordat de transmissie plaatsvindt. Het is echter eveneens mogelijk de compensatie aan de oppervlakte te doen plaatsvinden, nadat de transmissie heeft plaatsgevonden.

De bovenstaande analyse is gebaseerd op de veronderstelling dat aan beide uiteinden van de boorketen echo's worden onderdrukt. Dit is noodzakelijk teneinde de pieken oftewel de fijnstructuur binnen elk doorlaatgebied te elimineren. Het is tevens algemeen bekend dat signaalbewerking effectief is wanneer de sterkte van de echo 20 dB onder het niveau van het signaal ligt. Dat wil zeggen, het optreden van echo's vormt geen probleem wanneer de sterkte van deze echo's tenminste 20 dB lager is dan de sterkte van het signaal. Telkens wanneer de akoestische golf het overgangspunt tussen de boorpijp en de zwaarstang 80 passeert, wordt het signaal 6 dB zwakker. Tevens blijkt uit de analyse van de praktijkproef van Cox en Chaney dat het signaal per 1000 voet ongeveer 2 dB zwakker wordt. Daarom zal een echo, ontstaan door reflectie van het gegevenssignaal bovenin de boorketen 14, bij het zich naar beneden verplaatsen tot aan het punt 80 en het weer teruggaan naar de ontvanger 6 + 4L dB zwakker worden (waarbij L het aantal voet maal duizend is). Zo worden, wanneer het boorpijpgedeelte een lengte heeft van 3500 voet of meer, de echo's vanaf het uiteinde van de boorketen waar het signaal ontvangen wordt, op een natuurlijke wijze tot een acceptabel niveau afgezwakt.

Bij kortere boorketens zal voor extra echo-onderdrukking gezorgd moeten worden. Dit kan geschieden met behulp van een inrichting die men eindoverdrager (Engels: terminating transducer) noemt. Deze inrichting heeft een akoestische impedantie die aansluit op de akoestische impedantie van de boorketen, waarbij de akoestische dempingsfactor zodanig is dat gezorgd wordt voor de vereiste 20 dB echo-onderdrukking.

De akoestische impedantie van de boorketen is de kracht F gedeeld door de snelheid <Su/<5f Deze waarde vormt het eigenwaarde-gedeelte van Vergelijking 2, een complex getal met een reëel gedeelte, dat de visceuze component genoemd wordt, en een imaginair gedeelte, dat de elastische component genoemd wordt. Idealiter hebben de eind-overdragers een stijfheid die gelijk is aan de elastische component en een dempings-coëfficiënt die gelijk is aan de visceuze component. In de praktijk hoeft de respons van de eindoverdrager alleen maar het verschil tussen 20 dB en de natuurlijke afzwakking van de boorketen aan te vullen.

De akoestische impedantie is plaats- en frekwentie-afhan-kelijk, waarbij de plaats-afhankelijkheid periodiek is overeenkomstig de periode van de boorketen. Uit berekeningen blijkt dat schroefverbindingen geen goede plaats zijn voor een eindoverdrager/ aangezien de impedantie zeer plaats-afhankelijk is. Bij voorkeur ligt de plaats van de eindoverdrager ergens tussen de uiteinden van een boorketensegment, in plaats van ter hoogte van een verbinding. De oplossing van het eigenwaarde-probleem (Vergelijking 2) kan gebruikt worden voor het bepalen van de akoestische impedantie en voor het bepalen van voorkeursplaatsen voor de eindoverdrager. Voor het doorlaatgebied van de vierde orde bijvoorbeeld werd een plaats op een hoogte van 1/3 of 2/3 van de pijp wenselijk geacht.

De gemiddelde vakman zal in staat zijn een eindoverdrager te ontwerpen indien hij kan beschikken over de impedantie-gegevens uit Vergelijking 2. Deze inrichting zou bijvoorbeeld kunnen bestaan uit een ring van gepolariseerde PZT-keramiekelementen en een elektronische schakeling, waarvan de reactieve en de weerstandscomponenten zodanig worden ingesteld dat de overdrager afgestemd wordt op de karakteristieke impedantie van de boorketen en zodoende voorzien wordt in de noodzakelijke akoestische dempings-factor.

De onderdrukking van echo's levert meer problemen op ter plaatse van het onder in het boorgat gelegen uiteinde van de boorketen, waar de echo's zich vrijelijk op en neer verplaatsen door het zwaarstanggedeelte en de trans-missiegegevens storen. Op deze plaats is het nuttig gebruik te maken van technieken voor het elimineren van ruis en te voorkomen dat de door de boorkop of door de boorspoeling veroorzaakte ruis geen storende werking heeft op het gewenste gegevenssignaal aan de oppervlakte. Hieronder zal een bij de onderhavige uitvinding toe te passen techniek voor het elimineren van ruis geopenbaard worden.

Figuur 5 toont een gedeelte 30 van een zwaarstang 20 dat betrekkelijk dicht bij het onderste uiteinde 12 van de boorketen 10 gelegen is en dat een inrichting bevat voor het overbrengen van een gegevenssignaal naar het andere : uiteinde van de boorketen en het tegelijk onderdrukken van de transmissie van akoestische ruis door de boorketen. In het bijzonder bevat deze inrichting een zendersamenstel 40 voor het wel naar boven, maar niet naar beneden overbrengen van gegevens, een sensorsamenstel 50 voor het detecteren van akoestische ruis afkomstig uit het boorgat en het toevoeren van deze ruis aan het zendersamenstel 40, voor het stoppen van de transmissie van deze ruis naar boven, en een sensorsamenstel 60 dat zorgt voor een adaptieve besturing van het zendersamenstel 40 en het sensorsamenstel 50, teneinde de transmissie van ruis naar boven te minimaliseren.

