NO141285B - Fremgangsmaate til overfoering av data i en forutbestemt retning langs en borestang, samt apparat for utoevelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til over-føring av data i en forutbestemt retning langs en borestang, omfattende modulasjon av et første bærebølgesignal med en nominell frekvens lik f^, utsendelse av dette modulerte bærebølgesignal langsmed borestangen, avføling av det transmitterte signal ved et fjernt punkt i borestangens lengderetning, konvertering av det modulerte bærebølgesignal til et modulert annet bærebølgesignal med en nominell frekvens lik f2, som er forskjellig fra det opprinnelige signals, og utsendelse av dette konverterte modulerte bærebølgesignal langsmed borestangen. Videre vedrører oppfinnelsen et apparat for utøvelse av fremgangsmåten, omfattende en mottager som er anbragt i det indre av en stang av borerør og som er innrettet til å kunne motta signaler, som representerer data for tilstander, som eksisterer på borestedet, en signalgenerator og en modulator til konvertering av de mottatte signaler til et modulert første bærebølgesignal med den nominelle frekvens f^,

en transducer som akustisk er forbundet med borerøret for å kunne mate det modulerte bærebølgesignalet f^ inn i borerøret, hvor det utsendes i dettes aksiale retning i den forutbestemte retning, og en første signaloverføringsenhet, som er plassert et fjernt sted i borestangens indre, og som omfatter en mottager til å motta det modulerte bærebølgesignalet f^, som er utsendt langsmed bore-røret av den førstnevnte transducer, og en omsetter til dels å endre det modulerte bærebølgesignal til et modulert annet bære-bølgesignal med den nominelle frekvens f- 0<3 til dels å mate bore-røret med det frekvenskonverterte bærebølgesignal f2 til videre transmisjon gjennom dette i aksial og forutbestemt retning.

Verdien av et telemetrisystem for overforing av informasjon fra bunnen av at borehull til overflaten er blitt verdsatt i mange

år, og foreslåtte systemer har vært gjenstand for atskillige pa-tenter. På det nåværende tidspunkt finnes det ikke noen prak-

tiske midler for hurtig dataoverfbring fra bunnen av et hull mens det bores,, som ikke anvender en trådlinje. Bruken av en linje krever at "hele linjen må trekkes tilbake for tillegget av hver rbrlengde, og således kommer iveien for normale boreprosesser, hvilket er kostbart, spesielt i såkalt "offshore"-boring.

Overforing når man anvender en trådlinje, er hovedsaklig be-

grenset til bruk av pulser.

Et telemetrisystem som opererer uten å forstyrre normale boreprosesser, kunne tilveiebringe oyeblikkelig informasjon om retningen av hullet, formasjonskarakteristikkene og utfbringen av boringen, såvel som mange andre parametre av interesse i borehullet, slik. som gassinnhold i slammet. Kontinuerlig oppdatert informasjon ville kunne advare om truende "blowouts" i tide for preventiv aksjon.

Forskjellige telemetrisystemer (for å tilveiebringe kommunikasjon uten tråder) er blitt foreslått, hvor man anvender trykkpulser i boreslammet, akustiske signaler gjennom slammet eller elektriske signaler som anvender ledende baner gjennom borerbret og omgivende formasjon. På grunn av stor dempning, store krav til effekt, hbye kostnader og sen overfbringshastighet etc. har disse tidligere kjente systemer ikke vist seg å være meget prak-tiske.

Det er et formål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe

en fremgangsmåte og et apparat som opererer uten å forstyrre normale boreprosesser, som bevirker overføring av akustiske signaler gjennom et borerør, og hvor det anvendes mellom-for-sterkere, hvilket i alt vesentlig fullstendig eliminerer tap i signalinformasjon på grunn av blanding av signaler.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at det modulerte andre bærebølgesignalet i et annet fjernt punkt i borestangens lengderetning konverteres til et modulert tredje bærebølgesignal med en nominell frekvens f^, som avviker fra de to andre nominelle frekvenser f^, f2, at dette modulerte bære-bølgesignal f^ utsendes langsmed borestangen, og at det deretter konverteres til den opprinnelige nominelle frekvens f^ ved et sted langs borestangen, som befinner seg i en avstand fra utgangs-. stedet for det opprinnelige første bærebølgesignalet f^, som er tilstrekkelig til at de respektive signaler med en nominell frekvens innbyrdes er isolert fra hverandre som følge av akustisk dempning i borestangen.

Apparatet for utøvelse av fremgangsmåten kjennetegnes ved at .

det omfatter en annen signaloverføringsenhet som er anbragt i avstand fra den første signaloverføringsenhet i den foutbestemte retning, og hvis motstand oppsamler akustisk energi ved frekvensen f2 for det modulerte andre bærebølgesignalet og retransmitterer denne akustiske energi i form av en modulert, tredje bærebølge med den nominelle frekvens f^, og en tredje signaloverføringsenhet, som er anbragt i avstand fra den andre signaloverføringsenheten i den forutbestemte retning og omfatter en mottagerdel til oppsamling av akustisk energi ved frekvensen f^ for det modulerte tredje bærebølgesignalet og til retransmittering av denne akustiske energi i form av en modulert bærebølge ved den opprinnelige nominelle frekvens f^. Ifølge ytterligere trekk ved apparatet har det en mottager ved endepunktet for transmisjonen, hvilken mottager dels er forbundet med borestangen, dels med en demodulator, hvor de transmitterte data kan gjenvinnes. Videre kan en forsterker anbringes mellom hver mottager og dennes tilknyttede transducer.

