NO338841B1 - Identifisering av kanalfrekvensrespons ved å bruke pulskompresjon og trinnvise frekvenser - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsens område

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører telemetrisystemer for kommunikasjon av informasjon fra et sted nede i en brønn til et sted på overflaten, og mer spesifikt en fremgangsmåte for bestemmelse av kanalegenskaper i et mekanisk telemetrisystem så som et slampulsbasert telemetrisystem. Med "mekanisk" menes her telemetri som styres av eller i henhold til mekanikkens prinsipper, omfattende akustiske og fluid-mekaniske.

Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] US 5,055,837 omhandler analyse og identifikasjon av en borefluid-kolonne basert på dekoding av måling-under-boring-signaler. Borefluidbaserte telemetrisystemer, generelt referert til som slampulssystemer, er spesielt egnet for telemetri av informasjon fra bunnen av et borehull til jordoverflaten under boring av olje-brønner. Informasjonen som overføres omfatter ofte, men er ikke begrenset til parametere som trykk, temperatur, retning og avvik for brønnboringen. Andre parametere omfatter loggdata, så som resistiviteten til de forskjellige lag, akustisk tetthet, porøsitet, induksjon, selvpotensial og trykkgradienter. Denne informasjonen er av avgjørende betydning for effektiviteten i boreoperasjonen.

[0003] MWD-telemetri er nødvendig for kommunikasjon mellom MWD-komponentene i brønnen og MWD-komponentene på overflaten i sanntid, og for å håndtere de fleste borerelaterte operasjoner uten forsinkelser. Systemet for å støtte dette er forholdsvis avansert, med nedihulls- og overflatekomponenter som jobber synkront.

[0004] I ethvert telemetrisystem er det en sender og en mottaker. I MWD-telemetri anvendes ofte forskjellig sender- og mottakerteknologi ved downlinking (nedlinking) og uplinking (opplinking) av informasjon. Ved uplinking kalles senderen ofte slampulsatoren (eller bare pulsatoren), og er et MWD-verktøy i bunnhullsenheten som er i stand til å skape trykkfluktuasjoner i slamstrømmen. Mottakersystemet på overflaten består av følere som måler trykkfluktuasjonene og/eller strømningsfluktuasjonene, samt signalbehandlingsmoduler som tolker disse målingene.

[0005] Downlinking gjøres enten ved periodisk å variere strømningsmengden av slam i systemet eller ved periodisk å variere borestrengens rotasjonshastighet. I det første tilfellet styres strømningsmengden ved hjelp av en omføringsaktuator og en styrings enhet, og signalet mottas ved MWD-systemet nede i brønnen ved hjelp av en føler som påvirkes av enten strømning eller trykk. I det andre tilfellet styres rotasjonshastigheten på overflaten manuelt, og signalet mottas gjennom en føler som påvirkes av dette.

[0006] For opplinktelemetri er en passende pulsator beskrevet i US 6,626,253 til Hahn mfl., som er overdratt til samme som denne søknaden og som inntas her ved referanse i sin helhet. Hahn beskriver i '253 et oscillerende skjærventilsystem for å skape trykkfluktuasjoner i et strømmende borefluid som innbefatter en fastholdt stator og en oscillerende rotor, begge med aksielle strømningsveier. Rotoren oscillerer tett inntil statoren, og blokkerer i hvert fall delvis strømningen gjennom statoren og genererer oscillerende trykkpulser. Rotoren passerer gjennom to nullhastighetsposisjoner under hver syklus, noe som letter raske endringer i signalets fase, frekvens og/eller amplitude, som igjen gir en bedre datakoding.

[0007] US RE38,567 til Gruenhagen mfl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas herved referanse i sin helhet, og US 5,113,379 til Scherbatskoy, viser fremgangsmåter for nedlinktelemetri der strømningsmengden styres ved hjelp av en omføringsaktuator og en styringsenhet.

[0008] Det er to grupper av signaler som anvendes ved overføring av informasjon: basisbånd og passbånd. Overføring av informasjon i en sekvens av trykkpulser er kjent som basisbåndsignalering. Dersom pulsene moduleres ytterligere av et bærer-signal, som forskyver overføringsbåndbredden høyere i frekvens, er det kjent som passbåndsignalering. De konkrete eksemplene vist i Gruenhagen er basisbåndsignalering. Hahn i '253 derimot, viser også bruk av passbåndsignalering med forskjellige typer moduleringsteknikker, så som FSK (Frequency Shift Keying), PSK

(Phase Shift Keying) og ASK (Amplitude Shift Keying). US-patentsøknad 10/223,169 til Hahn mfl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas her ved referanse i sin helhet, viser videre bruk av flerverdig koding og chirp-signaler for opplinktelemetri. Det skal bemerkes at passbåndsignalering også kan anvendes for nedlinktelemetri med fremgangsmåten til Gruenhagen. Scherbatksoy beskriver et system der et smalbåndet signal blir modulert ved anvendelse av firkantpulser som representerer dataene som skal overføres.

[0009] Basisbåndsignalering påvirkes av rotasjonsstøy og borestrengens rykkvise gange. Ved å anvende passbåndsignalering kan vi flytte signalet bort fra denne støy- kilden. Passbåndfrekvensens båndbredde er imidlertid heller ikke fri for støykilder; for eksempel kan pumpestøy være en hovedårsak til forvrengning av signalet. Dersom støyen skapes av pumpene, kan vi imidlertid kvantifisere den uavhengig og filtrere den ut fra målingene. Kort oppsummert kan vi ved å anvende passbåndsignalering kontrollere frekvensbåndet som anvendes av informasjonssignalet, og kan lettere kansellere støy som kan forringe dette signalet.

[0010] Ved passbåndfiltrering er ett av de sentrale problemene valg av hvilke frekvenser signalet skal overføres over. Foreliggende oppfinnelse løser dette problemet.

