FR2475111A1 - SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING SURFACE HOLES DURING DRILLING - Google Patents
SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING SURFACE HOLES DURING DRILLING Download PDFInfo
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE DES SYSTEMES ET DES PROCEDES DE MESURE DE TROUS DE SONDAGE EN COURS DE FORAGE. DANS UNE TOUR DE FORAGE DE PUITS DE PETROLE 20, ENTRE LE TREPAN 33 ET LE COLLIER DE FORAGE 26, ENTRE LE TREPAN 33 ET LE COLLIER DE FORAGE 26, EST PREVU UN TRANSMETTEUR SPECIAL DE TELEMESURE 50 RENFERMANT UN CLAPET 40, UN ASSEMBLAGE DE TRAITEMENT ELECTRONIQUE 96 ET DES CAPTEURS 101 COMMANDANT CE CLAPET 40. L'ASSEMBLAGE 96 EMET DES IMPULSIONS ELECTRIQUES CODEES REPRESENTANT UN PARAMETRE DEVANT ETRE MESURE PAR UN CAPTEUR 101, TANDIS QUE DES OUVERTURES ET DES FERMETURES DE CLAPET 40 SONT PRODUITES EN CREANT DES IMPULSIONS DE PRESSION DANS LA COLONNE MONTANTE 24. L'INVENTION EST UTILISEE POUR FOURNIR, A LA SURFACE DU SOL, DES INDICATIONS RELATIVES AU FOND D'UN TROU DE FORAGE DE PUITS DE PETROLE.The invention relates to systems and methods for measuring sounding holes during drilling. IN AN OIL WELL DRILLING TOWER 20, BETWEEN TREPAN 33 AND DRILL COLLAR 26, BETWEEN TREPAN 33 AND DRILL COLLAR 26, A SPECIAL TELEMEASURE TRANSMITTER 50 IS PROVIDED FOR CONTAINING A VALVE 40, A TREATMENT ASSEMBLY ELECTRONICS 96 AND SENSORS 101 COMMANDING THIS VALVE 40. ASSEMBLY 96 EMITS CODED ELECTRIC PULSES REPRESENTING A PARAMETER TO BE MEASURED BY SENSOR 101, WHILE OPENINGS AND CLOSURES OF VALVE 40 ARE GENERATED BY CREATING PRESSURE PULSES THROUGHOUT THE RISING COLUMN 24. THE INVENTION IS USED TO PROVIDE THE GROUND SURFACE WITH INDICATIONS RELATING TO THE BOTTOM OF AN OIL WELL BOREHOLE.
Description
24 7511 124 7511 1
La présente invention concerne, d'une manière générale, des mesures pratiquées en cours de The present invention relates, in general, to measurements made in the course of
forage d'un trou de sondage dans le sol et elle con- drilling a borehole in the soil and
cerne plus particulièrement des systèmes, des appa- in particular, systems, apparatus,
reils et des procédés dans lesquels on utilise des ondes de choc hydrauliques dans la colonne de boue de forage afin de transmettre, à la surface du sol, des signaux représentant un ou plusieurs paramètres du fond du trou. L'invention concerne également des and methods in which hydraulic shock waves are used in the drilling mud column to transmit signals on the ground surface representing one or more parameters of the bottom of the hole. The invention also relates to
systèmes et des procédés en vue de détecter ces si- systems and methods for detecting such
gnaux en présence de bruits parasites. in the presence of noise.
La présente invention concerne des sys- The present invention relates to systems
tèmes en vue de transmettre, à la surface du sol, des données du fond du trou d'un puits au cours du to transmit on the ground surface data from the bottom of a well in the course of
forage de ce dernier.drilling of the latter.
Depuis longtemps, il a été admis, dans l'industrie pétrolière, que l'obtention de données relatives au fond d'un trou au cours du forage d'un For a long time, it has been accepted in the oil industry that obtaining data about the bottom of a hole during the drilling of a
puits pourrait fournir des informations intéressan- well could provide relevant information
tes à l'opérateur chargé du forage. Des informa- to the operator in charge of drilling. Information
tions telles que le poids réel exercé sur le trépan, l'inclinaison et la portée du trou de sondage, la face de l'outil, la pression du fluide, de même que such as the actual weight on the bit, the inclination and the range of the borehole, the face of the tool, the pressure of the fluid, as well as
la température régnant au fond du trou et la radio- the temperature at the bottom of the hole and the radio
activité des substances qui entourent ou que ren- activity of the substances that surround or
contre le trépan, seraient toutes exprimées par des quantités intéressantes pour l'opérateur chargé du forage. Un certain nombre de propositions ont été against the trephine, would all be expressed by quantities of interest to the drilling operator. A number of proposals have been
émises dans la technique antérieure en vue de mesu- issued in the prior art with a view to
rer ces quantités en cours de forage, pour les trans- these quantities during drilling, for the trans-
mettre ensuite à la surface du sol. Dans la techni- then put on the surface of the ground. In the technical
que antérieure, différents systèmes de transmission ont été proposés à cet effet. A cet égard, on se référera, par exemple, aux brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 2.787.795 accordé au nom de J.J. Arps, 2.887.298 accordé au nom de H.D. Hampton, 4.078.620 accordé aux noms de J.H. Westlake et al., 4.001.773 accordé aux noms de A.E. Lamel et al., 3.964. 556 accordé aux noms de Marvin Gearhart et al., 3.983.948 accordé au nom de J.D. Jeter et 3.791.043 accordé au nom de M.K. Russell. Tous les brevets énumérés ci- than earlier, different transmission systems have been proposed for this purpose. In this regard reference may be made, for example, to U.S. Patent Nos. 2,787,795 granted to JJ Arps, 2,887,298 to HD Hampton, 4,078,620 to JH Westlake. et al., 4,001,773 granted to the names of AE Lamel et al., 3,964. 556 granted to the names of Marvin Gearhart et al., 3,983,948 granted in the name of J.D. Jeter and 3,791,043 granted in the name of M.K. Russell. All the patents listed below
dessus sont mentionnés ici à titre de référence. above are mentioned here for reference.
Du point de vue pratique, la plus pro- From the practical point of view, the most
metteuse de ces propositions antérieures est proba- of these earlier proposals is probably
blement celle consistant à émettre des signaux par that of transmitting signals
des impulsions de pression dans le fluide de forage. pressure pulses in the drilling fluid.
Différents procédés ont été suggérés dans la techni- Various methods have been suggested in the
que antérieure en vue de produire ces pulsations de boue soit par un étranglement contrôlé du circuit de boue au moyen d'un clapet réducteur de débit judicieusement installé dans le courant principal de boue, soit au moyen d'un clapet de dérivation intercalé entre l'intérieur du train de tiges de forage (côté haute pression) et l'espace annulaire entourant ce train de tiges (côté basse pression), Dans la technique antérieure, il a été suggéré de produire ces impulsions de pression de boue au moyen de clapets ayant pour but de réduire le flux de boue à l'intérieur du train de tiges ou de dériver une certaine partie de ce flux vers la than prior to producing these sludge pulsations either by a controlled restriction of the sludge circuit by means of a flow restrictor valve suitably installed in the main stream of sludge, or by means of a bypass valve interposed between the In the prior art, it has been suggested to produce these sludge pressure pulses by means of valves having an internal diameter of the drill string (high pressure side) and the annular space surrounding the drill string (low pressure side). for the purpose of reducing the flow of mud inside the drill string or deriving a certain part of this flow towards the
zone de basse pression située dans l'espace annu- low pressure zone in the annulus
laire entourant le train de tiges. Ces clapets surrounding the drill string. These valves
fonctionnent nécessairement lentement car, lors- necessarily work slowly because, when
qu'ils sont utilisés à l'intérieur du train de that they are used inside the train of
tiges, ils doivent contrôler des volumes très im- stems, they have to control very large volumes
portants de boue et, lorsqu'ils sont utilisés pour contrôler une dérivation, en raison des différences de pression très élevées, ces clapets sont également actionnés lentement par un moteur. Par exemple, en réponse à une mesure pratiquée en dessous de la slurry carriers and, when used to control a bypass, because of the very high pressure differences, these valves are also slowly actuated by a motor. For example, in response to a measurement below the
surface du sol, un clapet à moteur de ce type in- soil surface, a motor damper of this type
tercalé entre l'intérieur du train de tiges et l'espace annulaire a pour effet de produire des réductions et des élévations lentes de la pression tilted between the inside of the drill string and the annular space has the effect of producing slow reductions and elevations of pressure
de la boue. Ces réductions et élévations de pres- mud. These reductions and increases in
sion sont ensuite détectées à la surface du sol. are then detected on the soil surface.
Afin de mieux comprendre le fonction- nement d'un clapet à moteur agissant lentement du type suggéré selon la technique antérieure, on se référera à la figure lA qui montre l'ouverture et la fermeture d'un clapet de ce type en fonction du temps. En se référant plus spécifiquement à cette figure lA, le temps, t, est porté en abscisse, tandis que le degré d'ouverture du clapet, R, est In order to better understand the operation of a slow acting motor valve of the type suggested by the prior art, reference is made to FIG. 1A which shows the opening and closing of a valve of this type as a function of time. . Referring more specifically to this FIG. 1A, the time, t, is plotted on the abscissa, while the degree of opening of the flap, R, is
porté en ordonnée.carried on the ordinate.
R = S(t) (1) SO o SO indique la surface totale de l'ouverture et S(t) indique la surface qui est ouverte au moment t au cours du processus d'ouverture ou de fermeture du clapet. Dès lors, lorsque R = O, le clapet est fermé et lorsque R = 1, le clapet est complètement R = S (t) (1) SO where SO indicates the total area of the opening and S (t) indicates the area that is open at time t during the opening or closing process of the valve. Therefore, when R = O, the valve is closed and when R = 1, the valve is completely
ouvert. Les moments intervenant dans le fonction- open. The moments intervening in the function-
nement du clapet sont les suivants:of the flap are as follows:
a(v) = OA1 est le moment auquel le clàpet com- a (v) = OA1 is the moment when the key
ta mence à s'ouvrir; t(V) = OB1 est le moment auquel le clapet est start to open; t (V) = OB1 is the moment at which the flap is
complètement ouvert; -completely open; -
t(v) = OC1 est le moment auquel le clapet c commence à se fermer; t(v) = OD1 est le moment auquel le clapet est t (v) = OC1 is the moment at which the valve c begins to close; t (v) = OD1 is the moment at which the flap is
complètement fermé.completely closed.
Laps de temps: T(v) = t(v) v)- tv) = t tv) (2) a b a d c Time lapse: T (v) = t (v) v) - tv) = t tv) (2) a b a d c
Ta(V) sera appelé "temps d'ouverture ou de fer- Ta (V) will be called "opening or closing time"
a meture du clapet". Laps de temps: T(v) = t(v) - t(v) (3) b c b TbV) sera appelé "temps de débit ouvert". Dès lors, la période totale de fonctionnement du clapet est: T(V) = 2T(V) + T(v) (4) t a *b Dans les essais décrits ci-dessus, on avait T(v) = 1 seconde, Tb(V) = 2 secondes et, par a conséquent, le temps total de fonctionnement du clapet était Tt(V) = 4 secondes. Ces ouvertures et t fermetures relativement lentes du clapet- donnaient "Time lapse: T (v) = t (v) - t (v) (3) bcb TbV) will be called" open flow time. "Therefore, the total operating period of the flap is : T (V) = 2T (V) + T (v) (4) ta * b In the tests described above, we had T (v) = 1 second, Tb (V) = 2 seconds and, by a therefore, the total operating time of the valve was Tt (V) = 4 seconds, which were relatively slow opening and closing of the valve.
lieu à des réductions et des élévations d'une len- to reductions and elevations of a
teur correspondante dans la pression de la boue à corresponding pressure in the mud pressure at
la surface du sol (voir figure lB).the soil surface (see Figure lB).
On peut constater que la pression de la boue diminuait de sa valeur normale qui était, par exemple, de 70 kg/cm2 (lorsque le clapet était fermé), à sa valeur minimale de 52,5 kg/cm2 (lorsque le clapet était ouvert). Les moments intervenant dans les variations de pression ainsi observées étaient les suivants: t(s) = OE1 est le moment auquel la pression de tla la boue commence à diminuer à partir de sa valeur normale de 70- kg/cm2; t() = OF1. est le moment auquel la pression de la boue atteint sa valeur minimale à 52,5 kg/cm2, valeur à laquelle elle est maintenue jusqu'au moment t(S) = OG = osest e moent- en ticS (s) = OG1 est le moment auquel la pression de la boue commence à s'élever; t(s) = OH1 est le moment auquel la pression de la boue atteint sa valeur normale de It can be seen that the sludge pressure decreased from its normal value which was, for example, 70 kg / cm 2 (when the valve was closed) to its minimum value of 52.5 kg / cm 2 (when the valve was open ). The moments occurring in the pressure variations thus observed were as follows: t (s) = OE1 is the moment at which the sludge pressure begins to decrease from its normal value of 70 kg / cm 2; t () = OF1. is the moment at which the sludge pressure reaches its minimum value at 52.5 kg / cm2, at which point it is maintained until the moment t (S) = OG = osest e moent- ticS (s) = OG1 is the moment at which the pressure of the mud begins to rise; t (s) = OH1 is the moment at which the mud pressure reaches its normal value of
70 kg/cm2.70 kg / cm2.
Dès lors, la pression diminuait au cours du laps de temps T(S) = t(s) t(S), puis temps T1 = tlb la, puis elle restait constante au cours du laps de temps Ts) = tSc) - t) et ensuite, elle s'élevait de sa valeur réduite à sa valeur normale au cours du lasdt sT =(s) - t(S) Dès lors, le laps de temps 3 - - Dès lors, le 3 Id le Therefore, the pressure decreased during the time period T (S) = t (s) t (S), then time T1 = tlb la, then it remained constant over the lapse of time Ts) = tSc) - t ) and then, it rose from its value reduced to its normal value during the lasdt sT = (s) - t (S) Therefore, the time period 3 - - Therefore, the 3 Id the
laps de temps total au cours duquel la boue s'écou- total time during which the mud flows
lait à travers le clapet de dérivation suite à un seul fonctionnement du clapet principal, était: Tt(S) = T(S) + T2(S) + TS)) En figure 1A, on a désigné des quan- tités (par exemple, t(v) tb(V) t(v) t(v) T(V) T(v) T (y) a ' c, d '' a a TbV) et TtV)) avec l'exposant "lv" pour indiquer que ces quantités concernent le fonctionnement du The milk through the bypass valve as a result of a single operation of the main valve was: Tt (S) = T (S) + T2 (S) + TS). In FIG. 1A, quantities (e.g. , t (v) tb (V) t (v) t (v) T (V) T (v) T (y) a 'c, d' aa TbV) and TtV)) with the exponent "lv" to indicate that these quantities relate to the functioning of the
clapet situé en dessous de la surface du sol. flapper located below the surface of the ground.
D'autre part, en figure lB, les quantités (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) la t1b, t letl T1 T T3 et Tt sont lb ' lc ' ld ' 1 ' 2 ' 3 t désignées par l'exposant "s" pour indiquer que ces quantités concernent les mesures pratiquées à la On the other hand, in FIG. 1B, the quantities (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) the t1b, t let1 T1 T T3 and Tt are lb 'lc' 1 '2' 3 t indicated by the exponent "s" to indicate that these quantities relate to the measurements made in
surface du sol. Cette distinction entre les quan- ground surface. This distinction between
tités portant l'exposant "v" et celles portant l'exposant "s" est essentielle afin de comprendre exhibiting "v" and exhibiting "s" is essential in order to understand
parfaitement certaines des nouvelles caractéristi- perfectly some of the new features
ques de la présente invention. A cet égard, il est essentiel d'établir une distinction entre la cause of the present invention. In this respect, it is essential to distinguish between
et l'effet ou, en d'autres mots, entre les phéno- and the effect or, in other words, between the phenomena
mènes se produisant au fond du trou à proximité du clapet et ceux survenant au détecteur installé en surface. Une caractéristique essentielle du système proposé antérieurement est basée sur les relations suivantes: butts occurring at the bottom of the hole near the valve and those occurring at the detector installed on the surface. An essential feature of the previously proposed system is based on the following relationships:
T(S) = T(V) (6)T (S) = T (V) (6)
i ai
- T2) = T(V) (7)- T2) = T (V) (7)
2 b T3S) = T(v) (8) 3 a2 b T3S) = T (v) (8) 3 a
Ces relations démontrent que la pé- These relationships demonstrate that the
riode de réduction ou d'élévation de la pression à la surface du sol était la même que la période correspondante d'ouverture et de fermeture du clapet, tandis que la période au cours de laquelle period of reduction or increase of pressure at the soil surface was the same as the corresponding period of opening and closing of the damper, while the period during which
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la pression était pratiquement constante (à une the pressure was almost constant (at a
valeur réduite) était la même que la période pen- value) was the same as the period
dant laquelle le clapet était complètement ouvert. the valve was fully open.
En d'autres mots, la réduction et l'élévation ulté- In other words, reduction and subsequent elevation
rieure de la pression de la boue à la surface du the pressure of the mud on the surface of the
sol étaient en correspondance exacte avec l'ouver- ground were in exact correspondence with the opening
ture et la fermeture du clapet. Dans la présente spécification, il sera stipulé que cette condition, exprimée par les relations (6), (7) et (8), est en relation avec un "régime de variations lentes de pression". Tel qu'il est suggéré dans la technique ture and closing the valve. In the present specification, it will be stipulated that this condition, expressed by the relations (6), (7) and (8), is related to a "regime of slow variations of pressure". As suggested in the art
antérieure, le régime de variations lentes de pres- earlier, the regime of slow variations in
sion n'est pas approprié pour pratiquer une télé- is not suitable for practicing tele-
mesure au cours d'opérations de forage, en particu- measurement during drilling operations, in particular
lier, lorsqu'on doit mesurer plusieurs paramètres bind, when measuring multiple parameters
au fond d'un trou. Au moment o un premier para- at the bottom of a hole. At the moment when a first para-
mètre a été mesuré, codé, transmis à la surface, puis décodé, le trou de forage du puits peut s'être approfondi et le deuxième paramètre risque de ne plus être disponible pour la mesure. Des laps de meter has been measured, coded, transmitted to the surface, then decoded, the borehole of the well may have deepened and the second parameter may no longer be available for measurement. Time lapse
temps relativement longs sont nécessaires pour con- relatively long times are necessary to
vertir les données mesurées sous une forme appro- the data measured in an appropriate form
priée pour la détection et l'enregistrement. Tout le processus de consignation est fastidieux et de required for detection and registration. The entire logging process is tedious and
longue haleine. De plus, des difficultés supplé- lengthy. In addition, additional difficulties
mentaires résultent de différents effets parasites tels que les pulsations dues à la pompe à boue et aux bruits associés aux diverses opérations de These effects result from various spurious effects such as the pulsations due to the sludge pump and the noise associated with the various
forage. On pense qu'un clapet à moteur fonction- drilling. It is believed that a motor valve function-
nant lentement tel que celui suggéré dans la tech- slowly as the one suggested in the
nique antérieure n'est pas en mesure de répondre previous speaker is not able to answer
aux conditions habituelles imposées dans l'indus- the usual conditions imposed in the indus-
trie.trie.
Certains objets de la présente inven- Certain objects of the present invention
tion sont réalisés en utilisant des ondes de choc are made using shock waves
hydrauliques en vue d'effectuer la télémesure d'in- hydraulic systems for the purpose of telemetering
formations de consignation en cours de forage. Ces logging trainings during drilling. These
ondes de choc sont produites par un clapet de déri- shock waves are produced by a clapper
vation agissant très rapidement (presque instantané- vation acting very rapidly (almost instantaneously).
ment pour toutes les applications pratiques), ce clapet étant intercalé entre l'intérieur du train de for all practical applications), this valve being interposed between the inside of the train of
tiges et l'espace annulaire entourant ce dernier. stems and the annular space surrounding it.
Lorsque ce clapet de dérivation s'ouvre brusquement, When this bypass valve opens suddenly,
la pression régnant au voisinage immédiat de ce cla- the pressure prevailing in the immediate vicinity of this
pet tombe et revient presque instantanément à sa pet falls and returns almost instantly to his
valeur normale en émettant une nette impulsion néga- normal value by emitting a clear negative impulse
tive tandis que, en revanche, lorsque le clapet de dérivation se ferme brusquement, une nette impulsion while, on the other hand, when the bypass valve closes abruptly, a clear impulse
positive est émise. Il est fait appel à l'élastici- positive is issued. The elasticity is used
té de la colonne de boue pour faciliter la formation tee of the mud column to facilitate training
et la transmission de ces ondes de choc. Ce phéno- and the transmission of these shock waves. This phenomenon
mène est analogue à l'eft bien connu de coup de bélier que l'on a rencontré antérieurement dans les systèmes de transmission hydrauliques. (Voir, par exemple, John Parmakian, l"Water Hammer Analysisl", Prentice Hall, Inc., New York, N.Y., E.U.A. 1955 ou V. L. Streeter et E.B. Wylie, "Hydraulic Transients" is similar to the well-known water hammer that has been encountered previously in hydraulic transmission systems. (See, for example, John Parmakian, Water Hammer Analysis, Prentice Hall, Inc., New York, N.Y., U.S.A. 1955 or V. L. Streeter and E. B. Wylie, "Hydraulic Transients".
"McGraw-Hill Book Co.", New York, N.Y., E.U.A). McGraw-Hill Book Co., New York, NY, USA).
Des caractéristiques importantes de la présente invention, par exemple, la formation et la Important features of the present invention, for example, the formation and
détection d'ondes de choc hydrauliques, sont re- detection of hydraulic shock waves, are re-
présentées schématiquement dans les figures 2A et 2B. Le graphique de la figure 2A représente les ouvertures et les fermetures d'un clapet à action rapide produisant des ondes de choc, tandis que le graphique de la figure 2B représente les variations schematically shown in Figures 2A and 2B. The graph in Fig. 2A shows the openings and closings of a quick acting valve producing shock waves, while the graph of Fig. 2B shows the variations
de pression détectées à la surface du sol et résul- pressure detected on the soil surface and results in
tant du fonctionnement du clapet comme représenté en figure 2A. Les symboles tels que A1, B1, C1, D1, +V) (v) V)_(v) _(v) _V l(V) t t t t 1 tV) tv),t v), t Tv) Tav), Tv) et T) de la figure 2A ont une signification analogue à celle both of the operation of the valve as shown in Figure 2A. Symbols such as A1, B1, C1, D1, + V) (v) V) (v) _ (v) _V l (V) tttt 1 tV) tv), tv), t Tv) Tav), Tv ) and T) of Figure 2A have a meaning similar to that
des symboles correspondants de la figure lA. - Toute- corresponding symbols of FIG. - Any-
fois, les échelles de temps des figures lA, 1B, 2A et 2B ont été considérablement déformées afin de times, the time scales of FIGS. 1A, 1B, 2A and 2B have been considerably distorted in order to
faciliter la description et de rendre l'exposé plus facilitate the description and make the presentation more
'clair. En examinant la figure 2A, il convient tout d'abord de noter que les temps d'ouverture et de fermeture du clapet suivant la présente invention sont plus courts de plusieurs ordres de grandeur que les temps correspondants obtenus au moyen du clapet à moteur décrit en se référant à la figure lA. Dans le système suggéré antérieurement (figure lA), on 'clear. In examining FIG. 2A, it should firstly be noted that the opening and closing times of the valve according to the present invention are several orders of magnitude shorter than the corresponding times obtained by means of the motor valve described in FIG. referring to Figure lA. In the previously suggested system (Figure lA),
avait T(v) = i seconde, tandis que, suivant la pré- had T (v) = i second, whereas, according to the pre-
sente invention (figure 2A), on a T(v) = 5 milli- invention (Figure 2A), we have T (v) = 5 milli-
*a l5 secondes. Il en est de même en ce qui concerne le * 15 seconds. It is the same with regard to the
laps de temps au cours duquel un clapet reste ouvert. the length of time during which a flap remains open.
Dans le système suggéré antérieurement (figure-lA), on avait T(v) = 2 secondes tandis que, en figure 2A, on a T(v) = 100 millisecondes. Dès lors, pour toutes les applications pratiques, on peut considérer que les ouvertures et les fermetures du clapet représenté In the previously suggested system (Figure-1A), we had T (v) = 2 seconds while in Figure 2A we have T (v) = 100 milliseconds. Therefore, for all practical applications, it can be considered that the openings and closures of the valve shown
en figure 2A sont instantanées ou presque instanta- in Figure 2A are instantaneous or almost instantaneous
nées.born.
Des ouvertures et des fermetures rapi- Rapid openings and closures
des ou presque instantanées du clapet ont une in- or almost instantaneous flaps have a
- fluence importante et de longue portée sur le rende- - important and long-lasting influence on the efficiency
ment d'un système de télémesure utilisé pour prati- of a telemetry system used to
quer des mesures au cours d'une opération de forage. take measurements during a drilling operation.
Les variations de pression détectées à la surface Pressure variations detected on the surface
du sol conformément à la présente invention (figu- in accordance with the present invention (FIG.
re 2B) n'ont absolument aucune similitude avec les re 2B) have absolutely no similarity to the
variations de pression obtenues au moyen d'un cla- pressure variations obtained by means of a
pet à action lente (figure lB). Antérieurement, on a souligné l'existence des équations (6), (7) et (8) qui montrent les relations existant entre les cas slow acting fart (Figure lB). Previously, it was pointed out that equations (6), (7) and (8) show the relationships between cases
illustrés en figure lA et ceux illustrés en figure lB. illustrated in FIG. 1A and those illustrated in FIG.
Des relations analogues n'existent pas entre les cas Similar relationships do not exist between cases
illustrés dans les figures 2A et 2B. illustrated in Figures 2A and 2B.
Comme représenté dans les figures 1A et 1B, l'ouverture du clapet provoquait une réduction correspondante de la pression de la boue à la surface du sol et, en revanche, la fermeture de ce clapet donnait lieu à une élévation correspondante de la pression. Afin de mettre la situation bien en As shown in FIGS. 1A and 1B, the opening of the valve caused a corresponding reduction in mud pressure at the soil surface and, on the other hand, the closure of this valve gave rise to a corresponding rise in pressure. In order to put the situation well in
relief, on répétera que, suivant la technique anté- relief, it will be repeated that according to the prior art
rieure, l'ouverture du clapet produisait un seul phénomène, notamment une réduction de la pression, tandis que la fermeture ultérieure du clapet donnait the opening of the valve produced a single phenomenon, in particular a reduction of the pressure, while the subsequent closing of the valve gave
lieu à un autre phénomène unique, à savoir une éléva- another unique phenomenon, namely an elevation
tion de la pression. D'autre part, suivant la pré- pressure. On the other hand, according to
sente invention, l'ouverture rapide du clapet (comme invention, the rapid opening of the flap (as
représenté en figure 2A) donne lieu à deux phénomè- represented in FIG. 2A) gives rise to two phenomena
nes, à savoir: une réduction rapide et une éléva- namely, rapid reduction and
tion ultérieure de la pression (impulsion négative pressure (negative impulse)
1WI comme représenté en figure 2B) et ceci, contrai- 1WI as shown in FIG. 2B) and this, contrarily
rement au cas représenté dans les figures lA et lB dans lesquelles une ouverture et une fermeture ultérieure du clapet sont nécessaires pour produire the case shown in FIGS. 1A and 1B in which subsequent opening and closing of the valve is necessary to produce
une réduction et une élévation ultérieure de la pres- a reduction and a subsequent increase in the pressure
sion. De plus, la fermeture rapide du clapet (comme repré- if we. In addition, the rapid closing of the valve (as shown in FIG.
senté en figure 2A) donne lieu à une élévation et à une réduction ultérieure de la pression de la boue (impulsion positive "N"' comme représenté en figure 2B). Cette élévation et cette réduction ultérieure de pression ne se produisent pas dans les systèmes suggérés selon la technique antérieure. Suivant la 2A) gives rise to a subsequent elevation and reduction of slurry pressure (positive pulse "N" as shown in FIG. 2B). This rise and subsequent pressure reduction do not occur in the systems suggested by the prior art. Following the
présente invention, deux ondes de choc sont pro- In the present invention, two shock waves are pro-
duites par un seul fonctionnement du clapet. Une forme d'onde telle que celle représentée en figure 2B, qui comprend à la fois une impulsion négative et une impulsion positive, sera appelée ci-après driven by a single operation of the valve. A waveform such as that represented in FIG. 2B, which comprises both a negative pulse and a positive pulse, will be called hereinafter
"onde de clapet". Les impulsions de pression asso- "valve wave". The pressure pulses associated with
ciées à une onde de clapet oht une vitesse de départ de plusieurs centaines de kg par cm2 par seconde et to a valve wave oht a starting speed of several hundred kg per cm2 per second and
elles sont de courte durée.they are short-lived.
Il est intéressant de souligner la rapi- dité des phénomènes associés aux ondes de clapet observées. Les moments intervenant en figure 2B sont les suivants: It is interesting to underline the rapidity of the phenomena associated with the observed flap waves. The moments occurring in Figure 2B are the following:
t(s) = OK est le moment d'apparition de l'impul- t (s) = OK is the moment of appearance of the impulse
sion négative tWl;negative sion tWl;
t(s) = OL est le moment auquel l'impulsion néga- t (s) = OL is the moment at which the negative impulse
tive M"I s'affaiblit;Madame M weakens;
t(s) = OM est le moment d'apparition de l'impul- t (s) = OM is the moment of appearance of the impulse
sion positive "N"t;positive "N" t;
t4(s) =ON est le moment auquel l'impulsion posi- t4 (s) = ON is the moment at which the impulse posi-
tive "N" s'affaiblit.tive "N" weakens.
Le laps de temps T(s) représentant la n The lapse of time T (s) representing the n
"longueur" de l'impulsion négative "P' (ou de lim- "length" of the negative pulse "P" (or lim-
pulsion positive "N") est de 100 millisecondes, tandis que le laps de temps T(S) s'écoulant entre m positive pulse "N") is 100 milliseconds, while the time T (S) flowing between m
l'apparition de l'impulsion négative "M' et l'appa- the appearance of the negative impulse "M" and the
rition de l'impulsion positive "N'" est de 110 milli- positive impulse "N" is 110 milli-
secondes. Dès lors, en figure 2B, c'est-à-dire dans laquelle on a: T (s) = T (s) + T (s) (9) u n m seconds. Therefore, in Figure 2B, that is to say in which we have: T (s) = T (s) + T (s) (9) u n m
la période totale d'écoulement est de 210 millise- the total period of flow is 210 millis-
condes tandis que, en figure lB (voir équation 5), la période totale d'écoulement était de T(S) = 4 t secondes. Les graphiques des figures 1A, 1B, 2A et 2B ont été simplifiés et idéalisés en éliminant les séries d'ondes et autres effets étrangers. Il est également à noter (voir figure 2B) que le clapet de dérivation est au moins partiellement ouvert au cours du laps de temps s'écoulant entre les moments tis) et t(s) Au cours de ce laps de temps, il se 24 75 1 t 1 while in Figure lB (see equation 5), the total flow period was T (S) = 4 t seconds. The graphs of Figures 1A, 1B, 2A and 2B have been simplified and idealized by eliminating wave series and other extraneous effects. It should also be noted (see FIG. 2B) that the bypass valve is at least partially open during the lapse of time between the times t 1 and t (s). During this time, it becomes 75 1 t 1
11 245111 2451
produit une diminution lente de pression qui est éliminée au point de détection au moyen d'un filtre approprié. Cette diminution de pression n'est pas produces a slow decrease in pressure which is removed at the point of detection by means of a suitable filter. This pressure decrease is not
représentée dans le graphique de la figure 2B. shown in the graph of Figure 2B.
Il convient également de souligner que les valeurs numériques reprises dans les figures 2A It should also be emphasized that the numerical values shown in FIGS. 2A
et 2B sont données simplement à titre d'exemple. and 2B are given merely by way of example.
Il est entendu que ces valeurs ne limitent nulle- It is understood that these values do not limit
ment l'invention à un exemple particulier. the invention to a particular example.
Il sera stipulé que le procédé expliqué en se référant aux figures 2A et 2B est en relation It will be stipulated that the method explained with reference to FIGS. 2A and 2B is in relation
avec un "régime d'ondes de choc hydrauliques". with a "hydraulic shockwave regime".
Dès lors, une distinction est établie entre le régime d'ondes de choc hydrauliques représenté dans les figures 2A et 2B, et le régime de variations lentes Therefore, a distinction is made between the hydraulic shock wave regime shown in Figures 2A and 2B, and the regime of slow variations
de pression représenté dans les figures lA et MB. pressure shown in Figures 1A and MB.
En prévoyant un régime d'ondes de choc hydrauliques, on a obtenu un système de télémesure By providing a regime of hydraulic shock waves, a telemetry system was obtained
au moyen duquel un grand nombre d'informations peu- through which a large amount of information can be
vent être transmises par unité de temps. Ce système est beaucoup mieux conçu pour répondre aux conditions habituelles imposées dans l'industrie que celui basé can be transmitted per unit of time. This system is much better designed to meet the usual conditions imposed in the industry than the one based on
sur le régime de variations lentes de pression. on the regime of slow variations of pressure.
Le clapet suivant la présente invention est actionné par la sortie d'un ou de plusieurs capteurs détectant un ou plusieurs paramètres du fond d'un trou pratiqué dans le sol, à proximité du trépan. Une seule mesure de chaque paramètre The valve according to the present invention is actuated by the output of one or more sensors detecting one or more parameters of the bottom of a hole made in the ground, near the bit. Only one measure of each parameter
est représentée par une succession d'ondes de clapet. is represented by a succession of valve waves.
Chaque onde de clapet correspond à une seule ouver- Each valve wave corresponds to a single opening
ture et à une seule fermeture du clapet. ture and at a single closing of the valve.
Lorsqu'elles sont détectées en surface, When detected on the surface,
ces différentes ondes de clapet successives (repré- these different successive valve waves (repre-
sentant le signal utile) sont habituellement asso- sensing the useful signal) are usually associated
ciées à différents signaux parasites tels que ceux produits par le fonctionnement de la pompe et par various parasitic signals such as those produced by the operation of the pump and by
d'autres opérations de forage. Dans un système spé- other drilling operations. In a special system
cifique de forage, on utilise une grande pompe ins- drilling, a large pump is used.
tallée en surface afin de faire descendre la boue dans la tige de forage et à travers le trépan, pour la ramener ensuite à la surface via l'espace annu- laire formé entre le train de tiges et le trou du puits. Suivant la présente invention, les effets surface-mounted to lower the sludge into the drill pipe and through the bit, and then return it to the surface via the annular space formed between the drill string and the well bore. According to the present invention, the effects
gênants dus à la pompe sont éliminés par un proces- nuisances due to the pump are eliminated by a
sus dans lequel il est tenu compte de la périodicité- in which account is taken of the periodicity
de ces effets. D'autres effets associés aux opéra- of these effects. Other effects associated with
tions de forage apparaissent habituellement sous forme d'un signal de bruit comportant un spectre de fréquencesrelativement large. Dans certains cas, ce signal de bruit est un bruit blanc tandis que, dans d'autres cas, il s'écarte considérablement d'un bruit blanc. Afin d'éliminer ce signal de bruit, on emploie un système de filtrage numérique Drilling patterns usually appear as a noise signal with a relatively wide frequency spectrum. In some cases, this noise signal is a white noise while in other cases it differs considerably from a white noise. In order to eliminate this noise signal, a digital filtering system is used
qui peut être un filtre adapté, un filtre conforma- which can be a suitable filter, a conformal filter
teur d'impulsions ou un.filtre formateur de pointes. pulse generator or a tip-forming filter.
Le filtre adapté porte, à son maximum, le rapport The adapted filter carries, at its maximum, the ratio
signal/bruit au point de réception; un filtre con- signal / noise at the point of reception; a filter
formateur d'impulsions réduit,au minimum, la-diffé- impulse trainer reduces, at a minimum, the difference
rence effective entre une sortie désirée-et la sor- effective difference between a desired output-and the output
tie réelle, tandis qu'un filtre formateur de poin-. actual tie, while a pointer-shaped filter.
tes-transforme le signal utile en le contractant en un signal suffisamment aigu pour qu'il puisse être distingué d'un bruit de fond. On adopte une technique spéciale pour adapter-ces filtres aux It transforms the useful signal by contracting it into a signal sufficiently acute that it can be distinguished from a background noise. We adopt a special technique to adapt-these filters to
objectifs de la présente invention. Une technique- objectives of the present invention. A technique-
de ce type exige une mémorisation et une reproduc- of this type requires memorization and reproduc-
tion ultérieure de deux signaux de référence. Le premier signal de référence est une onde de clapet produite par l'ouverture et la fermeture du clapet, tandis que le second signal de référence représente un bruit dû aux opérations de forage. On réalise la détection et la mémorisation du premier signal de référence en supprimant le poids exercé sur le two reference signals. The first reference signal is a valve wave produced by the opening and closing of the valve, while the second reference signal represents noise due to drilling operations. Detection and storage of the first reference signal is carried out by eliminating the weight exerted on the
trépan et en arrêtant le forage réel (mais en main- biting and stopping the actual drilling (but still
tenant le fonctionnement normal des pompes à boue). holding the normal operation of slurry pumps).
Dès lors, on obtient un signal qui est exempt des bruits ambiants. La détection et la mémorisation du second signal de référence sont réalisées à mesure que le forage progresse au cours d'un laps de temps pendant lequel le dapet est fermé. Un système de calcul numérique approprié est prévu pour recevoir les données représentant un ou les deux signaux de référence, ce système extrayant, de ces données, une fonction de mémorisation pour le filtre adapté, le As a result, a signal is obtained that is free of ambient noise. The detection and storage of the second reference signal is performed as drilling progresses over a period of time during which the valve is closed. A suitable digital computing system is provided for receiving the data representing one or both reference signals, this system extracting from these data a storage function for the matched filter, the
filtre conformateur d'impulsions ou le filtre for- pulse shaping filter or forcing filter
mateur de pointes.dot matrix.
Un aspect de la présente invention concerne des perfectionnements dans lesquels on fait intervenir le fonctionnement bistable de l'assemblage de clapet 40 de l'instrument spécial de télémesure One aspect of the present invention relates to improvements in which the bistable operation of the valve assembly 40 of the special telemetry instrument is involved.
50. Un autre aspect de la présente invention con- 50. Another aspect of the present invention
cerne l'installation d'un système mécanique spécial identify the installation of a special mechanical system
fonctionnant hydrauliquement et assurant périodique- working hydraulically and ensuring periodic-
ment le déplacement positif du clapet 40 vers sa the positive displacement of the valve 40 towards its
position de fermeture. En outre, on prévoit un sys- closing position. In addition, a system is
tème électrique qui empêche le fonctionnement du clapet 40 en cas de panne électrique survenant dans electrical system which prevents the operation of the valve 40 in the event of an electrical failure occurring in
l'appareil installé au fond du trou de forage. the apparatus installed at the bottom of the borehole.
D'autres aspects de la présente inven- Other aspects of the present invention
tion concernent des perfectionnements dans lesquels on fait intervenir la source d'alimentation 95 et la tion is concerned with improvements in which the power source 95 and the
source motrice 104 de l'instrument spécial de télé- source 104 of the special instrument for tele-
mesure 50. Ces perfectionnements servent à accroî- 50. These improvements serve to increase
tre considérablement le nombre de fonctionnements satisfaisants du clapet que l'on peut réaliser sans devoir recharger ou remplacer la batterie installée to be considerably the number of satisfactory valve operations that can be achieved without having to recharge or replace the installed battery
au fond du trou de forage.at the bottom of the borehole.