Oppfinnelsen skal nå nærmere beskrives under henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et skjematisk riss av en borerors-streng modifisert for formålene i den foreliggende oppfinnelse • Fig. 2 er et skjematisk diagram som viser en typisk krets som kan anvendes i en senkebor-sendertransduktor• Fig. 3 er et skjematisk diagram som viser kretsen som anvendes i en mellomforsterkerenhet. Fig. 4 er et skjematisk diagram som viser kretsen som anvendes i en overflate-forforsterkerenhet.

Fig. 5 er et skjematisk diagram som viser kretsen som anvendes i en overflate-utlesningsenhet•

Fig. 6 er et delvis vertikaltverrsnitt av en underdel (sub)

for en meilomforsterkerenhet for oppfinnelsen.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver en fremgangsmåte for å overfore akustiske signaler på en kontinuerlig måte gjennom boreroret i et borehull ved å innfore mellomforsterkere ettersom det er nodvendig, ved intervaller for således å gjenopprette energinivået for det faller for lavt til å bli gjenvunnet fra stoybakgrunnen. Det er kjent at impedansfeiltilpasning mellom stål og det omgivende slam i alt vesentlig hindrer utslipp av akustisk energi i slammet. Hovedtapet av akustisk energi inn-treffer ved de skruede forbindelsene mellom rorseksjonene, og dette tap oker ettersom frekvensen okes. Ved en bærefrekvens på 100 Hz er tapet blitt målt til 20 dB pr. 304,8 m ror. For illustrasjonsformål kan mellomforsterker-separeringen være 609,6 m.

Hver mellomforsterker i systemet (1) gjenoppretter signalnivået som tapes på grunn av dempningen i roret, og (2) forbedrer signal/stoyforholdet. Mellomforsterkerenhetene er normalt mer eller mindre jevnt atskilte. Avstanden mellom topp-mellomforsterkeren og overflaten varierer med hulldybden, men overstiger ikke mellom-mellomforsterker-avstanden. Vanligvis er funksjonen for hver mellomforsterker i systemet å plukke opp (motta) et akustisk signal (signalmodulert bærer) fra borerorstrengen, forsterke dette og gjenoverfore det som et akustisk signal langs roret.

Ifolge foreliggende oppfinnelse, slik det tidligere er angitt, fores informasjon ved hjelp av akustiske (lyd-) bolger som forloper gjennom metallet i borerbrveggen. Et system må, for å være praktisk, tilveiebringe losninger på tre problemer, (1) signalet må identifiseres fra bakgrunnsstoyen på grunn av bore-maskinen, på grunn av en slam-motor når den anvendes for å drive boret, på grunn av skrapingen av roret på siden av hullet, og på grunn av maskinene ved overflaten; (2) systemet må kompensere for dempningen i roret og ved kryssingen av luftgapet mellom gjengene ved hver verktoysammenfoyning, og (3) den tilgjenge-lige båndbredde må være tilstrekkelig for overforing av signaler fra flere avfolere med en hoy grad av noyaktighet, innenfor en rimelig tidslengde.

Dempningen oker med den akustiske frekvens. En bærefrekvens av størrelsesorden lOOO Hz er tilstrekkelig hoy til å tilveiebringe rimelig båndbredde med akseptabel dempning. De sterke, harmoniske frekvenser i bakgrunnsstoykildene som tidligere nevnt, er hovedsaklig under 500 Hz. De fleste hoyfrekvenskomponentene er inter-mitterende.

I fig. 1 betegner henvisningstallet 1 generelt en borerors-streng som omfatter et flertall rorseksjoner (ikke separat tegnet) som er koblet sammen ende mot ende med et boreverktoy eller bit 2 anordnet ved bunnen av strengen, det hele mer eller mindre på en konvensjonell måte.

For formålet ifolge oppfinnelsen er imidlertid borerors-strengen modifisert til å innbefatte og romme en sender-transducerenhet 3 som er anordnet ved eller nær drillbitet 2 og et flertall forsterker enhet er 4, 5, 6 og 7, som er fordelt langs lengden av borestrengen i en hensikt som er forklart i det etterfolgende. Ved overflaten er det tilveiebragt et nytt overflateapparat som generelt er betegnet med 8, hvilket apparat er beregnet på utlesning (for således å fremvise og/eller registrere signaler som mottas fra senkeboret (downhole).

Systemet i fig. 1 opererer for å tilveiebringe kontinuerlig overforing i kun en retning. I fig. 1 er denne retning indikert å være fra senkeboret til overflaten, hvilken er den mest nyt-tige av de to retninger, ettersom hva som ordinært onskes, er overforingen av senkeborinformasjon til overflaten. I sender-transducer- (senkebor)enheten 3, for hvilken en typisk krets vil bli beskrevet i det etterfolgende, behandles signaler fra forskjellige transduktorer, multiplekses ved hjelp av en klokke-drevet bryter, digitiseres så ved hjelp av en analog-til-digital omformer og overfores i form av frekvensmodulasjon (spesielt frekvens-skiftnoklet eller FSN-modulasjon) på en akustisk (lyd-) bærer med en frekvens på ca. lOOO Hz. Data vil bli overfort typisk på omkring IO bits pr. sekund. FSN-signalmodulasjonen vil ordinært alternere mellom to faste frekvenser, separert med omkring 50 Hz på en 1000-Hz-bærer.

Den signalmodulerte akustiske bæreren (nominell eller hvile-frekvens f^) som er utviklet i sender-transducerenheten 3, mates til en akustisk sender (lyskilde , senere angitt detaljert) i denne enhet for å påtrykke de akustiske bolgene til boreror-veggen, hvor en slik sender er akustisk koblet til veggen i boreroret. Disse akustiske bolgene forloper selvfolgelig i begge retninger langs rorstrengen. Energien som forloper nedad mot bitet 2, omdannes for det meste som varme. De akustiske bolgene som forloper oppad i retningen av pilen 9 (som er den onskede retningen) , når den forste mellomforsterkerenheten 4 hvor de plukkes opp av en akustisk mottaker som befinner seg i denne enheten, forsterkes og re-utsendes langs roret både i den onskede retningen 10 og også nedad mot enheten 3. I dette henseende opererer i det minste forsterkerne 4-7 alle på lik måte. Således er hen-sikten med f ors terkerenhetene_...å. tilveiebringe forsterkning for å kompensere for tapet på 40 dB mellom enhetene 3 og 4 (når man antar at disse enhetene er 609,6 m fra hverandre.

