NO162687B

NO162687B - Fremgangsmaate for telemetrering av data i et borehull fylt med borevaeske.

Info

Publication number: NO162687B
Application number: NO802466A
Authority: NO
Inventors: Serge A Scherbatskoy
Original assignee: Scherbatskoy Serge Alexander
Priority date: 1979-08-21
Filing date: 1980-08-19
Publication date: 1989-10-23
Also published as: NO162687C; CA1177948A; FR2475111B1; DE3031599A1; NL8004599A; DE3031599C2; MX150151A; GB2066989A; BR8005132A; AU544112B2; GB2066989B; NO802466L; AU4616985A; AU6112080A; FR2475111A1

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for tele-metrrring av data i et borehull fylt med borevæske, omfattende generering av individuelle databærende væsketrykksignaler nede i borehullet. Disse signaler er arrangert i en kodet sekvens, i væsken og denne kodede sekvens representerer størrelsen av en parameter nede i borehullet.

Det har innen oljeindustrien lenge vært kjent å oppnå data fra boreoperasjon i et borehull som gir verdifull informasjon for boremannskapet. Informasjon slik som vekten av borkronen, helning og retning av borehullet, borkronens tilstand, væsketrykk og temperatur i bunnen av borehullet og radioaktivitet av substans som omgir eller bearbeides av borkronen kan uttrykkes i størrelser som er av interesse for boremannskapet. Et antall tidligere forslag til måling av slike verdier under boring og overføring av disse til jordoverflaten foreligger, f.eks. i U.S.-patentskrift nr. 2.787.795, 2.887.298, 4.078.620, 4.001.733, 3.964.556, 3.983.948 og 3.791.043.

Det mest lovende av disse forslag i praktisk henseende er overføring av signaler ved hjelp av trykkpulser i borevæsken. Foreskjellige fremgangsmåter er foreslått for frembringelse av slike slampulser enten ved styrt struping av slamstrømmen ved hjelp av en strupeventii mellom slam-strømmen inne i borstammen (høytrykkssiden) og det ringformede rom rundt borstammen (lavtrykkssiden).

Det er videre foreslått å frembringe slamtrykkpulser ved hjelp av ventiler som enten struper slamstrømmen inne i borstammen eller omledning av noe av strømmen til lav-trykkssonen i det ringformede rom rundt borstammen. Slike ventiler er nødvendigvis langsomme fordi når de anvendes inne i borstammen må ventilen styre meget store slamkvanta og når de anvendes for styring av en omledning, er ventilen også nødvendigvis en langsom motorisert ventil som følge av den meget store trykkforskjell. En slik motorisert ventil som f.eks. er anbragt mellom innsiden av borstammen og det ringformede rom, avgir som følge av en måling nede i borehullet langsomme minskninger og langsomme økninger i slamtrykket. Disse blir senere detektert på jordoverflaten.

For bedre å forstå virkemåten av en langsomtvirkende motorisert ventil som tidligere er foreslått, er vist på fig. IA og hvis åpning og lukking er en funksjon av tiden. Der er abscissen et mål for tiden t, mens ordinaten representerer graden av åpning av ventilen R.

hvor Sq er det samlede areal av åpningen og S(t) er arealet som er åpent i tiden t under åpning eller lukking av ventilen. R=0 betyr at ventilen er lukket og R=l betyr at ventilen er helt åpen. De tider som inngår i betjening av ventilen er følgende: t a ^ <=> OAt -L tidspunktet da åpning begynner tj^<v>^ = OB^ tidspunktet da ventilen er helt åpen t ^ = OC-^ tidspunktet da lukking begynner

t^V^ = OD^ tidspunktet da ventilen er helt lukket.

Tidsintervallet:

betegner tiden for åpning eller lukking av ventilen. Tidsintervallet: betegner tiden for åpen ventil. Den totale betjeningstid er således:

I et av forslagene ovenfor er Ta^ = 1 sekund, Tj_^<v>^ = 2 sekunder og Tfc ^ = 4 sekunder. Disse forholdsvis langsomme åpnings- og lukketider for ventilen gir tilsvarende langsomme minskninger og økninger av slamtrykket på jordoverflaten (se fig. IB).

Det fremgår her at slamtrykket avtar fra sin normale verdi på f.eks. 70 kg/cm o når ventilen er lukket til den laveste verdi 52,5 kg/cm 2 når ventilen er lukket. Tidspunktene for disse trykkvariasjoner er som følger:

(s)

t^a = OE^ er tidspunktet da slamtrykket begynner å avta fra sitt normale nivå på 70kg/cm^.

(s)

t^b = OF^ er tidspunktet da slamtrykket har sin laveste verdi 52,5kg/cm^, og dette trykk opprettholdes inntil tidspunktet

t<<;>' - og,.

(s)

t^c = OG^ er tidspunktet da slamtrykket begynner å øke, ,

(s)

_t^d = OH^ er tidspunktet da slamtrykket gjeninn-tar sitt normale nivå på 70kg/cm^. Trykket minsker således i tidsintervallet Tx(<s>) = tj^ - t^- , forblir konstant i tidsintervallet

(s) (s) (s)

T_v ' = t, ' - t,Z og øker fra den minskede verdi til

2 lc lb 3 , , , . , .

(s) (s) (s) normal verdi i tidsintervallet T- = t, •/ - t, . Den

3 ld lc

totale tid som slamstrømmen bruker for å passere ventilen ved en enkelt betjening av denne er altså:

Verdiene på fig. IA slik som

t a (v), t d <<V>), t c (v),t Q <v),T a (v),T, d (<v>) og Tt.i(v) er markert med v for å indikere at disse verdier gjelder for verdien under jordens overflate. På den annen side er verdiene t(s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) , f tla ' fclb ' tlc ' tld ,L1 ' l2 ' L3 og rt pa tig' IB betegnet med s for å indikere at disse verdier gjelder målinger på jordoverflaten. Dette skillet mellom verdiene betegnet med v og s er viktige for fullt ut å forstå de nye trekk som oppfinnelsen representerer. Det er viktig i denne forbindelse å skille mellom årsak og virkning, eller mellom fenomener som opptrer nede i borehullet

i nærheten av ventilen og de som detekteres på jordo verflaten.

Et viktig trekk ved de tidligere forslag er

basert på forholdene

Disse forhold viser at tiden for minskning eller økning av trykket på jordoverflaten er det samme som den tilsvarende tid for åpning og lukking av ventilen og tiden i hvilken trykket er hovedsakelig konstant på et minsket nivå er det samme som tiden da ventilen er helt åpen. Med andre ord vil en minskning med etterfølgende økning av slamtrykket på jordoverflaten nøyaktig tilsvare åpningen og lukkingen av ventilen. Disse forhold som uttrykkes ved ligningene (6),(7) og (8) skal nedenfor betegnes som tider for langsomme variasjoner i trykket.

Tiden for langsom trykkvariasjon som foreslått tidligere er ikke egnet for fjernmåling under boring særlig når flere parametre nede i borehullet skal måles. På det tidspunkt da den første parameter er målt, kodet og over-ført til jordoverflaten og der dekodet, kan borehullet være blitt dypere og den neste parameter er ikke lenger til rådighet for måling. Forholdsvis lange intervaller er nødvendig for omforming av målte data til en form som er egnet for detektering og registrering. Hele overvåkningen blir forlenget og er tidskrevende. Videre bevirker forskjellig interfererende effekter slik som pulseringene som skyldes slampumpe og støy i forbindelse med forskjellige boreoperasjoner ekstra vanskeligheter. En langsomtvirkende motorisert ventil slik som foreslått tidligere er lite egnet til å tilfredsstille dagens krav til nøyaktighet.

Noe av det vesentlige ved foreliggende oppfinnelse er anvendelsen av hydrauliske sjokkbølger for fjernmåling under boring. Disse sjokkbølger frembringes ved meget hurtig, i praksis tilnærmet øyeblikkelig betjening av en ventil mellom innsiden av borstammen og det ringformede rom rundt borstammen. Når ventilen åpnes plutselig, vil trykket i umiddelbar nærhet av ventilen synke og bli normalt igjen tilnærmet øyeblikkelig og en skarp negativ trykkpuls frembringes, og på den annen side når ventilen plutselig lukkes, frembringes en skarp positiv puls. Elastisiteten i slamsøylen anvendes for å understøtte frembringelsen og overføringen av slike sjokkbølger. Fenomenet er analogt med den velkjente vannhammereffekt som tidligere er anvendt i hydrauliske overføringssystemer kjent fra John Parmakian om "Water Hammer Analysis", Prentice Hall,Inc.,New York, N.Y.1955 eller V.L.Streeter og E.B.Wylie om "Hydraulic Transients" McGraw-Hill Book Co.,New York,N.Y.

Viktige trekk ved oppfinnelsen slik som frembringelse og detektering av hydrauliske sjokk fremgår av fig. 2A og 2B. Fig. 2A viser åpning og lukking av en hurtigvirkende ventil som frembringer en sjokkbølge mens fig. 2B viser trykkvariasjoner som detekteres på jordoverflaten som resultat av betjeningen av ventilen. Symboler som A1,B1,C1,D1,ta , tfa ,tc ,,Tfl ,Tfa og Tfc pa fig. 2A har samme mening som tilsvarende symboler på fig.

IA. Tidsskalaene på fig. 1A,1B,2A og 2B er vesentlig forvrengt for å lette beskrivelsen og for tydelighet av forklaringen.

Det første som skal bemerkes ved betraktning av fig. 2A er at tidene for åpning og lukking av ventilen er flere størrelsesordner kortere enn tilsvarende tider enn på fig. IA. Tiden T 3.^ er på fig. IA 1.sekund mens den på fig. 2A er 5 millisekunder. Det samme er tilfelle når det gjelder tiden for åpning av ventilen. tk er På fig- IA lik 2 sekunder mens den på fig. 2A er 100 millisekunder.

For alle praktiske formål kan derfor åpningen og lukkingen

av ventilen ifølge fig. 2A betraktes som øyeblikkelig eller tilnærmet øyeblikkelig.

Hurtig eller tilnærmet øyeblikkelig åpning og lukking av ventilen har en viktig og mere langtrekkende innvirkning på fjernmålesystemet ved måling under boring. Trykkvariasjonene som detekteres på jordoverflaten ifølge fig. 2B viser ikke på noen måte likhet med trykkvariasjonene som oppnås på fig. IB. Det er ovenfor pekt på ligningene (6),(7) og (8) som viser forholdet mellom virkningene på fig. IA og IB. Analoge forhold opptrer imidlertid ikke ved virkningene på fig. 2A og 2B.

Som det fremgår av fig. IA og IB vil åpning av ventilen resultere i en tilsvarende minskning i slamtrykket på jordoverflaten og på den annen side vil lukking av ventilen frembringe en tilsvarende økning i trykket.

Det skal her understrekes at den ved den kjente teknikk frembringer åpning av ventilen en enkelt reaksjon nemlig en minskning i trykket og en etterfølgende lukking av ventilen frembringer en annen enkelt reaksjon nemlig en økning av trykket. På den annen side gir den hurtige åpning av ventilen ifølge oppfinnelsen som vist på fig. 2A to reaksjoner, nemlig en hurtig minskning og en etterfølg-ende økning i trykket i form av en negativ puls"M" som vist på fig. 2B. Dette er i kontrast med tilfellet på fig. IA og IB hvor en åpning og en etterfølgende lukking av ventilen er nødvendig for å frembringe en minskning og etterfølgende økning av trykket. En hurtig lukking av ventilen som vist på fig. 2A frembringer en økning og en etterfølgende minskning av slamtrykket en positiv puls "N" som vist på fig. 2B. En slik økning og etterfølgende minskning av trykket opptrer ikke ved den tidligere kjente teknikk. Ved oppfinnelsen frembringes to sjokkbølger ved en enkelt betjening av ventilen. En bølgeform som vist på fig. 2B som omfatter en negativ og en positiv puls skal-nedenfor betegnes som en ventilbølge. Trykkpulsene i forbindelse med en ventilbølge har en start på flere hundre kg/cm 2/sek. og har meget kort varighet.

Det skal videre påpekes at det er hurtigheten

av de fenomener som opptrer ved ventilbølgen som er av interesse. Tidspunktene på fig. 2B er følgende!

(s)

= OK er tidspunktet for opptreden av den negative puls

"M",

(s)

t2 = OL er tidspunktet for forsinkelsen av den negative puls "M",

(s)

t^ = OM er tidspunktet for opptreden av den positive puls "N",

(s)

t^ = ON er tidspunktet for forsinkelse av den positive puls "N".

(s)

Tiden Tn representerer lengden av den negative puls "M"

(eller den positive puls "N") er 100 millisekunder mens

(s)

tiden Tm fra opptreden av den negative puls "M" til opptreden av den positive puls "N" er 110 millisekunder. Den samlede tid for strømmen som er vist på fig. 2B er:

dvs. 210 millisekunder mens den totale tid for strømmen som er vist på fig. IB er 4 sekunder (se ligning (5).

Kurvene på fig. 1A,1B,2A og 2B er forenklet og idealisert for å eliminere uviktige virkninger. Det skal bemerkes at på fig. 2B er ventilen i det minste delvis åpning under tidsintervallet t^ (s) til t^ (s). I løpet av denne tid er det et lite trykkfall som elimineres på detekteringsstedet ved hjelp av et egnet filter. Et slikt trykkfall er ikke vist på fig. 2B.

Det skal videre påpekes at tallverdiene på fig. 2A og 23 bare er gitt som eksempler og betyr ingen be-grensning av oppfinnelsen.

Virkningen som er forklart i forbindelse med fig. 2A og 2B er betegnet som tiden for hydrauliske sjokk-bølger. Det er således en tydelig forskjell mellom tiden for de hydrauliske sjokkbølger på fig. 2A og 2B og tiden for de langsomme trykkvariasjoner på fig. IA og IB.

Ved å tilveiebringe en tid for hydrauliske sjokkbølger oppnås et fjernmålesystem som kan overføre en høy grad av informasjon pr. tidsenhet. Et slikt system er vesentlig bedre egnet for å tilfredsstille dagens krav eller et system som er basert på tiden for langsomme trykk-varias joner .

Når foreliggende fremgangsmåte benytter seg av en ventil, betjenes denne under styring av en eller flere følere som avføler en eller flere parametre nede i borehullet nær borkronen. En enkelt måling av hver parameter er representert ved en rekke ventilbølger. Hver ventilbølge svarer tii en enkelt åpning og lukking av ventilen.

Rekkefølgen av ventilbølgen som representerer et brukbart signal vil når den detekteres på jordoverflaten vanligvis være blandet med forskjellige interfererende signaler, slike som frembringes ved drift av slampumpen og andre boreoperasjoner. En stor pumpe anbragt på jordoverflaten anvendes for å pumpe borevæske ned gjennom bore-stammen og borkronen og tilbake til jordoverflaten ved det ringformede rom mellom borstammen og borehullveggen. De interfererende virkninger som skyldes pumpen elimineres ifølge oppfinnelsen ved en prosess som tar i betraktning periodisiteten av disse påvirkninger. Andre påvirkninger i forbindlese med boreoperasjonene opptrer vanligvis som et støysignal som omfatter et forholdsvis bredt frekvens-spektrum. Dette støysignal er i enkelte tilfeller hvit støy og i andre tilfeller langt fra hvit støy. Et digitalt filtreringssystem som kan være avpassede filtre eller pulsformede filtre eller et toppfilter anvendes for å fjerne støysignalet. Tilpasningsfilteret øker signalstøyforholdet på mottagerstedet, et pulsformende filter minsker kvadratet av forskjellen mellom det ønskede utgangssignal og det aktuelle utgangssignal, mens toppfilteret omformer nytte-signalet ved å sammentrekke det til et tilstrekkelig skarpt signal slik at det kan skilles ut fra bakgrunnsstøyen. En spesiell teknikk anvendes for tilpasning av disse filtre til hensikten i oppfinnelsen. En slik teknikk krever lagring og etterfølgende reproduksjon av to referansesignaler. Det første referansesignal er en ventilbølge frembragt ved åpning og lukking av ventilen og det andre referansesignal representerer støy som skyldes boreoperasjonene. Detektering og lagring av det første referansesignal oppnås ved å fjerne vektrn på borkronen og stoppe boringen men opprettholde slampumpens normale arbeide. Det oppnås derved et signal som er fritt for omgivelsesstøy. Detektering og lagring av det andre referansesignal oppnås under boring i et tidsrom hvor ventilen er lukket. Et egnet digitalt computersystem mottar data som representerer en eller begge av disse referansesignaler og utleder av data en hukommelsesfunksjon for tilpasningsfiltre, for pulsformingsfiltre eller toppfiltre.

I tillegg til den foran omtalte kjente teknikk skal følgende nevnes: U.S.-patent 3.716.830 beskriver en anordning for overvåkning av tilstanden i et borehull under boring, med frembringelse av trykkendringer i et slamsirkulasjonssystem.

Norsk Utlegningsskrift 151.907 viser et system for overvåkning av boreoperasjoner under boring, hvor det ved hjelp av en styreinnretning frembringes trykkendringer i sirkulasjonssystemet.

Norsk Utlegningskrift 140.648 er trolig noe mer av interesse da det beskriver en fremgangsmåte for mottagning av datasignaler som er overført over en transmisjonskanal med forstyrrende støy, omfattende prosessering med sikte på korreksjon av støyens maskerende virkning på datasignalene.

På bakgrunn av den kjente teknikk tar således den innledningsvis angitte fremgangsmåte utgangspunkt i at de individuelle databærende væsketrykksignaler nede i borehullet fører til frembringelse av tilsvarende individuelle databærende trykkendringer nær overflaten, idet borehull-væsken også får påtrykket forstyrrende trykkendringer som bevirkes av boreoperasjonene og som derved maskerer de nevnte databærende trykkendringer. Trykkendringene i borevæsken som representerer superponering av de nevnte databærende trykkendringer og de nevnte forstyrrende trykkendringer, blir mottatt nær overflaten, og de superponerte trykkendringer omdannes til elektriske superponerte digitale signaler.