[0011] Et annet problem som løses av denne oppfinnelsen er ikke begrenset til bore-hullstelemetri, og oppstår når mekaniske vibratorelementer anvendes for å generere frekvensvarierende signaler. Dette problemet er harmonisk forvrengning, der det mekaniske vibratorelementet genererer én eller flere overtoner av grunnfrekvensene. De mottatte signalene krysskorreleres med det frekvensvarierende referansesignalet for å oppnå en impulsrespons for kanalen. I tilstedeværelsen av overtoner kan det prosesserte signalet være sterkt påvirket av harmonisk forvrengning. En fremgangsmåte for å dempe harmonisk korrelasjonsstøy forårsaket av harmonisk energi skapt av seismiske vibratorelementer er utviklet av Reitsch, som beskrevet i US 4,042,910. Fremgangsmåten omfatter det trinn å generere flere frekvensvarierende signaler i sekvens og med fasen til hvert suksessive signal forskjøvet i forhold til det forrige med en forbestemt fasevinkel, som er en andel av 2B. De genererte signalene blir individuelt registrert og transformert ved inverst faseskift før de adderes eller overlagres på en tradisjonell måte. Generering av flere signalpass (sweeps) er tid-krevende, og fasekodingen øker systemets kompleksitet. Problemet med harmonisk forvrengning forekommer også (men er ikke løst) i US 2003/0151975 til Thomann mfl. ved SWD (Seismic-While-Drilling). Problemet forekommer også i brønn-til-brønn-tomografi der det anvendes frekvensvarierende signalkilder. Foreliggende oppfinnelse løser problemet med harmonisk forvrengning uten at det er behov forflere signalpass eller fasekoding av signalene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0012] Hovedtrekkene ved oppfinnelsen fremgår av de selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å kommunisere signaler i en brønnboring mellom et sted på overflaten og et sted nede i brønnen. Et mekanisk signal genereres ved én av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen. Et signal som representerer det genererte signalet, mottas ved det andre av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen. En egenskap ved kommunikasjonskanalen mellom stedet på overflaten og stedet nede i brønnen bestemmes fra det mottatte signalet og det genererte mekaniske signalet. Det genererte mekaniske signalet kan være en endring av en fluidstrømning og/eller en trykkpuls. Det mottatte signalet kan omfatte en måling av et trykk og/eller en fluidstrømning. I en utførelsesform av oppfinnelsen kan det genererte mekaniske signalet være et signal med trinnvis frekvens. Alternativt kan et chirp-referansesignal anvendes som basis for det genererte mekaniske signalet. Kommunikasjonskanalen kan være en slamstrømningsvei. Egenskapen som bestemmes kan være en overføringsfunksjon. Overføringsfunksjonen kan bestemmes ved å krysskorrelere det mottatte signalet med chirp-referansesignalet, med bruk av frekvensspekteret til det mottatte signalet og med bruk av frekvensspekteret til chirp-referansesignalet. Når egenskapen ved kanalen er bestemt, kan den anvendes for å velge en frekvens for kommunikasjon av instruksjoner fra stedet på overflaten til stedet nede i brønnen, og data fra stedet nede i brønnen til stedet på overflaten. Bestemmelsen av overføringsfunksjonen kan gjøres basert på signaler overført under et avbrudd i boreoperasjoner.

[0013] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et system for å kommunisere signaler i en brønnboring mellom et sted på overflaten og et sted nede i brønnen. Systemet omfatter en mekanisk kilde som genererer et mekanisk signal ved én av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen. En mottaker ved det andre av stedene mottar et signal som representerer det genererte mekaniske signalet. En prosessor bestemmer fra det mottatte signalet og det genererte mekaniske signalet en egenskap ved en kommunikasjonskanal mellom stedet på overflaten og stedet nede i brønnen. Den mekaniske kilden kan være en pulsator med en oscillerende skjærventil. Det mekaniske signalet som genereres av kilden kan være en endring av en fluidstrømning og/eller en trykkpuls. Mottakeren kan være en hydrofon, en dobbel trykkomformer og/eller en strømningsmåler. Det genererte mekaniske signalet kan være et signal med trinnvis frekvens eller kan være avledet fra et chirp-signal. Kommunikasjonskanalen kan være en slamstrømningsvei. Egenskapen ved kommu nikasjonskanalen som bestemmes kan være en overføringsfunksjon. Prosessoren bestemmer egenskapen gjennom minst én av krysskorrelasjon av det mottatte mekaniske signalet med referansesignalet, bestemmelse av frekvensspekteret til det mottatte signalet og bestemmelse av frekvensspekteret til referansesignalet. Basert på den funnede egenskapen velger prosessoren en frekvens for kommunikasjon mellom stedet på overflaten og stedet nede i brønnen. Prosessoren kan befinne seg ved stedet nede i brønnen og den mekaniske kilden kan være del av en bunnhullsenhet (BHA). Bestemmelsen av egenskapen kan gjøres ved å generere det mekaniske signalet under et avbrudd i boreoperasjoner.

[0014] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et datamaskin-lesbart medium for bruk med et system for å kommunisere signaler mellom et sted på overflaten og et sted nede i en brønn. Systemet omfatter en mekanisk kilde som genererer et mekanisk signal, og en mottaker som mottar et signal som representerer det genererte signalet. Mediet omfatter instruksjoner som gjør det mulig for en prosessor å estimere basert på det mottatte signalet og det genererte mekaniske signalet en egenskap ved kommunikasjonskanalen mellom stedet på overflaten og stedet nede i brønnen. Det datamaskin-lesbare mediet kan være minst én av et ROM, et EPROM, et EAROM, etflash-minne og et optisk platelager.

[0015] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for bestemmelse av en egenskap ved en kommunikasjonskanal knyttet til en jordformasjon. Et signal med varierende frekvens genereres ved anvendelse av en mekanisk anordning og forplanter seg langs kanalen. Det forplantende signalet omfatter en harmonisk forvrengning. Det forplantende signalet mottas, og er påvirket av egenskapen ved kanalen. Det mottatte signalet blir deretter behandlet for å estimere egenskapen ved kanalen ved hjelp av en signalbehandlingsmetode som omfatter en chirp-transformasjon. Kommunikasjonskanalen kan være et borehull i jordformasjonen. Egenskapen kan være kanalens impulsrespons. Den mekaniske anordningen kan befinne seg et sted på overflaten, i et vannlegeme, i et borehull i jordformasjonen og/eller på en bunnhullsenhet som føres i et borehull i jordformasjonen. Chirp-transformasjonen kan omfatte korrelasjon med den konjugerte av det frekvensvarierende signalet, en lavpassfiltrering og en korrelasjon med det frekvensvarierende signalet. Parameterne i lavpassfiltreringen kan være basert på chirp-frekvensen til det frekvensvarierende signalet og en maksimal forsinkelse i kanalen.

[0016] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et system for bestemmelse av en egenskap ved en kommunikasjonskanal knyttet til en jordformasjon. Systemet omfatter en mekanisk anordning som genererer et signal med varierende frekvens som forplanter seg langs kanalen, og det forplantende signalet omfatter en overtone. En mottaker genererer et mottakersignal som er påvirket av egenskapen ved kanalen. En prosessor estimerer egenskapen ved kanalen fra det mottatte signalet ved å anvende chirp-transformasjon i prosesseringen. Kommunikasjonskanalen kan være et borehull i jordformasjonen. Egenskapen kan være kanalens impulsrespons. Den mekaniske anordningen kan være anordnet et sted på overflaten, i et vannlegeme, i et borehull i jordformasjonen og/eller på en bunnhullsenhet som føres i et borehull i jordformasjonen. Prosessoren kan anvende chirp-transformasjonen ved videre å gjøre en korrelasjon med den konjugerte av det frekvensvarierende signalet, en lavpassfiltrering og en korrelasjon med det frekvensvarierende signalet. Prosessoren kan velge chirp-frekvensen for lavpassfiltreringen basert på chirp-frekvensen til det frekvensvarierende signalet og en maksimal forsinkelse i kanalen.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