Ut fra en betraktning av fig. 1 vil det være klart at ingen for-sterkerenhet kan samtidig utsende og motta på den samme frekvens uten betydelig tap i signalinformasjon på grunn av blanding av det sterke utsendte signalet med det svakere innkommende signal. Hvis videre vekselvise enheter kontinuerlig utsender og mottar

på de samme to frekvensene, mottas signaler med det samme nivå fra to kilder. F.eks. hvis mellomforsterkerne 4 og 6 begge mottar på f^ og utsender på roens mellomforsterkeren 5 mottar på f 2 °9 utsender på f^, vil mellomforsterkeren 5 motta f2-signler med lik amplitude fra mellomforsterkerne 4 og 6;på grunn av tids-forskyvningen vil det være tilfeldig kansellering, og den modu-lerende informasjon vil gå tapt.

Ifolge oppfinnelsen anvendes det derfor tre forskjellige mellomforsterkere i sekvens i borestrengen, hvor disse tre mellomforsterkerne har forskjellige par av mottatte og utsendte frekvenser som folger: (1) mellomforsterker 4, mottar på f.^ og utsender på f2; (2) mellomforsterkeren 5 mottar på og utsender på f^; (3) mellomf orsterkeren 6 mottar på f3 og utsender på f^ (1) mellomforsterkeren 7 samme som mellomforsterkeren 4, osv. Således innbefatter hver av mellomforsterkerne i strengen en fre-kvensomfermer mellom sin inngang og sin utgang, men disse fre-kvensomformerne er generelt av tre forskjellige typer. Som et resultat av dette, forhindres interferens mellom mellomforsterkerne som utsender på den samme frekvensen ved hjelp av den ad-derte dempning som stammer fra det faktum at et av signalene loper to ganger distansen langs strengen, sammenliknet med det andre. Både mellomforsterkeren 7 og mellomforsterkeren 4 utsender på f2» mens mellomforsterkeren 5 mottar på f^- r2~ signalet som når mellomforsterkeren 5 fra mellomforsterkeren 7, har imidlertid vært nodt til å lope to ganger så langt langs strengen som f2-signalet som når mellomforsterkeren 5 fra mellomf orsterkeren 4. Derfor dempes f2~signalet fra 7 til 5 så meget at det er ubetydelig sammenliknet med f2~signalet fra 4 til 5.

Som tidligere angitt, mottar mellomforsterkeren 7 likesom mellomf orsterkeren 4 ved den nominelle frekvens f^ og utsender ved den nominelle frekvens f^- Hvis mellomforsterkeren 7 er den som er nærmest overflaten, mottar forforsterkerdelen 11 i overflateenhéten 8, hvilken del innbefatter en akustisk mottaker som er akustisk koblet til boreroret, den signalmodulerte (FSN) bæreren ved den nominelle frekvens f2« Overflateenhéten 8 vil bli beskrevet i nærmere detalj i det etterfolgende.

Nærmere bestemt, med hensyn til operasjonen av systemet ifolge fig. 1, blir forskjellige parametre av interesse i borehullet av-folt ved hjelp av transducere i senkeborenheten 3 og omformet til elektriske signaler som multiplekses og anvendes for å frekvensmodulere (FSN) en lyd-(akustisk) bærer med nominell eller hvilefrekvens f^ (ca. lOOO Hz). Det f^-akustiske signalet mates så til borestrengen 1 ved hjelp av en akustisk sender (lydkilde). Det akustiske signalet f^ plukkes opp ved hjelp av en akustisk mottaker i den forste mellomforsterkeren 4, omformes til en annen nominell frekvens forsterkes og re-utsendes

som et f2~akustisk signal i borestrengen ved hjelp av en sen-

der i mellomforsterkerenheten 4. Det f2~akustiske signalet plukkes opp ved hjelp av en akustisk mottaker i den andre mellomf orsterkeren 5, omformes til en annen nominell frekvens f3, forsterkes og så gjenutsendes som et fg-akustisk signal i borestrengen ved hjelp av en sender i mellomforsterkerenheten 5.

Det f^-akustiske signalet plukkes opp ved hjelp av en akustisk mottaker i den tredje mellomforsterkeren 6, omformes til den opprinnelige nominelle frekvens f^, forsterkes og så igjenut-sendes som et f^-akustisk signal i borestrengen ved hjelp av en sender i mellomforsterkerenheten 6. Ytterligere repetering av det akustiske signalet som loper langs borestrengen, kan finne sted på den samme måte som tidligere beskrevet, avhengig ganske klart av antallet av ytterligere mellomforsterkerenheter som er til stede i strengen. En ytterligere mellomforsterkerenhet 7 er illustrert i fig. 1, hvor enheten 7 er av den samme type og opererer på den samme måte som mellomforsterkerenheten 4.

Som tidligere indikert, vil mellomforsterkerenheten direkte

over enheten 7 (hvis det var noen) være av den samme type som enheten 5,.- og ville derfor operere på .tilsvarende måte, mens den andre mellomforsterkerenheten over enheten 7 (hvis det var en) ville være den samme type som enheten 6 og ville operere på samme måte, osv.