De nye og særegne trekk ved fremgangsmåten ifølge . oppfinnelsen er nærmere angitt i patentkravene.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere i form av utførelseseksempler under henvisning til tegningene. Fig. IA viser en kurve for betjening av en langsomtvirkende ventil som anvendes i kjent teknikk. Fig. IB viser trykkvariasjoner som detekteres på jordoverflaten som følge av ventilbetjeningen på fig. IA. Fig. 2A viser betjening av en hurtigvirkende ventil som kan brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2B viser trykkvariasjoner detektert på overflaten som resultat av ventilbetjeningen på fig. 2A. Fig. 3 viser skjematisk et boreutstyr for samtidig boring og måling. Fig. 4A viser skjematisk en del av utstyret nede i borehullet særlig fjernmåleutstyret. Fig. 4B viser skjematisk en del av utstyret på fig. 4A. Fig. 5A viser et blokkskjema for det elektroniske behandlingsutstyr som er vist innenfor strekede linjer på fig. 4A. Fig. 5B viser et blokkskjema for kraftkilden inkludert en kondensatorladnings-utladningsinnretning som gir tilstrekkelig energi til betjening av ventilen i fjernmåleutstyret . Fig. 5C viser et blokkskjema for det elektroniske utstyr som anvendes for automatisk å kople ut drivenergien for ventilen. Fig. 5D og 5E viser kurver for å lette forklaringen av den automatiske utkopling av betjeningsenergien for ventilen. Fig. 6A, 6B og 6C viser skjematisk virkemåten av den hydrauliske automatiske utkoplingsinnretning for ventilen. Fig. 6D viser en detaljert utførelse av anordningen som er vist på fig. 6A, 6B og 6C. Fig. 6E viser et blokkskjema for den elektroniske sikkerhetsanornding for ventilen. Fig. 7A viser befestigelsen og huset for fjernmåleutstyret . Fig. 7B viser tverrsnittsformen av sentrerings-innretningen på fig. 7A. Fig. 7C viser i perspektiv anvendelsen av forbindelsen for husdelen 250b på fig. 7A. Fig. 8A til 8E viser kurver som representerer variasjoner i trykket som måles på jordoverflaten og tilsvarende verdiene for T ^ (tiden for åpning eller lukking av ventilen) og for (tiden for åpen strøm-ning) . Kurvene viser resultatene av visse prøver som er utført i den hensikt å oppnå optimale forhold for hydrauliske sjokkbølger, hvor Fig. 8F svarer til en nøyaktig gjengivelse av trykksignalet med en mottatt ventilbølge på jordoverflaten fra en dybde på 3000 meter i et virkelig borehull. Fig. 9 viser et blokkskjema for utstyret på jordoverflaten for å bearbeide trykksignaler nede fra borehullet og består av et tilpasningsfilter for eliminering av omgivningsstøy når denne er hvit støy. Fig.-10A til 10G viser kurver for bestemte bølgeformer og pulser som funksjon av tiden for å lette forklaringen av driften av utstyret på fig. 9. Tidsaksene på fig. 10A til 10C og tidsaksene for fig. 10D til fig. 10G er anordnet under hverandre slik at signalene og bølgeformene kan sammen-lignes med hverandre. Fig. 10A omfatter tre kurver som gjelder tre komponenter av signalet som detekteres på jordoverflaten, og som representerer et informasjonsbærende signal, pumpe-støyen fra en eller flere pumper, og omgivningsstøy. Fig. 10B inneholder tre kurver nemlig det forsinkede informasjonsbærende signal, den forsinkede pumpe-støy og den forsinkede omgivelsesstøy, hvilken forsinkelse Tp representerer en periode av pumpefunksjonen (når flere pumper anvendes er trykkvariasjonene om ikke sinusformede likevel periodiske fordi deres drift er hovedsakelig i fase) . Fig. 10C viser to kurver svarende til differensen av tilsvarende kurver på fig. 10A og 10B. En av disse kurver representerer omgivelsesstøy mens den andre representerer det informasjonsbærende signal. Fig. 10D viser en kurve som representerer utgangssignalet fra et digitalfilter eller en krysskorrelator ifølge oppfinnelsen. Denne funksjon er hovedsakelig lik signalet på fig. 10C. Digitalfilteret som her anvendes kan være et tilpasningsfilter, et pulsformende filter eller et toppfilter.

Fig. 10E viser en kurve svarende til fig. 10D

men forsinket en egnet tid.

Fig. 10F viser en kurve i likhet med fig. 10E

men reversert i tid.

Fig. 10G viser resultatet av sammenligningen

av fig. 10D og 10F og representerer tidspunkter svarende til pulsene som opptrer samtidig på disse figurer.

Fig. 11 viser skjematisk visse operasjoner i

et digitalfilter.

Fig. 12 viser et blokkskjema for en innretning

for lagring av et informasjonsbærende signal eller et støy-signal.

Fig. 13 viser et blokkskjema for en del av utstyret på jordoverflaten, innbefattet en korrelator for støyeliminering. Fig. 14 viser skjematisk et blokkskjema for en del av utstyret på jordoverflaten innbefattet et tilpasningsfilter for støyeliminering når støyen ikke er hvit støy. Fig. 15 viser et blokkskjema for en del utstyret

på jordoverflaten, inkludert et pulsformende filter.

Fig. 16 viser skjematisk visse operasjoner ut-ført i et pulsformede filter. Fig. 17 viser et blokkskjema for en del av utstyret på jordoverflaten innbefattet et toppfilter hvor toppfilteret omformer en dobbelt ventilbølge til et tilsvarende par topper. Fig. 18A til 18F viser seks mulige valg av topp-posisjoner for et par topper som frembringes ved hjelp av anordningen på fig. 17. Fig. 19 viser et blokkskjema for en del av utstyret på jordoverflaten, med et toppfilter som anvendes for å omforme en enkel ventilbølge til en tilsvarende enkel topp. Fig. 20A til fig. 20F viser seks mulige valg av topposisjoner for en enkelt topp frembragt ved hjelp av anordningen på fig. 19. Fig. 21A til fig. 21C viser skjematisk visse operasjoner i forbindelse med et toppfilter for forskjellige forsinkelsestider. Fig. 21A svarer til en ønsket topp med tidsindeks 0. Fig. 21B svarer til en ønsket topp med tidsindeks 1. Fig. 21C svarer til en ønsket topp med tidsindeks 2. Fig. 22 viser et blokkskjema for å bestemme parameteren P for et toppfilter. Fig. 23 viser en kurve for filteret hvor P kan variere med topposisjonen for et filter med fast varighet.

Fig. 24 viser en kurve for hvorledes parameteren

P for et toppfilter kan variere med filterlengden (eller hukommelsesvarigheten) for en fast topposisjon.

Fig. 25 viser kurver for hvorledes parameteren

P for et toppfilter kan variere med filterlengden og filterets tidsforsinkelse.

Fig. 26A viser skjematisk et pulstidskodesystem

i samsvar med tidligere kjent teknikk.

Fig. 26B viser skjematisk et pulstidskodesystem for foreliggende oppfinnelse hvor størrelsen av parameteren som overføres er representert ved tidsintervallet mellom etter hverandre følgende korte enkeltpulser av hovedsakelig konstant varighet.

Fig. 26C viser videre skjematisk pulstidskode-systemet på fig. 26B. Fig. 26D viser skjematisk et pulstidskodesystem av den art som er vist på fig. 26B og 26C men hvor det anvendes trepulsgrupper. Fig. 27 viser et blokkskjema for en kodeomforraer som muliggjør et system for å motta signaler av pulstids-kodeform i trepulsgruppe.

Fig. 28A viser et blokkskjema for velgeren 316

på fig. 27 mere detaljert.

Fig. 28B,28C,28D og 28E viser kurver for å for-klare virkemåten av kretsen på fig. 28A. Fig. 29 viser et blokkskjema for kretser for frembringelse av trepulsgruppene på fig. 26D. Fig. 3 0 viser et blokkskjema for frembringelse av pulstidskoden ifølge oppfinnelsen.

På fig. 3 er vist en vanlig oljeborerigg 20 med et rotasjonsbor 21, en kelly 22, en slange 23, et standrør 24, en borstamme 25 og en borkrave 26. En slampumpe 27

og et slamreservoar 28 er på vanlig måte forbundet med riggen for å levere boreslam under trykk til standrøret. Slam under høyt trykk pumpes ned gjennom borstammen 25 og borkraven 26 og gjennom et spesielt fjernmåleutstyr 50

og til borkronen 31. Borkronen 31 er forsynt med vanlig borejetanordning 33. Diameteren av borkraven og fjernmåleutstyret 50 er vist stor og ikke i proporsjon til borstammen 25 for tydelighets skyld. Boreslammet sirkuleres ned gjennom borstammen som vist med piler og opp gjennom det ringformede rom mellom borstammen og borehullveggen. Når slammet igjen når jordoverflaten, bringes det tilbake til reservoaret hvor borerester synker til bunns og slammet filtreres før det igjen resirkuleres til pumpen.

Mellom borkronen 33 og borkraven 26 er fjernmåleutstyret 50 innfelt. Fjernmåleutstyret 50 omfatter et hus 250 som inneholder en ventilenhet eller ganske enkelt en ventil 40, en elektronisk behandlingsenhet 96 og følere 101. Ventilen 40 er innrettet for momentan passering av slam fra innsiden av borstammen til det ringformede rom 60. Normalt (når ventilen 40 er lukket) må all borvæsken drives gjennom jettene 33 og utøver et betydelig slamtrykk på stamrøret 24 i størrelsesorden 140 til 210 kg/cm 2. Når ventilen 4 0 er åpen som følge av signal fra en føler

101 og den elektroniske behandlingsenhet 96, blir noe slam ledet forbi og den samlede motstand mot slamstrømmen avtar midlertidig og en trykkendring kan detekteres i standrøret 24. Den elektroniske behandlingsenhet 96 frembringer en kodet rekkefølge av elektriske pulser som representerer den parameter som er målt ved hjelp av føleren 101 og tilsvarende åpning og lukking av ventilen 4 0 frembringes med det resultat at de tilsvarende trykkpulser opptrer i standrøret 24.

På jordoverflaten er det anordnet en trykkom-former 51 som frembringer elektrisk spenning som representerer trykkendringene i standrøret 24. Signaler som representerer disse trykkendringer bearbeides i en elektronisk enhet 5 3 som frembringer signaler som er egnet for opptegning i en opptegningsinnretning 54 eller et annet registreringsapparat. Opptegningsinnretningen 54 drives i samsvar med dybden av borkronen i borehullet.

Fig. 4A viser i detalj fjernmålerutstyret 50

i naturlig målestokk. Huset 250 inneholder ventilen 40, den elektroniske behandlingsenhet 96 og følere 101, og er delt i to deler 250a og 250b. Den øvre del 250a over den strekede linje 249, inneholder ventilenheten 40 med tilhørende mekanisme og skal forklares nærmere nedenfor. Den nedre del 250b under den strekede linje 24 9 inneholder den elektroniske behandlingsenhet 96, følerne 101 og tilhørende mekanismer og skal forklares nærmere nedenfor. Borslammet sirkulerer nedover forbi huset 250 som vist med piler 65, gjennom jetmunnstykket 33 og tilbake som vist med pilene 66 til jordoverflaten gjennom det ringformede rom 60 til reservoaret 28. Ventilenheten 40 om-

fatter ventillegemet 68 og ventilsetet 69. Ventillegemet og ventilsetet er innrettet slik at tverrsnittsarealet A av ventillegemet er noe større enn tverrsnittsarealet B for et kompenseringsstempel 70. Når derfor trykket i kammeret 77 er større enn i kammeret 78, vil ventillegemet 68 bli tvunget nedover og ventilen 40 vil derfor lukke seg selv mere tett ved økende differensialtrykk.

Slamtrykket i kammeret 77 er hele tiden hovedsakelig lik trykket inne i borkraven 26 på fig. 3 og 50

på fig. 4A, på grunn av åpningen 77a i veggen av huset 250. Et slamfilter 77b er anordnet i åpningen 77a for å hindre faste partikler og borerester fra å komme inn i kammeret 77. Når ventilen 40 er lukket, er slamtrykket i kammeret 78 lik slamtrykket i det ringformede rom 60. Når ventilen 40 er åpen og pumpen arbeider, vil slammet strømme fra kammeret 77 til kammeret 78 og gjennom en åpning 81 til det ringformede rom 60 med tilsvarende trykkfall.

En dobbeltvirkende elektromagnet 79 er anordnet for å åpne og lukke ventilen 40 i samsvar med elektrisk strøm som tilføres via ledninger 90.

Det antas at P^q indikerer slamtrykket i det ringformede rom 6 0, P^7 i kammeret 77 og P?g i kammeret 78. Når ventilen 40 er lukket, er P7g = PgQ. Når pumpen 27 arbeider og ventilen 40 er lukket eller tilnærmet lukket, vil V- j- j være større enn P^g og ventillegemet 68 tvinges mot ventilsetet 69. Når ventilen 40 er åpen, dvs. løftet på tegningen, vil slam strømme fra kammeret 77 til det ringformede rom 60, og fordi motstanden mot strømmen i åpningen C (fig. 4B), er <P>^7 = P?g > PgQ. Rammerene 83 og 94 er fylt med olje av meget lav viskositet, 5 centistok eller mindre og forbundet med passasjen 86. Det flytende stempel 82 bevirker et trykk Pg3 i det oljefylte kammer 83 og dette trykk er til enhver til lik P^g. Derfor vil til enhver tid P7g = Pg3 = Pg4- Når ventilen 40 er åpen og fordi P^g = <Pg>^ og P77<>> Pg^ vil ventilen 40 bli tvunget til åpen stilling av en kraft F = (area B) (P77 - P34)• Ventilen 40 kan derfor betegnes bistabil, dvs.

når den er åpen, vil den ha en tendens til å forbli åpen og når den er lukket har den en tendens til å forbli lukket. Når ventilen er nesten åpen, vil den ha en tendens til å bevege seg til åpen tilstand og når den er nesten lukket, vil den ha en tendens til å lukke seg. Ventilen 4 0 kan derfor svippes fra en stilling til en annen ved hjelp av relativt liten energi. Ventilfunksjonen kan sees som en mekanisk ekvivalent til en bistabil flip-flop-krets.

Fig. 4B viser ventilen 40 i åpen stilling, mens fig. 4A viser ventilen i lukket stilling.

På fig. 4A er det anordnet en elektrisk trykk-bryter 91 som er sluttet når P77 > <P>7<g> (når pumpen arbeider) og brutt når P77 = P7g (når pumpen ikke arbeider). En ledning 92 fører fra bryteren 91 til en kraftkilde 93 og kan derfor kople inn og ut kraftkilden. Ved hjelp av en elektronisk teller 94 og en elektromagnetisk vender 95

kan hver av de fire følere 101 koples inn i tur og orden til den elektroniske behandlingsenhet 96 og i tur og orden stoppe og starte slampumpen 27 eller stoppe pumpen eller pumpene i samsvar med en forhåndsbestemt kode som kan for-håndsbestemmes ved hjelp av et element 94.

På fig. 5A er vist en føler 101 som f.eks. kan avføle gammastråler, temperatur, trykk, gassinnhold, kompassretning, helning, magnetfelt eller kan være et gyro-kompass, som kan koples inn i tur og orden som nevnt ovenfor. En gammastråleføler kan være utformet som ioni-seringskammer, geigerteller eller scintillasjonsteller. Alle disse kan være innrettet til å levere en likespenning som er proporsjonal med gammastråleflukten som treffer føleren.

Det er klart at omkoplingen fra en type følere til en annen utføres av venderen 95 som heller er elektronisk enn mekanisk.

Føleren 101 er forbundet med en analog-digitalomformer 102, som er forbundet med en prosessor 103 som igjen er forbundet med en kraftkilde 104. Kraftkilden 104 er forbundet med viklingene 105 og 106 i den dobbeltvirkende elektromagnet 79 på fig. 4A. Det hele virker som følger: Føleren 101 frembringer et analogt elektrisk signal representert ved kurven 101a som viser følerens utgangssignal som funksjon av dybden av fjernmåleutstyret 50 i borehullet. Omformeren 102 omformer analogsignalet til digital form ved i tur og orden å måle størrelsen av et stort antall ordinater i kurven 101a og omforme hver av disse til et binært tall representert ved et binært ord. Kurven 101 kan vise variasjon av signalet fra omformeren

i løpet av timer, mens kurven 102a bare representerer en enkelt ordinat. Tidsskalaen på abscissen på fig. 102a vil være i sekunder og hele kurven 102a representerer et binært 12 bits ord og i virkeligheten desimaltallet 264 9. Hvert 12 bits ord på kurven 102a representerer en enkelt ordinat på kurven 101a. Den vanlige binære koding innbefatter tidspauser mellom hvert binært ord. Etter pausen blir en startpuls sendt for å indikere begynnelsen av et nytt tidsintervall for et binært ord. Denne startpuls er ikke noen del av det binære ord, men tjener til å indikere at et binært ord begynner. Det binære ord som da over-føres og som er en indikasjon på verdien av en ordinat i kurven 101a, etterfølges av en pause som igjen etterfølges av neste binære ord som representerer størrelsen av neste ordinat osv. i hurtig rekkefølge. Den kontinuerlige kurve 101a representerer således en rekke binære tall eller ord som hver representerer et enkelt punkt på kurven 101a. Det er viktig at det mellom hvert binært ord alltid opptrer en pause hvor ikke noe signal overføres og ofte er flere binære ord lang og anvendes for et viktig formål som skal forklares nærmere nedenfor. For dekoding på jordoverflaten er det anordnet en tidsgenerator 1 som må være meget konstant og synkron med en tidsgenerator 212 eller 309 på jordoverflaten for frembringelse av en rekke pulser i jevn tidsavstand.

Kurven 103a representerer en enkelt bit i det binære ord 102a og abscissen er her igjen meget forskjéllig fra de tidligere kurver. Tidsaksen for kurven 103a er i millisekunder, fordi kurven bare representerer en enkelt bit. Hver enkelt bit omformes til to elektriske pulser med en varighet t og er atskilt med tidsintervall t .

x y Kurven 104a er en gjentagelse av kurven 103a og er for-sterket meget ved hjelp av kraftkilden 104. En elektrisk puls 104b tilføres viklingen 105 for åpning av ventilen og elektriske pulser 104c tilføres viklingen 106 for lukking av ventilen.Ventilen 4 0 på fig. 4A åpnes av pulsen 104b og lukkes av pulsen 104c og forblir åpen i tilnærmet tiden t . Tiden tx innstilles slik at den gir riktig energisering av viklingene og tiden t yer innstillet til å åpne ventilen 40 i riktig tidsrom. Begge disse tider bestemmes av en tidsgenerator 2.

Fjernmåleinformasjonen fra en føler til jordoverflaten skjer med egnede pauser mellom overføringene av de binære ord. Som følge av disse pauser er det mulig å lagre i en lagringsinnretning på jordoverflaten støy som skyldes boreoperasjonen alene uten ventilbølge. Dette skal forklares nærmere nedenfor.