Un autre aspect de la présente invention concerne des perfectionnements aux codes d'impulsions Another aspect of the present invention relates to improvements to pulse codes
24 751 1 124,751 1 1
dans le temps selon lesquels seules de courtes impul- over time that only short impulse
sions d'une durée pratiquement constante sont trans- are of virtually constant duration are trans-
mises, tandis que les laps de temps s'écoulant entre des impulsions successives constituent les mesures de l'amplitude du paramètre en cause. En outre, on décrit un système en vue d'améliorer l'exactitude et la précision dans la transmission et la détection des while the lapse of time between successive pulses constitutes the measurements of the amplitude of the parameter in question. In addition, a system is described for improving the accuracy and precision in the transmission and detection of
impulsions de pression de boue émises par l'équipe- mud pressure pulses emitted by the team-
* ment prévu au fond du trou de forage, ce système impliquant la formation (par l'équipement prévu au fond du trou) et la transmission d'un groupe d'au moins trois impulsions de pression de boue espacées de manière inégale pour chaque impulsion individuelleat the bottom of the borehole, this system involving the formation (by the equipment provided at the bottom of the hole) and the transmission of a group of at least three mud pressure pulses unequally spaced for each pulse individual
transmettant une information, de même que 1 T installa- transmitting information, as well as 1 T installa-
tion d'un équipement approprié en-surface en vue de détecter et de traduire les groupes dlimpulsions transmises. Les nouvelles caractéristiques de la appropriate equipment at the surface to detect and translate groups of transmitted pulses. The new features of the
présente invention seront décrites plus particuliè- invention will be described more particularly
rement ci-après. La réalisation et la mise en oeuvre below. Implementation and implementation
de l'invention, ainsi que d'autres objets et avanta- of the invention, as well as other objects and advantages
ges de celle-ci seront mieux compris à la lecture will be better understood when reading
de la description ci-après de certains exemples of the following description of certain examples
donnés à titre d'illustration en se référant aux dessins annexés dans lesquels les figures IA, lB, 2A et 2B sont des given by way of illustration with reference to the accompanying drawings, in which Figures 1A, 1B, 2A and 2B are
graphiques se rapportant en partie à la description partly referring to the description
de la technique antérieure et au domaine de la pré- of the prior art and in the field of
sente invention; ces figures, ainsi que les autres this invention; these figures, as well as the others
se rapportent également au sommaire de l'invention, also refer to the summary of the invention,
ainsi qu'à la description des formes de réalisation as well as the description of the embodiments
préférées;favorite;
la figure IA représente schématique- Figure IA shows schematic
ment le fonctionnement d'un clapet à action lente du type suggéré dans la technique antérieure; la figure lB représente schématiquement les variations the operation of a slow-acting valve of the type suggested in the prior art; FIG. 1B schematically represents the variations
de pression détectées à la surface du sol et résul- pressure detected on the soil surface and results in
tant du fonctionnement du clapet représenté en fi- both of the operation of the valve represented by
gure 1A; les figures lA et 1B décrivent un état appelé ci-après "régime de variations lentes de pression"; la figure 2A représente schématiquement gure 1A; FIGS. 1A and 1B describe a state hereinafter referred to as the "regime of slow pressure variations"; Figure 2A shows schematically
le fonctionnement d'un clapet à action rapide sui- the operation of a quick-action valve
vant la présente invention; la figure 2B représente schématiquement les variations de pression détectées à la surface du the present invention; FIG. 2B diagrammatically represents the pressure variations detected on the surface of the
sol et résultant du fonctionnement du clapet repré- ground and resulting from the operation of the valve
senté en figure 2A; les figures 2A et 2B décrivent un état appelé ciaprès "régime d'ondes de choc hydrauliques"; la figure 3 représente schématiquement et de manière générale un système de forage de puits équipé en vue d'effectuer simultanément un forage et des mesures conformément à certains aspects de la présente invention; la figure 4A représente schématiquement une partie de l'équipement en sous-sol comportant un instrument spécial de télémesure suivant la présente invention; la figure 4B représente schématiquement une partie de l'équipement illustré en figure 4A; la figure 5A représente schématiquement shown in Figure 2A; Figures 2A and 2B describe a state hereinafter referred to as "hydraulic shock wave regime"; Fig. 3 schematically and generally shows a well drilling system equipped for simultaneous drilling and measurements in accordance with certain aspects of the present invention; FIG. 4A schematically represents a part of the equipment in the basement comprising a special telemetry instrument according to the present invention; Figure 4B schematically shows part of the equipment illustrated in Figure 4A; Figure 5A shows schematically
et de manière plus détaillée l'assemblage de trai- and in more detail the assembly of
tement électronique repris dans le rectangle en pointillés de la figure 4A; la figure 5B représente schématiquement une source d'alimentation comportant un système de charge et de décharge de condensateurs en vue de fournir la puissance et l'énergie requises pour electronic element in the dashed rectangle of FIG. 4A; FIG. 5B schematically shows a power source comprising a capacitor charging and discharging system for providing the power and energy required for
actionner le clapet de l'instrument spécial de télé- actuate the flap of the special tele-
mesure;measured;
2 4475112 447511
la figure 5C représente schématiquement le circuit électronique pouvant être utilisé pour assurer la coupure automatique de la source motrice du clapet de l'instrument spécial de télémesure, tandis que les figures 5D et 5E sont des graphiques destinés à faciliter l'explication de la coupure FIG. 5C schematically represents the electronic circuit that can be used to ensure the automatic shutdown of the drive source of the valve of the special telemetry instrument, while FIGS. 5D and 5E are graphs intended to facilitate the explanation of the cutoff.
automatique de la source motrice du clapet de signa- automatic control of the driving source of the signal
lisation; les figures 6A,-6B et 6C représentent lisation; Figures 6A, -6B and 6C show
schématiquement le fonctionnement du système hydrau- schematically the operation of the hydrau-
lique de "fermeture automatique" du clapet de signa- "automatic closing" of the signal flap
lisation; la figure 6D est un dessin technique du système représenté dansles figures 6A, 6B et 6C; la figure 6E représente schématiquement lisation; Figure 6D is a technical drawing of the system shown in Figures 6A, 6B and 6C; Figure 6E shows schematically
un système électronique à "sécurité intégrée" appli- an "integrated security" electronic system
cable au clapet de signalisation; la figure 7A représente schématiquement la structure du logement et du "protecteur -t' pour l'instrument spécial de télémesure; la figure 7B représente schématiquement la forme de la section transversale des éléments de centrage qui peuvent être utilisés avec la structure' illustrée en figure 7A; la figure 7C représente schématiquement cable to the check valve; Fig. 7A schematically shows the structure of the housing and the "protector" for the special telemetry instrument, Fig. 7B schematically shows the shape of the cross section of the centering elements that can be used with the structure shown in Fig. 7A; FIG. 7C shows schematically
des éléments spéciaux d'assemblage pouvant être uti- special assembly elements that can be used
lisés pour raccorder les sous-sections de la partie de logement 250b de la figure 7A; les figures 8A à 8E sont des graphiques représentant les variations de pression mesurées à la surface du sol et correspondant à différentes valeurs de Tav) ( tem s d'ouverture ou de fermeture d'un clapet) et de Tbv) (temps de débit ouvert), les graphiques de ces figures montrent les résultats de certains essais qui ont été effectués par le Demandeur afin d'obtenir les conditions optimales pour un régime d'ondes de choc hydrauliques; plus spécifiquement, les figures 8A à 8E peuvent être décrites comme suit: adapted to connect the subsections of the housing portion 250b of Fig. 7A; FIGS. 8A to 8E are graphs representing the pressure variations measured at the ground surface and corresponding to different values of Tav) (opening or closing times of a valve) and of Tbv) (open flow time) ), the graphs of these figures show the results of some tests that have been performed by the Applicant to obtain the optimum conditions for a hydraulic shock wave regime; more specifically, FIGS. 8A to 8E can be described as follows:
la figure 8A correspond à T(V) = 1 se- FIG. 8A corresponds to T (V) = 1 se-
conde et TbV) = 2 secondes; la figure millisecondes et T b(v) la figure millisecondes et Tb(v) la figure millisecondes et Tb (v) la figure millisecondes et Tb(v) la figure 8B correspond à Ta vJ = 20( = 1 seconde; 8C correspond à Ta (V) - 60 = 0,5 seconde; 8D correspond à Ta (V) = 20 = 0,25 seconde; 8E correspond à T (v) =5 - a = 10 seconde; 8F est une reproduction ) exacte du signal de pression indiquant une onde de clapet reçue à la surface à partir d'une profondeur de 2.980 m lors du forage réel d'un puits de pétrole conde and TbV) = 2 seconds; the millisecond figure and T b (v) the millisecond figure and Tb (v) the millisecond figure and Tb (v) the millisecond figure and Tb (v) Figure 8B corresponds to Ta vJ = 20 (= 1 second; 8C corresponds to Ta (V) - 60 = 0.5 seconds, 8D corresponds to Ta (V) = 20 = 0.25 seconds, 8E corresponds to T (v) = 5 - a = 10 seconds, 8F is an exact reproduction of the signal of pressure indicating a valve wave received at the surface from a depth of 2,980 m during the actual drilling of an oil well
dans la région Est du Texas des Etats-Unis d'Amé- in the East Texas region of the United States of America
rique;America;
la figure 9 est une illustration sché- Figure 9 is a sketchy illustration of
matique représentant un équipement spécifique devant representing specific equipment in front of
être utilisé au sol conjointement avec un disposi- be used on the ground in conjunction with a
tif de signalisation fonctionnant par impulsions de pression émises à partir du fond d'un trou de forage conformément à la présente invention, ce signaling system operating by pulses of pressure emitted from the bottom of a borehole in accordance with the present invention;
dispositif comprenant un filtre adapté en vue d'éli- device comprising a filter adapted for the purpose of
miner les bruits erratiques lorsque ceux-ci sont des bruits blancs; les figures 1OA à IOG illustrent, par des graphiques, certaines formes d'ondes et certaines impulsions variant en fonction du temps, erase erratic noises when they are white noises; FIGS. 10A to IOG illustrate, by means of graphs, certain waveforms and certain time-varying pulses,
ces figures étant données afin de faciliter l'ex- these figures being given in order to facilitate the ex-
plication du fonctionnement de l'équipement repré- the operation of the equipment
senté en figure 9; dans les figures 10A à 1OC, ainsi que dans les figures 1OD à IOG, les axes relatifs au temps sont placés l'un en dessous de l'autre afin que lon puisse comparer ces signaux 24751l' et ces formes d'ondes dans leur relation mutuelle en fonction du temps; plus spécifiquement, les figures IOA à 1OG peuvent être décrites comme suit felt in Figure 9; in FIGS. 10A-1OC, as well as in FIGS. 1OD-IOG, the time-related axes are placed one below the other so that these 24751l 'signals and these waveforms can be compared in their relation Mutual as a function of time; more specifically, FIGS. 10A to 1G can be described as follows
la figure IOA comporte trois graphi- Figure IOA consists of three graphs
S ques montrant trois composantes d'un signal détecté au sommet d'un trou de forage; ces composantes représentent respectivement un signal portant une S ques showing three components of a signal detected at the top of a borehole; these components respectively represent a signal carrying a
information, un bruit de pompe ou, lorsqu'on uti- information, a pump noise or, when
lise plusieurs pompes en tandem, le bruit provenant du groupe de pompes et les bruits erratiques; la figure lOB comporte trois graphiques reads several pumps in tandem, noise from the pump group and erratic noise; Figure lOB has three graphs
représentant.respectivement le signal retardé por- representative.respectively the delayed signal
teur d'information, le bruit de pompe retardé et le bruit -erratique retardé; le retard est de Tp représentant la période de fonctionnement de la pompe (lorsqu'on utilise plusieurs pompes, quoique non sinusoïdales, les variations de pression sont toujours périodiques, étant donné que les pompes en tandem sont maintenues relativement proches de l'état "en phase"); la figure 1OC comporte deux graphiques information, delayed pump noise and delayed erratic noise; the delay is Tp representing the operating period of the pump (when using several pumps, although not sinusoidal, the pressure variations are always periodic, since the tandem pumps are kept relatively close to the "in" state. phase"); Figure 1OC shows two graphs
montrant respectivement les différences des graphi- showing respectively the differences in
ques correspondants des figures 1OA et lOB; un de corresponding numbers of FIGS. 10A and 10B; a die
ces graphiques représente le bruit erratique, tan- these graphs represent the erratic noise, tan-
dis que l'autre graphique représente un signal porteur d'information; la figure lOD illustre une fonction représentant la sortie d'un filtre numérique ou d'un corrélateur croisé que l'on emploie dans les formes de réalisation de la présente invention; cette fonction est pratiquement analogue à celle say that the other graph represents a signal carrying information; Figure lOD illustrates a function representing the output of a digital filter or cross-correlator used in the embodiments of the present invention; this function is virtually analogous to that
représentant le signal porteur d'information il- representing the signal carrying information
lustré en figure lOC; le filtre numérique utilisé dans ce cas peut être un filtre adapté, un filtre conformateur d'impulsions ou un filtre formateur de pointes; la figure IOE représente une fonction analogue à celle de la figure 10D, mais retardée d'un laps de temps approprié; la figure 1OF représente une fonction analogue à celle de la figure 1OE, mais inversée dans le temps; la figure 1OG représente la résultante d'une comparaison des graphiques des figures lOB et F et elle montre les moments correspondant aux impulsions apparaissant en coïncidence dans ces glossy in FIG. the digital filter used in this case can be a matched filter, a pulse shaping filter or a tip forming filter; FIG. 10E shows a function similar to that of FIG. 10D, but delayed by a suitable period of time; FIG. 1OF represents a function similar to that of FIG. 10E, but inverted in time; FIG. 1OG represents the resultant of a comparison of the graphs of FIGS. 1B and F and shows the moments corresponding to the pulses appearing in coincidence in these FIGS.
graphiques; -graphics; -
la figure Il représente schématiquement Figure It shows schematically
certaines opérations effectuées par un filtre numé- certain operations carried out by a digital filter
rique; la figure 12 représente schématiquement un système en vue de mémoriser un signal porteur d'information ou un signal de bruit; la figure 13 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comprenant un corrélateur pour la suppression des bruits; la figure 14 représente schématiquement une partie de l'équipement dé surface comprenant un America; Figure 12 schematically shows a system for storing an information carrier signal or a noise signal; Figure 13 schematically shows a portion of the surface equipment including a correlator for noise suppression; FIG. 14 schematically represents a portion of the surface equipment comprising a
filtre adapté pour la suppression des bruits lors- filter adapted for the suppression of noises
que ceux-ci ne sont pas des bruits blancs; la figure 15 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comportant un filtre conformateur d'impulsions; la figure 16 illustre schématiquement that these are not white noises; Figure 15 schematically shows a portion of the surface equipment having a pulse shaping filter; Figure 16 schematically illustrates
certaines opérations effectuées par un filtre con- certain operations performed by a filter con-
formateur d'impulsions; la figure 17 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comprenant un filtre formateur de pointes, ce dernier étant utilisé pour transformer une onde double de clapet en une paire correspondante de pointes; les figures 18A à 18F représentent six choix possibles pour un décalage de pointe dans une paire de pointes produite au moyen du système représenté en figure 17; la figure 19 représente schématiquement une partie de l'équipement de surface comprenant-un filtre formateur de pointes qui est utilisé pour transformer une onde de clapet individuelle en.une seule pointe correspondante; les figures 20A à 20F montrent six choix possibles pour un décalage d'une seule pointe produite au moyen du système représenté en figure 19; les figures 21A à 21C représentent schématiquement certaines opérations associées à un pulse trainer; Figure 17 schematically shows a portion of the surface equipment comprising a tip forming filter, the latter being used to transform a double valve wave into a corresponding pair of tips; Figs. 18A-18F show six possible choices for a peak offset in a pair of peaks produced by means of the system shown in Fig. 17; Fig. 19 schematically shows a portion of the surface equipment comprising a tip forming filter which is used to transform an individual valve wave into a single corresponding tip; Figs. 20A to 20F show six possible choices for a single tip offset produced by means of the system shown in Fig. 19; FIGS. 21A to 21C schematically represent certain operations associated with a
filtre de formation de pointes pour différents re- spike formation filter for different
tards; plus spécifiquement, la figure 21A corres- tards; more specifically, Figure 21A corresponds to
pond à une pointe désirée à l'indice de temps '; la figure 21B correspond à une pointe désirée à l'indice de temps 1 et la figure 21C correspond à une pointe désirée à l'indice de temps 2; la figure 22 représente schématiquement un système en vue de déterminer le paramètre de rendement P d'un filtre de formation de pointes; la figure 23 est un'graphique montrant la façon dont le rendement de filtre P peut varier en fonction du décalage des pointes pour un filtre à durée fixe; la figure 24 est un graphique montrant la façon dont le paramètre de rendement P d'un filtre de formation de pointes peut varier en lays at a desired peak at the time index '; Fig. 21B corresponds to a desired peak at time index 1 and Fig. 21C corresponds to a desired peak at time index 2; Fig. 22 schematically shows a system for determining the performance parameter P of a peak-forming filter; Fig. 23 is a graph showing how the filter efficiency P may vary depending on the offset of the peaks for a fixed duration filter; Fig. 24 is a graph showing how the performance parameter P of a peak-forming filter can vary in
fonction de la longueur de-filtrage (ou durée de- function of the filtering length (or duration of
mémorisation) pour un décalage fixe des pointes, la figure 25 comporte des graphiques montrant la façon dont le paramètre de rendement P d'un filtre de formation de pointes peut varier en fonction de la longueur et du retard de filtrage; storing) for a fixed offset of the tips, FIG. 25 includes graphs showing how the output parameter P of a tip-forming filter can vary depending on the length and the filtering delay;
la figure 26A représente schématique- Figure 26A shows schematic
ment un système de codage d'impulsions dans le temps conformément à la technique antérieure; a pulse coding system over time according to the prior art;
la figure 26B représente schématique- Figure 26B shows schematic
ment un système de codage d'impulsions dans le temps suivant la présente invention, système dans a time pulse encoding system according to the present invention, a system in which
lequel l'amplitude du paramètre devant être trans- which the amplitude of the parameter to be trans-
mis est représentée par le laps de temps s'écoulant mis is represented by the amount of time flowing
entre de courtes impulsions individuelles successi- between short individual pulses successively
ves d'une durée pratiquement constante; la figure 26C représente également schématiquement le système de codage d'impulsions dans le temps illustré en figure 26B; are of virtually constant duration; Fig. 26C also schematically illustrates the pulse pulse coding system illustrated in Fig. 26B;
la figure 26D représente schématique- Figure 26D shows schematic
ment un système de codage d'impulsions dans le temps du type illustré dans les figures 26B et 26C, mais dans lequel on utilise des impulsions de "groupe triple"; la figure 27 est un schéma fonctionnel a time pulse encoding system of the type illustrated in FIGS. 26B and 26C, but in which "triple group" pulses are used; Figure 27 is a block diagram
montrant un "traducteur de code" utilisé pour per- showing a "code translator" used to
mettre, à un système, de recevoir des signaux codés sous forme d'impulsions de "groupe triple" dans le temps; causing a system to receive coded signals as "triple group" pulses over time;
la figure 28A est un schéma fonction- Fig. 28A is a block diagram
nel illustrant plus en détail le circuit du sélec- illustrating in more detail the circuit of selection
teur 316 de la figure 27; les figures 28B, 28C, 28D et 28E sont 316 of FIG. 27; FIGS. 28B, 28C, 28D and 28E are
des graphiques facilitant l'explication et la com- graphics that facilitate explanation and understanding
préhension du fonctionnement du circuit de la fi- grasping the functioning of the circuit of the
gure 28A;gure 28A;
la figure 29 est un schéma fonction- Figure 29 is a block diagram
nel du circuit prévu au fond d'un trou de forage en vue d'émettre les impulsions de "groupe triple" du type illustré en figure 26D; la figure 30 est un schéma montrant les principes du circuit permettant de réaliser le nel of the circuit provided at the bottom of a borehole for emitting the "triple group" pulses of the type illustrated in Figure 26D; FIG. 30 is a diagram showing the principles of the circuit making it possible to realize the
codage des impulsions dans le temps suivant l'in- coding of the pulses in time according to the in-
vention. Il est à noter que, dans certaines des vention. It should be noted that in some of the
figures énoncées ci-dessus, des chiffres de réfé- figures above, reference figures are
rence identiques ont été appliqués à des éléments semblables. Dans ce cas, on ne reprendra pas la identical references have been applied to similar elements. In this case, we will not resume the
description et les fonctions de ces éléments dans description and functions of these elements in
la mesure o cela n'est pas nécessaire pour expli- the extent that this is not necessary to explain
quer le fonctionnement de ces formes de réalisation. the operation of these embodiments.
I. DESCRIPTION GENERALE DE L'APPAREIL DE TRANSMIS- I. GENERAL DESCRIPTION OF THE TRANSMISSION APPARATUS
SION DE DONNEES EN COURS DE FORAGE.DATA SESSION DURING DRILLING.
La figure 3 est une vue générale d'un Figure 3 is a general view of a
système spécifique dans lequel on adopte les prin- specific system in which the principles are adopted
cipes de la présente invention. Le chiffre de ré- principles of the present invention. The turnover figure
férence 20 désigne une tour classique pour le fo- FIG. 20 denotes a conventional tower for the
rage des puits de pétrole, cette tour comportant une table rotative 21, une tige d'entraînement 22, un tuyau 23, une colonne montante 24, une tige de oil tower, this tower comprising a rotary table 21, a driving rod 22, a pipe 23, a riser 24, a rod of
forage 25 et un collier de forage 26. Une ou plu- 25 and a drill collar 26. One or more
sieurs pompes à boue 27 et une fosse à boue-28 sont reliées de la manière habituelle pour alimenter la mud pumps 27 and a mud pit 28 are connected in the usual way to feed the
colonne montante en boue- de forage sous pression. riser in mud - drilling under pressure.
La boue sous haute pression est pompée vers -le bas dans le train de tiges via la conduite de forage 25 et les colliers de forage classiques 26, puis à The high pressure sludge is pumped down into the drill string via the drill pipe 25 and the conventional drill collars 26, then to
travers l'instrument spécial de télémesure 50,jus- through the special telemetry instrument 50,
qu'au trépan 31. Ce trépan 31 comporte les dispo- that drill bit 31. This drill bit 31 includes the
sitifs habituels projetant des jets de forage et habitual planes throwing drilling jets and
représentés schématiquement par le chiffre de réfé- schematically represented by the reference numeral
rence- 33. Tels qu'ils sont représentés, les diamè- 33. As represented, the diameters
tres des colliers 26 et de l'instrument de télé- very necklaces 26 and the tele-
mesure 50 sont exagérés par rapport à celui de la measure 50 are exaggerated compared to that of the
conduite de forage 25 afin d'illustrer plus claire- drill pipe 25 to illustrate more clearly
ment les mécanismes. La boue de forage descend à travers le train de tiges comme représenté par mechanisms. The drilling mud goes down through the drill string as represented by
les flèches illustrées, puis elle remonte à tra- the arrows illustrated, then it goes back
vers l'espace annulaire formé entre la conduite de forage et la paroi du trou du puits. Lorsqu'elle atteint la surface, la boue est à nouveau déversée to the annular space formed between the drill pipe and the wall of the well hole. When it reaches the surface, the mud is spilled again
dans la fosse (au moyen de canalisations non repré- in the pit (by means of unrepresented pipes
ssentées) o les fragments de roches et autres dé- bris du puits peuvent décanter, pour être ensuite filtrés avant de reprendre la boue et de la remettre ssentées) o rock fragments and other well debris can decant, then be filtered before mud is taken and returned
en circulation au moyen de la ou des pompes. in circulation by means of the pump or pumps.
Entre le trépan 33 et le collier de Between the trephine 33 and the collar of
forage 26, est prévu l'assemblage spécial du trans- drilling 26, the special assembly of the trans-
metteur de télémesure ou l'instrument de télémesure telemetry transmitter or telemetry instrument
désigné par le chiffre de référence 50. Cet assem- referred to by reference numeral 50. This assem-
blage spécial du transmetteur de télémesure 50 com- 50 telemetry transmitter
prend un logement 250 renfermant un assemblage de clapet ou plus simplement un clapet 40, un assemblage takes a housing 250 enclosing a valve assembly or more simply a valve 40, an assembly
de traitement électronique 96 et des capteurs 101. electronic processing 96 and sensors 101.
Le clapet 40 est conçu pour dériver momentanément une certaine partie de la boue de l'intérieur du The valve 40 is designed to temporarily derive a certain portion of the sludge from within the
collier de forage dans l'espace annulaire 60. Nor- drill collar in the annular space 60. Nor-
malement (lorsque le dlapet 40 est fermé), la tota- (when dapplet 40 is closed), the total
lité de la boue de forage doit être chassée par les jets 33 et, par conséquent, la boue est sous une très forte pression (de l'ordre de 140 à 210 kg/cm2) dans la colonne montante 24. Lorsque le clapet 40 est ouvert sous la commande d'un capteur 101 et de l'assemblage de traitement électronique 96, The drilling mud must be driven off by the jets 33 and, consequently, the sludge is under a very high pressure (of the order of 140 to 210 kg / cm 2) in the riser 24. When the valve 40 is opened under the control of a sensor 101 and the electronic processing assembly 96,
une certaine partie de la boue est mise en dériva- some of the sludge is drifted
tion, la résistance totale à l'écoulement est mo- the total resistance to flow is
mentanément réduite et un changement de pression mentally reduced and a pressure change
peut être détecté dans la colonne montante 24. can be detected in the riser 24.
L'assemblage de traitement électronique 96 émet The electronic processing assembly 96 transmits
une série d'impulsions électriques codées repré- a series of coded electrical pulses repre-
sentant le paramètre devant être mesuré par un capteur choisi 101, tandis que des ouvertures et des fermetures correspondantes du clapet 40 ont lieu sous l'effet des impulsions correspondantes sensing the parameter to be measured by a selected sensor 101, while corresponding openings and closures of the valve 40 take place under the effect of the corresponding pulses
- 24 75111- 75111
de pression qui en résultent dans la colonne mon- resulting pressure in the column
tante 24.aunt 24.
Le chiffre de référence 51 désigne un transducteur à pression produisant une tension électrique représentant les changements de pres- sion survenant dans la colonne montante 24. Ce signal représentant ces changements de pression Reference numeral 51 denotes a pressure transducer producing a voltage representing the pressure changes occurring in riser 24. This signal represents these pressure changes.
est traité par un assemblage électronique 53 émet- is processed by an electronic assembly 53 emits
tant des signaux appropriés pour être enregistrés dans un enregistreur 54 ou n'importe quel autre both suitable signals to be recorded in a recorder 54 or any other
appareil dtaffichage. Le graphique de l'enregis- display apparatus. The graph of the record
treur 54 est entrainé par une commande représentant la profondeur du trépan par des moyens bien connus 54 is driven by a command representing the depth of the bit by well known means
(non représentés).(not shown)
II. DESCRIPTION GENERALE DU TRANSMETTEUR SPECIAL II. GENERAL DESCRIPTION OF THE SPECIAL TRANSMITTER
DE TELEMESURE.TELEMETRY.
La figure 4A représente certainsFigure 4A shows some
détails du transmetteur spécial de télémesure 50. details of the special telemetry transmitter 50.
Certains de ces détails, ainsi que d'autres ont été également décrits dans la demande de brevet précitée des Etats-Unis d'Amérique n0 857.677 Some of these details, as well as others, have also been described in the aforementioned U.S. Patent Application No. 857,677
déposée par S.A. Scherbatskoy à laquelle la pré- submitted by S.A. Scherbatskoy to whom
sente demande fait suite. La figure 4A est une vue schématique. 'Dans un instrument réel, le logement 250 qui renferme le clapet 40, l'assemblage de traitement électronique 96 et les capteurs 101, est subdivisé en deux sections 250a et 250b. La section supérieure 250a (au-dessus de la ligne en pointillés 249) contieit l'assemblage de clapet-40 et les éléments mécaniques qui y sont associés et, This request follows. Figure 4A is a schematic view. In a real instrument, the housing 250 which encloses the valve 40, the electronic processing assembly 96 and the sensors 101, is subdivided into two sections 250a and 250b. The upper section 250a (above the dotted line 249) contiguous the valve assembly-40 and the mechanical elements associated therewith and,
comme on le soulignera ci-après, cette section a- As will be highlighted below, this section has
un diamètre sensiblement supérieur à celui de la section 250b. La section inférieure 250b -(en des-, a diameter substantially greater than that of section 250b. The lower section 250b - (in des-,
sous de la ligne en pointillés 249) contient l'as- under the dashed line 249) contains the
semblage de traitement électronique 96, les cap- the appearance of electronic processing 96,
teurs 101 et les éléments mécaniques qui y sont associés et, comme on l'exposera ci-après, elle a un diamètre sensiblement inférieur à celui de la 101 and the mechanical elements associated therewith and, as will be explained below, it has a diameter substantially smaller than that of the
section supérieure 250a. Comme représenté en fi- upper section 250a. As shown in
gure 4A, la boue de forage descend dans l'instru- 4A, the drilling mud goes down into the
ment spécial de télémesure 250a, 250b (comme indi- special telemetry system 250a, 250b (as indicated in
qué par les flèches 65), puis elle passe par l'aju- the arrows 65), then it passes through the
tage 33 du trépan et elle revient (comme indiqué par les flèches 66) jusqu'à la surface en passant 33 and returns (as indicated by arrows 66) to the surface
dans l'espace annulaire 60, pour déboucher finale- in the annular space 60, to finally terminate
ment dans la fosse 28 via des canalisations (non représentées). L'assemblage de clapet 40 comprend une tige 68 et un siège 69. Cette tige et ce siège in the pit 28 via pipes (not shown). The valve assembly 40 includes a rod 68 and a seat 69. This rod and seat
de clapet sont réalisés de telle sorte que la sec- of valve are made in such a way that the sec-
tion transversale de la fermeture A soit légèrement plus grande que la section transversale B du piston cross section of the closure A is slightly larger than the cross section B of the piston
compensateur 70. En conséquence, lorsque la pres- 70. Accordingly, when the
sion régnant dans la chambre 77 est supérieure à celle régnant dans la chambre 78, la tige de clapet 68 est chassée vers le bas, le clapet 40 ayant tendance à se fermer de plus en plus hermétiquement In the chamber 77 is greater than that prevailing in the chamber 78, the valve stem 68 is driven downwards, the valve 40 tending to close more and more hermetically.
à mesure que l'on applique une pression différen- as different pressure is applied
tielle plus forte.stronger.
La pression de fluide (boue) régnant dans la chambre 77 est, à tout moment, pratiquement égale à la pression de fluide (boue) régnant dans The fluid pressure (sludge) prevailing in the chamber 77 is, at any moment, substantially equal to the fluid pressure (sludge) prevailing in
le collier de forage désigné par le chiffre de ré- the drill collar designated by the reference number
férence 26 en figure 3 et par le chiffre de réfé- number 26 in Figure 3 and the reference numeral
rence 50, en figure 4A, et ce, en raison de l'ou- 50, in Figure 4A, because of the
verture 77a pratiquée dans la paroi de l'assem- 77a in the wall of the assembly.
blage 250. Un filtre à fluide 77b est intercalé dans 250. A fluid filter 77b is interposed in
le passage 77a afin d'empêcher les débris et parti- passage 77a to prevent debris and
cules solides de pénétrer dans la chambre 77. solids to enter room 77.
Lorsque le clapet 40 est fermé, la pression de fluide (boue) régnant dans la chambre 78 est égale à la pression de fluide (boue) régnant dans l'espace annulaire 60. Lorsque le clapet 40 est ouvert et que les pompes fonctionnent, la boue s'écoule de la chambre 77 à la chambre 78 et, via l'orifice 81, elle parvient dans l'espace annulaire 60 en When the valve 40 is closed, the fluid pressure (sludge) prevailing in the chamber 78 is equal to the fluid pressure (sludge) prevailing in the annular space 60. When the valve 40 is open and the pumps are operating, the mud flows from the chamber 77 to the chamber 78 and, via the orifice 81, it reaches the annular space 60 through
subissant des pertes de charge correspondantes. undergoing corresponding pressure drops.
Un solénolde électromagnétique à double effet 79 est prévu pour ouvrir ou fermer An electromagnetic solenoid double effect 79 is provided to open or close
le clapet 40 en réponse au courant électrique distri- the valve 40 in response to the distributing electrical current
bué par les conducteurs 90.fired by drivers 90.
On supposera que P6o indique la pres- It will be assumed that P6o indicates the pres-
sion de boue régnant dans l'espace annulaire 60, P77, la pression régnant dans la chambre 77 et P78, la pression régnant dans la chambre 78. Dès lors, mud flow prevailing in the annular space 60, P77, the pressure prevailing in the chamber 77 and P78, the pressure prevailing in the chamber 78. Therefore,
lorsque le clapet 40 est fermé, on a P78 = P60. when the valve 40 is closed, we have P78 = P60.
Lorsque les pompes 27 fonctionnent et que le clapet 40 est "fermé" ou presque fermé et que P77 > '78, When the pumps 27 operate and the valve 40 is "closed" or almost closed and that P77> '78,
la tige de clapet 68 est poussée vers le siège 69. the valve stem 68 is pushed towards the seat 69.
Lorsque le clapet 40 est en position d"'ouverture" (c'est-à-dire lorsqu'il est déplacé vers le haut When the valve 40 is in the "open" position (i.e. when it is moved upwards
dans le dessin), la boue circule alors de la cham- in the drawing), the mud then circulates
bre 77 vers l'espace annulaire 60 et, en raison de la résistance offerte à l'écoulement par l'orifice C (figure 4B), on a la relation suivante: P77 P78 > P60- Les chambres 83 et 94 sont remplies d'une huile de viscosité très faible (par exemple, l'huile "DOW CORNING 200 FLUID"I, de préférence, d'une viscosité de 5 centistokes ou moins) et elles 77 to the annular space 60 and, because of the resistance offered to the flow by the orifice C (FIG. 4B), the following relation is: P77 P78> P60- The chambers 83 and 94 are filled with an oil of very low viscosity (for example, "Dow Corning 200 Fluid" oil, preferably with a viscosity of 5 centistokes or less) and
sont reliées l'une à l'autre par le passage 86. are connected to each other by the passage 86.
Grâce à un piston flottant 82, la pression P83 régnant dans la chambre remplie d'huile 83 est, à tout moment, égale à la pression P78* Dès lors, Thanks to a floating piston 82, the pressure P83 prevailing in the oil-filled chamber 83 is, at any moment, equal to the pressure P78.
à tout moment, on a P 78= 83 P84 Enconsé- at any time, we have P 78 = 83 P84 Encountered-
quence, lorsque le clapet 40 est "ouvert", étant donné, que78 P84 etP77> P84, le clapet 40 est poussé vers la position d'ouverture" sous une force F = (zone B) (P77 - P84). En conséquence, on peut dire que le clapet 40 est "bistablell, Therefore, when the valve 40 is "open", since P84 and P77> P84, the valve 40 is pushed to the open position "under a force F = (zone B) (P77-P84). we can say that the valve 40 is "bistablell,
c'est-à-dire que, lorsqu'il est "ouvert", il a ten- that is, when it is "open", it tends to
dance à rester "ouvert" tandis que, lorsqu'il est "fermé", il a tendance à rester "fermé". De plus, lorsqu'il est presque ouvert, il a tendance à se déplacer vers la position d'ouverture et, lorsqu'il est presque fermé, il a tendance à se déplacer vers la position fermée. En conséquence, ce clapet 40 peut "basculer" d'un état à l'autre avec une énergie to remain "open" while, when "closed", it tends to remain "closed". In addition, when it is almost open, it tends to move to the open position and when it is almost closed, it tends to move to the closed position. Consequently, this valve 40 can "switch" from one state to another with an energy
relativement faible. On peut considérer que le fonc- relatively weak. It can be considered that the function
tionnement du clapet est l'équivalent mécanique du multivibrateur bistable électrique bien connu dans The valve is the mechanical equivalent of the well known electric bistable multivibrator
la technique de l'électronique.the technique of electronics.
La figure 4B montre le clapet 40 en posi- FIG. 4B shows the valve 40 in position
tion d'ouverture tandis que, en figure 4A, il est en while in Figure 4A it is
position fermée.closed position.
En se référant à nouveau à la figure 4A, le chiffre de référence 91 indique un "commutateur à pression" électrique qui est conducteur d'électricité lorsque P77 > '78 (les pompes fonctionnent), tandis qu'il est non conducteur d'électricité lorsque Referring again to FIG. 4A, reference numeral 91 indicates an electrical "pressure switch" which is electrically conductive when P77> '78 (the pumps are operating), while it is non-electrically conductive when
P77 =P 78 (les pompes sont à l'arrêt). En consé- P77 = P 78 (pumps are stopped). As a result
quence, le fil 92 allant du commutateur à pression quence, the wire 92 going from the pressure switch
91 à la source d'alimentation 93 peut mettre le cou- 91 to the power source 93 can put the cou-
rant en ou hors circuit. De même, au moyen d'un in or out of circuit. Similarly, by means of a
compteur électronique 94 et d'un commutateur séquen- electronic counter 94 and a sequential switch
tiel électromagnétique 95, l'un ou l'autre des quatre electromagnetic system 95, any of the four
capteurs 101 peut être raccordé efficacement à l'as- The sensors 101 can be connected effectively to the
semblage de traitement électronique 96 en arrêtant et en faisant fonctionner de manière séquentielle les pompes à boue 27, ou en arrêtant ces pompes, puis en les faisant fonctionner suivant un code prédéterminé pouvant être interprété par le circuit electronic processing appearance 96 by stopping and sequentially operating the slurry pumps 27, or stopping these pumps, and then operating them according to a predetermined code that can be interpreted by the circuit
monté dans l'élément 94.mounted in the element 94.
III. DESCRIPTION DE L'ASSEMBLAGE DE TRAITEMENT III. DESCRIPTION OF THE TREATMENT ASSEMBLY
ELECTRONIQUE DE L' INSTRUMENT SPECIAL DE ELECTRONICS OF THE SPECIAL INSTRUMENT
TELEMESURE.TELEMETRY.
On a décrit le fonctionnement du clapet bistable 40 et du commutateur séquentiel 95 assurant la connexion électrique sélective des différents The operation of the bistable flap 40 and the sequential switch 95 providing the selective electrical connection of the different
capteurs 101 avec l'assemblage de traitement électro- sensors 101 with the electrical treatment assembly
nique 96.96.
Pour de plus amples détails relatifs à l'assemblage de traitement électronique 96, on se For more details on the electronic processing assembly 96, we
référera à la figure 5A dans laquelle les mêmes chif- refer to Figure 5A in which the same figures
fres de référence désignent les mêmes éléments qu'en references refer to the same elements as
figure 4A.Figure 4A.
Différents types' de capteurs émettant des signaux électriques représentant un paramètre existant au fond d'un trou de forage, sont bien connus. On mentionnera, par exemple, les capteurs à rayons gamma, les capteurs de température, les capteurs de pression, Ies capteurs des teneurs en Different types of sensors emitting electrical signals representing an existing parameter at the bottom of a borehole are well known. For example, gamma-ray sensors, temperature sensors, pressure sensors,
gaz, les compas magnétiques, les inclinomètres in- gasses, magnetic compasses, inclinometers in-
dicateurs de contrainte, les magnétomètres, les stressors, magnetometers,
compas gyrostatiques et de nombreux autres capteurs. gyrostatic compasses and many other sensors.
Pour l'exemple donné à titre d'illustration en fi- For the example given for illustrative purposes
gure 5A, on a choisi un capteur à rayos gamma tel qu'une chambre dionisation ou un compteur Geiger ou encore un compteur à scintillation (muni d'un circuit électronique approprié). Tous ces éléments peuvent être conçus pour produire une tension de courant continu proportionnelle au flux de rayons In FIG. 5A, a gamma ray sensor such as a ionization chamber or a Geiger counter or a scintillation counter (provided with a suitable electronic circuit) is chosen. All of these elements can be designed to produce a DC voltage proportional to the ray flux
gamma qui est intercepté par le capteur. gamma that is intercepted by the sensor.