Het zendersamenstel 40 bevat een tweetal op afstand van elkaar geplaatste overdragers 42, 44, voor het omzetten van een elektrisch invoersignaal in akoestische energie in de zwaarstang 30. De beide overdragers kunnen bestaan uit een magnetostrictief ringelement met een wikkeling van geïsoleerde stroomdraad, of een ring van PZT-keramiek-elementen die ingebed zijn in een holte in de zwaarstang (zoals hieronder nader zal worden besproken in samenhang met de Figuren 7 - 9). Deze overdragers zijn uit elkaar geplaatst over een afstand b, die gelijk is aan een vierde maal de golflengte van de middenfrekwentie van het door-laatgebied dat gekozen is voor de transmissie. Een gege-venssignaal afkomstig van de bron 28 wordt rechtstreeks aan de bovenin gelegen overdrager 44 toegevoerd, bij voorkeur via een sommeerschakeling 46. Bij voorkeur is het gegevenssignaal een ononderbroken signaal (bijvoorbeeld een FM-signaal of een signaal met faseverschui-vingsmodulatie (Engels: phase shifted key), dat data-gemoduleerd is in overeenstemming met de over te brengen gegevens. Hierbij wordt opgemerkt dat in het gegevenssignaal een compensatie voor vervorming heeft plaatsgevonden, door het signaal te vermenigvuldigen met exp(-ikL), zoals hierboven besproken, en zoals aangeduid is door het omgekeerde vervormingsteken in de signaalbron 28. Het gegevenssignaal wordt eveneens aan de overdrager 42 toegevoerd, via een vertragingsschakeling 47 en een omkeerschakeling 48. De vertragingsschakeling 47 heeft een vertragingswaarde gelijk aan de afstand b gedeeld door de snelheid van het geluid in de zwaarstang 30, ter hoogte van de zender 40.

De werking van deze zender zal duidelijk worden aan de hand van de volgende toelichting. De beide overdragers 42, 44 zorgen voor een akoestisch signaal F2, F4, dat zowel naar boven als naar beneden gaat. Dienovereenkomstig | zijn de resulterende golven naar boven en naar beneden van de beide overdragers: $u(t,x) = F2(t - x/c) + F4(t - (x -b)/c), waarbij x>b (6) #d(t,x) = F2(t + x/c) + F4(t + (x -b)/c), waarbij x<0 waarbij x de afstand van de overdrager 42 tot aan de oppervlakte is en c de snelheid van het geluid is. Wanneer geen golf naar beneden gaat, is *a(t,x) = 0, of F2(t) = -F4(t - b/c) (7) en §u(t,x) = -F2(t - (x + b)/c) + F2(t - (x -b)/c) (8)

Indien het akoestisch signaal F2 de vorm heeft van Acos ( t), dan leidt Vergelijking 8 tot: §u('t') = “ 2Asin( vob/c) sin(LOt) (9) waarbij rtr = (t - x/c).

De zender 40 brengt dus, met een afstand van telkens een kwart golflengte voor golven in het midden van de trans-missie-doorlaatgebied, een signaal naar boven met een amplitude die tweemaal zo groot is als de amplitude A van het toegevoerde signaal, waarbij geen signaal naar beneden gaat.

De ruissensor 50 bevat een tweetal op afstand van elkaar geplaatste sensors 52, 54, die op een soortgelijke wijze werken, teneinde een indicatie te verschaffen ten aanzien van de zich naar beneden verplaatsende akoestische energie; ten aanzien van de zich naar boven verplaatsende energie wordt geen indicatie verschaft. De uitvoer van de sensor 52, een versnellingsmeter of een rekstrookje, is een elektrisch signaal dat in de sommeerschakeling 56 gesommeerd wordt met de uitvoer van een soortgelijke sensor 54, waarbij de uitvoer door de vertragingsschake-ling 57 vertraagd wordt en door de omkeerschakeling 58 omgekeerd wordt. Indien de vertraging van de schakeling gelijk is aan de afstand b gedeeld door de snelheid c van het geluid, wordt de zich naar beneden verplaatsende energie eerst gedetecteerd door de sensor 54 en vertraagd, en later door de sensor 52 onder in het boorgat gedetecteerd. Het omgekeerde elektrische signaal van de sensor 54 komt tegelijk met de uitvoer van de sensor 52 bij de sommeerschakeling aan, wat een netto uitvoer van nul voor zich naar beneden verplaatsende ruis oplevert. Zich naar boven verplaatsende ruis in de vorm van Asin (t - x/c) levert de volgende uitvoer van de sommeerschakeling 56 op: $(t) = 2Asin(tff/2fg) cosvx> (t - b/c) (10) waarbij f de frekwentie is en fg de middenfrekwentie van het doorlaatgebied is.

Uit de navolgende beschrijving dient duidelijk te zijn dat alle elektrische signalen worden gefilterd, zodat de frekwentie beperkt is tot het doorlaatgebied of de banden die gebruikt worden voor gegevenstransmissie. De sensor 50 is op een afstand a van de zender 40 gelegen. Derhalve arriveert ter plaatse van de sensor 50 waargenomen ruis een tijd a/c later bij de zender 40 (ervan uitgaande dat perfecte overdragers worden gebruikt). Indien de uitvoer van de sensors 50 gedurende een tussenpauze a/c door het vertragingscircuit 59 wordt vertraagd en aan de zender 40 wordt toegevoerd via de sommeerschakeling 46, blijkt dat de uitvoer van de zender 40 de zich naar boven verplaatsende ruis opheft tot binnen een afwijking van£ - - (sin(u>b/c))2 +1. Bij een verhouding van de bandbreedte tot de middenfrekwentie van 150Hz/650Hz is de afwijking in het midden van de transmissieband nul en bedraagt deze aan de randen van de band slechts 0,03, waaruit blijkt dat 30 dB ruis geëlimineerd wordt.

Een verdere regeling van de zich naar boven verplaatsende ruis wordt verschaft door de adaptieve besturing 70, een conventionele besturingsschakeling die invoer ontvangt van een tweede paar sensors 62, 64. Deze sensors, die identiek zijn aan de sensors 52, 54, hebben eveneens een overeenkomstige vertragingsschakeling 67 en een omkeerschakeling 68, die een uitvoer verschaffen die wijst op een zich naar boven verplaatsende golf en die geen uitvoer verschaffen als reactie op een zich naar beneden verplaatsende golf. De zich naar boven verplaatsende golf ter hoogte van de besturingssensors 60 bestaat uit een combinatie van de ruis en de gegevens die de zender 40 gepasseerd zijn. Door het gegevenssignaal in de vertragingsschakeling 72 te vertragen en het resultaat met behulp van de sommeer schakeling 74 toe te voegen aan de uitvoer van de sensors 60 wordt derhalve een foutsignaal geproduceerd dat aangeeft hoe effectief de ruis geëlimineerd wordt. Dit signaal wordt toegevoerd aan een adaptieve besturingsschakeling 70, bijvoorbeeld een besturingsschakeling op basis van een kleinste kwadraten (KK) microchip, die een conventionele schakeling 75 bestuurt voor het instellen van de spanningsamplitudes of fasen van de signalen die aan een van de sensors 52, 62 of aan de zenders 42, 44 toegevoerd worden, teneinde de hoeveelheid ruis die naar de oppervlakte overgebracht wordt te minimaliseren.