Som allerede nevnt ovenfor må ventilen 4 0

på fig.4A være meget hurtigvirkende og til dette kreves betydelig kraft. Forsøk har vist at det er nødvendig med 1/2 til 3/4 hestekraft for å oppnå den nødvendige hastigheten .

Denne kraft utøves bare i meget korte tidsrom

og med en kraft på 1/2 hestekraft i ca. 40 millisekunder vil gi den tilstrekkelige energi for en enkelt betjening av ventilen. Denne energi kan dreie seg om 15 Joules.

Et batteri som er tilstrekkelig lite til å anbringes i husdelen 250b, kan levere ca. 4 millioner Joules uten oppladning eller utskiftning. Systemet er derfor i stand til å foreta 130.000 fullstendige ventiloperasjoner (åpning pluss lukking). I virkeligheten er energifor-bruket mindre enn 15 Joules pr. operasjon. Selvinduksjonen, Q, og bevegelsesimpedansen for viklingene, bevirker en strømoppbygning som er forholdsvis langsom slik som vist med kurven 272A på fig. 5C og 300,301 på fig. 6E. Den totale energi pr. puls er vesentlig mindre enn ,15 Joules og er blitt målt ned til 9 Joules slik at kapasiteten blir 216.000 fullstendige ventilbetjeninger. En større kapasitet kan oppnås ved å anvende kretsene som er beskrevet nedenfor under henvisning til fig. 5C. Av det ovenstående fremgår det at den nødvendige energi fra batteriene nede i borehullet gjør praktisk fjernmåling meget anvendelig. Oppnåelse av nødvendig meget stor energi (1/2 hestekraft) representerer imidlertid vanskeligheter.

Det er klart at løsningen av et slikt problem

må innebære lagring av energi i en mekanisme som kan ut-løse denne plutselig i løpet av meget kort tid og derved tilveiebringe de nødvendige korte utbrudd av stor kraft.

En slik mekanisme må ha hammervirkning og har tidligere vært oppnådd ved anvendelse av komprimert luft, forspente fjærer 0. 1. Lagring av energi i en kondensator krever en kondensator med stor kapasitet fordi den energi som lagres er i første rekke avhengig av kapasiteten og kvadratet av den lagrede spenning, og da liten selvinduksjon, hurtig virkning og energiseringsviklinger er nødvendige, blir nødvendig-heten av lav spenning tydelig hvilket vil si at meget store kondensatorer vil være nødvendige.

Matematisk analyse og eksperimenter har ført til følgende optimale kretsparametere: 1. Selvinduksjonen i viklingene 0,1 henry i energiserings-tilstnad og 0,07 henry i ikke-energisert tilstand, dvs.

viklingene er utført med uttak.

2. Motstanden i viklingen 4,5 ohm.

3. Spenningen ved hvilken energi lagres 50 volt.

4. Kondensatorens kapasitet 10.000 mfd.

5. Strømlevering til drivkretsen 10 amp.

For å oppnå hurtig energiseringsvirkning er viklinger med liten selvinduksjon ønskelige. Det er videre fastslått at strømleveringen til drivkretsene kan økes ut over 10 amp. Lav spenning krever imidlertid meget stor kapasitet.

De siste fremskritt når det gjelder såkalte batterier med smeltet salt har gitt energikilder som er meget kompakte og kondensatorer med meget høy kapasitet, nemlig 10 mfd med et volum så lite som 16 cm 3. Dette er uakseptabelt fordi det kreves en oppvarming til 500°C hvilket er upraktisk og kostnadene er alt for store. Men ytterligere fremskritt har ført til en tantalkondensator som er vel egnet til formålet.

Av det ovenstående fremgår at minst 216.000 fullstendige ventiloperasjoner kan oppnås fra en batteri-ladning. Hvis det antas at fjernmålesystemet kan levere kontinuerlige data ved å sende fem pulser pr. minutt, kan systemet være i drift i borehullet i 440 timer. Det skal imidlertid påpekes at kontinuerlig drift ikke er nød-vendig. Måleutstyret kan anvendes ved bare å sende en ordre under styring av bryteren 91 og elementene 94 og 95 på fig. 4A.

Videre,slik det skal forklares nærmere nedenfor kan det med kretsen som er vist på fig. 5C oppnås et enda større antall ventiloperasjoner med en pulstakt på 1 puls pr. sek. som synes praktisk.

Det er videre en annen paremeter som må bestemmes, nemlig oppladning av kondensatoren etter utladning. Kondensatoren kan lades gjennom en motstand som er forbundet med batteriet, men dette har vist seg enkelte ganger å gå langsomt fordi kondensatoren blir delvis ladet og strømmen gjennom motstanden avtar, og ved slutten av en ladnings-periode er ladestrømmen nærmest null. Hvis motstandens motstandsverdi er meget liten, vil ladestrømmen bli for stor, slik at det vil gå ut over batteriets levetid. Den beste måte å lade kondensatoren på, er ved konstant strøm. Kondensatoren vil da bli ladet med maksimal strøm svarende til maksimal utladningsstrøm for den anvendte batteritype, for å oppnå maksimal ladning. Ved riktig valg av lade-strøm, kan en vesentlig økning (med en faktor 2 eller 3)

av den energi som står til rådighet fra den valgte batteritype. Energikilder med konstant strøm er vel kjent og kan lett oppnås med elektroniske integrerte kretser innenfor

et stort strømområde.

Fig. 5B viser en kraftkilde som kan anvendes i drivenheten 104 på fig. 4A for å levere den nødvendige energi til viklingene 79. På fig. 5B indikerer 450 et batteri eller en turbogenerator eller en annen kilde for likestrøm, 451 en innretning for konstant strøm og 452 kondensatoren. Kondensatoren lades fra innretningen 451 og utlades via ledningen 453. Ledningen 454 leverer den regulerte strøm for det elektroniske utstyr nede i borehullet .

Det er også anordnet en innretning i det tilfellet at ventilen ved en feilfunksjon blir stående i åpen stilling i lengre tid. Denne innretning for automatisk lukking av ventilen i tilfelle feilfunksjon, er antydet med 269 på fig. 4A og vist i detalj på fig. 6A,6B og 6C.

Det er tidligere nevnt at ventilen har en hydraulisk bistabil virkning, dvs. når den åpnes ved hjelp av viklingen 105 har den en tendens til å forbli åpen og ved lukking ved hjelp av viklingen 106 har den en tendens til å forbli lukket. Det er da mulig som følge av elektrisk eller mekanisk feilfunksjon at ventilen blir stående åpen. Det skal bemerkes at hvis slik feilfunksjon opptrer, kan boreoperasjonen fortsette selv om noe slitasje kan opptre i åpningen 81 på fig. 4A. Imidlertid er en forstyrrelse av slamsystemets hydraulikk ved åpen ventil i lengre tid ikke ønskelig, og selv om boringen kan fortsette er det fordelaktig at ventilen er lukket meste-parten av tiden og bare åpen for frembringelse av korte pulser nødvendig for å frembringe hydrauliske sjokkbølger.

På fig. 6a,6b og 6c anvendes stangen 100 for

å skyve ventilen i lukket stilling ved utøvelse av nød-vendig kraft nedover på stangen 80 på fig. 4B.

Den øvre ende av mekanismen er utsatt for slammet i borstammen, dvs. står under hydraulisk trykk pluss trykkforskjellen over borkronen, dvs. trykkdifferensen mellom innsiden av måleutstyret 50 og det ringformede rom 60. Når pumpen ikke arbeider er trykket i sonen 111 bare hydrostatisk og når pumpen arbeider opptrer det hydrostat-iske trykk pluss differenstrykket. Da differenstrykket ligger i en størrelsesorden av 70 til 140 kg/cm 2, opptrer eri stor trykkendring i sonen 111 når pumpen startes, dvs. en trykkøkning på 70 til 14 0 kg/cm 2. Når pumpen ikke arbeider er sonene 112,113 på fig. 6A det samme som trykket i det ringformede rom fordi røret 114 er forbundet med kammeret 84 som inneholder olje med trykket i det ringformede rom (se fig. 4A) og fordi åpningen 115 står i forbindelse med sonene 112 og 113.

Hvis pumpen startes, vil trykket i sonen 111 øke 2

vesentlig, dvs. med 70 til 14 0 kg/cm og stempelet 116 presses nedover mot trykket av fjæren 107 (ikke vist på fig. 6B) og oljen med høyt trykk i sonen 112 skyver stempelet 108 nedover og presser fjæren 110 sammen. Når pumpen starter, vil situasjonen endre seg fra den som er vist på fig. 6A til 6B og begge stempler 116 og 108 i den nedre stilling og stangen 100 rager nedover som vist.

Som følge av åpningen 115 og virkningen av fjæren 110, skyves stempelet 68 oppover med en hastighet som bestemmes av størrelsen av åpningen 115, fjærkonstanten for fjæren 110 og viskositeten for oljen i sonene 112 og 113. Denne hastighet kan lett styres til en ønsket verdi,f.eks. slik at stempelet 108 vil vende tilbake til sin opprinnelige øvre stilling i løpet av 1 minutt. Etter 1 minutt, vil derfor innretningen innta den tilstand som er vist på fig. 6C. Av samme grunn vil, når pumpen stoppes virkningen av fjæren 107 og åpningen 115 bevirke at stempelet 116 løftes tilbake til den opprinnelige tilstand på fig. 6A.

Det er derfor klart at hver gang slampumpen startes, vil stangen 100 beveges nedover et stykke d som vist på fig. 6B og deretter vende tilbake til den normale tilbaketrukne tilstand. Da pumpen stoppes ved normal boring hver gang en borstammeseksjon skal føyes inn, vil stangen 100 gjøre en enkel bevegelse nedover og deretter vende tilbake til sin opprinnelige øvre stilling.

Det er tidligere nevnt at stangen 100 er innrettet slik at når den skyves nedover, vil den skyve magnetanker-stangen 80 på fig. 4A nedover og lukke ventilen. Innret-ningen på fig. 6A,6B,6C og 6D er således en sikkerhetsinn-retning, dvs. at hvis ventilen blir stående i åpen stilling som følge av en elektrisk eller mekanisk feilfunksjon, vil ventilen bli presset til lukket tilstand etter maksimalt IO:1 meters boring.

Fig. 6D viser mere detaljert innretningen 269 på fig. 4A.

Det hydrauliske automatiske lukkesystem som er beskrevet i forbindelse med fig. 6A,6B,6C og 6D vil automatisk lukke ventilen hver gang slampumpen stopper og startes på ny og således kan enhver mekanisk fastlåsing av ventilen bli avhjulpet. Det er imidlertid ett tilfelle som krever ytterligere bevåkenhet, nemlig hvis den elektriske lukkekrets 103,109 på fig. 5A feiler av en eller annen grunn, f.eks. en brent magnetvikling, kan ventilen åpnes igjen elektrisk kort etter at den hydrauliske automatiske lukkeinnretning har lukket ventilen.

Fig. 6E viser et elektrisk system som vil

hindre betjening av ventilen i tilfelle av en elektrisk feil ved aapparaturen nede i borehullet. S. betegner lukkeviklingen og S2 betegner åpningsviklingen. Motstanden 1^ er serieforbundet med en del av drivkretsen 104 som bevirker energisering av lukkeviklingen S^. Motstanden R2 er forbundet i serie med en del av drivkretsen 104 som energiserer åpningsviklingen S2> Disse motstander har meget liten verdi (0,05 til 0,2 ohm). Virkemåten av systemet som er beskrevet på fig. 5A er følgende: Den elektriske åpningsstrømpuls frembringes først og er vist på fig. 6E i form av pulsen 300. Den elektriske åpningsstrøm-puls frembringes senere, etter en tid t yog er vist med

301 på fig. 6E. Det skal bemerkes at de elektriske pulser 300 og 301 representerer strøm som opptas av viklingene og ikke den tilførte spenning, og motstandene R, og R2 frembringer spenningstap R-^i-^ resp. R2i2°g ^ i'^ 2 er str^mmen gjennom de respektive viklinger, og hvis følgelig en av viklingene er brent eller forbindelsen brutt, vil ingen

strøm flyte og ingen puls vil bli frembragt, i lihet med enhver annen elektrisk feil vil det ikke flyte strøm gjennom den ene eller begge motstandene og R,,.

Lengden av tiden t på fig. 6E og lengden av tx er forklart ovenfor i forbindelse med fig. 5A.

Forsinkelsen i forsinkelseselementet 302 er lik t . Med andre ord leverer forsinkelseselementet 302 på

sin utgang en puls som er identisk med inngangspulsen, men forsinket en tid t . Et slikt forsinkelsessystem er vel kjent og skal ikke beskrives nærmere her.

Da forsinkelsen i elementet 302 er lik t , vil

y

pulsen 303 opptre samtidig med pulsen 301.

En anti-koinsidenskrets 304 (en ELLER-portkrets) leverer på utgangen 305 et elektrisk signal bare når en av pulsene 3 01,303 påtrykkes, men leverer ingen puls når begge pulser 301 og 303 opptrer. Et relé 306 som energiseres av signalet på utgangen 3 05, kopler ut energien til utstyret nede i borehullet. Hvis således bare en lukkepuls opptrer uten en åpningspuls eller hvis bare en åpningspuls opptrer uten en lukkepuls, vil energien til utstyret nede i borehullet koples ut og ventilen bli lukket mekanisk av det automatiske hydrauliske lukkesystem som er beskrevet ovenfor i forbindelse med fig.. 6D.

Som alternativ på fig. 6E kan reléet 306 som kan være en elektronisk bryter i form av transistorer, anordnes for å avbryte energien til kretsene for åpningsviklingen. Dette kan ha visse fordeler fordi lukkekretsene vil fortsette å funksjonere, og en av hensiktene er å

sikre lukking av ventilen. Videre kan den elektroniske teller 314 anbringes mellom ELLER-portkretsen og reléet 306, slik at en elektrisk feilfunksjon ikke vil kople ut energien. Energien vil da bare bli brutt etter f.eks. 2,

4 eller 8 etter hverandre følgende feilfunksjoner.

Det er ovenfor påpekt at en meget hurtig betjening av ventilen 4 0 på fig. 4A er viktig. Den nødvendige sjokkbølge vil ikke bli frembragt hvis ventilbetjeningen er langsom. Da ventilen og dens drivmekanisme har betydelig masse er det nødvendig med betydelig kraft for å åpne og lukke ventilen innenfor det tidsrom som anses ønskelig. Denne kraft i størrelsesorden 1/2 til 3/4 hestekraft kan leveres av en kraftkilde som er beskrevet ovenfor. Som i alle slike konstruksjoner er det nødvendig med en viss kraft for å være sikker på at ventilen alltid åpnes og lukkes etter ønske. De forskjellige elektroniske logiske kretser og drivkretsene som er vist på fig. 5A er beregnet på.å levere firkantspenningspulser 104b og 104c som har en varighet på ca. 40 til 50 millisekunder for å sikre at viklingene 105 og 106 energiseres i tilstrekkelig tid til å,sikre betjening av ventilen. Fig. 5E viser spenningspulsen 104b på fig. 5A mere detaljert. På tidspunktet 0 påtrykkes spenning plutselig til drivkretsen 104 og øker tilnærmet øyeblikkelig til en verdi 270 og beholder denne spenning i 50 millisekunder og faller deretter igjen tilnærmet øyeblikkelig til verdien 0.

Bevegelsen av ventilen kan skje ved å måle strømmen som flyter gjennom viklingen som vist på fig. 5D som er et oscillogra som viser strømmen som funksjon av tiden, og kan f.eks. måles som spenningstapet over motstanden R1 eller R2 på fig. 6E.

Det er strømmen gjennom viklingen som bestemmer kraften og ventillegemet 6 8 på fig. 4A fordi amperviklings-tallet bestemmer den elektromagnetiske kraft. Da viklingene har selvinduksjon vil strømmen ikke bygges opp øyeblikkelig når spenningen som vist på fig. 5E påtrykkes. Hvis viklingen var en enkel selvinduksjon, ville strømmen bygges OPP som vist med kurven 271 med streket linje. I virkeligheten opptrer noe annet, fordi det opptrer en plutselig bevegelse av ankeret i magneten 79 på fig. 4B når ventilen åpnes eller lukkes i form av en reaktiv elektromotorisk kraft som skyldes hastigheten av ankeret som hurtig endrer (øker)selvinduksjonen i vedkommende vikling. På fig. 5D viser kurven 271 når ankeret og ventillegemet 68 er blokkert i åpen eller lukket tilstand. Den: opptrukne kurve 271 på fig. 5D viser strømmen slik den virkelig bygges opp når ventilen ikke er blokkert, dvs. ved riktig åpning og lukking. Kurven 272 for åpning eller lukking er svært lik denne. Av kurven 272 fremgår at etter påtrykning av spenningen, øker strømmen gradvis inntil den f.eks. når en verdi på 4 amp. på tidspunktet Tg etter 20 millisekunder. Deretter opptrer et plutselig fall til en laveste verdi på 2,2 amp. på tidspunktet T. etter 25 millisekunder. Etter T-^ = 25 millisekunder, øker strømmen igjen til den når den vanlige eksponentialkurve til en verdi på ca. 10 amp. etter ca. 6 0 millisekunder avhengig av motstanden i viklingen som f.eks. kan være 4,7 ohm.

Av kurven 272 er det klart at ventilen 40 starter åpning og lukking på tidspunktet Tg = 20 millisekunder og avslutter bevegelsen på tidspunktet T-^ = 25 millisekunder. Som nevnt ovenfor vil åpningen og lukkingen av ventilen begynne på tidspunktet Tg = 20 millisekunder og være avsluttet på tidspunktet T, = 25 millisekunder.

Det er viktig at tidspunktet = 25 millisekunder er avhengig av flere faktorer. Således vil ved høyt differensialtrykk T, være større enn 25 millisekunder, f.eks. 30,35 eller 40 millisekunder. Det er tilstrekkelig å si at tidspunktet T, indikerer tidspunktet når ventilbetjeningen er avsluttet og strømmen mellom T, og 50 millisekunder er i virkeligheten bortkastet fordi betjeningen av ventilen allerede er avsluttet. Denne ekstra tid er en sikkerhetsfaktor for å sikre at selv under vanskelige forhold vil ventilen alltid betjenes når spenningspulsen påtrykkes .

I praksis anvendes signalet på tidspunktet T-^

for utkopling av enhver annen strøm til magneten 79. Følge-lig vil all strøm mellom tidspunktet T. og 50 millisekunder være innspart og dermed minske mengden av energi som er nødvendig for å betjene ventilen 40. Det skal bemerkes at full sikkerhetsfaktor opprettholdes og strømmen vil fort-satt bli tilført inntil ventilen har avsluttet sin bevegelse .