[0017] For en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse henvises til den følgende detaljerte beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen, sett sammen med de vedlagte figurene, der like elementer er gitt like referansenummer og der: Figur 1 (kjent teknikk) er en skjematisk illustrasjon av et boresystem som er egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse; Figurene 2a-2c (kjent teknikk) er en skjematisk illustrasjon av en oscillerende skjærventil som er egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse; Figur 3 er en illustrasjon av kanaloverføringsfunksjonen; Figurene 4a og 4b er representasjoner av et chirp-signal henholdsvis i tids- og frekvensdomenet; Figurene 5a og 5b illustrerer noen egenskaper ved et chirp-signal; Figur 6 viser et eksempel på kanaloverføringsfunksjon for et slampuls-telemetrisystem avledet ved hjelp av et chirp-signal; Figurene 7a og 7b er representasjoner av et signal med trinnvis frekvens henholdsvis i tids- og frekvensdomenet; Figur 8 viser en kanaloverføringsfunksjon avledet ved hjelp av et signal med trinnvis frekvens; Figur 9 er et flytdiagram som illustrerer bruk av en fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse under boring av et borehull; Figurene 10a og 10b viser henholdsvis realdelen av Cc/,/^(f,t?) i tidsdomenet og dens fourier-transformerte (FFT); og Figur 11 er et flytdiagram som illustrerer fremgangsmåten for bestemmelse av kanaloverføringsfunksjoner med chirp-signaler.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0018] Figur 1 viser et skjematisk diagram av et boresystem 10 med en borestreng 20 som fører en boreenhet 90 (også referert til som en bunnhullsenhet eller "BHA") som føres i en "brønnboring" eller et "borehull" 26 for å bore brønnboringen. Bore-systemet 10 omfatter et tradisjonelt boretårn 11 stående på et dekk 12 som under-støtter et rotasjonsbord 14 som roteres av en hoveddrivkraft så som en elektrisk motor (ikke vist) med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 omfatter et rør så som et borerør 22 eller et kveilerør som går fra overflaten og inn i borehullet 26. Borestrengen 20 presses inn i brønnboringen 26 når et borerør 22 anvendes som rør. Ved bruk av kveilerør anvendes en rørinjektor, så som en injektor (ikke vist), for å mate røret fra en kilde, så som en trommel (ikke vist), inn i brønnboringen 26. Borekronen 50 festet i enden av borestrengen bryter opp de geologiske formasjonene når den roteres for å bore borehullet 26. Dersom det anvendes et borerør 22, er borestrengen 20 koblet til en vinsj 30 via et rotasjonsrør 21, en svivel 28 og en vaier 29 gjennom en trinse 23. Under boreoperasjoner anvendes vinsjen 30 for å styre bore-kronetrykket, som er en viktig parameter for å påvirke borehastigheten. Vinsjens virkemåte er velkjent for fagmannen, og er således ikke beskrevet i detalj her.

[0019] Under boreoperasjoner blir et passende borefluid 31 fra en slamtank (kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 av en slampumpe 34. Borefluidet strømmer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en "desurger" (ikke vist), en fluidkanal 38 og rotasjonsrøret 21. Borefluidet 31 strømmer ut i bunnen 51 av borehullet gjennom en åpning i borekronen 50. Borefluidet 31 sirkulerer oppihulls gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og returnerer til slamtanken 32 via en returkanal 35. Borefluidet tjener til å smøre borekronen 50 og til å føre borekaks eller borespon vekk fra borekronen 50. En føler S1, typisk anordnet i kanalen 38, gir informasjon om fluidstrømningsmengden. En dreiemomentføler S2 og en føler S3 tilknyttet borestrengen 20 på overflaten gir informasjon henholdsvis om momentet på og rotasjonshastigheten til borestrengen. I tillegg anvendes en føler (ikke vist) tilknyttet kanalen 29 for å måle kroklasten på borestrengen 20.

[0020] I en utførelsesform av oppfinnelsen blir borekronen 50 rotert ved kun å rotere borerøret 22. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en nedihullsmotor 55 (slammotor) anordnet i boreenheten 90 for å rotere borekronen 50, mens borerøret 22 vanligvis blir rotert for å øke rotasjonskraften, dersom det er nødvendig, og for å endre boreretningen.

[0021] I utførelseseksempelet i figur 1 er slammotoren 55 koblet til borekronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en opplagerenhet 57. Slammotoren roterer borekronen 50 når borefluidet 31 strømmer gjennom slammotoren 55 under trykk. Opplagerenheten 57 tar opp de radielle og aksielle krefter på borekronen. En stabilisator 58 koblet til opplagerenheten 57 fungerer som sentralisator for den nederste delen av slammotorenheten.

[0022] I en utførelsesform av oppfinnelsen er en borefølermodul 59 plassert nær borekronen 50. Borefølermodulen inneholder følere, kretser og programvare og algo-ritmer knyttet til de dynamiske boreparameterne. Disse parameterne omfatter typisk borekronehopping (bit bounce), rykkvis bevegelse av boreenheten, tilbakerotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringromstrykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borekronens tilstand. En passende telemetri- eller kommunikasjonsenhet 72, som for eksempel anvender toveistelemetri, er også tilveiebragt som illustrert i boreenheten 90. Borefølermodulen behandler informasjonen fra følerne og sender den til overflatestyringsenheten 40 via telemetrisystemet 72.

[0023] Kommunikasjonsmodulen 72, en kraftenhet 78 og et MWD-verktøy 79 er alle koblet etter hverandre i borestrengen 20. Bøyestykker, for eksempel, anvendes for å koble MWD-verktøyet 79 til boreenheten 90. Slike bøyestykker og verktøy danner bunnhullsenheten 90 mellom borestrengen 20 og borekronen 50. Boreenheten 90 tar forskjellige målinger omfattende pulserende kjernemagnetisk resonansmålinger mens borehullet 26 bores. Kommunikasjonsmodulen 72 mottar signalene og målingene og overfører signalene, for eksempel ved anvendelse av toveistelemetri for behandling på overflaten. Alternativt kan signalene bli behandlet av en prosessor i boreenheten 90.

[0024] Styringsenheten eller prosessoren 40 på overflaten mottar også signaler fra andre følere og anordninger i brønnen og signaler fra følerne SrS3 og andre følere som anvendes i systemet 10, og behandler disse signalene i henhold til pro-grammerte instruksjoner tilveiebragt i overflatestyringsenheten 40. Overflatestyringsenheten 40 viser ønskede boreparametere og annen informasjon på en frem-visningsanordning/monitor42 som anvendes av en operatør for å styre boreoperasjonene. Overflatestyringsenheten 40 omfatter typisk en datamaskin eller et mikroprosessorbasert prosesseringssystem, minne for lagring av programmer eller modeller og data, en registrator for å registrere data samt andre ytre enheter. Styringsenheten 40 er typisk innrettet for å aktivere alarmer 44 ved forekomst av forbestemte farlige eller uønskede driftsforhold. Systemet omfatter også en nedihulls-prosessor, en følerenhet for formasjonsevaluering og en orienteringsføler. Disse kan være anordnet hvor som helst på bunnhullsenheten.