Il est entendu que le passage d'un type de capteur à un autre sous la commande du mécanisme de commutation 95 illustré en figure 4A, est bien connu selon l'état de la technique (dans la plupart des cas, une commutation électronique It is understood that the transition from one type of sensor to another under the control of the switching mechanism 95 illustrated in FIG. 4A is well known according to the state of the art (in most cases an electronic commutation
est préférée au commutateur mécanique illustré). is preferred to the illustrated mechanical switch).
247511 1247511 1
En conséquence, en figure SA, pour rendre la descrip- As a result, in Figure SA, to make the description
* tion plus claire, on ne représente qu'un seul capteur* lighter, only one sensor is represented
1011. De même, la source d'alimentation 93 et le com- 1011. Similarly, the power source 93 and the
mutateur 91 actionné par la pression de la boue (qui ont été représentés en figure 4A) ne sont pas illus- mute pressure actuator 91 (shown in FIG. 4A) are not illustrated.
trés en figure SA.very in figure SA.
En figure SA, le capteur 101 est rac- In FIG. SA, the sensor 101 is connected
cordé en cascade au convertisseur analogique/numé- cascaded to the analog / digital converter
rique 102, au processeur 103 et à la source motrice 104. Cette source motrice 104 est raccordée aux enroulements 105 et 106 du solénorde à double effet indiqué en 79 en figure 4A. Cette source motrice 104 peut être analogue à celle représentée par la 102, the processor 103 and the drive source 104. This driving source 104 is connected to the windings 105 and 106 of the double-acting solenorde indicated at 79 in Figure 4A. This driving source 104 may be similar to that represented by the
figure 3E de la demande de brevet connexe. Le fonc- Figure 3E of the related patent application. The function
tionnement est le suivant: le capteur 101 émet un signal électrique analogique de sortie représenté par la courbe lOla du graphique repris immédiatement au-dessus de la case 101 indiquant le capteur. Cette courbe représente la sortie du capteur en fonction The sensor 101 emits an analog output electrical signal represented by the curve 10a1 of the graph taken immediately above the box 101 indicating the sensor. This curve represents the output of the sensor based
de la profondeur à laquelle le transmetteur de télé- the depth at which the radio transmitter
mesure 50 est situé dans le trou de forage. Le convertisseur analogique/numérique transforme le measure 50 is located in the borehole. The analog / digital converter transforms the
signal analogique du capteur 101 sous une forme nu- analog signal from the sensor 101 in a naked form.
mérique en mesurant successivement l'amplitude d'un grand nombre d'ordonnées de la courbe lOla et en traduisant chaque ordonnée individuelle en un nombre binaire représenté par un mot binaire. Ce processus est bien connu dans la technique et il n'est pas by measuring successively the amplitude of a large number of ordinates of the curve lOla and by translating each individual ordinate into a binary number represented by a binary word. This process is well known in the art and it is not
nécessaire d'en donner ici une explication. Toute- necessary to give an explanation here. Toute-
fois, il importe de savoir que, si le graphique lOla peut représenter, en heures, les variations du signal émis par le transducteur, le graphique 102a représente une seule ordonnée (par exemple, AB de la courbe 101b). Dès lors, l'échelle de temps de However, it is important to know that if the graph 10a1 can represent, in hours, the variations of the signal emitted by the transducer, the graph 102a represents a single ordinate (for example, AB of the curve 101b). Therefore, the time scale of
l'axe des abscisses de la figure 102a serait expri- the x-axis of Figure 102a would be expen-
mée en secondes, tandis que tout le graphique 102a représente un mot binaire à 12 bits; en réalité, il représente le nombre décimal 2649. Dès lors, chaque mot à 12 bits du graphique 102a représente une seule in seconds, while the entire graph 102a represents a 12-bit binary word; in fact, it represents the decimal 2649. Therefore, each 12-bit word in chart 102a represents a single
ordonnée telle que l'ordonnée AB du graphique 1l0a. ordinate such as the ordinate AB of the graph 110a.
Le codage binaire habituel implique des temps de repos entre chaque mot binaire. Après ce temps de The usual binary coding involves rest times between each binary word. After this time of
repos, une impulsion de démarrage ou impulsion pré- rest, a start impulse or impulse
liminaire est transmise pour indiquer le début du is transmitted to indicate the beginning of the
laps de temps attribué au mot binaire. Cette impul- time period attributed to the binary word. This impulse
sion préliminaire ne fait pas partie du mot binaire, mais elle sert à indiquer quel mot binaire est sur le point de commencer. Ce mot binaire est ensuite transmis et il indique la valeur d'une ordonnée du graphique lOla; vient ensuite un temps de repos auquel succède le mot binaire suivant représentant l'amplitude de l'ordonnée suivante et ainsi de suite, Preliminary is not part of the binary word, but is used to indicate which binary word is about to begin. This binary word is then transmitted and it indicates the value of an ordinate of the graph 10a1; then comes a rest period followed by the next binary word representing the amplitude of the next ordinate and so on,
en une succession rapide. Dès lors, la courbe con- in a quick succession. Therefore, the curve
tinue du graphique 1Ola est représentée par une série. Continued from Chart 10a is represented by a series.
de nombres ou de mots binaires représentant chacun un seul point du graphique 1l0a. A cet égard, il importe de savoir qu'entre chaque mot binaire, il y a toujours un temps de repos. Ce temps de repos (au cours duquel aucun signal n' est transmis) a fréquemment une longueur correspondant à plusieurs mots binaires et il est utilisé dans un but important qui sera expliqué ci-après. Afin de-permettre le numbers or binary words each representing a single point of the graph 1l0a. In this respect, it is important to know that between each binary word there is always a rest period. This idle time (during which no signal is transmitted) frequently has a length corresponding to several binary words and is used for a significant purpose which will be explained below. In order to-allow the
décodage en surface, l'horloge n0 1 doit être rigou- decoding on the surface, the clock n0 1 must be
reusement constante (et en synchronisme avec l'hor- steadily constant (and in synchronism with hor-
loge correspondante 212 ou 309 située en surface) et elle émet une série d'impulsions équidistantes dans le temps de façon bien connue dans la technique corresponding box 212 or 309 located on the surface) and emits a series of pulses equidistant in time in a manner well known in the art
de l'électronique.of electronics.
Le graphique 103a représente un seul bit du mot binaire 102a et, dans ce cas également, l'axe des abscisses est très différent de celui des graphiques précédents. Le temps repris dans le The graph 103a represents a single bit of the binary word 102a and, in this case also, the x-axis is very different from that of the previous graphs. The time taken in the
graphique 103a est exprimé en millisecondes, puisqu'- graph 103a is expressed in milliseconds, since
aussi bien ce graphique ne représente qu'un seul bit. this graph is only one bit.
Chaque bit individuel est converti en deux impulsions électriques chacune d'une durée tX et séparées par un laps de temps tya Le graphique 104a est une réplique du graphique 103a qui a été considérablement amplifié par la source motrice 104. L'impulsion électrique 104b est appliquée à l'enroulement 105 du solénorde Each individual bit is converted into two electrical pulses each of a duration tX and separated by a time interval tya. The graph 104a is a replica of the graph 103a which has been considerably amplified by the driving source 104. The electric pulse 104b is applied. at the winding 105 of the solemn
(qui est l'enroulement du clapet en position d'"ouver- (which is the winding of the valve in the "open" position
ture"), tandis que l'impulsion électrique 104c est appliquée à l'enroulement 106 du solénorde (qui est l'enroulement du clapet en position "fermée"1). Dès lors, le clapet 40 de la figure 4A est ouvert par l'impulsion 104b et il est fermé par l'impulsion 104c, si bien qu'il reste en position "ouverte" à peu près pendant le temps t * Les temps tx sont yx réglés pour que les enroulements du solénoide soient commandés correctement, tandis que le temps ty est calculé pour ouvrir le clapet 40 pendant le laps de temps correct. Ces deux temps sont déterminés et while the electrical pulse 104c is applied to the solenoid winding 106 (which is the winding of the valve in the "closed" position 1). 104b and it is closed by the pulse 104c, so that it remains in the "open" position approximately during the time t * The tx times are set so that the solenoid windings are controlled properly, while the time ty is calculated to open the valve 40 during the correct lapse of time.These two times are determined and
contr8lés par l'horloge n0 2.Controlled by the clock n0 2.
Lors de la télémesure d'informations entre un capteur et la surface du sol, on prévoit des temps de repos appropriés entre la transmission des mots binaires successifs. Grâce à ces temps de When telemetry information between a sensor and the ground surface, appropriate rest times are provided between the transmission of the successive binary words. Thanks to these times of
repos, on peut mémoriser, dans une mémoire électro- rest, one can memorize, in an electronic memory,
nique appropriée faisant partie de l'équipement de appropriate equipment as part of the equipment of
surface, le bruit provoqué uniquement par l'opéra- surface, noise caused solely by the opera-
tion de forage (sans l'onde de clapet). Les systèmes et procédés nécessaires à cet effet seront décrits ci-après. drilling (without the damper wave). The systems and processes required for this purpose will be described below.
IV. DESCRIPTION DE LA SOURCE D'ALIMENTATION POUR LE IV. DESCRIPTION OF THE POWER SOURCE FOR THE
TRANSMETTEUR SPECIAL DE TELEMESURE.SPECIAL TELEMETRY TRANSMITTER.
Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, As has been pointed out previously,
le clapet 40 illustré en figure 4A doit être à ac- the valve 40 illustrated in FIG. 4A must be in ac-
tion très rapide et, à cet effet, il nécessite une very fast, and for this purpose it requires
puissance considérable. (Suite à des essais appro- considerable power. (Following appropriate tests
priés, il a été déterminé qu'un clapet de ce t exigeait environ 1/2 à 3/4 cheval-vapeur pour fonc- requested, it was determined that a valve of this t required about 1/2 to 3/4 horsepower to
tionner à la vitesse requise).at the required speed).
Bien que cette puissance soit très im- portante, elle n'est appliquée qu'au cours d'une période très brève et, par conséquent, il ne faut Although this power is very important, it is only applied over a very short period of time and, therefore, it is not necessary to
qu'une faible quantité d'énergie par fonctionnement. only a small amount of energy per operation.
Lors d'un fonctionnement réel pratiqué au cours des essais, on a trouvé qu'une puissance de During actual operation performed during the tests, it was found that a power of
1/2 cheval-vapeur appliquée pendant environ 40 milli- 1/2 horsepower applied for about 40 milligrams
secondes fournissait l'énergie requise pour assurer un seul fonctionnement satisfaisant du clapet. Cette énergie peut être calculée à environ 15 Joules. Un groupe d'accumulateurs de dimensions suffisamment réduites pour pouvoir être renfermé dans le logement 250b de la figure 7A peut fournir environ 4 millions seconds provided the energy required to ensure a satisfactory single operation of the valve. This energy can be calculated at about 15 Joules. A group of accumulators of sufficiently small size to be housed in the housing 250b of FIG. 7A can provide about 4 million
de Joules sans nécessiter une recharge ou un rempla- of Joules without requiring a refill or replacement
cement. En conséquence, le système est en mesure d'assurer 130.000 fonctionnements complets du clapet cement. As a result, the system is able to ensure 130.000 complete functioning of the flap
(ouverture plus fermeture). En réalité, la consom- (opening plus closing). In reality, the consumer
mation d'énergie est inférieure à 15 Joules par fonc- energy consumption is less than 15 Joules per
tionnement. Grâce à 1 inductance Q,et à 1 ' impé- tioning. Thanks to inductance Q, and to the
dance cinétique de l'enroulement du soléno5de, l'ac- the kinetic dance of solenoid winding, the
cumulation de courant est relativement lente et a lieu le long d'une pente courbe comme représenté par la courbe 272A de la figure 5C et par les courbes 300, 301 de la figure 6E. Dès lors, l'énergie totale par impulsion est sensiblement inférieure à 15 Joules et elle a été mesurée à 9 Joules, assurant ainsi une Cumulative current is relatively slow and takes place along a curved slope as represented by curve 272A of Figure 5C and by curves 300, 301 of Figure 6E. Therefore, the total energy per pulse is substantially less than 15 Joules and it was measured at 9 Joules, thus ensuring
capacité de 216.000 fonctionnements complets du cla- the capacity of 216,000 complete operations of the
pet (une capacité plus grande encore est 'obtenue en utilisant le circuit décrit.ci-après en se référant fart (an even greater capacity is obtained by using the circuit described hereinafter with reference to
à la figure 5C). D'après la description ci-dessus, in Figure 5C). From the description above,
on peut constater que des batteries peuvent parfaite- we can see that batteries can perfectly
ment fournir l'énergie requise au fond d'un trou de provide the required energy at the bottom of a
forage pour un instrument pratique de télémesure. drilling for a practical telemetry instrument.
Toutefois, ltobtention de la très grande puissance nécessaire (1/2 chevalvapeur) pose des problèmes difficiles. Il est clair que la solution à ce problème impliquerait l'accumulation d'énergie dans un mécanisme qui pourrait être amené à la libérer brusquement (en une courte période), fournissant ainsi les courtes impulsions nécessaires de haute However, the need for the very high power required (1/2 horsepower) poses difficult problems. It is clear that the solution to this problem would involve the accumulation of energy in a mechanism that could be brought to release it abruptly (in a short time), thus providing the necessary short impulses of high
puissance. Un mécanisme de ce type est celui fonc- power. A mechanism of this type is that
tionnant par "coups de bélier" qui a été utilisé dans l'instrument décrit dans la demande de brevet "water hammer" which has been used in the instrument described in the patent application
connexe, mais qui s'est avéré parfois insuffisant. related, but which was sometimes insufficient.
Dans d'autres mécanismes envisagés antérieurement, In other mechanisms previously envisaged,
on a utilisé de l'air comprimé, des ressorts com- we used compressed air, springs
primés et autres. Les systèmes d'accumulation d'énergie par condensateurs exigent des capacités élevées: l'énergie accumulée dans un condensateur varie en fonction de la première puissance de la awarded and others. Capacitor energy storage systems require high capacities: the energy accumulated in a capacitor varies according to the first power of the capacitor.
capacité, ainsi que du carré de la tension accumu- capacity, as well as the square of the accumulated
lée et, étant donné que des enroulements d'attaque de solénordes de faible inductance et à action rapide and, since low-inductance and fast-acting solenoid drive windings
sont nécessaires, il est évident que l'on doit uti- are necessary, it is obvious that we must use
liser des dispositifs à basse tension, les calculs low voltage devices, the calculations
initiaux ayant indiqué que des condensateurs beau- have indicated that capacitors
coup trop importants seraient nécessaires. too important shots would be necessary.
Après évaluation complémentaire, il est After further evaluation, it is
apparu que l'on pourrait réaliser un système opéra- appeared that an operational system could be
tionnel. Par analyse mathématique, ainsi que par des expériences et des essais, il a été déterminé que l'on pourrait établir la série suivante de paramètres optima de circuit: tional. By mathematical analysis, as well as by experiments and tests, it has been determined that the following series of optimum circuit parameters could be established:
1. Inductance de l'enroulement de solé- 1. Inductance of solenoid winding
noïde: 0,1 henry en position de fonctionnement et noid: 0.1 henry in operating position and
0,07 henry en position de non-fonctionnement (ctest- 0.07 henry in non-functioning position (ie
à-dire un solénoïde à induit conique). ie a solenoid with conical armature).
24751I124751I1
2. Résistance de l'enroulement du2. Resistance of winding
solénorde: 4,5 ohms.solenord: 4.5 ohms.
3. Tension à laquelle l'énergie est 3. Voltage at which energy is
accumulée: 50 volts.accumulated: 50 volts.
4. Capacité du condensateur d'accumu- 4. Capacity of the accumulator capacitor
lation: 10.000 microfarads.lation: 10,000 microfarads.
5. Capacité de courant du circuit5. Current capacity of the circuit
d'attaque: 10 ampères.Attack: 10 amps.
Il a été déterminé quepour assurer un fonctionnement rapide du solénoïde, des enroulements de faible inductance étaient souhaitables. Il a été également déterminé que les capacités de courant des It has been determined that to ensure rapid operation of the solenoid, low inductance windings are desirable. It was also determined that the current capacities of the
circuits électroniques d'attaque pouvaient être por- electronic circuits of attack could be
tées bien au-delà de 10 ampères. Toutefois, une well above 10 amps. However,
basse tension exige des capacités beaucoup trop éle- low voltage requires far too high
vées. Les progrès récents réalisés dans les Vees. Recent progress made in
accumulateurs dits à sels fondus ont fourni des sour- so-called molten salt accumulators have provided
ces d'énergie d'une très bonne compacité. La même these energy of a very good compactness. The same
technologie récente a également élaboré des condensa- recent technology has also developed
teurs ayant des valeurs extraordinairement élevées with extraordinarily high values
(10 farads dans un espace aussi réduit que 16,38 cm3). (10 farads in a space as small as 16.38 cm3).
Ces condensateurs se sont avérés inacceptables du fait que l'on doit procéder à un chauffage à une température élevée (SOOOC); on a estimé que cela These capacitors have proved unacceptable because high temperature heating (SOOOC) is required; it was felt that this
n'était pas réalisable sans compter le coftt prohi- was not feasible without taking into account the cost
bitif. En conséquence, des efforts doivent toujours être entrepris. A la suite de recherches longues et approfondies, on a finalement découvert qu'un condensateur au tantale réalisé conformément aux bitif. As a result, efforts must always be made. As a result of extensive and extensive research, it was finally discovered that a tantalum capacitor realized in accordance with
tout derniers progrès pourrait satisfaire aux spé- the latest progress could satisfy the special
cifications imposées si l'on optimalisait les au- requirements imposed by optimizing the
tres paramètres et facteurs indiqués ci-dessus pour les mettre en concordance avec les caractéristiques parameters and factors listed above to match the characteristics
de ces condensateurs.of these capacitors.
D'après l'exposé ci-dessus, on peut constater qu'une charge de batterie peut assurer From the above discussion it can be seen that a battery charge can ensure
au moins 216.000 fonctionnements complets du clapet. at least 216,000 complete operations of the flap.
En supposant que le système de télémesure puisse fournir des données continues et adéquates par la Assuming that the telemetry system can provide continuous and adequate data by the
transmission de cinq impulsions par minute, le sys- transmission of five pulses per minute, the system
tème est en mesure de fonctionner continuellement dans un trou de forage pendant une période de 440 heures. Il convient toutefois de souligner que, très souvent, un fonctionnement continu n'est pas indispensable. L'instrument peut être utilisé uniquement par intermittence sous la commande du circuit contrôlé par le commutateur 91, ainsi que The system is able to operate continuously in a borehole for a period of 440 hours. It should be emphasized, however, that very often, continuous operation is not essential. The instrument can be used only intermittently under the control of the circuit controlled by the switch 91, as well as
par les éléments 94 et 95 de la figure 4A. by the elements 94 and 95 of Figure 4A.
De plus, ainsi qu'on l'exposera ci-Moreover, as will be explained below
après, lorsqu'on tire profit du circuit amélioré illustré en figure 5C, on peut réaliser un nombre plus grand encore de fonctionnements du clapet. On after, when taking advantage of the improved circuit illustrated in Figure 5C, it can achieve a greater number of valve operations. We
considère qu'un fonctionnement à raison d'une impul- considers that operation on the basis of an impulse
sion par seconde est d'ordre pratique. per second is practical.
Il existe un autre paramètre qu'il convient de déterminer: la recharge appropriée du condensateur après décharge. Ce condensateur peut Another parameter that needs to be determined is proper charging of the capacitor after discharge. This capacitor can
être chargé par une résistance raccordée à l'accu- to be loaded by a resistance connected to the
mulateur (ou à une autre source d'énergie), mais cette façon de procéder s'avère parfois lente car, lorsque le condensateur est chargé partiellement, le courant passant par la résistance diminue et, au terme du cycle de charge, le courant de charge se rapproche de zéro. Si la valeur ohmique de la résistance est faible, les accumulateurs doivent conduire un courant momentané excessif>étant donné que le choc initial de courant se produisant au cours du cycle de charge dépasserait la valeur emulator (or to another energy source), but this procedure is sometimes slow because, when the capacitor is partially charged, the current passing through the resistance decreases and, at the end of the charging cycle, the current of charge is getting close to zero. If the ohmic value of the resistor is low, the accumulators must conduct an excessive momentary current> since the initial shock of current occurring during the charge cycle would exceed the value
prévue pour la durée de vie maximale des accumula- provided for the maximum lifetime of accumula-
teurs. Le meilleur procédé consiste à charger le tors. The best method is to load the
condensateur par un dispositif à courant constant. capacitor by a constant current device.
Le condensateur se charge alors à un courant opti- The capacitor then charges at an optimum current.
mum correspondant au courant de décharge optimum- mum corresponding to the optimum discharge current-
pour le type particulier d'accumulateur permettant - une accumulation maximale dténergie. En déterminant correctement le courant de charge, on peut obtenir un important accroissement (parfois d'un facteur de 2 ou 3) de la quantité d'énergie disponible dans un for the particular type of accumulator allowing - a maximum accumulation of energy. By correctly determining the charge current, a significant increase (sometimes by a factor of 2 or 3) in the amount of energy available in a
type donné d'accumulateur. Les dispositifs à-cou- given type of accumulator. The devices with
rant constant sont bien connus et sont des circuits électroniques intégrés aisément disponibles pour une are well known and are integrated electronic circuits readily available for
large gamme de valeurs de courant.wide range of current values.
La figure 5B représente schématiquement une source d'alimentation pouvant 9tre incorporée dans la source motrice 104 de la figure 4A, cette source comportant un système de charge et de décharge de condensateurs en vue de fournir la puissance et l'énergie requises pour les enroulements du solénoïde FIG. 5B diagrammatically shows a power source that can be incorporated in the power source 104 of FIG. 4A, this source comprising a capacitor charging and discharging system in order to provide the power and energy required for the windings of the power source. solenoid
79. En figure 5B, le chiffre de référence 450 dési- 79. In Figure 5B, the reference figure 450
gne un accumulateur, un turbo-générateur-ou une - an accumulator, a turbo-generator or a
autre source de potentiel électrique decourant con- another source of electrical potential
tinu, le chiffre de référence 451 désigne le dispo- tinu, the reference numeral 451 designates the
sitif à courant constant et le chiffre de référence 452, le condensateur. Ce condensateur est chargé par le dispositif à courant constant 451, tandis constant current and reference numeral 452, the capacitor. This capacitor is charged by the constant current device 451, while
qu'il est déchargé via le conducteur 453-. Le con- that it is discharged via conductor 453-. The con-
ducteur 454 fournit la puissance constante régulière requise pour l'équilibre du système électronique driver 454 provides the regular constant power required for electronic system balance
installé au fond du trou de forage. installed at the bottom of the borehole.
V. DESCRIPTION DU CLAPET DE SIGNALISATION A "FERME- V. DESCRIPTION OF THE "CLOSED" SIGNALING VALVE
TURE AUTOMATIQUE" HYDRAULIQUE.AUTOMATIC TURE "HYDRAULIC.
On a également prévu un système agissant There is also a system
en cas de fonctionnement défectueux qui pourrait se. in case of malfunction that could happen.
produire lorsque le clapet est "collé," en position d'ouverture pendant une-longue période. Un système produce when the flap is "glued," in the open position for a long time. A system
de fermeture automatique du clapet en cas de fonc- automatic closing of the flap in case of
tionnement défectueux de ce type (indiqué par le chiffre de référence 269 en figure 4A) est illustré This type of failure (indicated by reference numeral 269 in Figure 4A) is shown
schématiquement dans les figures 6A, 6B et 6C. schematically in FIGS. 6A, 6B and 6C.
Comme on l'a souligné plus avant dans la présente spécification, le clapet est conçu pour As discussed further in this specification, the valve is designed to
un fonctionnement bistable ou un déclenchement hy- a bistable operation or a hy-
draulique; en d'autres mots, lorsqu'il est ouvert par une impulsion émise par l'enroulement 105 du draulic; in other words, when it is opened by a pulse emitted by the winding 105 of the
solénoïde, il a tendance à rester en position d'ou- solenoid, it tends to remain in a position of
verture et, par la suite, lorsqu'il est fermé par verture and, subsequently, when closed by
une impulsion émise par l'enroulement 106 du solé- a pulse emitted by the winding 106 of the solenoid
notde, il a tendance à rester en position de fer- noting, he tends to remain in a position of
meture. En raison d'un fonctionnement électrique ou mécanique défectueux, le clapet peut rester 11collé' en position d'ouverture. Il est à noter que meture. Due to faulty electrical or mechanical operation, the valve may remain in the open position. It is to highlight that
si ce mauvais fonctionnement se produit, ltopéra- if this malfunction occurs, the
tion de forage peut continuer à se dérouler. Une drill can continue to unfold. A
certaine usure peut apparaître à l'orifice 81 illus- some wear may appear at port 81 illus-
tré en figure 4A. Toutefois, il n'est pas souhai- tré in Figure 4A. However, it is not desirable
table que le système de circulation hydraulique de la boue soit perturbé par l'ouverture du clapet pendant de longues périodes; par ailleurs, bien que l'opération de forage puisse se poursuivre, il est très avantageux que le clapet reste la plupart du temps fermé et qu'il ne soit ouvert que pour table that the hydraulic circulation system of the sludge is disturbed by the opening of the valve for long periods; Moreover, although the drilling operation can continue, it is very advantageous that the valve remains closed most of the time and that it is open only for
produire les courtes impulsions requises pour obte- produce the short pulses required to obtain
nir l'onde de choc hydraulique.the hydraulic shock wave.
Dans les dessins schématiques des fi- In the schematic drawings of the
gures 6A, 6B, 6C, la tige 100 est utilisée pour 6A, 6B, 6C, the rod 100 is used to
pousser le clapet en position de fermeture en exer- push the valve in the closed position while exert-
çant une force vers le bas sur la tige 80 illustrée downward force on the illustrated rod 80
en figure 4B (tige de l'induit du solénoïde). in Figure 4B (armature shaft of the solenoid).
En se référant à présent aux figures Referring now to the figures
6A, 6B, 6C et 6D, l'extrémité supérieure du méca- 6A, 6B, 6C and 6D, the upper end of the mech-
nisme est exposée à la "boue se trouvant dans la conduite de foragel", c'est-à-dire la boue subissant is exposed to the "mud lying in the foragel pipe", that is, the mud undergoing
la pression hydrostatique plus la pression diffé- the hydrostatic pressure plus the different pressure
rentielle au trépan ou, en d'autres mots, la diffé- bit, or in other words, the difference between
rence de pression entre l'intérieur de l'instrument pressure between the inside of the instrument
et l'espace annulaire 60. Si les pompes ne fonc- and the annular space 60. If the pumps do not function
tionnent pas, la pression régnant dans la zone 111 est uniquement hydrostatique; par ailleurs, lorsque the pressure prevailing in zone 111 is only hydrostatic; Moreover, when
les pompes fonctionnent, la pression est non seule- the pumps work, the pressure is not only
ment hydrostatique, mais également différentielle. hydrostatic, but also differential.
Etant donné que la pression différentielle est de l'ordre de 70 à 140 kg/cm2, un important changement de pression se produit dans la zone 111 lors de la Since the differential pressure is of the order of 70 to 140 kg / cm 2, a large pressure change occurs in zone 111 during the
mise en marche des pompes (c'est-à-dire une éléva- start-up of the pumps (ie
tion de pression de 70 à 140 kg/cm2). En figure 6A, si les pompes ne fonctionnent pas, les zones 112, pressure range of 70 to 140 kg / cm 2). In FIG. 6A, if the pumps do not work, the zones 112,
113 subissent la pression régnant dans l'espace an- 113 are subject to the pressure prevailing in the space
nulaire,étant donné que le tube 114 est relié à la chambre 84 qui contient de l'huile sous la pression régnant dans l'espace annulaire (voir figure 4A) et étant donné également que l'orifice 115 relie les nular, since the tube 114 is connected to the chamber 84 which contains oil under the pressure prevailing in the annular space (see Figure 4A) and also because the orifice 115 connects the
zones 112 et 113.areas 112 and 113.
On supposera à présent que les pompes sont mises en marche. La pression régnant dans la zone 111 s'élève alors sensiblement (c'est-à-dire de 70 à 140 kg/cm2), le piston 116 est poussé vers le bas en comprimant le ressort 107 (non représenté It will now be assumed that the pumps are turned on. The pressure prevailing in the zone 111 then rises substantially (that is to say from 70 to 140 kg / cm 2), the piston 116 is pushed down by compressing the spring 107 (not shown
en figure 6B), tandis que l'huile sous haute pres- in Figure 6B), while the oil under high pressure
sion présente dans la zone 112 pousse le piston 108 vers le bas en comprimant le ressort 110 (non représenté). En conséquence, lorsque les pompes sont mises en marche, les éléments représentés en figure 6A prennent la configuration illustrée en figure 6B, tandis que les deux pistons 116 et 108 occupent la position en bas de course, la tige 100 s'étendant également vers le bas comme représenté In the region 112, the piston 108 pushes the piston 108 downwardly compressing the spring 110 (not shown). As a result, when the pumps are turned on, the elements shown in FIG. 6A assume the configuration illustrated in FIG. 6B, while the two pistons 116 and 108 occupy the position at the bottom of the stroke, the rod 100 also extending towards the down as shown
dans le dessin.in the drawing.
24751l41 Or, en raison de l'orifice 115 et de taction du ressort 110, le piston 68 est poussé 24751l41 Now, because of the orifice 115 and the action of the spring 110, the piston 68 is pushed
vers le haut à une vitesse déterminée par la dimen- upward at a speed determined by the size
sion de l'orifice 115, la constante de rappel du ressort 110 et la viscosité de l'huile présente dans les zones 112 et 113. Cette vitesse peut être aisément réglée et amenée à n'importe quelle valeur désirée; par exemple, on peut régler une vitesse à laquelle le piston 108 revient dans sa position initiale en haut de course en une période d'environ orifice 115, the spring restoring constant 110 and the viscosity of the oil present in the zones 112 and 113. This speed can be easily adjusted and brought to any desired value; for example, it is possible to set a speed at which the piston 108 returns to its initial position at the top of the race in a period of about
1 minute. En conséquence, après une minute, le sys- 1 minute. As a result, after one minute, the system
tème prend la configuration illustrée en figure 6C. tem takes the configuration shown in Figure 6C.
Pour les mêmes raisons, lorsque la pompe est arrêtée, sous l'action du ressort 107 et de l'orifice 115, le piston 116 remonte dans sa position initiale For the same reasons, when the pump is stopped, under the action of the spring 107 and the orifice 115, the piston 116 goes back to its initial position
illustrée en figure 6A.illustrated in Figure 6A.
En conséquence, on peut constater que, chaque fois que la pompe à boue démarre, la tige se déplace vers le bas sur une distance '"d" comme représenté en figure 6B, pour revenir ensuite dans sa position normale rétractée. Etant donné que, lors d'une opération normale de forage, la pompe est arrêtée chaque fois que l'on ajoute un joint de conduite de forage, à ce moment (habituellement des longueurs de 9 m), la tige 100 exécute une seule course descendante, pour revenir ensuite dans sa As a result, it can be seen that each time the mud pump starts, the rod moves downward a distance "d" as shown in Figure 6B, and then returns to its normal retracted position. Since, during a normal drilling operation, the pump is stopped each time a drill pipe joint is added, at this time (usually 9 m lengths), the rod 100 executes a single stroke. down, to return then to his
position supérieure initiale.initial top position.
Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, As has been pointed out previously,
la tige 100 est conçue de telle sorte que, lors- the rod 100 is designed so that, when
qu'elle est en extension vers le bas, elle pousse la tige 80 de l'induit du solénoïde (figure 4A) vers it is in extension downwards, it pushes the stem 80 of the solenoid armature (FIG.
le bas en fermant le clapet. Dès lors, le disposi- the bottom by closing the flap. Therefore, the
tif illustré dans les figures 6A, 6B, 6C et 6D est un dispositif de "sécurité,", c'est-à-dire que, si FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D are a "security device," that is, if,
le clapet reste "collé" dans la position d'ouver- the valve remains "stuck" in the open position
ture suite à un défaut de fonctionnement électrique ou mécanique, le clapet est alors nécessairement amené-à se fermer après une longueur maximale de due to an electrical or mechanical malfunction, the valve is then necessarily forced to close after a maximum length of
forage de 9 m.9 m drilling.
La figure 6D est le dessin technique du dispositif illustré schématiquement dans les figures 6A, 6B et 6C. Dans l'instrument réel, le Figure 6D is the technical drawing of the device schematically illustrated in Figures 6A, 6B and 6C. In the real instrument, the
dispositif illustré en figure 6D est placé à l'en- device shown in Figure 6D is placed in the
droit 269 illustré en figure 4A. En figure 6D, on utilise les mêmes chiffres de référence pour désigner les éléments semblables des figures 6A, right 269 shown in FIG. 4A. In FIG. 6D, the same reference numerals are used to designate the similar elements of FIG. 6A.
6B, 6C et 4A.6B, 6C and 4A.
VI. DESCRIPTION DU SYSTEME ELECTRONIQUE A "SECURITE VI. DESCRIPTION OF THE ELECTRONIC SYSTEM WITH SAFETY
INTEGREE" POUR LE CLAPET DE SIGNALISATION. INTEGRATED "FOR THE SIGNALING VALVE.
Le système hydraulique de "fermeture automatique" décrit en se référant aux figures 6A, 6B, 6C et 6D fermera automatiquement le clapet chaque fois que les pompes à boue sont arrêtées et remises en marche, permettant ainsi de remédier à tout collage mécanique du clapet. Toutefois, il est un cas requérant plus d'attention encore: si The hydraulic "automatic closing" system described with reference to FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D will automatically close the valve each time the sludge pumps are stopped and restarted, thus making it possible to remedy any mechanical sticking of the valve. However, it is a case requiring even more attention:
le circuit électrique de "fermeture" 103, 109 illus- the "closing" electrical circuit 103, 109 illus-
tré en figure S.5A vient à subir une défaillance pour in figure S.5A suffers a failure for
quelque raison que ce soit (par exemple, un enroule- for whatever reason (for example, a roll-up
ment de solénoïde brûlé), le clapet se rouvre alors électriquement peu de temps après que le dispositif burned solenoid), the valve then reopens electrically shortly after the device
hydraulique de "fermeture automatique" l'ait fermé. hydraulic "automatic closing" closed it.
La figure 6E représente un système électrique empêchant le clapet de fonctionner en FIG. 6E shows an electrical system preventing the valve from operating in
cas de défaillance électrique de l'appareil ins- case of electrical failure of the device
tallé au fond du trou de forage. La référence S désigne l'enroulement du solénoïde qui "ferme" le installed at the bottom of the borehole. The reference S designates the winding of the solenoid which "closes" the
clapet, tandis que la référence S2 désigne l'enrou- valve, while the reference S2 designates the coil
lement du solénotde qui 1l'"ouvre"l. La résistance R1 est raccordée en série avec la partie du circuit the solenoid which "opens" it. The resistor R1 is connected in series with the part of the circuit
d'attaque 104 du solénoïde qui actionne l'enroule- 104 of the solenoid which drives the winding
ment de "fermeture" S de ce dernier. La résistance R2 est raccordée en série avec la partie du circuit "closure" S of the latter. The resistor R2 is connected in series with the part of the circuit
d'attaque 104 du solénorde qui actionne l'enroule- 104 of the solenord that drives the wind
ment d'ouverture" S2 de ce dernier. Ces résistances ont une très faible valeur ohmique (environ 0,05 à 0,2 ohm). Il est entendu que le fonctionnement du système décrit en détail en se référant à la figure A de la présente spécification est le suivant: l'impulsion de courant électrique d"'ouverture" est The resistors have a very low ohmic value (about 0.05 to 0.2 ohm) and it is understood that the operation of the system described in detail with reference to Figure A of FIG. This specification is as follows: the "opening" electrical current pulse is
émise en premier lieu et elle est représentée sché- issued in the first place and is represented
matiquement en figure 6E par l'impulsion 300; l'impulsion de courant électrique de "fermeture" est produite ultérieurement (après un temps t y) et elle est représentée schématiquement en 301 dans la figure 6E. Il est à noter que ces impulsions électriques 300 et 301 représentent le courant débité par les in Figure 6E by pulse 300; the "closing" electric current pulse is produced later (after a time t y) and is shown schematically at 301 in FIG. 6E. It should be noted that these electrical pulses 300 and 301 represent the current delivered by the
enroulements du soléno5de et non la tension appli- solenoid windings and not the applied voltage
quée (les résistances R1 et R2 produisent les chutes de tension R1i, et R2i2, il et i2 indiquant les courants passant par les enroulements respectifs du solénorde; en conséquence, si un des enroulements S1 et S2 est brûlé ou est en circuit ouvert, aucun courant ne passe et aucune impulsion correspondante the resistors R1 and R2 produce the voltage drops R1i, and R2i2, i1 and i2 indicate the currents flowing through the respective windings of the solenord, therefore, if one of the windings S1 and S2 is burned or is in open circuit, no current does not pass and no corresponding pulse
n'est produite (de la même manière, en cas de n'im- produced (in the same way, in the event of any
porte quelle autre défaillance électrique, le cou- what other electrical failure, the
rant ne passera pas par une ou les deux résistances will not go through one or both resistors
RI, R2).R1, R2).
Le laps de temps t de la figure 6E, de même que le laps de temps tx ont été expliqués The time interval t in FIG. 6E, as well as the time period tx, have been explained.
et définis ci-dessus en se référant à la figure SA. and defined above with reference to FIG.
Le retard de l'élément 302 est égal à t y. En d'autres mots, à la sortie de l'élément The delay of the element 302 is equal to t y. In other words, at the exit of the element
302, est émise une impulsion identique à l'impul- 302, an impulse identical to the impulse
sion d'entrée, mais retardée du temps t y. Ces systèmes à retard sont bien connus et ne nécessitent input, but delayed by the time t y. These delay systems are well known and do not require
ici aucune description.here no description.
Etant donné que le retard de l'élément 302 est égal à ty, l'impulsion représentée par le chiffre de référence 303 sera en coïncidence de Since the delay of the element 302 is equal to ty, the pulse represented by the reference numeral 303 will be in coincidence with
*temps avec l'impulsion 301.* time with pulse 301.
Le circuit 304 est un circuit d'anti- cotncidence (également connu sous le nom de "porte OU") et sa sortie 305 émet un signal électrique uniquement lorsqu'il reçoit une des impulsions 301, 303, cependant qu'il n'émet aucun signal de sortie Circuit 304 is an anti-coincidence circuit (also known as an "OR" gate) and its output 305 emits an electrical signal only when it receives one of pulses 301, 303, but does not transmit no output signal
lorsque les deux impulsions 301 et 303 sont pré- when the two pulses 301 and 303 are pre-
sentes. Le chiffre de référence 306 désigne un paths. Reference numeral 306 designates a
relais actionné par le signal acheminé par le con- relay actuated by the signal conveyed by the con-
ducteur 305, ce relais étant conçu pour couper l'alimentation de courant allant à l'instrument installé au fond du trou de forage. Dès lors, s'il 305, this relay being designed to cut the power supply to the instrument installed at the bottom of the borehole. Therefore, if
n'y a qu'une impulsion de "fermeture" (sans l'impul- there is only a "closing" impulse (without the impulse
sion d'ouverture") ou s'il n'y a qu'une impulsion d'ouverture" (sans l'impulsion de "fermeture"), le courant alimen4ant la source motrice installée au fond du trou de forage est coupé et ensuite, le système hydraulique de "fermeture automatique" décrit en se référant à la figure 6D assure une opening pressure ") or if there is only one opening pulse" (without the "closing" pulse), the power supply to the power source installed at the bottom of the borehole is cut and then , the hydraulic "automatic closing" system described with reference to FIG.
fermeture mécanique.mechanical closure.
