NO168663B - Signaloverfoeringssystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et system for overføring av signaler mellom en signal-mottagergruppe som er senket ned i en brønn og en sentral styre- og registreringsenhet anbrakt utenfor brønnen. Overføringssystemet ifølge oppfinnelsen er mer spesielt egnet for en signal-mottagergruppe som omfatter en innsamlingsinnretning anordnet for innsamling av signaler mottatt av sensorer anbrakt i en brønn, digitalisering og omforming av signalene til kodet form for overføring.

Målinger i borehull blir foretatt ved å benytte sensorer som vanligvis befinner seg i minst en sonde som senkes ned fra overflaten i enden av en elektrisk bærekabel. Sonden omfatter en eller flere armer som aktiveres av hydrauliske anordninger i tilknytning til et system som leverer et trykkfluidum. Åpning av disse armene, som forankrer seg i borehullsveggen og dermed fester sonden ved en dybde hvor målinger skal foretas, blir styrt fra overflateinstallasjonen ved å bruke forskjellige ledninger 1 bærekabelen. Enten en elektrisk strøm for tilførsel til en elektrisk motor og dermed kompresjon av det hydrauliske fluidum som driver hydraulikk-anordningene, eller et elektrisk signal for aktivering av magnet-styreventiler blir overført fra overflateinstallasjonen. Det kan også brukes en sonde som for eksempel har forankringsarmer aktivert av fjærer som holdes under spenn ved hjelp av bolter. Hydraulikkanordninger som styres ved å åpne magnetventilene, forårsaker løsgjøring og åpning av armene. Disse magnetventilene blir styrt ved å overføre fra overflateinstallasjonen elektriske signaler over en leder i bærekabelen.

Slike sonder er for eksempel beskrevet i US patent nr. 4 428 422 eller 4 616 703.

De forskjellige sensorer som er anbrakt i brønnen for å foreta målinger, kan være anbrakt i en enkelt sonde eller i en gruppe med sonder som omfatter en hovedsonde under hvilken en rekke satelittsonder er opphengt ved forskjellige dybder. En slik sondegruppe er beskrevet i for eksempel fransk patent nr. 2 564 599.

Det blir dermed oppnådd en gruppe sensorer som er adskilt fra hverandre over en dybde som kan nå flere titalls og endog hundretalls meter, noe om gjør det mulig for eksempel å utføre seismiske leteoperasjoner. Med en seismisk kilde utløst ved overflaten eller i en annen brønn, for eksempel, blir de akustiske signalene som reflekteres tilbake av diskontinuitetene i undergrunnen mottatt av forskjellige sensorer, og disse signalene blir brukt for eksempel til å oppnå seismiske seksjoner av undergrunnen.

Overføring av de forskjellige signaler som mottas, til en seismisk registreringsenhet på overflaten, kan finne sted i analog form når antallet sensorer er forholdsvis lite. Men når mottagergruppen omfatter et høyere antall (for eksempel mer enn 6 under hensyntagen til den kabeltype som brukes i praksis) blir det vanligvis benyttet digitalisert og kodet overføring ved å tilpasse overføringshastigheten til kapasiteten til den over-føringskabel som sonden henger i.

Fra US patent nr. 4 355 310 er det kjent et digitalisert signal-overf©ringssystem som gjør det mulig å forbinde brønn-sonder som inneholder sensorer av meget forskjellig slag: akustiske, nukleære o.s.v., med en styreenhet som er anordnet på overflaten. Alle data som innsamles av de forskjellige sensorene blir digitalisert og sentralisert ved hjelp av et styreorgan anbrakt i nærheten. Forbindelsen mellom den sentrale styre- og registreringsenhet som er anbrakt på overflaten, blir tilveiebrakt ved hjelp av modemer som er forbundet med kabelens over-føringslinjer. Overføringshastigheten for de kodede signaler er tilpasset mulighetene til den kabel som brukes. Den er vanligvis av størrelsesorden noen få titalls kilobit/sekund og avhenger av den kodetype som benyttes. Det er vanligvis den overførings-hastigheten som muliggjøres av overføringskablene som benyttes til å forbinde brønnsondene med en overflate-installasjon.

