NO158153B

NO158153B - ISOLATED POINT GAP DEVICE FOR A TOROIDALLY CONNECTED TELEMETRY SYSTEM.

Info

Publication number: NO158153B
Application number: NO82823854A
Authority: NO
Inventors: Harrison C Smith; William J Mcdonald
Original assignee: Tele Drill Inc
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1982-11-17
Publication date: 1988-04-11
Also published as: NO823854L; NO158153C

Description

Oppfinnelsen angår en isolert punktgap-anordning for et The invention relates to an isolated point gap device for a

toroidalt koplet telemetrisystem, hvor et vektrør som kan innsettes i den nedre del av en borestreng, bærer en toroidal kjerne med primærviklinger, slik at data som skal telemetrisk overføres til overflaten kan innføres i den toroidale kjerne gjennom primærviklingene. Selv om foreliggende oppfinnelse kan anvendes under hele levetiden av et borehull, er den i første rekke beregnet for frem-bringelse av sanntidsoverføring av store datamengder samtidig under boringen. Dette forhold er på fagområdet ofte omtalt som en nedhulls-måling under boring eller ganske enkelt målinger under boring (MWD). toroidally coupled telemetry system, where a weight tube that can be inserted in the lower part of a drill string, carries a toroidal core with primary windings, so that data to be transmitted telemetrically to the surface can be introduced into the toroidal core through the primary windings. Although the present invention can be used during the entire lifetime of a borehole, it is primarily intended for the production of real-time transmission of large amounts of data simultaneously during drilling. This relationship is often referred to in the field as a downhole measurement during drilling or simply measurements during drilling (MWD).

Målinger under boringen vil muliggjøre en mer sikker, mer effektiv og mer økonomisk boring, såvel i undersøkelses- Measurements during drilling will enable safer, more efficient and more economical drilling, both in survey and

brønner som i produksjonsbrønner og det vil kunne reageres øyeblikkelig på mulige brønnkontrollproblemer. Derved vil slamprogrammene kunne gjøres bedre og man kan velge mer nøyaktig hvorledes foringsrøret skal plasseres. Samtidig vil man kunne unngå kostbare boreavbrudd mens det sirkuleres slam, for å undersøke hydrokarbonforekomster ved borebrudd eller mens logging gjennomføres for å forsøke å forutse unormale trykksoner. wells as in production wells and it will be possible to react immediately to possible well control problems. Thereby, the mud programs can be improved and you can choose more precisely how the casing is to be placed. At the same time, it will be possible to avoid costly drilling interruptions while mud is being circulated, to investigate hydrocarbon deposits in case of drilling interruptions or while logging is carried out to try to predict abnormal pressure zones.

Boring blir hurtigere og billigere som et resultat av samtids-målinger av parametere så som kronevekt, dreiemoment, slitasje og lagringsbetingelse. Jo hurtigere inntrengningshastighet, Drilling becomes faster and cheaper as a result of simultaneous measurements of parameters such as bit weight, torque, wear and storage conditions. The faster the penetration rate,

jo bedre fremdriftsplanlegging, reduserte utstyrsfeil, for-sinkelser for retningsmålinger og eliminasjon av behovet for å avbryte boring for detektering av unormalt trykk, kan føre til en 5 - 15% forbedring i total borehastighet. the better progress planning, reduced equipment errors, delays for directional measurements and elimination of the need to interrupt drilling for abnormal pressure detection, can lead to a 5 - 15% improvement in overall drilling speed.

I tillegg kan nedhulls-målinger under boringen redusere kost-nadene for forbruksvarer, så som borefluider og kroner, og kan til og med hjelpe til å unngå en utherding av røret for tidlig. Skulle MWD tillate eliminasjon av en enkeltstreng av foringsrør, vil ytterligere besparelse kunne oppnås da mindre hull kan bores for å nå den tilstrebede horisont. Da tiden for boring av en brønn kan bli redusert vesentlig kan flere brønner bores pr. år ned tilgjengelige rigger. Besparelsene som er beskrevet vil være fri kapital for ytterligere undersøkelser og utvikling av energiforråd. In addition, downhole measurements during drilling can reduce the costs of consumables, such as drilling fluids and crowns, and can even help to avoid premature hardening of the pipe. Should MWD allow the elimination of a single string of casing, further savings could be achieved as smaller holes could be drilled to reach the target horizon. As the time for drilling a well can be significantly reduced, several wells can be drilled per years down available rigs. The savings described will be free capital for further research and development of energy storage.

Ytterligere kjennskap til underjordiske formasjoner vil bli forbedret. Nedhullsmålinger under boring vil tillate mer nøy-aktig valg av soner for kjerneboring og relevant informasjon om formasjonen vil bli oppnådd mens formasjonen er ferskt gjennomtrengt og minst påvirket av slamfiltrat. Videre vil avgjørelser vedrørende fullføring og utprøving av en brønn kunne gjøres hurtigere og på mer kompetent måte. Further knowledge of underground formations will be enhanced. Downhole measurements during drilling will allow more accurate selection of zones for core drilling and relevant information about the formation will be obtained while the formation is freshly penetrated and least affected by mud filtrate. Furthermore, decisions regarding the completion and testing of a well will be able to be made more quickly and in a more competent manner.

