NO160955B - OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM FOR DRILL LOGGING. - Google Patents
OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM FOR DRILL LOGGING. Download PDFInfo
- Publication number
- NO160955B NO160955B NO822483A NO822483A NO160955B NO 160955 B NO160955 B NO 160955B NO 822483 A NO822483 A NO 822483A NO 822483 A NO822483 A NO 822483A NO 160955 B NO160955 B NO 160955B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- light
- cable
- communication system
- optical
- fiber
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 32
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 57
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 25
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical group [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- -1 neodymium ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4401—Optical cables
- G02B6/4429—Means specially adapted for strengthening or protecting the cables
- G02B6/443—Protective covering
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
- E21B47/135—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency using light waves, e.g. infrared or ultraviolet waves
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4401—Optical cables
- G02B6/4415—Cables for special applications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
- D07B1/14—Ropes or cables with incorporated auxiliary elements, e.g. for marking, extending throughout the length of the rope or cable
- D07B1/147—Ropes or cables with incorporated auxiliary elements, e.g. for marking, extending throughout the length of the rope or cable comprising electric conductors or elements for information transfer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår et optisk kommunikasjonssystem The invention relates to an optical communication system
for borehull-logging, omfattende en laserlyskilde, en armert kabel med minst én optisk fiber for overføring av laserlys ned gjennom og opp gjennom borehullet, en datainnsamlende loggingssonde som er koplet til kabelen ved borehullets nedre ende, en anordning for modulering av datasignaler på lyset, og en anordning ved overflaten for demodulering av datasignalene fra det modulerte lys som mottas ved kabelens øvre ende. for borehole logging, comprising a laser light source, an armored cable with at least one optical fiber for transmitting laser light down through and up through the borehole, a data-collecting logging probe connected to the cable at the lower end of the borehole, a device for modulating data signals on the light, and a device at the surface for demodulating the data signals from the modulated light received at the upper end of the cable.
Et system av ovennevnte type er kjent fra US patentskrift 4 162 400. Et liknende system er kjent fra US patentskrift 3 903 496 som viser et optisk kommunikasjonssystem hvor en lyskilde er plassert i en overflateenhet, og hvor lyset overføres i en optisk fiber ned til og opp fra en dypereliggende, datainnsamlende sonde, idet sonden omfatter en anordning for modulering av datasignalet på lyset ved den optiske fibers vendepunkt i sonden, samt en demodulator ved fiberens øvre ende. A system of the above type is known from US patent document 4,162,400. A similar system is known from US patent document 3,903,496 which shows an optical communication system where a light source is placed in a surface unit, and where the light is transmitted in an optical fiber down to and up from a deeper-lying, data-collecting probe, the probe comprising a device for modulating the data signal on the light at the optical fiber's turning point in the probe, as well as a demodulator at the fiber's upper end.
Den raskeste bithastighet som kan overføres gjennom elektromekaniske kabler fra de dypeste oljebrønner (10 000 m) er noen få titalls kilohertz. I kontrast til dette har de stadig mer raffinerte flerføler-sonder som er under utvikling, skapt et behov for høyere overføringshastigheter. Den velkjente bredbåndskarakteristikk til optiske fibrer, sammen med de lange lengder som kan benyttes for overføring uten forsterkere, gjør dette mulig. Fiberen må selvsagt være innbygget i en armert kabel uten tilføyelse av vesentlig lystap som følge av uregel-messigheter av fiberen ("mikrobend"). The fastest bit rate that can be transmitted through electromechanical cables from the deepest oil wells (10,000 m) is a few tens of kilohertz. In contrast, the increasingly sophisticated multi-sensor probes under development have created a need for higher transmission rates. The well-known broadband characteristics of optical fibers, together with the long lengths that can be used for transmission without amplifiers, make this possible. The fiber must of course be built into an armored cable without the addition of significant light loss as a result of irregularities in the fiber ("micro-bend").
Problemet med realisering av et transmisjonssystem med optiske fibrer skyldes det meget ugjestmilde miljø som påtref-fes i dype borehull. Disse er fylt av korroderende saltvann, ofte med oppløst hydrogensulfid. Trykket i boreslam må være så høyt som 2 100 kg/cm 2. Temperaturen kan være så høy som 250°C. Andre begrensninger er at elektrisk energi og plass står høyt i kurs i sonden nede i borehullet. Det må være bekvemt å tilkople og .frakople kabelen og sonden. Endelig blir sondene ofte mistet nede i borehullet. Senderen kan således ikke være uforholdsmessig kostbar. The problem with realizing a transmission system with optical fibers is due to the very inhospitable environment encountered in deep boreholes. These are filled with corrosive salt water, often with dissolved hydrogen sulphide. The pressure in drilling mud must be as high as 2,100 kg/cm 2. The temperature can be as high as 250°C. Other limitations are that electrical energy and space are at a premium in the probe down the borehole. It must be convenient to connect and disconnect the cable and the probe. Finally, the probes are often lost down the borehole. The transmitter cannot thus be disproportionately expensive.
Ingen komponent i de konvensjonelle, optiske overfør-ingssystemer kan fungere tilfredsstillende i miljøet nede i borehullet uten avkjøling. Halvleder-lasere og LED-dioder (lysemitterende dioder) virker ikke over 100°C. Høytrykks-koplingsstykker som tilveiebringer en optisk slutte/bryte-bane fra kabelhodet til sonden eksisterer ikke. Alle plastmaterialer mister sin integritet i det ekstreme miljø nede i borehullet. Til og med fluortilsatte forbindelser, som er kjemisk nøytrale, har en tendens til å flyte under belastning. Et ytterligere problem er at vann trenger gjennom plastmaterialer og fremmer spenningskorrosjon av glassfiberen. No component in the conventional optical transmission systems can function satisfactorily in the downhole environment without cooling. Semiconductor lasers and LEDs (light-emitting diodes) do not work above 100°C. High pressure connectors that provide an optical make/break path from the cable head to the probe do not exist. All plastic materials lose their integrity in the extreme environment down the borehole. Even fluorinated compounds, which are chemically neutral, tend to flow under stress. A further problem is that water penetrates plastic materials and promotes stress corrosion of the glass fibre.
Beslektet, kjent teknikk er vist i US-patentskrift 4 156 104 (Mondello). Selv om kabelen som er beskrevet i dette patentskrift, er "vanntett", kan den ikke motstå slipende påvirkning eller gjentatt bøyning uten tretthetsbrudd. Related prior art is shown in US Patent 4,156,104 (Mondello). Although the cable described in this patent is "watertight", it cannot withstand abrasive impact or repeated bending without fatigue failure.
Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et optisk kommunikasjonssystem som løser de ovenfor omtalte problemer. The purpose of the invention is to provide an optical communication system which solves the problems mentioned above.
Dette formål oppnås med et optisk kommunikasjonssystem av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at laserlyskilden er innrettet til å oscillere med en bølgelengde som er større enn 1 um, at systemet omfatter en kabelhode-koplingsstykkekappe som er koplet til kabelen ved dennes nedre ende og som omfatter et mot omgivelsene forselget kammer som opptar modulasjonsanordningen, og et elektrisk flerpinne-koplingsstykke som er innrettet til å passe sammen med loggingssonden for elektrisk tilkopling av denne til modulasjonsanordningen, This purpose is achieved with an optical communication system of the type indicated at the outset which, according to the invention, is characterized by the fact that the laser light source is arranged to oscillate with a wavelength greater than 1 µm, that the system comprises a cable head-connector cover which is connected to the cable at its lower end and comprising a chamber sealed against the surroundings which accommodates the modulation device, and an electrical multi-pin connector adapted to mate with the logging probe for electrical connection thereof to the modulation device,
og at demodulasjonsanordningen omfatter en innretning for overføring av de mottatte lyssignaler til detektorer. and that the demodulation device comprises a device for transmitting the received light signals to detectors.