De elektroniske kretser som anvendes for å ut-føre det ovenfor nevnte er vist på fig. 5C hvor 104 er drivkretsen på fig. 4A. Mellom drivkretsen 104 og jord er lagt inn en motstand R^ eller R^ me& liten motstandsverdi sammenlignet med motstanden i viklingene, f.eks. 0,2 ohm. Spenningen over denne motstand er derfor proporsjonal med strømmen som tilføres vedkommende vikling 104,106. To kretser som vist på fig. 5C er nødvendig, nemlig en for åpningsviklingen og en for lukkeviklingen, men for enkelthets skyld er bare en av disse kretser vist. Fra for-bindelsespunktet mellom drivkretsen og motstanden, er det anordnet én vanlig forsterker 273 hvis utgangsspenning har forløpet av kurven 27 2a som er en gjengivelse av kurven 272 på fig. 5D. En derivator 274 frembringer et utgangssignal som er proporsjonalt med første tidsderiver-ing av inngangsspenningen, hvilken deriverte spenning er vist med kurven 275. Av kurven 272 eller 272a fremgår at den deriverte kurve alltid er positiv med unntagelse mellom tidspunktene Tq og T^ da den er negativ. På kurven 275 er pulsen 276 negativ. En vanlig likeretter 277 slipper bare gjennom pulsen 276 som vist med kurven 278. En forsinkelseskrets 279 frembringer en utgangspuls 276b som er en gjengivelse av inngangspulsen, men forsinket med tiden T^-Tg. Pulsen 276b som vist med kurven 280 opptrer således bare litt senere enn tidspunktet T^. Denne puls 276b tilføres en elektronisk bryter 281 som bryter energitilførselen til drivkretsen 104 og stopper strømmen øyeblikkelig etter at ventilen 40 har avsluttet sin operasjon. Bryteren 281 er innrettet for å gjenopp-rette krafttilførselen til drivkretsen 104 etter et ønsket tidsrom. Dette gjentas når neste puls 104a eller 104b opptrer.

Det er viktig å bemerke at energi kan spares på denne måte. Da meget stor energi er nødvendig for å betjene ventilen 40 med nødvendig stor hastighet, er denne energisparing meget viktig og det kan vises at batteriets levetid kan økes så meget som 5 ganger.

Et viktig trekk ved oppfinnelsen er anvendbar-heten idet det lett kan anbringes i et eksisterende bore-hi: 11. Ved tidligere kjent utstyr bevirker store spesielle stålhus med en lengde på 10 meter eller mere og 20 cm i diameter er nødvendig for å huse den kompliserte instrumentering og transporten fra sted til sted krever spesielt konstruerte kjøretøyer. Ved oppfinnelsesgjenstand-en hvor ventilmekanismen er innfelt i hovedslamstrømmen er det mulig å eliminere et tungt, meget langt og kostbart spesialhus idet bare et kort stykke av borkraven er nød-vendig. Ved en praktisk utførelse av oppfinnelsen er denne del bare ca. 90 cm lang og 17 cm i diameter.

Et av de viktige trekk ved oppfinnelsen er derfor at ikke noe tungt og langt hus er nødvendig. Dette er fordelaktig særlig når magnetiske målinger slik som kompassretninger for styring av boring i retningsavvikende borehull skal foretas og hvor det kreves en umagnetisk borkrave. Umagnetiske borkraver er ikke bare tunge, 2-3 tonn, men også meget kostbare, opptil kr. 100.000,- fordi de må fremstilles av et absolutt umagnetisk materiale slik som K Monel. Ved et utstyr ifølge oppfinnelsen kan en standard borkrave med en ytre diameter på 15-23 cm anvendes. Som følge av enkelhet, må dimensjoner og koaksial konstruksjon av ventilsystemet ifølge oppfinnelsen og de tilhørende deler oppnås en spesiell fordel ved at all nød-vendig drivenergi og tilhørende utstyr kan anbringes i et trykksikkert rør med tilstrekkelig liten diameter til at det kan innordnes inne i en vanlig borkrave uten unødig å påvirke slamstrømmen. Noen følere må anbringes så nær som mulig borkronen. Særlig gammastrålefølere må være i stand til å detektere inntrengningen av borkronen i en gitt jordformasjon straks dette skjer. Noen følere som f.eks. helningsmeter krever nøyaktig indikering i forhold til borkronens angrepsflate som brukes for retningsavvikende boring, og må anbringes i vesentlig avstand fra magnetiske eller paramagnetiske materialer og huset 250a og 250b må ligge nøyaktig i flukt med borkraven.

Borkraven er utstyrt med indikering 253a og vinkelen for denne markering må ha et konstant vinkelforhold til markeringen 254a som er anbragt på fjernmåleutstyret. Denne kjente vinkel innføres så i beregningen for å bestemme retningen og vinkelen i forhold til vertikalplanet for borkraven.

Fig. 7A viser fjernmåleutstyret 50 med et hus

250 med en øvre del 250a og en nedre del 25 0b slik som tidligere vist på fig. 4A. Den øvre del 250a er anordnet inne i et kort stykke 254 som er ca. 9 0 cm langt. Dette korte stykket har en innvendig boring med en diameter på f.eks. 12 cm tilstrekkelig til å huse ventilenheten 4 0

og også å tillate en uhemmet strøm av boreslam forbi den øvre del 250a gjennom en passasje 61 som også er antydet med 61 på fig. 4A. Husdelen 250a har liten diameter fortrinnsvis ca. 7 cm eller mindre. En borkrave 255 er vanligvis ca. 10 meter lang og har stor vekt og er kostbar. Den indre diameter er ca. 8 cm + 1,5 cm. Den sentrale

del 256 er forsynt med den nedre husdel 250b og har noe mindre diameter enn den øvre husdel. Liten klaring er meget viktig for å hindre svingning når utstyret vibrerer under boring. Utløpsåpningen 8 5 er den samme som vist på fig. 4A. Husd elen 250b er opphengt inne i delen 254 ved hjelpemidler som ikke er vist på tegningen. Tverrsnitt-formen av den sentrerende del 256 er vist på fig. 7b med spor eller passasjer 258 for fri strømning av borslammet.

Den nedre husdel 250b består av flere deler som

er forbundet med hverandre ved hjelpemidler som er vist på fig. 7C, hvor hver del oventil er forsynt med en ut-sparing 26 0 og nedentil med en utragende del 261 som passer inn i utsparingen av den nedenfor beliggende del. Delene holdes sammen av en innvendig forbindelseshylse 262 som er festet til delene ved hjelp av skruer 265 gjennom huller 263, 264. En slik forbindelse sørger for nøyaktig vinkelstilling når delen 253 er bøyet.

Som nevnt ovenfor må vinkelen mellom merkene

253a og 254a være kjent for å beregne vinkelen i forhold til vertikalretningen for den bøyede del. Det er også nødvendig at vinkelforskyvningen mellom aksen for en helnings-

indikator og markeringen 254a er kjent og med jevne mellom-rom under boring er det foretrukket men ikke nødvendig, at vinkelen mellom en av de horisontale akser for helnings-indikatoren og merket 254a er null. For dette formål er husdelen 250b utstyrt med vinkelindikerende utragende deler 261 som vist på fig. 7A og 7C.

En nødvendighet ved foreliggende oppfinnelse

er å oppnå hydrauliske sjokkbølger som har virkning analog med hammereffekt i vann. Ved plutselig å stoppe slam-strømmen blir trykket plutselig øket. Denne lokale økning i trykket forplantes gjennom slamstrømmen i likh&t med hammereffekt. Det er vel kjent at en plutselig og lokal endring av hastigheten frembringer en tilsvarende lokal endring i trykket, og følgelig vil en plutselig og lokal endring i trykket frembringe en plutselig og lokal endring av hastigheten. Som følge av elastisitet og treghet i væsken, overføres endringene fra den del hvor de opprinnelig dannes til nabodeler med en hastighet som svarer til utbredelseshastigheten for kompresjonsbølgene. Utbred-elsen av sjokkbølger er et meget komplisert problem. For å tilfredsstille praktiske krav, må det bestemmes en parameter som er mest representativ for den oppgave å oppnå en klar definert sjokkbølge. To parametere K. og K2 skal nærmere betraktes. Når den ene eller andre av disse parametere overskrider en egnet verdi, blir en tydelig definert sjokkbølge frembragt.

Parameteren K-^ er den midlere endringshastighet for hastigheten av slamstrømmen gjennom ventilen når denne er åpen. Hvis V(t) er hastigheten av slamstrømmen gjennom ventilen som funksjon av tiden i cm pr. sekund.

På tidspunktet t = 0 når ventilen begyner å åpne seg, er hastigheten 0, dvs. V(0) = 0. På tidspunktet t = T a. ^ når ventilen er helt åpen og hastigheten av ventilbetjeningen er Vf som er passeringshastigheten under full gjennomstrømning, er

og følgelig er parameteren K, som er den midlere hastighet for endringen, er hastigheten under tidsperioden T a^:

2

målt i cm /sek.

Hvis det antas at parameteren K. overskrider en bestemt terskelverdi, dvs. når: er det fastslått at:

Parameteren K2 representerer den midlere hastighetsendring av arealet av åpningen i ventilen i T(<v>)

tidsrommet T .

a

I den tidligere angitte ligning (1) ble S(t) definert som arealet av ventilen som er åpen på tidspunktet t, slik at t = 0 gir S(0) = 0 og t = T cL slik at:

hvor Sg er den totale åpning av ventilen. Parameteren

K 2 er da:

Det antas at parameteren K2 overskrider en egnet terskelverdi, dvs. når:

og det dannes en klart definert sjokkbølge. Forsøk har

2

vist M = 100 cm /sek.

Grovt regnet er K, proporsjonal med K,,. Parameteren K2 er mere anvendbar fordi den direkte angir konstruksjon og betjening av ventilen.

Det er også en parameter (se B^C^ på fig.2A) som må tas i betraktning ved bedømmelse av kurvene på fig. 8A til 8E. Hver av disse kurver svarer til et sett numeriske verdier av K, og eller K2 og T, .

Fig. 8A til 8E viser virkningen av å variere

Kl og e^--'-er K2Qg Tb^<V>^ ^or ^ bevirke overføring fra et område med liten trykkvariasjon til et område med hydrauliske sjokkbølger. Hver av disse kurver viser hvorledes trykket detektert på jordoverflaten som ordinat varierer med tiden t som abscisse.

9

Arealet av åpningen var 0,5 cm" ved disse eksperimenter. Eksperimentelle data ble oppnådd ved flere borehull som ble boret for å foreta fjernmåleeksperimenter.

Ved utførelsen av de ovenfor nevnte eksperimenter ble et stort utvalg av eksisterende slampumper og forskjellige intefererende virkninger tatt i betraktning, og pumpetrykkvariasjoner for et gitt midlere slamtrykk varierte en stor del fra eksperiment til eksperiment. Eliminering av store interfererende slamtrykksignaler var innviklet. Pumpetrykksignalene kunne differere med 10 til 20 ganger. For å bestemme optimale verdier for K2 eller og T^ ^ ble boringen stoppet og en meget god pumpe anvendt. Fig. 8A til 8E er derfor ikke representative for en typisk tilstand, men representerer en tilstand hvor forskjellig støy (fra pumper og andre kilder) ble minsket og deretter ble det tatt middelverdi ved beregning for å oppnå maksimale verdier for parameterne K2 eller K^ og T^^.

De tilsvarende verdier for disse parametere er for fig. 8A til 8E gitt i tabellen nedenfor:

Fig. 8A til 8E representerer middelverdier fra en lang rekke prøver. Ved disse prøver ble det anvendt et standrørtrykk på 210 kg/cm 2 og variasjonene i trykket lå innenfor området 7 kg/cm 2. Disse prøver ble foretatt med forskjellige typer ventiler slik som motordrevne ventiler, dreieventiler, tallerkenventiler osv. Fig. 8F viser nøyaktig standrørstrykket opptegnet ved en prøve i en dybde på 3000 meter og med et standsrørstrykk på 200kg/cm 2. Fig. 8A viser en langsomtvirkende ventil. De numeriske verdier for parameterne på fig. 8A er K2 =

0,5 cm<2>/sek. og Tfa^ = 2 sek., dvs. de svarer til det som forutsettes ved den tidligere kjente teknikk som er vist på fig. IA og IB. Følgelig representerer både fig. 8A og IB tilfellet med langsomme trykkpulsering. På den annen side viser fig. 8E anvendelsen av en hurtigvirkende ventil hvor K2 = 100 cm<2>/sek. og Tb<*v*> = IO-<1> sek. Følge-lig viser fig. 8E hydrauliske sjokkbølger og ventilbølgen på fig. 8E er svært lik ventilbølgen på fig. 2B.

Fig. 8B,8C og 8D viser forskjellige overganger fra langsomme trykkvariasjoner til hydrauliske sjokkbølger.

Ved prøvene som er vist på fig. 8B,8C og 8D er de så like som mulig. Måleutstyret befant seg nær bunnen av borehullet på ca. 2.400 meter og slamviskositeten var ca. 40 Funnel med en vekt på 1,3 kg/liter. Åpen ventil hadde et tverrsnittsareal på 0,7 cm 2. Det normale stand-rørtrykk var 210 kg/cm 2 og ventilen som ble anvendt var lik ventilen 40 med en modifisert og langsommere betjenin-: ng uten bistabil virkning, dvs. ventilen var en enkel trykkbalansert ventil og strømningshastigheten ble styrt ved innsnevring av innløpspassasjen. Det skal bemerkes at ventilbetjeningen på fig. 8B var forholdsvis rask, men frembragte ikke de ønskede hydrauliske trykkbølger. Den hurtige åpning indikerer imidlertid at hurtig betjening er ønskelig. Utløpshastigheten var i størrelsesorden 19 liter/sek.

Justering av innløpsarealet og utløpsarealet

og den elektriske energi som tilføres viklingene kan oppnås forskjelige ventilbetjeningshastigheter. Av det ovenstående fremgår at ingen sjokkbølger frembringes når Kbr9 i= nge0s ,5 nåcm r 2/se= k.1, 0o0 g cm ti/lnsæekrm.et ideelle sjokkbølger frem-

Nedenfor skal innføres en annen parameter som uttrykker nødvendigheten av styrken av sjokkbølgen. To forskjellige forhold skal tas i betraktning. Den ene parameter K., gjelder den mengde slam i cm 3 som passerer ventilen i tidsrommet Ta ^ • Den andre parameter representerer den midlere fluks i slamstrømmen i tidsrommet T (<v>), slik at

For å forenkle problemet antas at hastighets-økningen for strømmen i tidsrommet Tg^ er konstant og lik K^, slik at:

Det antas også at økningen av ventilåpningen er konstant og lik K_, slik at:

Følgelig vil volumet av det slam som passerer ventilen i tidsrommet T ^ være:

3.

Parameteren K-, er således mengden i cm 3 av slam som passerer ventilen i tidsrommet Ta^<V>^• Dette er volumet av interesse for perioden av en enkelt åpning og lukking av ventilen. Et annet alternativ er i stedet for parameteren K-, å anvende parameteren K. som representerer fluksen av slamstrømmen i tidsrommet T cl ^, dvs.:

Nedenfor skal betraktes dekodinger av signalene fra trykkomformeren 51. Fig. 9 viser apparaturen og fig. 10A til 10G viser bølgeformer ved dekodingen av signalene.

Signalet fra trykkomformeren 51 omfatter et informasjonsbærende signal sammen med interfererende signaler som utydeliggjør det brukbare signal. Det informasjonsbærende signal representerer en kodet melding som oppnås ved hjelp av ventilen 4 0 i samsvar med en føler. Et av de interfererende signaler frembringes av pumpen 27 og inneholder en sterk komponent for slamtrykket som frembringes av pumpen. Denne komponent skyldes sirkulasjonen av slammet gjennom borstammen og tilbake i det ringformede rom mellom borstammen og borehullveggen. Over-lagret på denne er en vekselkomponent frembragt ved gjen-tatt bevegelse av pumpens resiproserende stempler.

For å bedre mottagelsen er det ønskelig å fjerne fra utgangssignalet fra omformeren 51 og fjerne den kontinuerlige trykkomponent som frembringes av pumpen 27. Av den grunn er et frekvensselektivt filter 150 forbundet med omformeren 51 for passering av frekvenser i området 0,1 til 10 Hz og dempe frekvenser utenfor dette området. Frekvenser som gjelder den konstante trykkomponent ligger under 0,1 Hz.

I beskrivelsen må det skilles mellom betegnelsen filter slik som anvendt for det frekvensselektive filter 150 og et digitalfilter som skal beskrives nærmere nedenfor. Med et filter slik som filteret 150 utføres en vanlig filtrering ved hjelp av analoge elektroniske nett-verk. Betegnelsen filter kan anvendes for et bølgefilter, slik som et Shea filter, se f.eks. "Transmission Networks and Wave Filters" av T.E.Shea, D. VanNostrand Co.,New York, N.Y.1929. På den annen side kan et digitalfilter være et tilpasningsfilter, et pulsformende filter, et toppdannende filter. Utgangssignalet fra et digitalfilter oppnås ved å behandle det digitale inngangssignal med filterets veiekoeffisienter. Et digitalfilter er en computer.

Signaler som leveres på utgangsklemmen 151 fra filteret 150 er følgende funksjon av tiden:

hvor B(t) er det informasjonsbærende signal, P(t) er det interfererende signal som skyldes periodiske trykkvariasjoner fra pumpen, og U(t) representerer omgivelsesstøy. Omgivelsesstøyen frembringes av forskjellige virkninger slik som tennene på borkronen under boring av tannhjul i forbindelse med borstammen og ved andre innretninger ved boreoperasjonen. I noen tilfeller er U(t) en tilnærmelse til hvit støy, men kan i andre tilfeller atskille seg betydelig fra denne.

Den kodede melding uttrykt ved det informasjonsbærende signal B(t) er en rekke binære ord og hvert av disse inneholder en rekke bits. En enkelt bit i et binært ord frembringes ved en enkelt betjening av ventilen, dvs. en enkelt åpning og lukking. En slik enkelt betjening frembringer en hydraulisk sjokkbølge som på jordoverflaten gir en enkelt ventilbølge som vist på fig. 2B. Meldingen som er uttrykt ved B(t) har derfor form av en kodet rekke av ventilbølger. Fig. 10A til 10G viser forskjellige trinn som må utføres for å skille det informasjonsbærende signal B(t) fra de interfererende signaler. For å lette forklaringen er B(t) på fig. 10A uttrykt ved en enkelt ventil-bølge eller en kodet rekke av ventilbølger. Ventilbølgen på fig. 10A er derfor av samme type som ventilbølgen på fig. 2B. Det er imidlertid en liten endring, idet merkingen med "s" på fig. 2 er sløyfet på fig. 10A. På fig. 10A til 10G er de forskjellige tidspunkter betegnet med t-^,<t>2» <t>15't16 uten noen markering med "s". For tydelighets skyld og for å lette forklaringen er tidsskalaene for disse kurver forvrengt.