En variante du système illustré en figure 6E, le relais 306 (qui peut, bien entendu, être un commutateur électronique comportant des transistors) peut être conçu pour couper le courant alimentant uniquement le circuit prévu pour le solénoïde d'ouverture". Il en résulterait certains As an alternative to the system illustrated in FIG. 6E, the relay 306 (which may, of course, be an electronic switch having transistors) may be designed to cut off the current supplying only the circuit provided for the opening solenoid ". some
avantages, puisqu'aussi bien le circuit de "ferme- advantages, since both the
turel" continuerait à fonctionner, alors qu'un des objectifs envisagés est d'assurer la "fermeture" du clapet. De plus, un compteur électronique 314 peut être installé entre le circuit "OU" et le relais 306 afin que l'alimentation de courant ne "One of the objectives envisaged is to ensure the" closure "of the valve, and an electronic meter 314 can be installed between the" OR "circuit and the relay 306 so that the power supply of the valve current does not
soit pas coupée par un seul défaut de fonctionne- not be cut by a single malfunction
ment électrique. Par exemple, l'alimentation ne sera coupée qu'après 2, 4 ou 8 fonctionnements electricity. For example, the power will be cut off only after 2, 4 or 8 operations
défectueux successifs.successive defective.
VII. DESCRIPTION DU SYSTEME AUTOMATIQUE DE COUPURE VII. DESCRIPTION OF THE AUTOMATIC CUTTING SYSTEM
DE LA SOURCE MOTRICE DU CLAPET DE SIGNALISATION. OF THE MOTOR SOURCE OF THE SIGNALING VALVE.
Comme on l'a souligné précédemment dans la présente spécification, un fonctionnement très As pointed out earlier in this specification, a very
rapide du clapet 40 illustré en figure 4A est impor- The quick release of the valve 40 illustrated in FIG. 4A is important.
tant. L'onde de choc requise ne sera pas produite si le clapet fonctionne lentement. Etant donné As. The required shock wave will not be produced if the damper operates slowly. Given
que le clapet et son mécanisme de commande repré- that the valve and its control mechanism represent
sentent une masse considérable, une forte puissance est nécessaire pour ouvrir ou fermer ce clapet au moment voulu. Cette puissance est de l'ordre de 1/2 à 3/4 cheval-vapeur et elle peut être fournie par une source d'alimentation du type décrit au chapitre IV de la présente spécification. Tout comme dans tous les systèmes de ce type, une marge de puissance est requise pour assurer à tout moment feel a considerable mass, a strong power is needed to open or close this valve at the desired time. This power is of the order of 1/2 to 3/4 horsepower and can be provided by a power source of the type described in Chapter IV of this specification. As in all systems of this type, a power margin is required to ensure at all times
l'ouverture ou la fermeture du clapet sur commande. the opening or closing of the valve on order.
Les différents "circuits logiques" électroniques, de même que les différents"circuits de source motrice" représentés en figure SA sont conçus pour émettre des impulsions de tension rectangulaires The different electronic "logic circuits", as well as the different "power source circuits" shown in FIG. SA are designed to emit rectangular voltage pulses
104B et 104C d'une durée d'environ 40 à 50 milli- 104B and 104C with a duration of approximately 40 to 50 milli-
secondes afin d'assurer l'excitation des enroule- seconds to ensure the excitement of the windings
ments 105 et 106 du solénoide pendant un laps de temps suffisant pour permettre le fonctionnement du clapet. La figure 5E représente plus en détail l'impulsion de tension 104b de la figure SA. Au moment 0, la tension est appliquée brusquement par 105 and 106 solenoid for a period of time sufficient to allow the operation of the valve. FIG. 5E shows in more detail the voltage pulse 104b of FIG. At moment 0, the voltage is applied suddenly by
la source motrice 104 et elle s'élève presque ins- the driving source 104 and it rises almost
tantanément jusqu'à la valeur indiquée par le chif- up to the value indicated by the
fre 270, puis elle reste à cette valeur pendant 50 millisecondes et ensuite, elle est coupée et retombe (à nouveau presque instantanément) à la fre 270, then it stays at that value for 50 milliseconds and then it is cut off and falls back (again almost instantly) to the
valeur 0.value 0.
Il est très instructif d'étudier le mouvement du clapet en mesurant le débit de courant dans l'enroulement d'attaque du solénorde et en construisant un graphique (voir figure 5D). D'après ce graphique, on peut étudier quantitativement le comportement du clapet. La figure 5D représente un graphique de ce type sous forme d'un oscillogramme du courant en fonction du temps. (Ce courant est mesuré, par exemple, par la tension appliquée à la It is very instructive to study the movement of the valve by measuring the current flow in the solenord's drive winding and building a graph (see Figure 5D). From this graph, one can study quantitatively the behavior of the valve. FIG. 5D represents a graph of this type in the form of an oscillogram of the current as a function of time. (This current is measured, for example, by the voltage applied to the
résistance R1 ou R2 de la figure 6E). resistor R1 or R2 of Figure 6E).
Il importe de comprendre que c'est le courant passant par l'enroulement du solênoúde qui détermine la force exercée sur la tige 68 du clapet (représentée en figure 4A), puisqu'aussi bien les It is important to understand that it is the current passing through the winding of the solenoid that determines the force exerted on the stem 68 of the valve (represented in FIG. 4A), since both the
ampèretours déterminent 1' attraction électromagné- amperes determine the electromagnetic attraction
tique. Etant donné que les enroulements du solé- tick. Since the windings of the solenoid
norde ont une inductance, le courant ne s'accumulera northe have an inductor, the current will not accumulate
pas instantanément en cas d'application d'une ten- not instantly when applying a
sion brusque comme représenté en figure 5E. Si le solénoïde est constitué d'un simple inducteur, le courant s'accumulera alors suivant une simple courbe exponentielle 271 illustrée en pointillés dans la figure 5D. En réalité, il se produit un phénomène tout différent: lorsque le clapet fonctionne (s'ouvre ou se ferme), il se produit un mouvement brusque de l'induit du solénorde 79 de la figure 4B suddenly as shown in FIG. 5E. If the solenoid consists of a simple inductor, the current will accumulate then according to a simple exponential curve 271 shown in dashed lines in FIG. 5D. In reality, there is a very different phenomenon: when the valve works (opens or closes), there is a sudden movement of the solenorde armature 79 of Figure 4B
et il se produit une force contre-électromotrice. and a counter-electromotive force is produced.
Cette force contre-électromotrice est provoquée par la vitesse de l'induit qui change rapidement (élève) l'inductance de l'enroulement en cause du' solénoïde 79. En figure 5D, la courbe 271 est la courbe approximative du courant en fonction du temps dans l'enroulement du solénoïde 79 lorsque -l'induit de ce dernier et la tige 68 du clapet sont This counter-electromotive force is caused by the speed of the armature which rapidly changes (elevates) the inductance of the winding in cause of the solenoid 79. In FIG. 5D, the curve 271 is the approximate curve of the current as a function of the time in the winding of the solenoid 79 when the armature of the latter and the stem 68 of the valve are
"bloqués" dans la position "ouverte" ou "'fermée"'. "blocked" in the "open" or "closed" position.
La courbe en traits pleins 272 de la figure 5D re- The solid line curve 272 of FIG.
présente l'accumulation réelle de courant se pro- present the actual accumulation of current is pro-
duisant lorsque le clapet n'est pas bloqué, c'est- when the flap is not blocked, that means
à-dire dans les conditions réelles de fonctionnement (ouverture ou fermeture). Les courbes 272 pour les ie under actual operating conditions (opening or closing). Curves 272 for
ouvertures ou les fermetures sont très semblables. openings or closures are very similar.
On constate qu'après l'application de la tension, la courbe 272 monte progressivement (en raison de l'inductance des enroulements respectifs 105 et 106 du solénorde) jusqu'à ce qu'elle atteigne, dans l'exemple illustré, la valeur de 4 ampères au moment It is found that after the application of the voltage, the curve 272 rises progressively (due to the inductance of the respective windings 105 and 106 of the solenord) until it reaches, in the example illustrated, the value 4 amps at the moment
T qui est de 20 millisecondes. Ensuite, il se pro- T which is 20 milliseconds. Then, it happens
duit une chute brusque de courant atteignant la va- a sudden drop in current reaching the
leur inférieure de 2,2 ampères au moment T1, qui est their lower than 2.2 amps at the moment T1, which is
de 25 millisecondes. Après le moment T1 = 25 milli- 25 milliseconds. After the moment T1 = 25 milli-
secondes, le courant s'élève à nouveau conformément à la courbe "exponentielle" habituelle jusqu'à ce qu'il atteigne, de manière asymptotique, la valeur seconds, the current rises again according to the usual "exponential" curve until it reaches, asymptotically, the value
d'environ 10 ampères au bout du laps de temps d'en- about 10 amps after the lapse of time
viron 60 millisecondes (cette valeur est déterminée par la résistance de l'enroulement de solénorde qui, about 60 milliseconds (this value is determined by the resistance of the solenorde winding which,
dans l'exemple donné, est de 4,7 ohms). in the example given, is 4.7 ohms).
En étudiant la courbe 272 de la figure D, on constatera que le clapet 40 commence à s'ou- vrir ou à se fermer au moment TO0 = 20 millisecondes et qu'il achève son mouvement au moment T1 = 25 millisecondes. Comme on l a souligné précédemment, une situation presque identique se produit au cours de litouverture" ou de la "fermeture" du clapet et Examining the curve 272 of FIG. D, it will be seen that the valve 40 begins to open or close at the moment TO0 = 20 milliseconds and that it completes its movement at the moment T1 = 25 milliseconds. As has been pointed out above, an almost identical situation occurs during the "opening" or "closing" of the flap and
la courbe 272 indique qu'au moment T = 20 milli- curve 272 indicates that at the moment T = 20 milli-
secondes, le clapet commence son mouvement, lequel seconds, the flapper starts its movement, which
est achevé au moment T1 = 25 millisecondes. is completed at time T1 = 25 milliseconds.
Il importe de noter quele moment T1 = millisecondes représenté en figure 5D est donné en guise d'exemple spécifique et qu'il dépend d'un certain nombre de facteurs. C'est ainsi qu'à de - 24?51ii hautes pressions différentielles, T1 sera supérieur à 25 millisecondes et pourra atteindre 30, 35 ou 40 millisecondes. Il suffit de stipuler que le moment It is important to note that the moment T1 = milliseconds shown in FIG. 5D is given as a specific example and depends on a number of factors. Thus, at high differential pressures, T1 will be greater than 25 milliseconds and may reach 30, 35 or 40 milliseconds. Just stipulate that the moment
T1 en figure 5D indique le moment auquel le fonction- T1 in Figure 5D indicates the moment at which the function
nement du clapet est achevé et quelle courant s'écou- lant entre T1 et 50 millisecondes est, en fait of the valve has been completed and which flow between T1 and 50 milliseconds is actually
nperduf, puisqu'aussi bien le fonctionnement du cla- ndifferent, since both the functioning of the
pet est déjà achevé. Ce temps supplémentaire est un "facteur de sécurité" grâce auquel, même dans des conditions néfastes, le clapet fonctionne toujours pet is already finished. This extra time is a "safety factor" that, even under adverse conditions, the valve always works
lorsque l'impulsion de tension est appliquée. when the voltage pulse is applied.
Suivant la présente invention, on uti- According to the present invention, it is
lise le signal émis au moment T1 pour couper toute alimentation de courant vers le solénorde 79. En conséquence, on économise tout le courant passant reads the signal transmitted at the time T1 to cut off all power supply to the solenorde 79. As a result, all the current
entre le moment T et le temps de 50 millisecondes. between the moment T and the time of 50 milliseconds.
(réduisant ainsi sensiblement la quantité totale d'énergie requise pour faire fonctionner le clapet ). Il est à noter que le "facteur de sécurité" (thus substantially reducing the total amount of energy required to operate the valve). It should be noted that the "safety factor"
dont question ci-dessus est maintenu dans son inté- above question is maintained in its entirety.
gralité; le courant continue d'être appliqué jus- gralité; the current continues to be applied until
qu'à ce que le fonctionnement du clapet (ouverture that the functioning of the flap (opening
ou fermeture) s'achève.or closing) ends.
Le circuit électronique utilisé pour réaliser le but précité est illustré en figure 5C dans laquelle le chiffre de référence 104 désigne la source motrice illustrée en figure 4A. Entre la source motrice 104 et la terre, est intercalée The electronic circuit used to achieve the above purpose is illustrated in Figure 5C in which the reference numeral 104 designates the power source illustrated in Figure 4A. Between the driving source 104 and the earth, is interspersed
une résistance (R1 ou R2) de faible valeur (compa- resistance (R1 or R2) of low value
rativement à la résistance du solénorde),par exemple, de 0,2 ohm. En conséquence, la tension appliquée à cette résistance est proportionnelle au courant alimentant l'enroulement particulier 105 ou 106 du solénorde. (Deux circuits du type représenté en figure 5C sont nécessaires: un premier pour la source motrice du solénorde d'ouverture et un relative to the resistance of the solenord), for example, 0.2 ohm. As a result, the voltage applied to this resistor is proportional to the current supplying the particular winding 105 or 106 of the solenorde. (Two circuits of the type shown in FIG. 5C are necessary: a first for the driving source of the opening solenorde and a
second, pour la source motrice du solénorde de fer- second, for the driving source of the iron solen
meture; toutefois, pour simplifier l'illustration, un seul circuit est représenté en figure 5C). Le chiffre de référence 273 désigne unamplificateur classique et, à la sortie de ce dernier, la courbe de tension 272a de la figure 5C sera une réplique de la courbe 272 de la figure 5D. Le chiffre de référence 274 désigne un dérivateur (bien connu dans la technique de l'électronique) produisant une tension de sortie proportionnelle à la première dérivée de temps de sa tension d'entrée. La courbe 275 représente cette tension dérivée. En observant la courbe 272 ou 272a, on peut constater que la dérivée (pente) de la courbe est toujours positive, sauf pendant les laps de temps compris entre T0 et meture; however, to simplify the illustration, only one circuit is shown in FIG. 5C). The reference numeral 273 designates a conventional amplifier and, at the output of the latter, the voltage curve 272a of FIG. 5C will be a replica of the curve 272 of FIG. 5D. Reference numeral 274 denotes a differentiator (well known in the electronics art) producing an output voltage proportional to the first time derivative of its input voltage. Curve 275 represents this derived voltage. By observing the curve 272 or 272a, it can be seen that the derivative (slope) of the curve is always positive, except for the lapse of time between T0 and
T1 au cours desquels la pente (dérivée) est négative. T1 in which the slope (derivative) is negative.
Sur la courbe 275, seule l'impulsion 276 est négati- On curve 275, only pulse 276 is negative.
ve. Le chiffre de référence 277 représente un re- ve. Reference numeral 277 represents a
dresseur classique conçu pour ne laisser passer classic trainer designed to let pass
que l'impulsion 276 comme représenté dans le gra- that the pulse 276 as represented in the graph
phique 278. Le chiffre de référence 279 représente un circuit électronique à retard (également bien connu dans la technique) émettant une impulsion de sortie 276b qui est une réplique de l'impulsion The reference numeral 279 represents a delay electronic circuit (also well known in the art) emitting an output pulse 276b which is a replica of the pulse.
d'entrée, mais qui est retardée du temps T1-T0. input, but which is delayed by T1-T0.
Dès lors, telle qu'elle est représentée dans le Therefore, as represented in the
graphique 280, l'impulsion 276b est émise légère- graph 280, the pulse 276b is emitted lightly
ment au-delà du moment Ti. Cette impulsion 276b est appliquée à un commutateur électronique 281 qui 'est conçu pour couper le courant alimentant la source motrice 104, arrêtant ainsi le flux de beyond the moment Ti. This pulse 276b is applied to an electronic switch 281 which is designed to cut off power to the power source 104, thereby stopping the flow of power.
courant presque immédiatement après le fonctionne- running almost immediately after the
ment du clapet 40 (ouverture ou fermeture). Ce com- valve 40 (opening or closing). This com
mutateur électronique 281 est conçu pour remettre la source motrice 104 en service après un laps de temps approprié. Ce processus se répète lors de Electronic mutator 281 is designed to put the power source 104 back into service after a suitable period of time. This process is repeated when
4 75 1 114 75 1 11
l'émission de ltimpulsion suivante 104a (ou 104b). the next pulse emission 104a (or 104b).
Il importe de noter que les économies dténergie pouvant être réalisées en exploitant cet aspect de la présente invention, peuvent être très importantes. Etant donné que des puissances très It is important to note that the energy savings that can be realized by exploiting this aspect of the present invention can be very important. Since very strong powers
importantes sont nécessaires pour actionner le cla- important to operate the
pet 40 à la grande vitesse requise, ces économies sont très sensibles et, dans l'exemple illustré, pet 40 at the required high speed, these savings are very sensitive and, in the illustrated example,
elles pourraient augmenter jusqu'à cinq fois la- they could increase up to five times
durée de vie des accumulateurs.lifetime of accumulators.
VIII. DESCRIPTION DE LA STRUCTURE-DU PROTECTEUR VIII. DESCRIPTION OF THE STRUCTURE OF THE PROTECTOR
ET DU LOGEMENT POUR L'INSTRUMENT SPECIAL DE AND HOUSING FOR THE SPECIAL INSTRUMENT
TELEMESURE.TELEMETRY.
Une caractéristique importante de l'ap- An important feature of the
pareil-de mesure en cours de forage suivant la pré- the same measurement during drilling according to the
sente invention est son caractère pratique, c'est- invention is its practical character, that is,
à-dire la commodité et la facilité avec lesquelles il peut être adapté au train de tiges de forage, ainsi qu'aux instruments et au matériel existants pour le forage des puits de pétrole. Dans les essais de la technique antérieure, de grands logements spéciaux that is, the convenience and ease with which it can be adapted to drill string, as well as existing instruments and equipment for drilling oil wells. In prior art tests, large special dwellings
en acier d'une longueur de 9 m ou plus et d'un dia- steel of a length of 9 m or more and a diameter of
mètre de 203 mm sont nécessaires pour enfermer les instruments compliqués; par ailleurs, le transport de ces logements d'un endroit à un autre nécessite 203mm meter are required to enclose complicated instruments; Moreover, transporting these dwellings from one place to another requires
des véhicules spéciaux. Dans l'appareil de la pré- special vehicles. In the apparatus of the pre-
sente invention, étant donné qu'aucun mécanisme à clapet n'est intercalé dans le courant principal de boue, on peut éliminer le logement spécial d'un poids important, d'une très grande longueur et d'un prix élevé (environ 9 m de long) et il ne faut qu'une courte section de collier de forage (que In this invention, since no flap mechanism is interposed in the main sludge stream, the special housing can be removed from a large weight, a very long length and a high price (about 9 m). long) and only a short section of drill collar
l'on appelle "protecteur"). Dans la forme de réa- we call it "protector"). In the form of real
lisation pratique de la présente invention, ce protecteur n'a qu'une longueur de 914 mm et un diamètre de 171 mm (au lieu de la longueur de 9 m As a practical embodiment of the present invention, this protector has a length of 914 mm and a diameter of 171 mm (instead of the length of 9 m
qui était nécessaire antérieurement). which was necessary previously).
En conséquence, une des caractéristi- Consequently, one of the characteristics
ques importantes de la présente invention réside important aspects of the present invention lies in
dans le fait que l'on ne doit pas utiliser des lo- in the fact that one does not have to use
gements spéciaux d'un poids élevé et d'une grande longueur. Cette caractéristique est avantageuse,en particulier, lorsqu'on doit obtenir,au fond d'un trou de forage,des mesures magnétiques telles que des indications au compas (par exemple, special items of high weight and length. This characteristic is advantageous, in particular when it is necessary to obtain, at the bottom of a borehole, magnetic measurements such as compass indications (for example,
la conduite du forage dans un trou dévié),lesquelles nécessi- drilling in a deviated hole), which necessitates
tent l'utilisation de colliers de forage non magnétiques. Les use non-magnetic drill collars. The
colliers de forage non magnétiques sont non seule- non-magnetic drill collars are not only
ment d'un poids important (2 à 3 tonnes), mais éga- significant weight (2 to 3 tonnes), but also
lement d'un prix extrêmement élevé (chacun, 20.000 an extremely high price (each 20,000
dollars du système monétaire des Etats-Unis dtAmé- dollars from the United States monetary system of
rique), étant donné qu'ils doivent être fabriqués en une matière strictement non magnétique telle que le "Monel K". Dans la construction de l'appareil de la présente invention, on utilise des colliers de forage 'normalisés de 1' "API"I (= "American Petroleum Institute") ayant des diamètres extérieurs However, they must be made of a strictly non-magnetic material such as "Monel K". In the construction of the apparatus of the present invention, standard "API" I (= "American Petroleum Institute") drill collars having outer diameters are used.
de 152 à 228 mm (soit les dimensions les plus cou- from 152 to 228 mm (the most
rantes). Tous les colliers normalisés de 1'tAPIII RANTES). All standard TAPIII collars
ont un diamètre intérieur de 71,4 + 1,587 - 0 mm. have an inside diameter of 71.4 + 1.587 - 0 mm.
La simplicité, les petites dimensions et la cons- Simplicity, small dimensions and consistency
truction coaxiale du système de clapet de la pré- coaxial truction of the valve system of the pre-
sente invention et des éléments y associés permet- invention and associated elements
tent de réaliser une caractéristique spéciale l'ensemble de la source motrice en cause et de l'équipement y associé peut être installé dans un tube résistant à la pression et d'un diamètre suffisamment réduit pour pouvoir l'introduire dans l'alésage intérieur (71,4 mm) d'un collier de forage normalisé "API" sans gêner exagérément le special feature the entire driving source in question and associated equipment may be installed in a pressure-resistant tube of sufficiently small diameter to be able to be inserted into the inner bore ( 71.4 mm) of a standardized drill collar "API" without unduly disturbing the
flux de boue. Certains capteurs peuvent être ins- mud flow. Some sensors can be
tallés aussi près que possible du trépan de forage. as close as possible to the drill bit.
En particulier, un capteur à rayons gamma installé 4?511i au fond du trou de forage doit être en mesure de In particular, a gamma-ray sensor installed 4? 511i at the bottom of the borehole must be able to
détecter la pénétration du trépan dans une forma- detect the penetration of the bit into a forma-
tion lithologique donnée dès que cette pénétration a lieu. De plus, certains capteurs tels qu'un inclinomètre à compas installé au fond d'un trou de forage, exigent un indexage précis vis-à-vis de la "face de lithology given as soon as this penetration takes place. In addition, some sensors such as a compass inclinometer installed at the bottom of a borehole, require precise indexing vis-à-vis the "face of
l'outil" que l'on utilise dans le forage direction- the tool "that is used in directional drilling
nel. En outre, un inclinomètre à compas doit être installé à une distance importante de n'importe quelle matière magnétique ou paramagnétique. De plus, lorsqu'on utilise un inclinomètre à compas, les logements 250a et 250b de la figure 7A doivent être soigneusement indexés angulairement visà-vis nel. In addition, a compass inclinometer must be installed at a significant distance from any magnetic or paramagnetic material. Moreover, when using a compass inclinometer, the housings 250a and 250b of FIG. 7A must be carefully indexed angularly with respect to each other.
du protecteur 253 qui, à son tour, est indexé vis- protector 253 which, in turn, is indexed
à-vis du "protecteur courbe"t utilisé dans le forage directionnel. Le "protecteur courbe" comporte un repère d'indexage 253a et l'angle de ce repère doit to the "curved protector" t used in directional drilling. The "curved protector" has an indexing mark 253a and the angle of this mark must
être dans une relation angulaire constante et me- to be in a constant angular relationship and
surée vis-à-vis du repère d'indexage 254a prévu sur le protecteur de télémesure 254. Cet angle connu (représentant l'angle compris entre les repères d'indexage 253a et 254a) est ensuite introduit dans le calcul intervenant pour la détermination de la portée et de l'angle vis-à-vis d'un plan vertical The known angle (representing the angle between the indexing marks 253a and 254a) is then introduced into the calculation involved the range and angle to a vertical plane
du 'protecteur courbet".of the 'courbet protector'.
La figure 7A est un schéma montrant l'instrument spécial de télémesure 50 et illustrant le système dans lequel l"'outil spécial de grande longueur" est éliminé et dans lequel également il ne faut qu'une courte section de collier de forage, ainsi qu'on l'a mentionné précédemment. En figure 7A, un logement désigné par le chiffre de référence 250 est consitué d'une partie supérieure 250a et d'une partie inférieure 250b comme décrit cidessus en se référant à la figure 4A. La partie supérieure Fig. 7A is a diagram showing the special telemetry instrument 50 and illustrating the system in which the "special long tool" is removed and in which also only a short section of drill collar is needed, as well as it has been mentioned previously. In Fig. 7A, a housing designated by reference numeral 250 is constituted of an upper portion 250a and a lower portion 250b as described above with reference to Fig. 4A. The upper portion
?475111? 475,111
250a est enfermée à l'intérieur d'un court protec- 250a is locked inside a short protection
teur 254 (longueur: environ 914 mm seulement). 254 (length: approximately 914 mm only).
Ce court protecteur est spécialement alésé à un diamètre intérieur (par exemple, 114 mm) suffisant pour loger l'assemblage de clapet 40 et également pour permettre l'écoulement libre de la boue de forage dans cette partie supérieure 250a via les This short protector is specially bored to an inside diameter (for example, 114 mm) sufficient to house the valve assembly 40 and also to allow free flow of the drilling mud into this upper portion 250a via the
passages 61 qui sont également représentés en fi- passages 61 which are also represented in
gure 4A. Le logement 250a a un petit diamètre (de préférence, un diamètre extérieur de 68,2 mm ou moins). Un collier de forage 255 fourni par l'utilisateur (société pétrolière ou entrepreneur de forage) a habituellement une longueur de 9 m, Figure 4A. The housing 250a has a small diameter (preferably an outer diameter of 68.2 mm or less). A user-supplied drill collar 255 (oil company or drilling contractor) is usually 9 m long,
tandis que son poids et son prix sont importants. while its weight and price are important.
Comme on l'a souligné ci-dessus, le diamètre inté- As noted above, the diameter
rieur d'un collier de frage normalisé "'API"I est de 71,4 - 0 + 1,587 mm. Des organes de centrage 256 sont prévus pour le logement inférieur 250b. Ces organes ont un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du collier de forage normalisé For example, the standard API "frage" collar is 71.4 - 0 + 1.587 mm. Centering members 256 are provided for the lower housing 250b. These members have a diameter slightly smaller than the inside diameter of the standard drill collar
I"API"I, par exemple, un diamètre extérieur de 69,8 mm. I "API" I, for example, an outer diameter of 69.8 mm.
Un faible jeu est très important pour empêcher le "tbroutagell lorsque l'instrument est soumis à des A weak game is very important to prevent the "tbroutagell" when the instrument is subjected to
vibrations en cours de forage. Le passage d'évacua- vibrations during drilling. The passage of evacuation
tion 85 est identique à celui représenté en figure 4A. Le logement 250b est suspendu à l'intérieur du protecteur 254 par des éléments de fixation (non représentés). La section transversale des éléments de centrage 256 (comme représenté en figure 7B) est conçue de façon à ménager des fentes ou des passages 258 permettant l'écoulement libre 85 is identical to that shown in Figure 4A. The housing 250b is suspended inside the protector 254 by fasteners (not shown). The cross section of the centering members 256 (as shown in Fig. 7B) is designed to provide slots or passages 258 for free flow.
de la boue de forage.drilling mud.
En réalité, la section inférieure 250b In reality, the lower section 250b
du logement est constituée de plusieurs sous-sec- housing consists of several sub-sectors
tions qui sont assemblées l'une à l'autre par un élément spécial représenté en figure 7C. Comme which are connected to each other by a special element shown in FIG. 7C. As
24751 124751 1
-52-52
le montre cette figure 7C, chaque sous-section com- this figure 7C shows, each sub-section
porte, à son extrémité supérieure, une rainure 260 et, à son extrémité inférieure, une saillie ou une dent 261. La saillie 261 d'une soussection vient s'engager exactement dans la rainure 260 de la sous- section adjacente. Les sous-sections adjacentes sont maintenues par un manchon d'assemblage 262 venant se loger exactement dans les extrémités des sous-sections. Des ouvertures circulaires 263 pratiquées dans les sous-sections sont mises en alignement avec des ouvertures filetées respectives 264 pratiquées dans le manchon d'assemblage 262 et les éléments sont fixés par des vis 265. L'élément spécial d'assemblage illustré en figure 7C assure un indexage angulaire précis lorsque le protecteur door, at its upper end, a groove 260 and, at its lower end, a projection or a tooth 261. The projection 261 of a sub-section is engaged exactly in the groove 260 of the adjacent subsection. The adjacent subsections are held by an assembly sleeve 262 which fits exactly in the ends of the subsections. Circular openings 263 made in the subsections are aligned with respective threaded openings 264 in the assembly sleeve 262 and the members are secured by screws 265. The special assembly member illustrated in FIG. precise angular indexing when the protector
253 est un "protecteur courbe". Comme on l'a sou- 253 is a "curved protector". As we have
ligné précédemment, l'angle formé entre les repères- line, the angle formed between the markers
d'indexage 253a et 254a doit 8tre connu afin de calculer l'angle formé par rapport à la verticale du "protecteur courbe". Il est également nécessaire de connaître le déplacement angulaire entre les axes d'un magnétomètre/inclinomètre et le repère 254a, ce déplacement angulaire ne devant pas varier 253a and 254a must be known in order to calculate the angle formed with respect to the vertical of the "curved protector". It is also necessary to know the angular displacement between the axes of a magnetometer / inclinometer and the mark 254a, this angular displacement not having to vary.
au cours de l'opération de forage (il est préféra- during the drilling operation (it is preferable
ble, mais non indispensable que l'angle formé entre but not essential that the angle formed between
un des axes horizontaux du magnétomètre/inclino- one of the horizontal axes of the magnetometer / inclination
mètre et le repère dtindexage 254a soit égal à zéro). meter and the indexing mark 254a is equal to zero).
A cet effet, l'instrument 250b est assemblé aux dents d'indexage angulaire 261 comme représenté dans les For this purpose, the instrument 250b is assembled to the angular indexing teeth 261 as shown in FIGS.
figures 7C et 7A.Figures 7C and 7A.
Pour réaliser un système de télémesure efficace, deux conditions doivent être prises en To achieve an effective telemetry system, two conditions must be
considération. L'une d'elles se rapporte aux con- consideration. One of them relates to
ditions optimales en vue d'obtenir le régime des ondes de choc. hydrauliques. L'autre condition optimal conditions to obtain the shock wave regime. Hydraulic. The other condition
concerne l'obtention d'ondes de choc d'une inten- is concerned with obtaining shock waves from an inten-
sité suffisante pour supprimer les effets des sufficient to remove the effects of
bruits étrangers.foreign noises.
IX. CONDITIONS OPTIMALES EN VUE DE DETERMINER LE IX. OPTIMAL CONDITIONS FOR DETERMINING THE
REGIME D'ONDES DE CHOC HYDRAULIQUES (DETERMI- HYDRAULIC SHOCK WAVE SYSTEM (DETERMIN-
NATION DES PARAMETRES K1 (ou K2) et TbV) On a effectué une série d'expériences afin de déterminer les conditions optimales pour NATION OF PARAMETERS K1 (or K2) and TbV) A series of experiments were conducted to determine the optimal conditions for
le régime d'ondes de choc hydrauliques. the regime of hydraulic shock waves.
L'apparition d'une onde de choc hydrau- The appearance of a hydraulic shock wave
lique est analogue à celle de l'effet dit de coup de bélier. En arrêtant brusquement l'écoulement dans une zone localisée d'une canalisation, on It is analogous to that of the so-called water hammer effect. By abruptly stopping the flow in a localized area of a pipe, one
élève brusquement la pression dans cette zone. Cet- suddenly raises the pressure in this area. This-
te élévation initialement localisée de la pression se propage le long de la canalisation sous forme d'un "coup de bélier". On sait parfaitement qu'un the initially localized rise in pressure propagates along the pipe in the form of a "water hammer". We know perfectly well that
changement brusque et localisé (réduction ou accrois- abrupt and localized change (reduction or increase
sement) de la vitesse produit un changement localisé correspondant (élévation ou réduction) de la pression tandis que, en revanche, un changement brusque et velocity) produces a corresponding localized change (rise or fall) of pressure while, on the other hand, a sudden change in
localisé de la pression engendre un changement brus- localized pressure creates a sudden change
que et localisé de la vitesse. En raison de l'élas- that and localized speed. Because of the elasticity
ticité et de l'inertie du fluide, le changement qui se produit, est également transmis de l'élément ticity and fluid inertia, the change that occurs, is also transmitted from the element
volumétrique d'o il émane, vers les éléments volu- where it emanates, to the volumetric elements
métriques voisins et ce, à une vitesse qui est la vitesse de propagation d'ondes de compression. Le problème de la propagation des ondes de choc est neighboring metrics at a speed which is the velocity of compression wave propagation. The problem of propagation of shock waves is
extrêmement complexe. Pour répondre aux condi- extremely complex. To meet the conditions
tions pratiques imposées, il est nécessaire de dé- practical requirements, it is necessary to
terminer un paramètre qui est le plus représentatif en ce qui concerne l'obtention d'une onde de choc clairement définie. On prendra en considération deux paramètres que l'on appellera "paramètre K " et "paramètre K2". Lorsque l'un ou l'autre de ces complete a parameter that is most representative for obtaining a clearly defined shock wave. Two parameters will be considered which will be called "parameter K" and "parameter K2". When one or other of these
paramètres dépasse une valeur appropriée, on ob- parameters exceeds an appropriate value, we ob-
tient une onde de choc clairement définie. holds a clearly defined shock wave.
(a) Paramètre K1(a) K1 parameter
Ce paramètre est la moyenne du change- This parameter is the average of the
ment de vitesse du flux de boue à travers le dapet de dérivation au cours de la période Couverture (ou de fermeture) de ce dernier: soit V(t) la vitesse du flux de boue à travers le clapet de dérivation, variant en fonction du temps (en cm/seconde). Au moment t = 0, lorsque le clapet commence à s'ouvrir, la vitesse est égale à O ou V(O) = 0O Au moment t = T (v), lorsque le a clapet est complètement ouvert, la vitesse de ce clapet atteint une certaine valeur Vf qui est la vitesse de dérivation au cours de la période de flux total. Dès lors: V (Ta(V)) = Ve (10) En conséquence, le paramètre K1, qui est la moyenne du changement de vitesse au cours de la période Ta(V) est K= Vf () velocity of the sludge flow through the bypass valve during the cover (or closure) period of the latter: either V (t) the velocity of the sludge flow through the bypass valve, varying according to the time (in cm / second). At the moment t = 0, when the valve starts to open, the speed is equal to O or V (O) = 0O At the moment t = T (v), when the valve is completely open, the speed of this valve reaches a certain value Vf which is the derivation speed during the total flow period. Therefore: V (Ta (V)) = Ve (10) Consequently, the parameter K1, which is the average of the change of velocity during the period Ta (V) is K = Vf ()
1 T V1 T V
a K1 est mesuré en cm/seconde On supposera que, lorsque K1 dépasse une valeur seuil appropriée, c'est-à-dire lorsque a K1 is measured in cm / sec. It will be assumed that when K1 exceeds an appropriate threshold value, that is, when
K1 > M1 (12),K1> M1 (12),
on obtient une onde de choc clairement définie. Dans les expériences effectuées, il a été déterminé que MI _- 2 x 105 cm/sec2 (13) (b) Paramètre K2 Ce paramètre représente la moyenne de changement de la section d'ouverture du clapet au a clearly defined shock wave is obtained. In the experiments carried out, it was determined that MI 2 x 105 cm / sec 2 (13) (b) Parameter K 2 This parameter represents the average of change from the opening section of the flap to
cours de la période T (V).during the period T (V).
aat
2 4 7 5 1 1 12 4 7 5 1 1 1
Antérieurement (voir équation (1)), on a défini S(t) comme étant la section du clapet qui est ouverte au moment t. Dès lors, au moment t = O, on a S(O) = 0 et au moment t = Ta(V), on a (y) S a S(Ta(V)) = S (14) o SO indique la section totale d'ouverture du clapet. Le paramètre 2 est: SO K2 = cm2/sec. (15) Ta On supposera que, lorsque K2 dépasse une valeur seuil appropriée, c'est-à-dire lorsque Previously (see equation (1)), S (t) has been defined as the section of the valve which is open at time t. Therefore, at time t = O, we have S (O) = 0 and at the moment t = Ta (V), we have (y) S a S (Ta (V)) = S (14) where SO indicates the total opening section of the valve. Parameter 2 is: SO K2 = cm2 / sec. (15) Ta It will be assumed that when K2 exceeds an appropriate threshold value, that is, when
K2 > M2 (16),K2> M2 (16),
on obtient une onde de choc clairement définie. a clearly defined shock wave is obtained.
Dans les expériences effectuées, il a été déterminé In the experiments carried out, he was determined
que M -_ 100 cm2/seconde.than M-100 cm2 / second.
Généralement parlant, K1 est propor- Generally speaking, K1 is proportionally
tionnel à K2. Le paramètre K2 est probablement plus utile, car il indique directement la façon dont il convient de concevoir et faire fonctionner le clapet. Il existe également un paramètre Tb at K2. Parameter K2 is probably more useful because it directly indicates how the valve should be designed and operated. There is also a parameter Tb
(voir B1C1 en figure 2A) qui doit être pris en con- (see B1C1 in Figure 2A) which must be taken into account
sidération pour la description des figures 8A à 8E. Embodiment for the description of FIGS. 8A to 8E.
Chacune de ces figures correspond à un ensemble (V) ou e T Each of these figures corresponds to a set (V) or e T
de valeurs numériques de K1 et Tb() ou K2 et Tb(. numerical values of K1 and Tb () or K2 and Tb (.
Les figures 8A à 8E montrent l'effet exercé par les variations de K et Tb(V) ou de K K1 Tb oud FIGS. 8A to 8E show the effect exerted by the variations of K and Tb (V) or K K1 Tb oud
et Tb(V) pour passer du régime de variation de pres- and Tb (V) to switch from the prespecific variation
sion lente au régime d'ondes de choc hydrauliques. slow motion at the hydraulic shockwave regime.
Plus spécifiquement, chacune de ces figures montre la façon dont la pression détectée à la surface du sol (ordonnée) varie en fonction du temps, t (abscisse). Dans ces expériences, la dimension de More specifically, each of these figures shows how the pressure detected at the surface of the ground (ordinate) varies as a function of time, t (abscissa). In these experiments, the dimension of
l'orifice est de 0,5 cm2. Les données expérimenta- the orifice is 0.5 cm2. Experimental data
les ont été obtenues dans un certain nombre de have been obtained in a number of
puits. Ces puits ont été sélectionnés aux Etats- well. These wells were selected in the United States
Unis d'Amérique (Oklahoma, Texas Occidental et Texas Oriental), ainsi qu'aux Pays-Bas. De plus, certains de ces essais ont été pratiqués dans un "puits expérimental" qui a été explicitement foré United States of America (Oklahoma, Western Texas and Eastern Texas), as well as the Netherlands. In addition, some of these tests were performed in an "experimental well" that was explicitly drilled
pour pratiquer des expériences de télémesure. to practice telemetry experiments.