Det er to hovedfunksjoner som må utøves av et kontinuerlig MWD.system: (1) målinger nede i hullet, og (2) dataoverføring. There are two main functions that must be performed by a continuous MWD system: (1) downhole measurements, and (2) data transfer.

Foreliggende oppfinnelse vedrører dataoverføringstrekket ved MWD. I den senere tid er flere systemer blitt i hvert fall teoretisk fremlagt for å gi overføring av nedhulls data. The present invention relates to the data transmission feature at MWD. In recent times, several systems have been presented, at least theoretically, to provide transmission of downhole data.

Disse tidligere kjente systemer kan beskrivende kjennetegnes som: (II slamtrykkpuls, (2) isolert leder, (3) akustisk bølger og (4) elektromagnetiske bølger. These previously known systems can be descriptively characterized as: (II mud pressure pulse, (2) insulated conductor, (3) acoustic waves and (4) electromagnetic waves.

I et slamtrykkpulssystem blir motstanden mot strøm av slam gjennom en borestreng modulert ved hjelp av en ventil og kontrollmekanismen er montert i en spesiell borkrave nær kronen. In a mud pressure pulse system, the resistance to flow of mud through a drill string is modulated by means of a valve and the control mechanism is mounted in a special drill collar near the bit.

Kommunikasjonshastigheten er hurtig da trykkpulsen går opp gjennom slamsøylen ved eller nær hastigheten for lyden i slam, eller ca. 1.219 - 1.524 m/sek. Imidlertid vil overførings-hastigheten for målingene være relativt langsomme på grunn av pulsspredning, modulasjonshastighetsbegrensninger og andre avbrytende begrensninger såsom kravet for overføring av data i relativt støyende omgivelser. The communication speed is fast as the pressure pulse travels up through the mud column at or close to the speed of sound in mud, or approx. 1,219 - 1,524 m/sec. However, the transmission speed for the measurements will be relatively slow due to pulse spreading, modulation speed limitations and other interrupting limitations such as the requirement for data transmission in relatively noisy environments.

Isolerte ledere, eller ledningsforbindelse fra kronen til overflaten, er en alternativ metode for tilveiebringelse av ned-hullsforbindelser. Fordelene ved wire- eller kabelsysterner er: (1) muligheten for høy datahastighet, (2) effekt kan sendes ned i hullet, og (3) to-veis kommunikasjon er mulig. Denne systemtype har imidlertid minst to ulemper; den krever at trådledningen installeres i eller festes til borerøret og den krever forandring i vanlig riggoperasjonsutstyr og prosedyre. Insulated conductors, or crown-to-surface wire connection, is an alternative method of providing downhole connections. The advantages of wire or cable systems are: (1) the possibility of high data rates, (2) power can be sent down the hole, and (3) two-way communication is possible. However, this type of system has at least two disadvantages; it requires the wireline to be installed in or attached to the drill pipe and it requires a change in normal rig operating equipment and procedure.

En ledningsmetode er å føre en elektrisk kopling og kabel som passer til sensorer i en borkravedel. Ufordelaktige eller ulempene ved denne anordning er nødvendigheten av å trekke ut kabel, og så erstatte den hver gang en forbindelse av borerør tilføres til borestrengen. I dette og lignende systemer er den isolerte leder- utsatt for feil som et resultat av slipende betingelser i slamsystemet og slitasje bevirket av rotasjon av borstrengen. Dessuten vil kabelteknikken vanligvis medføre klossede håndteringsproblemer, særlig under tilføying eller fjerning av forbindelser av borerør. One wiring method is to run an electrical connector and cable that fits sensors in a drill bit. Disadvantages or disadvantages of this device is the necessity of pulling out cable, and then replacing it every time a connection of drill pipe is supplied to the drill string. In this and similar systems, the insulated conductor is prone to failure as a result of abrasive conditions in the mud system and wear caused by rotation of the drill string. Moreover, the cable technique will usually entail awkward handling problems, especially during the addition or removal of drill pipe connections.

Som tidligere antydet, vil overføring av akustiske eller seis-miske signaler gjennom et borerør, slamsøyle eller jorden gi en annen mulighet for kommunikasjon. Ved slike systemer vil en akustisk (eller seismisk) generator bli plassert nær kronen. Effek til denne generator vil måtte tilføres nede i hullet. As previously indicated, the transmission of acoustic or seismic signals through a drill pipe, mud column or the earth will provide another possibility for communication. In such systems, an acoustic (or seismic) generator will be placed close to the crown. Power for this generator will have to be supplied down the hole.

Den meget lave intensistet for signalet som kan bli dannet The very low intensity of the signal that can be generated

i hullet sammen med den akustiske støy som dannes av bore-systemet gjør signaldetekteringen vanskelig. Reflekterende og refraktiv interferens skriver seg fra forandring i dia- in the hole together with the acoustic noise generated by the drilling system makes signal detection difficult. Reflective and refractive interference is written from changes in dia-

metre og gjengeoppbyggingen av verktøyforbindeIsene og vil falle sammen med signaldempningsproblemer for borerørsoverføring. Videre vil signal-støybegrensningen for hver akustisk overførings-bane ikke være veldimensjonert. meter and the thread build-up of the tool connectors and will coincide with signal attenuation problems for drill pipe transmission. Furthermore, the signal-to-noise limitation for each acoustic transmission path will not be well dimensioned.