For å eliminere interfererende støysignaler cg frembringe et signal som representerer den kodede melding foretas ti etter hverandre følgende operasjonstrinn: Trinn 1: I dette trinn blir et signal med tre komponenter som er vist på fig. 10A omformet til et signal med to komponenter som vist på fig. 10C. Hensikten med dette trinn er å eliminere pumpestøyen P(t). Som resultat frem-kommer ventilbølgen som er vist på fig. 10A omformet til en dobbelt ventilbølge slik som vist på fig. 10C.

Trinn 2: Hensikten med dette trinn er å eliminere om-givelsesstøykomponenten.

Trinn 3: I dette trinn blir hver dobbelt ventilbølge som vist på fig. 10D omformet til en enkelt signalpuls som vist på fig. 10G. Følgelig oppnås en kodet rekkefølge av enkeltpulser som representerer i digital form parameteren som måles av føleren 101 i den ønskede dybde i borehullet.

Fig. 10A viser tre komponenter av signalet F(t) som uttrykt ved ligningen (22). Disse komponenter er ventilbølgen B(t), pumpestøyen P(t) og omgivelsesstøy U(t). Som tidligere nevnt oppnås signalet F(t) ved hjelp av filtere 150. Filteret er forbundet med et forsinkelseselement 152 som forsinker inngangssignalet F(t) en tid Tp som er en periode for svingningen som frembringes av pumpen 27. Signalet på utgangslederen 153 fra forsinkelseselementet 152 kan uttrykkes som F(t-T p). De tre komponenter i dette signal er vist på fig. 10B og er den forsinkede ventilbølge B(t-T P ), den forsinkede pumpestøy P(t-T ) og den forsinkede omgivelsesstøy U(t-T ). Tids-

P P

rommet T Ir er avhengig av pumpens rotasjonshastighet og da denne ikke er konstant, er forsinkelsen T Pen variabel forsinkelse. En egnet styring av forsinkelseselementet 152 må derfor tilveiebringes i samsvar med pumpens 27 rotasjonshastighet. Derfor mottar forsinkelseselementet 152 via lederen 154 en tidsstyrepuls fra en pulsgenerator 155 som drives mekanisk av pumpen og frembringer et egnet antall pulser for hver omdreining av pumpen. En driv-kjede 156 er anordnet for dette formål.

Det antas at pumpen 27 gjør N-^ slag i sekundet,

og derfor T = 1/N^. Pulsgeneratoren 155 leverer tids-styrepulser med forholdsvis stor repetisjonshastighet N2 som er et multiplum av N^, og derfor N2 = KN^, hvor

K er en konstant som velges lik 512. Hvis således pumpe-slagene er ett pr. sekund, må pulsgeneratoren frembringe 512 pulser pr. sekund. Det er klart at pulstakten for slampumpen 27 varierer med tiden og derfor vil N2 variere for å sikre at forsinkelsen som forårsakes av forsinkelseselementet 152 alltid er lik en periode av slamtrykk-svingningene som frembringes av slampumpen 27.

Signalet F(t-T ) fra forsinkelseselementet 152 tilføres inngangsledningen 153 til en subtraktor 160 som også mottar på inngangslederen 161 signalet F(t) fra filteret 150 og frembringer på utgangslederen 162 et differens-signal

Da P(t) er periodisk med en periode T , blir

Som følge av periodisiteten i pulseringene som frembringes av pumpen 27, er støy som skyldes pumpen eliminert og signalet på utgangslederen 162 fra subtraktoren 160 kan uttrykkes: for det informasjonsbærende signal og

for omgivelsesstøysignalet.

Både det informasjonsbærende signal b(t) og støysignalet u(t) er vist på fig. 10C. Ved å foreta trinn 1 som forklart ovenfor, er det informasjonsbærende signal B(t) som vist på fig. 10A omformet fra en ventil-bølge til et forskjellig informasjonsbærende signal b(t) som vist på fig. 10C. Signalet b(t) kan betegnes som dobbelt ventilbølge i motsetning til signalet B(t) som representerer en enkelt ventilbølge. En dobbelt venti bølge omfatter to halve ventilbølger betegnet "A" og "B" på fig. 10C. Disse ventilbølger er atskilt fra hverandre ved tidsintervall T P. Ventilbølgen "A" er lik den på fig.,10A, mens ventilbølgen "B" representerer den inverterte form av ventilbølgen"A".

Signalet x(t) i ligningen (25) tilføres videre inngangslederen 162 i en analog-digitalomformer 163 som

styres av en tidsstyregenerator 178. På utgangslederen 164 fra omformeren oppnås signalet:

hvor i samsvar med symbolene som anvendes her x^_, b^_ og

u^ er digitale versjoner av de analoge signaler

<>> x(t), b(t) og u(t). Signalene x^ og ufc har form av tids-rekker :

og signalet bfc er en ventilbølge med endelig lengde: Signalet som inneholder den dobbelte ventil-bølge bfc og støysignalet ufc, tilføres et digitalfilter 170 med lengden (n + 1) med hukommelsesfunksjon

Det anvendes her et digitalfilter i form av et tilpasningsfilter og det anvendes en hukommelsesfunksjon afc for å optimalisere virkningen av filteret. Optimale tilstander oppnås når signal-støyforholdet på utgangen fra filteret 170 har sin maksimale verdi.

Hukommelsesf unks jonen a^_ for filteret 170 er styrbar for på ethvert tidspunkt å sikre at optimale forhold oppnås under måling. Styringen av filteret skjer ved hjelp av en computer 172 som mottar egnede data fra en lagringsinnretning og et uttakselement 173 slik det skal beskrives nærmere nedenfor.

Et signal y opptrer på utgangslederen 174

fra filteret 170 og kan uttrykkes som bestående av inngangsfunksjonen x og hukommelsesfunksjonen a^, slik at

hvor stjernen betegner en omhylling. Ved i ligningen (33) å sette xfc = b^ + ufc, blir: som er filterreaksjonen på et rent inngangssignal og:

er støysignalet. Dette er vist i funksjonsskjemaet på fig. 11.

For å sikre optimale forhold av filteret 170, velges en bestemt tid f.eks. t = tQ og det er nødvendig at øyeblikksverdien av signalet som opptrer på utgangen av filteret på tidspunktet t = tg er så stor som mulig i forhold til den midlere verdi av filterstøyen på dette tidspunkt. For å detektere signalet cfc i det filtrerte utgangssignal ufc, må signal-støyforholdet være:

Hvis signalet (bg,b^,...,bn) med lengden (n + 1) bearbeides i et filter med lengden (n + 1) oppnås rekken (Cg,C^,... c , ...c„ i,c„ ) med lengden (2n + 1) hvor c er den

n 2n-l 2n 3 n

sentrale verdi i rekken. På tidspunktet tQ = t ,p blir

hvor E {v<2>} er den midlere verdi for støyen.

Det antas her at omgivelsesstøyen u er hvit støy og den maksimale verdi av signal- støyforholdet u kan oppnås når:

hvor k er valgt lik en. Tilstedeværelsen av et signal i støyen når det er tale om hvit støy, kan optimale forhold oppnås når hukommelsen i filteret er gitt ved det inverterte signal, nemlig med koeffisientrekken (bn'bn-l""V*

Hukommelsen i filteret 17 0 er bestemt til enhver tid ved hjelp av computeren 172 som er forbundet med filteret via en kanal 175. Uttrykket kanal betegner her egnede ledere, forbindelser eller overføringsmidler i den grad det er nødvendig. Elementet 173 tjener til å lagre funksjonen b for etterfølgende overføring via kanalen 176 til computeren 172. Computerens funksjon er å reversere inngangsdata uttrykt ved rekken (bg,b^,..-b ) for på utgangskanalen 175 å avgi rekken (bn,b^,...bg) som så tilføres tilpasningsfilteret via kanalen 175 og lagres der som hukommelse for filteret i samsvar med ligningen (39) .

Det filtrerte utgangssignal y som opptrer på utgangslederen 174 fra tilpasningsfilteret 170 tilføres en digital-analogomformer 181. Da signalet y er et signal av digital form, vil den analoge funksjon på utgangslederen 18 2 fra omformeren være et uttrykk i samsvar med symbolene som er brukt som y(t).

Det skal bemerkes at det å gjøre signal-støyfor-holdet størst mulig i det filtrerte utgangssignal y^_ er ekvivalent med å gjøre støysignalet v minst mulig sammenlignet med det informasjonsbærende signal c slik at:

Utgangsfunksjonen y(t) fra tilpasningsfilteret~ som vist på fig. 10D er meget nær lik funksjonen b(t)

som er vist på fig. 10C.

Et viktig trekk ved oppfinnelsen innebærer lagringen av funksjonen bfc ved hjelp av elementet 173. Det som er nødvendig for lagring av b^ skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til fig. 12 og består i følgende seks trinn.

T rinn a. Boringen stoppes, dvs. borkronen 31 løftes i liten avstand fra bunnen av borehullet, drivverket stoppes og dreiebordet 21 stoppes.

Trinn b. Pumpen fortsetter å arbeide som under normal boring, dvs. en jevn pumpetakt og pumpetrykket er det samme som ved boring. Alle andre interferenskilder slik som stammer fra generatorer, drift av kraner etc. stoppes. Bølgebevegelse og andre støykilder elimineres så langt det er mulig i tilfelle av boring til sjøs.

Trinn c. Som ovenfor beskrevet og vist i forbindelse med fig. 5A, er kodingen nede i borehullet bestemt av et tids-styresignal som er tilnærmet synkront med tidsstyresig-nalet på jordoverflaten. Følgelig er det mulig på jordoverflaten å detektere når en enkelt puls frembringes i borehullet og ved å kjenne overføringshastigheten gjennom slamsøylen kan det fastslås det nøyaktige tidspunkt da den hydrauliske puls mottas på overflaten. Det er således mulig å motta en enkelt ventilbølge på overflaten og på forhånd vite tidspunktet når ventilbølgen skal opptre selv om den er foxrstyrret av støy. I mange tilfeller vil en enkelt ventilbølge tre tydelig ut av støyen slik at visuell iakttagelse på en oscilloskop er mulig. Den hydrauliske transient som frembringes, av ventilen 40 mottas; således av■ omformeren 51 på et kjent tidspunkt.. Trinn d. Signalet fra omformeren 51 passerer filteret 150 for selektiv passering av frekvenser i området fra 0,1 til 10 Hz. Da selve boringen er stoppet, kan man se bort fra omgivelsesstøyen U(t) og følgelig er signalet som opptrer på utgangen-fra filteret 150 av formen F(t) = B (t) + P (t) .

Trinn e. Signalet F(t) fra filteret 150 passerer et forsinkelseselement 152, en subtraktor 160 og en analog-digitalomformer 163 slik det er beskrevet ovenfor. Vanligvis under boring vil signalet fra omformeren 163 ha formen xfc = bfc + ut hvor ufc er støy som skyldes boring. Da imidlertid boringen er stoppet, vil også her om-givelsesstøyen ufc være umerkelig. Under disse forhold er x ~ bt- Signalet xfc representerer således praktisk talt et støyfritt signal som svarer til ventilbølgen som representerer det informasjonsbærende signal.

Trinn f. Funksjonen xfc~ bfc lagres.

Ved de ovenfor angitte trinn vil utgangssignalet

fra omformeren 163 bli tilført elementet 17 3 for lagring.

Når det gjelder frekvens, kan hukommelsesfunksjonen afc for filteret 170 uttrykkes:

hvor f er frekvensen og B* (f) er en Fourier transformasjon av signalet bfc.

Elimineringen av omgivelsesstøy når det er hvit støy, kan i noen tilfeller skje ved hjelp av en autokorrelator i stedet for et tilpasningsfilter slik som filteret 170 på fig. 9. I det tilfellet kan fig. 9 modifi-seres ved å eliminere filteret 174, computeren 172 og elementet 173 og erstattes med en autokorrelator. Inn-gangsklemmene i autokorrelatoren forbindes da med utgangs-ledningene 164 fra analog-digitalomformeren 163. Samtidig blir utgangslederne fra autokorrelatoren forbundet med inngangslederne 174 for digital-analogomformeren 181. Utgangssignalet fra digital- analogomformeren kan passere et forsinkelseselement 190, en inverter 192, en OG-portkrets 193 etc. som vist på fig. 9. I noen tilfeller kan imidlertid utgangssignalet fra digital-analogomformeren tilføres direkte til et registreringsapparat.

På fig. 9 er det på utgangslederen 182 fra digital- analogomformeren 181 oppnådd et signal som representerer en funksjon y(t) som er vist på fig. 10D og som har form lik den dobbelte ventilbølge b(t), dvs.

y(t) ~ b(t) som representerer en enkel bit i det digitale signal som betjener ventilen 40. Det er klart at en slik funksjon ikke er meget anvendelig for å representere et meget kort tidsintervall svarende til en enkelt åpning og lukking av ventilen 40. Det er derfor nødvendig som nevnt i tirnn 3. å omforme den dobbelte ventilbølge til en enkelt kort puls som opptrer samtidig med betjeningen av ventilen. Dette oppnås ved hjelp av et forsinkelseselement 190 styrt av tidsstyregeneratoren 191 sammen med invertereren 192 og OG-portkretsen 193 (koinsidensnettverk) som vist på fig. 9. Forsinkelseselementet 190 mottar på lederen 192 signalet y(t) fra digital- analogomformeren 181. Dette forsinkelseselement styres av tidsstyregeneratoren 191 slik at det på utgangslederen 195 oppnås en forsinkelse lik tidsintervallet T m. Den forsinkede funksjon b(t - Tm) er vist på fig. 10E og tilføres via lederen 195 til invertereren 192 for på lederen 197 fra

elementet 192 og oppnå en invertert forsinket dobbelt ventilbølge uttrykt ved -b(t - T m) og som er vist på

fig. 10F.

Signalet -b(t - T ) tilføres via lederen 197 til OG-portkretsen 193. Samtidig tilføres signalet b(t)

fra digital- analogomformeren 181 via ledere 182 og 200 til OG-portkretsen 193. Hvert signal b(t) og -b(t - T ) inneholder pulser som har positiv og negativ polaritet. Ved å sammenligne sigalet på fig. 10D med signalet på

fig. 10F, fremgår det at det bare er en puls på fig. 10D som opptrer samtidig med pulsen på fig. 10F. Denne puls opptrer i tidsintervallet fra t^ til t^ på fig. 10D og fra tg til t^g på fig. 10F. Tidspunkteene t^ og tg er koinsidente fordi t0 = t, + T og tQ = t, + T . På samme

3 1 m 3 9 1 m

måte er tidspunktene t^ og t^^ koinsidente fordi t^ = t-^ + T +T og t,. = t, + T +T. Følgelig utledes en

n m 3 10 1 n m

enkelt koinsidenspuls fra den dobbelte ventilbølge b(t) som vist på fig. 10G. OG-portkretsen 193 som på inngangslederne 200 og 197 mottar signaler som representerer funksjonene b(t) og -b(t - T ) frembringer følgelig på utgangslederen 210 en enkelt puls som vist på fig. 10G.

For enkelthets skyld er det i dette utførelses-eksempel bare vist en enkelt puls som frembringes og som er hovedsakelig koinsident med en enkelt åpning og lukking av ventilen. Det skal imidlertid bemerkes at under virkelig boring og samtidig måling, vil det på utgangslederen 210 opptre en kodet rekke av enkeltpulser som representerer en måling utført av en utvalgt føler for en valgt parameter.

Den kodede rekke av enkeltpulser på utgangslederen 210 fra OG-portkretsen 193 tilføres en digital-analogomformer 211 som styres av en tidspulsgenerator 212. På utgangslederen 214 fra digital- analogomformeren 211 oppnås i analog form et signal som representerer målingen av den valgte parameter. Dette signal opptegnes ved hjelp av en opptegningsinnretning 54.

Fig. 13 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen hvor en krysskorrelator kan anvendes i stedet for tilpasningsfilteret for å eliminere støy. Det er en nær analogi mellom behandlingen av de to funksjoneer gitt ved ligningen (20a) og krysskorrelering. Krysskorrelering av de to funksjoner gir det samme resultat som passeringen av den første funksjon gjennom et filter hvis hukommelsesfunksjon er en reversering av den andre funksjon. Fig. 13 viser hvorledes de samme operasjoner som ved et tilpasningsfilter, også kanutføres ved hjelp av en krysskorrelator 200 som har to innganger 201 og 202 og en utgang 203. Signalet x fra analog- digitalomformeren 163 tilføres inngangen 201, mens signalet bfc fra lagringselementet 173 tilføres inngangen 202. Et signal som representerer krysskorreleringen av xfc og bfc opptrer da på utgangen 203. Det er klart at det krysskorrelerte signal på utgangen

20 3 er identisk med signalet y^ uttrykt ved ligningen(33)

og frembragt ved tilpasningsfilteret 170 på fig. 9. Det krysskorrelerte signal bearbeides videre som vist på fig. 13 på samme måte som signalet fra tilpasningsfilteret 170 på fig. 9.

Når omgivelsesstøyen er hvis støy, er auto-korreleringen q for støyfunksjonen lik null for t ^ 0. Nedenfor skal behandles det tilfellet at uønsket støy u har en kjent autokorreleringsfunksjon q hvor koeffisienten qfc ikke nødvendigvis er null for t f 0. Dette er tilfelle for autokorrelert støy i motsetning til ren hvit støy hvis autokorrelasjons koeffisient er qQ. En egnet form for et tilpasningsfilter og tilhørende komponenter er vist på fig. 14. I dette tilfellet er det nødvendig ikke bare å lagre det informasjonsbærende signal bfc som f.eks. ved hjelp av elementet 173, men også støysignalet u . På

fig. 14 er det derfor anordnet to lagringsinnretninger 17 3 og 224. Lagringsinnretningen 173 utfører en funksjon som er identisk med lagringselementet på fig. 9 og 12. Det tjener til lagring av funksjonen bt. På den annen side er

funksjonen for lagringselementet 224 å lagre støyfunksjonen ufc. Uttak av funksjonene bfc og ufc fra lagringselementet 173 resp. 224 tilføres via kanaler 225 og 226 til en computer 228. Computerens funksjon er å omforme inngangssignalene fra kanalene 225 og 226 til data for å bestemme hukommelsesfunksjonen for tilpasningsfilteret 220 og som tilføres via kanalen 230.