Ved at laserlyskilden er innrettet til å oscillere In that the laser light source is designed to oscillate
med en optimal bølgelengde (større enn 1 pm), minimeres Rayleigh-spredningstap. Ved hjelp av anordningen av en kabelhode-koplingsstykkekappe med et elektrisk flerpinne-koplingsstykke for tilkopling av loggingssonden oppnås at omformingen av det elektriske signal skjer i koplingsstykkekappen og ikke i loggingssonden, og at altså bare elektriske signaler passerer gjennom loggingssonden og kabelhode-koplingsstykket. På denne måte elimineres et fiberoptisk koplingsstykke i borehullets nedre ende, hvilket er en with an optimal wavelength (greater than 1 pm), Rayleigh scattering losses are minimized. By means of the arrangement of a cable head connector cover with an electrical multi-pin connector for connecting the logging probe, it is achieved that the transformation of the electrical signal takes place in the connector cover and not in the logging probe, and that therefore only electrical signals pass through the logging probe and the cable head connector. In this way, a fiber optic coupling piece at the lower end of the borehole is eliminated, which is a
vesentlig fordel. significant advantage.
Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende The invention shall be described in more detail below
i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser en første utførelse av et fiberoptisk kommunikasjonssystem ifølge oppfinnelsen, fig. 2 in connection with design examples with reference to the drawings, where fig. 1 shows a first embodiment of a fiber optic communication system according to the invention, fig. 2
viser en alternativ utførelse av et kommunikasjonssystem ifølge oppfinnelsen, fig. 3 viser et riss i halv målestokk av en utførelse av et kabelhode-koplingsstykke for benyttelse i systemet ifølge oppfinnelsen, fig. 4 viser et tverrsnitt av en armert fiberoptisk kabel for anvendelse i systemet ifølge oppfinnelsen, fig. 5 viser et aksialt snitt gjennom et forlenget akselparti av en kabelspole som er tilpasset for overføring av tre separate lysstråler, fig. 6 viser et tverrsnittsriss av en alternativ, optisk sleperingmontasje for overføring av lyssignaler fra en roterende aksel til en stasjonær detektor, og fig. 7 viser et snitt etter linjen 7-7 på fig. 6. shows an alternative embodiment of a communication system according to the invention, fig. 3 shows a half-scale view of an embodiment of a cable head connector for use in the system according to the invention, fig. 4 shows a cross section of an armored fiber optic cable for use in the system according to the invention, fig. 5 shows an axial section through an extended shaft portion of a cable reel which is adapted for the transmission of three separate light beams, fig. 6 shows a cross-sectional view of an alternative optical slip ring assembly for transmitting light signals from a rotating shaft to a stationary detector, and FIG. 7 shows a section along the line 7-7 in fig. 6.
Fig. 1 viser skjematisk en konfigurasjon av kompo-nentene i det fiberoptiske kommunikasjonssystem ifølge oppfinnelsen. En neodym-laserkilde 21a og en Fig. 1 schematically shows a configuration of the components in the fiber optic communication system according to the invention. A neodymium laser source 21a and a
detektor 34a er anbrakt i trommelen 36a i en kabelspole. Elektriske forbindelser er dannet ved hjelp av ledningstråder 39a via sleperinger (ikke vist) til monteringsplattformen. En armert kabel 58 strekker seg fra spolen over skiver (ikke vist) ned i borehullet og er avsluttet inne i en kabelhode-koplingsstykkekappe 10a. Laserstrålen blir ved hjelp av en linse 22a fokusert inn i kjernen av en glasskledd fiber 23a i kabelen. Ved nedhulls-enden er fiberen koplet til en lys-modulator 31 (beskrevet nedenfor) inne i et kammer 4 0a som er forseglet mot det ytre miljø. Ledningstråder 37a som tilfører driveffekt til modulatoren, kommer fra et elektrisk flerpinne-koplingsstykke 13a som passer sammen med instrumentsonden (ikke vist) eller med en sammenpassende koplingsstykkehalvdel ,som er koplet til sonden ved hjelp av en kort lengde av en elektrisk kabel. Således unngås en nøyaktig overføring av lys gjennom slutte/bryte-koplingsstykkets grenseflate. Kabelen inneholder også effekt- og styreledere (ikke vist) som fører til koplingsstykket 13a. detector 34a is placed in the drum 36a in a cable reel. Electrical connections are made by means of lead wires 39a via slip rings (not shown) to the mounting platform. An armored cable 58 extends from the coil over washers (not shown) down into the borehole and is terminated within a cable head connector jacket 10a. The laser beam is focused into the core of a glass-clad fiber 23a in the cable by means of a lens 22a. At the downhole end, the fiber is connected to a light modulator 31 (described below) inside a chamber 40a which is sealed against the external environment. Lead wires 37a supplying drive power to the modulator come from a multi-pin electrical connector 13a that mates with the instrument probe (not shown) or with a mating connector half, which is connected to the probe by a short length of electrical cable. In this way, a precise transmission of light through the make/break contact piece's interface is avoided. The cable also contains power and control conductors (not shown) which lead to the connecting piece 13a.
Den konvensjonelle/ optisk pumpede krystall-laser som The conventional/ optically pumped crystal laser which
er dopet med neodym-ioner, Nd 3+, oscillerer nær bølgelengden Å = 1,06 ym. Ved å gjøre laserresonatoren tapsbelastet ved X = 1,06 ym, kan imidlertid laseren tvinges til å oscillere nær X = 1,32 ym. Dette er ønskelig da lys i glasskledde . fibrer tapes på grunn av spredning ved inhomogeniteter som introdu-seres under fremstilling. Tapsprosenten som følge av denne is doped with neodymium ions, Nd 3+ , oscillates near the wavelength Å = 1.06 ym. However, by making the laser resonator lossy at X = 1.06 ym, the laser can be forced to oscillate near X = 1.32 ym. This is desirable because the glass-clad light. fibers are lost due to dispersion due to inhomogeneities introduced during manufacture. The loss percentage as a result of this
-4 -4
iboende mekanisme varierer proporsjonalt med X . Ved til-bakelegning av en fiberlengde på 20 km ned og opp gjennom borehullet er det således en forskjell i lysenergitap på ca. 15 dB ved disse to respektive bølgelengder. Neodym-laseren tilveiebringer tilstrekkelig lysenergi (oppover fra 0,1 watt) til å utføre rundturen med mottatt effekt til overs. På denne måte unngås behovet for å installere hva som i beste fall ville være en ineffektiv og plasskrevende laser i sonden eller koplingsstykket nede i borehullet. intrinsic mechanism varies proportionally with X . When laying back a fiber length of 20 km down and up through the borehole, there is thus a difference in light energy loss of approx. 15 dB at these two respective wavelengths. The neodymium laser provides sufficient light energy (up from 0.1 watts) to perform the round trip with received power to spare. In this way, the need to install what would at best be an inefficient and space-consuming laser in the probe or connector down the borehole is avoided.
Fig. 4 viser et tverrsnitt av en kabel som er konstru-ert i overensstemmelse med oppfinnelsen. I denne utførelse er tre glasskledde fibrer 51 (av hvilke den ene svarer til fiberen 23a på fig. 1) innesluttet i en mantel eller kappe 53 som har følgende vesentlige egenskaper: A. Den må være hard og stiv for å beskytte fibrene mot bøyning under senere kablingsoperasjoner, såsom på-legningen av den ytre armering 58d. Dette er vesentlig da "mikrobøyning" tillater lys å lekke ut av fiber-kledningen - dvs. dempningen blir derved øket. Eventu-elle bobler eller tomrom i det første myke plast-"buffer"-lag 52 rundt fibrene 51 vil bli komprimert og derved frembringe mikrobend med mindre kappen er tilstrekkelig inkompressibel til at omgivelsestrykket ikke overføres. Fig. 4 shows a cross-section of a cable constructed in accordance with the invention. In this embodiment, three glass-clad fibers 51 (one of which corresponds to the fiber 23a in Fig. 1) are enclosed in a mantle or sheath 53 which has the following essential properties: A. It must be hard and rigid to protect the fibers against bending under later cabling operations, such as the application of the outer reinforcement 58d. This is important as "microbending" allows light to leak out of the fiber cladding - i.e. the attenuation is thereby increased. Any bubbles or voids in the first soft plastic "buffer" layer 52 around the fibers 51 will be compressed and thereby produce microbends unless the sheath is sufficiently incompressible so that the ambient pressure is not transmitted.