Den siste tidligere kjente hovedteknikk omfatter overføring The last prior art main technique involves transfer

av elektromagnetiske bølger gjennom et borerør og jorden. I denne forbindelse vil elektromagnetiske pulser som bærer nedhulls- of electromagnetic waves through a drill pipe and the earth. In this connection, electromagnetic pulses carrying downhole

data bli innført i et toroid som er plassert nærliggende til en borkrone. En primærvikling som bærer data på overføring vikles rundt toroidet og en sekundærvikling dannes av bore-røret. En mottager er forbundet med jorden ved overflaten og de elektromagnetiske data samles opp og registreres ved overflaten. data is entered into a toroid which is placed close to a drill bit. A primary winding carrying data on transmission is wound around the toroid and a secondary winding is formed by the drill pipe. A receiver is connected to the earth at the surface and the electromagnetic data is collected and recorded at the surface.

Ved vanlige vanlige borestreng-toroidutforminger har man et problem i at det ytre lag som må beskytte toroidviklingene også må danne strukturell enhet med toroidet. Da toroidet er plassert i borkraven vil store mekaniske belastninger bli utøvet på det. Disse belastninger innbefatter strekk, kompresjon, torsjon og søylebøying. Disse konstruktive problemer er meget vesentlige når det erkjennes at: (1) ved tidligere kjente toroidutforminger den ledende borkrave kan festes med begge ender til den ytre omhylling av toroidet, (2) slik strukturer danner en bane for en overslagsvinding, og (3) for å forhindre overslag var et omkretsisolasjonsgap i borkraven krevet til tross for de hårde omgivelsespåkjenninger. In the case of normal drill string toroid designs, one has a problem in that the outer layer which must protect the toroid windings must also form a structural unit with the toroid. As the toroid is placed in the drill collar, large mechanical loads will be exerted on it. These loads include tension, compression, torsion and column bending. These constructive problems are very significant when it is recognized that: (1) in previously known toroid designs, the conductive drill collar can be attached with both ends to the outer casing of the toroid, (2) such structures form a path for a bypass winding, and (3) for to prevent flashover a perimeter insulation gap in the drill collar was required despite the harsh environmental stresses.

Problemene og uoppnådde ønsker som er omtalt i det ovenstående The problems and unachieved wishes mentioned in the above

er ikke ment å va:re utfyllende, men mer representative for de store vanskeligheter på området med overføring av borehullsdata. Andre problemer kan også eksistere, men de som angitt ovenfor for å være tilstrekkelig til å demonstrere rom for vesentlig forbedring på fagområdet telemetrisk MWD overføring av borehullsdata.. are not intended to be complementary, but more representative of the major difficulties in the area of transmission of borehole data. Other problems may also exist, but those indicated above to be sufficient to demonstrate room for significant improvement in the field of telemetric MWD transmission of borehole data..

Det er derfor en hovedhensikt med foreliggende oppfinnelse It is therefore a main purpose of the present invention

å tilveiebringe et nytt apparat for bruk i et system for fordelaktig telemetrisk overføring av store mengder sanntidsdata fra et borehull til overflaten. to provide a new apparatus for use in a system for advantageous telemetric transmission of large amounts of real-time data from a borehole to the surface.

Den spesielle hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe The particular purpose of the invention is to provide

et toroidalt koplet dataoverføringssystem hvor den normale virkning av en konvensjonell borkrave ikke blir forstyrret. a toroidally coupled data transmission system where the normal operation of a conventional drill collar is not disturbed.

Det er en videre hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe It is a further object of the invention to provide

et nytt toroidalt koplet dataoverføringssystem hvor borkragen er utstyrt med elektrisk isolasjonssystem for å forhindre overslag til sekundørviklingen av det telemetriske datasystem. a new toroidally coupled data transmission system where the drill collar is equipped with an electrical isolation system to prevent flashover to the secondary winding of the telemetric data system.

Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny elektrisk isolasjonsanordning for en MWD.borkragt, som er meget ujevn og praktisk for understøttet drift i hullet, mens det samtidig gir et totoidalt koplet sanntids-dataoverførings-system. It is further an object of the invention to provide a new electrical isolation device for a MWD drill, which is very uneven and practical for supported operation in the hole, while at the same time providing a totoidally coupled real-time data transmission system.

Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe It is further an object of the invention to provide

en ny elektrisk isolasjonskonstruksjonsanordning hvor den strukturelle integritet for borkragen i det vesentlige opprettholdes, mens det samtidig tilveiebringes en elektrisk isolasjon av et toroidalt koplet datatelemetrisystem. a novel electrical isolation construction device wherein the structural integrity of the drill collar is substantially maintained while simultaneously providing electrical isolation of a toroidally coupled data telemetry system.

en ny elektrisk isolasjonskonstruksjonsanordning som kan fremstilles på lett måte og installeres i en borkrage og lett kan repareres uten å kreve at en operatør skal "bryte ut" borkragen. a new electrical isolation construction device that can be easily manufactured and installed in a drill collar and can be easily repaired without requiring an operator to "break out" the drill collar.