Forløpet vil nå bli det samme som før, unntatt at det må tas i betraktning at støyen ufc ikke lenger er hvit støy. Tilpasningsfilterne som her skal beskrives er uavhengige av en eventuell forsterkningsfaktor k som for enkelthets skyld er valgt lik en.

Her skal anvendes den samme definisjon av signal-støyforholdet u slik at:

Det er ønskelig å gjøre u størst mulig ved å anta at støysignalet ufc er et autokorrelert signal. Det er hensiktsmessig å innføre matriksangivelse på dette punkt nemlig:

som betegner rekkevektoren (n + 1) som karakteriserer hukommelsen i tilpasningsfilteret 220. Videre betegner rekkevektoren (n + 1) som definerer tidsreverseringen av signalet bfc og betegner autokorrelasjonsraatriksen(n + 1) ganger (n + 1) for støysignalet. Dette kan uttrykkes:

hvor (') betegner matrikstransponering.

For å gjøre u størst mulig må størrelsen ifølge ligning (46) differensieres overfor filtervektoren a og resultatet blir satt lik null.

Det oppnås da et forhold :

som kan skrives ut i formen:

Dette er matriksformen av et sett (n + 1) lineære samtidige ligninger med (n + 1) ukjente filterkoeffisienter (a^a^,... an). Løsningen av disse gir det ønskede optimale til-pasningsf ilter i tilfelle av autokorrelert støy. Dette måte er meget effektig, og det er derfor mulig å beregne tilpasningsfilteret av stor lengde ved hjelp av computeren 228. De kjente størrelser i beregningen er støyauto-korreleringsmatriksen q og det tidsreverserte -t/entilbølge-signal b ^, mens de ukjente størrelser er filterkoeffisientene a^_. Filterkoeffisientene representerer hukommelsesfunksjonen for tilpasningsfilteret 220.

Beregningene som er nødvendig for å bestemme hukommelsesfunksjonen for tilpasningsfilteret 220, utføres av computeren 228. Computeren mottar fra lagringselement-ene 173 og 224 data som gjelder funksjonene b^ og u . Ved mottagelse av q^_, blir den støyautokorrelerte matriks beregnet og ved mottagelsen av bfc blir det tidsreverserte av dette signal bestemt. Deretter blir de ukjente filter-komponenter a beregnet og overført via kanalen 23 0 til tilpasningsfilteret 220.

Utgangssignalet fra til<p>asningsfilteret 220 til-føres en digital- analogomformer 181 og behandles videre på samme måte som utgangssignalet fra tilpasningsfilteret 170 på fig. 9.

I frekvensområdet kan hukommelsesfunksjonen for tilpasningsfilteret 220 uttrykkes som:

hvor B<*>(f) er Fourier transformasjonen av det tidsreverserte signal b = ( bQ, b-^, ...bn) og Q(f) som er spek-teret for støyen i intervallet (f + df). Den fysiske mening med ligningen (4 9) er enkel. Jo større amplitude-spekteret |B(f)| for signalet er og jo mindre tetthetsspekteret Q(f) for støyen er i intervallet (f,f + df) jo mere vil tilpasningsfilteret slippe gjennom frekvenser i dette intervall. Hvis således tetthetsspekteret Q(f)

for støyen er mindre i noen intervaller i frekvensbåndet som opptas av signalet, jo mindre vil tilpasningsfilteret dempe i dette intervall.

Lagring av signalet b^_ i elementet 173 skjer på samms måte som ved trinnene (a) til (f) i forbindelse med fig. 12.

Lagringen av støysignalet ufc ved hjelp av elemenet 224 skjer på annen måte. Som tidligere nevnt i forbindelse med fig. 12, er det mulig å motta og lagre et støyfritt signal. Som følge av synkronisme mellom tidsstyringen på overflaten og nede i borehullet, er det på samme måte mulig å motta og lagre signalløs støy, dvs. signal som mottas av omformeren 51 under normal boring og som inneholder all støy som skyldes boreoperasjonen, men ikke noe informasjonsbærende støy. Også i dette tilfellet kan fig. 12 anvendes for å illustrere fremgangsmåten. Trinnene for å oppnå en registrering av funksjonen u(t) kan være som følger: Trinn ( a \. Vekten på borkronen pådras og normal boreoperasjon foretas.

Trinn ($) . Det velges et tidsrom da ikke noe informasjonsbærende signal opptrer, f.eks. en pause mellom binære ord. Trinn ( y). Det oppnås et signal som representerer trykk-varias jonen i boreslammet i omformeren 51. Dette signal passerer filteret 150. Da signalet b(t) i det tidsrom som er valgt i trinnet ((3) ikke opptrer, har signalet fra filteret 150 formen F(t) = P(t) + U(t).

Trinn ( 6).Pumpestøysignalet P(t) elimineres. Dette skjer ved hjelp av forsinkelseselementet 152 og subtraktoren 160. Det resulterende signal tilføres analog- digitalomformeren 163. Da ikke noe informasjonsbærende signal opptrer,

bfc = 0, vil signalet fra utgangen av analog- digitalomformeren 163 ha formen xfc = ufc.

Trinn ( e) .En registrering av funksjonen x^_ = ufc oppnås ved anvendelse av lagringselementet 224 i utgangen fra analog- digitalomformeren 163 som vist på fig . 12.

Av det ovenstående fremgår at hvis støyen er hvit, sikrer tilpasningsfilteret 17 0 og de tilhørende komponenter som vist på fig. 9 optimal verdi av signal-støyforholdet y. Hvis støyen ikke er vhit, men har en kjent autokorrelasjonsfunksjon, vil tilpasningsfilteret 220 og de tilhørende komponenter på fig. 14 sikre optimal verdi av p.

Fig. 15 viser en del av utstyret på jordoverflaten, omfattende et filter som arbeider forskjellig fra tilpasningsfilteret på fig. 9 eller 14. Tilpasningsfilteret på fig. 9 eller 14 gir optimalt signal-støyfer-hold fordi det er et lineært filter. Filteret 240 på

fig. 15 er derimot et pulsformende filter eller et Wiener filter som gir optimalt støyforhold ved at det er et lineært filter som gjør kvadratet av differensen mellom det ønskede utgangssignal og det aktuelle utgangssignal minst mulig.

Pulsformingsfilteret 240 på fig. 15 mottar via inngangskanalen data som gjelder funksjonen xfc = b^_ + ufc utledet fra analog- digitalomformeren 163. Det pulsformende filter med en lengde (m + 1) har en hukommelse:

som omformer i det minste inngangssignalet x^_ = (Xq,x^,... x n) med en lengde (n + 1) til et utgangssignalet (m+n+1) med en lengde z = (zQ,z^,...zm+n)• Et funksjonsdiagram for et slikt filter er vist på fig. 16. Her opptrer tre signaler, nemlig inngangssignalet xfc, det aktuelle utgangssignal zfc og det ønskede utgangssignal bfc. Signalet b er en dobbelt ventilbølge som vist på fig. 10C.

Utgangssignalet z er en omhylling av filter-hukommelsesfunksjonen ffc med inngangsfunksjonen xfc dvs.:

Problemet er å bestemme hukommelsesfunksjonen

ffc slik at det aktuelle utgangssignal zfc kommer nærmest mulig det ønskede utgangssignal b^. For valg av hukommelsesfunksjon må følgende størrelser gjøres minst mulig: I = summen av kvadratet av feilen mellom ønsket utgangssignal og det filtrerte ventilbølgesignal + verdien v

av den filterte støy,

hvor v er en forhåndsbestemt veieparameter.

Beregningene som er nødvendig for å minske I utføres i computeren 245 som har tre inngangskanaler 246, 247 og 248. Lagringselementet 173 leverer til computeren 245 via kanalen 246 data som gjélder funksjonen bfc. Lagringselementet 224 overfører på samme måte til computeren 245 via kanalen 247 data som gjelder funksjonen u .

Kanalen 248 anvendes for overføring til computeren 245

data som gjelder funksjonen x som også tilføres inngangslederen 241 i det pulsformede filter 240.

Ved mottagning av inngangssignalene bfc,ut og x via kanalene 246,247 resp. 28, vil computeren 245 utføre visse beregninger som skal beskrives nærmere nedenfor og via kanalen 251 levere de ønskede data som gjelder hukommelsesfunksjonen for filteret 240 til det pulsformende filter 240. Det aktuelle filterutgangssignal zfc er i det minste når det gjelder feil så nær som mulig det ønskede utgangssignal b^, med andre ord:

som vist på fig. 10D.

Nedenfor skal betraktes i detalj de operasjoner som utføres av computeren 245. Med symboler kan størrelsen I uttrykkes:

hvor E indikerer middelverdien og hvor: representerer den filterte støy. Ved forenkling av uttrykket for I får man:

hvor t er en falsk tidsindeks og hvor q er autokorrelasjonen

av den mottatte støy. Differensieringen av uttrykket for I i forhold til hver av filterkoeffisientene og ved å gjøre deriveringene lik null, oppnås et sett av samtidige ligninger som er

for t = l,2,...m. I ligningene ovenfor er størrelsene rt, -s ,qt, -s og g^ t kjent, mens størrelsene av f s er ukjente,

Beregninger som utføres av computeren 245 tjener til å bestemme parameterne r- t- s, c* t- s og gt ^ra inn9an9~s~ funksjonene som tilføres på kanalene 248,247 og 246, og deretter løse ligningene (56) for de ukjente størrelser fg. Parameterne rt_s»»v» °9 9 4- er ^e^inert som følger: Parameteren rfc_s er autokorrelasjonen av inngangssignalet x^_ som tilføres computeren 245 via kanalen 248. Parameteren q er autokorrelasjonen av støysignalet u^ som tilføres computeren 245 via kanalen 247. Parameterne g er definert som kryssproduktkoeffisientene mellom det ønskede utgangssignal bfc og inngangssignalet xfc, slik at:

for t=0,l,2,...m. I uttrykket for g blir det ønskede utgangssignal bg tilført computeren 245 via kanalen 246 og inngangssignalet xfc tilføres via kanalen 248. Parameteren v er en veieparameter som gis en egnet verdi slik det skal beskrives nærmere nedenfor.

Parameterne r+-_s'c34-_s °9 g. 13631:611111163 således

av computeren 245 og deretter løser denne ligningene og leverer på utgangskanalen 251 størrelsene f ssom tilføres hukommelsen i det pulsdannende filter 240. Utgangssignalet

z fra filteret 240 ligger i det minste energimessig så nær som mulig det ønskede utgangssignal bfc.

Da ligningens rna triks, nemlig [rt_s + V(3-(-_^

har form av en autokorrelasjonsmatriks, kan ligningene løses effektivt ved gjentagelsesmetoden.

Det skal bemerkes at behandlingstiden som er nødvendig for å løse de ovenfor angitte samtidige ligninger

2

i et filter med m koeffisienter er proporsjonal med m for gjentagelsesmetoden sammenlignet med m 3 for vanlig metode for løsning av samtidige ligninger. En annen fordel ved å anvende gjentagelsesmetoden er at det bare krever computerlagringsplass som er proporsjonal med m i stedet

2

for m som tilfelle er ved vanlige metoder.

Ved konstruksjonen av et pulsformende filter må to betingelser tas i betraktning, nemlig (a) så nær som mulig å forme funksjonen z^ til den ønskede funksjon bfc. (b) å frembringe så lite utgangsenergi som mulig når uønsket stasjonær støy er det eneste inngangssignal.

I mange praktiske tilfeller er det nødvendig med et filter for å imøtekomme begge de ovenfor nevnte betingelser samtidig, og man står derfor overfor det problem å finne et egnet kompromiss mellom de to betingelser. Derfor velges en egnet verdi av parameteren v som en innbyrdes veiing mellom de to betingelser.

Det er situasjoner hvor paremeteren v er null. I dette tilfellet får ligningen (53) en enklere form,

nemlig:

og computeren 245 trenger ikke data som representerer ut-I dette tilfellet kan lagringselementet 224 på fig. 15 sløyfes og computeren 245 behøver bare å ha to inngangskanaler, nemlig 246 og 248.

Det fremgår her at virkemåten av et pulsdannende filter og et tilpasningsfilter ikke er nøyaktig lik, dvs.

for et gitt inngangssignal er utgangssignalet fra disse filqre ikke identiske. Uttrykket yfc~ bfc som kan anvendes for et tilpasningsfilter er ovenfor anvendt for å indikere at signalet uttryket ved y som representerer utgangssignalet fra et tilpasningsfilter, har stor tilnærmelse til den dobbelte ventilbølge bfc. Følgeliy ble det påpekt at den samme kurve i fig. 10D representerer funksjonene y(t) såvel som funksjonen b(t). Det skal bemerkes at uttrykket zfc ~ bfc som er anvendbart for et pulsdannende filter er ovenfor anvendt for å indikere at signalet uttrykt ved 7. som representerer utgangssignalet fra et pulsformende filter, har stor tilnærmelse til den dobbelte ventilbølge bfc. Følgelig kan den samme kurve på fig. 10D representere funksjonen z(t) såvel som funksjonen b(t). Strengt tatt kan den samme kurve ikke anvendes for å representere funksjonene b(t), y(t) og z(t). Da imidlertid både y(t) og z(t) er nær tilnærmelse til b(t), kan det antas å være tilstrekkelig for forklaringens skyld å anvende samme kurve for forklaring av funksjonen av et tilpasningsfilter som et pulsformingsfilter.

På fig. 17 har utgangslederen 162 fra subtraktoren 160 både det informasjonsbærende signal b(t) og støysignalet u(t). Signalet b(t) er den dobbelte ventilbølge som er vist på fig. 10C. Blandingen av signalet b(t) og u(t) tilføres analog- digitalomformeren 163 som på utgangslederen 164 avgir de omformede digitalsignaler bfc og v,

som svarer til analogsignalene b(t) og u(t). Blandingen av disse to signaler blir tilført inngangslederen 300 i et toppdannende filter 351. Dette filter har i foreliggende tilfelle form av et Wiener filter hvor den ønskede form ganske enkelt er en topp.

Som nevnt ovenfor består en dobbelt ventilbølge b(t) som vist på fig. 10C av to halve ventilbølger, dvs.

den halve ventilbølge "A" og den halve ventilbølge "B". Halvbølgen "B" følger etter halvbølgen "A" etter en tid T .

Virkemåten av det toppdannende filter som anvendes på fig. 17 er å omforme de to halvbølger til respektive klare topper. En dobbelt ventilbølge bfc blir derfor omformet ved hjelp av det toppdannende filter 351 til et par topper.

fig. 18A til 18F viser seks mulige posisjoner av et par topper M^ og N, i forhold til den dobbelte ventilbølge som tilføres inngangen 300 i filteret 351.

På samtlige figurer 18A til 18F er T k tidsintervallet mellom toppene M og N^. er det punkt hvor toppen M^ skjærer abscissen uttrykt i millisekunder. Avstanden OH^ representerer tidsposisjonen for toppene i forhold

til den dobbelte ventilbølge. På fig. 18A er således tidsforsinkelsen OH^ = 0, dvs. at den første topp M^ befinner seg ved begynnelsen av den dobbelte ventilbølge. De fem kurver på fig. 18B til 18F viser en økende verdi for tidsforsinkelsen OH^. En av disse kurver representerer den maksimale verdi av tidsforsinkelse for hvilken oppløs-ningsevnen for filteret er størst. For denne tidsforsinkelse er utgangssignalet fra filteret vesentlig skarpere enn for noen annen tidsforsinkelse. Måten å oppnå den optimale verdi av tidsforsinkelsen, den optimale lengde av hukommelsen i filteret og den optimale verdi for tidsintervallet T, skal beskrives nærmere nedenfor.

De to topper på utgangen fra filteret 351 representerer en enkelt bit i det digitale signal som betjener ventilen 40. Det er som påpekt i forbindelse med fig. 9 ønskelig å omforme de to topper til en enkelt topp eller puls. Det kan her anvendes et system som er lik det på fig. 9. Det anvendes derfor et forsinkelseselement 303 styrt av en tidspulsgenerator 304 i kombinasjon med en inverter 306 og en OG-portkrets 307 som tjener som koinsidenskrets. Disse komponenter er anordnet på samme måte som på fig. 9. Graden av forsinkelse er imidlertid på fig. 17 forskjellig fra fig. 9. På fig. 17

må forsinkelseselementet 303 frembringe et utgangssignal som er forsinket i forhold til inngangssignalet med tiden T, , mens på fig. 9 er forsinkelsen i forsinkelseselementet

193 lik T .

m

En kodet rekke av enkeltpulser opptrer på utgangen fra OG-portkretsen 307 og disse tilføres en digital- analogomformer 308 som er styrt av en tidsstyregenerator 309. På utgangen fra digital- analogomformeren 308 opptrer et signal i analog form som representerer verdien av den valgte parameter i borehullet. Dette signal opptegnes på en opptegningsinnretning 54.

I noen tilfeller avhengig av de elektroniske kretser som velges i de forskjellige komponenter på fig. 17, er inverteren 306 ikke nødvendig fordi dets funksjon kan utføres ved egnet utforming av OG-portkretsen.

Fig. 19 viser en alternativ anordning for støy-eliminering ved hjelp av et toppdannende filter. På fig. 17 ble spesielle hjelpemidler anvendt for å eliminere pumpe-støy, nemlig forsinkelseselementet 152 i kombinasjon med subtraktoren 160. På fig. 19 er støyelimineringen forenklet ved at forsinkelseselementet 152 og subtraktoren 160 er sløyfet. På fig. 19 blir signalet F(t) på utgangen 151 fra filteret 150 digitalisert ved hjelp av en analog-digitalomformer 350 og deretter tilført det toppdannende filter 351a som er utformet forskjellig fra det toppdannende filter 351.På fig. 17 er dette filter beregnet på å omdanne en dobbelt ventilbølge som f.eks. vist på

fig. 18A til 18F til et par topper atskilt med et intervall Tfc. Filteret 351a på fig. 19 er på den annen side beregnet på å omdanne en enkelt ventilbølge til en enkelt topp. Forskjellige posisjoner av denne topp i forhold til en enkelt ventilbølge er vist på fig. 20A til 20F.