[0025] Figur 2a er en skjematisk skisse av pulsatoren, også kalt en oscillerende

skjærventil 19, for slampulstelemetri. Pulsatorenheten 19 befinner seg inne i den innvendige boringen i verktøyhuset 101. Huset 101 kan være et hult vektrør i bunnhullsenheten 10, eller alternativt et eget hus innrettet for å passe inne i boringen i et vekt-rør. Borefluidet 31 strømmer gjennom statoren 102 og rotoren 103 og passerer gjennom ringrommet mellom pulsatorhuset 108 og den innvendige diameteren i verktøyhuset 101.

[0026] Statoren 102, se figurene 2a og 2b, er fastholdt i forhold til verktøyhuset 101 og til pulsatorhuset 108 og har flere langsgående strømningsveier 120. Rotoren 103, se figurene 2a og 2c, er skiveformet med kjervede blader 130 som danner strømningsveier 125 med tilsvarende størrelse og form som strømningsveiene 120 i statoren 102. Alternativt kan strømningsveiene 120 og 125 være huller henholdsvis gjennom statoren 102 og rotoren 103. Rotorpassasjene 125 er innrettet slik at de kan linjeføres, i én vinkelposisjon, med statorpassasjene 120 og danne en rettlinjet gjennomstrømningsvei. Rotoren 103 er anordnet tett inntil statoren 102 og er innrettet for oscillerende rotasjon. En vinkelforskyvning av rotoren 103 i forhold til statoren 102 endrer det effektive strømningsarealet og skaper trykkfluktuasjoner i den sirkulerte slamsøylen. For å bevirke én trykksyklus er det nødvendig å åpne og lukke strømningskanalen ved å endre vinkelposisjonen til rotorbladene 130 i forhold til strømningsveien 120 i statoren. Dette kan gjøres med en oscillerende bevegelse av rotoren 103. Rotorbladene 130 roteres i en første retning inntil strømningsområdet er helt eller delvis stengt eller begrenset. Dette skaper en trykkøkning. De blir deretter rotert i motsatt retning for å åpne strømningsveien. Dette skaper en trykkreduk-sjon. Den nødvendige vinkelforskyvningen avhenger av utførelsen av rotoren 103 og statoren 102. Jo flere strømningsveier i rotoren 103, jo mindre vinkelforskyvning kreves for å skape en gitt trykkfluktuasjon. En liten forskyvningsvinkel for å skape trykkfallet er ønskelig. Kraften som kreves for å akselerere rotoren 103 er propor-sjonal med vinkelforskyvningen. Jo mindre vinkelforskyvningen er, jo mindre er den nødvendige aktiveringskraften for å akselerere eller bremse rotoren 103. Som et eksempel, med åtte strømningsåpninger på rotoren 103 og på statoren 102, anvendes en vinkelforskyvning på omtrent 22,5° for å skape trykkfallet. Dette holder aktive-ringsenergien på et forholdsvis lavt nivå ved høye frekvenser. Merk at det ikke er nødvendig å blokkere strømningen fullstendig for å skape en trykkpuls, og følgelig vil forskjellige grader av blokkering, eller vinkelrotasjon, skape forskjellige puls-amplituder.

[0027] Rotoren 103 er festet til en aksel 106. Akselen 106 står gjennom en fleksibel belg 107 og går gjennom lagre 109 som fastholder akselen radielt og aksielt i forhold til huset 108. Akselen er koblet til en elektrisk motor 104, som kan være en reverser-bar, børsteløs likestrømsmotor, en servomotor eller en trinnmotor. Motoren 104 er elektronisk styrt, av kretser i elektronikkmodulen 135, slik at rotoren 103 kan beveges presist i den ene eller andre retningen. Den presise styringen av posisjonen til rotoren 103 muliggjør spesifikk utforming av den genererte trykkpulsen. Slike motorer er alminnelig tilgjengelige og beskrives ikke ytterligere. Elektronikkmodulen 135 kan inneholde en programmerbar prosessor som kan være forhåndsprogrammert til å sende data med bruk av en hvilken som helst av et antall kodingsmetoder, omfattende, men ikke begrenset til ASK (Amplitude Shift Keying), FSK (Frequency Shift Keying) eller PSK (Phase Shift Keying), eller enhver kombinasjon av disse metoder.

[0028] I en utførelsesform av oppfinnelsen har verktøyhuset 101 trykkfølere, ikke vist, anordnet ovenfor og nedenfor pulsatorenheten, med måleflaten eksponert for fluidet inne i boringen i borestrengen. Disse følerne drives av elektronikkmodulen 135, og kan være tilveiebragt for å motta trykkpulser sendt fra overflaten. Prosessoren i elektronikkmodulen 135 kan være programmert til å endre datakodingsparameterne basert på trykkpulser sendt fra overflaten. Kodingsparameterne kan omfatte type kodingsskjema, grunnpulsens amplitude, grunnpulsens frekvens eller andre parametere som innvirker på datakodingen.

[0029] Hele pulsatorhuset 108 er fylt med et passende smøremiddel 111 for å smøre lagrene 109 og for å kompensere trykket inne i pulsatorhuset 108 med nedihulls-trykket i boreslammet 31. Lagrene 109 er typisk antifriksjonslagre som er kjente for fagmannen, og er ikke beskrevet ytterligere. I en utførelsesform er tetningen 107 en fleksibel belgtetning som er koblet direkte til akselen 106 og pulsatorhuset 108 og hermetisk forsegler det oljefylte pulsatorhuset 108. Rotasjonsbevegelsen til akselen 106 gjør at det fleksible materialet i belgtetningen 107 vrir seg og dermed tilpasser seg rotasjonsbevegelsen. Det fleksible belgmaterialet kan være et elastisk materiale eller alternativt et fiberforsterket elastisk materiale. Det er nødvendig å holde vinkel-bevegelsen forholdsvis liten slik at belgmaterialet ikke vil få for store spenninger den vridende bevegelsen. I en alternativ foretrukket utførelsesform kan tetningen 107 kan være en elastisk roterende akseltetning eller en mekanisk flatetetning.

[0030] I en utførelsesform er motoren 104 utstyrt med en aksel med to ender eller alternativt en hul aksel. Den ene enden av motorakselen er festet til akselen 106, og den andre enden av motorakselen er festet til en torsjonsfjær 105. Den andre enden av torsjonsfjæren 105 er festet til endedekselet 115. Torsjonsfjæren 105, sammen med akselen 106 og rotoren 103, danner et mekanisk fjær/masse-system. Torsjonsfjæren 105 er innrettet slik at dette fjær/masse-systemet har sin grunnfrekvens ved, eller nær, pulsatorens ønskede oscillasjonspulsfrekvens. Fremgangsmåten for å konstruere et resonanttorsjonsfjær/masse-system er velkjent for fagmannen, og er ikke beskrevet her. Fordelen med et resonant system er at når systemet er i resonans, motoren kun trenger å forsyne nok kraft til å overvinne eksterne krefter og systemdempning, mens rotasjonstreghetskrefter balanseres av det resonerende systemet.