Det er onskelig å gjore det klart på dette punkt at det akustiske signal som utsendes av hver akustiske sender (lydkilde), selvfolgelig går i begge retninger langs roret. Således går f.eks. f1-signalet som utsendes fra mellomforsterkeren 6, nedad, såvel som oppad (hvilken sistnevnte retning er den onskede retningen) . Imidlertid diskriminerer den beskrevne forskjovne fre-kvensanordning (hvor det er tre forskjellige typer mellomforsterkere med forskjellige par av mottatte og utsendte frekvenser, og hvor disse typer er anordnet i en regulær sekvens i borestrengen)i favor av den oppadgående retning for det akustiske signalet, som tidligere beskrevet.

Ved overflaten plukker forforsterkerdelen 11 av overflate-

enheten 8, hvilken del innbefatter en akustisk mottaker, opp det akustiske signalet av f.eks. f2~nominell frekvens, og mater

det ved hjelp av en forbindelse 12, skjematisk illustrert, til en utlesningskrets 13 for fremvisning og/eller registrering. Hvis den akustiske mottakeren i forforsterkeren 11 fastspennes til boreroret, og hvis boreroret dreies, vil forbindelsen 12 være en radiolink. Hvis boret drives av en slam-motor (i hvilket tilfelle borestrengen ikke dreier seg), eller hvis den akustiske mottakeren fastspennes over svivelen, vil forbindelsen 12 være en trådforbindelse.

En form for borehull-informasjonstransmisjons-system (borehull-telemetrisystem) er vist i blokkdiagramform i fig. 2. Anordningen som nå skal beskrives, kan anordnes i sendertransdukto-ren (senkebor-enheten) 3. To avfolere for å måle informasjon nede i hullet (downhole), er angitt med 14 og 15. Signalene som utvikles av avfolerne 14 og 15 (såvel som av andre avfolere som ikke spesielt er vist), velges i sekvens ved hjelp av en multipleksbryter 16 som styres av en klokkedrivenhet 17. Senkebor- (downhole) multipleksanordningen 16, 17 innbefatter midler for å tilveiebringe identifiserende signaler, slik at synkro-nisme kan opprettholdes mellom denne anordning og en tilsvarende multipleksanordning ved overflaten.

Utgangssiden av multipleksbryteren mates til en analog-til-digital eller pulsbreddeomformer 18 for omforming av avfoler-utmatningene til digital koding, eller til pulsbreddekoding. Utmatningen fra omformeren 18, som vil være i form av pulser med konstant amplitude (digitalt eller pulsbreddekodede) fremkommer på utgangslederen 19.

Utgangslederen 19 er koblet via en motstand 20 til en frekvens-modulatorkrets (spesielt en frekvensskift-noklingskrets) 24 for å tilveiebringe rioklingssignalet for en slik krets.

I kretsen 24 genereres en akustisk (lyd-) bærer med frekvens ca. 1000 Hz, og frekvensen av denne (kontinuerlige)bolgebæreren svitsjes mellom to frekvenser ved hjelp av den digitale eller pulsbreddesignalutmatningen fra omformeren 18 (på lederen 19).

I kretsen 24 anvendes faststoff-operasjonsforsterkeren 25, som har sin utgangsterminal 26 forbundet tilbake til sin inverterende inngang 27 via motstandskapasitetsnettverket som er vist, som et aktivt filter avstemt til bærefrekvensen. En annen faststoff-operasjonsforsterker 28 har sin inverterende inngang 29 koblet til forsterkerutgangsterminalen 26 og sin utgang 30 koblet tilbake til inngangsterminalen 27 på forsterkeren 25 ved hjelp av en motstand 21.

Et antall motstander er koblet hovedsaklig over de to inngangene av forsterkeren 25 for å danne en frekvensbestemmende krets. Blant disse er en fast motstand 31, en justerbar motstand 32,

en felteffekt-transistor 33 i serie med en motstand 34.

En puls som oppstår i filteret (f.eks. når dette filter energi-seres),driver forsterkeren 28 til metning og genererer en firkantbolge med konstant amplitude på bærefrekvensen. Grunnfrekvensen i firkantbolgen slippes gjennom av filteret for å opprettholde oscillasjon og utvikle en sinusbolge ved utgangen 26 av anordningen 25. Ettersom amplituden av firkantbolgen og forsterknin-gen i forsterkeren 25 er fast, vil ingen forsterkningskontroll-krets kreves for å opprettholde en konstant, sinusbolgeutmatning ved 26.

Bærerfrekvensen kan varieres ved hjelp av den justerbare motstanden 32. Den effektive motstand som gis av FET-transistorene 33, er i serie med motstanden 34, hvor denne kombinasjonen er i parallell med motstanden 32. Modulasjons- eller noklingsspennin-gen som fremkommer på lederen 19, påtrykkes porten i FET-tran-sistoren 33, som her opererer som en bryter som åpnes eller lukkes ved hjelp av signalutmatningen fra omformeren 18. Bæreren (med nominell eller hvilefrekvens f^) veksles mellom to frekvenser ettersom FET-bryteren åpnes eller lukkes (dvs. gjores ikke-ledende eller ledende) ved hjelp av den digitale eller pulsbreddesignal-utmatningen fra omformeren 18 som påtrykkes porten av FET-bryteren.

Effekt-kravet fra frekvensmodulatoren er 6 milliampere fra + 12 V, og et lOO millivolt-(rms) signal gir maksimalt f rekvensawik. Forvrengning og amplitudemodulasjon er ubetydelig.

Den frekvensmodulerte (FSN) bæreren med lyd eller akustisk frekvens (nominell eller hvilefrekvens f^, f.eks. 1000 Hz) som fremkommer ved utgangen 26, forsterkes ved hjelp av en effekt-forsterker 35 og mates så til inngangstransformatoren 36 i et transformatorkoblet "push-pull"-effekt-utgangstrinn 37. Sekun-dæren på utgangstransformatoren 38 i trinnet 37 er koblet til den akustiske senderen (lydkilde) som skjematisk er vist med henvisningstallet 39. Denne lydkilden er akustisk koblet til borestrengen 1 og mater den frekvensmodulerte (FSN) bæreren til denne, for utsending av det akustiske signalet langsmed strengen fra senkebor- (downhole) lokasjonen tilliggende drillbitet 2. F.eks. kan ca. en watt av elektrisk kraft tilfores kilden 39.