Bij een conventionele stalen zwaarstang zou de afstand b tussen de sensors of zenders in het derde doorlaatgebied ongeveer 30 inch (78 cm) of ongeveer 21 inch (53 cm) bedragen in het doorlaatgebied van de vierde orde.

De werking van de onderhavige uitvinding is als volgt: De schakelingen volgens Figuur 5, waaronder een geschikte schakeling 28 voor het opwekken van gegevens m.b.t. een boorgatparameter, zijn aangebracht op een zwaarstang. Stroombronnen, zoals accu's of door de boorspoeling aangedreven elektrische generators en andere aan de gemiddelde vakman bekende ondersteunende schakelingen, zullen eveneens in de zwaarstang 30 zijn opgenomen. De boorkop en de boorspoeling veroorzaken akoestische ruis, die zich in beide richtingen door de boorketen 10 voortplant.

Zich naar beneden verplaatsende ruis wordt niet waargenomen door de sensors; zich naar boven verplaatsende ruis echter, waaronder ook echo's afkomstig van de onderkant van de zwaarstang, wordt wel door de sensorschakeling 50 waargenomen en aan de zenderschakeling 40 toegevoerd, wat een sterk verminderde bovenwaartse component oplevert. De gegevens gaan voornamelijk naar de verbinding 80 (Figuur 3) tussen de zwaarstang 30 en de laagste verbin-ding 18, waar een aanzienlijke reflectie van de gegevens plaatsvindt, als gevolg van de niet op elkaar afgestemde akoestische impedantie van deze elementen. Verdere echo's treden op ter plaatse van de verbindingen 18 tussen de diverse segmenten van de boorpijp 15. Deze echo's verplaatsen zich naar beneden door de zwaarstang 30, waar zij de schakelingen van Figuur 5 ongedetecteerd passeren, en worden zodoende ruis die geëlimineerd wordt bij het terugkaatsen van de onderkant van de zwaarstang. Het signaal dat boven aankomt wordt gedetecteerd door een ontvanger 82. Voor de ontvanger 82 kan iedere willekeurige conventionele ontvanger gekozen worden die akoestische signalen kan detecteren en omzetten, zoals bijvoorbeeld rekstrookjes, versnellingsmeters, PZT-keramiekelementen etc., die zodanig opgesteld zijn dat ze alleen maar axiale verplaatsing waarnemen. In het navolgende wordt aan de hand van Figuur 13 een voorkeursuitvoering van een zender besproken.

Indien, zoals bovenstaand besproken is, een overdrager met impedantie-aanpassing, zoals bijvoorbeeld een PZT kera-miekelement, wordt gebruikt voor het beëindigen van het signaal, teneinde echo's te onderdrukken, kan deze overdrager eveneens worden gebruikt als ontvanger 82 voor het verschaffen van een nauwkeurige weergave van de naar boven overgebrachte gegevens.

Zoals in het bovenstaande is gesteld, kunnen de gegevens van de schakeling 28 voorgecompenseerd worden door elke frekwentiecomponent van het signaal te vermenigvuldigen met exp(-ikl), teneinde de vervorming die wordt veroorzaakt door de doorlaatgebieden van de boorketen te compenseren. Een dergelijke compensatie kan op iedere mogelijke, aan de gemiddelde vakman bekende wijze geschieden, met behulp van een inrichting zoals bijvoorbeeld een analoog-digitaal signaalbewerkingsschakeling.

Zoals in de techniek bekend is, is de plaats van de ont-vangst-overdrager belangrijk, teneinde de detectie van het overgebrachte signaal te vergemakkelijken en te optimaliseren. Indien er sprake is van een akoestische eindconstructie in het systeem, (d.w.z. een akoestische oneindige grensvoorwaarde), of dit nu de hierboven besproken specifieke eindconstructie voor echo-onderdrukking bovenaan de boorketen is of een natuurlijk eindorgaan in de boorketen, dan kan de plaats van de overdrager willekeurig gekozen worden, en is het onbelangrijk welk soort overdrager (d.w.z. een rekstrookje of een versnellingsme-ter) gebruikt wordt. Indien er echter geen sprake is van een oneindige grensvoorwaarde, dan dient de plaats van de overdrager gebaseerd te worden op de transmissieband van de gegevenssignalen, het soort overdrager en het soort akoestische grensvoorwaarde (d.w.z. een vrij oppervlak, of een gedeeltelijk absorberend vrij oppervlak, of een star oppervlak, of een gedeeltelijk absorberend star oppervlak, etc.)/ op basis van een eerste orde, voor een bepaald soort overdrager, bijv. een rekstrookje, en zal de plaats bepaald worden door het midden van de trans-missiebandfrekwentie en de grensvoorwaarde. Algemeen gesteld echter is de plaats die optimaal is voor een overdrager in de vorm van een rekstrookje minder gewenst voor een overdrager in de vorm van een versnellingsmeter, die een kwart golflengte verder geplaatst zou moeten worden. Zoals eveneens gebruikelijk is in de techniek, worden de gegevens die bij de ontvanger 82 worden ontvangen overgebracht naar aan de oppervlakte gelegen bewer-kingsapparatuur, teneinde daar te worden bewerkt, opgeslagen en/of weergegeven.

De onderhavige uitvinding onderkent de problemen die reeds eerder gesignaleerd waren door velen die zich bezig hielden met de transmissie van gegevens langs een boorke-ten, en biedt een oplossing voor deze problemen. Hierdoor is het mogelijk een kwalitatief goede transmissie te doen plaatsvinden op continue akoestische draaggolven, bij frekwenties in de orde van grootte van enkele honderden tot enkele duizenden Hertz, zonder dat het nodig is uitgebreide schakelingen onder in het boorgat aan te brengen en zonder dat het nodig is onpraktische verster-kerschakelingen en overdragers toe te passen op plaatsen langs de boorketen. Deze frekwenties zijn hoog in vergelijking met de door het boren veroorzaakte omgevingsruis (ongeveer 1 - 10 Hz), en maken derhalve een betrekkelijk ruisvrije transmissie mogelijk. Tevens wordt onderkend dat deze werkwijze toepasbaar is bij boorsituaties waarbij in plaats van boorspoeling lucht wordt gebruikt.