I henhold til oppfinnelsen, er en isolert punktgapanordning av den i innledningen nevnte art kjennetegnet ved at den innbefatter en åpning, utformet sideveis gjennom veggen til vektrøret, et elektrisk isolasjonselement som er tett plassert i og bæres av åpningen gjennom veggen i vektrøret, en leder som strekker seg gjennom det elektriske isolasjonselement og er elektrisk isolert av dette mot vektrøret, og minst en sekundærvikling på den toroidale kjerne, idet en ende av sekundærviklingen er forbundet med ledere og den andre enden er forbundet med vektrøret. According to the invention, an isolated point gap device of the type mentioned in the introduction is characterized by the fact that it includes an opening, formed laterally through the wall of the neck tube, an electrical insulating element which is tightly placed in and carried by the opening through the wall of the neck tube, a conductor which extends through the electrical insulating element and is electrically insulated by it from the neck tube, and at least one secondary winding on the toroidal core, one end of the secondary winding being connected to conductors and the other end being connected to the neck tube.

Andre hensikter og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse av en foretrukket utførelse, sett i forbindelse med den vedlagte tegning, hvor: Fig. 1 er et perspektivriss fra nedhullsenden av en borestreng som omfatter en borkrave og et toroidalt koplet MWD-system for kontinuerlig telemetrisk overføring av sanntidsdata til overflaten, Other purposes and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description of a preferred embodiment, seen in connection with the attached drawing, where: Fig. 1 is a perspective view from the downhole end of a drill string comprising a drill collar and a toroidally connected MWD- system for continuous telemetric transmission of real-time data to the surface,

fig. 2 er et skjematisk riss av MWD-telemetrisystemet beskrevet på fig. 1, innbefattende et blokkdiagram av en nedhulls-elektronikkpakke som konstruktivt er utformet i et stykke fig. 2 is a schematic diagram of the MWD telemetry system described in FIG. 1, including a block diagram of a downhole electronics package constructed in one piece

med borkraven, samt et opphullssignal opptakssystem, with the drilling collar, as well as a downhole signal recording system,

fig. 3 er et planriss av opphullssysternet for opptak av MWD-datasignaler, fig. 3 is a plan view of the downhole system for recording MWD data signals,

fig. 4 er et skjematisk riss med delene trukket fra hverandre fig. 4 is a schematic view with the parts pulled apart

av en toroid enhet og en isolert punktgapanordning i of a toroidal device and an isolated point gap device i

samsvar med foreliggende oppfinnelse, og accordance with the present invention, and

fig. 5 er et delsideriss av den isolerte punktgapanordning som fig. 5 is a partial side view of the isolated point gap device which

er beskrevet på fig. 4. is described in fig. 4.

Det vises nå til tegningene, hvor like henvisningstall indikerer like deler og det er vist forkjellige riss av et toroidalt koplet telemetrisk system med hvilket foreliggende oppfinnelse har spesiell anvendelse og detaljer av en foretrukken utførelse av den isolerte punktgapanordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse . Reference is now made to the drawings, where like reference numbers indicate like parts and different views of a toroidally coupled telemetric system with which the present invention has particular application and details of a preferred embodiment of the isolated point gap device in accordance with the present invention are shown.

Før det gis en detaljert beskrivelse av foreliggende konstruk-sjonsanordning kan det være hensiktsmessig å skissere rammen for foreliggende oppfinnelse. I denne forbindelse og under henvisning til fig. 1 er det vist en vanlig rotasjonsring 20 Before giving a detailed description of the present construction device, it may be appropriate to outline the framework for the present invention. In this connection and with reference to fig. 1, a conventional rotation ring 20 is shown

som kan drives for boring av et borehull gjennom forskjellige jordlag. Rotasjonsringen 20 innbefatter en mast 24 av den type som benyttes for understøttelse av en beveget blokk 26 og forskjellig heiseutstyr. Masten understøttes på en under-konstruksjon 28 som står over ringrom og avstenger boresikrings-ventiler 30. Borerør 32 senkes fra ringen gjennom overflate- which can be operated for drilling a borehole through different soil layers. The rotation ring 20 includes a mast 24 of the type used to support a moved block 26 and various lifting equipment. The mast is supported on a sub-structure 28 which stands above the annulus and shuts off drilling safety valves 30. Drill pipe 32 is lowered from the annulus through surface

foringsrøret 34 og ned i borehullet 36. Borerøret 32 utstrekker seg gjennom borehullet til en borkrave 38 som er festet ved sin fjerne ende til en vanlig borkrone 40. Borkronen 40 dreies av borestrengen eller en neddykket motor og trenger ned gjennom forskjellige jordlag. the casing 34 and down into the drill hole 36. The drill pipe 32 extends through the drill hole to a drill collar 38 which is attached at its far end to an ordinary drill bit 40. The drill bit 40 is turned by the drill string or a submerged motor and penetrates down through various soil layers.

Borkraven 3 8 er utformet for å utøve en vekt på borkronen 40 The drill collar 3 8 is designed to exert a weight on the drill bit 40

for å lette inntrengning. to facilitate penetration.