Fig. 3 viser skjematisk en krets som.kan anvendes for hvilken som helst av mellomforsterker-enhetene 4-7 etc. I hver mellomforsterker-enhet er en akustisk mottaker eller oppfanger 40 akustisk koblet til borestrengen for å motta akustiske signaler som sendes langsmed denne. Oppfangeren 40 er fortrinnsvis et aksellerometer av konvensjonell type, som anvender et Piezo-elektrisk krystall som et transduktorelement. Det akustiske signalet som oppfanges av mottakeren 40 (som i mellomforsterkeren 4 kan være et FSN-signal med frekvens 1000 - 1050 Hz), forsterkes ved hjelp av en forsterker 41 og mates så til den forste av et par faststoff-operasjonsforsterkere 42 og 43 som sammen virker som et hoypassfilter (to-tilstands-aktiv-filter) for det innkommende (mottatte) signal ved f^ Filteret 42 - 43 slipper gjennom signaler over 800 Hz, f.eks., og eliminerer således lave frekvensforstyrrelser slik som de som stammer fra boring, skraping av roret på siden av hullet etc.

Fra det siste trinnet 43 i to-trinns-hoypassfilteret mates signalet til den forste av et par faststoff-operasjonsforsterkere 44 og 45 som sammen tjener som et to-trinns-båndpassfilter som har et meget smalt passbånd, sentrert mellom 1000 Hz og 1050 Hz f.eks. (hvis ^-nominell frekvens er lOOO Hz). Et av båndpassfiltrene (44 eller 45) har sitt topp-punkt ved den

nedre FSN-frekvensen og det andre ved det hoyere frekvensen, f.eks. lOOO Hz og 1050 Hz.

Fra utgangen 46 i båndpassfilteret går signalet som slipper gjennom, til et punkt 47 som er et av to i par diagonalt motsatte inngangsterminaler av en ringmodulator 48,som omfatter fire dioder koblet mer eller mindre konvensjonelt. Den onskede anti-fasemessige eller "push-pull"-matning for den motsatte terminalen 49 oppnås ved å fore signalet ved 46 gjennom et signal inverterende trinn 50, hvis utgang er koblet til terminalen 49.

Hver mellomforsterker innbefatter frekvensomformende midler for

å endre bærerfrekvensen som mottas til den neste frekvensen i sekvensen, for gjenutsending. Denne frekvensplan eller sekvens er blitt beskrevet tidligere i forbindelse med fig. 1. Frekvens-omformermidler innbefatter en frekvensskift-oscillator som er omgitt av det stiplede rektangelet med henvisningstallet 51.

Denne frekvensskift-oscillatoren er helt lik oscillatoren i frekvensmodulatoren 24 (fig. 2) som tidligere er beskrevet,men utelater FET-moduleringsanordningen ettersom ingen frekvensmodulasjon av oscillatoren 51 onskes. Beskrivelsen vil derfor ikke bli gjentatt; idet det er tilstrekkelig å si her at utmatningen fra oscillatoren 51 fremkommer på lederen 52 og mates til en ikke-jordet leder 53 av de andre to i par diagonalt motsatte inngangsterminaler for modulatoren 58.

Frekvensskift-oscillatoren 51 har en frekvens på ±2 - f^ Hvis f1 er 1000 Hz, som tidligere angitt, kan f2 være 1200 Hz, slik at frekvensen for oscillatoren 51 kan være 200 Hz. Når den nominelle mottatte frekvens på 1000 Hz blandes eller moduleres (i modulatoren 48) med en lokaloscillatorfrekvens på 200 Hz, frem-bringes henholdsvis ovre og nedre sidebånd sentrert ved 1200 Hz og 800 Hz.

Utmatning fra ringmodulatoren 48 tas fra terminalen 53 og mates

til inngangen av en faststoff-operasjonsforsterker 54 som tjener som et båndpassfilter (som har et relativt bredt passbånd), hvilket velger for bruk et sidebånd fra utmatningen av modulatoren 48. Filteret 54 velger og slipper gjennom den nominelle frekvensen f2» det ovre sidebåndet (sentrert ved 1200 Hz) fra utmatningen fra modulatoren 48.

Utmatningen fra filteret 54 mates gjennom en fullbolge-begrenser som omfatter et par Zener-dioder 55 og 56, hvis hensikt er å kutte ut stoytopper og tilveiebringe en firkantbolge på utgangslederen 57, hvilken tilveiebringer en av inngangene for en fasekomparator 58 som befinner seg i en faselåst sloyfe 59. Hen-sikten med den faselåste sloyfen 59 er å skille mellom mottatte stoyutbrudd og vedvarende signal. Den andre inngangen for fasekomparatoren' 58 tas fra firkantbolgeutgangen av en spenningsstyrt oscillator 60 hvis frittlopende frekvens innstilles ved hjelp av en kondensator 61 og en motstand 62 koblet til visse terminaler av denne faststoff-oscillatorkrets.

Fasekomparatoren 58 opererer for å generere en kontroll-like-spenning som justerer den spenningsstyrte oscillatoren 60 til å holde dens frekvens lik den for det innkommende signalet (ved 57). Denne kontrollspenningen mates tilbake til oscillatoren 60 ved hjelp av et motstands-kondensatorfilter innbefattende en seriemotstand 63 og en Shunt-kondensator 64, hvor spenningen over kondensatoren 64 mates til oscillatoren 60 ved hjelp av lederen 65. Den tidligere nevnte like-spenningen er representativ for noklingen (frekvensskift), og den tilfores oscillatoren 60 for å opprettholde den låst med det frekvensendrede (og frekvensskift-noklede), mottatte signal.