Zoals in Figuur 5 is weergegeven, bevat elke sensor 40, 50 en 60 een tweetal op afstand van elkaar geplaatste overdragers 42, 44, 52, 54 en 62, 64. Zoals eveneens in Figuur 5 is weergegeven, hoort elke sensor (of stel overdragers) bij een elektronische schakeling voor het digitaal bewerken van de analoge elektrische signalen die door de stellen overdragers verzonden en/of ontvangen worden. De bij de sensor 50 horende schakeling bevat vertragingsschakelingen 57, voor het vertragen van het spanningssignaal van de overdrager 54, omkeerschakelingen 58, voor het omkeren van het vertraagde spanningssignaal, sommeerschakelingen 56, voor het combineren van het omgekeerde spanningssignaal met een spanningssignaal van de overdrager 52, en compenseerschakelingen 75, voor het compenseren van de onderlinge verschillen in gevoeligheid tussen spanningssignalen van de overdragers 54 en 52.

De hierboven met betrekking tot de sensor 50 beschreven elektronische schakeling wordt eveneens gebruikt in combinatie met de sensor 60 (zie nrs. 67, 68, 66 en 75) en voor het voeden van de sensor 40 (zie nrs. 46, 47, 48 en 75) .

In Figuur 6 is met verwijzingscijfer 82 een voorkeursuitvoering van de zojuist beschreven elektronische vertra-gingsschakeling weergegeven, die de diverse analoge elektrische signalen van de sensors 40, 50 en 60 zal waarnemen, vertragen en opnieuw zal combineren. De Figuren 6A, 6B en 6C tonen een aanzicht op grotere schaal op de in Figuur 6 met de respectievelijke letters A, B en C aangeduide gedeeltes. In deze op grotere schaal afgeheelde Figuren 6A-C worden de diverse componenten in de schakeling met verwijzingscijfers aangeduid. Figuur 6D toont het gedeelte van de schakeling 82 dat hoofdzakelijk ontworpen is voor vertraging; terwijl Figuur 6E het gedeelte toont dat ontworpen is voor de terugstelfunctie.

Vanzelfsprekend zijn de componenten van de schakelingen volgens de Figuren 6D-E nader aangeduid in de Figuren 6A-C. Hierbij wordt opgemerkt dat C5 - C13 waarden hebben van Ο,ΙμΈ. Tevens hebben R8 - R19 waarden van 1,IK.

In Figuur 6 is een digitale schakeling weergegeven met zowel een analoog-digitaal (A/D) omvormer G1 aan de invoer (aangeduid met verwijzingscijfer 84) als een digitaal omvormer G18 aan de uitvoer (aangeduid met verwijzingscijfer 86). Het zal duidelijk zijn dat wanneer de schakeling volgens Figuur 6 gebruikt wordt in combinatie een van de twee sensors 50 of 60, de D/A omvormer G18 niet nodig is. Wanneer anderzijds de schakeling 82 gebruikt wordt in combinatie met de sensor 40, is de D/A omvormer G1 niet nodig.

De configuratie van de schakeling 82 is zodanig dat signalen met een frekwentie van ongeveer 1000 Hz bewerkt kunnen worden. De bemonsteringssnelheid bedraagt 1 με.

Dit is sneller dan noodzakelijk is voor het oplossen van een signaal van 1000 Hz; deze snelheid is echter noodzakelijk om de vereiste resolutie in de vertraging fat) te verkrijgen. Deze vertraging wordt bereikt met behulp van een optellende microchip in combinatie met de FiFo microchips G2-G3. Bij een frekwentie van 1000 Hz moeten de van 52 en 62 afkomstige signalen met 250 με vertraagd worden. De teller staat een vertraging toe van 1 tot 2048 με. De vertraging kan gekozen worden in stappen van 1 με. Hierdoor is een fijnafstemming van de schakeling mogelijk bij de zes kritische vertragingspunten 57, 59, 47, 67 en 72, teneinde een optimale werking te bereiken.

Onderstaand zal een beschrijving worden gegeven van de overige componenten van de schakeling 82 en hun werking.

De microchips G9-A, G10-A, G10-B, G6-A, G21-A en G21-B zijn toestands-initiators voor het terugstellen van de

FiFo-geheugens; het in de teller laden van de door het schakelnetwerk (Engels: switch array) gekozen binaire vertraging; het starten van de teller; het aanvangen met de A/D omvorming en het op gang brengen van het laden van digitale gegevens in het FiFo geheugen bij de derde klokimpuls (de inwendige vertraging van deze A/D omvormer) . Nadat de schakeling is geïnitialiseerd, worden analoge gegevens die binnenkomen bij de invoer van de A/D omvormer G1 omgezet in digitale gegevens en opgeslagen in de FiFo-geheugens G2 en G3. De gegevens worden in het geheugen bewaard totdat de teller G4 het aantal klokimpul-sen bereikt dat door de instelling van de schakelreeks bepaald is. Op dit punt voert de teller een impuls uit die de flip-flop G5-A omzet en de Niet-En poort G14-B vrijgeeft. De lees-voorbereidingsingang van het FiFo-geheugen wordt nu geklokt en de digitale gegevens worden in de D flip-flops G23 - G25 ingevoerd, waar ze gedurende een complete klokcyclus op de uitvoer van de flip-flops worden vastgehouden. De vertragingsschakeling G19 wordt ~ gebruikt voor het synchroniseren van de lees-voorberei-dingsimpuls voor de FiFo's wanneer de klokimpuls de D flip-flops omzet. Dit is nodig voor het realiseren van de door de flip-flops benodigde houdtijd en de insteltijd. van de gegevens. Op dit punt bevinden de gegevens zich in een zeer stabiele digitale toestand en zijn ze beschikbaar voor alle mogelijke bewerkingen waar de stuur- en ontvangstoverdragers om vragen. Tot deze bewerkingen kunnen o.a. horen optellen, aftrekken en het filteren van frekwenties, ofschoon dit niet de enige bewerkingen vormen die mogelijk zijn. Bij de getoonde schakeling wordt de informatie door de D/A omvormer G18 weer analoog gemaakt.

Een belangrijk kenmerk van de schakeling 82 is de plaats van het doorlaatfliter F1 bij de invoer 84 naar de A/D omvormer Gl. Het filter F1 heeft twee hoofddoeleinden.