Følgelig er slike borkroner vanligvis utformet med relativt tykke sidevegg og er utsatt for alvorlig strekk, kompresjon, torsjon, søylebøying, sjokk og knusebelastninger. I foreliggende system tjener borkraven videre til å omslutte et data-overføringstoroid 42 som omfatter en viklingskjerne for et nedhullsdata-telemetrisystem. Til slutt virker foreliggende borkrave 38 også som en understøttelse for opphenging av et konsentrisk opphengt telemetrisk verktøy 44 som kan drives for å detektere overføring av nedhullsdata til overflaten samtidig med vanlig drift av boreutstyret. Accordingly, such drill bits are usually designed with relatively thick sidewalls and are subject to severe tension, compression, torsion, column bending, shock and crushing loads. In the present system, the drill collar further serves to enclose a data transmission toroid 42 which includes a winding core for a downhole data telemetry system. Finally, the present drill collar 38 also acts as a support for suspending a concentrically suspended telemetric tool 44 which can be operated to detect transmission of downhole data to the surface simultaneously with normal operation of the drilling equipment.

Det telemetriske verktøy 44 er sammensatt av et antall seksjoner i serie. Mer spesielt er en batteripakke 4 6 etterfulgt av en avfølende og data eller elektronikkoverføringsseksjon 48 som er konsentrisk holdt og elektrisk isolert fra det indre av borkraven 38 ved hjelp av et antall radielt forløpene fingre 50 som er sammensatt av et ettergivende dielektrisk materiale. The telemetric tool 44 is composed of a number of sections in series. More particularly, a battery pack 46 is followed by a sensing and data or electronics transfer section 48 which is concentrically held and electrically isolated from the interior of the drill collar 38 by means of a number of radially extending fingers 50 which are composed of a compliant dielectric material.

Det vises nå til fig. 2 og 3 hvorav det fremgår diagrammer for et toroidalt koplet telemetrisk system. I dette system blir borkrave, omgivelses og/eller formasjonsdata tilført til verk-tøyets dataelektronikkseksjon 48. Denne seksjon innbefatter en på/av-kontroll 52, en A/D omformer 54, en modulator 56 og en mikroprosessor 58. En antall sensorer 60, 62 etc. plassert over borestrengen tilfører data til elektronikkseksjonen 48. Reference is now made to fig. 2 and 3 from which diagrams for a toroidally coupled telemetric system appear. In this system, drill collar, environmental and/or formation data is supplied to the tool's computer electronics section 48. This section includes an on/off control 52, an A/D converter 54, a modulator 56 and a microprocessor 58. A number of sensors 60, 62 etc. located above the drill string supplies data to the electronics section 48.

Ved mottak av en trykkpulskommando 66 eller utløp av en "tiden-er ute"-enhet, alt etter valg, vil elektronikkenheten energiseres motta de siste data fra sensorene og begynne overføring av data til en effektforsterker 68. Upon receipt of a pressure pulse command 66 or expiration of a "time-out" device, whichever is selected, the electronics unit will be energized to receive the latest data from the sensors and begin transmitting data to a power amplifier 68.

Elektronikkenheten og effektforsterkeren energiseres fra nikkel-kadmiumbatteriet 70 som er utformet for å gi riktig drifts-spenning og strøm. The electronics unit and the power amplifier are energized from the nickel-cadmium battery 70 which is designed to provide the correct operating voltage and current.

Driftsdata fra elektronikkenheten blir sendt til effektforsterkeren 6 8 som tilveiebringer frekvensen, effekten og faseutgangen for data. Data blir så skiftet til effektforsterkeren 68. Forsterkerutgangen blir koplet til dataoverføringstoroidet 4 2 som elektrisk er tilnærmet en stor omformer hvor borestrengen 32 er en del av sekundærviklingen. Operating data from the electronics unit is sent to the power amplifier 6 8 which provides the frequency, power and phase output for data. Data is then switched to the power amplifier 68. The amplifier output is connected to the data transmission toroid 4 2 which electrically is approximately a large converter where the drill string 32 is part of the secondary winding.

Signalene som sendes ut fra toroidet 42 er i form av elektromagnetiske bølgefronter 52 som går gjennom jorden. Disse bølger trenger eventuelt gjennom jordflaten og tas opp av et opphulls-system 72. The signals emitted from the toroid 42 are in the form of electromagnetic wave fronts 52 which pass through the earth. These waves possibly penetrate the earth's surface and are taken up by a hole system 72.

Opphulls-systemet 72 omfatter radielt forløpende mottagerarmer 74 av elektriske ledere. Disse ledere legges direkte på marken og kan utstrekke seg over 91 - 122 m bort fra borestedet. The hole system 72 comprises radially extending receiving arms 74 of electrical conductors. These conductors are laid directly on the ground and can extend over 91 - 122 m away from the drilling site.

Selv om de generelt radielle mottagerarmer 74 er plassert Although the generally radial receiver arms 74 are located

rundt boreplattformen, som vist på fig. 3, er de ikke i elektrisk kontakt med plattformen eller boreriggen 20. around the drilling platform, as shown in fig. 3, they are not in electrical contact with the platform or the drilling rig 20.

De radielle mottagerarmer 74 krysser de elektromagnetiske bølgefronter 52 og mater tilsvarende signaler til en signal-opptaksanordning 7 6 som filtrerer og stryker fremmed støy som er blitt tatt opp, forsterker tilsvarende signaler og sender dem til en lavnivå-mottager 78. The radial receiver arms 74 cross the electromagnetic wavefronts 52 and feed corresponding signals to a signal recording device 76 which filters and removes extraneous noise that has been recorded, amplifies corresponding signals and sends them to a low-level receiver 78.