Det skal erindres at hver enkelt ventilbølge

som tilføres inngangen i filteret 351a og hver enkelt topp som leveres fra filteret, representerer en enkelt bit i digitalsignalene som betjener ventilen 40. Den kodede rekke av topper i digitalsignalet fra filteret 351a til-føres en digital- analogomformer 352 hvor de omformes til en kodet rekkefølge av topper hvor hver topp representerer en enkelt bit av informasjonen som er kodet av

måleutstyret nede i borehullet. Rekken av disse bit representerer i digital form målingen av den valgte parameter. Det er imidlertid nødvendig for opptegning og/ eller indikering å gjengi målingene i analog form. Følgelig blir signalet fra digital- analogomformeren 352 tilført en digital- analogomformer 36 2 som leverer et signal med en verdi som representerer målingen av det nevnte parameter. Dette signal opptegnes ved hjelp av en opptegningsinnretning 54.

Det skal bemerkes at omformingen av den dobbelte ventilbølge til to topper ved hjelp av filteret351 på

fig. 17 eller omforingen av en enkel ventilbølge til en enkelt topp ved hjelp av filteret 351a på fig. 19 bare kan være en tilnærmelse. En ren topp, dvs. en delta-funksjon kan ikke oppnås. Hensikten med oppfinnelsen er imidlertid å øke oppløsningsevnen, dvs. å oppnå et utgangssignal som er vesentlig skarpere enn inngangssignalet.

Teoretisk kan et toppdannende filter beregnes nøyaktig hvis filterets hukommelsesfunksjon var uendelig lang. For et nøyaktig filter er det også nødvendig generelt å forsinke de ønskede topper uendelig i forhold til inngangssignalet. I praksis er det imidlertid nød-vendig å ha et filter med en endelig hukommelsesfunksjon slik at det i beste fall bare kan oppnås en tilnærmelse.

I praksis kan filterets hukommelsesfunksjon

være i størrelsesorden av varigheten av inngangssignalet. Det skal antas at det er mulig å anbringe den ønskede

topp i enhver valgt posisjon, f.eks. som vist i de seks posisjoner på fig. 18A til 18F for filteret 301 på fig. 17 og i likhet med fig. 20A til 20F for filteret 351 på fig. 19. Den optimale posisjon av toppene bestemmes for hver av disse tilfeller. Det skal bemerkes at posisjonen av toppen er en viktig faktor for oppnåelse av den beste tilnærmelse av utgangssignalet til den ønskede topp.

Det toppdannende filter er i foreliggende tilfelle også et pulsdannende filter av Wiener typen og be-tingelsene for konstruksjonen av dette er analogt med det

som er beskrevet ovenfor.

For å bestemme den optimale verdi av tidsforsinkelsen og den optimale lengde av hukommelsesfunksjonen for filteret 301 på fig. 17, er det nødvendig å gjøre en opptegning av en dobbelt ventilbølge bfc som er den digitale versjon av b(t). De nødvendige trinn for oppnåelse av en slik opptegning er angitt med (a) til (f) ovenfor under henvisning til fig. 12. Det opptegnede signal b^ lagres i lagringsinnretningen 173 på fig. 12. For å bestemme den optimale verdi av tidsforsinkelsen og den optimale lengde av hukommelsesfunksjonen for filteret 351a, er det nød-vendig å gjøre en opptegning av en enkelt ventilbølge B^

som er den digitale versjon av B(t).

De forskjellige posisjoner av toppen fra filteret 3 51a på fig. 19 svarende til de forskjellige forsinkelser som vist på fig. 20A til 20F, kan uttrykkes:

(1,0,0, 0,0): Forsinkelse = 0

(0,1,0, 1,0): Forsinkelse = m + n - 1.

(0,0 0,1): Forsinkelse = m + n.

Virkemåten av et toppdannende filter svarer til de forskjellige forsinkelser som er vist på funksjonsskjemaene 21A,

21B og 21C. I alle disse tilfeller er inngangsventil-bølgen den samme Bfc som er opptegnet og lagret som forklart ovenfor. Det ønskede utgangssignal på fig. 21A er en topp (1,0,0) dvs. ingen forsinkelse. Den tilsvarende hukommelsesfunksjon for null forsinkelse er F° = (F^F^jF^, F°) og det virkelige utgangssignal er W° = (W°,W°, W°). Det samme gjelder for fig. 21B og 21C. Til hver posisjon av toppen svarer en energifeil E. Det normaliserte minimum av energifeil E representerer en meget hensiktsmessig måte å måle virkemåten av et pulsdannende filter av Wiener typen på og særlig et toppdannende filter. Når filteret arbeider perfekt, er E=0, hvilket betyr at det ønskede signal og det aktuelle utgangssignal stemmer overens for alle verdier av tiden. På den annen side svarer tilfellet E = 1 til det dårligste resultat , dvs. at det ikke er noen

overensstemmelse mellom ønsket'signal og virkelig signal. I stedet for størrelsen E er det ønskelig å anvende kompli-mentet av E som skal betegnes som filterets virkeparameter P, slik at:

En perfekt filtervirkning vil derfor oppnås når P = 1, og den dårligste virkning når P = 0.

Fig. 22 viser fremgangsmåten ved måling av parameteren P. En computer 4 00 har tre inngangssignaler 401, 402 og 404. Kanalen 401 mottar fra lagringselementet 403 data som representerer en halv ventilbølge B^, kanalen 402 mottar fra tidsforsinkelseselementet 405 data som gjelder topper med forskjellige tidsforsinkelser, og kanalen 404 mottar data fra hukommelsesvarighetsstyreinn-retningen 406 som gjelder topper med forskjellig hukommelsesvarighet. Utgangen 410 fra computeren 4 00 er forbundet med et måleinstrument 411 for måling av parameteren

P.

For konstant filtervarighet, må det antas at det er minst en verdi for tidsforsinkelsen hvor P er størst mulig. Fig. 23 viser en kurve for P som funksjon av tidsforsinkelsen for flere filtre med fast varighet. Det høyeste punkt på kurven M.^ svarer til en tidsforsinkelse ON-^ og valget av dette tidspunkt fører til optimal tidsforsinkelse for filteret. Det skal bemerkes at kurven på fig. 23 gjelder filter med fast varighet.

Det fremgår også hva som hender hvis filterets hukommelsesvarighet økes med en konstant tidsforsinkelse.

Fig. 2 4 viser en kurve for parameteren P som funksjon av filterets lengde for en ønsket og en fast tidsforsinkelse. Det fremgår av denne, kurve at den nærmer seg asymptotisk

til den største verdi av P jo lengre filteret er. Kurvene på fig. 23 og 24 oppnås ved hjelp av innretningen på

fig. 22.

De to viktige kriterier er filterets forsinkelses-tid og hukommelsesvarigheten. Man kan alltid forbedre filteret ved å øke varigheten av hukommelsesfunksjonen, men i praksis kan denne ikke gjøres uendelig lang. På den annen side kan man tilstrebe at det ønskede utgangssignal har en tidsforsinkelse som fører til den største verdi av parameteren P for en valgt filtervarighet. Denne tidsforsinkelse i filteret er ikke på noen måte en ulempe og kan forbedre filteret vesentlig.

Parameteren P som funksjon av tidsforsinkelsen og en konstant varighet som vist på fig..23 eller parameteren P som funksjon av filterets hukommelsesvarighet for en konstant tidsforsinkelse som vist på fig. 24, kan være til stor hjelp, men forteller ikke hele historien. Det ideelle vil være å undersøke avhengigheten av P av tidsforsinkelsen og hukommelsesvarigheten for alle praktiske verdier av disse variable. En måte å oppnå dette på er å tegne opp P ved å ta tidsforsinkelsen som ordinat og hukommelsesvarigheten som abscisse. En gruppe verdier P kan så tegnes opp og av disse fremgår hvilken kombinasjon av tidsforsinkelse og hukommelsesvarighet som gir optimal filtervirkning. Dette er vist på fig. 25 for tre parametere P]_'P2 Q<3 P3 • Det ^et ner er størst interesse for, er den største verdi av P for best mulig filtervirkning. Fig. 25 gjør det mulig å velge den beste kombinasjon av filterets tidsforsinkelse og hukommelsesvarigheten.

Selv om måleutstyret er utstyrt for binær koding kan også andre kodemetoder enkelte ganger være egnet.

For eksempel for en gammastråleføler eller et elektronisk kompass-helningsmeter kan pulstidskode være å foretrekke.

I noen tilfeller særlig hvor flere tall skal sendes i tur og orden, har pulstidskoding fordeler. Når det gjelder et elektronisk kompass er det nødvendig i tur og orden å sende fem tall for måling av en magnetisk kurs. Ved å anvende pulstidskoding kan det gjøres vesentlige bespar-elser både med hensyn til energi som er nødvendig for batteriet og den tid det tar å overføre data.

Vanlig pulstidskoding er vist på fig. 26A f.eks. for overføring av verdien av tre parametere. En rekke spenningspulser overføres og varigheten t^,t2 og t^ for de enkelte pulser a,b og c representerer størrelsen av parameteren som skal overføres. Det skal bemerkes at mellom hver puls er det nødvendig med en pause for å

skille pulsene fra hverandre. På fig. 26A er pulsene a,b og c analoge med tre binære ord som hver er atskilt fra hverandre med et tidsintervall T w. Disse pauser virker naturligvis uheldige for hurtig dataoverføring fordi pausene i seg selv ikke inneholder noen informasjon. Lang varighet av pulsene er også uheldig for fjernmålesysternet.

I foreliggende tilfelle er det anvendt pulstidskoding som vist på fig. 2 6B hvor det ikke er varigheten av pulsen som er et mål for parameteren, men tiden mellom to etter hverandre følgende meget korte pulser.

I stedet for å overføre lange pulser med variabel varighet, anvendes korte pulser med konstant varighet, f.eks. noen millisekunder og tiden mellom pulsene er et mål for størrelsen av parameteren. På denne måte er det ikke nødvendig med noe ekstra tid for å skille pulsene fra hverandre. På fig. 26B er parameteren nr. 1 representert ved tiden t^ mellom pulsen Pq og P^. Parameteren nr.2

er representert ved tiden t2 mellom pulsen P^ og P2, og parameteren nr. 3 er representert ved tiden t^ mellom pulsen P2 og P^. Pulsen P-^ representerer slutten av tidsintervallet t^ og også begynnelsen av tidsintervallet t2, pulsen P2 representerer slutten av tidsintervallet t2

og også begynnelsen av tidsintervallet t^ osv. Det opptrer derfor i dette tilfellet ikke noe tidstap mellom hvert viktige tidsintervall, dvs. at T wpå fig. 26A er null.

Ved å anvende pulsene P^,P2 og P^ både til å indikere slutten av et tidsintervall og begynnelsen av neste tidsintervall blir tidstapet null og all tid anvendes for overføring av data. Ved binær koding blir hvert ord umiddelbart etterfulgt av neste ord. Bare ved slutten av en rekke ord er det en pause T . I neste rekke vil tidsintervallene pg'Pl'P2'P3 vanligvis være noe forskjellige for de dataene som er representert med tidene tl't2't3 vanli9v:i-3 varierer og hver rekke data representerer f.eks. en ny tilstand i borehullet.

Fig. 30 viser en innretning for pulstidskoding ifølge oppfinnelsen. Ved praktisk måleutstyr for borehull anvendes naturligvis moderne elektroniske integrerte kretser, men for enkelthets skyld viser fig. 30 en mekanisk trinnkopler og et enkelt mekanisk relé. Følerne 1,2 og 3 er forbundet med tilsvarende kontakter i velgeren 285 som drives av en elektromagnetisk innretning med en vikling 286 ut fra trinnvelgeren i posisjonen "O". Batteriet 288 vil da via en motstand 289 lade en kondensator 290

med en strøm som er bestemt av motstanden 289,kapasiteten av kondensatoren 290 og spenningen av batteriet 288. En trigger 291 frembringer en enkelt elektrisk puls når spenningen som tilfører denne overskrider en forhåndsbestemt spenning. Utgangssignalet fra triggeren 291 energiserer viklingen 286 og den bevegelige kontakt 287 i trinnkopleren 285 beveger seg til neste kontakt. Samtidig som triggeren 291 energiserer reléet 292, utlades kondensatoren 290 til jord.

Når den bevegelige kontakt 287 beveges til neste stilling, gjentas forløpet med den unntagelse at i stedet for at spenningen fra batteriet 288, blir utgangsspenningen fra føler nr. 1 forbundet med kretsen og pulsen P^ frembringes på det tidspunkt da kondensatoren igjen er ladet til triggerspenningen for triggeren 291. Denne tid er

RC

proporsjonal med verdien ( —^ ) hvor R er verdien av motstanden 289, C er kapasitete<s>n av kondensatoren 290 og Vg er utgangsspenningen fra føleren. Tiden t^ er inverst proporsjonal med utgangsspenningen fra føleren.

Etter aktivisering av triggeren 291 ved spenningen fra føler nr. 1, gjentas forløpet og når spenningen på kondensatoren 290 når triggerspenningen, frembringer triggeren 291 en skarp puls som energiserer reléet 292, utlader kondensatoren 290 og energiserer trinnkopleren 285 slik at den bevegelige kontakt 287 beveges til neste kon-

takt.

Trinnkopleren 285 mates frem i tur og orden og forbinder følerne 1,2 og 3 med motstanden 289. Pulser som frembringes av triggeren 291 når den bevegelige kontakt 287 befinner seg i stillingen"0"svarer til pulsen PQ på fig. 26B og pulsen som frembringes av triggeren når den bevegelige kontakt 287 befinner seg i stillinger som forbinder følerne 1,2 resp. 3, frembringes pulser ,og P^. De tilhørende tidsintervaller t^,t2,t3 representerer inverst proporsjonalt spenningen fra de enkelte følere.

Kurvene 26A og 26B viser prinsippet for pulstidskoding som kan anvendes nede i borehullet i stedet for analog- digitalomformeren 102 på fig. 4A. Dekodingen på overflaten utføres ved vanlig pulstidskoding og skal ikke beskrives nærmere her.

På fig. 26C representerer TPq,TP-^,TP2,TP^ etc.

en rekke pulser som mottas på detekteringsstedet på jordoverflaten. Disse pulser opptrer på tidspunkter TqjT-^,

T2 ,T3 etc. Ved pulstidskodingen som er beskrevet i forbindelse med fig. 26B, anvendes tiden mellom etter hverandre følgende pulser for å indikere størrelsen av en parameter. Hvis 3 parametere skal fjernmåles, kan koden være som vist på fig. 26C hvor: ^ - Tg er et tidsintervall som representerer

parameteren nr. 1.

T2~ Tl er et tidsintervall som representerer

parameteren nr. 2.

T3~ T2 er et tidsintervall som representerer

Parameteren nr. 3.

Ved slampulsmåling under boring er det i noen tilfeller nødvendig å måle med stor presisjon. Da lydens hastighet i slamsøylen ikke alltid er konstant og støy og dempning varierer, kan tidsintervallene mellom pulser som mottas på jordoverflaten ikke være nøyaktig overensstemm-ende med tidsintervallet mellom pulsene som frembringes nede i borehullet. Med andre ord er det ofte en usikkerhet på jordoverflaten når det gjelder det nøyaktige tidspunkt

for mottagelsen av en bestemt puls.

Det skal antas at den absolutte usikkerhet for tidspunktet da hver puls detekteres er pluss eller minus 0,2 sekunder eller totalt 0,4 sekunder. For å oppnå en nøyaktig på + 1% for T, - TQ med en total absolutt feil på 0,4 sekunder, må tiden mellom pulsene være minst 0,4 x 100 eller 40 sekunder. Da apparaturen videre ikke alltid frembringer en klar, skarp puls, er minst to detekteringer nødvendig. Hvis begge detekteringer gir samme resultat, er dataene bekreftet. Følgelig for å oppnå ønsket nøyaktig på + 1%, vil 80-120 sekunder være nødvendig pr. målt parameter, altså ca. 2 minutter pr. parameter. ,

Ved den forbedrede pulstidskoding ifølge oppfinnelsen oppnås i tillegg meget større nøyaktighet. For hver puls <p>ø'Pl'P2'P3 sendes ikke bare en enkelt slam-trykkpuls, men en gruppe på minst tre i ulik avstand beliggende slamtrykkpulser som vist på fig. 26D som nedenfor skal betegnes en trippelgruppe. Tidsavstanden i hver trippelgruppe kan være t^ som er tiden fra den første puls til den andre puls, t2 som er tiden fra den andre puls til den tredje puls og t^ som er tiden fra den første puls til den tredje puls. I dette tilfellet representerer også Tq tidspunktet for ankomsten av trippelgruppen TPq, ankomsttidspunktet for trippelgruppen TP^ T^ ankomsttidspunktet for trippelgruppen TP2 og T, ankomsttidspunktet for trippelgruppen TP^, og

- Tq er tidsintervallet som representerer parameteren

Nr. 1.

T2 - er tidsintervallet som representerer parameteren.

Nr. 2.

T3~<T>2 er tidsintervallet som representerer parameteren.

Nr. 3 .

Fordelen ved dette system er at hvis det opptrer en øyeblikksfeil som bevirker at en puls i gruppen ikke mottas, kan feilen øyeblikkelig oppdages fordi en trippelgruppe inneholder to pulser i stedet for tre. Da videre tidsrommene t^,t2,t^ er ulike og kjente, kan det bestemmes hvilken puls i gruppen som mangler og sluttelig fordi t^,t2ft^ er kjente, kan det sørges for riktig korreksjon for å bestemme tidsintervallene - Tq,

- T2, T2 - med samme nøyaktighet som om alle pulsene hadde vært til stede i trippelgruppen. Trippelgruppen har videre en ytterligere fordel, nemlig fordi det er vanskelig å bestemme nøyaktig ankomsttidspunktet for en bestemt puls, muliggjør trippelgruppen en vesentlig bedre bestem-melse av ankomsttidspunktet. Det kan f.eks. tas den aritmetiske middelverdi av ankomsttidene for hver puls i trippelgruppen eller ved anvendelse av moderne computer-teknikk og oppta enda bedre nøyaktighet for ankomsttidspunktet. A

Fig. 29 viser det elektroniske logiske system som frembringer trippelgruppepulsene som er vist på fig. 26D. En føler 101 frembringer en elektrisk spenning som indikerer størrelsen av parameteren nede i borehullet. Denne spenning tilføres en spenningsstyrt oscillator 601, som er forbundet med en scaler 602 som igjen er forbundet med en trigger 603 som frembringer en rekke elektriske pulser som er åtskilt med tidsintervaller som representerer størrelsen av spenningen fra føleren 101. Tidsintervallet mellom pulsene Pq og P^ på fig. 26B er derfor et mål for en parameter som måles av en av sensorene 101 på fig. 4A.