B. Kappen 53 må være uten småhull og motstå en diffusjon B. The cover 53 must be without small holes and resist diffusion
av den omgivende væske. Dette er ikke bare for å holde trykket nede, men for å beskytte fiberen og dens plast-buffer mot kjemisk angrep. Mikrosprekker i overflaten av en glasskledd fiber under strekk vil forplante seg ved nærvær av fuktighet og bringe fiberen til å brekke. I den illustrerende utførelse på fig. 4 er tre fibrer of the surrounding fluid. This is not only to keep the pressure down, but to protect the fiber and its plastic buffer from chemical attack. Microcracks in the surface of a glass-clad fiber under tension will propagate in the presence of moisture and cause the fiber to break. In the illustrative embodiment in fig. 4 is three fibers
51. ved neddypping belagt med silikongummielastomer 52 for å danne en symmetrisk, bufferforsynt kjerne. Ytterligere buffermate-riale kan tilveiebringes ved hjelp av et ekstra plastovertrekk. Under denne belegningsprosess tvinnes fibrene til en skruelinje med lang stigning, f.eks. 3,8 cm lang. Ved siden av at 51. by immersion coated with silicone rubber elastomer 52 to form a symmetrical, buffered core. Additional buffer material can be provided by means of an additional plastic cover. During this coating process, the fibers are twisted into a helical line with a long pitch, e.g. 3.8 cm long. Next to that
den letter bøyning av kjernen, har denne skruelinje den ytterligere fordel at fibrene, når den fullførte kabel utsettes for en strekkpåkjenning, vil ha en tendens til å rette seg ut slik at elastomeren komprimeres, og kjernen vil forlenges uten at selve glassfibrene utsettes for så stor påkjenning som den totale kabel. Dette reduserer faren for brekkasje. it facilitates bending of the core, this helical line has the additional advantage that when the completed cable is subjected to a tensile stress, the fibers will tend to straighten so that the elastomer is compressed, and the core will elongate without so much stress on the glass fibers themselves stress as the total cable. This reduces the risk of breakage.
Den bufferforsynte kjerne 52 er innesluttet i en hard kappe som er i stand til å motstå trykket, og som har liten diffusjonsevne for å beskytte de indre komponenter mot angrep av saltvann.. Kappen kan omfatte mer enn ett lag. F.eks. kan et første lag 53 være hardt og trykkbestandig, mens et andre lag 54 har liten diffusjonsevne og er motstandsdyktig mot korroderende angrep. Således tilveiebringer de to lag 53 og 54 i kombinasjon de nødvendige kappekvaliteter. Som en illu-strasjon kan laget 53 være en høytemperatur-epoksypolymer som er fylt med langsgående fiberglasstråder. Dette kappemateri-ale, som er påført ved hjelp av den velkjente "pultrusjons"-teknikk, har vist seg å bidra meget lite til lystapet i fibrene som følge av mikrobend, selv ved høyt trykk eller strekk. Etter hvert som den flytende epoksy herdes eller polymeriseres, tilpasser den seg nøyaktig til de bufferforsynte fibrer uten å forårsake mikrobend eller mikrobøyer. Dersom den herdes ter-misk, trekker den seg også sammen og komprimerer fibrene i lengderetningen. Dette har en tendens til å motvirke virk-ningen av strekkpåkjenning og varmeutvidelse i kabelarmer-ingen. Laget 54 kan være en fluortilsatt sammensetning, såsom et av Duponfs teflonmaterialer. Disse plastmaterialer er kjemisk nøytrale og har liten diffusjonsevne. Alternativt, The buffered core 52 is enclosed in a hard jacket which is able to withstand the pressure, and which has little diffusivity to protect the internal components from attack by salt water. The jacket may comprise more than one layer. E.g. a first layer 53 can be hard and pressure-resistant, while a second layer 54 has little diffusivity and is resistant to corrosive attack. Thus, the two layers 53 and 54 in combination provide the necessary covering qualities. By way of illustration, layer 53 may be a high temperature epoxy polymer filled with longitudinal fiberglass strands. This coating material, which is applied using the well-known "pultrusion" technique, has been shown to contribute very little to the light loss in the fibers as a result of microbend, even at high pressure or tension. As the liquid epoxy cures or polymerizes, it conforms precisely to the buffered fibers without causing microbends or microbends. If it is thermally hardened, it also contracts and compresses the fibers in the longitudinal direction. This tends to counteract the effect of tensile stress and thermal expansion in the cable reinforcement. Layer 54 may be a fluorine-added composition, such as one of Duponf's Teflon materials. These plastic materials are chemically neutral and have little diffusivity. Alternatively,
og også fortrinnsvis for drift ved høyest mulig temperatur, kan kappelaget 53 være et metallrør som er ugjennomtrengelig for vann. F.eks. er et .sveiset nikkel-stål-legeringsrør med en ytterdiameter på 2,2 mm og en veggtykkelse på 0,21 mm blitt and also preferably for operation at the highest possible temperature, the jacket layer 53 can be a metal tube which is impermeable to water. E.g. a welded nickel-steel alloy tube with an outer diameter of 2.2 mm and a wall thickness of 0.21 mm has been
2 2
prøvet til 1050 kg/cm uten å knuses. tested to 1050 kg/cm without crushing.
For å tilveiebringe effekt nede i borehullet, er den fiberbeskyttende kappe 53, 54 omgitt av en ring av ledere 55 som er inndelt i grupper som er isolert fra hverandre ved hjelp av avstandsholdere 56. Alternativt kan buntene av ledningstråder hver ha sin egen isolasjon. Lederne ér på sin side dekket av et ekstrudert, isolerende plastlag 57d som igjen fortrinnsvis er en fluortilsatt sammensetning for å motstå kjemisk angrep ved høyt trykk og høy temperatur. I en alternativ utførelse kan laget 57d være oppbygget på samme måte som kappen 53, 54. Dette betyr at både fibrene 51 og lederne 55 kan være inneholdt i den harde, trykkbestandige kappe med liten diffusjonsevne. In order to provide an effect down the borehole, the fiber protective jacket 53, 54 is surrounded by a ring of conductors 55 which are divided into groups which are isolated from each other by means of spacers 56. Alternatively, the bundles of conductor wires can each have their own insulation. The conductors are in turn covered by an extruded, insulating plastic layer 57d which is again preferably a fluorine-added composition to resist chemical attack at high pressure and high temperature. In an alternative embodiment, the layer 57d can be constructed in the same way as the sheath 53, 54. This means that both the fibers 51 and the conductors 55 can be contained in the hard, pressure-resistant sheath with little diffusivity.
Ved siden av å være en saltvannsbarriere tjener laget 57d også som underlag for den motsatt skruelinjeformede, vridningsmomentbalanserté dobbeltlagsarmering 58d. Denne armering må befinne seg på utsiden av enhver fungerende borehull-loggingskabel for å motstå den avslipning som skriver seg fra hevning og senkning av instrumentsonden. In addition to being a saltwater barrier, the layer 57d also serves as a substrate for the counter-helical, torque balancerté double layer reinforcement 58d. This reinforcement must be located on the outside of any operating borehole logging cable to resist the abrasion resulting from raising and lowering the instrument probe.