Et prosessor- og fremvuser system 80 mottar rådatautgangen A processor and display system 80 receives the raw output

fra mottageren, utøver eventuelle nødvendige beregninger og feilkorreksjoner og fremviser data i et anvendbart format. from the receiver, performs any necessary calculations and error corrections and presents data in a usable format.

Det vises nå til fig. 4 hvor det er vist et skjematisk delriss med deler fjernet av det tidligere anførte dataoverførings-toroid 42. I dette riss er toroidet sammensatt av et antall sylindriske deler (ikke vist) og som er plassert i området 82. Uttrykket "toroid og toroidal" er uttrykk på industri-området og viser til sylindriske konstruksjoner i motsetning til den strengt nøyaktige geometriske definisjon av et legeme dannet av en sirkel. En øvre endeblokk 84 og en nedre endeblokk 8 6 illustrerer formen for de mellomliggende toroider. De sylindriske toroidkjerner er sammensatt av ferromagnetisk materiale, såsom siliciumstål, permalloy, etc. Endeblokken er sammensatt av aluminium med et isolasjonsblekk og tjener til å holde de mellomliggende toroidkjerner i stilling og danne endedeler for mottak av en primærtoroid vikling 88. Reference is now made to fig. 4 where a schematic partial view with parts removed of the previously mentioned data transmission toroid 42 is shown. In this view, the toroid is composed of a number of cylindrical parts (not shown) and which are located in the area 82. The term "toroid and toroidal" is expression in the industrial area and refers to cylindrical constructions as opposed to the strictly precise geometric definition of a body formed by a circle. An upper end block 84 and a lower end block 86 illustrate the shape of the intermediate toroids. The cylindrical toroid cores are composed of ferromagnetic material, such as silicon steel, permalloy, etc. The end block is composed of aluminum with an insulating ink and serves to hold the intermediate toroid cores in position and form end pieces for receiving a primary toroid winding 88.

Toroidpakken er montert om en spindel 90 som utstrekker seg The toroid pack is mounted on a spindle 90 which extends

opp gjennom toroidkravene. På fig. 4 er imidlertid spindelen brutt bort for bedre å illustrere primærviklingen 88 for toroidet. Spindelen 90 har en radielt forløpende flens 92 up through the toroid requirements. In fig. 4, however, the spindle is broken away to better illustrate the primary winding 88 of the toroid. The spindle 90 has a radially extending flange 92

som hviler på og er boltet til en bunndel 9 4 som er forbundet med borkraven. En tilsvarende støtteanordning, ikke vist, er anordnet over en isolert avstandsring 9 6 og en elektrisk for-bindelsesblokkanordning 9 8 for på fast måte å sikre å forbinde toroidseksjonen 42 til borkraven 38. Herved blir toroidet en del av borkraven og boreslam strømmer i en uavbrutt bane gjennom sentrum på spindelen 90 for å tillate en kontinuerlig boreoperasjon. Selv om av illustrasjonskroner borkraven 38 which rests on and is bolted to a bottom part 9 4 which is connected to the drill collar. A corresponding support device, not shown, is arranged above an insulated spacer ring 9 6 and an electrical connection block device 9 8 to firmly ensure connecting the toroid section 42 to the drill collar 38. Hereby the toroid becomes part of the drill collar and drilling mud flows in an uninterrupted path through the center of spindle 90 to permit a continuous drilling operation. Although of illustration crowns the drill requirement 38

er vist på fig. 4 som brutt ved linjen 91, vil i vanlig praksis borkraven være utformet i et stykke fra topp til bunn. is shown in fig. 4 as broken at line 91, in normal practice the drill collar will be designed in one piece from top to bottom.

Som tidligere antydet er et telemetrisk verktøy 44 utformet As previously indicated, a telemetry tool 44 is designed

for å plasseres i borkraven 38 og henger fra borkraven med en landingskopling 110 med radielle armer 112 forbundet med den øvre del av verktøyet 44. to be placed in the drill collar 38 and suspended from the drill collar by a landing coupling 110 with radial arms 112 connected to the upper part of the tool 44.

Batteripakken 46 er skjematisk vist innesluttet i et øvre segment av verktøyet 44. En negativ pol på batteripakken er forbundet med verktøyet 44 som er i direkte elektrisk forbindelse med borkraven 38 og borerør 32, se det skjematiske riss ved 114.. Den positive endepol av batteripakken 4 6 utstrekker seg langs linjen 116 til en datakilde som skjematisk er angitt ved 118. Data som skal overføres til overflaten blir matet inn i toroidsystemet ved dette punkt. Ledningen 116 The battery pack 46 is schematically shown enclosed in an upper segment of the tool 44. A negative pole of the battery pack is connected to the tool 44 which is in direct electrical connection with the drill collar 38 and drill pipe 32, see the schematic drawing at 114.. The positive end pole of the battery pack 4 6 extends along line 116 to a data source schematically indicated at 118. Data to be transmitted to the surface is fed into the toroidal system at this point. Line 116