Ett av de kabelmønstere som brukes mest, omfatter syv parallelle linjer. Seks linjer er jevnt fordelt omkring en sentral linje. En metallkappe i form av en fletning er anbrakt ved kabelens periferi for å gi den mekanisk styrke slik at den kan motstå trekk-krefter. Overføringen av kodede, digitaliserte signaler blir oppnådd ved å bruke visse linjer omkring den sentrale linje.

De letemetoder som til nå er utviklet for å øke hastigheten av seismiske undersøkelser av undergrunnsprofiler, fører til bruk av komplekse mottageranordninger med et stort antall seismiske mottagere som ofte er fordelt i flere sonder ved forskjellige dybder, for å mangfoldiggjøre det antall posisjoner hvor bølger blir mottatt samtidig for registrering. Det datavolum som skal overføres, øker betydelig.

I visse tilfeller hvor innsamlingstiden for signalene er kort i forhold til tidsintervallet mellom to overførings/- mottagnings-perioder, kan de innsamlede data lagres i en lagringsanordning i en av sondene, og overføringen av dataene til et registreringssystem på overflaten, blir forsinket, men svært ofte blir datainnsamlingen utført praktisk talt kontinuerlig.

Dette gjelder spesielt for visse vibrasjons-seismiske anvendelser hvor avbruddsintervallene mellom de påfølgende innsamlingsperioder er for kort til å romme forsinket overføring. Det er derfor svært viktig at data kan overføres i sann tid og at overføringshastigheten til kablene kan økes betydelig.

Med systemet ifølge oppfinnelsen unngås de ovennevnte ulemper.

Det foreliggende system tillater overføring av signaler mellom en signal-mottagergruppe som er senket ned i en brønn og omfatter en innsamlingsanordning anordnet for innsamlig av signaler som mottas, digitalisering og omforming av signalene til kodet form og overføring av disse til en sentral styre- og registreringsenhet anbrakt utenfor brønnen, omfattende en flerlederkabel som understøtter mottagergruppen og overfører elektrisk energi samt styresignaler utsendt av den sentrale enheten og data utsendt av mottager-gruppen, idet kabelen omfatter en sentral leder, en rekke ledere anordnet omkring denne og en metallkappe. Systemet omfatter videre anordninger for overføring og mottagelse av signaler ifølge en bipolar kode og som er koblet mellom den sentrale leder og metallkappen for overføring av digitaliserte data med høy hastighet mellom innsamlingsanordningen og styre- og registreringsenheten. Overførings- og mottagelses-anordningene omfatter for eksempel et synkroniseringsorgan og et klokkeorgan for tidsstyring av digitaliseringen og overføringen av data mellom den sentrale leder og metallkappene ved en frekvens som er større enn 100 kbits/sekund.

Med et slikt arrangement kan den datastrøm som overføres nå 200 og endog 300 kbit/sek hvis det velges en egnet overførings-kode, og dermed kan overføringen finne sted i sann tid etterhvert som digitaliseringen skjer.

Det oppnås således en meget høy overføringshastighet som gjør det mulig å øke antallet seismiske sensorer som benyttes, uten å utvide tiden for overføring av de innsamlede signaler. Bruk av bufferlagere unngås således, noe som det ellers er vanlig å bruke når overføringshastigheten er utilstrekkelig, og som spesielt muliggjør vibrasjonsseismiske anvendelser med en lang overføringstid, hvor overføringen av data til registrerings-systemet på overflaten må finne sted i sann tid.

For andre anvendelser enn seismiske undersøkelser, hvor en stor, men diskontinuerlig datastrøm skal innsamles, gjør økningen av overføringshastigheten det mulig å redusere tidsmellomrommet mellom påfølgende innsamlingsperioder.