Uten på noen måte å påvirke den alminnelige anvendelig-het av den foregående beskrivelse, angir den etterfølgende Tabell I dimensjonene på de forskjellige elementer i den armerte, fiberoptiske kabel som er fremstilt for borehull-log-gings-datatransmisjon og er vist på fig. 4. Without in any way affecting the general applicability of the foregoing description, the following Table I sets forth the dimensions of the various elements of the armored fiber optic cable manufactured for borehole logging data transmission and shown in FIG. 4.
Idet det nå på nytt henvises til fig. 1, er den armerte, fiberoptiske kabel avsluttet nede i borehullet inne i kabelhode-koplingsstykkekappen 10a. Armeringen 58a, som utgjør kabelens hovedstyrkedel, kan holdes på plass i kabelhodet på hvilken som helst av flere konvensjonelle-måter. F.eks. kan den være bøyd rundt en ring 27a og fastkilt i kopiingsstykkets koniske ende la. Lavtrykkskammeret 4 0a er isolert fra et fylt kammer 41a ved hjelp av en barriere 8a. Avstandsholdere og andre detaljer er for klarhetens skyld utelatt. Barrieren 8a er forseglet mot koplingsstykkekappen 10a ved hjelp av en O-ring 15a og mot kabellaget 57a som har liten diffusjonsevne, ved hjelp av en elastomer støvelbeskyttelse 7a. Dersom kammeret 41a ikke er fylt på forhånd med et beskyttende smøre-fett, bør støvelbeskyttelsen 7a være fremstilt av en fluortilsatt elastomer for å motstå kjemisk angrep. Referring now again to fig. 1, the armoured, fiber optic cable is terminated at the bottom of the drill hole inside the cable head connector cover 10a. The armature 58a, which forms the main strength part of the cable, can be held in place in the cable head in any of several conventional ways. E.g. it can be bent around a ring 27a and wedged in the conical end la of the copying piece. The low-pressure chamber 40a is isolated from a filled chamber 41a by means of a barrier 8a. Spacers and other details are omitted for clarity. The barrier 8a is sealed against the connector cover 10a by means of an O-ring 15a and against the cable layer 57a, which has little diffusivity, by means of an elastomer boot protection 7a. If the chamber 41a is not pre-filled with a protective lubricating grease, the boot guard 7a should be made of a fluorine-added elastomer to resist chemical attack.
Fig. 3 viser et riss i halv målestokk av et kabelhode-koplingsstykke som er bygget for benyttelse sammen med kabelen som er vist på fig. 4 og angitt i Tabell I. Kopiingsstykkets montasje og funksjon er beskrevet i forbindelse med fig. 1 bortsett fra at det er anordnet en ytterligere støvelforseg-ling 7e. Støvelforseglingen 7e er anbrakt rygg mot rygg med en støvelforsegling 7c for å tillate trykkprøving av forseg-lingene på fiberkjernen 57c før nedsenkning i borehullet. Fig. 3 shows a half-scale view of a cable head connector constructed for use with the cable shown in Fig. 4 and indicated in Table I. The assembly and function of the copying piece is described in connection with fig. 1 except that a further boot seal 7e is arranged. The boot seal 7e is placed back to back with a boot seal 7c to allow pressure testing of the seals on the fiber core 57c prior to immersion in the borehole.
Prøven utføres ved innføring av olje med høyt trykk gjennom de viste hull som senere forsegles ved hjelp av skruer 6. The test is carried out by introducing oil at high pressure through the holes shown, which are later sealed using screws 6.
Det lys som sendes ned gjennom borehullet, moduleres The light sent down through the borehole is modulated
med datastrømmen og sendes tilbake til overflaten ved benyttelse av den ene eller den andre av de alternative utførelser som er vist på fig. 1 og 2. with the data stream and sent back to the surface using one or the other of the alternative designs shown in fig. 1 and 2.
I den utførelse som er vist på fig. 1, sendes laser-lyset ned gjennom fiberen 23a, moduleres i kammeret 40a, sendes tilbake opp gjennom en andre fiber 28 og fokuseres ved hjelp av en linse 33a på en detektor 34a. Detektoren og dennes forsterker trekker effekt gjennom ledninger 38a som er koplet til sleperinger (ikke vist). I en foretrukket utfør-else er detektoren en germanium-lavine-fotodiode. In the embodiment shown in fig. 1, the laser light is sent down through the fiber 23a, modulated in the chamber 40a, sent back up through a second fiber 28 and focused by means of a lens 33a onto a detector 34a. The detector and its amplifier draw power through wires 38a which are connected to slip rings (not shown). In a preferred embodiment, the detector is a germanium avalanche photodiode.
Endene av fibrene 23a og 28 er nøyaktig anbrakt i brenn-punktene til linsene 29a og hhv. 30. Det infrarøHe lys som kommer ut fra fiberen 23a, kollimeres sålades til en stråle 59a og passerer gjennom de optiske elementer 35, 31 og 32, The ends of the fibers 23a and 28 are precisely located in the focal points of the lenses 29a and 29a respectively. 30. The infrared light emerging from the fiber 23a is then collimated into a beam 59a and passes through the optical elements 35, 31 and 32,
og fokuseres deretter på nytt inn i fiberen 28 for gjentatt overføring tilbake til overflaten. De optiske elementer 35, and is then refocused into the fiber 28 for repeated transmission back to the surface. The optical elements 35,
31 og 32 er komponenter av en lysstrålemodulator. Modulatoren kan være hvilken som helst av flere typer, f.eks. en akustisk-optisk modulator. Den er imidlertid fortrinnsvis en elektro-optisk krystallmodulator da denne type kan gjøres ufølsom overfor temperaturendringer. Elementene 3 5 er de lyspolarisa-torer som er nødvendige for denne type modulator. Den elektro-optiske krystall kan være oppdelt i fire krystaller som er anordnet for å tilveiebringe dobbel kompensasjon, som vist på sidene 17-12 i "Handbook of Optics" som er økonomisk støttet av the Optical Society of America. De elektro-optiske krystaller foretrekkes fremstilt av litiumtantalat som har en høy elektro-optisk koeffisient, en høy curietemperatur og en lav taps-vinkel ved høy modulasjonsfrekvens. Tilførsel av elektriske spenninger til elektrodene på elementene 31 er antydet ved ledningstråder 37a fra multipinne-koplingsstykket 13a som drives av elektriske signaler fra instrumentsonden (ikke vist). Prismet 32 reverserer lysstrålens bane tilbake til den optiske fiber 28. Modulatorens forskjellige komponenter og fiberend-ene er montert på en brikke med lav varmeutvidelseskoeffisient, såsom "INVAR" som er en legering av nikkel og jern. 31 and 32 are components of a light beam modulator. The modulator can be any of several types, e.g. an acousto-optic modulator. However, it is preferably an electro-optical crystal modulator as this type can be made insensitive to temperature changes. The elements 3 5 are the light polarizers that are necessary for this type of modulator. The electro-optical crystal may be divided into four crystals arranged to provide double compensation, as shown on pages 17-12 of the "Handbook of Optics" sponsored by the Optical Society of America. The electro-optic crystals are preferably made of lithium tantalate which has a high electro-optic coefficient, a high Curie temperature and a low loss angle at a high modulation frequency. Supply of electrical voltages to the electrodes of the elements 31 is indicated by lead wires 37a from the multi-pin connector 13a which are driven by electrical signals from the instrument probe (not shown). The prism 32 reverses the path of the light beam back to the optical fiber 28. The various components of the modulator and the fiber ends are mounted on a chip with a low coefficient of thermal expansion, such as "INVAR" which is an alloy of nickel and iron.