Op de eerste plaats houdt dit filter boorruis, die voornamelijk in de lage frekwenties aanwezig is, buiten de schakeling. Op de tweede plaats elimineert dit filter de hoge frekwenties uit de uitvoer van de schakeling. De overdragers 42 en 44 die door de schakeling gevoed worden zijn sub-resonantie overdragers. De versterking van deze overdragers is evenredig aan de frekwentie, en door de aanwezigheid van hoge frekwentie in de uitvoer van de schakeling wordt het geheel onstabiel. Op deze manier wordt het systeem door de filters gestabiliseerd. De uitvoeringen van het filter zullen variëren al naar gelang de basisfrekwentie van het systeem.

Een verder belangrijk kenmerk van de schakeling 82 bestaat hieruit dat de schakeling met een 12-bits verwerkings-resolutie werkt. Dit is een hogere resolutie dan noodzakelijk is voor het gegevenssignaal, maar deze resolutie is nodig met het oog op het feit dat de overgangsruis een hoge amplitude heeft. De schakeling 82 volgens Figuur 6 is beschreven in combinatie met een toepassing van een akoestische telemetrie-systeem dat specifieke eisen stelt aan de snelheid van digitaliseren en aan de vertragings-tijden. Het zal duidelijk zijn dat de schakeling 82 eveneens gebruikt kan worden voor andere toepassingen.

De kloksnelheid kan wel 10 MHz bedragen, zodat signalen met een veel hogere frekwentie vertraagd kunnen worden.

Bij dit schakelnet bedraagt de maximale vertraging 2048 klokimpulsen; de teller zal echter tot 32.768 klokimpulsen tellen en de FiFo-geheugens kunnen uitgebreid worden, teneinde vertragingen te bewerkstelligen die equivalent zijn aan de tellertijd in klokimpulsen. Een alternatieve toepassing van de vertragingsschakeling 82 zou bijvoorbeeld het inzamelen van gegevens kunnen zijn. Veronderstel dat er tegelijkertijd diverse datakanalen zijn en dat slechts één opslagkanaal beschikbaar is. Al deze datareek-sen op één na kunnen vertraagd worden totdat het eerste datakanaal in het geheugen geladen is. Vervolgens kan de tweede datareeks in het geheugen geladen worden. Zo kan een enkel geheugenkanaal met een voldoende hoog inzame-lingssnelheid gebruikt worden bij meerdere kanalen van deze digitale vertragingsschakeling en een multiplexer, teneinde meerdere gegevensreeksen sequentieel in één geheugenkanaal te laden.

De in de Figuren 7 en 8 getoonde overdrager voor het uitvoeren van de functies (bijv. het omzetten van een elektrisch signaal in een elastische golf die zich voortplant langs de as van de boorketen) die nodig zijn voor de nummers 42 en 44 in Figuur 1, bevat een met verwij-zingscijfer 90 aangeduide stapel elementen, die opgenomen is in een met verwijzingscijfer 92 aangeduid zwaarstang-segment. (Het zal duidelijk zijn dat twee zwaarstang-segmenten 92 een enkel sensorsamenstel 40 bevatten).

De stapel 90 bevat een aantal ringvormige schijven met bij voorkeur een identieke configuratie, die vervaardigd zijn uit een geschikt ferro-elektrisch keramisch materiaal, zoals loodzirkoontitanaat (LZT). Hoewel in Figuur 2 veertien (14) schijven 94 getoond worden, zal het duidelijk zijn dat bij de onderhavige uitvinding ieder wille-? keurig even aantal schijven toegepast kan worden. Elke schijf 94 heeft een afgevlakt boven- en benedenvlak. Op beide vlakken is een elektrode 96 (zie Figuur 10) aangebracht, zodat elke keramische schijf 94 zich tussen twee elektrodes 96 bevindt. De elektrodes 96 worden gebruikt voor het elektrisch polen van het keramische materiaal.

Bij een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, die in Figuur 9 getoond wordt, zijn de schijven 94 zodanig gestapeld dat de polarisatierichting wisselt ten opzichte van naburige schijven, zoals aangeduid is met behulp van de positieve en negatieve tekens. Zo zullen elektrodes 96 op naast elkaar gelegen schijven 94 die contact met elkaar maken gelijkpolig zijn (bijv. ++ of —). De elektrodes 96', die aan de uiterste uiteinde van de stapel 90 gelegen zijn, zijn elektrisch verbonden met de aardpo-tentiaal (d.w.z. de elektrische potentiaal van de stalen zwaarstang 92). De elektrodes 96A, die op een afstand van één schijfdikte van de uiteinden van de stapel 90 gelegen zijn, zijn verbonden met de stuurpotentiaal (via een geïsoleerde stroomdraad 99, zoals in Figuur 9 is weergegeven). De elektrodes 96B, die op een afstand van twee schijfdiktes van de uiteinden van de stapel 90 gelegen zijn, zijn verbonden met de aardpotentiaal (via een geïsoleerde stroomdraad 101, zoals in Figuur 9 is weergegeven). Deze wisselende aansluiting wordt voor iedere elektrode 96 herhaald, zodat elke naburige elektrode wisselt tussen aard- en stuurpotential. Op deze manier wordt elke schijf 94 blootgesteld aan een gelijkblijvend elektrisch veld; de richting van het elektrische veld wisselt, zodat deze overeenkomt met de wisselende polari-satierichting van de keramische schijven. De diverse stroomdraden 99, 101 worden via het elektrische verbindingsstuk 103 vanaf de stapel 90 naar een geschikte stroombron gevoerd.

Zoals het meest duidelijk blijkt uit Figuur 10 wordt de elektrische verbinding tussen de elektrodes 96 en een naburige schijf 94 verbeterd door tussen iedere schijf 94 ofwel een laag metaalfolie 100 ofwel een metalen plaat 102 aan te brengen. De elektrodes 96, de folie 100 en de plaat 102 kunnen allemaal aan elkaar gehecht worden, onder gebruikmaking van een geschikte en bekende geleidende epoxy of een soortgelijk kleefmiddel. Ook is het mogelijk zonder kleefmiddel te werken, waarbij de verbinding tussen de keramische schijven tot stand wordt gebracht door de druk die wordt uitgeoefend op de stapel 90. Bij voorkeur is, zoals hierboven beschreven, om de andere elektrode 96B in de stapel 90 verbonden met de aarde. Ter plaatse van deze aardverbindingen verdient het de voorkeur een dikke metalen plaat 102, met een dikte van ongeveer 1/8 - 1/4 inch, te gebruiken in plaats van de dunne folielaag 100, teneinde een betere thermische koeling van de keramische stapel 90 te verkrijgen. Het zal duidelijk zijn dat in situaties waarbij een grote hoeveelheid elektrische stroom continu toegevoerd wordt, de stapel 90 sterk verhit raakt als gevolg van diëlektri-sche verliezen in het keramische materiaal. Wanneer de temperatuur van de stapel de kans krijgt op te lopen, zal dit uiteindelijk tot gevolg hebben dat ontpoling van het keramische materiaal optreedt of dat dit anderszins beschadigd wordt. De metalen platen 102 bij de aardelektrodes 96B bewerkstelligen een betere koeling van de stapel 90, door hitte van het keramisch materiaal weg te voeren naar de omgevende zwaarstang 98. Aangezien . deze elektrodes dezelfde elektrische potentiaal hebben als de zwaarstang 98, kan een goede thermische geleiding naar de zwaarstang eenvoudig bewerkstelligd worden. De resterende positieve elektrodes 96A (bij de stuurpoten-tiaal) dienen elektrisch geïsoleerd te zijn van de stalen mantel 98. Als gevolg hiervan voorzien de positieve elektrodes 96A niet in een goede koelgeleiding.