[0031] Som angitt over vil det ved passbåndsignalering være ønskelig å velge ett eller flere frekvensbånd der støyen er liten og dempningen av signalet i kanalen er mindre. Ved å velge frekvensbåndet/-båndene basert på dette kriteriet kan signal/støy-forholdet (SNR) maksimeres for et gitt kraftforbruk for pulsatoren.

[0032] Dette valget kan være basert på overføringsfunksjonen til en kanal, dvs. det som skjer med signalet fra det mates inn i slamkanalen nedihulls til det blir mottatt ved overflaten. Denne kan modelleres som en "svart boks"; vi mater inn et signal i én ende av boksen og mottar et signal i den andre enden. Ved å sammenlikne inn-gangssignalet og utgangssignalet utvikler vi en modell av systemet som beskriver hvordan det endrer signaler.

[0033] Systemoverføringsfunksjonen er vist skjematisk i figur 3. Et inngangssignal 201 med frekvensspektrum X(f) er vist. I dette eksempelet er dette et kjent signal generert av slampulsatoren. Slamkanalen 203 har en overføringsfunksjon H(f) i frekvensdomenet. Det mottatte signalet 205 har spektrum Y(f). De forskjellige spektrene er koblet gjennom:

eller ekvivalent, i tidsdomenet, der <8> representerer konvolusjonsoperatoren. Konvolusjonoperasjonen er gitt ved:

Ideen med en overføringsfunksjon for å representere en telemetrikanal er beskrevet i forbindelse med elektromagnetisk telemetri i US 6,781,521 til Gardner. Fremgangsmåten til Gardner er ikke basert på bestemmelse av overføringsfunksjonen, men på bruk av adaptive filtre som korrigerer for elektromagnetisk støy. Det finnes flere metoder for å bestemme overføringsfunksjonen H(f) som karakteriserer kanalen.

[0034] I en utførelsesform av oppfinnelsen er signalet X(t) et chirp-signal. Et eksempel på chirp-signal er et som varer en tidsperiode der frekvensen økes eller reduseres kontinuerlig; frekvensen løper kontinuerlig mellom en startfrekvens og en endefrekvens. Et oppovergående frekvensgjennomløp i tidsdomenet er illustrert ved 205 i figur 4a. Ekvivalenten i frekvensdomenet er vist ved 207 i figur 4b. Som kan sees i figur 4b øker frekvensen i dette eksempelet lineært fra en vinkelfrekvens©1til en vinkelfrekvens a>2- Det er ikke nødvendig at frekvensen endrer seg lineært i tiden; ikke-lineære gjennomløpsfrekvenser kan anvendes for selektivt å fremheve energien i noen frekvensbånd fremfor andre. Andre kriterier som kan anvendes er å ha et spektrum med reduserte sidelober; se for eksempel US 5,347,494 til Andersen.

[0035] I en utførelsesform av oppfinnelsen blir et chirp-signal X(t) med egenskapene i figurene 4a-4b generert av pulsatoren. Et sted på overflaten måles signalet Y(t) etter å ha forplantet seg gjennom slamkanalen. Krysskorrelasjonen mellom X(t) og Y(t) er gitt ved:

Sammenlikning av denne krysskorrelasjonen med autokorrelasjonen til chirp-signalet, Rxx( t), gir overføringsfunksjonen H( t) eller H( f) ved hjelp av kjente metoder. Én mulig metode er å beregne frekvensspektrene til krysskorrelasjonen og dividere med frekvensspekteret til autokorrelasjonen: #*(/) = J?2^2 (5).

En viktig fordel med å anvende et chirp-signal i brønnen er at dersom frekvensbåndene©i og©2er store nok, autokorrelasjonen er en enhetspiker i tidsdomenet. For båndbegrensede chirp-signaler er autokorrelasjonen sync-funksjonen. Alternativt kan man foreta en tradisjonell frekvensanalyse av det utsendte og det overførte signalet og bestemme et spektralforhold.

[0036] Chirp-signaler har den viktige egenskapen at de kan komprimeres både i tidsdomenet og i frekvensdomenet. Chirp-komprimering gjøres gjennom korrelasjons-operasjonen. Autokorrelasjonen til et chirp-signal resulterer i en meget skarp puls med høy amplitude. Se 211 i figur 5a. Samme operasjon i frekvensdomenet gir en høy topp ved frekvensen 0 Hz. Se 213 i figur 5b. Autokorrelasjonsfunksjonen samler (komprimerer) mesteparten av energien i chirp-signalet i ett punkt. Med chirp-komprimering menes en projeksjon av frekvenskurven til vertikalaksen for korrelasjon i tidsdomenet, og til horisontalaksen for korrelasjon i frekvensdomenet.

[0037] Figur 6 viser resultatene av en bestemmelse av overføringsfunksjonen ved anvendelse av et 1-40 Hz chirp-signal. Som kan sees er det bånd 251, 253 rundt 15 Hz og 28,5 Hz hvor kanalen er sterkt dempende. Følgelig bør signaler i disse frekvensbåndene unngås.

[0038] I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen, i stedet for å anvende et chirp-signal, varer et trinnvist frekvensgjennomløp en tidsperiode der frekvensen økes trinnvis, og hvert frekvenstrinn opprettholdes i et definert tidsintervall. Et slikt trinnvist frekvenssignal med tre forskjellige frekvenstrinn er vist i figur 7a, mens figur 7b viser hvordan frekvensene øker gjennom en tidsperiode. Tidsskalaen i figur 7b er forskjellig fra den i figur 4b. Varigheten til hvert trinn og antallet trinn mellom definerte startfrekvenser og endefrekvenser er alle programmerbare. Sekvensene er kjent på forhånd. Med denne fremgangsmåten bestemmes overføringsfunksjonen med diskrete bånd definert av de forskjellige trinnene. Én fordel med trinnmetoden er at den er mindre følsom for synkroniseringsfeil og ISI-forstyrrelse (InterSymbol Inter-ference) siden hver frekvens opprettholdes over et langt tidsintervall T (se figur 7b). Dersom tidsintervallet velges tilstrekkelig stort vil det finnes vinduer der ISI-forstyrrelsen er liten eller null. En ulempe med trinnmetoden er at frekvensgjennom-løpet skjer over en lengre tidsperiode og således ikke kan anvendes dersom data i sanntid er påkrevet. Med chirp-metoden kan varigheten gjøres kortere, men estima-tene er ikke like robuste. Chirp-metoden har den fordelen at den gir en tettere samp-ling i frekvensdomenet. Bruk av et signal med trinnvis frekvens for bestemmelse av optimale frekvenser for akustisk telemetri gjennom en borestreng er beskrevet i US 5,124,953 til Grosso; i Grosso gjøres imidlertid valget basert på en modellert overføringsfunksjon for borestrengen, ikke på en målt overføringsfunksjon.