mates så videre til en elektrisk koplingsføring, som skjematisk er vist ved 12 0. Føringen kan være en spider-understøttelses-anordning som verktøyet glir inn i for å tilveiebringe en elektrisk kopling mellom ledningen 116 og den elektriske forbindelse 122. Ledningen passerer så gjennom en sylindrisk isola-sjonshylse 124 og forbindes direkte til primærviklingen 88 på toroidanordningen 42. Den andre enden av toroidets primærvikling utstrekker seg gjennom den elektriske blokks hus 9 8 is then fed to an electrical coupling guide, which is schematically shown at 120. The guide may be a spider support device into which the tool slides to provide an electrical connection between the lead 116 and the electrical connection 122. The lead then passes through a cylindrical insulating sleeve 124 and is connected directly to the primary winding 88 of the toroid device 42. The other end of the toroid's primary winding extends through the electrical block housing 9 8

ved 12 6 og danner en forbindelse i den ytre omhylling på den elektriske forbindelse 122 som står i forbindelse med verk-tøyets ytre omhylling gjennom ledningen 128 og således tilbake til jord i borkraven ved 114. at 12 6 and forms a connection in the outer casing of the electrical connection 122 which is connected to the tool's outer casing through the wire 128 and thus back to earth in the drill collar at 114.

Minst en sekundærvikling 130 er anordnet på toroidkjernene At least one secondary winding 130 is arranged on the toroid cores

ved området 82, som ved en foretrukket utførelse omfatter en ledende strimmel 132. Den ledende strimmel 132 starter ved et markeringspunkt 134 på den øvre endeblokk 84, utstrekker seg lans det indre av toroidkjernekravene og langs utsiden av kjernekravene, se segment 136, ned til det indre igjen, se segment 138, og opp til utsiden av kjernekraven, se segment 140, for å ende ved monteringspunktet 142. Strimmelen 132 er således viklet to vindinger rundt toroidkjernekravene. at region 82, which in a preferred embodiment includes a conductive strip 132. The conductive strip 132 starts at a marking point 134 on the upper end block 84, extends along the interior of the toroid core collars and along the outside of the core collars, see segment 136, down to the inner again, see segment 138, and up to the outside of the core collar, see segment 140, to end at the mounting point 142. The strip 132 is thus wound two turns around the toroid core collars.

Startpunktet 134 til den andre strimmel er elektrisk forbundet med en tapp 144 som på sin side er elektrisk koplet til borkraven via det elektriske forbindelsesblokkhus 98, den ytre omhylling for den elektriske forbindelse 122, ledning 128 og de radielle armer 112. The starting point 134 of the second strip is electrically connected to a pin 144 which in turn is electrically connected to the drill collar via the electrical connection block housing 98, the outer casing for the electrical connection 122, wire 128 and the radial arms 112.

Den andre enden av den sekundære strimmel er elektrisk forbundet med en leder 150,. Lederen 150 utstrekker seg gjennom en elektrisk isolasjonsdel 152 som er montert i en åpning 154 plass- The other end of the secondary strip is electrically connected to a conductor 150. The conductor 150 extends through an electrical insulating part 152 which is mounted in an opening 154 space-

ert i sideretning gjennom veggen til borkraven 38. pea laterally through the wall of the drill collar 38.

Ved en foretrukken utførelsesform er åpningen 154 sirkulær In a preferred embodiment, the opening 154 is circular

i tverrsnitt, se fig. 5, men andre former kan også benyttes ved oppfinnelsen. Isolasjonsdelen 152 er sammensatt av et dielektrisk materiale som kan være relativt tykt eller omfatte et belegg på 0,15 mm eller noe mer i tykkelse, forutsatt at den ønskede elektriske isolasjon for lederen f ra borkraven oppnås. I denne forbindelse er elektrisk isolasjon krevet mellom leder 150 og borkrave 38 for å forhindre et overslag over sekundærviklingen. in cross section, see fig. 5, but other forms can also be used in the invention. The insulating part 152 is composed of a dielectric material which can be relatively thick or comprise a coating of 0.15 mm or somewhat more in thickness, provided that the desired electrical insulation for the conductor from the drill collar is achieved. In this connection, electrical insulation is required between conductor 150 and drill collar 38 to prevent a flashover of the secondary winding.

Ved en foretrukket utførelse blir en film eller et belegg av elektrisk isolasjonsmateriale 156 anbragt på borkraven istedet for lederen 150. Denne film minimaliserer overslag rundt isolasjonen 152 av vilkårlig brønnfluidum, såsom boreslam, som kan omgi borkraven. Den aksiale lengde for belegget kan variere, men en foretrukket utførelse vil den utstrekke seg en viss av-stand over og under lederen 150. In a preferred embodiment, a film or coating of electrical insulating material 156 is placed on the drill collar instead of the conductor 150. This film minimizes splashing around the insulation 152 of arbitrary well fluid, such as drilling mud, which may surround the drill collar. The axial length of the coating can vary, but in a preferred embodiment it will extend a certain distance above and below the conductor 150.

Borkraven kan være nedsenket for opptak av belegget og således danne en glatt ytre flate for føring av borefluidum. I tillegg kan grenseflatene for belegget til borkraven bli videre be-skyttet ved anvendelse av et omkrets-metallbånd eller lignende. The drill collar can be submerged to absorb the coating and thus form a smooth outer surface for guiding drilling fluid. In addition, the boundary surfaces for the coating of the drill collar can be further protected by using a circumferential metal band or the like.