Det skal også bemerkes at den overføringshastigheten som det er mulig å oppnå mellom den sentrale leder og kappen, frigjør de andre ringformede lederne for overføring av elektriske strømmer, styre- eller synkroniserings-signaler eller til å øke antallet sensorer i sonden som måler temperaturen, trykket, o.s.v., og som kan benytte egne linjer for overføring av analoge data.

Andre trekk og fordeler ved systemet vil fremgå av følgende beskrivelse av en utførelsesform av oppfinnelsen, under hen-visning til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 viser en sonde som er senket ned i en brønn opphengt i en elektrisk bærekabel, Fig. 2 viser i snitt en elektrisk bære- og overføringskabel som vanligvis brukes for understøttelse av brønnsonder, Fig. 3 viser en elektronisk enhet for tilveiebringelse av målinger foretatt i en brønn og overføring av disse over en flerlederkabel, og Fig. 4 viser ett eksempel på en sender for tilførsel av kodede signaler til den sentrale lederen og til kabelkappen.

Systemet ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å overføre signaler mellom en signal-mottagergruppe som befinner seg i minst en sonde 1 (figur 1) som for eksempel er av den type som er beskrevet i de ovenfor nevnte US patenter 4 428 422 og 4 616 703, og en overflateinstallasjon. Denne sonden er opphengt i en elektrisk bærekabel 2 fra en bærekonstruksjon 3 anbrakt på overflaten, og vikles på en lagringstrommel 4 eller en registreringslastebil 5. Kabelen 2 som brukes, er den som vanligvis tjener til å senke ned brønnsondene. Den omfatter for eksempel (figur 2) syv ledere eller linjer L^ til L7. Det seks linjene L^ til L5 er jevnt anordnet over kabelens tverrsnitt med samme avstand fra midten hvor en sentral linje L7 passerer. Ved omkretsen omfatter kabelen en metallkappe T som vanligvis utgjøres av en fletning. De syv linjene L^ til L7 i kabelen 1 som er viklet på lagringstrommelen 4 (figur 1) er forbundet med en overføringskabel 6 til en styre- og registreringsenhet CE anbrakt på registrerings-kjøretøyet 5.

Det er utført mange forsøk for å forsøke å finne den kombinasjon av linjer som gir den beste datastrøm over en kabel av variabel lengde, (fra 3 km til 7 km for eksempel) og som for de ønskede overføringshastigheter, var ufølsom for variasjonene i signaloverførings-karakteristikkene til de kablene som vanligvis ble brukt. Forskjellige arrangementer hvor linjene er koblet i parallell to og to eller tre og tre, har øket kabelens kapasitet. Den kombinasjon som viste seg best, er den hvor de kodede signalene blir overført mellom den sentrale lederen L7 og den ytre metallkappen T. Ved å bruke denne spesielle kombinasjonen blir det oppnådd hastigheter på 128 kbit/sek uansett kabel, og ved å optimalisere overføringsfak-torene kan strømningshastigheter på 300 kbit/sek og enda mer, over kabellengder som kan være på flere kilometer, forutsatt at det benyttes en bipolar overføringskode slik som koden HDB3 som er velkjent av spesialister.

Den kombinasjon av elektriske ledere som velges, er desto mer fordelaktig siden den bare krever en enkelt leder (L7) i tilknytning til den ytre fletningen T, og dermed er de andre seks linjene tilgjengelige for de elektriske strømmer som mater apparaturen i sonden og for overføring av signaler.

Ett eksempel på bruk av de forskjellige linjene i kabelen er vist på figur 3. Signalene S som måles av sondesensorene (seismiske signaler for eksempel) blir tilført en forsterker 7 med variabel forsterkning, slik som de som er beskrevet i for eksempel de publiserte franske patentsøknader nr. 2 593 004 eller 2 592 537, vanligvis ved hjelp av en multiplekser MXP.

De forsterkede og samplede signalene blir tilført en A/D-omformer 8. De tilsvarende digitaliserte signaler blir kodet av spesialkretser 9 i en strømtype i en bipolar kode slik som den av spesialister velkjente kode HDB3, før de tilføres et overføringsorgan 10 som er koblet til den sentrale linjen L7 og til fletningen T (figur 2).