Det optiske overføringssystem som er vist på fig. 1, benytter direkte deteksjon av amplitudemodulert lys. En fordel med denne driftsmodus er at multimodusfibrer med en kjerne-diameter på 50 ym eller mer kan benyttes. Dette letter opp-rettholdelsen av stillingen av en fokusert lysflekk på enden av fiberen. En separat fiber 28 er inkludert i kabelen for å overføre lys frem til detektoren. Dette tillater optisk isolasjon av fiberens 28 detektorende fra fiberens 23a laserende The optical transmission system shown in FIG. 1, utilizes direct detection of amplitude modulated light. An advantage of this operating mode is that multimode fibers with a core diameter of 50 um or more can be used. This facilitates the maintenance of the position of a focused spot of light at the end of the fiber. A separate fiber 28 is included in the cable to transmit light to the detector. This allows optical isolation of the detector end of the fiber 28 from the lasing end of the fiber 23a
og unngår således mottagning av lys som spres tilbake fra fiberens 23a laserende. Videre unngås tap av lys ved den stråledeler som ville være nødvendig dersom en eneste fiber and thus avoids reception of light that is scattered back from the fiber's 23a lasing. Furthermore, loss of light is avoided by the beam splitter that would be necessary if a single fiber were used
ble benyttet for både opp- og ned-overføringene. Dette system er også ufølsomt for strekking av kabelen. was used for both the up and down transfers. This system is also insensitive to cable stretching.
Dersom mer enn én optisk kanal er nødvendig, kan flere fibrer være inkludert for å returnere lyset til overflaten fra flere separate modulatorer. Imidlertid er bare én fiber 2 3a nødvendig for å overføre lys fra laseren ned til de flere modulatorer. Lys fra fiberen 23 kan der oppdeles ved hjelp If more than one optical channel is required, multiple fibers can be included to return the light to the surface from multiple separate modulators. However, only one fiber 2 3a is needed to transmit light from the laser down to the multiple modulators. Light from the fiber 23 can then be divided using
av flere stråledelere. of several beam splitters.
Den alternative utførelse av oppfinnelsen som er vist The alternative embodiment of the invention shown
på fig. 2, benytter optisk homodyn-deteksjon i stedet for direkte deteksjon av det modulerte lys som overføres opp fra nedhulls-sonden. I overensstemmelse med oppfinnelsen er neo-dymlaseren 21b tvunget til å oscillere ved en bølgelengde * = 1,32 ym. En vesentlig del av den utgående stråle fokuseres ved hjelp av en linse 22b inn i kjernen i en optisk fiber 23b. Dette lys overføres ned til instrumentsondens koplingsstykke, moduleres med datasignalet og overføres på nytt opp via. den samme fiber. Det utkommende lys blir ved hjelp av en stråledeler 60 delvis dirigert til en detektor 34b. on fig. 2, uses optical homodyne detection instead of direct detection of the modulated light transmitted up from the downhole probe. In accordance with the invention, the neodymium laser 21b is forced to oscillate at a wavelength * = 1.32 µm. A substantial part of the outgoing beam is focused by means of a lens 22b into the core of an optical fiber 23b. This light is transmitted down to the instrument probe's connector, modulated with the data signal and transmitted up again via the same fiber. The outgoing light is partially directed to a detector 34b by means of a beam splitter 60.
I den velkjente homodyn-deteksjonsprosess forenes den signalmodulerte stråle på.koherent måte med en del av den umodulerte laserstråle, vanligvis benevnt som "lokaloscillator"-strålen. Dette betyr at de to stråler superponeres med parallelle bølgefronter når de nærmer seg detektoren gjennom linsen 33b. Dette oppnås ved hjelp av stråledeleren 60 og en reflektor 61. Alternativt kan reflektoren 61 sløyfes og lokaloscillator-strålen oppnås som en refleksjon fra front-flaten av fiberens kjerne, for å sikre koinsidens av bølge-frontene. In the well-known homodyne detection process, the signal-modulated beam is coherently combined with a portion of the unmodulated laser beam, commonly referred to as the "local oscillator" beam. This means that the two beams are superimposed with parallel wavefronts as they approach the detector through the lens 33b. This is achieved by means of the beam splitter 60 and a reflector 61. Alternatively, the reflector 61 can be looped and the local oscillator beam obtained as a reflection from the front surface of the fiber's core, to ensure coincidence of the wave fronts.
Den haglstøy som genereres ved deteksjon av lokaloscillator-strålen, overstiger i praksis den støy som er iboende i detektoren. Interferens av signalet og lokaloscilla-torbølgene i detektoren genererer på den annen side et elektrisk signal med en frekvens som er lik differansefrekvensen for disse bølger, og en strøm som er proporsjonal med pro-duktet av deres amplituder. Datasignalet blir således for-sterket i proporsjon til støyen. Resultatet er at signal/ støy-forholdet kan være større enn med direkte deteksjon selv om detektoren er en germanium-PIN-diode i stedet for en lavine-fotodiode, forutsatt at de to bølger er rommessig koherente ved detektoren. Dette krav betyr at fiberen 2 3b må være en enkeltmodusfiber. Dette innebærer at fiberen vil overføre bare de to degenererte, laveste ordens, optiske bølgeleder-modi. The hail noise generated by detection of the local oscillator beam in practice exceeds the noise inherent in the detector. Interference of the signal and the local oscillator waves in the detector, on the other hand, generates an electrical signal with a frequency equal to the difference frequency of these waves, and a current proportional to the product of their amplitudes. The data signal is thus amplified in proportion to the noise. The result is that the signal/noise ratio can be greater than with direct detection even if the detector is a germanium PIN diode instead of an avalanche photodiode, provided that the two waves are spatially coherent at the detector. This requirement means that the fiber 2 3b must be a single-mode fiber. This means that the fiber will transmit only the two degenerate, lowest order, optical waveguide modes.
Lyset som vandrer nedover langs fiberen 23b, kommer ut The light that travels downwards along the fiber 23b comes out
i det forseglede rom 40b inne i koplingsstykkekappen 10b. in the sealed space 40b inside the connector cover 10b.
Det utkommende lys kollimeres ved hjelp av en linse 29b til The emerging light is collimated by means of a lens 29b
en stråle 59b som passerer gjennom en enkeltkrystallmodulator 62. Lyset reflekteres tilbake gjennom modulatoren 62 ved hjelp av et tilbakereflekterende kubushjørneprisme 63 og fokuseres pånytt inn i fiberens 23b kjerne, og vandrer deretter opp til overflaten. Kjernen i en enkeltmodusfiber, i hvilken lyset er begrenset, er typisk ca. 5 ym i diameter sam-menliknet med 50 ym eller mer i en multimodusfiber. Da 5 ym er bare fire bølgelengder av neodymlys, må strålen 59b retur-neres fra modulatoren 62 og ved hjelp av linsen 29b fokuseres pånytt nøyaktig inn i fiberens 23b kjerne på tross av de be-vegelser som skriver seg fra temperaturendringer i utrustningen. Dette oppnås ved benyttelse av en kubushjørne-tilbakereflek-tor som prismet 63. Dette prisme har den egenskap at det re-flekterer en stråle tilbake i en retning som er nøyaktig motsatt av retningen til den innfallende stråle. a beam 59b which passes through a single crystal modulator 62. The light is reflected back through the modulator 62 by means of a back-reflecting cube corner prism 63 and refocused into the core of the fiber 23b, and then travels up to the surface. The core of a single-mode fiber, in which the light is limited, is typically approx. 5 µm in diameter compared to 50 µm or more in a multimode fiber. As 5 ym is only four wavelengths of neodymium light, the beam 59b must be returned from the modulator 62 and, with the help of the lens 29b, refocused precisely into the core of the fiber 23b, despite the movements resulting from temperature changes in the equipment. This is achieved by using a cube-corner back-reflector such as prism 63. This prism has the property that it reflects a beam back in a direction exactly opposite to the direction of the incident beam.
Modulatoren 62 kan være en akustisk-optisk krystallmodulator eller en elektro-optisk krystallmodulator. I det sist-nevnte tilfelle, med en eneste krystall og uten polarisator og analysator, vil lysstrålen bli fasemodulert med det signal som tilføres ved hjelp av ledningstrådene 37b. Det returner-ende lys kan demoduleres ved hjelp av homodyn-deteksjons-systemet, i motsetning til direkte deteksjon. The modulator 62 can be an acoustic-optical crystal modulator or an electro-optical crystal modulator. In the last-mentioned case, with a single crystal and without polarizer and analyzer, the light beam will be phase modulated with the signal supplied by means of the lead wires 37b. The returning light can be demodulated using the homodyne detection system, as opposed to direct detection.