Avvisning av stoy innenfor passbåndet av filteret 54 avhenger

av den fastlåste sloyfekretsen 57. Selektiviteten bestemmes av tidskonstanten for lavpassfilteret som er dannet av motstanden 63 og kondensatoren 64. Den faselåste sloyfen folger den mest vedvarende (dvs. den sterkeste) signalfrekvensen innenfor dens innfangningsområde, og således utforer vesentlig reduksjon av tilfeldig stoy. Den eliminerer også det svakeste av de to signalene med omtrentlig den samme frekvens. Med henvisning til fig. 1 er altså f2~signalet som når mellomforsterkeren 5 fra mellomforsterkeren 7 (i den ubnskede retningen), svakere enn f2~signalet som når mellomforsterkeren 5 fra mellomforsterkeren 4 ( i den onskede retningen). Dette ble forklart tidligere. Den faselåste sloyfen i mellomforsterkeren 5 låser på det sterkeste av disse to f2~signaler, og således fullt og helt eliminerer det svakeste f2~signalet (fra mellomforsterkeren 7 i den uonskede retningen).

Den frekvensmodulerte (FSN) bærerutmatningen fra den faselåste oscillatoren 60 (nominell eller hvilefrekvens f2, 1200 Hz, i lydområdet eller det akustiske området) mates ved hjelp av en leder 66 til inngangen av en effekt-forsterker 67, hvor den forsterkes. Den mates så til inngangstransformatoren 68 av et transformatorkoblet "push-pull".-eff ektutgangstrinn 69. Sekundæ-ren av utgangstransformatoren 70 i trinnet 69 er koblet til den akustiske senderen (lydkilde) 71, som er akustisk koblet til borestrengen 1 og mater den modulerte bæreren (hvilefrekvens 1^, f.eks. 1200 Hz, frekvensmodulert 1200 - 1250 Hz) til strengen. Antar man som tidligere at fig. 3 viser kretsen for mellomforsterkerenheten 4, sendes det akustiske signalet med frekvensen f2 i den onskede retning 10 (fig. 1), såvel som i den nedadgående eller uonskede retning.

Utifrå en betraktning av fig. 3 vil forskjellene mellom de tre mellomforsterker-enhetene i systemet ifolge oppfinnelsen være innlysende. (1) mellomforsterker-enheten 4 mottar på f1, 1000 Hz nominell, sender på f2, 1200 Hz nominell, frekvensskift-oscillator 200 Hz, velg ovre sidebånd fra modulatoren for.transmisjon, (2) mellomforsterkerenheten 5 mottar på fj, 1200 Hz nominell, sender på f3> 800 Hz nominell, frekvensskift-oscillator 400 Hz, velg nedre sidebånd fra modulator for transmisjon; (3) mellomforsterker- enhet en 6 mottar på f^, 800 Hz nominell, sender på f^* 100 Hz nominell, frekvensskift-oscillator 200 Hz, velg ovre sidebånd fra modulator for transmisjon.

Fig. 4 viser et skjematisk diagram av en typisk krets som kan anvendes ved overflaten i forforsterkerdelen 11 av overflate-enheten 8. En akustisk signalmottaker eller oppfanger 40', som fortrinnsvis er noyaktig lik mottakeren 40 som er beskrevet tidligere, fastspennes til utsiden av borestrengen 1 ved overflaten for således å være akustisk koblet til boreroret. Den FSN-akustiske eller lydbæreren som når overflaten fra den overste mellomforsterker-enheten (slik som 7 i fig. 1), plukkes opp av mottakeren 40' og mates til.inngangen av en faststoff-forsterker 72 som tilveiebringer en forsterkning på omkring 40 dB.

Fra utgangen av forsterkeren 72 mates det forsterkede signalet inn i en operasjonsforsterker 73 som er koblet til å operere som et hoypassfilter (enkelt-trinn-aktivt-filter), hvilket slipper gjennom alle signaler over f.eks. 800 Hz. Forsterkeren 73 er fortrinnsvis koblet på tilsvarende måte og opererer på tilsvarende måte som et av trinnene 42 eller 43 i fig. 3. Hoypassfilteret 73 virker til å fjerne eller eliminere lavfrekvens-

stoy, slik som stoy på grunn av maskiner ved overflaten.

Utgangssignalet fra hoypassfilteret 73 påtrykkes forbindelseskoblingen 12 som tidligere beskrevet, hvilken overforer signalet til overflateutlesningsdelen 13 av overflate-enheten 8.

Fig. 5 er et skjematisk diagram av en typisk krets som kan anvendes i overflaten i utlesningsdelen 13 i overflate-enheten 8.

I fig. 5 blir signalet som mottas fra forforsterker-enheten 11

via forbindelseskoblingen 12,matet inn i en operasjonsforsterker 73' som opererer som et hoypassfilter (enkelt-trinn-aktivt filter), hvilket slipper gjennom alle signaler over f.eks. 800 Hz og eliminerer lavfrekvensstoy. Forsterkeren 73<1> er koblet tilsvarende og opererer på tilsvarende måte som forsterkeren 73 (fig. 4), eller som ett av trinnene 42 eller 43 i fig. 3.

I fig. 5 er elementer som er de samme som de i fig. 3, angitt

med de samme henvisningstall, men bærer en markering.

Fra hoypassfilteret 73' mates signalet til det forste av et par faststoff-operasjonsforsterkere 44' og 45', som sammen tjener som et to-trinns båndpassfilter som har et meget smalt passbånd

(50 Hz, f.eks.), sentrert mellom 1200 Hz og 1250 Hz (hvis f2~nominell frekvens er 1200 Hz, se fig. 1). Smalbåndpassfilter-anordningen 44', 45' er fortrinnsvis helt lik anordningen 44, 45 i fig. 3.