[0039] I nok en annen utførelsesform av oppfinnelsen anvendes en pseudotilfeldig sekvens, muligens en pseudotilfeldig binærsekvens. Slike sekvenser har den egenskapen at de har en autokorrelasjon som hovedsakelig er en enhetspiker. Ved hjelp av slike sekvenser er det mulig å bestemme kanalegenskapene.

[0040] Figur 8 viser et plott av kanaloverføringsfunksjonen beregnet ved hjelp av metoden med trinnvise frekvenser. Kurvene 291 og 293 svarer til en føler for dynamisk trykk og en føler for statisk trykk. Kurven 295 er en teoretisk kurve estimert basert på kunnskap om borestrengens, brønnens og slammets egenskaper. Overensstemmelsen mellom den teoretiske kurven og den estimerte overførings-funksjonen er god. De overensstemmer også med figur 6 når det gjelder de uønskede båndene rundt 15 Hz og 28 Hz.

[0041] Bruken av bestemmelse av kanalens overføringsfunksjon ved telemetri under boreoperasjoner er illustrert i flytdiagrammet i figur 9. Boring startes 301 og samtidig med boreoperasjonene anvendes nedlinktelemetri for å sende instruksjoner nedihulls, og opplinktelemetri anvendes for å sende data oppihulls. Det innledende valget av frekvenser kan være basert på tidligere erfaring, eller på modellering basert på de kjente fysiske egenskapene til borestrengen, slammet og borehullet. Ved passende avbrudd 303 under boreoperasjoner, for eksempel når en ny borerør-seksjon legges til, bestemmes 305 kanaloverføringsfunksjonen med bruk av en hvilken som helst av metodene beskrevet over. Basert på denne bestemmelsen kan kjørefrekvensene til nedlink- og opplink-kildene endres 307. Kanalen er i alminnelig-het ikke symmetrisk siden randbetingelsen ved pulsatorenden hovedsakelig er en åpen kanal mens kanalen er lukket ved overflaten. Med bruk av doble trykkomformere (DPT - Dual Pressure Transducers) er det imidlertid mulig å isolere det oppovergående signalet (fra pumpestøy og det reflekterte nedovergående signalet) og å avlede en overføringsfunksjon som også kan være anvendelig for nedover-kommunikasjon. Deretter gjenopptas 309 boringen. På denne måten blir telemetri-systemets kjøreegenskaper tilpasset dynamisk basert på målte kanalegenskaper.

[0042] I en utførelsesform av oppfinnelsen er mottakeren en anordning som reagerer på slamstrømning. Denne kan være en tradisjonell strømningsmåler, eller ved nedlinktelemetri, en turbin nede i brønnen. Trykkomformere så som hydrofoner kan anvendes. For opplinktelemetri kan man som et alternativ eller i tillegg til én enkelt hydrofon anvende doble trykkomformere (DPT - Dual Pressure Transducers). Doble trykkomformere omfatter minst to trykkomformere anordnet i en avstand fra hverandre. Signalene fra den doble trykkomformeren kan bli bearbeidet for å fjerne signaler som forplanter seg i en valgt retning, for eksempel fra en pumpe. Denne muligheten med en dobbel trykkomformer gjør den mer egnet enn en enkel trykkomformer; imidlertid vil en enkel trykkomformer kunne anvendes i foreliggende oppfinnelse.

[0043] Foreliggende oppfinnelse løser også et problem som oppstår med en hvilken som helst type mekanisk vibratorelement som styres av et chirp-signal, nemlig harmonisk forvrengning. Enkelt sagt vil, i tillegg til å generere signaler med frekvensen til chirp-referansesignalet, vibratorelementer også generere signaler ved overtoner (multipler av grunnfrekvensen). Når det mottatte signalet korreleres med chirp-signalet, vil det da oppstå feil dersom chirp-signalets frekvensbånd overstiger én oktav. En signalbehandlingsmetode som løser dette problemet er beskrevet i det følgende.

[0044] Et chirp-signal i form av en lineær frekvensmodulert puls med startfrekvens fs og chirp-frekvens y er uttrykt matematisk som: Kanalen kan betraktes som et lineært FIR-filter med komplekse koeffisienter otj og tidsforsinkelser ^(i=1,2, ..).

Trykksignalet ved pulsatoren antas å være ikke-lineært, og den andre overtonen til chirp-signalet dempes med en faktor p i forhold til grunnfrekvensen:

Trykksignalet ved overflaten er en konvolusjon av trykksignalet med slamkanalens impulsrespons: som gir:

[0045] Vi vil nå beskrive en "overtone-kansellering". Overtone-kansellering omfatter det å multiplisere det mottatte signalet med et chirp-referansesignal, filtrere det resulterende signalet og multiplisere det med den komplekskonjugerte av chirp-referansesignalet. Produktet av et chirp-signal med varighet Tcurp med dens komplekskonjugerte og tidsforskjøvet med v, gir:

CChirp( t, rj) er en ASK-modulert firkantpuls med frekvens = - y. v,. Figurene 10a og 10b viser henholdsvis real-delen av CChirp( t, r) i tidsdomenet og dens fourier-transformerte.

[0046] Chirp-referansesignalet er den komplekskonjugerte av det overførte "ideelle" chirp-signalet:

Det komprimerte mottatte signalet er:

Komprimeringen av signalet med chirp-referansesignalet resulterer i en sum av eksponentielle bølger med frekvensene fj= -y Ti.

[0047] Den andre delen av den siste likningen representerer kompresjonen av chirp-referansesignalet med chirp-signalets første overtone. Den er en sum av chirp-signaler med chirp-frekvens y og startfrekvenser:

For en lineær pulsator (p = 0) kan koeffisientene a\ og tidsforsinkelsene t\ for kanal-filteret beregnes direkte med amplituden og frekvensen til det komprimerte signalet

Zcomp( t) (for eksempel med bruk av FFT). For en ikke-lineær sender, dvs. der senderen genererer overtoner, kan spektrene til de komprimerte signalene (grunnfrekvensen og den første overtonen) overlappe og forringe kanalestimeringen. Følgende betingelse sikrer at de to spektrene ikke overlapper:

Den høyeste frekvensen til det forsinkede chirp-signalet etter komprimering må være lavere enn den høyeste frekvensen til den første overtonen etter komprimering, dvs.:

[0048] Som et eksempel, er med y = 40 Hz/s,Tmax= 0,1s, fs > 12 Hz. Denne betingelsen sikrer at det ikke er overlapp mellom de to spektrene. Siden signal-energien avtar med økende forsinkelse kan en viss overlapp av de to spektrene tillates avhengig av overføringskanalens forsinkelsesprofil. Dersom for eksempel mesteparten av den reflekterte energien ligger innenfor 50% av den maksimale for-sinkelsen på 0,1 sekunder, kan man anvende chirp-signaler med startfrekvens fs=6 Hz.