Den utførelse av oppfinnelsen som er vist på fig. 2, likner på den på fig. 1 viste utførelse i alle aspekter som ikke er beskrevet foran, f.eks. kabelkonstruksjonen og tet-ningen av kammeret 40b ved hjelp av støvelforseglingen 7b som presser på lav-diffusjonsevne-kappen 57b. The embodiment of the invention shown in fig. 2, is similar to that of fig. 1 showed embodiment in all aspects not described above, e.g. the cable construction and the sealing of the chamber 40b by means of the boot seal 7b pressing on the low diffusivity jacket 57b.
1 den foretrukne utførelse av oppfinnelsen blir det modulerte laserlys som kommer opp gjennom kabelen, detektert og demodulert ved hjelp av en mottaker som er beliggende i kabelspolens roterende trommel. Det elektriske datasignal In the preferred embodiment of the invention, the modulated laser light coming up through the cable is detected and demodulated by means of a receiver located in the rotating drum of the cable coil. The electrical data signal
må deretter overføres til en stasjonær databehandlings- eller registreringsutrustning. Dersom dataoverføringsfrekvensen er mindre enn ca. 1 MHz, kan signalet overføres på pålitelig måte via konvensjonelle sleperinger på kabelspolens forlengede aksel. Dersom imidlertid frekvensen eller hastigheten er høyere, vil bitfeilfrekvensen øke til uakseptable nivåer som must then be transferred to a stationary data processing or recording equipment. If the data transfer frequency is less than approx. 1 MHz, the signal can be transmitted reliably via conventional slip rings on the extended shaft of the cable reel. However, if the frequency or speed is higher, the bit error rate will increase to unacceptable levels such as
følge av elektrisk støy og krysstale. Dette kan unngås ved gjentatt overføring av datastrømmen optisk til en stasjonær detektor via den ene eller den andre av to alternative "optiske sleperinger" som skal beskrives nedenfor. due to electrical noise and crosstalk. This can be avoided by repeatedly transmitting the data stream optically to a stationary detector via one or the other of two alternative "optical slip rings" to be described below.
Fig. 5 viser et lengdesnitt gjennom aksen av kabelspolens forlengede aksel. Utførelsen er tilpasset for over-føring av tre separate lysstråler via "optiske sleperinger". Fig. 5 shows a longitudinal section through the axis of the extended shaft of the cable reel. The design is adapted for the transmission of three separate light beams via "optical slip rings".
I denne utførelse av oppfinnelsen blir modulerte laserlyssig-naler som overføres opp gjennom tre optiske fibrer i kabelen, demodulert i kabelspolens trommel. De resulterende, elektriske signaler ledes gjennom koaksialkabler 103 i akselen 100 til lysemitterende dioder (LED-dioder) eller laserdioder 102 og 102a. Det er åpenbart at signallys som utsendes av lyskilden 102a In this embodiment of the invention, modulated laser light signals which are transmitted up through three optical fibers in the cable are demodulated in the drum of the cable reel. The resulting electrical signals are routed through coaxial cables 103 in the shaft 100 to light-emitting diodes (LEDs) or laser diodes 102 and 102a. It is obvious that signal light emitted by the light source 102a
på den roterende aksels 100 akse, kollimeres ved hjelp av linsen 104a og deretter fokuseres på den stasjonære detektor 106a. Understøttende konstruksjoner og en koaksialledning fra detektorene er for klarhetens skyld utelatt. Det er ikke så åpenbart at lys fra.de to (eller flere) kilder 102 som er anbrakt i forskjellige radiale avstander fra aksen, vil forbli fokusert på de stasjonære detektorer 106 ved hjelp av de stablede paraboloide-reflektorer 10 5 når strålene roterer rundt aksen. Ringformede seksjoner av linser kunne benyttes for å fokusere signallyset på detektorene, men paraboloide-reflektorene foretrekkes da de også tjener funksjonen med optisk og elektrisk skjerming. on the axis of the rotating shaft 100, is collimated by means of the lens 104a and then focused on the stationary detector 106a. Supporting structures and a coaxial line from the detectors are omitted for clarity. It is not so obvious that light from the two (or more) sources 102 located at different radial distances from the axis will remain focused on the stationary detectors 106 by means of the stacked paraboloidal reflectors 105 as the beams rotate about the axis . Annular sections of lenses could be used to focus the signal light onto the detectors, but the paraboloid reflectors are preferred as they also serve the function of optical and electrical shielding.
I prinsipp kunne endene av de optiske fibrer fra kabelen plasseres direkte på stedet for lyskildene 102 og 102a i stedet for å regenerere lyssignaler. Effekten av det laserlys som returnerer til overflaten, vil imidlertid være liten og vil bli ytterligere dempet på grunn av de optiske sleperingers innskuddstap. Dette ville pålegge ultranøyaktige toleranser på alle komponenter. Det ville også være nødvendig med ube-kvemt plasskrevende lavine-fotodioder i stedet for meget små PIN-dioder som detektorer 106 og 106a. In principle, the ends of the optical fibers from the cable could be placed directly at the location of the light sources 102 and 102a instead of regenerating light signals. The effect of the laser light that returns to the surface, however, will be small and will be further attenuated due to the insertion loss of the optical slip rings. This would impose ultra-precise tolerances on all components. Inconveniently space-consuming avalanche photodiodes would also be required instead of very small PIN diodes such as detectors 106 and 106a.
Lyskilden 102a og detektoren 106a kan ombyttes for over-føring i motsatt retning for å tilveiebringe nedførings-ordre-signaler til sonden. The light source 102a and the detector 106a can be switched to transmit in the opposite direction to provide descent command signals to the probe.
Den optiske sleperingmontasje er beskyttet mot det The optical slip ring assembly is protected against it
ytre miljø ved hjelp av et stasjonært hus 107 som passer tett rundt en røranordning 108 som roterer med akselen 100. external environment by means of a stationary housing 107 which fits snugly around a pipe assembly 108 which rotates with the shaft 100.
Fig. 6 og 7 viser en alternativ "optisk slepering" for overføring 'av lyssignaler fra den roterende aksel til en til-grensende, stasjonær detektor, idet fig. 6 viser et riss langs akselens akse og fig. 7 viser et snitt etter linjen 7-7 på fig. 6. En lyskilde 120 er anbrakt på aksen for å utstråle et modulert lyssignal i alle radiale retninger inn i en transparent skive 121 med et lite hull i sentrum for lyskilden. Skiven kan være fremstilt av en akrylharpiks eller et liknende, transparent plastmateriale. Lyset er begrenset til skiven ved hjelp av total indre refleksjon og baner seg vei ut av skivens kant. En stasjonær, transparent plate 122 av til-nærmet samme tykkelse som skiven føyer seg etter en vesentlig del av skivens omkrets bortsett fra en klaring for å tillate skiven 121 å rotere med akselen. Platens ytterkant 125 reflek-terer lyset til en diodedetektor 12 3 som er koplet til en koaksialledning 124. Platekantens 125 form er en del av en ellipse med brennpunkter ved lyskilden 120 og ved detektoren 123. En vesentlig del av alt det lys som utsendes av kilden, samles således ved detektoren. Figs. 6 and 7 show an alternative "optical slip ring" for the transmission of light signals from the rotating shaft to an adjacent, stationary detector, as Figs. 6 shows a view along the axis of the axle and fig. 7 shows a section along the line 7-7 in fig. 6. A light source 120 is placed on the axis to radiate a modulated light signal in all radial directions into a transparent disc 121 with a small hole in the center of the light source. The disc can be made of an acrylic resin or a similar, transparent plastic material. The light is limited to the disc by means of total internal reflection and makes its way out of the edge of the disc. A stationary transparent plate 122 of approximately the same thickness as the disk is joined along a substantial portion of the disk's circumference except for a clearance to allow the disk 121 to rotate with the shaft. The outer edge of the plate 125 reflects the light to a diode detector 12 3 which is connected to a coaxial line 124. The shape of the plate edge 125 is part of an ellipse with focal points at the light source 120 and at the detector 123. A significant part of all the light emitted by the source , are thus collected at the detector.