Fra utgangen 46' i båndpassfilteret 44', 45' går signalet som slipper gjennom , gjennom en fullbolge-begrenser omfattende et par Zener-dioder 55' og 56', hvis formål er å kutte vekk stoytopper og tilveiebringe en firkantbolge på utgangslederen 57', hvilken tilveiebringer en av inngangene for en fasekomparator 58, som befinner seg i en faselåst sloyfe 59'. Den faselåste sloyfen 59' anvendes som en de-modulator og stoydiskriminator (hvilken skiller mellom mottatte stoyutslipp og et vedvarende signal). Den andre inngangen på fasekomparatoren 58' tas fra firkantbolgeutgangen av en spenningsstyrt oscillator 60' hvis frittlopende frekvens innstilles ved hjelp av en kondensator 61' og en motstand 62' som er koblet til visse terminaler av denne faststoff-oscillatorkrets.

Den faselåste sloyfen 59' (innbefattende elementene 58' og 60' - 65') er meget lik den korresponderende nummererte, faselåste sloyfe i fig. 3,og opererer på tilsvarende måte. Like-spenningen som fremkommer på lederen 56', er representativ for noklingen (frekvensskift), og den tilfores oscillatoren 60' for å opprettholde denne låst med FSN-signalet som mottas ved overflaten (fig. 1).

Kontroll-like-spenningen som fremkommer på utgangslederen 65' hvilken er representativ for noklingen og som tilfores oscillatoren 60' for å opprettholde denne låst med det innkommende eller mottatte signal (nominell frekvens f^ mottatt fra mellom-.... forsterker-enheten 7 i fig. 1), mates gjennom en transistor 74 koblet som en emitterfdiger for å tilveiebringe et lavimpedans-signal ved sin utgang. Man vil forstå at signalet som fremkommer på lederen 65', er den de-modulerte bæreren, dvs. at det er det modulerte signal som opprinnelig ble påtrykket bæreren.

Signalet fra transistorens 74 utgang (emitter) mates inn i en multipleksbryter 75 som styres av en klokkedriv-enhet 76. Bryteren 75 er lik bryteren 16 (fig. 2), men multiplekses ved sin utgang i stedet for ved sin inngang (som for bryteren 16). Det mottatte (de-modulerte) signalet kan mates i sekvens (slik som styrt av bryteren 75) til respektive fremvisningsapparat 77, 78 eller 79. Apparatet 77 kan være en digital-til-analog omformer-fremviser korrelert til avfoler nr.#l i fig. 2; apparatet 78

kan være en fremviser korrelert til avfoler nr. # 2 i fig. 2, og apparatet 79 kan være en pulsbredde-de-modulator (som anvendes når en pulsbredde-omformer anvendes ved 18 i fig. 2).

Fig. 6 viser visse detaljer av den mekaniske konstruksjon av en mellomforsterker-enhet (slik som 4, 5, 6 og 7 i fig. 1). Fig. 6 er et delvis vertikalt tverrsnitt av en under-enhet (a sub), i hvilken mottakerenheten er montert, slik at den kan trekkes tilbake på ethvert tidspunkt ved hjelp av et fiskeverktoy, fra overflaten. Underdelen (the sub) 93 er koblet ved hjelp av gjenger 94 ved sin ovre ende til den nedre enden av et boreror, hvilket danner en del av borestrengen 1. Legemet av underdelen 93 opp-viser sveisede finner 95 og 96, hvilke er sveiset ved en ende til innerveggen av legemet og sveiset ved sin andre, ende til et konsentrisk innerror 97. - Under boringen strommer boreslammet ned gjennom det ringformede mellomrommet 98, forbi finnene 95 og 96 som angitt ved pilene 99.

Inne i roret 97, glidbart innpasset i dette, befinner det seg et instrumenthus 100. Huset 100 omfatter en ovre kuleholderdel 101, en skiveliknende ovre monteringsplate 102 som er festet i huset, en mellomliggende skalldel 103, en skiveliknende bunnende-monteringsplate 104 som er festet i huset, og en bunn (nedre) rorformet fortsettelse HO.

Den ovre kuleholderdelen 101 har et antall kuler 105 som sitter

i radielle hull i denne delen. Eh lås 106 glir i den ovre ende-del 101, tvinges nedad av en fjær 107,og dens koniske overflate 108 tvinger kulene 105 inn i et halvsirkulært indre spor i roret 97. i denne tilstand låser kulene 105 instrumenthuset lOO i roret 97.

Hvis det er onskelig å fjerne instrumenthuset 100, kan en standard-fastholdingskrok (fiskeverktoy) nedsenkes inntil den haker seg på låsen 106. Ettersom låsen (lyster eller laskebolt) 106 heves, losner den kulene fra sporet i roret 97, og de faller så inn i et omkretsspor 109 som er tilveiebragt ved den nedre enden av låsen 106. Huset lOO kan så trekkes opp langsmed borestrengen.

Rommet innenfor skallet 103, mellom platene 102 og 104, tilveiebringer et instrumentkammer 111. Innenfor kammeret 111 er det montert forskjellige kretskomponenter som er vist i fig . 3 og tidligere beskrevet.

Krystalltype-aksellerometeret 40 (oppfanger eller lydmottaker) er fast festet til den indre siden av en plate 104 (i kammeret 111), som ved hjelp av en bolt 112 skruemessig er koblet til det ytre huset av aksellerometeret. Som tidligere nevnt, er aksellerometeret 40 en standard-fremstilt del som er lett tilgjengelig. Kompresjonsmessige bolger (dvs. lyd eller akustiske signaler)

som går langs borestrengen 1, når det underliggende legemet 93 (the sub body) gjennom en skrueformet kobling slik som 94, og

fra nevnte legeme går signalene gjennom finnene 95 og/eller 96, roret 97, kulene 105, huset 100 og platen 104 til oppfangeren 40.