[0049] Etter komprimering vil det komprimerte signalet bli filtrert av et lavpassfilter som filtrerer ut chirp-signalene som oppstår som følge av pulsatorens ikke-linearitet. Dersom betingelsen over er oppfylt, oppnås følgende signal etter filtrering:

Kanalkoeffisientene a-, og tidsforsinkelsene v, kan da bestemmes ved å transformere signalet ZcomP, m( V til frekvensdomenet og beregne spektrallinjene (se fig. 10). Spektrallinjenes amplitude og frekvens bestemmer forsinkelsene og koeffisientene. Filtreringen av det komprimerte signalet reduserer ikke bare innvirkningen av overtoner, men også av annen støy innenfor overføringsbåndet.

[0050] Etter komprimering og filtrering vil signalet bli projisert til chirp-referansesignalet. Signalet z( t) er lik det mottatte signalet y( t) dersom pulsatoren er lineær og over-føringen er støyfri. Kanaloverføringsfunksjonen kan da estimeres ved å dividere den fourier-transformerte av signalet z( t) med den fourier-transformerte av referansesignalet xæf( t). Figur 11 er et flytdiagram som illustrerer kanalestimeringsalgoritmen.

[0051] Figur 11 viser et inngangssignal 401, som er gitt ved y( t) i likn. (10). Inngangs-signalet 401 komprimeres (krysskorreleres) i 403 med den komplekskonjugerte av chirp-referansesignalet som gitt i likn. (13)-(17). Resultatet filtreres av et lavpassfilter i 405 som filtrerer ut chirp-signalene som har oppstått som følge av pulsatorens ikke-linearitet. Dersom betingelsen gitt ved likn. (20) er oppfylt, er resultatet gitt ved likn. (21). 407 er projeksjon av det komprimerte, filtrerte signalet til chirp-signalet. Trinnene representert av 403, 405 og 407 kan kalles en chirp-transformasjon. Fourier-transformen av det chirp-transformerte utgangssignalet tas i 409 og over-føringsfunksjonen estimeres i 413 med bruk av den fourier-transformerte av chirp-referansesignalet.

[0052] Bruken av chirp-transformasjonen for dempning av harmonisk forvrengning er ikke begrenset til kommunikasjon i en slamkanal med slampulstelemetri. Problemet med harmonisk forvrengning oppstår også når en signalkilde med variabel frekvens benyttes i seismiske operasjoner, SWD®-(Seismic While Drilling)-operasjoner og brønn-til-brønn-tomografi. I alle disse anvendelsene kan harmonisk forvrengning reduseres med bruk av fremgangsmåten beskrevet over. Som fagmannen vil vite anvendes ved seismiske operasjoner en mekanisk vibrator (på land) og en marin vibrator (offshore) for å generere et chirp-signal som forplanter seg inn i under-grunnen. Signaler som detekteres av mottakere anordnet på overflaten eller i en brønnboring blir krysskorrelert med et chirp-referansesignal for å oppnå en impulsrespons for grunnen som bestemmes av geometrien til underjordiske skilleflater og grunnens elastiske egenskaper. Ved SWD® kan kilden være en mekanisk vibrator som føres av en borestreng på en bunnhullsenhet. Ved brønn-til-brønn-tomografi befinner kildene og mottakerne seg inne i borehull. Jordformasjonen som signalene forplanter seg gjennom kan betraktes som kommunikasjonskanalen. Som vil være kjent for fagmannen kan overføringsfunksjonen bestemmes fra en respons til en impuls, men kan også bestemmes fra responsen til en step-funksjon. For formålet med foreliggende oppfinnelse er betegnelsen "impulsrespons" ment å omfatte responsen til en step-funksjon.

[0053] Driften av senderen og mottakerne kan være styrt av nedihullsprosessoren og/eller overflateprosessoren. Underforstått i styring og behandling av data er bruk av et dataprogram på et passende maskinlesbart medium som gjør det mulig for prosessoren å bevirke styring og databehandling. Det maskinlesbare mediet kan omfatte ett eller flere ROM, EPROM, EAROM, flash-minner og optiske platelagre.

[0054] Den foregående beskrivelsen er rettet mot konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse for illustrasjons- og forklaringsformål. Det vil imidlertid være klart for fagmannen at mange modifikasjoner og endringer av utførelsesformen beskrevet over er mulige innenfor oppfinnelsens ramme og idé i henhold til patent-kravene. Det er således meningen at de følgende kravene skal tolkes å omfatte alle slike modifikasjoner og endringer.

Claims (38)

1. Fremgangsmåte for å kommunisere signaler i en brønnboring mellom et sted på overflaten og et sted nede i brønnen, der fremgangsmåten omfatter: (a) å generere et mekanisk signal ved ett av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen, der det genererte mekaniske signalet velges fra gruppen bestående av: (A) et signal med trinnvis frekvens, (B) et lineært chirp-signal, (C) et ikke-lineært chirp-signal, (D) en pseudotilfeldig sekvens, og (E) en pseudotilfeldig binærsekvens, (b) å motta et signal som representerer det genererte mekaniske signalet ved det andre av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen, og (c) basert på det mottatte signalet og det genererte mekaniske signalet å estimere en egenskap ved en kommunikasjonskanal mellom stedet på overflaten og stedet nede i brønnen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det mekaniske signalet som genereres er minst én av: (i) en endring av en fluidstrømning, og (ii) en trykkpuls.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der signalet som mottas omfatter en måling av minst én av: (i) et trykk, og (ii) en fluidstrømning.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det genererte mekaniske signalet genereres ved stedet nede i brønnen under et avbrudd i boreoperasjoner.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der kommunikasjonskanalen omfatter en slam-strømningsvei.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der egenskapen ved kommunikasjonskanalen omfatter en overføringsfunksjon.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det å estimere egenskapen videre omfatter minst én av det å: (i) krysskorrelere det mottatte signalet med det genererte mekaniske signalet, (ii) anvende frekvensspekteret til det mottatte signalet, og (iii) anvende frekvensspekteret til det genererte mekaniske signalet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende det å anvende egenskapen som bestemmes for å velge en kjørefrekvens for kommunikasjon av minst én av: (i) instruksjoner fra stedet på overflaten til stedet nede i brønnen, og (ii) data fra stedet nede i brønnen til stedet på overflaten.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det mekaniske signalet videre omfatter et chirp-signal, og der det å estimere egenskapen omfatter det å anvende en chirp-transformasjon på det mottatte signalet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, der det å anvende chirp-transformasjonen videre omfatter lavpassfiltrering i hvert fall delvis basert på chirp-frekvensen til det mekaniske signalet og en maksimal forsinkelse i kanalen.

11. System for å kommunisere signaler i en brønnboring mellom et sted på overflaten og et sted nede i brønnen, der systemet omfatter: (a) en mekanisk kilde som genererer et mekanisk signal ved ett av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen, der det genererte mekaniske signalet er valgt fra gruppen bestående av: (A) et signal med trinnvis frekvens, (B) et lineært chirp-signal, (C) et ikke-lineært chirp-signal, (D) en pseudotilfeldig sekvens, og (E) en pseudotilfeldig binærsekvens; (b) en mottaker som produserer et signal som representerer det genererte mekaniske signalet ved det andre av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen; og (c) en prosessor som basert på det mottatte signalet og det genererte mekaniske signalet bestemmer en egenskap ved en kommunikasjonskanal mellom stedet på overflaten og stedet nede i brønnen.