Bij een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt de gevoeligheid van de stapel 90 verhoogd door alle polarisatierichtingen in één lijn te brengen en alle platen 102 los te koppelen van de aarde. De elektrodes 96 worden vervolgens opnieuw in een serie-schakeling verbonden met naburige folielagen 100. Met andere woorden, de elektrodes 96A zijn elektrisch in serie geschakeld. Een van de elektrodes 96' aan het uiteinde van de stapel 90 wordt vervolgens geïsoleerd van een eventueel omgevend geleidevlak en krijgt een belasting met een hoge-impedantie. De spanning die op deze elektrode staat is evenredig aan de axiale belasting.

In de Figuren 7-8 zijn de cilinders 104 verbonden met de beide uiteinden van de keramische stapel 90. De cilinders 70 zijn bij voorkeur uit koper vervaardigd. De keramische stapel 90 en de koperen cilinders 104 zijn opgesloten in een ringvormige stalen mantel 106 (bestaande uit een binnenbuis 108 en een op afstand daarvan gelegen buitenbuis 98), die geplaatst is tussen een tweetal van schroefdraad voorziene einddoppen 110, 112. De koperen cilinders 104 zijn met behulp van een geschikte paspen 105 aan de naburige mantel 106 vastgespied (zie Figuur 8). De afmetingen van de mantel 106 en de cilinders 104 zijn zodanig gekozen dat een netto druk (oftewel voorspan-ning) op de stapel 90 uitgeoefend wordt. De hoeveelheid druk wordt geregeld door het aanpassen van de toleranties van de mantel 106 en de cilinders 104. De hoeveelheid druk wordt gemeten door tijdens het samenstellen van de stapel 90 de elektrode-potentiaal van deze stapel te controleren.

De stapel 90 wordt in een elektrisch isolerende mantel 1D7 geplaatst, waarbij tussen het buitenoppervlak van de stapel 90 en de mantel 107 een tussenruimte 109 aanwezig is, die gevuld is met een geschikte stof die het optreden van vonkontlading tegengaat (bijv. Fluoro-Inert van Dupont).

De lengte van de koperen cilinders 104 is zodanig gekozen dat er ruimte is voor thermische uitzetting. Aangezien koper een hogere warmte-uitzettingscoëfficiënt heeft dan staal, zal een stuk koper met de juiste lengte zorgen voor een exacte compensatie van de uitzetting van de stalen mantel tijdens het verwarmen of koelen van het gehele samenstel. Aangezien de warmte-uitzettingscoëfficiënt van de ferro-elektrische schijven betrekkelijk laag is, heeft de gelijkmatige verwarming van het samenstel geen invloed op de voorspanning of de netto druk op de stapel 90. Dit is een belangrijk aspect in een omgeving zoals deze voorkomt bij oliebronnen en geothermische bronnen. De tegenover elkaar gelegen einddoppen 110, 112 zijn voorzien van conventionele, bij olieboringen gebruikelijke vrouwelijke en mannelijke schroefdraad 78 en 80 (Engels: box 78 and pin 80 threadings). De binnen- en de buitendiameter van het samenstel 92 komen overeen met de standaardafmetingen voor zwaarstangen. Het is van belang dat de akoestische impedantie van de overdrager 92 zo goed mogelijk past bij de akoestische impedantie van de zwaarstang (in Figuur 5 aangeduid met verwijzingscijfer 30). Het samenstel 92 werkt met frekwenties die aanzienlijk lager zijn dan eventuele resonanties van het overdra-gersamenstel. Dit vereenvoudigt het samenstellen en het bedienen van de overdrager in aanzienlijke mate, doordat . er minder mechanische moeheidsverschijnselen optreden ter plaatse van de diverse verbindingen in het samenstel. De versterking van de overdrager kan ruwweg omschreven worden als zijnde recht evenredig aan de stuurfrekwentie maal de gezamenlijke lengte van de keramische schijven 90.

In Figuur 11 wordt met verwijzingscijfer 90' een alterna-. tieve configuratie voor een overdrager volgens de onderhavige uitvinding aangeduid. Bij de uitvoeringsvorm volgens Figuur 11 hebben de afstandsringen 102' tweede afzonderlijke functies. Op de eerste plaats, zoals met betrekking tot de afstandsringen 102 is beschreven, zorgt elke plaat 102' voor een thermische uitzetting/inkrimping van de stapel keramische schijven 94 (die een lage warmte-uitzet-tingscoëfficiënt hebben) en het materiaal van de afstands-ringen 102' (met een hoge warmte-uitzettingscoëfficiënt) die gelijk is aan de warmte-uitzetting van het stalen huis 106 waarin de stapel 90' is opgenomen. Daarnaast bevat het materiaal van de afstandsringen 102' overeenkomstig een tweede functie een stof die iets zachter is dan de harde, broze keramische schijven 94', en vermindert zodoende de spanning op de schijven 94' wanneer het samenstel onderworpen wordt aan buig- en torsiekrachten en dergelijke; hierdoor wordt de kans op beschadiging van de schijven tijdens bedrijf in een signaalopwekker onder in het boorgat tot een minimum teruggebracht. Het kan echter wenselijk zijn dit zachtere materiaal niet toe te passen, aangezien de akoestische werking van de overdrager door het gebruik van dit materiaal minder goed kan zijn. Geschikte materialen voor de afstandsrin-gen zijn bijvoorbeeld koperlegeringen, aluminiumlegeringen of dergelijke. Het zal duidelijk zijn dat de afstandsrin-gen 102' uit verschillende materialen vervaardigd kunnen zijn, zodat slechts voor thermische compensatie of voor een betere vormvastheid (Engels: structural integrity), of voor beide gezorgd wordt.