Den akustiske senderen (lydkilde) 71 er en modifisert "utendors" type dynamisk hoyttaler som har et kuppelformet hus 113 i hvilket er en spole (til hvilken den elektriske energien med akustisk frekvens tilfores) som er bevegelig montert i det vanlige luftgapet i et magnetisk felt som befinner seg i huset 113, Denne spolen er festet til og driver membranen 114. Membranen 114

er festet til og driver et resonanselement 115,som i sin tur er festet ved hjelp av et flertall stenger 116 (fire i antall) til en plate 117 som er sentralt festet i en fast sylindrisk plugg 118. Pluggen 118 er festet til en monteringskrave 119, som i sin tur er festet til den indre flaten av en plate 102 (i kammeret 111). Vibrasjonsmessig energi (kompresjonsmessig bolge-energi) fra membranen 114 overfores ved hjelp av elementene 115 - 119

til platen 102, fra hvilken den går gjennom huset 100, kulene 1 5, roret 97 og finnene 95 og/eller 96 til'det underliggende legemet (the sub body) 93 og borestrengen 1.

Utifrå fig. 3 og 6 vil det nå være klart at i en mellomforsterker slik som 4, 5, 6 eller 7 (fig. 1), blir akustiske signaler som går langs borestrengen (boreror), plukket opp av oppfangeren eller mottakeren 40 og omformes av denne oppfangeren til elektriske signaler som forsterkes, filtreres, skiftes i frekvens, gjen-forsterkes og så påtrykkes lydkilden 71, hvilken omformer disse til akustiske signaler for re-utsending langs boreroret (borestrengen) .

I systemet ifolge oppfinnelsen kan signalene som sendes fra senkeboret (downhole), være av en hvilken som helst form som er hen-siktsmessig til å frekvensmodulere den akustiske (lyd-) bæreren. Det kan være et analogt amplitudesignal, et faseskift-signal, et binært ord-signal eller tidsintervallsignal. Hastigheten av dataoverføringen begrenses av den maksimale modulasjonsfrekvens.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til overføring av data i en forutbestemt retning,langs en borestang, omfattende modulasjon av et første bærebølgesignal med en nominell frekvens lik f^, utsendelse av dette modulerte bærebølgesignal langsmed borestangen, avføling av det transmiterte signal ved et fjernt punkt i borestangens lengderetning, konvertering av det modulerte bære-bølgesignal til et modulert annet bærebølgesignal med en nominell frekvens lik f^ r som er forskjellig fra det opprinnelige signals,og utsendelse av dette konverterte modulerte bærebølgesignal langsmed borestangen, karakterisert ved at det modulerte andre bærebølgesignalet (f,,) i et annet fjernt punkt i borestangens lengderetning konverteres til et modulert tredje bærebølgesignal med en nominell frekvens f^, som avviker fra de to andre nominelle frekvenser f^, f2, at dette modulerte bærebølgesignal f^ utsendes langsmed borestangen, og at det deretter konverteres til den opprinnelige nominelle frekvens f^ ved et sted langs borestangen, som befinner seg i en avstand fra utgangsstedet for det opprinnelige første bærebølgesignalet f^, som er tilstrekkelig til at de respektive signaler med den nominelle frekvens f^ innbyrdes er isolert fra hverandre som følge av akustisk dempning i borestangen.

2. Apparat for utøvelse av fremgangsmåten som angitt i krav 1, omfattende en mottager (3), som er anbragt i det indre av en stang av borerør og som er innrettet til å kunne motta signaler, som representerer data for tilstander, som eksisterer på borestedet, en signalgenerator og en modulator til konvertering av de mottatte signaler til et modulert første bærebølgesignal med den nominelle frekvens f^, en transducer som akustisk er forbundet med borerøret for å kunne mate det modulerte bære-bølgesignalet f1 inn i borerøret, hvor det utsendes i dettes aksiale retning i den forutbestemte retning, og en første signaloverføringsenhet (4), som er plassert et fjernt sted i borestangens indre, og som omfatter en mottager til å motta det modulerte bærebølgesignalet f^, som er utsendt langsmed borerøret av den førstnevnte transducer, og en omsetter til dels å endre det modulerte bærebølgesignal til et modulert annet bærebølgesignal med den nominelle frekvens f ? og til dels å mate borerøret med det frekvenskonverterte bærebølgesignal f2 til videre transmisjon gjennom dette i aksial og forutbestemt retning, karakterisert ved at det omfatter en annen signaloverføringsenhet (5) som er anbragt i avstand fra den første signaloverføringsenhet (4) i den forutbestemte retning, og hvis mottagerdel oppsamler akustisk energi ved frekvensen f2 for det modulerte andre bærebølgesignalet og retransmitterer denne akustiske energi i form av en modulert, tredje bærebølge med den nominelle frekvens f^, og en tredje signaloverføringsenhet (6), som er anbragt i avstand fra den andre signaloverføringsenheten i den forutbestemte retning og omfatter en mottagerdel til oppsamling av akustisk energi ved frekvensen f^ for det modulerte tredje bærebølgesignalet og til retransmittering av denne akustiske energi i form av en modulert bærebølge ved den opprinnelige nominelle frekvens f^.

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at det har en mottager (11) ved endepunktet for transmisjonen, hvilken mottager dels er forbundet med borestangen, dels med en demodulator (13), hvor de transmitterte data kan gjenvinnes.

4. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 2 eller 3, karakterisert ve daten forsterker (24) er anbragt mellom hver mottager og dennes tilknyttede transducer.