Overføringsorganet 10 omfatter for eksempel (figur 4) en transformator 11 hvor begge ender av primærviklingen er koblet til jord gjennom elektroniske brytere, henholdsvis 12 og 13. Midtpunktet av primærviklingen er koblet til en positiv elektrisk spenning V+. De respektive signaler for styring av bryterne, ett positivt og det andre negativt, blir levert av kodeorganet 9. Sekundærviklingen i spenningstransformatoren 11 er koblet mllom den sentrale linjen L7 og omkretsfletningen T. Det signal som mottas, blir tilført en mottager-tilpasser 15 av kjent type, og deretter til en dekoder HDB3 16, som gjenvinner det overførte digitaliserte signal.

De andre linjene L^ til Lg, i kabelen 2 er tilgjengelige for annen bruk. Gjennom linjene L3 og Lg blir det for eksempel overført et synkroniseringssignal. Mottageranordningen i brøraen omfatter en dekoder 17 (figur 3) og en synkroniseringsenhet 18. Med en takt fastsatt av et klokkeorgan 19, genererer denne enheten signaler for å variere forsterkerens 7 forsterkning og for sekvensering av operasjonene for digitalisering av signalene som skal måles og overføres. De elektroniske organene i mottageranordningen blir matet av en elektrisk spenningsgenerator 20 som mottar den elektriske energi som overføres fra overflaten over linje L^ og den ytre fletning T. Linjene L4 og L5 er tilgjengelige for andre signaler. Analoge signaler som for eksempel leveres av organer som måler trykket og temperaturen 21, 22 og tilpasset for overføring ved hjelp av grensesnitt-organer 23, 24, kan overføres direkte og permanent til registreringsenheten på overflaten via linjene L4 og L5, eller styresignalet i motsatt retning. Likeledes finner tilbakeføringen av disse signalene sted gjennom omkretsretningen T. Gjennom linje L2 blir motorer elektrisk matet for å skape den hydrauliske energi som kreves for åpning av forankringsarmene i sonden eller for aktivering av e1ektroventiler.

Claims (5)

1. System for overføring av signaler mellom på den ene side en signalmottager-gruppe som er senket ned i en brønn og omfatter en innsamlingsanordning anordnet for innsamling av mottatte signaler, digitalisering og omforming av disse til en hovedform, bg på den annen side en sentral styre- og registreringsenhet anbrakt utenfor brønnen, karakterisert ved en flerlederkabel for understøttelse av mottagergruppen og overføring av élektrisk energi samt styresignaler utsendt av den sentrale enhet og data utsendt fra mottagergruppen, idet kabelen omfatter en sentral leder, en rekke ledere anbrakt omkring denne og en metallkappe, og ved anordninger for å overføre og motta signaler ifølge en bipolar kode og som er koblet mellom den sentrale leder og metallkappen for overføring av digitaliserte data med høy hastighet mellom innsamlingsanordningen og styre- og registreringsenheten.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at overførings- og mottagelsesanordningen omfatter for eksempel et synkroniseringsorgan og et klokkeorgan for taktstyring av digitaliseringen og overføringen av data mellom den sentrale leder og metallkappen ved en frekvens som er større enn 100 kbit/sekund.

3. System ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at metallkappen danner den elektriske returleder for i det minste en del av de signaler som overføres over de andre linjene i overføringskabelen.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at overføringsanordningen for kodede signaler som er koblet til den sentrale leder og metallkappen, omfatter en analog signal-innsamlingsanordning for omforming av signalene til digitaliserte signaler, et kodeorgan av den bipolare type og et overføringsorgan som omfatter en spenningstransformator for tilførsel av de kodede signaler mellom den sentrale linje og ytterkappen til overføringskabelen.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at kabelen omfatter minst en leder for å forsyne mottagergruppen med energi, minst en leder for å forsyne motorer med elektrisk energi og styring av elektro-ventiler, minst en leder for overføring av styresignaler til mottagergruppen i sonden og minst en leder for direkte overføring av målesignaler.