Figuur 12 toont een voorkeurswerkwijze voor het van de aardelektrodes 96B wegleiden van warmte, waarbij het niet noodzakelijk is dat er rechtstreeks contact is met de wand van de stalen behuizing 106. Bij deze uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding strekt elke afstands-plaat 102 zich vanaf de stapel 90 naar buiten uit in een met vloeistof gevulde holte 118. Daarnaast dient de vloeistof zodanige eigenschappen te hebben dat het optreden van vonkontlading wordt tegengegaan, bijv. Fluoro-Inert van Dupont. Elke aardelektrode 96B strekt zich langs de tegenover elkaar gelegen oppervlakken van de afstandsplaten 102 uit in de met vloeistof gevulde holte 118. Elke aardelektrode 96B is op deze wijze in contact met een koelvloeistof, waarmee de holte 118 tussen de stapel 90 en de stalen behuizing 106 gevuld is. Bij voorkeur zijn door de plaat 102 een aantal gaten 120 geboord, teneinde voor een beter contact met de vloeistof en een grotere convectie te zorgen. De elektrische verbinding tussen de stuurpotentiaalelektrodes en de aardpoten- tiaalelektrodes wordt op de in Figuur 9 weergegeven wijze tot stand gebracht. De vloeistofholte 118 kan een gesloten holte zijn, waarin de door het boren veroorzaakte trillingen voor een betere convectie zorgen, vooral indien de holte slechts gedeeltelijk met vloeistof gevuld is.

Uit de voorgaande beschrijving van de akoestische overdrager 92 zal duidelijk zijn dat het modulaire karakter van deze overdrager een flexibele toepassing mogelijk maakt, zowel voor wat betreft de impuls-bedrijfswijze als voor wat betreft de continue transmissie van golven. Zo kan de overdrager volgens de onderhavige uitvinding eveneens gebruikt worden als ontvangst-overdrager, bijvoorbeeld om te voorzien in de functies volgens de nummers 52, 54 en 62, 64 in Figuur 5. In Figuur 13 zijn slechts twee keramische schijven nodig voor de ontvangst-bedrijfswijze van de overdrager. Net zoals bij de zend-overdrager volgens Figuur 7 zijn bij de ontvangst-overdrager volgens Figuur 13 keramische schijven 94 opgenomen in een door een tweetal op afstand van elkaar gelegen stalen cilinders 124, 126 begrensde mantel 122. Op elk uiteinde van de keramische stapel sluiten koperen afsluitingen 128, 130 aan, terwijl de respectievelijke elektrodes 96 met elkaar verbonden zijn met behulp van stroomdraden 132, 134. De spanning van de elektrodes 96A is verbonden met een belasting met een hoge impedantie en kan veranderen als reactie op de spanning die opgeroepen wordt door een passerende elastische golf. Een belangrijk voordeel van het schijfsamenstel volgens Figuur 13 is dat dit samenstel niet gevoelig is voor buig- of torsiebewegingen van de boorketen. Derhalve maakt dit schijfsamenstel onderscheid tussen werkelijke communicatiesignalen, die alleen maar voor axiale beweging in de boorketen zorgen, en valse ruissignalen die het gevolg zijn van buig- en torsiebewegingen .

De overdrager 92 kan voor diverse bedrijfswijzes toegepast worden. Een bedrijfswijze is in Figuur 5 weergegeven en in het bovenstaande nader beschreven. Figuur 14 toont een alternatieve bedrijfswijze. Bij deze laatste bedrijfswijze is de overdrager 92 op korte afstand van het onderste uiteinde van de boorketen 136 geplaatst. Een boorkop 138 (normaal gesproken een boorkop in de vorm van een gewikkelde conus) voorziet in een slecht akoestisch contact met de bodemformatie waarin het boren plaatsvindt. Het kleine gedeelte 140 van de zwaarstang 136 tussen de boorkop 138 en de overdrager 92 is in feite een zwaarstang met een lengte van een kwart golf, waarin de overdrager 92 op de gewenste transmissiefrekwentie gebracht wordt. Hierdoor neemt de sterkte van het signaal in het gedeelte 142 van de zwaarstang boven de overdrager toe en wordt voorzien in energiegolven met een hoge amplitude, die ; gebruikt kunnen worden voor communicatie in het basisfre-kwentiegebied.

Het in Figuur 14 getoonde gegevenssignaal, dat door de zwaarstang 142 omhoog gaat, zal uiteindelijk de overgang = tussen de zwaarstang 142 en de boorpijp 144 bereiken.

Door deze overgang, waar normaal gesproken een sterkte verandering optreedt in het dwarsdoorsnede-oppervlak, kan een aanzienlijke reflectie van het akoestische gegevenssignaal plaatsvinden. Overeenkomstig de onderhavige uitvinding kan deze signaalreflectie aanzienlijk teruggebracht worden, door een overgangssegment 146 toe te passen tussen het bovenste gedeelte 142 van de zwaarstang en de boorketen, die een kleinere diameter heeft. Dit overgangssegment 146 kan eenvoudig een taps toelopend stuk zwaarstang zijn. In Figuur 15 is de werking van een overgangssegment weergegeven. Figuur 15 toont dat deel van de totale akoestische energie dat vanuit een zwaarstangseg-ment met een eerste diameter wordt overgebracht naar een zwaarstangsegment met een tweede diameter. Deze hoeveel heid is uitgezet als functie van de verhouding van de lengte van het overgangssegment h boven de golflengteX.

In Figuur 15 zijn drie resultaten uitgezet, die betrekking hebben op het conische, het exponentiële en het cosinusverloop. De toegepaste frekwentie bij transmissie-impulsen bedraagt veelal 20 voet. De lengte van het over-gangssegment zou 10-20 voet bedragen. Door de toepassing van dit overgangssegment zou het ontvangen signaal ongeveer 3dB sterker worden, nog belangrijker echter, de sterkte van de echo zou met 6dB tot signaalsterkte worden teruggebracht.