Lyskilden kan være en kant-utstrålende LED-diode, eller en laserdiode kan benyttes dersom den modulerte signalfrekvens er høyere enn ca. 30 MHz. Da en laserdiode ikke stråler ut over hele sirkelen (360°) i planet for sitt overgangssjikt, kan det ønskede strålingsmønster inn i skiven 121 realiseres ved å plassere laseren slik at den utstråler en stråle langs aksen. Strålen avbøyes da radialt inn i skiven ved hjelp av en konisk reflektor som er koaksialt anbrakt ved 120 med sitt toppunkt rettet mot laseren. Alternativt kan laseren plasseres i spolens trommel sammen med sin elektroniske drivenhet, og det utsendte lyssignal ledes gjennom en kort lengde av en optisk fiber gjennom akselen til toppunktet for den reflekterende konus. The light source can be an edge-emitting LED diode, or a laser diode can be used if the modulated signal frequency is higher than approx. 30 MHz. As a laser diode does not radiate over the entire circle (360°) in the plane of its transition layer, the desired radiation pattern into the disc 121 can be realized by positioning the laser so that it radiates a beam along the axis. The beam is then deflected radially into the disc by means of a conical reflector which is coaxially placed at 120 with its apex directed towards the laser. Alternatively, the laser can be placed in the coil's drum together with its electronic drive unit, and the emitted light signal is guided through a short length of optical fiber through the shaft to the apex of the reflecting cone.
Flerdobbelte optisk-fiber-kanaler (multippel.kanaler) over-føres via separate, optiske sleperinger (av den type som er vist på fig. 6) som er adskilt langs aksen av kabelspolens forlengede aksel. Slisser 126 er anordnet i den lysbegrensende skive 121 for å tillate konstruksjonselementer og elektriske ledere eller lysledere å passere gjennom skiven uten å for-mørke mer enn en liten brøkdel av lyset. Multiple optical fiber channels (multiple channels) are transmitted via separate optical slip rings (of the type shown in Fig. 6) which are separated along the axis of the extended shaft of the cable reel. Slits 126 are provided in the light limiting disc 121 to allow structural elements and electrical conductors or light conductors to pass through the disc without obscuring more than a small fraction of the light.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US28514681A | 1981-07-20 | 1981-07-20 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO822483L NO822483L (en) | 1983-01-21 |
NO160955B true NO160955B (en) | 1989-03-06 |
NO160955C NO160955C (en) | 1989-06-14 |
Family
ID=23092929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO822483A NO160955C (en) | 1981-07-20 | 1982-07-19 | OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM FOR DRILL LOGGING. |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5866196A (en) |
CA (1) | CA1202081A (en) |
DE (1) | DE3227083A1 (en) |
ES (1) | ES8401565A1 (en) |
FR (1) | FR2513307B1 (en) |
GB (2) | GB2104752B (en) |
IT (1) | IT1207302B (en) |
NO (1) | NO160955C (en) |
Families Citing this family (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4522464A (en) * | 1982-08-17 | 1985-06-11 | Chevron Research Company | Armored cable containing a hermetically sealed tube incorporating an optical fiber |
US4696542A (en) * | 1982-08-17 | 1987-09-29 | Chevron Research Company | Armored optical fiber cable |
US4523804A (en) * | 1982-08-17 | 1985-06-18 | Chevron Research Company | Armored optical fiber cable |
GB2137040B (en) * | 1983-03-23 | 1986-11-19 | Smiths Industries Plc | Tyre pressure sensing system |
US4596050A (en) * | 1984-04-26 | 1986-06-17 | Rogers Gordon W | Information processing system using optically encoded signals |
DE3422271C2 (en) * | 1984-06-15 | 1987-01-15 | Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen | Borehole investigation procedures |
US4721355A (en) * | 1984-06-22 | 1988-01-26 | Chevron Research Company | Optical cable connector assembly including breakable link and process using same |
US4849753A (en) * | 1984-08-15 | 1989-07-18 | Chevron Research Company | Electro optic high temperature well bore modulator |
DE3444309A1 (en) * | 1984-12-05 | 1986-06-19 | Heinrich Wüst KG, 7536 Ispringen | Mains adaptor with automatic matching to the mains voltage |
GB8432123D0 (en) * | 1984-12-19 | 1985-01-30 | Telephone Cables Ltd | Optical cables |
NO158039C (en) * | 1985-03-01 | 1988-06-29 | Standard Tel Kabelfab As | Well logging CABLE. |
US4759601A (en) * | 1985-06-24 | 1988-07-26 | Schlumberger Technology Corporation | Fiber optic connector assembly |
JPS622412A (en) * | 1985-06-28 | 1987-01-08 | 株式会社フジクラ | Optical fiber compound aerial wire |
US4687293A (en) * | 1985-12-27 | 1987-08-18 | Conax Buffalo Corporation | Metal-encased light conductor |
GB2196809B (en) * | 1986-10-23 | 1991-05-22 | Plessey Co Plc | Optical communication system |
GB2197066B (en) * | 1986-11-05 | 1990-11-21 | Plessey Co Plc | Improvements relating to bathythermographs |
IT1202720B (en) * | 1987-03-31 | 1989-02-09 | Pirelli Cavi Spa | CABLE FOR THE TRANSPORT OF ELECTRICITY AND THE TRANSMISSION OF OPTICAL SIGNALS |
CA1297157C (en) * | 1987-07-13 | 1992-03-10 | Geoffrey Nelson Bowling | Closed loop, programmable power and communication system |
GB2226270B (en) * | 1988-12-22 | 1992-05-13 | Stc Plc | Optical fibre cables |
US4974926A (en) * | 1989-04-06 | 1990-12-04 | At&T Bell Laboratories | Underwater optical fiber cable |
US5202944A (en) * | 1990-06-15 | 1993-04-13 | Westech Geophysical, Inc. | Communication and power cable |
US5140319A (en) * | 1990-06-15 | 1992-08-18 | Westech Geophysical, Inc. | Video logging system having remote power source |
FR2664327B1 (en) * | 1990-07-04 | 1995-11-10 | Clot Andre | CLEAR ZONE LOGGING DEVICE. |
US5428961A (en) * | 1992-07-21 | 1995-07-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Micromachines |
FR2745847B1 (en) * | 1996-03-08 | 2000-09-15 | Inst Francais Du Petrole | MEASUREMENT TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING AN OPTOELECTRIC CONVERTER |
DE19705920C2 (en) * | 1997-02-17 | 1999-12-02 | Schott Glas | Process for the production of coated glass bundles |
US6060662A (en) * | 1998-01-23 | 2000-05-09 | Western Atlas International, Inc. | Fiber optic well logging cable |
DE19807891A1 (en) | 1998-02-25 | 1999-08-26 | Abb Research Ltd | Fiber-laser sensor for measurement of elongation, temperature or especially isotropic pressure in oil well |
FR2820593B1 (en) | 2001-02-02 | 2003-05-23 | Schlumberger Services Petrol | OPTICAL PATH |
US6850461B2 (en) | 2002-07-18 | 2005-02-01 | Pgs Americas, Inc. | Fiber-optic seismic array telemetry, system, and method |
GB2417627B (en) * | 2002-07-18 | 2006-07-19 | Pgs Americas Inc | Fiber-optic seismic array telemetry system, and method |
US6980714B2 (en) * | 2003-09-26 | 2005-12-27 | Moog Components Group Inc. | Fiber optic rotary joint and associated reflector assembly |
DE10344875A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-04-28 | Siemens Ag | Data transmission method and optical rotary transformer with implementation |