Den del av fig. 29 som er innrammet med

strekede linjer viser kretsene 607,608 og 609 som frembringer trippelgruppepulsene. Disse kretser er elektroniske monostabile multivibratorer som i samsvar med pulsen fra triggeren 603 frembringer en enkelt puls med varig-

het D3_#D2 resp. D3 som vist på fig. 29. Kretsen ; 610 avgir på utgangen et signal som er proporsjonalt med den første tidsderiverte av inngangssignalet. Utgangssignalehe

G,H og I som er pulser av motsatt polaritet er atskilt ved tidsintervallene Dj_rD2 0<? D3 • Likerettere 611 slipper bare igjennom positive pulser som parallelt tilføres lederen 612 hvilket resulterer i et signal J som er det ønskede signal som vist på fig. 26D. Hver enkelt puls som frembringes av triggeren 603 vil derfor frembringe tre pulser og ulike tidsintervaller i form av en trippelgruppe J. I praksis er intervallet D, gjort meget kort sammenlignet med D2 og D3 og bør bare være få mikrosekunder, mens D2 og D-, er intervaller fra noen få millisekunder til flere hundre millisekunder. Ved analyse av forløpet kan man derfor anta = 0.

I utgangssignalét J på fig. 29, indikerer derfor pulsen P-^ slutten av utgangspulsen fra 6 07 som i praksis også betyr begynnelsen av utgangspulsen fordi pulslengden er antatt å være null, pulsen P2 betegner slutten av utgangspulsen fra 608, og pulsen P3 betegner slutten av utgangspulsen fra 609. I og med at Dj_ kan anses å være null, vil derfor tidsintervallet t-^ = D2, tidsintervallet t^ = og tidsintervallet t2 = D-^-D.,. Den del av fig. 29 som er innrammet med strekede linjer avgir trippelgrupper J på utgangen 612 som reaksjon på en enkelt puls som påtrykkes inngangen.

Innretningen på fig. 29 kan på fig. 4A legges

inn mellom en valgt føler 101 og drivkilden 104. Med andre ord,når pulstidskoding ifølge fig. 29 anvendes,er analog- digitalomformeren 102 og prosessoren 103 sløyfet fordi de er innrettet for binær koding, og energikilden 104 drives direkte av utgangen fra forsterkeren 613 på

fig. 29.

Når pulstidskoding med trippelgrupper anvendes

i stedet for binær koding, er det nødvendig å dekode trippelgruppesignalene på jordoverflaten. På fig. 9,12, 13,17 og 19 antas signalene som sendes nede fra borehullet å være binære signaler. For å endre systemet for mottagning av signaler som er pulstidskodet med trippelgrupper som vist på fig. 29 og 26D, er det nødvendig å anordne en

bestemt dekoder som f.eks. vist på fig. 27 mellom filteret 150 og den etterfølgende apparatur. For dette formål blir lederen 151 på fig. 9,12,13,17 og 19 brutt og en egnet dekoder innført. I enkelte tilfeller er det mere ønskelig å anbringe dekoderen mellom subtraktoren 160 og analog-digitalomformeren 163 i lederen 162.

På fig. 27 er det anordnet en seleksjonskrets 316 som frembringer en enkelt utgangspuls som reaksjon på en trippelgruppe. Denne puls tilføres en tid-amplitudeomformer 317, dvs. en elektronisk krets som frembringer en likespenning på lederen 319 som er en forhåndsbestemt funksjon av tiden mellom to inngangspulser som påtrykkes inngangen fra lederen 318. Utgangssignalet fra omformeren tilføres en analog- digitalomformer 320.

Fig. 28A viser seleksjonskretsen 316 i detalj. Inngangssignalet tilføres parallelt til monostabile multivibratorer 321, 322 og 323 som frembringer en enkelt utgangspuls av forhåndsbestemt varighet som reaksjon på inngangspulsen. Multivibratoren 3 21 frembringer en lang puls med varigheten 13, multivibratoren 322 frembringer en puls med kortere varighet 12 og multivibratoren 323 leverer en puls av enda kortere varighet 1^ som vist på fig. 28A. Signalet fra multivibratorene tilføres kretser som frembringer et utgangssignal som er proporsjonalt med første tidsderiverte av inngangssignalet. Utgangssignalet fra disse kretser tilføres invertere 325 som frembringer et utgangssignal som er en gjengivelse av inngangssignalet men med motsatt fortegn som vist på fig. 28A. Utgangs-signalene fra inverterne tilføres likerettere 326 som bare slipper gjennom den positive puls 326a, 326b resp. 326c. Disse pulser tilføres koinsidenskretser 327 eller OG-portkretser. Hver koinsidenskrets 327 leverer en utgangspuls på utgangen c bare når en puls på inngangen a og en puls på inngangen b opptrer samtidig. Utgangssignal-ene fra alle tre koinsidenskretsene 327 tilføres via lederen 329 til en tid-amplitudeomformer 317. Omformeren 317 leverer en likespenning som er en forhåndsbestemt funksjon av tiden mellom to etter hverandre følgende inngangspulser. Utgangssignalet fra omformeren 317 tilføres en analog- digitalomformer 320 som omformer likespenningen til binært kodede pulser.

Seleksjonskretsen krever imidlertid en mere detaljert beskrivelse. Pulsene P^,P2,P3 som leveres av forsterkeren 613 på fig. 29 tilføres drivkretsen 104 på fig. 4A og overføres til jordoverflaten som slamtrykkpulser ved hjelp av ventilen 40. På jordoverflaten detekteres disse slamtrykkpulser f.eks. av elementer på fig. 9 som omfatter omformeren 51, filteret 151, forsinkelseselementet 152 og subtraktoren 160. Pulsene som opptrer på lederen 162 på fig. 9,12,13 eller 17 skal betegnes TP^ TP2 og TP-j svarende til pulsene P1'P2 og P3 som frem_ bringes nede i borehullet.

Fig. 28B, 28C,28D,28E viser reaksjonen på fig. 28 av pulsene TP17TP2 og TP^. Når pulsen TP-^ opptrer på lederen 151 eller 162 på fig. 28A, vil alle tre multivibratorene 321,322 og 323 trigges og hver av dem frembringer utgangspulser med egen karakteristikk og fastlagt og fast lengde 1^, 1^ og 1^. Når pulsen TP^ trigger mutlivibratorene, frembringes utgangsspenninger A^,B^,C^ som vist på fig. 28B.

Når pulsen TP2 tilføres multivibratoren 321 blir den ikke trigget fordi den allerede befinner seg i trigget tilstand. Pulsen TP2 trigger imidlertid multivibratorene 322 og 323 fordi de enda ikke er trigget,

og disse frembringer pulsene B2 og C2 som vist på fig. 28B. Når pulsen P^ opptrer, blir ikke multivibratorene 321 og 322 trigget fordi de allerede er trigget. Pulsen TP^ trigger imidlertid multivibratoren 3 23 fordi den allerede har vendt tilbake til utgangstilstanden og den frembringer utgangspulsen C, som vist på fig. 28B.

Tidsintervallene 13,12 og 1^ fra multivibratorene 321, 322 og 323 er proporsjonert slik at de svarer til tidsforsinkelsene som følge av multivibratorene 609, 608 og 607 på fig. 29 og følgelig vil slutten av gruppen iv aisse puiser opptre samtiaig og aen or åpne uo-pori;-cretsene på fig. 28A. Fig. 28B viser tilstandene når alle pulsene TP.^, rP2 og TP3 opptrer.

Fig. 28C viser de samme forhold som fig. 28B,

nen en av pulsene mangler, nemlig TP^.

Fig. 28D viser de samme forhold, men her mangler pulsen TP2 og på fig. 28E mangler pulsen TP3 . Det skal Demerkes at uansett hvilken puls som mangler, vil utgangs-pulsene fra to av multivibratorene alltid være avsluttet så tidspunktet T. Dette anvendes for alltid å frembringe ninst to pulser samtidig på tidspunktet T uansett hvilken puls som mangler. Så lenge minst to pulser i gruppen Jetekteres, vil tidspunktet for opptreden av utgangspulsen på 329 på fig. 28A være det samme. Pulsen 328a på fig. 2 8A frembringes når en gruppe pulser mottas på jordoverflaten Dg pulsen 328a vil opptre når hvilken som helst av to pulser i gruppen detekteres på overflaten.

Tid- amplitudeomformeren 317 på fig. 28A frem-aringer en likespenning som har et forhåndsbestemt funksjonsforhold til tiden mellom etter hverandre følg-ende pulser 3 28a. En analog- digitalomformer 3 20 omformer amplituden av likespenningen til et binært ord. De binære Drd følger etter hverandre i hurtig rekkefølge bestemt av carakteristikkene for omformeren 3 20 og den tilhørende tidsstyregenerator.

Det fremgår således at innretningen på fig. 28A omformer pulstidskoding med trippelgrupper til binær code og de kretser som følger etter lederen 151 eller L62 på fig. 9,12,13 og 17 vil funksjonere på nøyaktig samme måte som om dataene opprinnelig ble overført i binær Geodet form fra borehullet.

For å oppnå sjokkbølger som beskrevet ovenfor, foreligger visse grenser for K^ r dvs. endringsgraden av åpningen av ventilen, og ^ som'er tiden for åpen strømning2 . Eksperimenter har vist at K z9 må i det minste være 5 cm /sek. og fortrinnsvis ligge innenfor området 20-150 cm<2>/sek. Tfa^ må høyst være 500 millisekunder og

fortrinnsvis ligge i området 50-150 millisekunder.

Videre må synkroniseringspulsene fra tidsstyregeneratoren 155 enten være forbundet med pumpeakselen eller med en faselåst sløyfe. Andre hjelpemidler for å oppnå styrepulsfrekvens synkront med pumpen kan naturligvis anordnes. F.eks. kan det anvendes en kjent pumpeslag-teller som vanligvis anvendes i forbindelse med pumpestangen og som frembringer en elektrisk puls pr. pumpeslag. Tiden mellom slike etter hverandre følgende pulser kan deles i et tilstrekkelig f.eks. 512 eller 1024 i like tidsintervaller ved hjelp av en mikroprosessor eller en faselåst sløyfe eller på annen måte. I de tilfeller hvor pumpestangen ikke er tilgjengelig, kan en tidsstyrefrekvens lik den fra generatoren 155 frembringes av en mikroprosessor.

Ved små dybder kan det forekomme at ventil-bølgene ikke dannes riktig. I slike tilfeller er det nød-vendig å ha et tilstrekkelig volum av slam som strømmer i borstammen og tilstrekkelig hydrostatisk trykk nær ventilen. Det er klart at oppfinnelsen ikke bare er begrenset til spesielle ventilbølger som vist, men kan anvendes ved andre former av trykkpulser som kan detekteres på jordoverflaten som følge av betjeningen av ventilen 40.

Forskjellige digitalfiltre såsom tilpasningsfiltre, pulsdannende filtre og toppdannende filtre er beskrevet ovenfor i detalj. Særlig er virkemåten at hvert digitalfilter beskrevet tydelig ved detaljbeskrivelse av virkemåten. Det er klart at ved å anvende moderne computer-teknikk, kan det tilveiebringes nødvendige programmer på basis av beskrivelsen i forbindelse med fig. 9,12,13,14, 16,17,19,20.

Forskjellige digitalfiltre som er beskrevet, kan også ha andre former for bearbeidelse av målinger ved slampulser ved hjelp av ventiler av annen type enn den ovenfor beskrevne ventil. De andre former kan omfatte styrt struping av slamstrømmen i hovedslamstrømmen. De digitalfiltre som ovenfor er beskrevet, kan anvendes for enhver form for fjernmålesystem under boring og annen form for overvåkning hvor boreutstyret fjernes for å senke måleutstyret ned i borehullet. Det kan anvendes for fjernmålesystemet som anvender pulser som representerer enhver form for energi, slik som f.eks. elektromagnetisk akustisk eller annen pulsenergi.

Pulstidskodingen med trippelpulsgruppe som beskrevet ovenfor, kan også anvendes for akustisk, overvåkning i borehull for å oppnå en meget effektiv métode for automatisk korreksjon av feil som skyldes uteblivelse av puls i målingen ved overføringen av de akustiske bølger.

Pulstidskoding med trippelpulsgrupper har et meget bredt anvendelsesområde utenfor overvåkning av borehull. Det kan anvendes i ethvert kommunikasjonssystem for overføring av meldinger fra en sendestasjon til en mot-tagerstasjon såvel som forskjellige typer av akustisk overvåkning forskjellig fra overvåkning under boring.

Det er klart at for å oppta og lagre en ventil-bølge for senere anvendelse i digitale filtre som beskrevet ovenfor, må det tas visse forholdsregler som beskrevet ovenfor. Det er enkelte ganger ønskelig å utlede en enkelt ventilbølge heller enn en dobbelt ventilbølge slik som på fig. 19 ved hjelp av et toppdannende filter 351A. For utledning av en enkelt ventilbølge er det hensiktsmessig å synkronisere frembringelsen av signalet som frembringes nede i borehullet med detekteringen på jordoverflaten. Dette kan gjøres ved å erstatte en av følerne 1,2,3 og 4 nede i borehullet på fig. 4A med en tidssignalgenerator som vil bevirke jevn tidsavstand mellom betjeningene av pumpen 4 0 på fig. 4A. Virkemåten er da som følger: a) ved å stoppe og starte slampumpene på jordoverflaten i riktig rekkefølge idet bryteren 91 på fig. 4A forbindes med den modifiserte føler, dvs. generatoren får jevnt fordelte pulser. Da vil en rekke pulser frembringes av ventilen på kjente tidspunkter. Naturligvis må det der korrigeres for utbredelsestiden av pulsen fra borehullet til jordoverflaten. b) Utstyret på jordoverflaten styres av en egen tidsstyregenerator som er synkron med tiden og fasen for signal-senderen nede i borehullet. c) Ved egnet kopling på jordoverflaten kan utledning og lagring av den dobbelte ventilbølge avbrytes slik at

lagringsinnretningen forbindes bare på tidspunktet for en ventilbølge, og er automatisk koplet ut under den etterfølgende andre ventilbølge. Naturligvis kan samme operasjon utføres manuelt. Dette er lett når ventil-bølgen er tydelig og klart overdøver støyen. Når ventil-bølgen er druknet i støy, kan det automatiske system som er beskrevet ovenfor anvendes.

Det er to interfererende støysignaler som utydeliggjør mottagelsen av et brukbart signal B(t) (se ligning 22). Den ene er representert ved pumpestøyen P(t) og den andre representert ved støy U(t) som skyldes forskjellige boreoperasjoner andre enn pumpestøyen. For å eliminere disse interfererende signaler er det foreslått tre filtersystemer.

Det første av disse er analogfilteret 150,for å undertrykke den kontinuerlige komponent fra omformeren som representerer trykket som frembringes av pumpen 27 og andre frekvenser utenfor det området som er av interesse.

Det andre omfatter et forsinkelseselement 152 og en subtraktor 160 for å undertrykke eller eliminere pumpe-støyen P (t) .

Det tredje omfatter en korrelator eller et digitalfilter som kan være et tilpasningsfilter, et pulsformende filter eller et toppdannende filter og også inneholde forskjellige elementer slik som lagringselementer og computere for å bestemme den optimale verdi av hukommelseselementene for de tilsvarende digitale filtre (se fig. 9,12,13,14 og 15). Hensikten med dette tredje system er å eliminere eller undertrykke støy U(t).

Disse tre filtreringssystemer er forbundet

i kaskade. Ved utførelser som er beskrevet ovenfor, er det første filtersystem forbundet med trykkomformeren 51,

det andre er forbundet med utgangslederen 151 og det tredje er forbundet med utgangslederen 164 for det andre system.

Hver av de ovenfor nevnte filtersystemer er lineære systemer. Virkemåten av disse systemer kan derfor byttes om eller reverseres. I første rekke kan det første filter komme først, og det andre og tredje filtersystem kan byttes om. I enkelte tilfeller kan det være nødvendig å benytte alle tre filtersystemene. I andre tilfeller kan to være tilstrekkelig, og i enkelte tilfeller bare ett av filtersystemene. Systemet mellom lederen 182 og 210 kan enkelte ganger elimineres, og en digital- analogomformer 211 kan anordnes for å motta den dobbelte ventilbølge.

Når signalet frembringes slik som i trinn (f) ovenfor og lagres, kan det krysskorreleres med signalet som frembringes av omformeren 51 og det forhåndsbehandlede signal på lederen 162 som vist på fig. 9-19. I tilfelle av krysskorrelering med signalet fra omformeren 51, vil den andre ventilbølge i dobbeltventilbølgen bli eliminert ved egnede hjelpemidler slik at det kan foretas en krysskorrelering med den enkle ventilbølge fra omformeren 51.

Claims

1. Fremgangsmåte for telemetrering av data i et borehull fylt med borevæske, omfattende generering av individuelle databærende væsketrykksignaler nede i borehullet, hvilke signaler er arrangert i en kodet sekvens i væsken og denne kodede sekvens representerer størrelsen av en parameter nede i borehullet, frembringelse av tilsvarende individuelle databærende trykkendringer nær overflaten, hvilken bore-hullvæske også får påtrykket forstyrrende trykkendringer som bevirkes av boreoperasjonene som derved maskerer de nevnte databærende trykkendringer, hvor trykkendringene i borevæsken som representerer superponering av de nevnte databærende trykkendringer og de nevnte forstyrrende trykkendringer blir mottatt nær overflaten, og de superponerte trykkendringer omdannes til elektriske superponerte digitale signaler, karakterisert ved at det ved overflaten frembringes et elektrisk digitalt bølgeformsignal som representerer bølgeformen av de nevnte databærende trykkendringer, at det elektriske digitale bølgeformsignal innføres i hukommelsen i et digitalt filter, at det digitale filter opereres med de nevnte elektriske superponerte digitale signaler påtrykket filterets inngang og de elektriske digitale bølge-formsignaler i filterets hukommelse, og at det fra det digitale filterets utgang avledes elektriske signaler som representerer de nevnte databærende trykkendringer, hvor den maskerende virkning av de nevnte forstyrrende trykkendringer er redusert til et minimum.

2. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at det digitale filter foretar en konvolusjon av de elektriske superponerte digitale signaler og de elektriske digitale bølgeform-signaler.

3. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at det digitale filter foretar en krysskorrelasjon av de elektriske superponerte digitale signaler med de elektriske digitale bølgeform-signaler.

4. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at det som digitalt filter anvendes et tilpasset filter.

5. Fremgamgsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at det som digitalt filter anvendes et spisspulsfilter.