Een belangrijk kenmerk van de onderhavige uitvinding is het feit dat de gegevenssignalen worden opgewekt in de vorm van ononderbroken golven, in tegenstelling tot de impuls-bedrijfswijze die wordt beschreven in het Ameri- . kaanse Octrooi Nr. 4.298.970 van Shawhan et al. In tegenstelling tot de onderhavige uitvinding, waarbij gebruik gemaakt wordt van een bedrijfswijze met ononderbroken golven in combinatie met actieve echo-onderdrukking, wordt bij het Octrooi van Shawhan et al gebruik gemaakt van een impuls-bedrijfswijze en vindt geen actieve echo-onderdrukking plaats. In plaats daarvan gebruiken Shawhan et al op afstand van elkaar geplaatste versterkers, in een poging de echo's op natuurlijke wijze te laten afzwakken.

De in het bovenstaande genoemde afmetingen en apparatuur dienen alleen maar ter illustratie van een bepaalde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Het is denkbaar bij de onderhavige uitvinding componenten met andere afmetingen en vormen toe te passen, mits vastgehouden wordt aan het in de conclusies omschreven principe.

De beschermingsomvang van de uitvinding wordt nader omlijnd in de bijgaande conclusies. In de aangehechte Bijlage wordt een nadere toelichting gegeven ten aanzien van de aan de onderhavige uitvinding ten grondslag liggende berekeningen, de resultaten van proeven met schaalmodellen en de beoordelingen van praktijkgegevens.

Claims (30)

126.77.1511 Sandia Corporation, Albuquerque, New Mexico, Verenigde Staten van Amerika

1. Elektro-mechanische overdrager, gekenmerkt door een buisvormig zwaarstangsegment; een stapel ferro-elektrische keramische schijven, die in het zwaarstangsegment zijn ondergebracht; in de stapel verweven elektrodes, die verbonden zijn met de aardpotentiaal en met de stuurpotentiaal, voor het elektrisch polen van de schijven, waardoor akoestische golven in het zwaarstangsegment geïnduceerd of ontvangen worden.

2. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektrodes wisselend zijn aangesloten op de aardpotentiaal en op de stuurpotentiaal.

3. Overdrager volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat op elke schijf een gelijkblijvend elektrisch veld wordt aangelegd, waarbij de richting van het elektrisch veld wisselt, zodat deze aansluit bij de wisselende polarisatierichting van de keramische schijven.

4. Overdrager volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat met elkaar in aanraking komende elektrodes op naast elkaar gelegen schijven gelijkpolig zijn.

5. Overdrager volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de buitenste elektrodes en de buitenste schijven in de stapel met de aardpotentiaal verbonden zijn.

6. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrager een laag metaalfolie bevat, die aangebracht is tussen tenminste twee naast elkaar gelegen elektrodes.

7. Overdrager volgens conclusie 1 of 6, gekenmerkt door een metalen plaat, die aangebracht is tussen tenminste twee naast elkaar gelegen elektrodes.

8. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrager elektrisch isolerend materiaal bevat, dat de met de stuurpotentiaal verbonden elektrode isoleert van het zwaarstangsegment.

9. Overdrager volgens conclusie 1, gekenmerkt door een metalen plaat, die aangebracht is tussen twee naast elkaar gelegen elektrodes die verbonden zijn met de aardpotentiaal, waarbij de metalen plaat thermisch in contact is met het zwaarstangsegment.

10. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektrodes in een serieschakeling verbonden zijn met de aardpotentiaal en de stuurpotentiaal.

11. Overdrager volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen voor het uitoefenen van een netto druk op de stapel schijven.

12. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het zwaarstangsegment een ringvormige mantel bevat, waarbij de stapel schijven aangebracht is in de ringvormige ruimte van de ringvormige mantel.

13. Overdrager volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de ringvormige mantel een binnenbuis en een op afstand van deze binnenbuis aangebrachte buitenbuis bevat.

14. Overdrager volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de stapel tegenover elkaar gelegen eerste en tweede uiteinden bevat, alsmede: een eerste in de ringvormige ruimte aanwezige cilinder, die aansluit op het eerste uiteinde van de stapel; en een tweede in de ringvormige ruimte aanwezige cilinder, die aansluit op het tweede uiteinde van de stapel.

15. Overdrager volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de overdrager spiemiddelen bevat voor het met de ringvormige mantel koppelen van de eerste en de tweede cilinder.

16. Overdrager volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de afmetingen van de eerste en de tweede cilinder en die van de mantel zodanig gekozen zijn dat een netto druk op de stapel schijven wordt uitgeoefend.

17. Overdrager volgens conclusie 12. gekenmerkt door een elektrisch isolerende mantel tussen een buitenoppervlak van de stapel en de ringvormige mantel.

18. Overdrager volgens conclusie 17, gekenmerkt door een tussenruimte tussen de mantel en de stapel; en door een stof in de tussenruimte die vonkontla-ding tegengaat.

19. Overdrager volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de ringvormige mantel een eerste metaal met een eerste warmte-uitzettingscoëfficient bevat; en dat de eerste en de tweede cilinder een tweede metaal met een tweede warmte-uitzettingscoëfficient bevatten.

20. Overdrager volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de cilinders een vooraf gekozen lengte hebben, zodat gezorgd wordt voor compensatie voor de warmte-uitzetting van de stapel en de ringvormige mantel.

21. Overdrager volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat het eerste metaal staal is en dat het tweede metaal koper is.

22. Overdrager volgens conclusie 14, gekenmerkt door een eerste einddop, die schroefbaar bevestigd is op een eerste uiteinde van de mantel; een tweede einddop, die schroefbaar bevestigd is op een tweede uiteinde van de mantel; en doordat het uiteinde van de eerste einddop mannelijke schroefdraad (Engels: pin termination) en het uiteinde van de tweede einddop vrouwelijke schroefdraad (Engels: box termination) heeft.

23. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrager een thermisch geleidende af-standsplaat bevat, die tussen tenminste twee van de schijven is aangebracht; dat de overdrager een tussenruimte bevat tussen de stapel en het zwaar-stangsegment; en dat de tussenruimte koelvloeistof bevat.

24. Overdrager volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de afstandsplaat zich vanaf de stapel in de tussenruimte uitstrekt.

25. Overdrager volgens conclusie 24, gekenmerkt door tenminste één doorstroomopening, die zich uitstrekt door de omtrek van de afstandsplaat, teneinde het vloeistofcontact te maximaliseren.

26. Overdrager volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat in de vloeistof een stof is opgenomen die vonk-ontlading tegengaat.

27. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrager een stapel met veertien keramische schijven bevat.

28. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrager een stapel met twee keramische schijven bevat.

29. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stapel de configuratie van een zender heeft.

30. Overdrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stapel de configuratie van een ontvanger heeft.