En effectuant les expériences ci-dessus, By performing the experiments above,
il a été tenu compte de la grande variété des ins- account has been taken of the wide variety of
tallations existantes pour le pompage des boues, ainsi que de différents effets perturbateurs. Il existe de nombreux types de pompes à boue: "Duplex Simple"t, "Duplex Double", "Triplex Simple", "Triplex Double"; par ailleurs, les variations de pression des pompes pour une pression de boue moyenne donnée sont largement différentes d'une installation à l'autre. La suppression des signaux perturbateurs importants relatifs à la pression de la boue, est complexe. Les signaux de pression de pompe - émis par un seul "système duplex" peuvent être 10, voire même 20 fois supérieurs à ceux émis par un système "Triplex Double" minutieusement réglé. Afin de déterminer les valeurs optimales de K2 (ou K1) et de Tb(V), on a arrêté l'opération de forage et on existing plants for pumping sludge, as well as various disturbing effects. There are many types of mud pumps: "Single Duplex" t, "Double Duplex", "Single Triplex", "Double Triplex"; moreover, the pressure variations of the pumps for a given mean sludge pressure are widely different from one installation to another. The removal of the important disturbing signals relating to the pressure of the sludge is complex. Pump pressure signals - emitted by a single "duplex system" can be 10 or even 20 times higher than those emitted by a carefully tuned "Triplex Double" system. In order to determine the optimal values of K2 (or K1) and Tb (V), the drilling operation was stopped and
a utilisé une très bonne pompe "Triplex" (régulière). used a very good pump "Triplex" (regular).
Dès lors, les graphiques des figures 8A à 8E ne sont pas des graphiques représentatifs d'une condition typique, mais ils représentent une condition dans laquelle les différents bruits (venant des pompes et d'autres sources) sont réduits au minimum, pour en établir ensuite la moyenne par calcul et par établissement d'un tracé afin d'obtenir des valeurs (y) Therefore, the graphs of Figs. 8A to 8E are not representative graphs of a typical condition, but they represent a condition in which the various noises (from pumps and other sources) are minimized, to establish then the average by calculation and by drawing a plot to obtain values (y)
optimales pour les paramètres K2 (ou K1) et Tb(V). optimal for parameters K2 (or K1) and Tb (V).
Les valeurs correspondantes de K2 (ou K1) et de 3LeTv) Tb(V) pour chacune des figures 8A à 8E sont données dans le tableau ci-après.: The corresponding values of K2 (or K1) and 3LeTv) Tb (V) for each of FIGS. 8A to 8E are given in the table below:
TABLEAUBOARD
K2 (en cm2/seconde) Tb(v) (en secondes) Figure 8A 0,5 2 Figure 8B 2,5 1 Figure 8C 8,5 0,5 Figure 8D 2,5 0,25 Figure 8E 100 0,1 K2 (in cm2 / second) Tb (v) (in seconds) Figure 8A 0.5 2 Figure 8B 2.5 1 Figure 8C 8.5 0.5 Figure 8D 2.5 0.25 Figure 8E 100 0.1
Les graphiques des figures 8A à 8E re- The graphs in Figures 8A to 8E
présentent des chiffres moyens obtenus dans un grand present average figures obtained in a large
nombre d'essais. Dans ces essais, la pression nor- number of tests. In these tests, the normal pressure
male régnant dans la colonne montante était de 210 kg/cm2 et les variations de pression se situaient dans un intervalle de 7 kg/cm2. Les essais ci-dessus ont été pratiqués en utilisant différents types de clapets: les clapets entraînés par un moteur, les clapets rotatifs, les clapets en champignons, etc. La figure 8F est une réplique exacte du diagramme de pression enregistré dans la colonne montante au cours d'essais effectués à 2.980 m avec une pression de 196 kg/cm2 dans la colonne montante au cours d'une opération réelle de forage d'un puits de pétrole dans la région occidentale du Texas des Rising in the riser was 210 kg / cm2 and pressure variations were in the range of 7 kg / cm2. The above tests were carried out using different types of valves: the valves driven by a motor, the rotary valves, the mushroom valves, etc. Figure 8F is an exact replica of the pressure pattern recorded in the riser during tests conducted at 2.980 m with a pressure of 196 kg / cm2 in the riser during a real well drilling operation. of oil in the western Texas region of
Etats-Unis d'Amérique.United States of America.
Le graphique de la figure 8A a été obtenu en utilisant un clapet à action lente. Les valeurs numériques des paramètres en cause de la The graph of Figure 8A was obtained using a slow-action valve. The numerical values of the parameters involved in the
figure 8A étaient les suivantes: K2 = 0,5 cm2/se- Figure 8A were as follows: K2 = 0.5 cm2 / sec
* conde et Tb(v) = 2 secondes, soit des valeurs sem-* count and Tb (v) = 2 seconds, that is, values
blables à celles suggérées dans la technique anté- similar to those suggested in the prior art.
rieure (figures 1A et lB). En conséquence, la figure 8A et la figure lB représentent toutes deux le régime d'impulsions de pression lentes. D'autre part, la figure 8E a été obtenue en utilisant un clapet à action rapide pour lequel on avait les valeurs suivantes: K2 = 100 cm2/seconde et Tb(V) = 10 1 seconde. En conséquence, la figure 8E bO seod. Ecosqeclfiue8 représente le régime d'ondes de choc hydrauliques, tandis que l 'onde de clapet de la figure 8E est (Figures 1A and 1B). Accordingly, Fig. 8A and Fig. 1B both show the regime of slow pressure pulses. On the other hand, Figure 8E was obtained using a quick acting valve for which the following values were: K2 = 100 cm2 / second and Tb (V) = 10 1 second. As a result, Figure 8E bO seod. Ecosqeclfiue8 represents the hydraulic shock wave regime, while the valve wave of Figure 8E is
très semblable à celle de la figure 2B. very similar to that of Figure 2B.
Les figures 8B. 8C et 8D, définies dans le tableau ci-dessus, représentent le passage du régime de variations lentes de pression au Figures 8B. 8C and 8D, defined in the table above, represent the transition from the slow pressure
régime d'ondes de choc hydrauliques. hydraulic shock wave regime.
Dans les essais illustrés dans lesIn the essays illustrated in
figures 8B, 8C et 8D, les conditions ont été main- 8B, 8C and 8D, the conditions were now
tenues aussi semblables que possible. L'instrument était situé près du fond de trous de forage d'une profondeur d'environ 2.438 m, la viscosité de la boue était d'environ 40 "Funnel" et le poids était de 1,5 kg/l. Lorsqu'il était "ouvert", le clapet held as similar as possible. The instrument was located near the bottom of the drill holes to a depth of about 2.438 m, the viscosity of the slurry was about 40 "Funnel" and the weight was 1.5 kg / l. When it was "open", the flapper
avait une section d'ouverture effective de 0,7 cm2. had an effective opening section of 0.7 cm 2.
La pression normale dans la colonne montante était de 210 kg/cm2 et le clapet utilisé dans ces essais était semblable au clapet 40, mais il avait été modifié pour permettre une action plus lente (sans l'action bistable); en d'autres mots, le clapet était un simple clapet équilibré en pression et le débit était réglé par un étranglement prévu au passage d'entrée. Il est à noter que l'action du clapet entrant en ligne de compte pour la figure 8B était très rapide, mais qu'elle n'a pas produit The normal riser pressure was 210 kg / cm 2 and the valve used in these tests was similar to valve 40, but had been modified to allow a slower action (without the bistable action); in other words, the valve was a simple pressure-balanced valve and the flow was regulated by a throttling provided at the inlet passage. It should be noted that the action of the flap for FIG. 8B was very fast, but did not produce
le régime désiré d'ondes de choc hydrauliques. the desired regime of hydraulic shock waves.
Toutefois, d'emblée, on a constaté qu'une action plus rapide était souhaitable. Le débit de décharge However, from the outset, it was found that faster action was desirable. Discharge rate
était de l'ordre de 19 litres/seconde2. was around 19 liters / second2.
En réglant l'étranglement d'admission By adjusting the intake throttle
et l'étranglement de sortie, de même que le cou- and the exit constriction, as well as the
rant électrique alimentant les solénoïdes d'atta- electrical power supply to the solenoids
que, on a obtenu différentes vitesses de fonction- that we have obtained different speeds of
nement du clapet.the valve.
D'après ce qui précède, on constate qu'aucune onde de choc n'est produite lorsque K2 = 0,5 cm2/seconde, tandis que l'on obtient une onde From the above, it is found that no shock wave is produced when K2 = 0.5 cm2 / second, while a wave is obtained.
de choc presque idéale lorsque K2 = 100 cm2/seconde. almost ideal shock when K2 = 100 cm2 / second.
X. FORMIATION D'ONDES DE CHOC POUR LA SUPPRESSION X. SHOCK WAVE FORMATION FOR DELETION
DES BRUITS (AUTRE VARIANTE).NOISE (OTHER VARIANT).
On introduira un autre paramètre expri- mant une condition requise pour l'intensité de Another parameter will be introduced that expresses a requirement for the intensity of
l'onde de choc. On envisagera deux méthodes diffé- the shock wave. Two different methods will be
rentes. L'une delles est basée sur un paramètre K3 qui représente la quantité de boue (mesurée en cm3) passant à travers le clapet au cours de la période Ta(V) (cette quantité est connue sous le nom de "quantité en mouvement"). L'autre méthode est basée sur un paramètre K4 qui représente le annuities. One of them is based on a parameter K3 which represents the amount of sludge (measured in cm3) passing through the valve during the period Ta (V) (this quantity is known as the "quantity in motion") . The other method is based on a parameter K4 which represents the
flux moyen du courant de boue au cours de la pé- average flow of the sludge stream during the
riode Ta(V) Dès lors: quantité de boue passant au cours de la période Ta() K4 a() Ta (17) Ta On prendra en considération la période d'ouverture du clapet, c'est-à-dire la période Ta(V) a Pour simplifier le problème, on supposera que la vitesse d'accroissement du débit au cours de la période Ta(V) est constante et est égale à K1. Dès lors: Ta (V) Then: quantity of sludge passing during the period Ta () K4a () Ta (17) Ta The period of opening of the valve, that is to say the period Ta (V) a To simplify the problem, it will be assumed that the rate of increase of the flow rate during the period Ta (V) is constant and is equal to K1. Since then:
V(t) = K1 t en cm/seconde (18).V (t) = K1 t in cm / second (18).
On supposera également que la vitesse It will also be assumed that the speed
d'accroissement de l'ouverture du clapet est cons- of increasing the opening of the valve is con-
tante et est égale à K2. Dès lors: aunt and is equal to K2. Since then:
S(t) = K2 t en cm2/seconde (19).S (t) = K2 t in cm2 / second (19).
En conséquence, le volume passant à travers le clapet au cours du temps Ta(V) est a Ta (y) = K1K2t dt 2 (K1l2Ta)3 cm3 As a result, the volume passing through the valve over time Ta (V) is Ta (y) = K1K2t dt 2 (K1t2Ta) 3cc
O (20)O (20)
Dès lors, le paramètre K3 est la quan- tité (en cm3) de fluide passant à travers le clapet au cours de la période T (V) Ce paramètre est la quantité en mouvement au cours de la période d'une Therefore, the parameter K3 is the quantity (in cm3) of fluid passing through the valve during the period T (V). This parameter is the quantity moving during the period of one year.
seule ouverture et d'une seule fermeture du clapet. single opening and a single closing of the flap.
Une autre méthode consiste à prendre, au lieu du paramètre K3, un paramètre K4 représentant le flux pendant la période Ta v, c'est-à-dire: K 4 a (V) (21) a Another method consists in taking, instead of the parameter K3, a parameter K4 representing the flux during the period Ta v, that is to say: K 4 a (V) (21) a
XI, PROCEDE GENERAL POUR LA SUPPRESSION DES BRUITS. XI, GENERAL METHOD FOR NOISE SUPPRESSION.
On prendra à présent en considération le procédé général pour le décodage des signaux émis par le transducteur à pression 51. La figure 9 représente le système d'appareils, tandis que les figures IOA à IOG illustrent certaines formes d'ondes et certaines impulsions intervenant dans le décodage des signaux au moyen du système illustré The general method for decoding the signals emitted by the pressure transducer 51 will now be considered. FIG. 9 represents the apparatus system, while FIGS. 10A to 10G illustrate certain waveforms and certain pulses involved in decoding the signals using the illustrated system
en figure 9.in Figure 9.
Le signal émis par le transducteur à The signal emitted by the transducer
pression 51 comprend un signal portant une infor- pressure 51 comprises a signal carrying information
mation utile conjointement avec des signaux para- useful information together with para-
sites ayant tendance à dissimuler le signal utile. sites that tend to hide the useful signal.
Le signal portant l'information utile représente le message codé fournit par le clapet 40 en réponse The signal bearing the useful information represents the coded message provided by the valve 40 in response
à un capteur. Il existe différents signaux para- to a sensor. There are various para-
sites. Un de ces signaux, qui est produit par la pompe 27, comporte une composante constante intense sites. One of these signals, which is produced by the pump 27, has an intense constant component
de la pression de boue engendrée par-la pompe. the mud pressure generated by the pump.
Cette composante intervient dans la circulation de la boue à travers la conduite de forage, ainsi que dans le retour de la boue par l'espace annulaire formé entre cette conduite de forage et la paroi du trou. A cette composante, vient se superposer This component is involved in the circulation of the sludge through the drilling pipe, as well as in the return of the sludge by the annular space formed between this drill pipe and the wall of the hole. To this component, is superimposed
une composante alternative produite par le mouve- an alternative component produced by the movement
ment de va-et-vient des pistons de la pompe. Afin d'améliorer la réception, il est back and forth of the pump pistons. In order to improve the reception, it is
souhaitable de supprimer, de la sortie du trans- desirable to remove, from the exit of
ducteur 51, la composante constante intervenant dans 51, the constant component intervening in
la pression produite par la pompe 27. En consé- the pressure produced by the pump 27. As a result
quence, un filtre sélectif de fréquence 150 est rac- quence, a frequency selective filter 150 is
cordé au transducteur 51 pour transmettre des fré- corded to the transducer 51 to transmit frequencies
quences se situant dans une gamme allant de 0,1 à Hertz et pour atténuer les fréquences se situant en dehors de cette gamme. Les fréquences contenues range from 0.1 to Hertz and to attenuate frequencies outside this range. The frequencies contained
dans la composante de pression constante sont infé- in the constant pressure component are less than
rieures à 0,1 Hertz.0.1 Hertz.
Dans la terminologie appliquée à la présente spécification, il convient de faire une distinction entre l'expression "filtre" appliquée au filtre sélectif de fréquence 150, et l'expression In the terminology applied to this specification, it is appropriate to distinguish between the expression "filter" applied to the frequency selective filter 150 and the expression
"'filtre numérique", qui sera utilisée dans la des- "digital filter", which will be used in the
cription ci-après de l'invention. Dans un "filtre" tel que le filtre 150, un filtrage classique est effectué au moyen de réseaux électroniques de type analogique dont le comportement est habituellement traité dans le domaine des fréquences. L'expression "filtre" peut être utilisée pour désigner ce que l'on appelle un "filtre d'ondes", un "filtre Shea" (voir, par exemple, "Transmission Networks and Wave Filters"t par T.E. Shea, D. VanNostrand Co., New York, N.Y., E.U.A., 1929) et d'autres filtres tels que les filtres "Tchebyshevil et "Butterworth". D'autre part, un filtre numérique tel qu'un filtre adapté, un following description of the invention. In a "filter" such as filter 150, conventional filtering is performed by means of analog type electronic networks whose behavior is usually handled in the frequency domain. The term "filter" can be used to refer to a so-called "wave filter", "Shea filter" (see, for example, "Transmission Networks and Wave Filters" by TE Shea, D. VanNostrand Co., New York, NY, USA, 1929) and other filters such as filters "Chebyshevil" and "Butterworth" On the other hand, a digital filter such as a matched filter, a
filtre conformateur d'impulsions ou un filtre forma- pulse shaping filter or a shaped filter
teur de pointes est traité de manière plus fructoeuse dans un domaine de temps. La sortie d'un filtre 24751 1 l The spike processor is more fruitfully processed in a time domain. The output of a filter 24751 1 l
numérique est obtenue en convolutionnant le program- is obtained by convolving the program
me d'entrée numérique avec les coefficients de pon- digital input with the coefficients of
dération du filtre. Un filtre numérique est un ordinateur. Le signal émis à la borne de sortie 151 du filtre 150 sera exprimé par une fonction F(t) qui est: F(t) = B(t) + P(t) + U(t) (22) o B(t) est le signal portant l'information utile, filter deformation. A digital filter is a computer. The signal transmitted to the output terminal 151 of the filter 150 will be expressed by a function F (t) which is: F (t) = B (t) + P (t) + U (t) (22) o B (t) ) is the signal carrying the useful information,
r(t) est le signal perturbateur émis par la varia- r (t) is the disturbing signal emitted by the varia-
tion périodique de pression de la pompe (bruit de periodical pressure of the pump (noise of
pompe), tandis que U(t) représente un bruit errati- pump), while U (t) represents an erratic noise
que. Le bruit erratique est produit par différents effets tels que l'action des dents d'un trépan en cours de forage, par les engrenages du mécanisme du than. The erratic noise is produced by various effects such as the action of the teeth of a drill bit being drilled, by the gears of the mechanism of the
train de tiges et par d'autres dispositifs interve- stem train and other devices
nant dans les opérations de forage rotatif. Dans certains cas, U(t) est à peu près un bruit blanc tandis que, dans d'autres cas, la différence entre in rotary drilling operations. In some cases, U (t) is about a white noise whereas in other cases the difference between
U(t) et un bruit blanc peut être importante. U (t) and a white noise can be important.
Le message codé exprimé par le signal porteur d'information B(t) est une série de mots The coded message expressed by the information-carrying signal B (t) is a series of words
binaires renfermant chacun une succession de bits. binary each containing a succession of bits.
Un seul bit d'un mot binaire est produit par un seul"fonctionnement" (cest-à-dire par une seule ouverture et une seule fermeture) du clapet 40. Ce A single bit of a binary word is produced by a single "operation" (ie by a single opening and a single closure) of the valve 40.
fonctionnement unique produit une onde de choc hy- single operation produces a shock wave
draulique se manifestant à la surface du sol par une seule onde de clapet telle que l'onde de clapet illustrée en figure 2B. En conséquence, le message exprimé par B(t) est sous forme d'une séquence codée d'ondes de clapet, chacune de ces ondes étant du type représenté en figure 2B. Les figures IOA à IOG représentent différentes étapes devant être hydraulics manifesting itself on the surface of the ground by a single valve wave such as the valve wave illustrated in Figure 2B. Accordingly, the message expressed by B (t) is in the form of a coded valve wave sequence, each of which is of the type shown in FIG. 2B. Figures IOA to IOG represent different steps to be
effectuées pour séparer le signal porteur d'infor- performed to separate the information-carrying signal
mation B(t) des signaux parasites. Afin de faciliter B (t) interference. In order to facilitate
24?511124? 5111
ltexposé, on a exprimé B(t) en figure 1OA par une seule onde de clapet plutôt que par une succession When expressed, B (t) has been expressed in FIG. 10A by a single valve wave rather than a succession
codée d'ondes de clapet. Dès lors, l'onde de cla- pet représentée en figure IOA est du même type S qu'une seule onde de coded valve wave. Therefore, the clafeat wave shown in FIG. 10A is of the same type S as a single wave of
clapet du type représenté envalve of the type represented in
figure 2B. Toutefois, un léger changement inter- Figure 2B. However, a slight change
vient dans la notation. En figure IOA, on a sup- comes in the notation. In Figure IOA, we have
primé l'exposant "s" qui apparaît en figure 2B. awarded the exponent "s" which appears in Figure 2B.
Dès lors, dans les figures IOA à IOG, différents temps ont été désignés par t1, t2,.... t15, t16 sans l'exposant "s". Différents graphiques des figures 10A à IOG ont été annotés de manière appropriée. Afin de faciliter l'exposé et le rendre plus clair, les échelles de temps correspondant à Therefore, in Figures IOA to IOG, different times have been designated t1, t2, .... t15, t16 without the exponent "s". Various graphs of Figs. 10A-IOG have been annotated appropriately. In order to make the presentation easier and clearer, the time scales corresponding to
ces graphiques ont été déformées. these graphics have been distorted.
Afin d'éliminer les signaux de bruits parasites (bruits de pompes et bruits erratiques) et afin d'émettre un signal représentant le message In order to eliminate noise signals (pump noise and erratic noise) and to emit a signal representing the message
codé, on prévoit trois étapes opératoires succes- coded, three successive operational steps are planned.
sives qui peuvent être identifiées comme suit: Etape 1: Au cours de cette étape, un signal ayant trois composantes comme représenté en figure sive that can be identified as follows: Step 1: During this step, a signal having three components as shown in Figure
IOA est transformé en un signal ayant deux compo- IOA is transformed into a signal having two
santes comme représenté en figure IOC. Cette étape as shown in Figure IOC. This step
a-pour but de supprimer les bruits de pompes P(t). for the purpose of suppressing pump noise P (t).
Suite à cette étape, une "onde de clapet" du type représenté en figure IOA est transformée en une tonde double". Cette onde double est représentée Following this step, a "valve wave" of the type shown in FIG. 10A is transformed into a double wave. "This double wave is represented
en figure IOC.in figure IOC.
Etape 2 Cette étape a pour but de supprimer le Step 2 This step is to remove the
signal de bruit erratique.erratic noise signal.
Etape 3: Au cours de cette étape, chaque onde Step 3: During this step, each wave
double du type représenté en figure 1OD est trans- double the type shown in Figure 1OD is trans-
formée en une seule impulsion du type représenté en figure IOG. En conséquence, on obtient une séquence codée d'impulsions individuelles représentant, sous 64,.' formed in a single pulse of the type shown in Figure IOG. As a result, a coded sequence of individual pulses representing, under 64, is obtained.
forme numérique, le paramètre mesuré par le capteur- digital form, the parameter measured by the sensor-
101 à une profondeur appropriée dans le trou de forage. 101 at an appropriate depth in the borehole.
XII. SUPPRESSION DES BRUITS DE POMPES (ETAPE N 1). XII. SUPPRESSION OF PUMPS NOISE (STEP N 1).
On examinera à présent la figure IOA. Cette figure montre les trois composantes du signal F(t) tel qu'il est exprimé par l'équation (22). Ces composantes sont les suivantes: l'onde de -clapet B(t), le bruit de pompe P(t) et le bruit erratique U(t). Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, le We will now examine Figure 10A. This figure shows the three components of the signal F (t) as expressed by equation (22). These components are as follows: the shut-off wave B (t), the pump noise P (t) and the erratic noise U (t). As noted above, the
signal F(t) a été obtenu au moyen du filtre 150. signal F (t) was obtained by means of the filter 150.
Ce filtre est raccordé à un élément à retard 152 retardant efficacement le signal d'entrée F(t) d'un This filter is connected to a delay element 152 effectively delaying the input signal F (t) of a
temps Tp qui est une période de l'oscillation pro- time Tp which is a period of the oscillation pro-
duite par la pompe 27. Dès lors, le signal obtenu sur le conducteur de sortie 153 de l'élément à retard 152 peut être exprimé par F(t-Tp). Les trois p composantes du signal F(t-Tp) sont indiquées en p The signal obtained on the output lead 153 of the delay element 152 can therefore be expressed by F (t-Tp). The three p components of the signal F (t-Tp) are indicated in p
figure lOB. Ces composantes sont: l'onde de cla- figure lOB. These components are: the wave of
pet retardée B(t-Tp), le bruit de pompe retardé p P(t-Tp) et le bruit erratique retardé U(t-Tp). Le laps de temps T dépend de la vitesse de rotation de la pompe et, étant donné que cette vitesse n'est delayed pet B (t-Tp), delayed pump noise p P (t-Tp) and delayed erratic noise U (t-Tp). The lapse of time T depends on the speed of rotation of the pump and, since this speed is not
pas constante, le retard T est un retard-variable. not constant, the delay T is a delay-variable.
Dès lors, l'élément à retard 152 doit être contrôlé de manière appropriée en réponse à la vitesse de rotation de la pompe 27. En conséquence, l'élément Therefore, the delay element 152 must be appropriately controlled in response to the speed of rotation of the pump 27. As a result, the element
à retard 152 est conçu pour recevoir, via le conduc- 152 is designed to receive, via the
teur 154, des impulsions de synchronisation émises par un générateur 155 qui est entraîné mécaniquement 154, synchronization pulses emitted by a generator 155 which is mechanically driven
par la pompe pour émettre un nombre approprié d'im- by the pump to emit an appropriate number of
pulsions par révolution de celle-ci. A cet effet, impulses per revolution of it. For this purpose,
on prévoit une transmission à chaine 156. L'télé- a chain transmission is provided.
ment à retard 152 peut être la ligne à retard analogique double "'Reticon", modèle SAD-1024, vendue par "Reticon Corporation", Sunnyvale, 152 may be the double "Reticon" analog delay line, model SAD-1024, sold by "Reticon Corporation", Sunnyvale,
Californie, E.U.A.California, U.S.A.
On supposera que la pompe 27 effectue N1 courses par seconde. Dès lors, Tp = 1/Nl. Le générateur d'impulsions 155 émet des impulsions de synchronisation à un rythme relativement élevé N2 qui est un multiple de N1. Dès lors, N2 = KN1 It will be assumed that the pump 27 performs N1 strokes per second. Therefore, Tp = 1 / Nl. Pulse generator 155 outputs timing pulses at a relatively high rate N2 which is a multiple of N1. Therefore, N2 = KN1
o K est une constante choisie à la valeur de 512. o K is a constant chosen at the value of 512.
En conséquence, si la pompe effectue une course par seconde, le générateur de signaux devra alors As a result, if the pump runs one stroke per second, the signal generator will then have
produire 512 impulsions par seconde. Il est évi- produce 512 pulses per second. It is obvious
dent que le rythme de pulsation de la pompe à boue 27 varie en fonction du temps et, par conséquent, N2 variera de telle sorte que le retard produit par l'élément 152 soit toujours égal à une période des oscillations de pression de boue produites par that the pulsation rate of the mud pump 27 varies with time and, therefore, N2 will vary so that the delay produced by the element 152 is always equal to a period of the mud pressure oscillations produced by
la pompe 27.the pump 27.
Le signal F(t-Tp) émis par l'élément p à retard 152 est appliqué à un conducteur d'entrée 153 d'un soustracteur 160. Ce soustracteur 160 reçoit également, à son conducteur d'entrée 161, le signal F(t) émis par le filtre 150 et, à son The signal F (t-Tp) emitted by the delay element p1 152 is applied to an input lead 153 of a subtractor 160. This subtractor 160 also receives, at its input conductor 161, the signal F ( t) issued by filter 150 and, at its
conducteur de sortie 162, il émet un signal diffé- output conductor 162, it emits a different signal
rentiel qui est: x(t) = F(t) - F(t-Tp) = B(t)-B(t-Tp)+P(t)-P(t-Tb)+U(t)U(t-Tp) (23) Etant donné que P(t) est périodique et a une période Tp, on a: P(t) - P(t-Tp) = O (24) p Dès lors, en raison de la périodicité des pulsations produites par la pompe à boue 27, les bruits émis par celle-ci sont supprimés et le which is: x (t) = F (t) - F (t-Tp) = B (t) -B (t-Tp) + P (t) -P (t-Tb) + U (t) U (t-Tp) (23) Since P (t) is periodic and has a period Tp, we have: P (t) - P (t-Tp) = O (24) p Therefore, because of the periodicity of the pulsations produced by the sludge pump 27, the noise emitted by it is removed and the
signal obtenu au conducteur de sortie 162 du sous- signal obtained at the output conductor 162 of the sub-
tracteur 160 peut alors être exprimé comme suit: x(t) = b(t) + u(t) (25) o (26) b(t) = B(t) - B(t-Tp) est le signal porteur d'information et u(t) = U(t) - U(t-Tp) (27) Tractor 160 can then be expressed as follows: x (t) = b (t) + u (t) (25) o (26) b (t) = B (t) - B (t-Tp) is the carrier signal information and u (t) = U (t) - U (t-Tp) (27)
est un signal de bruit erratique.is an erratic noise signal.
Le signal porteur d'information b(t) et le signal de bruit u(t) sont représentés en The information carrier signal b (t) and the noise signal u (t) are represented in
figure lOC. On peut alors constater qu'en effec- figure lOC. We can then see that in fact
tuant l'étape n 1 comme décrit ci-dessus, on transforme le signal porteur d'information B(t) représenté en figure 10A et ayant la forme d'une onde de clapet, en un signal différent porteur killing step n 1 as described above, converting the information-carrying signal B (t) shown in FIG. 10A and having the shape of a valve wave into a different carrier signal
d'information b(t) comme représenté en figure 10C. information item b (t) as shown in FIG. 10C.
Le signal b(t) sera appelé "onde double" par con- The signal b (t) will be called "double wave" by
traste avec le signal B(t) qui représente une "onde de clapet". Une onde double comprend deux ondes de clapet telles que les ondes de clapet "IA" et "B" en figure 10C. Ces ondes de clapet sont séparées l'une de l'autre par un laps de temps Tp. L'onde de clapet "A" est analogue à traste with the signal B (t) which represents a "valve wave". A double wave comprises two valve waves such as valve waves "IA" and "B" in Figure 10C. These valve waves are separated from each other by a time Tp. The valve wave "A" is analogous to
celle de la figure 1OA, tandis que l'onde de cla- that of Figure 10A, while the wave of
pet "B" représente la forme inversée de l'onde de pet "B" represents the inverted form of the wave of
clapet "A".valve "A".
Le signal x(t) (équation (25)) est, en outre, appliqué au conducteur d'entrée 162 d'un convertisseur analogique/numérique 163 qui est commandé par une horloge 178. On obtient alors, The signal x (t) (equation (25)) is furthermore applied to the input conductor 162 of an analog / digital converter 163 which is controlled by a clock 178. In this case,
au conducteur de sortie 164 du convertisseur ana- to the output conductor 164 of the analog converter
logique/numérique, un signal exprimé par: xt = bt + ut (28) o, conformément aux symboles utilisés ici, x.t, bt et ut sont des versions numériques des signaux logic / digital, a signal expressed by: xt = bt + ut (28) o, according to the symbols used here, x.t, bt and ut are digital versions of the signals
analogiques x(t), b(t) et u(t) respectivement. analogous x (t), b (t) and u (t) respectively.
Les signaux xt et ut sont sous forme de séries chronologiques telles que xt = ( - * *2 x_2, xl, xO, x1,..., x9,, À.) (29) et ut =. u_2, ul, u0, uI1, *., u9,...) (30) respectivement, tandis que le signal bt est une onde de longueur finie bt= (bo, b1, b2,.. bn) (31) The signals xt and ut are in the form of time series such that xt = (- * * 2 x_2, x1, x0, x1, ..., x9 ,, a) (29) and ut =. u_2, ul, u0, uI1, *., u9, ...) (30) respectively, while the signal bt is a wave of finite length bt = (bo, b1, b2, .. bn) (31)
XIII. SUPPRESSION DES BRUITS ERRATIQUES LORSQUE XIII. ERRATIC NOISE SUPPRESSION WHEN
CEUX-CI SONT DES BRUITS BLANCS (ETAPE N 2). THESE ARE WHITE NOISES (STEP N 2).
Le mélange d'une onde double bt et d'un signal de bruit ut est alors appliqué à un filtre The mixture of a double wave bt and a noise signal ut is then applied to a filter
numérique 170 de longueur (n + 1) ayant une fonc- numerical 170 of length (n + 1) having a function
tion de mémorisation.memorisation.
at= (a0, a1, a2,..., an) (32) Dans cette forme de réalisation, on choisit un filtre numérique connu sous le nom de (32) In this embodiment, a digital filter known as
"filtre adapté", tandis que l'on choisit la fonc- "adapted filter", while the function is chosen
tion de mémorisation at afin d'optimaliser le fonc- memorization and to optimize the functionality
tionnement du filtre. On obtient des conditions optimales lorsque le rapport signal/bruit à la filtering. Optimum conditions are obtained when the signal-to-noise ratio at the
sortie du filtre 170 est à sa valeur maximale. Filter output 170 is at its maximum value.
(Pour une description de filtres adaptés, voir, (For a description of suitable filters, see,
par exemple, une publication de Sven Treitel et for example, a publication by Sven Treitel and
E.A. Robinson, "Optimum Digital Filters for Signal- E.A. Robinson, "Optimum Digital Filters for Signal-
to-Noise Ratio Enhancement", Geophysical Prospec- to-Noise Ratio Enhancement ", Geophysical Prospec-
ting, volume 17, N 3, 1969, pages 248-293, ou une ting, volume 17, No. 3, 1969, pages 248-293, or
publication de E.A. Robinson, "Statistical Communi- E.A. Robinson, "Statistical Communi-
cation and Detection with Special Reference to Digital Data Processing of Radar and Seismic Signals", with Radar and Seismic Signals ",
Hafner Publishing Company, New York, N.Y., E.U.A. Hafner Publishing Company, NY, N.Y., U.S.A.
1967, pages 250-269).1967, pp. 250-269).
On réalise la fonction de mémorisation at du filtre adapté 170 de telle sorte qu'elle puisse être contrôlée afin d'assurer, à tout moment au cours des opérations de mesure, les conditions optimales pour le fonctionnement du filtre. Ce The storage function of the matched filter 170 is performed so that it can be controlled to ensure, at all times during the measuring operations, the optimum conditions for the operation of the filter. This
contr8le du filtre est effectué au moyen d'un or- filter control is carried out by means of a
dinateur 172 qui reçoit des données appropriées d'un élément de mémorisation et d'appel 173 ainsi user 172 which receives appropriate data from a storage and call element 173 and
qu'on le décrira ci-après.as will be described below.
Un signal yt obtenu au conducteur de sortie 174 du filtre adapté 170 peut être exprimé par une convolution de la fonction d'entrée xt et de la fonction de mémorisation at. Dès lors: Yt = xt*at:aOxt + alxt-1 +... + anxt-n (33) A signal yt obtained at the output conductor 174 of the matched filter 170 may be expressed by a convolution of the input function xt and the storage function at. Since then: Yt = xt * at: aOxt + alxt-1 + ... + anxt-n (33)
o l'astérisque indique une convolution. En sub- o the asterisk indicates a convolution. In sub-
stituant, dans cette formule (33), xt = bt + Ut, on obtient: vt (34) Yt = ct +vt o ct = bt a (35) t t t est la réponse du filtre à une entrée de signal pur et vt ut * at (36) est la sortie de bruit. La figure -11 donne un stituant, in this formula (33), xt = bt + Ut, we obtain: vt (34) Yt = ct + vt o ct = bt a (35) ttt is the response of the filter to a pure signal input and vt ut * at (36) is the noise output. Figure -11 gives a
schéma fonctionnel indiquant ces relations. block diagram showing these relationships.
Afin d'assurer les conditions optimales lors du fonctionnement du filtre adapté 170, on choisit un certain moment, par exemple, le moment t = to et la puissance instantanée de la sortie du filtre contenant un signal au moment t = to doit être aussi grande que possible par rapport à la In order to ensure the optimum conditions during the operation of the matched filter 170, a certain moment is chosen, for example, the moment t = to and the instantaneous power of the output of the filter containing a signal at the moment t = to be as great. as possible compared to the
puissance moyenne du bruit filtré à ce moment. average power of filtered noise at this time.
Dès lors, afin de détecter le signal ct dans la sortie filtrée ut, on utilise le rapport signal/ bruit défini par: = (valeur du signal filtré au moment tO)2 (37) puissance du bruit filtré Si l'on convolutionne le signal de longueur (n + 1) (bO, b1,..., bn) avec le filtre Therefore, in order to detect the signal ct in the filtered output ut, the signal-to-noise ratio defined by: = (value of the signal filtered at the time t0) 2 (37) power of the filtered noise If the signal is convolved of length (n + 1) (bO, b1, ..., bn) with the filter
de longueur (n + 1), on obtient une série de sor- of length (n + 1), we obtain a series of outputs
tie de longueur (2n + 1) (c0, c1,... cn,.. c2nl, c2) o c est la valeur centrale de cette série de sortie. Dès lors, au moment to = tn, > devient C= (aobn + albn + * + anbo)2 (38) n n 1 =1n= 2 2 [Evn] E[vn] o E[v2n] est la valeur moyenne de la puissance de sortie de bruit. On supposera maintenant que le bruit erratique ut est un bruit blanc. Il peut alors être démontré (voir, par exemple, une publication de Sven Treitel et E.A. Robinson, "Optimum Digital Filters for Signal to Noise Ratio Enhancement", Geoph. Prosp., volume XVII, no 3, 1969, pages 240-293) que la valeur maximale du rapport signal/ bruit peut être obtenue lorsque: (a0, al,..., an) = (kbn, kbnl,..., kb0) (39) o on a choisi la valeur 1 pour k. Dès lors, en présence d'un signal noyé dans le bruit, lorsque ce dernier est un bruit blanc, les conditions optimales peuvent être obtenues lorsque la mémoire du filtre est donnée par le signal inversé, notamment par la length (2n + 1) (c0, c1, ... cn, .. c2n1, c2) where c is the central value of this output series. From then on, when to = tn,> becomes C = (aobn + albn + * + anbo) 2 (38) nn 1 = 1n = 2 2 [Evn] E [vn] where E [v2n] is the mean value of the noise output power. We will now assume that the erratic noise ut is a white noise. It can then be demonstrated (see, for example, a publication by Sven Treitel and EA Robinson, "Optimum Digital Filters for Signal to Noise Ratio Enhancement," Geoph., Prosp., Vol. XVII, No. 3, 1969, pp. 240-293). that the maximum value of the signal-to-noise ratio can be obtained when: (a0, a1, ..., an) = (kbn, kbn1, ..., kb0) (39) where the value 1 has been chosen for k. Therefore, in the presence of a signal embedded in the noise, when the latter is a white noise, the optimal conditions can be obtained when the filter memory is given by the inverted signal, in particular by the
séquence de coefficients (bn, bn_1..*, bo). sequence of coefficients (bn, bn_1 .. *, bo).
La mémoire du filtre 170 est déterminée à tout moment au moyen de l'ordinateur 172 qui est The memory of the filter 170 is determined at all times by means of the computer 172 which is
raccordé à ce filtre par un canal 175. L'expres- connected to this filter by a channel 175. The expression
sion "canal", utilisée dans la présente spécifica- channel, used in this specification.
tion, désigne des conducteurs, des connexions ou des éléments de transmission appropriés selon les conditions requises par un cas particulier. Un élément de mémorisation et d'appel 173 est prévu pour mémoriser la fonction bt pour une transmission ultérieure de cette dernière à l'ordinateur 172 via le canal 176. Cet ordinateur a pour but d'inverser les données d'entrée exprimées par une séquence (bo, b1,..., bn) afin d'obtenir, à son canal de sortie 175, une séquence (bn, bn_1.,1 bo) qui, à son tour, est appliquée, via le canal 175, au filtre adapté o elle est mémorisée comme mémoire tion, means appropriate conductors, connections or transmission elements in accordance with the requirements of a particular case. A storage and call element 173 is provided for storing the function bt for subsequent transmission thereof to the computer 172 via the channel 176. This computer is intended to reverse the input data expressed by a sequence (bo, b1, ..., bn) in order to obtain, at its output channel 175, a sequence (bn, bn_1., 1 bo) which, in turn, is applied via the channel 175 to the filter adapted where it is stored as memory
de filtre conformément à l'équation (39). filter according to equation (39).
En outre, la sortie filtrée yt, obte- In addition, the filtered output yt, obtains
nue au conducteur de sortie 174 du filtre adapté 170,est appliquée à un convertisseur numérique/ analogique 181. Etant donné que yt représente un signal sous forme numérique, la fonction analogique correspondante obtenue au conducteur de sortie 182 to the output conductor 174 of the matched filter 170, is applied to a digital-to-analog converter 181. Since yt represents a signal in digital form, the corresponding analog function obtained at the output conductor 182
du convertisseur numérique/analogique 181 sera ex- of the digital-to-analog converter 181 will be
primée par y(t) conformément aux symboles utilisés ici. Il est à noter que le fait de porter au maximum le rapport signal/bruit dans la sortie filtrée Yt équivaut à réduire au minimum le signal de bruit vt (ou son équivalent analogique v(t)) comparativement au signal porteur d'information ct (ou son équivalent analogique c(t)). Dès lors v(t) <<" c(t) (40) et y(t) r c(t) Nb(t) (41) awarded by y (t) according to the symbols used here. It should be noted that maximizing the signal-to-noise ratio in the filtered output Yt is equivalent to minimizing the noise signal vt (or its analog equivalent v (t)) compared to the information-carrying signal ct ( or its analogical equivalent c (t)). Therefore v (t) << "c (t) (40) and y (t) r c (t) Nb (t) (41)
En conséquence, telle qu'elle est re- Consequently, as it is
présentée en figure lOBD, la fonction de sortie y(t) du filtre adapté ressemble étroitement à la fonction shown in Figure lOBD, the output function y (t) of the matched filter closely resembles the function
b(t) représentée en figure 1OC.b (t) shown in FIG.