Etter en gjennomgang av den foranstående beskrivelse av foretrukkede utførelser av oppfinnelsen i forbindelse med tegningen vil det være klart for fagmannen at flere markante fordeler er oppnådd ved foreliggende oppfinnelse. After a review of the preceding description of preferred embodiments of the invention in connection with the drawing, it will be clear to the person skilled in the art that several significant advantages have been achieved by the present invention.

Uten å forsøke å detaljere alle ønskede trekk spesifikt og Without attempting to detail all desired features specifically and

i bonus som angitt ovenfor er det en hovedfordel ved oppfinnelsen å tilveiebringe en isolert borkrave punktgapanordning for et toroidalt koplet telemetrisk system hvor en normal virkning av borkraven opprettholdes. Samtidig vil overføring av store mengder sanntidsdata til overflaten oppnås ved elektromagnetisk kopling av en primær toroid vikling som bærer dataene til en in bonus as indicated above, it is a main advantage of the invention to provide an isolated drill collar point gap device for a toroidal coupled telemetry system where a normal operation of the drill collar is maintained. At the same time, the transfer of large amounts of real-time data to the surface will be achieved by electromagnetic coupling of a primary toroid winding that carries the data to a

sekundær vikling som overfører dataene til overflaten gjennom jordlaget.. secondary winding which transfers the data to the surface through the earth layer..

Foreliggende isolerte punktgapanordning tillater den foran stående dataoverføring på grunn av den elektriske isolasjon som tilveiebringes herved og spledes eliminerer eller minimaliserer muligheten av en sekundær overslagsvinning i systemet. The present isolated point gap device allows the forward data transfer due to the electrical isolation provided thereby and the splice eliminates or minimizes the possibility of a secondary flashover gain in the system.

Foreliggende isolerte punktgapanordning gir en elektromagnetisk overføring gjennom jorden ved isolasjon av evne til toroid sekundær vikling uten å svekke den strukturelle integritet for borkraven. The present isolated point gap device provides an electromagnetic transmission through the earth by isolating the capability of the toroidal secondary winding without impairing the structural integrity of the drill collar.

Videre utstrekker det elektriske isolasjonsbelegg seg aksialt langs borkraven og vil videre isolere lederen som er forbundet til ene enden av sekundær viklingen fra borkraven som er forbundet med den andre enden av sekundærviklingen mot eventuelle brønnfluider som omgir borkraven. Furthermore, the electrical insulation coating extends axially along the drill collar and will further insulate the conductor which is connected to one end of the secondary winding from the drill collar which is connected to the other end of the secondary winding against any well fluids that surround the drill collar.

Åpningen gjennom borkraven kan lett utformes som sted for lederen og isolasjonen kan også lett oppnås. Ut fra lignende synspunkter, ved et sammenbrudd i solasjonen, kan punktgap-anordningen hurtig skiftes ut uten å kreve at borkraven må brytes opp eller separeres. The opening through the drill collar can easily be designed as a place for the conductor and the insulation can also be easily achieved. From similar points of view, in the event of a breakdown in the solation, the point gap device can be quickly replaced without requiring the drill collar to be broken up or separated.

Ved beskrivelse av oppfinnelsen er det vist til en foretrukket utførelsesform. Fagmannen, som er kjent med innholdet i foreliggende oppfinnelse vil imidlertid erkjenne tilføyelse, utelatelse, modifikasjoner, erstatninger og/eller forandringer som vil falle innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse slik den er angitt i kravene. When describing the invention, reference is made to a preferred embodiment. The person skilled in the art, who is familiar with the content of the present invention, will however recognize additions, omissions, modifications, substitutions and/or changes that will fall within the scope of the present invention as stated in the claims.

Claims

1. Isolated point gap device for a toroidally coupled telemetry system where a weight tube (38) which can be inserted into a lower part of a drill string (32) carries a toroidal core (42) with primary windings (88), so that data to be transmitted telemetrically to the surface can be introduced, into the toroidal core through the primary windings (88), characterized in that the isolated point gap device includes: an opening (154) formed laterally through the wall of the weight tube (38): an electrical insulating element (152) which is tightly placed in and is carried by the opening through the wall of the collar (38), a conductor (150) which extends through the electrical insulating element (152) and is electrically insulated by this from the collar (38), and at least one secondary winding (130) on the toroidal core (42), one end of the secondary winding being connected to the conductor (150) and the other end being connected to the neck tube (38).

2. Insulated point gap device according to claim 1, characterized in that the opening (154) and the electrical insulation element (152) have circular cross-sections and that the conductor (150) extends coaxially in the electrical insulation element (152).

3. Isolated point gap device according to claim 1 or 2, characterized by an electrically insulating coating (156) which is coaxially applied around the neck tube (38) in the main case at the location of the conductor (150), with an opening therein in axial alignment with the conductor in order thereby to allow electrical contact between the conductor and the drilling fluid that surrounds the casing, while at the same time creating a degree of electrical insulation of the conductor against the immediately surrounding casing surface through the drilling fluid.

4. Isolated point gap device according to claim 3, characterized in that the axial extent of the said electrical insulation coating (156) above the conductor (150) is equal to the axial extent of the said electrical insulation coating below the conductor.

5. Insulated point gap device according to claim 3 or 4, characterized in that the electrical insulation coating (156) is immersed in the surface of the neck tube (38).