US7515774B2 (en) * | 2004-12-20 | 2009-04-07 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for single fiber optical telemetry |
US7920765B2 (en) * | 2005-06-09 | 2011-04-05 | Schlumberger Technology Corporation | Ruggedized optical fibers for wellbore electrical cables |
WO2009099332A1 (en) * | 2008-02-07 | 2009-08-13 | Tecwel As | Data communication link |
US8571368B2 (en) | 2010-07-21 | 2013-10-29 | Foro Energy, Inc. | Optical fiber configurations for transmission of laser energy over great distances |
AT13841U1 (en) * | 2013-06-13 | 2014-10-15 | Teufelberger Seil Ges M B H | Wire rope for stationary applications and method for producing such a wire rope |
EP3294990A4 (en) * | 2015-05-13 | 2018-08-08 | Conoco Phillips Company | Big drilling data analytics engine |
RU2759729C1 (en) * | 2020-11-03 | 2021-11-17 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Transceiver optical apparatus |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7241689U (en) * | 1966-02-03 | 1973-07-05 | Bbc Ag | Device for the transmission of the measured value of a periodically variable measured variable from a measuring location at high voltage potential to a display location by means of light beams |
DE1954643A1 (en) * | 1968-11-05 | 1970-06-25 | Lehoczky Dipl Ing Kalman | Device for the transmission of measured values between counter-rotating systems |
DE2230658B2 (en) * | 1972-06-22 | 1976-05-26 | Erwin Sick Optik-Elektronik, 7808 Waldkirch | DEVICE FOR TRANSMISSION OF MESSAGES BY LIGHT |
US3905010A (en) * | 1973-10-16 | 1975-09-09 | Basic Sciences Inc | Well bottom hole status system |
US3903496A (en) * | 1974-06-14 | 1975-09-02 | Morton Stimler | Opto-acoustic hydrophone |
FR2292294A1 (en) * | 1974-11-20 | 1976-06-18 | Dassault Electronique | Contact free signal transmission between rotating systems - using light modulated signals and optical fibres arranged in ring formations to transmit continuous (NL240576) |
GB1538485A (en) * | 1976-01-07 | 1979-01-17 | Rank Organisation Ltd | Opto-electric device |
US4162400A (en) * | 1977-09-09 | 1979-07-24 | Texaco Inc. | Fiber optic well logging means and method |
US4156104A (en) * | 1977-10-11 | 1979-05-22 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Submarine cable for optical communications |
US4189705A (en) * | 1978-02-17 | 1980-02-19 | Texaco Inc. | Well logging system |
GB2021282B (en) * | 1978-05-22 | 1982-06-03 | Post Office | Submarine optical fibre cable |
US4239335A (en) * | 1978-08-28 | 1980-12-16 | Sea-Log Corporation | Fiber reinforced optical fiber cable |
FR2460492A1 (en) * | 1979-06-28 | 1981-01-23 | Cables De Lyon Geoffroy Delore | FIBER OPTIC UNDERWATER CABLE |
DE3030361C2 (en) * | 1979-08-20 | 1984-04-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka | Device for the transmission of signals between a movable and a stationary unit by means of an optical multi-core cable wound onto a drum |
FR2475238A1 (en) * | 1980-02-06 | 1981-08-07 | Lyonnaise Transmiss Optiques | OPTICAL FIBER CABLE, WATERTIGHT, AND METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING THE SAME |
JPS5744107A (en) * | 1980-08-29 | 1982-03-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical fiber cable and its manufacture |
US4389645A (en) * | 1980-09-08 | 1983-06-21 | Schlumberger Technology Corporation | Well logging fiber optic communication system |
US4375313A (en) * | 1980-09-22 | 1983-03-01 | Schlumberger Technology Corporation | Fiber optic cable and core |
GB2085188B (en) * | 1980-09-26 | 1984-05-23 | Bicc Ltd | An improved optical cable |
FR2494452A1 (en) * | 1980-11-20 | 1982-05-21 | Cables De Lyon Geoffroy Delore | METHOD OF MANUFACTURING A FIBER OPTIC CABLE |
GB2096656B (en) * | 1981-03-06 | 1985-03-06 | Bridon Ltd | Cables |
-
1982
- 1982-07-09 GB GB08219942A patent/GB2104752B/en not_active Expired
- 1982-07-13 FR FR8212274A patent/FR2513307B1/en not_active Expired
- 1982-07-16 IT IT8222431A patent/IT1207302B/en active
- 1982-07-17 DE DE19823227083 patent/DE3227083A1/en active Granted
- 1982-07-19 NO NO822483A patent/NO160955C/en unknown
- 1982-07-19 JP JP57125603A patent/JPS5866196A/en active Granted
- 1982-07-19 ES ES514133A patent/ES8401565A1/en not_active Expired
- 1982-07-20 CA CA000407637A patent/CA1202081A/en not_active Expired
-
1985
- 1985-01-30 GB GB08502296A patent/GB2152235B/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2152235A (en) | 1985-07-31 |
GB2152235B (en) | 1986-03-05 |
JPS5866196A (en) | 1983-04-20 |
GB2104752A (en) | 1983-03-09 |
FR2513307B1 (en) | 1986-10-10 |
IT8222431A0 (en) | 1982-07-16 |
NO160955C (en) | 1989-06-14 |
IT1207302B (en) | 1989-05-17 |
NO822483L (en) | 1983-01-21 |
JPH0259519B2 (en) | 1990-12-12 |
ES514133A0 (en) | 1983-12-16 |
FR2513307A1 (en) | 1983-03-25 |
DE3227083C2 (en) | 1992-10-08 |
GB2104752B (en) | 1986-02-19 |
ES8401565A1 (en) | 1983-12-16 |
CA1202081A (en) | 1986-03-18 |
DE3227083A1 (en) | 1983-04-21 |
GB8502296D0 (en) | 1985-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO160955B (en) | OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM FOR DRILL LOGGING. | |
US4547774A (en) | Optical communication system for drill hole logging | |
RU2389046C2 (en) | Methods and devices for single-fibre optical telemetry | |
CA2417175C (en) | Optical fiber system | |
RU2226270C2 (en) | Device and method controlling structure with use of signals propagating in mutually antithetical directions to establish localization of disturbances | |
US4932742A (en) | Fiber optic wavelength division multiplexing module | |
US4893894A (en) | Evanescent sensor | |
WO2006070239A2 (en) | Methods and apparatus for electro-optical hybrid telemetry | |
US6061159A (en) | Mixed fiber adapter cable | |
WO2015065479A1 (en) | Downhole optical communication | |
EP2065738A1 (en) | Optical apparatus | |
US5892866A (en) | Fiber optic mode scrambler | |
Bisbee | Measurements of loss due to offsets and end separations of optical fibers | |
US4174149A (en) | Secure fiber optics communication system | |
US6655849B1 (en) | Optical connector, particularly for operating in high pressure environment | |
US9535218B1 (en) | Fiber optics fiber inline tap monitoring | |
US4612456A (en) | Apparatus and method for generating light having a wavelength in the range of approximately 250-550 nanometers | |
Wilson et al. | All-optical downhole sensing for subsea completions | |
CA3031635C (en) | Optical wireless rotary joint | |
JP4627020B2 (en) | Method for measuring optical characteristics of multimode optical waveguide | |
Wang et al. | Design and Experimental Research of a Fiber-Optic Communication Module for Well Logging | |
Tsutsumi et al. | Operation trial of 400 Mbit/s submarine optical transmission system | |
VSSm | HAY | |
Sorokin et al. | Problems of applications of high power IR radiation in aquatic medium under high pressure | |
Mims | A bright future for fiber optic communications: New developments in fiber optic technology are transforming lightwave communications into one of the fastest growing areas of electronics |