12. System ifølge krav 11, der den mekaniske kilden omfatter en pulsator med en oscillerende skjærventil.

13. System ifølge krav 11, der det genererte mekaniske signalet videre omfatter minst én av: (i) en endring av en fluidstrømning, og (ii) en trykkpuls.

14. System ifølge krav 11, der mottakeren er valgt fra gruppen bestående av: (i) en hydrofon, (ii) en trykkomformer, (iii) en dobbel trykkomformer, og (iv) en strøm-ningsmåler.

15. System ifølge krav 11, der kilden for det mekaniske signalet befinner seg nedihulls, og det mekaniske signalet blir generert under et avbrudd i boreoperasjoner ved stedet nede i brønnen.

16. System ifølge krav 11, der kommunikasjonskanalen omfatter en slamstrøm-ningsvei.

17. System ifølge krav 11, der egenskapen ved kommunikasjonskanalen omfatter en overføringsfunksjon.

18. System ifølge krav 11, der prosessoren bestemmer egenskapen ved minst én av: (i) krysskorrelasjon av det mottatte mekaniske signalet med det genererte signalet, (ii) bestemmelse av et frekvensspekter for det mottatte signalet, og (iii) bestemmelse av et frekvensspektrum for det genererte mekaniske signalet.

19. System ifølge krav 11, der prosessoren videre anvender den funnede egenskapen for å velge en frekvens for kommunikasjon av minst én av: (i) instruksjoner fra stedet på overflaten til stedet nede i brønnen, og (ii) data fra stedet nede i brønnen til stedet på overflaten.

20. System ifølge krav 11, der prosessoren befinner seg ved stedet nede i brønnen.

21. System ifølge krav 11, der den mekaniske kilden er del av en bunnhullsenhet (BHA).

22. System ifølge krav 11, der det genererte mekaniske signalet omfatter et chirp-signal, og der prosessoren bestemmer egenskapen ved kommunikasjonskanalen ved å anvende en chirp-transformasjon.

23. Datamaskin-lesbart medium for bruk med et system for å kommunisere signaler i en brønnboring mellom et sted på overflaten og et sted nede i brønnen, der systemet omfatter: (a) en mekanisk kilde som genererer et mekanisk signal ved ett av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen, der det genererte mekaniske signalet er valgt fra gruppen bestående av: (A) et signal med trinnvis frekvens, (B) et lineært chirp-signal, (C) et ikke-lineært chirp-signal, (D) en pseudotilfeldig sekvens, og (E) en pseudotilfeldig binærsekvens; (b) en mottaker som produserer et signal som representerer det genererte mekaniske signalet ved det andre av stedet på overflaten og stedet nede i brønnen, der mediet videre omfatter instruksjoner som gjør det mulig for en prosessor å estimere fra det mottatte signalet og det genererte mekaniske signalet en egenskap ved kommunikasjonskanalen mellom stedet på overflaten og stedet nede i brønnen.

24. Datamaskin-lesbart medium ifølge krav 23, videre omfattende minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EAROM, (iv) et flash-minne, og (v) et optisk platelager.

25. Fremgangsmåte for bestemmelse av en egenskap ved en kommunikasjonskanal knyttet til en jordformasjon, der fremgangsmåten omfatter: (a) å anvende en mekanisk anordning for å generere et signal med varierende frekvens som forplanter seg i kanalen, der det forplantende signalet omfatter en harmonisk forvrengning; (b) å motta det forplantende signalet ved minst én mottaker for å generere et mottakersignal som er påvirket av egenskapen ved kanalen; (c) å behandle det mottatte signalet for å estimere egenskapen ved kanalen, der behandlingen omfatter anvendelse av en chirp-transformasjon.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, der kommunikasjonskanalen videre omfatter et borehull i jordformasjonen.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 25, der egenskapen videre omfatter en impulsrespons for kanalen.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 25, videre omfattende det å anordne den mekaniske anordningen på et sted valgt blant: (i) et sted på overflaten, (ii) inne i et vannlegeme, (iii) inne i et borehull i jordformasjonen, og (iv) på en bunnhullsenhet som føres i et borehull i jordformasjonen.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 25, videre omfattende det å anordne den minst ene mottakeren på et sted valgt fra (i) et sted på overflaten, (ii) inne i et vannlegeme, (iii) inne i et borehull i jordformasjonen, og (iv) på en bunnhullsenhet som føres i et borehull i jordformasjonen.

30. Fremgangsmåte ifølge krav 25, der chirp-transformasjonen videre omfatter: (i) en korrelasjon med den konjugerte av det frekvensvarierende signalet; (ii) en lavpassfiltrering; og (iii) en korrelasjon med det frekvensvarierende signalet.

31. Fremgangsmåte ifølge krav 30, videre omfattende det å velge en parameter for lavpassfiltreringen i hvert fall delvis basert på chirp-frekvensen til det frekvensvarierende signalet og en maksimal forsinkelse i kanalen.

32. System for å bestemme en egenskap ved en kommunikasjonskanal knyttet til en jordformasjon, der systemet omfatter: (a) en mekanisk anordning som genererer et frekvensvarierende signal som forplanter seg i kanalen, der det forplantende signalet omfatter en overtone; (b) en mottaker som genererer et mottakersignal som er påvirket av egenskapen ved kanalen; (c) en prosessor som estimerer egenskapen ved kanalen fra det mottatte signalet gjennom databehandling som omfatter anvendelse av en chirp-transformasjon.

33. System ifølge krav 32, der kommunikasjonskanalen videre omfatter et borehull i jordformasjonen.

34. System ifølge krav 32, der egenskapen videre omfatter en impulsrespons for kanalen.

35. System ifølge krav 32, der den mekaniske anordningen er anordnet på et sted valgt blant: (i) et sted på overflaten, (ii) inne i et legeme av vann, (iii) inne i et borehull i jordformasjonen, (iv) på en bunnhullsenhet som føres i et borehull i jordformasjonen.

36. System ifølge krav 32, der den minst ene mottakeren er anordnet på et sted valgt blant: (i) et sted på overflaten, (ii) inne i et legeme av vann, (iii) inne i et borehull i jordformasjonen, (iv) på en bunnhullsenhet som føres i et borehull i jordformasjonen.

37. System ifølge krav 34, der prosessoren anvender chirp-transformasjonen ved videre å utføre: (i) en korrelasjon med den konjugerte av det frekvensvarierende signalet; (ii) en lavpassfiltrering; og (iii) en korrelasjon med det frekvensvarierende signalet.

38. System ifølge krav 37, der prosessoren velger en parameter for lavpassfiltreringen i hvert fall delvis basert på en chirp-frekvens for det frekvensvarierende signalet og en maksimal forsinkelse i kanalen.