Un caractéristique importante de la présente invention consiste à mémoriser (en vue d'une reproduction ultérieure) la fonction bt au An important feature of the present invention is to store (for later reproduction) the function bt at
moyen de l'élément de mémorisation et d'appel 173. means of the storage and calling element 173.
On décrira à présent le procédé requis pour mémori- The process required for memory will now be described.
ser la fonction bt en se référant à la figure 12. use the function bt with reference to figure 12.
Ce procédé comprend les différentes étapes suivantes: Etape (a) On arrête les opérations de forage, c'est-à-dire que l'on soulève le trépan 31 sur une courte distance au-dessus du fond, on maintient les systèmes de transmission et de levage à l'arrêt et This process comprises the following different steps: Step (a) Stopping the drilling operations, that is to say that the bit 31 is lifted a short distance above the bottom, the transmission systems are maintained and lifting at a standstill and
l'on arrête la rotation de l'élément 21. the rotation of the element 21 is stopped.
Etape (b) La pompe 27 continue à fonctionner de la même manière que pendant des opérations normales de forage, c'est-à-dire à une vitesse uniforme et à une pression représentant celle utilisée au cours des "mesures réelles effectuées en cours de forage". Toutes les autres sources de perturbations telles Step (b) The pump 27 continues to operate in the same manner as during normal drilling operations, i.e., at a uniform rate and at a pressure representative of that used during actual measurements taken during drilling". All other sources of disturbance such
que le prélèvement d'un courant électrique alterna- that the taking of an alternating electric current
tif à partir de générateurs, le fonctionnement des grues, etc., sont mises à l'arrêt. Les effets de From generators, the operation of cranes, etc., are shut down. The effects of
la "houle" et d'autres sources de bruits sont éli- "swell" and other noise sources are eliminated.
minées dans la mesure du possible dans le cas d'opé- as far as possible in the case of
rations de forage effectuées en mer (par exemple, drilling operations carried out at sea (eg
en choisissant une journée calme).choosing a calm day).
Etape (c) Comme décrit ci-dessus et illustré en figure 5A, le codage souterrain est déterminé par Step (c) As described above and illustrated in FIG. 5A, the underground coding is determined by
une "horloge" qui est rigoureusement en synchro- a "clock" that is rigorously in sync with
nisme avec l'l'horloge" installée dans l'équipement de surface. En conséquence, on peut déterminer, en surface, le moment o une impulsion individuelle With the clock installed in the surface equipment, we can determine, on the surface, the moment when an individual impulse
est émise en sous-sol, par exemple, l'impulsion pré- in the basement, for example, the impulse
liminaire; de plus, si l1on connait la vitesse de transmission à travers la colonne de boue, on peut opening; moreover, if we know the speed of transmission through the mud column, we can
également connaître le moment exact auquel l'impul- also know the exact moment at which the impulse
sion hydraulique sera reçue à la surface. Dès lors, on peut recevoir une seule "onde" à la surface et hydraulic pressure will be received at the surface. Therefore, we can receive a single "wave" on the surface and
connaître à l'avance le moment auquel l'onde appa- to know in advance when the wave appears
raitra, même si elle risque d'être dissimulée par even if it is likely to be concealed by
un bruit. (Dans de nombreux cas, l'onde indivi- a noise. (In many cases, the individual wave
duelle ressortira du bruit, si bien que l'on pourra duel will emerge from the noise, so that we can
pratiquer une observation visuelle à l'oscilloscope). practice a visual observation on the oscilloscope).
Le phénomène hydraulique transitoire produit par le clapet 40 est reçu par le transducteur 51 à un The transient hydraulic phenomenon produced by the valve 40 is received by the transducer 51 at a
moment connu.known moment.
Etape (d) Le signal reçu par le transducteur 51 est transmis par le filtre 150 afin de transmettre sélectivement des fréquences se situant dans la Step (d) The signal received by the transducer 51 is transmitted by the filter 150 to selectively transmit frequencies in the
gamme de 0,1 à 10 Hertz. Etant donné que les opé- range from 0.1 to 10 Hertz. Since the operations
rations de forage ont été arrêtées (comme décrit dans l'étape (a) cidessus), le bruit erratique U(t) est négligeable et, par conséquent, le signal obtenu à la sortie du filtre 150 a la forme F(t) = Drilling rations were stopped (as described in step (a) above), the erratic noise U (t) is negligible and, therefore, the signal obtained at the output of the filter 150 has the form F (t) =
B(t) + P(t).B (t) + P (t).
Etape (e) Le signal F(t) émis par le filtre 150 passe par l'élément à retard 152, le soustracteur et le convertisseur analogique/numérique 163 ainsi qu'on l'a exposé ci-dessus. Habituellement, en cours de forage, le signal émis à la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 a la forme Step (e) The signal F (t) emitted by the filter 150 passes through the delay element 152, the subtractor and the analog / digital converter 163 as discussed above. Usually, during drilling, the signal emitted at the output of the analog / digital converter 163 has the form
xt = bt + ut o ut représente le bruit dfû aux opé- xt = bt + ut o ut represents the noise due to ope-
rations de forage. Toutefois, dans ce cas également, étant donné que les opérations de forage ont été drilling rations. However, in this case too, since the drilling operations were
arrêtées, le signal de bruit erratique ut est négli- stopped, the erratic noise signal ut is neglected.
geable. Dans ces conditions, on a xt %.bt Le signal xt représente, autant que possible, un "signal exempt de bruit" qui pourrait correspondre geable. Under these conditions, we have xt% .bt The xt signal represents, as far as possible, a "noise-free signal" which could correspond
à une onde représentant le signal porteur d'infor- to a wave representing the signal carrying information
mation. Etape (f) La fonction xt bt est mémorisée. Les t t étapes opératoires (a), (b), (c), (d) et (e) décrites mation. Step (f) The function xt bt is stored. The process steps (a), (b), (c), (d) and (e) described
ci-dessus sont effectuées au moyen du système illus- above are carried out by means of the system illus-
tré en figure 12. Dans ce système, la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 est appliquée à l'entrée de l'élément de mémorisation et d'appel FIG. 12. In this system, the output of the analog / digital converter 163 is applied to the input of the storage and calling element.
173 pour enregistrer la fonction xt bt. 173 to register the function xt bt.
Il est à noter que, dans le domaine de fréquence, la fonction de mémorisation at du filtre adapté 170 peut être exprimée comme suit: -2 T1 vfn A(f) e -2Tvfn B*(f) (42) o f indique la fréquence et B*(f) est le nombre conjugué complexe de la transformation du signal It should be noted that, in the frequency domain, the storage function at and of the matched filter 170 can be expressed as follows: ## EQU1 ## (b) (f) (42) of indicates the frequency and B * (f) is the complex conjugate number of signal transformation
bt suivant Fourier.bt following Fourier.
La suppression du bruit erratique, lorsque le bruit est un bruit blanc, peut, dans The erratic noise suppression, when the noise is a white noise, can, in
certains cas, être effectuée au moyen d'un auto- in some cases, be carried out by means of an
corrélateur plut8t qu'au moyen d'un filtre adapté tel que le filtre adapté 170 illustré en figure 9. A cet effet, il convient de modifier le schéma de la figure 9 en éliminant le filtre adapté 174, l'ordinateur 172 et l'élément de mémorisation et d'appel 173. Il convient alors d'utiliser un correlator rather than by means of a suitable filter such as the matched filter 170 illustrated in Figure 9. For this purpose, it is necessary to modify the diagram of Figure 9 by eliminating the matched filter 174, the computer 172 and the memorisation and appeal element 173. It is therefore appropriate to use a
autocorrélateur. Les bornes d'entrée de l'auto- autocorrelator. The input terminals of the car
corrélateur doivent être raccordées aux conduc- correlator must be connected to the
teurs de sortie 164 du convertisseur analogique/ numérique 163. En même temps, les conducteurs de 164 of the analog-to-digital converter 163. At the same time, the drivers of
sortie de l'autocorrélateur doivent être raccor- out of the autocorrelator must be connected
dés aux conducteurs d'entrée 174 du convertisseur dice to the input drivers 174 of the converter
* numérique/analogique 181. La sortie du convertis-* digital / analog 181. The output of the converts
seur numérique/analogique peut être traitée au Digital / Analogue can be processed at
moyen de l'élément à retard 190, de l'élément in- the delay element 190, of the element
verseur de polarité 192, de la porte ET 193, etc., comme représenté en figure 9. Toutefois, dans certains cas, la sortie du convertisseur numérique/ analogique peut être appliquée directement à un enregistreur. polarity pourer 192, AND gate 193, etc., as shown in FIG. 9. However, in some cases, the output of the digital-to-analog converter can be directly applied to a recorder.
XIV. TRANSFORMATION D'UNE SEQUENCE CODEE D'ONDES XIV. TRANSFORMATION OF A CODED WAVE SEQUENCE
DOUBLES EN UNE SEQUENCE CODEE D1IMPULSIONS DOUBLES IN AN ENCODED SEQUENCE OF IMPULSES
COURTES (ETAPE NO 3).SHORT (STEP 3).
On considérera à nouveau le système opératoire illustré en figure 9. A présent, on a We will again consider the operating system illustrated in Figure 9. Now we have
obtenu, au conducteur de sortie 182 du convertis- obtained, to the output driver 182 of the converters
seur numérique/analogique 181, un signal représen- 181, a signal representing
té par une fonction y(t) qui est représenté en figure 19D et qui a une forme analogue à celle de by a function y (t) which is represented in FIG. 19D and which has a shape similar to that of
l'onde double b(t), c'est-à-dire y(t).-p b(t). the double wave b (t), that is to say y (t) .- p b (t).
La fonction y(t)-.-#b(t) représente un seul bit du signal converti en un signal numérique et actionnant le clapet 40. Il est évident qu'une 247511l The function y (t) -.- # b (t) represents a single bit of the signal converted into a digital signal and actuating the valve 40. It is obvious that a 247511l
telle fonction n'est pas très commode pour repré- such a function is not very convenient for
senter un laps de temps très court correspondant à une seule ouverture et une seule fermeture du a very short period of time corresponding to a single opening and closing of the
clapet 40. En conséquence, ainsi qu'on l'a souli- 40. As a result, as has been pointed out
gné dans l'étape n 3, il est nécessaire de trans- In step 3, it is necessary to trans-
former une onde double en une seule impulsion cour- to form a double wave in a single impulse
te coïncidant avec le fonctionnement du clapet. On réalise cet objet au moyen d'un élément à retard commandé par une horloge 191 en combinaison avec l'élément inverseur de polarité 192 et une porte ET 193 (réseau de coiïncidence) selon le système représenté en figure 9. Via le conducteur 182, l'élément à retard 190 reçoit le signal y(t) coinciding with the operation of the valve. This object is produced by means of a delay element controlled by a clock 191 in combination with the polarity inverter element 192 and an AND gate 193 (coincidence network) according to the system shown in FIG. 9. Via the conductor 182, the delay element 190 receives the signal y (t)
émis par le convertisseur numérique/analogique 181. issued by the digital-to-analog converter 181.
Cet élément à retard est commandé par une horloge 191 afin d'obtenir, au conducteur de sortie 195, un This delay element is controlled by a clock 191 in order to obtain, at the output conductor 195, a
retard égal au laps de temps Tm. En outre, la fonc- delay equal to the period of time Tm.
tion retardée b(t - Tm) représentée en figure 10E est appliquée, par le conducteur 195, à un élément inverseur de polarité 192 afin de produire, au conducteur de sortie 197 de l'élément 192, une onde double retardée inversée, exprimée par -b(t - Tm) B (t-Tm) shown in FIG. 10E is applied by the conductor 195 to an inverter element of polarity 192 to produce, at the output conductor 197 of the element 192, an inverted delayed double wave, expressed by -b (t - Tm)
et illustrée en figure 1OF.and illustrated in Figure 1OF.
Le signal -b(t - Tm) est appliqué, par le conducteur 197, à la porte Et 193. En mAme temps, le signal b(t) émis par le convertisseur numérique/analogique 181 est appliqué, par les The signal -b (t-Tm) is applied by the conductor 197 to the gate And 193. At the same time, the signal b (t) transmitted by the digital / analog converter 181 is applied by the
conducteurs 182 et 200, à la porte ET 193. Cha- conductors 182 and 200, at the AND gate 193.
cun des signaux b(t) et -b(t - Tm) comprend des impulsions ayant une polarité positive et une polarité négative. En comparant le signal b(t) représenté en figure IOD avec le signal -b(t - Tm) représenté en figure 10F, on peut constater qu'il n'y a, en figure 10D, qu'une impulsion qui est en coïncidence de temps avec l'impulsion représentée en figure 10F. Cette impulsion est émise dans le laps de temps compris entre t3 et t4 en figure 10D et entre t et t10 en figure 10F. Il est à noter que les moments t3 et t9 corncident,étant donné que t3 = t1 + Tm et t9 = t1 + Tm. De la même manière, les moments t4 et t10 cofncident)étant donné que each of the signals b (t) and -b (t-Tm) comprises pulses having a positive polarity and a negative polarity. By comparing the signal b (t) represented in FIG. 1OD with the signal -b (t-Tm) represented in FIG. 10F, it can be seen that there is, in FIG. 10D, only one pulse which is in coincidence of time with the pulse shown in Figure 10F. This pulse is transmitted in the time interval between t3 and t4 in FIG. 10D and between t and t10 in FIG. 10F. It should be noted that the moments t3 and t9 coincide, since t3 = t1 + Tm and t9 = t1 + Tm. In the same way, the moments t4 and t10 coincide) since
t = t1 + T + TM et t 1 = t1 + Tn + Tm. Enconsé- t = t1 + T + TM and t 1 = t1 + Tn + Tm.
quence, une seule impulsion de coincidence est déri- quence, a single momentum of coincidence is
vée de l'onde double b(t) et elle est représentée en figure IOG. En conséquence, la porte ET 193 qui a reçu, à ses conducteurs d'entrée 200 et 197, des signaux représentant la fonction b(t) et la fonction -b(t - Tm) respectivement, émet, à son conducteur de sortie 210, une seule impulsion du type représenté of the double wave b (t) and is represented in FIG. As a result, the AND gate 193 which has received, at its input leads 200 and 197, signals representing the function b (t) and the function -b (t-Tm) respectively, transmits at its output conductor 210. , a single pulse of the type shown
en figure 1OG.in Figure 1OG.
On rappellera que, pour des raisons de simplicité, on a représenté, dans cette forme de réalisation, une seule impulsion qui est produite et corncide pratiquement avec une seule ouverture et une seule fermeture du clapet. On se rappellera que, au cours d'un forage réel pendant lequel on pratique simultanément une opération de mesure, on obtient, au conducteur de sortie 210, une succession codée d'impulsions individuelles représentant une mesure It will be recalled that, for reasons of simplicity, there is shown, in this embodiment, a single pulse which is produced and corncide substantially with a single opening and a single closure of the valve. It will be remembered that, during a real drilling during which a measurement operation is simultaneously performed, the output conductor 210 obtains a coded succession of individual pulses representing a measurement.
effectuée par un capteur choisi d'un paramètre sélec- by a selected sensor of a select parameter
tionné.tioned.
La succession codée d'impulsions indi- The coded sequence of indi-
viduelles obtenues au conducteur de sortie 210 de la porte ET 193 est appliquée à un convertisseur numérique/analogique 211 qui est commandé par une viduals obtained at the output conductor 210 of the AND gate 193 is applied to a digital-to-analog converter 211 which is controlled by a
horloge 212. Au conducteur de sortie 214 du con- clock 212. At the output conductor 214 of the
vertisseur numérique/analogique 211, on obtient, sous une forme analogique, un signal représentant la mesure du paramètre sélectionné. Ce signal est digital / analog builder 211, there is obtained, in analog form, a signal representing the measurement of the selected parameter. This signal is
enregistré au moyen de l'enregistreur 54. recorded using the recorder 54.
XV. UTILISATION D'UNE CORRELATION CROISEE. XV. USE OF A CROSS CORRELATION.
Dans une autre forme de réalisation de la présente invention, pour la suppression des bruits, on peut utiliser un corrélateur croisé en lieu et place d'un filtre adapté. Il y a une analogie In another embodiment of the present invention, for noise suppression, a cross-correlator may be used instead of a matched filter. There is an analogy
étroite entre la convolution de deux fonctions (com- between the convolution of two functions (
me représenté par l'équation (20a)) et une corréla- represented by equation (20a)) and a correlation
tion croisée. La corrélation croisée d'une fonction avec une autre donne le même résultat que celui qui serait obtenu en faisant passer la première fonction à travers un filtre (filtre adapté) dont la fonction crossing. The cross-correlation of one function with another gives the same result as that which would be obtained by passing the first function through a filter (adapted filter) whose function
de mémorisation est l'inverse de la seconde fonction. memorisation is the opposite of the second function.
(Voir, par exemple, une publication de N.A. Anstey, (See, for example, a publication by N.A. Anstey,
"Correlation Techniques-A Review", Geoph. Prosp. "Correlation Techniques-A Review", Geoph. Prosp.
volume 12, 1964, pages 355-382 ou une publication de Y.W. Lee, "Statistical Theory of Communication", John Wiley & Sons, New York, N.Y., E.U.A., 1960, Volume 12, 1964, pages 355-382 or a publication of Y.W. Lee, "Statistical Theory of Communication," John Wiley & Sons, New York, N.Y., E.U.A., 1960,
page 45).page 45).
En figure 13, on représente la façon dont un corrélateur croisé 200 peut effectuer les mêmes opérations que celles réalisées par un filtre adapté. Le corrélateur croisé 200 comporte deux bornes d'entrée 201 et 202 et une borne de sortie FIG. 13 shows how a cross correlator 200 can perform the same operations as those performed by a matched filter. The cross correlator 200 has two input terminals 201 and 202 and an output terminal
203. Le signal xt émis par le convertisseur analo- 203. The xt signal emitted by the analogue converter
gique/numérique 163 est appliqué à la borne d'entrée 201, tandis que le signal bt émis par l'élément de mémorisation et d'appel 173 est appliqué à la borne d'entrée 202. Un signal représentant la corrélation Digital signal 163 is applied to the input terminal 201, while the signal bt transmitted by the storage and call element 173 is applied to the input terminal 202. A signal representing the correlation
croisée de xt et de b est ainsi obtenu au conduc- cross of xt and b is thus obtained at the
t - t teur de sortie 203. On constate aisément que le signal de corrélation croisée obtenu au conducteur de sortie 203 est identique au signal de convolution yt exprimé par l'équation (33) et émis, en figure 9, par le filtre adapté 170. En outre, ce signal de corrélation croisée est traité,comme représenté en figure 13, de la même manière que le signal obtenu au moyen du filtre adapté 170 a été traité dans le système illustré en figure 9. Le corrélateur croisé peut être du type connu sous le nom de "modèle 3721A",fabriqué par "Hewlett Packard Company", Palo Alto, Californie, E.U.A. It is readily apparent that the cross-correlation signal obtained at the output conductor 203 is identical to the convolution signal yt expressed by equation (33) and emitted, in FIG. 9, by the matched filter 170. Furthermore, this cross-correlation signal is processed, as shown in FIG. 13, in the same manner as the signal obtained by means of the matched filter 170 has been processed in the system illustrated in FIG. 9. The cross-correlator can be of the type known as "Model 3721A", manufactured by "Hewlett Packard Company", Palo Alto, California, USA
XVI. SUPPRESSION DU BRUIT ERRATIQUE LORSQUE CELUI- XVI. REMOVAL OF ERRATIC NOISE WHEN IT IS
CI NtEST PAS UN BRUIT BLANC.CI IS NOT A WHITE NOISE.
Lorsque le bruit erratique est un bruit blanc, l'autocorrélation qt de la fonction de bruit est de zéro pour t & O. On considérera à présent le cas dans lequel le bruit parasite ut comporte une fonction d'autocorrélation connue q dans laquelle les coefficients qt ne sont pas nécessairement de zéro pour t 4 O. C'est le cas d'un "bruit mis en autocorrélation" contrairement à un bruit blanc pur When the erratic noise is a white noise, the autocorrelation qt of the noise function is zero for t 0. We shall now consider the case in which the parasitic noise τ has a known autocorrelation function q in which the coefficients qt are not necessarily zero for t 4 O. This is the case of a "noise set in autocorrelation" unlike a pure white noise
dont seul le coefficient d'autocorrélation ne ten- only the coefficient of autocorrelation
dant pas vers zéro est qo. La figure 14 représente une forme de réalisation appropriée d'un filtre adapté et des éléments y associés. Dans ce cas, il est nécessaire de mémoriser non seulement le signal porteur d'information bt (par exemple, au moyen de l'élément 173), mais également le signal de bruit ut. En conséquence, le signal illustré en figure 14 comprend deux éléments de mémorisation et d'appel 173 et 224. L'élément de mémorisation not to zero is qo. Fig. 14 shows a suitable embodiment of a matched filter and associated elements therein. In this case, it is necessary to memorize not only the information carrier signal bt (for example, by means of the element 173), but also the noise signal ut. Accordingly, the signal illustrated in FIG. 14 comprises two storage and call elements 173 and 224. The storage element
et d'appel 173 effectue une fonction qui est iden- and call 173 performs a function which is identical
tique à celle de l'élément désigné par le m-me chiffre de référence dans les figures 9 et 12. Il sert à mémoriser, puis produire la fonction bt, D'autre part, l'élément de mémorisation et d'appel to the element designated by the same reference numeral in FIGS. 9 and 12. It is used to memorize and then produce the function bt. On the other hand, the memory and call element
224 a pour fonction de mémoriser, puis de repro- 224 has the function of memorizing, then reproducing
duire la fonction de bruit ut. Les données repré- to obtain the noise function ut. The data represented
sentant Jes fonctions bt et ut fournies par les éléments de mémorisation 173 et 224 respectivement sensing the functions bt and ut provided by the storage elements 173 and 224 respectively
sont appliquées, via les canaux 225 et 226 respec- are applied via channels 225 and 226 respectively.
tivement, à un ordinateur 228. Cet ordinateur 228 a pour fonction de transformer le signal d'entrée venant des canaux 225 et 226 en données requises This computer 228 has the function of transforming the input signal from the channels 225 and 226 into the required data.
pour déterminer la fonction de mémorisation du fil- to determine the memory function of the thread
tre adapté 220. Ces dernières données sont appli- 220. The latter data are applied
quées au filtre adapté 220 par le canal 230. La notation sera alors la même que celle décrite précédemment, avec cette exception que l'on doit, dans ce cas, tenir compte du fait que le bruit ut n'est plus un bruit blanc. Les filtres adaptés dont il est question ici sont The notation will then be the same as that described above, with the exception that, in this case, it must be taken into account that the noise ut is no longer a white noise. The adapted filters discussed here are
indéterminés dans le sens d'un facteur d'amplifica- indeterminate in the sense of an amplification factor
tion arbitraire k qui, pour des raisons de commo- arbitrary decision which, for reasons of commu-
dité, est égal à l'unité.dity, is equal to unity.
On utilisera la même définition du rapport signal/bruit f. Dès lors, on a: cn n f E [v 2] (43) Il est souhaitable de porter a à son maximum en supposant que le bruit ut est du type mis en autocorrélation. A il est approprié d'introduire la notation a = (aO, a-,... an) désigne le vecteur de (n + 1) rangées qui ó la mémoire du filtre adapté 220. En outre b = (bn, bnlV À.., bo) est le vecteur de (n + 1) rangées qui défia verse de temps du signal bt et qo... q e* la valeur d'entrée ce moment, We will use the same definition of the signal / noise ratio f. Therefore, we have: cn n f E [v 2] (43) It is desirable to bring to a maximum by assuming that the noise ut is of the type set to autocorrelation. A it is appropriate to introduce the notation a = (aO, a -, ... an) denotes the vector of (n + 1) rows which ó the memory of the matched filter 220. In addition b = (bn, bnlV A .., bo) is the vector of (n + 1) rows that defies time of the signal bt and qo ... qe * the input value that moment,
de matrice.matrix.
(44) caractérise e. - (45)(44) characterizes e. - (45)
iit l'in-iit the in-
0 00 0
qn *. * qoqn *. * qo
247 75111247 75111
est la matrice d'autocorrélation de (n + 1) par (n + 1) du bruit. On peut alors écrire: = (ab') (ba') (46) aqal' o le signe prime (') désigne la transposition de is the autocorrelation matrix of (n + 1) by (n + 1) of the noise. We can then write: = (ab ') (ba') (46) aqal 'o the prime sign (') designates the transposition of
la matrice.the matrix.
Afin de porter la valeur" à son maxi- In order to bring the value "to its maximum
mum, la quantité (46) sera différenciée vis-à-vis du vecteur de filtre a et le résultat sera égal à mum, the quantity (46) will be differentiated vis-à-vis the filter vector a and the result will be equal to
zéro.zero.
On obtient une relation qa' = b' (47) qui peut être transcrite sous la forme 0 n 15.a1 bn_ 15. =. * n|ab (48) g L o q0 a nb0 C'est là la formulation de matrice We obtain a relation qa '= b' (47) which can be transcribed in the form 0 n 15.a1 bn_ 15. =. * n | ab (48) g L o q0 a nb0 This is the matrix formulation
d'un groupe de (n + 1) équations simultanées liné- of a group of (n + 1) linear simultaneous equations
aires dans les (n + 1) coefficients de filtre in- areas in the (n + 1) filter coefficients in-
connus (ao, al,..., an). La solution donne le filtre adapté optimum désiré en présence d'un bruit mis en autocorrélation. L'équation (48) peut êtrerésolue par la technique de récurrence de Wiener-Levinson (voir N. Levinson, "The Wiener known (ao, al, ..., an). The solution gives the optimum optimum matched filter in the presence of a noise set in autocorrelation. Equation (48) can be solved by the Wiener-Levinson recursion technique (see N. Levinson, "The Wiener
RMS error criterion in Filter Design and Predic- RMS error test in Filter Design and Prediction
tion", Jour. of Mat. and Phys., 1947, volume 25, pages 261-278 et S. Treitel et E.A. Robinson, "Day of Mat and Phys., 1947, Volume 25, pages 261-278 and S. Treitel and E. A. Robinson,
"Seismic Wave Propagation in Terms of Communica- "Seismic Wave Propagation in Terms of Communica-
tion Theory", Geophysics, 1966, volume 31, pages Theory ", Geophysics, 1966, volume 31, pages
17-32). Cette méthode récurrente est très effi- 17-32). This recurrent method is very effective
cace et, dès lors, il est possible de calculer des filtres adaptés de grande longueur au moyen de therefore, it is possible to calculate adapted filters of great length by means of
l'ordinateur 228. Les quantités connues interve- 228. The known quantities involved
nant dans ce calcul sont la matrice d'autocorré- in this calculation are the matrix of autocorrelation
lation de bruit q et l'inverse de temps de l'onde de signal bn t, tandis que les quantités inconnues sont les coefficients de filtre at. Ces coeffi- noise enumeration q and the time inverse of the signal wave bn t, while the unknown quantities are the filter coefficients at. These coefficients
cients de filtre représentent la fonction de mémo- The filter functions represent the memo function.
risation du filtre adapté 220.adapted filter 220.
Les calculs nécessaires pour détermi- The calculations necessary to determine
ner la fonction de mémorisation du filtre adapté the memory function of the adapted filter
220 sont effectués par l'ordinateur 228. Des élé- 220 are carried out by the computer 228.
ments de mémorisation et d'appel 173 et 224, l'or- memoranda and appeal 173 and 224, the
dinateur reçoit des données relatives aux fonctions b et ut respectivement. Lors de la réception de t The receiver receives data on the functions b and ut respectively. When receiving t
qt, la matrice d'autocorrélation de bruit est cal- qt, the noise autocorrelation matrix is cal-
culée et, lors de la réception de la fonction bt v abutment and, when receiving the function bt v
l'inverse de temps de ce signal est déterminée. the inverse time of this signal is determined.
Ensuite, les coefficients de filtre inconnus at sont calculés, puis transmis au filtre adapté Then the unknown filter coefficients at are calculated and then transmitted to the matched filter
220 via le canal de sortie 230.220 via the output channel 230.
La sortie du filtre adapté 220 est appliquée à un convertisseur numérique/analogique The output of the matched filter 220 is applied to a digital-to-analog converter
181 et elle est soumise à un traitement-complémen- 181 and is subject to a complementary treatment
taire de la même manière que la sortie du filtre adapté 170 a été traitée dans le système illustré in the same manner as the output of the matched filter 170 has been processed in the illustrated system.
en figure 9.in Figure 9.
Dans le domaine de fréquence, la fonc- In the frequency domain, the function
tion de mémorisation du filtre adapté 220 peut être exprimée comme suit: A(f) = e-2rfn (49) o B*(f) indique la transformation, suivant Fourier, de l'inverse de temps du signal b = (bo, bl,..., bn), tandis que Q(f) indique le spectre de puissance du bruit dans l'intervalle The storage pattern of the matched filter 220 may be expressed as follows: A (f) = e-2rfn (49) where B * (f) indicates the Fourier transformation of the time inverse of the signal b = bl, ..., bn), while Q (f) indicates the power spectrum of the noise in the interval
(f + df). La signification physique de ltexpres- (f + df). The physical meaning of ltexpres-
sion (49) est simple. Plus le spectre d'amplitu- sion (49) is simple. More spectrum of amplification
de IB(f)I du signal est large, plus le spectre de of IB (f) I the signal is wide, the more the spectrum of
densité de puissance Q(f) du bruit dans ltinter- power density Q (f) of the noise in the interfering
valle (f, f + df) est réduit et plus le filtre adap- valle (f, f + df) is reduced and the filter adapts
té transmet des fréquences dans cet intervalle. transmit frequencies in this range.
Dès lors, si la densité spectrale de puissance Q(f) du bruit est faible dans un certain intervalle de la bande de fréquencesoccupée par le signal, le filtre adapté est essentiellement transparent Therefore, if the spectral power density Q (f) of the noise is low in a certain interval of the frequency band occupied by the signal, the adapted filter is essentially transparent.
(atténuation très faible) dans cet intervalle. (very low attenuation) in this interval.
On prendra à présent en considération les éléments de mémorisation et d'appel de signaux 173 et 224. Le processus nécessaire pour mémoriser le signal bt au moyen de l'élément 173 a été décrit précédemment dans les étapes (a) à (f) effectuées Consideration will now be given to the storage and signal calling elements 173 and 224. The process necessary for storing the bt signal by means of the element 173 has been previously described in steps (a) to (f) performed
au moyen du système illustré en figure 12. using the system illustrated in Figure 12.
Une méthode différente est nécessaire pour mémoriser le signal de bruit ut au moyen de l'élément 224. Comme on l'a souligné précédemment A different method is needed to memorize the noise signal ut by means of the element 224. As previously pointed out
à propos de la figure 12, on peut recevoir et mémo- about figure 12, we can receive and memorize
riser un "signal exempt de bruit". De la même ma- Raise a "noise-free signal". In the same way
nière, en raison du synchronisme existant entre les because of the synchronism between
"horloges" de sous-sol et de surface, on peut rece- "clocks" of the basement and the surface, one can receive
voir et mémoriser un "bruit exempt de signal", c'est-à-dire le signal reçu par le transducteur 51 see and memorize a "signal-free noise", that is, the signal received by the transducer 51
au cours d'une opération normale de forage (compor- during a normal drilling operation (
tant tous les bruits faisant partie d'une telle all the noises that are part of such
opération, mais aucun signal porteur d'information). operation, but no information-bearing signal).
Dans ce cas, on peut également utiliser le système In this case, one can also use the system
représenté en figure 12 pour illustrer les proces- shown in Figure 12 to illustrate the processes
sus requis. Les étapes permettant d'obtenir un en- sus required. The steps to obtain a
registrement de la fonction u(t) peuvent être les suivantes: Etape (a} On applique un poids sur le trépan et The registration of the function u (t) may be the following: Step (a) Apply a weight to the bit and
on effectue des opérations normales de forage. normal drilling operations are carried out.
Etape (B) On choisit un moment auquel il n'y a aucun signal porteur d'information, c'est-à-dire un Step (B) A time is chosen at which there is no information-carrying signal, i.e.
temps de repos entre des mots binaires. rest time between binary words.
24751!i Etape) On obtient un signal représentant la 24751! I Step) A signal is obtained representing the
variation de pression du fluide de forage au trans- pressure variation of the drilling fluid at the trans-
ducteur 51; Ce signal est transmis par le filtre 150. En raison du moment choisi lors de l'étape (p) ci-dessus, le signal b(t) est non existant et, par conséquent, le signal obtenu à la sortie du driver 51; This signal is transmitted by the filter 150. Because of the moment chosen in step (p) above, the signal b (t) is non-existent and, consequently, the signal obtained at the output of the
filtre 150 a la forme F(t) = P(t) + U(t). Filter 150 has the form F (t) = P (t) + U (t).
Etape (4) On élimine le signal P(t) des bruits de pompes. On effectue cette élimination au moyen Step (4) The signal P (t) is removed from the pump noises. This elimination is carried out by means of
de l'élément à retard 152 et du soustracteur 160. the delay element 152 and the subtractor 160.
Ensuite, on applique le signal obtenu au convertis- Then we apply the signal obtained to the converts
seur analogique/numérique 163. Etant donné qu'il n'y a aucun signal porteur d'information, bt = 0 et, par conséquent, le signal émis à la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 a la forme Analog / digital source 163. Since there is no information-carrying signal, bt = 0 and, therefore, the signal transmitted at the output of the analog-to-digital converter 163 has the form
Xt = Ut.Xt = Ut.
Etape (ú) On obtient un enregistrement de la Step (ú) We obtain a record of the
fonction xt = ut en utilisant l'élément de mémori- function xt = ut using the memory element
sation et d'appel 224 à la sortie du convertisseur analogique/numérique 163 conmme représenté en figure 12. Pour résumer ce qui a été dit cidessus, on peut constater que, si le bruit est blanc, le filtre adapté 170 et les éléments y associés (comme représenté en figure 9) assurent la valeur optimale du rapport signal/bruit i. Si le bruit n'est pas 22 to the output of the analog / digital converter 163 as shown in FIG. 12. To summarize what has been said above, it can be seen that, if the noise is white, the matched filter 170 and the associated elements (as shown in Figure 9) provide the optimum value of the signal-to-noise ratio i. If the noise is not
un bruit blanc, mais a une fonction d'autocorréla- a white noise, but has a function of autocorrela-
tion connue, le filtre adapté 220 et les éléments y associés (comme représenté en figure 14) assurent known filter, the matched filter 220 and associated elements (as shown in FIG.
la valeur optimale de È.the optimum value of È.
XVII. FILTRE CONFORMATEUR D'IIMPULSIONS DE TYPE XVII. CONFORMER FILTER OF TYPE IIMPULSIONS
WIENER.WIENER.
La figure 15 représente une partie de Figure 15 shows a portion of
l'équipement de surface comprenant un filtre fonc- surface equipment including a functional filter
tionnant selon un principe différent de celui du according to a principle different from that
filtre adapté de la figure 9 ou de la figure 14. adapted filter of Figure 9 or Figure 14.
Le filtre adapté de la figure 9 ou de la figure 14 est optimum en ce sens qu'il est un filtre linéaire optimalisant le rapport signal/bruit. D'autre part, le filtre 240 de la figure 15, que l'on appelle "filtre conformateur d'impulsions" ou "filtre de Wiener", est un filtre optimum en ce sens qu'il est The matched filter of FIG. 9 or FIG. 14 is optimum in that it is a linear filter optimizing the signal / noise ratio. On the other hand, the filter 240 of FIG. 15, which is called "pulse shaping filter" or "Wiener filter", is an optimum filter in the sense that it is
un filtre linéaire minimisant la différence effec- a linear filter that minimizes the difference
tive entre une sortie désirée et une sortie réelle. tive between a desired output and a real output.
(Pour une description d'un filtre de ce type, voir, (For a description of a filter of this type, see,
par exemple, la publication de E.A. Robinson et for example, the publication of E. A. Robinson and
Sven Treitel, "Principles of Digital Wiener Filte- Sven Treitel, "Principles of Digital Wiener Filte-
ring", Geophysical Prospecting 15, 1967, pages ring ", Geophysical Prospecting 15, 1967, pages
312-333 ou une publication de Sven Treitel et E.A. 312-333 or a publication of Sven Treitel and E.A.
Robinson, "The Design of High-Resolution Digital Robinson, "The Design of High-Resolution Digital
Filters", IEEE Transactions on Geoscience Electro- Filters ", IEEE Transactions on Geoscience Electro-
nics, volume GE-4, n 1, 1966, pages 25-38). nics, volume GE-4, No. 1, 1966, pages 25-38).
Le filtre conformateur d'impulsions 240 de la figure 15 reçoit, via son canal d'entrée, des données relatives à la fonction xt = bt + ut et fournies par le convertisseur analogique/numérique 163. Ce filtre conformateur d'impulsions est un filtre de longueur (m + 1) ayant une mémoire ft = (fox fl, *--' fa) (50) The pulse shaping filter 240 of FIG. 15 receives, via its input channel, data relating to the function xt = bt + ut and supplied by the analog / digital converter 163. This pulse shaping filter is a filter of length (m + 1) having memory ft = (fox fl, * - 'fa) (50)
qui transforme, avec erreur de poids faible, l'en- which, with a low weight error, transforms the
trée de longueur (n + 1) xt = (xO, xl, **>..., xn) en une sortie de longueur (m + n + 1) zt = (Zo, zl,.., zm+n). Un modèle d'un filtre de ce type est représenté en figure 16. Dans ce modèle, il y a trois signaux, notamment: (1) le signal d'entrée xt, (2) le signal réel de sortie zt et (3) le signal de sortie désiré bt. Le signal bt est une onde trength of length (n + 1) xt = (xO, xl, **> ..., xn) in an output of length (m + n + 1) zt = (Zo, zl, .., zm + n) . A model of a filter of this type is shown in Figure 16. In this model, there are three signals, including: (1) the input signal xt, (2) the actual output signal zt and (3) the desired output signal bt. The signal bt is a wave
double du type représenté en figure 10C. double the type shown in Figure 10C.
Le signal de sortie zt est une convo- The output signal zt is a convo
lution de la fonction de mémorisation de filtre ft avec la fonction d'entrée xt, c'est-à-dire: zt = ft * xt (51) Le problème consiste à déterminer la fonction de mémorisation ft de telle sorte que la sortie réelle zt soit aussi proche que possible (avec erreur de poids faible) de la sortie désirée bt. Pour choisir la fonction de mémorisation, on réduit au minimum la quantité suivante: I = (somme des erreurs élevées au carré entre la sortie désirée et l'onde de signal filtrée) lution of the filter storage function ft with the input function xt, that is: zt = ft * xt (51) The problem is to determine the storage function ft so that the actual output zt be as close as possible (with low weight error) to the desired output bt. To select the storage function, the following quantity is minimized: I = (sum of squared errors between the desired output and the filtered signal wave)
+ \ (puissance du bruit filtré).+ \ (filtered noise power).
o v est un paramètre de pondération pré-affecté. o v is a pre-assigned weighting parameter.
Les calculs nécessaires pour réduire I au minimum, sont effectués par l'ordinateur 245 comportant trois canaux d'entrée 246, 247 et 248 respectivement. Un élément de mémorisation et d'appel 173 transmet, à l'ordinateur 245 et via le The calculations necessary to minimize I are performed by the computer 245 having three input channels 246, 247 and 248 respectively. A storage and call element 173 transmits to the computer 245 and via the
canal 246, les données relatives à la fonction bt. channel 246, the data relating to the function bt.
De la même manière, l'élément de mémorisation et d'appel 224 transmet, à l'ordinateur 245 et via le In the same way, the storage and call element 224 transmits to the computer 245 and via the
canal 247, les données relatives à la fonction ut. channel 247, the data relating to the function ut.
Le canal 248 est utilisé pour transmettre, à l'or- Channel 248 is used to transmit, at the
dinateur 245, les données relatives aux fonctions Xt qui sont également appliquées au conducteur d'entrée 241 du filtre conformateur d'impulsions 240. 245, the data relating to the functions Xt which are also applied to the input lead 241 of the pulse shaping filter 240.
Lors de la réception des signaux d'en- When receiving the signals from
trée bt, ut et xt appliqués par les canaux 246, 247 et 248 respectivement, l'ordinateur 245 est conçu pour effectuer certains calculs qui seront décrits ci-après, de même que pour transmettre, au filtre conformateur dtimpulsions 240 et via le bt, ut and xt applied by the channels 246, 247 and 248 respectively, the computer 245 is designed to perform certain calculations which will be described hereinafter, as well as to transmit, to the shaping filter 240 and via the
canal de sortie 251, les données requises concer- 251, the data required for the
nant la fonction de mémorisation du filtre 240. the storage function of the filter 240.
Dès lors, la sortie réelle zt du filtre est, avec Therefore, the actual output zt of the filter is, with
une erreur de faible poids, aussi proche que pos- an error of low weight, as close as pos-
sible de la sortie désirée bt. En d'autres mots: zt. bt (52) sible of the desired output bt. In other words: zt. bt (52)
24751 *124751 * 1
comme représenté en figure 1OD.as shown in FIG.
On considérera à présent plus en détail les opérations effectuées au moyen de l'ordinateur 245. Dans les symboles, la quantité I devant être réduite au minimum est: m + n I = (bt - t)2 + VE [v] (53) t = o o la notation E [] indique la moyenne d'ensemble et o m vt = > Ut = L fs Ut-s s=O The operations carried out by means of the computer 245 will now be considered in greater detail. In the symbols, the quantity I to be reduced to the minimum is: m + n I = (bt - t) 2 + VE [v] (53 t = oo the notation E [] indicates the mean of set and om vt => Ut = L fs Ut-s s = O
représente le bruit filtré. En simplifiant l'expres- represents the filtered noise. By simplifying the expression
sion pour I, on obtient: m+n m 2 m m I = t 7- fs xt-s) + Efsqt-sft (54) t=O s=0 s=O t-O Dans ce cas: qt-s = E [uts utt] o t est un indice de temps fictif et o qt-s est l'autocorrélation du bruit reçu. En différenciant for I, we obtain: m + nm 2 mm I = t 7- fs xt-s) + Efsqt-sft (54) t = O s = 0 s = O tO In this case: qt-s = E [uts utt] ot is a fictitious time index and o qt-s is the autocorrelation of the received noise. Differentiating
l'expression pour I vis-à-vis de chacun des coef- the expression for I vis-à-vis each of the coefficients
ficients de filtre et en posant les dérivées égales à zéro, on obtient un groupe d'équations simultanées, à savoir: m Tfs rt-s + qt-s = gt (56) s=O pour t = 1, 2, *.., m. Dans les équations ci-dessus, les quantités rt-s, qt-s et gt sont connues, tandis filter ficients and by putting the derivatives equal to zero, we obtain a group of simultaneous equations, namely: m Tfs rt-s + qt-s = gt (56) s = 0 for t = 1, 2, *. ., m. In the equations above, the quantities rt-s, qt-s and gt are known, while
que les quantités fs sont inconnues. that the quantities fs are unknown.
2475 1I2475 1I
Les calculs effectués par l'ordinateur 245 servent à déterminer les paramètres rts, qt-s et gt d'après les fonctions d'entrée appliquées aux The calculations made by the computer 245 are used to determine the parameters rts, qt-s and gt according to the input functions applied to the
canaux 248, 247 et 246 respectivement, pour résou- channels 248, 247 and 246 respectively, to resolve
dre ensuite les équations (56) pour les quantités inconnues f s. Les paramètres rt st5,-s ' et gt sont définis comme suit: Le paramètre rt-s est l'autocorrélation then equations (56) for the unknown quantities f s. The parameters rt st5, -s' and gt are defined as follows: The parameter rt-s is the autocorrelation
du signal d'entrée xt qui est appliqué à l'ordina- of the input signal xt which is applied to the computer
teur 245 par le canal 248. Le paramètre qt est l'autocorrélation du signal de bruit ut qui est appliqué à l'ordinateur 245 par le canal 247. Les paramètres gt sont les coefficients de produits vectoriels entre la sortie désirée bt et l'entrée xt. Dès lors, on a: m >gt1 bs XS-t (5-7) s=O pour t = 0, 1, 2,..., m. Dans l'expression pour The parameter qt is the autocorrelation of the noise signal ut which is applied to the computer 245 by the channel 247. The parameters gt are the vector product coefficients between the desired output bt and the input xt. Therefore, we have: m> gt1 bs XS-t (5-7) s = O for t = 0, 1, 2, ..., m. In the expression for
gt, la sortie désirée bs est appliquée à l'ordina- gt, the desired output bs is applied to the computer
teur 245 par le canal 246, tandis que l'entrée xt est appliquée par le canal 248. Le paramètre J est un paramètre de pondération auquel une valeur 245 through channel 246, while input xt is applied by channel 248. The parameter J is a weighting parameter to which a value
appropriée est affectée comme décrit ci-après. appropriate is affected as described below.
Dès lors, les paramètres rts, qts et gt sont déterminés par l'ordinateur 245, lequel résout ensuite les équations pour obtenir, au canal de sortie 251, les quantités f s. Ces quantités S sont appliquées à la mémoire du filtre conformateur d'impulsions 240. La sortie réelle zt du filtre 240 est, avec une erreur de faible poids, aussi Therefore, the parameters rts, qts and gt are determined by the computer 245, which then solves the equations to obtain, at the output channel 251, the quantities f s. These quantities S are applied to the memory of the pulse shaping filter 240. The actual output zt of the filter 240 is, with a low weight error, also
proche que possible de la sortie désirée bt. as close as possible to the desired output bt.
Etant donné que la matrice de l'équa- Since the matrix of the equa-
tion, notamment la matrice [rt_s + Vqts]est sous the matrix [rt_s + Vqts] is under
forme d'une matrice d'autocorrélation, ces équa- form of an autocorrelation matrix, these equa-
tions peuvent être résolues efficacement par la can be solved effectively by the
247511I247511I
méthode récurrente. Cette méthode récurrente a été décrite dans les deux publications suivantes: recurring method. This recurrent method has been described in the following two publications:
N. Levinson, "The Wiener R4S (root mean square cri- N. Levinson, "The Wiener R4S (root mean square
terion = critère effectif, in Filter Design and Prediction", appendice B de N. Wiener, "Extra- terion = effective criterion, in Filter Design and Prediction ", appendix B by N. Wiener," Extra-
polation, Interpolation,and Smoothing of Stationa- Polation, Interpolation, and Smoothing of Stationa-
ry Time Series", John Wiley, New York, N.Y., 1949, et Enders A. Robinson, "Statistical Communication and Detection with Special Reference on Digital Data Processing of Radar and Seismic Signals", pages 274-279, Hafner Publishing Company, New York, Time Series, "John Wiley, New York, NY, 1949, and Enders A. Robinson," Statistical Communication and Detection with Special Reference to Digital Data Processing of Radar and Seismic Signals, "pp. 274-279, Hafner Publishing Company, New York. York
N.Y., E.U.A., 1967.N.Y., U.A., 1967.
Il est à noter que le temps machine It should be noted that the machine time
requis pour résoudre les équations simultanées ci- required to solve the simultaneous equations
dessus pour un filtre à m coefficients est propor- above for a filter with m coefficients is proportional
tionnel à m pour la méthode récurrente, compara- m for the recurrent method, compared with
tivement à m3 pour la méthode classique de résolu- to the standard method of solving
tion d'équations simultanées. Un autre avantage qu'offre l'adoption de cette méthode récurrente, réside dans le fait qu'elle ne nécessite, pour la simultaneous equations. Another advantage of adopting this recurrent method is that it does not require, for the
mémorisation dans l'ordinateur, qu'un espace pro- memorizing in the computer, that a pro-
portionnel à m plutôt qu'à m2, comme c'est le cas portional to m rather than m2, as is the case
dans les méthodes classiques.in classical methods.
Lors de la conception d'un filtre con- When designing a filter con-
formateur d'impulsions, deux conditions requises peuvent être prises en considération, notamment: (a) conformer aussi étroitement que impulse trainer, two conditions may be taken into consideration, including: (a) conform as closely as
possible la fonction zt en fonction désirée bt. possible function zt in function desired bt.
(b) Produire une puissance de sortie (b) Produce an output power
aussi faible que possible si le bruit fixe inop- as low as possible if the noise
portun constitue la seule entrée de ce filtre. portun is the only entry for this filter.
Dans de nombreux cas pratiques, un filtre est nécessaire pour remplir simultanément les deux conditions ci-dessus et ainsi, on se voit confronté au problème que pose la découverte d'un In many practical cases, a filter is needed to simultaneously fulfill both of the above conditions and so we are faced with the problem of finding a
compromis approprié entre ces deux conditions. appropriate compromise between these two conditions.
247S111247S111
Dès lors, on choisit, pour le paramètre \, une valeur appropriée assurant la pondération relative entre Therefore, we choose, for the parameter \, an appropriate value ensuring the relative weighting between
ces deux conditions.these two conditions.
Il y a des cas dans lesquels la valeur zéro est affectée à V. Dans ce cas, l'expression (53) prend une forme plus simple, notamment: m+n I'= (bt zt) (58) t=O et l'ordinateur 245 ne nécessite pas les données There are cases in which the value zero is assigned to V. In this case, the expression (53) takes a simpler form, notably: m + n I '= (bt zt) (58) t = O and the 245 computer does not require the data
représentant ut. Dans ce cas, l'élément de mémori- representing ut. In this case, the memory element
* sation et d'appel 224 représenté en figure 15 est supprimé et, dès lors, l'ordinateur 245 ne comporte que deux canaux d'entrée, notamment le canal 246The call and call 224 shown in FIG. 15 is deleted and, consequently, the computer 245 has only two input channels, in particular the channel 246.
et le canal 248.and the channel 248.
On observera à présent que le rende- It will now be observed that the return
ment d'un filtre conformateur d'impulsions et celui d'un filtre d'adaptation ne sont pas exactement semblables; en d'autres mots, pour une entrée donnée, les sorties de ces filtres ne sont pas Both a pulse shaping filter and an adaptation filter are not exactly alike; in other words, for a given input, the outputs of these filters are not
identiques. L'expression yt rbt, qui est appli- identical. The expression yt rbt, which is
cable à un filtre adapté, a été utilisée ci-dessus cable to a suitable filter, has been used above
pour indiquer que le signal exprimé paryt (repré- to indicate that the signal expressed by
sentant la sortie d'un filtre adapté) se rapproche feeling the output of a suitable filter) is getting closer
étroitement de l'onde double bt.closely of the double bt wave.
En conséquence, on a souligné que le même graphique de la figure 1OD représentait les As a result, it was pointed out that the same graph in Figure 1OD represented the
fonctions y(t), de même que les fonctions b(t). functions y (t), as well as the functions b (t).
Il est également à noter que l'expression It should also be noted that the expression
zt bt, qui est applicable à un filtre conforma- zt bt, which is applicable to a conformal filter
teur d'impulsions, a été utilisée ci-dessus pour pulse generator, has been used above for
indiquer que le signal exprimé par Zt (représen- indicate that the signal expressed by Zt (represent
tant la sortie d'un filtre conformateur d'impul- the output of a pulse shaping filter
sions) se rapproche étroitement de l'onde double bt. En conséquence, on a souligné que le même graphique de la figure 10D représentait la fonction z(t), de même que la fonction b(t). Strictement parlant, le même graphique de la figure 10D ne sions) is closely related to the double bt wave. As a result, it was pointed out that the same graph of Figure 10D represented the function z (t), as did the function b (t). Strictly speaking, the same graph in Figure 10D does not
doit pas être utilisé pour représenter les fonc- should not be used to represent the functions
tions b(t), y(t) et z(t). Toutefois, étant donné que les fonctions y(t) et z(t) se rapprochent étroitement de la fonction b(t), on pense que, b (t), y (t) and z (t). However, since the functions y (t) and z (t) closely approximate the function b (t), it is thought that,
dans le but de l'exposé, il est approprié d'utili- for the purpose of the presentation, it is appropriate to use
ser le même graphique que la figure 1OD pour dé- be the same graph as Figure 1OD to de-
crire le rendement d'un filtre adapté et celui write the performance of a suitable filter and that of
d'un filtre conformateur d'impulsions. a pulse shaping filter.
XVIII. FORMATION DE POINTES D'ONDESXVIII. FORMATION OF WAVE POINTS
On considérera à présent le système opératoire représenté en figure 17. Au conducteur de sortie 162 du soustracteur 160, on a obtenu à la fois le signal porteur d'information b(t) et le signal de bruit u(t). Le signal b(t) est l'onde double représentée en figure 1OC. La combinaison The operating system shown in FIG. 17 will now be considered. At the output conductor 162 of the subtractor 160, both the information carrier signal b (t) and the noise signal u (t) have been obtained. The signal b (t) is the double wave shown in FIG. The combination
des signaux b(t) et u(t) est appliquée au conver- signals b (t) and u (t) is applied to the conver-
tisseur analogique/numérique 163, émettant ainsi, au conducteur de sortie 164 du convertisseur, des analog / digital weaver 163, thus emitting, at the output conductor 164 of the converter,
signaux convertis en numériques bt et ut, ces si- signals converted into digital bt and ut, these
gnaux correspondant aux signaux analogiques b(t) et u (t) respectivement. La combinaison de ces deux signaux bt et ut est, à son tour, appliquée au conducteur d'entrée 300 d'un filtre formateur de pointes 351. Ce filtre formateur de pointes est signals corresponding to the analog signals b (t) and u (t) respectively. The combination of these two signals bt and ut is, in turn, applied to the input lead 300 of a tip forming filter 351. This tip forming filter is
un cas particulier d'un filtre conformateur d'im- a particular case of a filter shaper of im-
pulsions de type Wiener dans lequel la forme dé- Wiener-type impulses in which the form de-
sirée est simplement une pointe (pour une descrip- sirée is simply a tip (for a descrip-
tion d'un filtre formateur de pointes, voir, par tion of a tip-forming filter, see, for example,
exemple, la publication de S. Treitel et E.A. for example, the publication of S. Treitel and E.A.
Robinson, "The Design of High-Resolution Digital Robinson, "The Design of High-Resolution Digital
Filter" IEBE Transactions on Geoscience Electro- Filter "IEBE Transactions on Geoscience Electro-
nics, volume GE-4, N0 1, 1966, pages 25-38). , volume GE-4, No. 1, 1966, pages 25-38).
On rappellera maintenant qu'une onde double b(t) telle que celle représentée en figure It will be recalled now that a double wave b (t) such as that represented in FIG.
1OC est constituée de deux ondes de clapet, c'est- 1OC consists of two waves of valve, that is,
à-dire une onde de clapet "A"I et une onde de clapet "B". LMonde de clapet "BI' suit l'onde de clapet "A"' après un temps T p Le filtre formateur de pointes devant être utilisé dans la forme de réalisation ie a valve wave "A" I and a valve wave "B". Valve wave "BI" follows the valve wave "A" 'after a time T p The tip forming filter to be used in the embodiment
illustrée en figure 17 a pour fonction de transfor- illustrated in Figure 17 has the function of transforming
mer l'onde de clapet ^^A", de même que l'onde de clapet "Bu en une pointe respective clairement définie. Dès lors, une onde de clapet double bt est transformée, au moyen du filtre formateur de sea the valve wave ^^ A ", as well as the valve wave" Bu at a respective point clearly defined. Therefore, a double bt valve wave is transformed, by means of the formant filter of
pointes 351, en une paire de pointes. tips 351, in a pair of points.
Les figures 18A à 18F représentent respectivement six positions possibles d'une paire de pointes (par exemple M1 et N1) vis-à-vis de l'onde double appliquée à la borne d'entrée 300 du filtre formateur de pointes 351. On supposera que Tk est le laps de temps s'écoulant entre les pointes M1 et Nj, ce laps de temps étant le même dans toutes les figures 18A à 18F. On supposera que H1 est le point FIGS. 18A to 18F respectively represent six possible positions of a pair of points (for example M1 and N1) with respect to the double wave applied to the input terminal 300 of the tip-forming filter 351. It will be assumed that that Tk is the lapse of time flowing between the points M1 and Nj, this lapse of time being the same in all of Figures 18A to 18F. We will assume that H1 is the point
d'intersection de la pointe M1 avec l'axe des abscis- intersection of the M1 point with the abscis axis
ses (exprimé en millisecondes). Dès lors, la dis- its (expressed in milliseconds). Therefore, the
tance OH1 (en millisecondes) représente le décalage OH1 (in milliseconds) represents the offset
de temps des pointes vis-à-vis de l'onde double. of time spikes vis-à-vis the double wave.
En conséquence, en figure 18A, le décalage de temps OH1 = O, c'est-à-dire que la pointe initiale M est placée tout au début de l'onde double. Les cinq cas représentés dans les figures 18B à 18F correspondent à des valeurs croissantes du décalage Consequently, in FIG. 18A, the time shift OH1 = O, that is to say that the initial peak M is placed at the very beginning of the double wave. The five cases represented in FIGS. 18B to 18F correspond to increasing values of the offset
de temps OH1.of time OH1.
Une de ces figures représente la va- One of these figures represents the
leur optimale du décalage de temps pour lequel la résolution du filtre formateur de pointes est la plus élevée. Pour ce décalage de temps optimum, le signal de sortie émis par le filtre formateur de pointes est beaucoup plus net que pour n'importe quel autre décalage de temps. On décrira ci-après un procédé permettant d'obtenir la valeur optimale du décalage de temps, la longueur optimale de la mémoire du filtre et la valeur optimale du laps de their optimal time offset for which the resolution of the peak-forming filter is the highest. For this optimum time shift, the output signal from the tip-forming filter is much sharper than any other time offset. A method for obtaining the optimal value of the time offset, the optimal length of the memory of the filter and the optimal value of the lapse of time will be described below.
temps Tk.time Tk.
Une pointe double obtenue à la borne de sortie du filtre 351 représente un simple bit du signal converti en numérique et actionnant le clapet 40. Ainsi qu'on l'a souligné à propos de la figure 9, il est souhaitable de transformer une A double peak obtained at the output terminal of the filter 351 represents a single bit of the digitally converted signal and actuates the valve 40. As has been pointed out with respect to FIG. 9, it is desirable to transform a
pointe double en une pointe ou impulsion simple. double point in one point or single pulse.
Dans ce cas, on adopte un système de traitement analogue à celui représenté en figure 9. (Voir In this case, a treatment system similar to that shown in FIG.
-chapitre XIV de la spécification, intitulé "'Trans- -chapter XIV of the specification, entitled "Trans-
formation d'une séquence codée d'ondes doubles en une séquence codée d'impulsions courtes - étape no 311)* En conséquence, on prévoit un élément à forming a coded sequence of double waves into a coded sequence of short pulses - step 311) * Accordingly, an element is provided for
retard 303 commandé par une horloge 304 en combi- delay 303 controlled by a clock 304 in combination with
naison avec un élément inverseur de polarité 306 et une porte ET 307 (réseau à coïncidence). Ces éléments sont montés de la même manière que celle représentée en figure 9. Toutefois, en figure 17, In this case, a polarity inverting element 306 and an AND gate 307 (coincidence lattice) are provided. These elements are mounted in the same manner as that shown in FIG. 9. However, in FIG.
le retard est différent de celui de la figure 9. the delay is different from that of Figure 9.
Notamment, en figure 17, l'élément à retard 303 doit émettre un signal de sortie qui est retardé du signal d'entrée d'une quantité Tk tandis que, In particular, in FIG. 17, the delay element 303 must emit an output signal which is delayed by the input signal by a quantity Tk while,
en figure 9, le retard produit par l'élément cor- in FIG. 9, the delay produced by the element cor-
respondant 193 s'élève à T_ Une succession codée d'impulsions individuelles obtenue au conducteur de sortie de la porte ET 307 est appliquée à un convertisseur numérique/analogique 308 commandé par une horloge 309. Au conducteur de sortie du convertisseur numérique/analogique 308, on obtient, sous une forme analogique, un signal représentant la mesure d'un paramètre choisi dans le trou de forage. Ce respondent 193 is T_. A coded succession of individual pulses obtained at the output conductor of the AND gate 307 is applied to a digital-to-analog converter 308 controlled by a clock 309. At the output lead of the digital-to-analog converter 308, an analog signal is obtained which represents the measurement of a selected parameter in the borehole. This
signal est enregistré au moyen de l'enregistreur 54. signal is recorded using the recorder 54.
Il est à noter que, dans certains cas, suivant le circuit électronique spécifique choisi pour les différents éléments représentés en figure 17, l'élément inverseur-de polarité 306 peut ne pas être nécessaire, car sa fonction peut être remplie par une conception appropriée de la porte ET. It should be noted that, in certain cases, depending on the specific electronic circuit chosen for the different elements shown in FIG. 17, the inverter-polarity element 306 may not be necessary, since its function can be fulfilled by an appropriate design of FIG. the door AND.
La figure 19 représente un autre sys- Figure 19 shows another system
tème de suppression de bruits au moyen d'un filtre formateur de pointes. En figure 17, on prévoit un élément spécial en vue d'éliminer le bruit de pompe (c'est-à-dire l'élément à retard 152 en combinaison avec le soustracteur 160). D'autre part, en figure noise suppression method by means of a tip-forming filter. In Fig. 17, there is provided a special member for eliminating pump noise (i.e. delay element 152 in combination with subtractor 160). On the other hand, in
19, le procédé de suppression de bruits a été simpli- 19, the noise suppression method has been simplified
fié. C'est ainsi que l'on a éliminé le traitement de signaux dans lequel on utilise un élément à retard 152 et un soustracteur 160. En conséquence, en figure 19, le signal F(t) obtenu à la borne de sortie 151 du filtre 150 est converti en numérique au moyen d'un convertisseur analogique/numérique fied. Thus, the signal processing in which a delay element 152 and a subtractor 160 are used is eliminated. Consequently, in FIG. 19, the signal F (t) obtained at the output terminal 151 of the filter 150 is converted to digital by means of an analog / digital converter
350, pour être ensuite appliqué à un filtre forma- 350, to then be applied to a formal filter
teur de pointes 351a. Ce filtre 351a est conçu différemment du filtre formateur de pointes 351 illustré en figure 17. En figure 17, le filtre formateur de pointes 351 était conçu pour convertir une onde double du type représenté dans les figures 18A à 18F en une paire de pointes séparées l'une de l'autre par un laps de temps Tk. D'autre-part, le filtre formateur de pointes 351a de la figure 19 spike driver 351a. This filter 351a is designed differently from the tip forming filter 351 illustrated in FIG. 17. In FIG. 17, the tip forming filter 351 was designed to convert a double wave of the type shown in FIGS. 18A-18F into a pair of separate tips. from one another by a time Tk. On the other hand, the tip forming filter 351a of FIG.
a été conçu pour convertir une seule onde de cla- was designed to convert a single wave of
pet en une seule pointe. Les figures 20A à 20F représentent différentes positions d'une pointe fart in one point. Figures 20A-20F show different positions of a tip
unique vis-à-vis d'une onde de clapet simple. unique vis-à-vis a single valve wave.
On rappellera à présent que chaque It will be recalled now that each
onde individuelle de clapet appliquée à la borne- individual wave of valve applied to the terminal-
d'entrée du filtre 351a et que chaque pointe indi- filter 351a and that each tip indicates
247i5ii viduelle obtenue à la borne de sortie de ce filtre 351a représentent un seul bit dans les signaux 247i5ii vidual obtained at the output terminal of this filter 351a represent a single bit in the signals
convertis en numériques et actionnant le clapet 40. converted into digital and actuating the valve 40.
La succession codée des pointes du format converti en numérique et obtenu à la borne de sortie du fil- tre formateur de pointes 351a est ensuite appliquée à un convertisseur numérique/analogique 352 o elle est transformée en une succession codée de pointes représentant chacune un seul bit de l'information codée dans l'instrument en sous-sol. La succession de ces bits représente, dans un format numérique, la mesure du paramètre choisi. Toutefois, à des fins d'enregistrement et/ou dtaffichage, il est nécessaire de représenter cette mesure sous une forme analogique. En conséquence, le signal émis par le convertisseur numérique/analogique 352 est appliqué à un convertisseur numérique/analogique 362 pour émettre, à la sortie de ce convertisseur 362, un signal ayant une amplitude représentant la mesure du paramètre sélectionné. Ce signal est The coded succession of peaks of the digitally converted format obtained at the output terminal of the peak-forming filter 351a is then applied to a digital-to-analog converter 352 where it is transformed into a coded succession of peaks each representing a single bit. coded information in the instrument in the basement. The succession of these bits represents, in a digital format, the measurement of the chosen parameter. However, for recording and / or display purposes, it is necessary to represent this measurement in an analog form. As a result, the signal transmitted by the digital-to-analog converter 352 is applied to a digital-to-analog converter 362 for transmitting, at the output of this converter 362, a signal having an amplitude representing the measurement of the selected parameter. This signal is
enregistré au moyen de l'enregistreur 54. recorded using the recorder 54.
Il est à noter que l'on ne peut obte- It should be noted that we can not obtain
nir qu'une approximation de la conversion d'une onde only an approximation of the conversion of a wave
double en deux pointes au moyen du filtre 351 re- double in two points by means of the filter 351 re-
présenté en figure 17, ou de la conversion d'une seule onde de clapet en une pointe individuelle shown in Figure 17, or the conversion of a single wave of valve into an individual tip
au moyen du filtre 351a représenté en figure 19. by means of the filter 351a shown in FIG.
On ne peut obtenir une pointe pure, c'est-à-dire You can not get a pure tip, that is to say
une fonction delta. Toutefois, la présente in- a delta function. However, the present
vention a pour objet d'accroître la résolution ou définition, c'est-àdire d'obtenir un signal The purpose of the invention is to increase the resolution or definition, that is, to obtain a signal
de sortie beaucoup plus net que le signal d'en- much clearer output than the signal from
trée. On considérera à présent la façon dont on doit concevoir un filtre formateur de pointes. En théorie, on peut réaliser cet objet exactement comme si l'on pouvait utiliser un filtre Tree. We will now consider how to design a tip-forming filter. In theory, we can achieve this object exactly as if we could use a filter
dont on laisserait devenir la fonction de mémorisa- which would be allowed to become the memory function
tion infiniment longue. En règle générale, si l'on veut obtenir un rendement exact du filtre, il est également nécessaire de retarder les pointes dési- rées d'un laps de temps infini par rapport à l'onde d'entrée. (Voir publication de J.C. Claerbout et E.A. Robinson, "The Error in Least Squares Inverse Filtering", Geophysics, volume 29, 1964, pages 118-120). Dans la pratique, il est nécessaire de concevoir un filtre numérique dont la fonction de mémorisation a une durée finie et, partant, dans les infinitely long. As a general rule, if one wants to obtain an exact yield of the filter, it is also necessary to delay the desired peaks of infinite time with respect to the input wave. (See publication by J. C. Claerbout and E. A. Robinson, "The Error in Squares Inverse Filtering", Geophysics, Volume 29, 1964, pages 118-120). In practice, it is necessary to design a digital filter whose storage function has a finite duration and, hence, in the
meilleures conditions, on ne peut réaliser l'objec- better conditions, we can not achieve the objective
tif envisagé que dans une mesure approximative, On supposera que, pour des raisons pratiques, on désire prendre en considération un filtre ayant une fonction de mémorisation d'une durée de l'ordre de celle d'une onde d'entrée. On supposera également que l'on a la liberté de placer It is assumed that for practical reasons it is desired to consider a filter having a storage function of a duration of the order of that of an input wave. We will also assume that we have the freedom to place
la pointe désirée à n'importe quel endroit choisi. the desired peak at any chosen location.
Par exemple, les figures 18A à 18F représentent six positions ou endroits possibles pour les pointes formées par un filtre 301 du type représenté en figure 17. De la même manière, les figures 20A à 20F représentent six positions possibles pour les pointes formées par le filtre 351 représenté en figure 19. La position optimale des pointes a été déterminée pour chacun de ces cas. Il est à noter For example, FIGS. 18A to 18F represent six possible positions or locations for the tips formed by a filter 301 of the type shown in FIG. 17. Similarly, FIGS. 20A to 20F represent six possible positions for the points formed by the filter. 351 shown in Figure 19. The optimal position of the tips has been determined for each of these cases. Note
que la position d'une pointe est un facteur impor- that the position of a point is an important factor
tant déterminant la fidélité avec laquelle la sortie both determining the fidelity with which the output
réelle ressemble à la pointe désirée. actual looks like the desired tip.
Un filtre formateur de pointes est un A tip-forming filter is a
cas particulier d'un filtre conformateur d'impul- particular case of a pulse shaping filter
sions de type Wiener qui a été décrit ci-dessus. Wiener type which has been described above.
En conséquence, les processus requis pour concevoir un filtre de ce type sont analogues à ceux qui ont As a result, the processes required to design a filter of this type are similar to those
été décrits ci-dessus. On s'attachera à la déter- have been described above. We will focus on
mination d'une erreur de faible poids pour un filtre a low weight error for a filter
dont la sortie est une pointe.whose output is a tip.
Afin de déterminer la valeur optimale du décalage de temps, de même que la longueur opti- male de la fonction de mémorisation pour le filtre formateur de pointes 301 de la figure 17, il est nécessaire d'obtenir un enregistrement d'une onde In order to determine the optimum value of the time shift, as well as the optimal length of the storage function for the tip forming filter 301 of Fig. 17, it is necessary to obtain a wave record.
double bt (qui est une version numérique de b(t)). double bt (which is a digital version of b (t)).
Les étapes nécessaires pour obtenir un enregistre- The steps necessary to obtain a registration
ment de ce type, c'est-à-dire les étapes (a), (b), (c), (d), (e) et (f), ont été décrites ci-dessus of this type, that is, steps (a), (b), (c), (d), (e) and (f) have been described above.
en se référant à la figure 12. Dès lors, l'enre- with reference to Figure 12. Therefore, the
gistrement de bt est enregistré dans l'élément 173 bt is recorded in element 173
faisant partie du système illustré en figure 12. forming part of the system illustrated in Figure 12.
De la même manière, afin de déterminer la valeur In the same way, in order to determine the value
optimale du décalage de temps et la longueur opti- optimal time shift and optimum length
male de la fonction de mémorisation du filtre for- the function of storing the filter for-
mateur de pointes 351a, il est nécessaire d'obtenir un enregistrement d'une onde de clapet individuelle 351a, it is necessary to obtain a recording of an individual flap wave
Bt (qui est une version numérique de B(t)). Bt (which is a digital version of B (t)).
On considérera le filtre formateur de We will consider the formative filter of
pointes 351a de la figure 19.tips 351a of Figure 19.
Différentes positions d'une pointe correspondant à différents retards(figures 20A à 2OF) peuvent être exprimées comme suit: (1,0,0,...... 0,0) : pointe à l'indice de temps O ou filtre formateur de pointes Different positions of a peak corresponding to different delays (FIGS. 20A to 2OF) can be expressed as follows: (1.0.0, ...... 0.0): peak at the time index O or filter tip trainer
à retard nul.zero delay.
(0,1,0,...... 1,0): pointe à l'indice de temps m + n - 1 ou filtre formateur (0,1,0, ...... 1,0): peak at the time index m + n - 1 or trainer filter
de pointes à retard (m + m - 1).of delay peaks (m + m - 1).
(0,0........ 0,1): pointe à l'indice de temps m + n; filtre formateur de (0.0 ........ 0.1): points to the time index m + n; trainer filter
pointes à retard (m + m).delay points (m + m).
Le rendement d'un filtre formateur de pointes correspondant à différents retards est illustré schématiquement dans les figures 21A, 21B et 21C. Dans toutes ces figures, l'onde d'entrée est la même, c'est-à-dire l'onde de clapet Bt qui The efficiency of a peak forming filter corresponding to different delays is schematically illustrated in Figs. 21A, 21B and 21C. In all these figures, the input wave is the same, that is to say the valve wave Bt which
a été enregistrée et mémorisée comme décrit ci- recorded and stored as described above.
dessus. En figure 21A, la sortie désirée est une pointe (1,0,0), c'est-àdire une pointe ayant un above. In Fig. 21A, the desired output is a peak (1,0,0), i.e. a peak having a
retard nul. La fonction de mémorisation correspon- no delay. The memory function corresponds to
dante pour un filtre formateur de pointes à retard nul est F- (FO, F, F q Fn) et la sortie réelle est WO = (Wo, Wn Une notation analogue applicable aux for a zero delay spike forming filter is F- (FO, F, F q Fn) and the actual output is WO = (Wo, Wn).
figures 21B et 21C est illustrée dans ces figures. Figures 21B and 21C are illustrated in these figures.
A chaque position de la pointe correspond une er- At each position of the point corresponds
reur d'énergie E. L'erreur d'énergie minimale nor- energy error E. The minimum standard energy error
malisée E est une façon très commode de mesurer le rendement d'un filtre conformateur d'impulsions de type Wiener et, plus particulièrement, d'un filtre formateur de pointes. Lorsque le filtre se comporte parfaitement, E = 0, ce qui signifie que les sorties désirées et réelles du filtre concordent pour toutes les valeurs de temps. D'autre part, le cas E = 1 correspond au cas le moins bon, c'est-à-dire qu'il n'y a aucune concordance entre les sorties désirées et les sorties réelles. En lieu et place de la quantité E, il est souhaitable de considérer le E is a very convenient way of measuring the performance of a Wiener-type pulse shaping filter and, more particularly, a tip-forming filter. When the filter behaves perfectly, E = 0, which means that the desired and actual filter outputs match for all time values. On the other hand, the case E = 1 corresponds to the worst case, that is to say that there is no concordance between the desired outputs and the actual outputs. In place of the quantity E, it is desirable to consider the
complément d'état "un" de E qui sera appelé "para- state complement "a" of E which will be called "para-
mètre de rendement PIt des filtres. PIt efficiency meter filters.
P=1 -E (46)P = 1 -E (46)
On a alors un rendement parfait des filtres lorsque P = 1, tandis que l'on a le cas le We then have a perfect efficiency of the filters when P = 1, while we have the case the
moins bon lorsque P = 0.less good when P = 0.
La figure 22 illustre schématiquement le processus de mesure du paramètre de rendement Figure 22 schematically illustrates the process of measuring the performance parameter
P. Un ordinateur 400 comporte trois canaux d'en- P. A computer 400 has three channels of
trée 401, 402 et 404. De l'élément de mémorisation et d'appel 403, le canal d'entrée 401 reçoit des données représentant une onde de clapet Bt; de l'élément de contrôle de décalage de temps 405, le canal d'entrée 402 reçoit des données relatives aux pointes pour différents retards, tandis que le canal d'entrée 404 reçoit, de l'élément de contrôle de durée de mémorisation 406, des données relatives 401, 402 and 404. From the storage and call element 403, the input channel 401 receives data representing a valve wave Bt; of the time shift control element 405, the input channel 402 receives peak data for different delays, while the input channel 404 receives, from the storage time control element 406, related data
aux pointes pour différentes duréesde mémorisation. at the tips for different storage times.
La sortie 410 de l'ordinateur 400 fournit, au moyen d'un appareil de mesure 411, une mesure du paramètre de rendement P. Pour une durée de filtration constante, on pourrait supposer qu'il doit exister au moins une valeur de temps de décalage.à laquelle la valeur P est aussi grande que possible. La figure 23 donne un diagramme de la valeur P vis-à-vis du temps de décalage des pointes de sortie pour une famille de filtres d'une durée fixe. On observera que le point le plus élevé de la courbe (point M1) correspond à un décalage de temps ON1, le choix de ce temps de décalage conduisant au filtre à décalage de temps optimum. On rappellera que la courbe de la figure 23 concerne un filtre de durée The output 410 of the computer 400 provides, by means of a measuring apparatus 411, a measurement of the output parameter P. For a constant filtration duration, it could be supposed that there must be at least one time value of offset at which the value P is as large as possible. FIG. 23 gives a diagram of the value P with respect to the time of offset of the output peaks for a family of filters of a fixed duration. It will be observed that the highest point of the curve (point M1) corresponds to a time offset ON1, the choice of this offset time leading to the optimum time shift filter. It will be recalled that the curve of FIG. 23 relates to a duration filter
fixe.fixed.
On peut également observer ce qui se produit lorsqu'on augmente la durée de mémorisation du filtre à un décalage de temps constant. La One can also observe what happens when you increase the filter storage time to a constant time offset. The
figure 24 donne un diagramme de la valeur P vis-à- Figure 24 gives a diagram of the value P vis-à-
vis de la longueur du filtre pour un décalage de screw the length of the filter for a shift of
temps de pointe désiré et fixe. On peut considé- desired peak time and fixed. We can consider
rer que cette courbe est monotone et qu'elle se rapproche de manière asymptotique de la valeur la plus élevée de P lorsque la longueur du filtre that this curve is monotonic and that it approaches asymptotically the highest value of P when the length of the filter
augmente de plus en plus. Les graphiques repré- increases more and more. The graphs represent
sentés dans les figures 23 et 24 sont obtenus au moyen du système représenté schématiquement en 23 and 24 are obtained by means of the system shown diagrammatically in
figure 22.figure 22.
Les deux critères de conception im- The two design criteria
portants qui ont été décrits ici, sont le décala- which have been described here, are the
ge de temps et la durée de mémorisation du filtre. time and the storage time of the filter.
On peut toujours améliorer le rendement en augmen- We can always improve the yield by increasing
tant la durée de la fonction de mémorisation cepen- the duration of the storage function, however,
dant que, pour des considérations physiques, cette durée ne peut avoir une longueur indéfinie. D'autre part, on peut rechercher le décalage de temps de sortie désiré conduisant à la valeur P la plus since, for physical reasons, this duration can not be of indefinite length. On the other hand, one can look for the desired output time shift leading to the most
élevée pour une durée choisie donnée du filtre. high for a given chosen duration of the filter.
Ce décalage de temps dans la sortie du filtre n'a This time lag in the output of the filter has
aucun effet néfaste et peut améliorer considérable- no detrimental effect and can significantly improve-
ment cette sortie du filtre.this output of the filter.
Le paramètre de rendement P du filtre en fonction du décalage de temps et d'une durée constante (figure 23) ou le paramètre P en fonction The efficiency parameter P of the filter as a function of the time offset and of a constant duration (FIG. 23) or the parameter P depending on
de la durée de mémorisation du filtre pour un déca- the duration of the filter memorisation for a deca-
lage de temps constant (figure 24) est utile, mais ne fournit pas toutes les indications. Idéalement, on aimerait étudier la mesure dans laquelle la valeur P dépend du décalage de temps et de la durée The constant time (Figure 24) is useful, but does not provide all the indications. Ideally, we would like to study the extent to which the P value depends on the time lag and duration
de mémorisation pour toutes les valeurs physique- memorization for all physical values-
ment raisonnables de ces variables. Une méthode que l'on pourrait adopter à cet effet, consisterait à tracer un diagramme de la valeur P en portant le décalage de temps du filtre en ordonnée et la durée de mémorisation du filtre, en abscisse. On pourrait alors tracer le contour de la zone des valeurs P de telle sorte que l'on puisse voir, au premier coup d'oeil, la combinaison de décalage de temps et de durée de mémorisation qui assure le rendement optimum du filtre. La figure 25 donne une projection uniquement pour les contours de P, P2 et P3* Bien entendu, ce sont les plus grandes these variables. One method that could be adopted for this purpose would be to draw a diagram of the value P by taking the time offset of the filter in ordinate and the storage duration of the filter, in abscissa. It would then be possible to draw the contour of the area of the values P so that one can see, at first glance, the combination of time offset and storage duration which ensures the optimum efficiency of the filter. Figure 25 gives a projection only for the contours of P, P2 and P3 * Of course, these are the largest
2 4 75 1 112 4 75 1 11
valeurs P qui sont les plus intéressantes car c'est P values which are the most interesting because it's
précisément à ces valeurs que l'on obtient le meil- precisely to these values that we obtain the best
leur rendement du filtre. En examinant ces tracés, on peut choisir la meilleure combinaison entre le décalage de temps et la durée de mémorisation du filtre. their filter performance. By examining these plots, one can choose the best combination between the time shift and the filter storage time.
XIX. CODE D'IMPULSIONS DANS LE TEMPS. XIX. CODE OF PULSES IN TIME.
Bien que, dans les exemples donnés, Although, in the examples given,
on ait décrit des systèmes de télémesure dans les- telemetry systems have been described in
quels on utilise un système à code binaire, d'autres codes sont parfois mieux appropriés. Par exemple, which one uses a system with binary code, other codes are sometimes better appropriate. For example,
il peut être préférable d'adopter un code à impul- it may be preferable to adopt a code impulse
sions dans le temps pour un capteur à rayons gamma ou un inclinomètre à compas électronique. Dans time for a gamma ray sensor or an electronic compass inclinometer. In
certains cas et, en particulier, lorsque la trans- certain cases and, in particular, where the trans-
mission séquentielle de plusieurs nombres est re- sequential mission of several numbers is
quise, un code à impulsions dans le temps offre des avantages. Pour certains systèmes de compas quise, a pulse code over time offers advantages. For some compass systems
électroniques, il est nécessaire d'assurer la trans- electronic systems, it is necessary to ensure the trans-
mission séquentielle de cinq nombres afin de mesurer la portée magnétique. En utilisant un système de télémesure basé sur un code à impulsions dans le temps, on peut réaliser des économies considérables à la fois en ce qui concerne l'énergie requise pour l'accumulateur et le temps nécessaire pour la sequential mission of five numbers to measure the magnetic range. By using a time pulse code telemetry system, considerable savings can be achieved both in the energy required for the battery and the time required for the battery.
transmission des informations.transmission of information.
Un système classique de transmission à code d&impulsions dans le temps est illustré en figure 26A (par exemple, pour la transmission des A conventional pulse code transmission system is illustrated in FIG. 26A (for example, for the transmission of
valeurs de trois paramètres). Une série d'impul- values of three parameters). A series of impulses
sions de tension est transmise et la durée (t1, t2, t3) de chaque impulsion a, b, c représente (par exemple, de manière proportionnelle ou inversement voltage is transmitted and the duration (t1, t2, t3) of each pulse a, b, c represents (for example, proportionally or inversely
proportionnelle) l'amplitude du paramètre à trans- proportional) the amplitude of the parameter to be trans-
mettre. Il est à noter qu'entre chaque impulsion, un temps de repos est nécessaire pour séparer la fin d'une impulsion du début de la suivante. C'est ainsi que, en figure 26A, les impulsions a, b, c sont quelque peu analogues à trois "mots" -binaires séparés to put. It should be noted that between each pulse, a rest period is necessary to separate the end of one pulse from the beginning of the next. Thus, in FIG. 26A, the pulses a, b, c are somewhat analogous to three separate "words" -binary
chacun du suivant d'un laps de temps Tw. Bien enten- each of the following a lapse of time Tw. Well understood
du, ces temps de repos sont préjudiciables à une transmission rapide de données, puisqu'aussi bien aucune information n'est transmise au cours 'de ces temps de repos. De plus, des impulsions de longue durée sont préjudiciables au système de télémesure These idle times are detrimental to fast data transmission, since no information is transmitted during these rest periods. In addition, long-lasting impulses are detrimental to the telemetry system
de la présente invention.of the present invention.
Suivant l'invention, on propose un type de code d'impulsions dans le temps du type représenté en figure 26B. Dans ce système, ce n'est pas la durée de l'impulsion qui est une mesure du paramètre, According to the invention, a type of pulse code in time of the type represented in FIG. 26B is proposed. In this system, it is not the duration of the pulse that is a measure of the parameter,
mais le temps s'écoulant entre de très courtes-impul- but the time elapsing between very short
sions successives. Au lieu de transmettre de lon-:. successive sessions. Instead of transmitting lon- :.
gues impulsions d'une durée variable, on ne transmet que de courtes impulsions d'une durée pratiquement impulses of variable duration, only short pulses of practically
constante (dans le système de télémesure de la pré- constant (in the telemetry system of the pre-
sente invention, des impulsions d'une durée de invention, pulses of a duration of
quelques millisecondes), tandis que le temps s'écou- milliseconds), while time is running
lant entre les impulsions est une mesure de 1' ampli- between impulses is a measure of the amplitude
tude du paramètre. Dès lors, aucune durée n'est study of the parameter. Therefore, no duration is
nécessaire pour séparer un laps de temps (représen- necessary to separate a lapse of time
tant un paramètre) du suivant. En figure 26B, le paramètre n0 1 est représenté par le temps (1) s'écoulant entre l'impulsion P0 et l'impulsion P1 Le paramètre n 2 est représenté par le temps (t2) entre l'impulsion P1 et l'impulsion P2, tandis que le paramètre n 3 est représenté par le temps-(t3) one parameter) of the next. In FIG. 26B, the parameter n0 1 is represented by the time (1) flowing between the pulse P0 and the pulse P1. The parameter n 2 is represented by the time (t2) between the pulse P1 and the pulse P2, while the parameter n 3 is represented by the time- (t3)
entre l'impulsion P2 et l'impulsion P3' On cons- between pulse P2 and pulse P3 '
tate que, dans l'exemple ci-dessus, l'impulsion P1 représente la fin du laps de temps t1 et également tate that, in the example above, the pulse P1 represents the end of the time period t1 and also
le début du laps de temps t2, tandis que l'impul- the beginning of the period of time t2, whereas the impulse
sion P2 représente la fin du laps de temps t2 et également le début du laps de temps t3, etc. Dès sion P2 represents the end of the time period t2 and also the beginning of the time period t3, etc. from
2 4 75 1 1 12 4 75 1 1 1
lors, il n'y a aucune perte de temps entre chaque laps de temps significatif (c'est-à-dire que le there is no loss of time between each significant period of time (ie, the
temps Tw de la figure 26A est nul).time Tw of Figure 26A is zero).
Dès lors, on peut constater qu'en uti- Therefore, we can see that
lisant les impulsions P1, P2 et P3 à la fois pour indiquer la fin d'un laps de temps et également le reading the pulses P1, P2 and P3 both to indicate the end of a lapse of time and also the
début du suivant, la perte de temps (temps inuti- beginning of the next, the loss of time (
lisé) est nulle, tandis que tout le temps utilisé pour la transmission des données (c'est-à-dire l'identification des laps de temps t1, t2, t3) est un temps utile. En termes de codage binaire, chaque read) is zero, while all the time used for data transmission (i.e., identifying timeslots t1, t2, t3) is a useful time. In terms of binary coding, each
"mot" (identifiant un nombre) est suivi immédiate- "word" (identifying a number) is followed immediately
ment du "mot" suivant et ainsi de suite. Ce n'est qu'à la fin d'une séquence de transmission qu'il y the next "word" and so on. It is only at the end of a transmission sequence that
a un temps de repos Tp, puis la séquence se répète. has a rest time Tp, then the sequence is repeated.
Bien entendu, au cours de la séquence suivante, Of course, during the next sequence,
les laps de temps entre P0, Pl, P2, P3 seront habi- the time between P0, P1, P2, P3 will be
tuellement quelque peu différents étant donné que les données représentées par les temps t1, t2, t3 varient habituellement en fonction de la durée; de plus, chaque nouvelle charge d'informations transmises représente, par exemple, une nouvelle somewhat different since the data represented by times t1, t2, t3 usually vary with time; in addition, each new information load transmitted represents, for example, a new
condition existant dans le trou de forage. existing condition in the borehole.
La figure 30 montre les principes du circuit permettant de réaliser le code d'impulsions dans le temps suivant la présente invention. Bien entendu, dans les instruments pratiques faisant Figure 30 shows the principles of the circuit for realizing the pulse code in time according to the present invention. Of course, in the practical instruments
partie d'un trou de forage, il conviendrait d'uti- part of a borehole, it should be
liser des circuits intégrés électroniques modernes (par exemple, un commutateur bilatéral de type "ICD40661") (voir également figure 29). Afin de use modern electronic integrated circuits (for example, a bilateral switch of type "ICD40661") (see also Figure 29). In order to
faciliter l'exposé, on décrira un simple commuta- to facilitate the presentation, we will describe a simple
teur mécanique pas à pas, ainsi qu'un simple relais mécanique de façon à pouvoir illustrer simplement a mechanical relay step by step, as well as a simple mechanical relay so as to be able to illustrate simply
les principes de la logique du système. the principles of the logic of the system.
En figure 30, des capteurs sont rac- In Figure 30, sensors are connected to
cordés aux bornes 1, 2 et 3 du commutateur pas à corded to terminals 1, 2 and 3 of the switch not to
pas 285 comportant un enroulement d'attaque élec- 285 having an electrical pick-up winding
tromagnétique 286. On supposera que la séquence est entamée alors que ce commutateur pas à pas tromagnetic 286. It will be assumed that the sequence is started while this step-by-step switch
occupe la position 110" représentée en figure 30. occupies the position 110 "shown in FIG.
L'accumulateur 288 produit une tension de courant continu de référence. Cette tension de courant continu apparaît à la résistance 289 et elle charge le condensateur 290 à un rythme prédéterminé par la The accumulator 288 produces a reference DC voltage. This DC voltage appears at the resistor 289 and it charges the capacitor 290 at a predetermined rate by the
valeur de la résistance 289, la dimension du conden- the value of resistance 289, the dimension of
sateur 290 et la tension de l'accumulateur 288. 290 and the voltage of the accumulator 288.
Le chiffre de référence 291 désigne un circuit de Reference numeral 291 designates a circuit of
déclenchement émettant une nette impulsion élec- triggering a clear electrical impulse
trique individuelle lorsque la tension appliquée à son entrée dépasse une valeur prédéter:.iinée (tension de déclenchement). La sortie Fa circuit when the voltage applied to its input exceeds a predetermined value: .iine (trip voltage). The Fa circuit exit
de déclenchement 291 excite l'enroulement 286. trigger 291 energizes the winding 286.
tandis que le bras 287 du commutateur pas à. pas 285 se déplace vers le contact suivant (dans ce cas, le while the 287 arm of the switch not to. step 285 moves to the next contact (in this case, the
contact n 1). En même temps, le circuit de déclen- contact n 1). At the same time, the trigger circuit
chement 291 actionne momentanément le relais 292 291 temporarily activates relay 292
qui décharge le condensateur 290 vers la terre. which discharges the capacitor 290 to the ground.
* Lorsque le bras 287 se déplace de la position 110O vers la position "l"',le processus* When the arm 287 moves from the 110O position to the "1" position, the process
se répète, avec cette exception qu'au lieu de la - repeats itself, with the exception that instead of -
tension de référence de l'accumulateur 288, la tension de sortie du capteur 1 est raccordée au circuit, tandis que l'impulsion P1 est -émise au moment o le condensateur atteint à nouveau la tension de déclenchement du circuit 291. Ce laps de temps est proportionnel à la valeur ( RC) o V R indique la valeur ohmique de la résistance 289, reference voltage of the accumulator 288, the output voltage of the sensor 1 is connected to the circuit, while the pulse P1 is emitted at the moment when the capacitor reaches again the tripping voltage of the circuit 291. This period of time is proportional to the value (RC) o VR indicates the resistance value of resistor 289,
C, la capacité du condensateur 290 et Vs, la ten- C, the capacity of the capacitor 290 and Vs, the voltage
sion de sortie du capteur. Dès lors, le temps t1 est inversement proportionnel à la tension de sortie du capteur. Après excitation du circuit de déclenchement 291 par la tension venant du capteur output of the sensor. Therefore, the time t1 is inversely proportional to the output voltage of the sensor. After excitation of the tripping circuit 291 by the voltage coming from the sensor
n0 1, le processus se répète et, lorsque le conden- n0 1, the process is repeated and, when the conden-
sateur 290 atteint la tension de déclenchement, le circuit 291 émet une impulsion nette qui actionne le relais 292, décharge le condensateur 290, excite le commutateur pas à pas 285 et déplace le bras 287 The controller 290 reaches the trip voltage, the circuit 291 emits a net pulse which drives the relay 292, discharges the capacitor 290, energizes the step switch 285 and moves the arm 287.
de ce dernier vers le contact suivant. from the latter to the next contact.
Dès lors, le commutateur 285 avance pas à pas et raccorde les capteurs 1, 2, 3 l'un après l'autre à la résistance 289. L'impulsion émise par le circuit de déclenchement 291 lorsque le bras 287 est en position "011, correspond à l'impulsion P0 (de la figure 26B), tandis que les impulsions émises par le circuit de déclenchement Therefore, the switch 285 advances stepwise and connects the sensors 1, 2, 3 one after the other to the resistor 289. The pulse emitted by the trip circuit 291 when the arm 287 is in position "011 , corresponds to the pulse P0 (of FIG. 26B), whereas the pulses emitted by the trip circuit
lorsque le bras 287 occupe les positions respecti- when the arm 287 occupies the respective positions
ves "lli 1'211 l3t' correspondent aux impulsions res- "lli 1'211 l3t 'correspond to the impulses re-
pectives Pl. P2 et P3 (de la figure 26B). Les laps de temps correspondants tl, t2, t3 représentent (d'une manière inversement proportionnelle) les Pl. P2 and P3 (of Figure 26B). The corresponding time periods t1, t2, t3 represent (inversely proportional) the
sorties de tension des capteurs n0 1, 2 et 3. voltage outputs of sensors nos. 1, 2 and 3.
Les paragraphes ci-dessus décrivent le principe du codeur d'impulsions dans le temps que l'on peut utiliser dans l'équipement installé au fond du trou de forage en lieu et place du convertisseur analogique/numérique 102 illustré en figure 4A. Le décodage en surface peut être effectué par le circuit de décodage classique à impulsions dans le temps et il ne nécessite ici The above paragraphs describe the time pulse encoder principle that can be used in downhole equipment instead of the analog-to-digital converter 102 illustrated in FIG. 4A. Surface decoding can be performed by the conventional pulse-time decoding circuit and it does not require here
aucune description détaillée.no detailed description.
En figure 26C, TP 0 TP1, TP2, TP3, etc. représentent les impulsions successives reçues In Fig. 26C, TP 0 TP1, TP2, TP3, etc. represent the successive pulses received
au point de détection en surface. Ces impulsions appa- at the point of detection on the surface. These pulses appear
raissent aux moments T0, T1, T2, T3, etc. respec- at times T0, T1, T2, T3, etc. respected
tivement. Dans le code d'impulsions dans le temps décrit en se référant à la figure 26B, le temps s'écoulant entre des impulsions successives est tively. In the pulse code in time described with reference to FIG. 26B, the time elapsing between successive pulses is
utilisé pour indiquer l'amplitude d'un paramètre. used to indicate the amplitude of a parameter.
C'est ainsi que, si lion doit effectuer la télé- Thus, if it is necessary to carry out tele-
mesure de trois paramètres, le code peut être-celui représenté en figure 26C o measurement of three parameters, the code can be-that represented in FIG. 26C o
T1-T0 est le laps de temps représentant le para- T1-T0 is the period of time representing the
mètre n0 1meter n0 1
T -T1 est le laps de temps représentant le para- T-T1 is the period of time representing the
mètre n0 2meter n0 2
T3-T2 est le laps de temps représentant le para- T3-T2 is the period of time representing the
mètre no 3.meter # 3.
Dans des opérations de mesure parIn measurement operations by
pulsation de boue en cours de forage, il est né- mud pulsation while drilling, it is ne-
cessaire, dans certains cas, que les mesures soient pratiquées avec une grande précision. Etant donné que la vitesse du son dans la colonne de boue n'est' pas toujours constante et que les conditions de bruit et d'atténuation varient, le laps de temps s'écoulant entre des impulsions reçues en surface n'est pas en concordance précise avec le laps de in some cases, the measurements should be performed with great precision. Since the speed of sound in the mud column is not always constant and the noise and attenuation conditions vary, the time lapse between pulses received at the surface is not in agreement. precise with the lapse of
temps s'écoulant entre les impulsions correspon- time between the corre-
dantes produites dans l'équipement installé au fond du trou de forage. En d'autres mots, il règne fréquemment,en surface, une incertitude quant au produced in equipment installed at the bottom of the borehole. In other words, there is frequently a surface uncertainty about
moment exact auquel une impulsion spécifique arrive. exact moment at which a specific pulse arrives.
On supposera que l'incertitude absolue de chaque moment d'arrivée d'une impulsion est de plus ou moins 0,2 seconde, soit un total de 0,4 seconde. Afin d'obtenir une précision de + 1% pour T -T0 avec une erreur absolue totale de 0,4 seconde, le temps entre des impulsions doit être d'au moins 0,4 x 100 ou 40 secondes. De plus, étant donné que l'appareil pourrait parfois ne pas donner une impulsion nette et claire, au moins It will be assumed that the absolute uncertainty of each moment of arrival of a pulse is plus or minus 0.2 seconds, for a total of 0.4 seconds. In order to obtain an accuracy of + 1% for T-T0 with a total absolute error of 0.4 seconds, the time between pulses must be at least 0.4 x 100 or 40 seconds. Moreover, since the device could sometimes not give a clean and clear impulse, at least
deux 'balayagesI de détection sont nécessaires. two detection scans are needed.
Si les deux balayages donnent la même réponse, il conviendrait alors de "vérifier" les données. En If both scans give the same answer, then the data should be "checked". In
conséquence, afin d'obtenir la précision et la certi- consequently, in order to obtain the precision and
tude souhaitées (pour un cas pratique, une précision desired study (for a practical case, a precision
de + 1%), il faut environ 80 à 120 secondes par para- + 1%), it takes about 80 to 120 seconds
mètre mesuré (c'est-à-dire environ 2 minutes par para- mètre). Dans le code perfectionné à impulsions dans le temps suivant l'invention, on propose une addition qui, dans de nombreux cas, peut assurer une précision measured meter (that is, about 2 minutes per parameter). In the improved time pulse code according to the invention, an addition is proposed which, in many cases, can provide precision.
beaucoup plus grande. Pour chaque impulsion trans- much bigger. For each trans-
mise P0, P1, P2, P3, on propose d'utiliser non pas une seule impulsion de pression de boue, mais un groupe d'au moins trois impulsions de pression de boue espacées de manière inégale comme représenté en P0, P1, P2, P3, it is proposed to use not a single mud pressure pulse, but a group of at least three mud pressure pulses unequally spaced as shown in FIG.
figure 26D (que l'on appellera ci-après "groupe triple"). Figure 26D (hereinafter referred to as "triple group").
1S On supposera que, dans chaque groupe triple, les écarts de temps sont les suivants: Temps entre la première et la deuxième 1S It is assumed that in each triple group the time differences are as follows: Time between first and second
impulsion = t1.pulse = t1.
Temps entre la deuxième et la troisième Time between the second and the third
impulsion = t2.pulse = t2.
Temps entre la première et la troisième Time between first and third
impulsion = t.pulse = t.
Dans ces conditions, T0 représente à nouveau le moment d'arrivée du groupe triple TP0 v T1 représente le moment d'arrivée du groupe triple TP1; T2 représente le moment d'arrivée du groupe triple TP2 et T3, le moment d'arrivée du groupe triple TP3 et Under these conditions, T0 again represents the arrival time of the triple TP0 v T1 represents the arrival time of the TP1 triple group; T2 represents the arrival time of the triple group TP2 and T3, the arrival time of the TP3 triple group and
T - T0 est un laps de temps représentant le para- T - T0 is a lapse of time representing the para-
mètre n 1.meter n 1.
T2 - T1 est un laps de temps représentant le para- T2 - T1 is a period of time representing the
mètre ne 2.meter no 2.
T3 - T2 est un laps de temps représentant le para- T3 - T2 is a period of time representing the
mètre n0 3.meter n0 3.
L'avantage de ce système réside dans The advantage of this system lies in
le fait que, dans le cas d'une défaillance momen- the fact that, in the event of a momentary failure,
tanée ne permettant pas la réception d'une impul- not allowing the reception of an impulse
sion du groupe, cette défaillance peut être détec- group, this failure can be detected
tée immédiatement, puisqu'aussi bien un groupe immediately, since both a group
triple contient deux impulsions au lieu de trois. triple contains two pulses instead of three.
De plus, étant donné que les temps t1, t2, t3 sont inégaux et connus, on peut déterminer l'impulsion manquante du groupe; en outre, étant donné à nouveau Moreover, since the times t1, t2, t3 are unequal and known, the missing pulse of the group can be determined; in addition, given again
que tI, t2, t3 sont connus, on peut appliquer la cor- that tI, t2, t3 are known, it is possible to apply
rection appropriée et déterminer les temps T1-To, T1-T2> T2-T3 avec la même précision que dans le cas o toutes les impulsions sont présentes dans le groupe triple. Le système à groupe triple offre un autre avantage: étant donné qu'il est diffide appropriate timing and determine the T1-To, T1-T2> T2-T3 times with the same precision as in the case where all pulses are present in the triple group. The triple group system offers another advantage: since it is difficult
de déterminer le moment exact d'arrivée d'une:m- to determine the exact moment of arrival of a: n
pulsion particulière, le groupe triple permet une particular drive, the triple group allows a
détermination beaucoup plus précise du moment c ar- much more precise determination of the moment
rivée. Par exemple, on pourrait prendre la mo-enne riveted. For example, we could take the mo-enne
arithmétique des moments d'arrivée de chaque ipu- arithmetic of the arrival times of each ipu-
sion du groupe triple ou, en adoptant les techniques of the triple group or, by adopting
modernes à ordinateurs, on pourrait obtenir une - modern computers, one could get one -
précision plus grande encore du moment d'arrivée. even greater accuracy of the time of arrival.
La figure 29 représente un schéma fonc- Figure 29 shows a block diagram
tionnel d'un système logique électronique installé of an installed electronic logic system
au fond d'un trou de forage et émettant les impul- at the bottom of a borehole and emitting the impulse
sions de groupe triple illustrées en figure 26D. triple groupings illustrated in Figure 26D.
Le chiffre de référence 101 désigne un capteur (voir figure 4A) produisant une tension électrique indiquant l'amplitude d'un paramètre au Reference numeral 101 designates a sensor (see FIG. 4A) producing an electrical voltage indicating the amplitude of a parameter at
fond d'un trou de forage. Les chiffres de réfre- bottom of a borehole. The figures for
rence 601, 602 et 603 désignent respectivement un oscillateur commandé par la tension, un appareil de cadrage et un circuit de déclenchement émettant, 601, 602 and 603 respectively denote a voltage-controlled oscillator, a framing apparatus and a triggering circuit emitting,
de façon bien connue, une série d'impulsions élec- well known, a series of electrical impulses
triques séparées par des laps de temps indiquant l'amplitude de la sortie de tension du capteur 101 et, partant, du paramètre devant être mesuré au fond d'un trou de forage. En conséquence, le laps de temps s'écoulant entre les impulsions P0 et P représentées en figure 26B est une mesure d'un paramètre mesuré par un des capteurs 101 de la separated by time periods indicating the magnitude of the voltage output of the sensor 101 and hence the parameter to be measured at the bottom of a borehole. Consequently, the time lapse between the pulses P0 and P represented in FIG. 26B is a measurement of a parameter measured by one of the sensors 101 of the
figure 4A.Figure 4A.
La partie de la figure 29 qui est entourée d'un rectangle en traits discontinus, The part of Figure 29 which is surrounded by a rectangle in broken lines,
montre les détails du circuit émettant les impul- shows the details of the circuit emitting the impulse
sions de groupe triple qui ont été mentionnées ci-dessus. Les chiffresde référence 607, 608 et 609 représentent des univibrateurs électroniques "1monostables" qui, en réponse à l'impulsion émise par le circuit de déclenchement 603, émettent chacun une impulsion individuelle de sortie ayant les durées Dl, D2 et D3 respectivement représentées triple groupings that have been mentioned above. The reference numerals 607, 608 and 609 represent "single-wire" electronic univibrators which, in response to the pulse emitted by the trigger circuit 603, each emit an individual output pulse having the durations D1, D2 and D3 respectively represented.
en figure 29. Les cases 610 représentent des déri- in Figure 29. Boxes 610 represent deviations
vateurs électroniques émettant chacun, à leur sortie, un signal qui est proportionnel à la première dérivée electronic transmitters each emitting, at their output, a signal which is proportional to the first derivative
de temps du signal d'entrée (ces dispositifs électro- time of the input signal (these electronic devices
niques sont bien connus dans la technique). En are well known in the art). In
conséquence, leurs sorties seront celles représen- Consequently, their outputs will be those
tées par G, H et I en figure 29, c'est-à-dire deux impulsions de polarité opposée séparées par des laps de temps respectifs D1, D2 et D3. Les cas 611 représentent des redresseurs ne transmettant que les impulsions positives apparaissant aux sorties des dérivateurs 610. Les sorties des redresseurs 611 sont raccordées en parallèle en 612 et elles émettent le signal J qui est le signal désiré G, H and I in FIG. 29, i.e., two pulses of opposite polarity separated by respective time periods D1, D2 and D3. Cases 611 represent rectifiers transmitting only the positive pulses appearing at the outputs of the differentiators 610. The outputs of the rectifiers 611 are connected in parallel at 612 and they emit the signal J which is the desired signal
(également représenté en figure 26D). En consé- (Also shown in Figure 26D). As a result
quence, chaque impulsion individuelle émise par le quence, each individual impulse emitted by the
circuit de déclenchement 603 produira trois impul- trigger circuit 603 will produce three pulses
sions séparées par des laps de temps connus et inégaux (groupe triple) comme représenté par J. separated by known and unequal time periods (triple group) as represented by J.
24 75 11124 75 111
Dans la pratique, le laps de temps D1 est très court comparativement aux laps de temps D2 et D3 et il ne sera que de quelques microsecondes, tandis que les laps de temps D2 et D3 sont des laps de temps de quelques millisecondes à plusieurs In practice, the time interval D1 is very short compared to the time periods D2 and D3 and it will only be a few microseconds, while the time periods D2 and D3 are time periods of a few milliseconds to several seconds.
centaines de millisecondes. Dès lors, dans 1'ana- hundreds of milliseconds. Therefore, in the
lyse de l'opération, on peut supposer que D1 0. lysis of the operation, we can assume that D1 0.
En conséquence, dans la sortie indiquée en J en figure 29, l'impulsion P1 indique la fin de l'impulsion de sortie venant de l'élément 607 (qui, ainsi qu'on l'a souligné ci-dessus p o u r toutes les applications pratiques, est également le début de l'impulsion de sortie, puisqu'aussi bien Accordingly, in the output indicated at J in FIG. 29, the pulse P1 indicates the end of the output pulse coming from the element 607 (which, as pointed out above for all the applications practical, is also the beginning of the output impulse, since
sa longueur est supposée être égale à zéro); lVim- its length is assumed to be zero); lVim-
pulsion P2 indique la fin de l'impulsion de sortie venant de l'élément 608, tandis que l'impulsion P indique la fin de l'impulsion de sortie venant de l'élément 609. En conséquence (étant donné que D est supposé être égal à zéro), le laps de temps t = D2; le laps de temps t3 = D3 et le laps de temps t2 = D3 - D2. Dès lors, la partie de la figure 29 qui se situe dans le rectangle en traits discontinus, crée le groupe triple à sa sortie en 612 (comme indiqué en J en figure 29) en réponse à pulse P2 indicates the end of the output pulse from the element 608, while the pulse P indicates the end of the output pulse from the element 609. Therefore (since D is assumed to be equal to zero), the time t = D2; the time t3 = D3 and the time t2 = D3 - D2. Therefore, the part of Figure 29 that is in the broken line rectangle, creates the triple group at its output at 612 (as shown in J in Figure 29) in response to
une impulsion unique appliquée à son entrée. a single pulse applied to its input.
Le circuit représenté en figure 29 peut être intercalé, en figure 4A, entre un capteur choisi 101 et la source motrice 104. En d'autres The circuit shown in FIG. 29 can be interposed, in FIG. 4A, between a selected sensor 101 and the driving source 104.
mots, lorsqu'on utilise le système de code à impul- words, when using the impulse code system
sions dans le temps de la figure 29, le convertis- time in Figure 29, the converts
seur analogique/numérique 102 et le processeur 103 sont éliminés (étant donné qu'ils sont adaptés Analog / Digital 102 and the processor 103 are eliminated (since they are suitable
pour un codage binaire), tandis que la source mo- for a binary coding), while the source
trice 104 est commandée directement par la sortie trice 104 is ordered directly from the exit
de l'amplificateur 613 de la figure 29. of the amplifier 613 of FIG. 29.
Lorsqu'on utilise le code à impulsions dans le temps de groupe triple en lieu et place du When using pulse code in triple group time in place of the
code binaire, il est nécessaire de décoder ces si- binary code, it is necessary to decode these
gaux de groupe triple en surface. Dans les figures 9, 12, 13, 17 et 19, les signaux représentant le paramètre au fond du trou de forage, sont supposés être en code binaire. Afin de modifier le système de telle sorte qu'il reçoive des signaux dans le code à impulsions dans le temps de groupe triple décrit en se référant aux figures 29 et 26D, il est nécessaire d'intercaler, entre le filtre 150 et l'appareil ultérieur en surface, un "traducteur de triple group gals on the surface. In FIGS. 9, 12, 13, 17 and 19, the signals representing the parameter at the bottom of the borehole are assumed to be in binary code. In order to modify the system so that it receives signals in the pulse code in the triple group time described with reference to FIGS. 29 and 26D, it is necessary to interpose between the filter 150 and the apparatus later on the surface, a "translator of
code" spécial tel que celui représenté en figure 27. special code such as that shown in Figure 27.
A cet effet, le conducteur 151 illustré dans les figures 9, 12, 13, 17 et 19 sera interrompu et on intercalera le "traducteur de code". Dans certains cas, il peut être plus souhaitable d'intercaler le "traducteur de code" entre le soustracteur 160 et le convertisseur analogique/numérique 163 sur le conducteur 162 dans les figures 9, 12, 13 et 17; For this purpose, the conductor 151 illustrated in FIGS. 9, 12, 13, 17 and 19 will be interrupted and the "code translator" will be inserted. In some cases, it may be more desirable to interpose the "code translator" between the subtractor 160 and the analog / digital converter 163 on the conductor 162 in FIGS. 9, 12, 13 and 17;
par ailleurs, l'homme de métier reconnattra claire- Moreover, a person skilled in the art will clearly recognize
ment l'endroit préféré auquel ce"traducteur de code" the favorite place this "code translator"
doit être intercalé.must be inserted.
En se référant à la figure 27, le chif- Referring to Figure 27, the figure
fre de référence 316 désigne un "sélecteur" conçu Reference fre 316 refers to a "selector" designed
pour émettre une seule impulsion de sortie en ré- to emit a single output pulse
ponse au groupe triple décrit en se référant à la figure 29. Le chiffre de référence 317 désigne un convertisseur de temps/amplitude, c'es-à-dire in the triple group described with reference to FIG. 29. The reference numeral 317 denotes a time / amplitude converter, that is to say
un circuit électronique fournissant, sur le con- an electronic circuit providing, on the con-
ducteur 319, une tension de sortie de courant con- 319, a current output voltage of
tinu qui est une fonction prédéterminée du temps tinu which is a predetermined function of time
s'écoulant entre deux impulsions d'entrée appli- flowing between two input pulses applied
quées à son entrée par le conducteur 318. Ces dispositifs sont bien connus dans la technique de l'électronique et ils ne nécessitent ici aucune 318. These devices are well known in the electronics art and they do not require any
description détaillée. Le chiffre de référence 320 detailed description. The reference number 320
désigne un convertisseur analogique/numérique égale- means an analog / digital converter
ment bien connu dans la technique.well known in the art.
La figure 28A représente le sélecteur 316 de manière plus détaillée. Les chiffres de ré- férence 321, 322 et 323 désignent des univibrateurs monostables conçus pour émettre une seule impulsion de sortie d'une durée choisie et prédéterminée en réponse à une impulsion d'entrée. L'univibrateur monostable 321 émet une impulsion de longue durée 13: l'univibrateur 322 émet une impulsion de plus Figure 28A shows the selector 316 in more detail. Reference numerals 321, 322 and 323 refer to monostable univibrators designed to emit a single output pulse of a predetermined and predetermined duration in response to an input pulse. The monostable univibrator 321 emits a long pulse 13: the univibrator 322 emits a pulse of more
courte durée 12 et ltunivibrateur 323 émet une im- short-term 12 and the 323 transceiver
pulsion de sortie d'une durée plus courte encore ll,comme indiqué audessus de chacune des cases 321, 322 et 323. Les cases 324 désignent des dérivateurs, output pulse of still shorter duration ll, as indicated above each of the boxes 321, 322 and 323. The boxes 324 designate differentiators,
c'est-à-dire des circuits électroniques produ.isan- that is, electronic circuits that produce
une sortie proportionnelle à la première dérivée de temps d'un signal appliqué à l'entrée. Ces unités an output proportional to the first time derivative of a signal applied to the input. These units
sont également bien connues et elles émecttent des. are also well known and they emit.
signaux de sortie comme indiqué sur la courbe re- output signals as indicated on the curve
produite au-dessus de chaque case désignant un deri- produced above each box designating a deri-
vateur. Les cases 325 désignent des "inverseurs", c'est-à-dire des dispositifs émettant un signal de sortie qui est une réplique du signal d'entr-ée mais dont le signe est inversé comme représenté sur la courbe reproduite immédiatement au-dessus de chaque inverseur. Chacun des éléments représentés par les cases 326 comporte un redresseur et ces éléments vateur. The boxes 325 designate "inverters", that is to say devices emitting an output signal which is a replica of the input signal but whose sign is inverted as shown on the curve reproduced immediately above. of each inverter. Each of the elements represented by boxes 326 includes a rectifier and these elements
émettent, à leur sortie, une seule impulsion élec- emit, at their output, a single electrical impulse
trique positive 326a, 326b et 326c, comme représenté positive pole 326a, 326b and 326c, as shown
dans le dessin. Les cases 327 désignent des "cir- in the drawing. Boxes 327 designate "cir-
cuits à coïncidence" ou des "portes ET" qui sont tous bien connus dans la technique. Chaque circuit coincidentally "or" AND gates "which are all well known in the art.
327 émet une impulsion de sortie à sa borne "c' uni- 327 emits an output pulse at its terminal "c" uni-
quement lorsqu'il y a, à l'entrée "a" et à l'entrée when there is, at the entrance "a" and at the entrance
247511 1247511 1
"bl', des impulsions qui sont en coïncidence de "bl", impulses that are in coincidence
temps. Les sorties des trois circuits à colnci- time. The outputs of the three circuits to be
dence 327 sont raccordées en parallèle au conduc- teur 329 et elles sont appliquées à l'entrée du convertisseur de 327 are connected in parallel to the conductor 329 and are applied to the input of the converter.
temps/amplitude 317. Le conver- tisseur de temps/amplitude 317 produit une tension de sortie de courant continu qui est une fonction time / amplitude 317. The time / amplitude converter 317 produces a DC output voltage which is a function
prédéterminée du temps s'écoulant entre deux impul- predetermined time between two impulses
sions d'entrée successives. La sortie du conver- successive entry The output of the
tisseur de temps/amplitude 317 est raccordée au convertisseur analogique/numérique 320 qui traduit alors la tension d'entrée de courant continu en impulsions-codées selon le mode binaire de façon The time / amplitude weaver 317 is connected to the analog / digital converter 320 which then translates the DC input voltage into pulses-coded according to the binary mode so that
bien connue dans la technique.well known in the art.
Le circuit représenté dans les figures The circuit shown in the figures
27 et 28A est constitué d'éléments de circuit inté- 27 and 28A consists of integrated circuit elements
grés électroniques classiques qui sont bien connus dans la technique. Le fonctionnement général du conventional electronic grits that are well known in the art. The general functioning of the
"sélecteur" nécessite une description plus détaillée. "selector" requires a more detailed description.
Les impulsions P1, P2 et P3 produites The pulses P1, P2 and P3 produced
par l'amplificateur 613 de la figure 29 sont appli- amplifier 613 of FIG. 29 are
quées à la source motrice 104 de la figure 4A et at source 104 of Figure 4A and
elles sont transmises en surface sous forme d'impul- they are transmitted on the surface as impulse
sions de pression de boue par le clapet 40. En sur- mud pressure by valve 40. In addition,
face, ces impulsions de pression de boue sont cap- face, these mud pressure pulses are captured
tées, par exemple, par des éléments de la figure 9, eg by elements of Figure 9,
notamment le transducteur 51, le filtre 150, l'élé- including the transducer 51, the filter 150, the elem-
ment à retard 152 et le soustracteur 160. Les im- 152 and the 160 subtractor.
pulsions apparaissant sur le conducteur 162 de la impulses appearing on the driver 162 of the
figure 9 (ou des figures 12, 13 et 17) seront dési- Figure 9 (or Figures 12, 13 and 17) will be
gnées par TP1, TP2 et TP3 (ces impulsions corres- TP1, TP2 and TP3 (these impulses correspond to
pondent aux impulsions P1, P2 et P3 émises par le système électronique installé au fond du trou de P1, P2 and P3 pulses emitted by the electronic system installed at the bottom of the hole of
forage et illustré en figure 29).drilling and illustrated in Figure 29).
Les figures 28B, 28C, 28D et 28E mon- Figures 28B, 28C, 28D and 28E show
trent la réponse du circuit de la figure 28 aux impulsions TP1, TP2 et TP3. Lorsque l'impulsion TP1 arrive et est appliquée sur le conducteur 151 (ou le conducteur 162) de la figure 28A, les trois univibrateurs monostables 321, 322 et 323 sont déclenchés et ils émettent chacun une impulsion de sortie respective ayant sa caractéristique propre, ainsi qu'une longueur fixe et prédéterminée 13, 12 et 11 respectivement. En conséquence, lorsque l'impulsion TP1 déclenche les univibrateurs, ceux-ci produisent les tensions (impulsions) de sortie A1, trent the response of the circuit of Figure 28 to the pulses TP1, TP2 and TP3. When the pulse TP1 arrives and is applied on the conductor 151 (or the conductor 162) of FIG. 28A, the three monostable univibrators 321, 322 and 323 are triggered and they each emit a respective output pulse having its own characteristic, thus that a fixed and predetermined length 13, 12 and 11 respectively. Consequently, when the pulse TP1 triggers the univibrators, they produce the output voltages (pulses) A1,
B1 et C1,comme représenté en figure 28B. B1 and C1, as shown in FIG. 28B.
Lorsque l'impulsion TP2 arrive, elle ne peut déclencher l'univibrateur 321 car elle est déjà dans l'état "tEN CIRCUIT". Toutefois, l'impulsion When the pulse TP2 arrives, it can not trigger the univibrator 321 because it is already in the state "tEN CIRCUIT". However, the impulse
TP2 déclenche les univibrateurs 322 et 323, puis- TP2 triggers the univibrators 322 and 323,
qu'aussi bien ceux-ci sont revenus à l'état "HORS CIRCUIT" en émettant des impulsions de sortie B2 et C2, comme représenté en figure 28B. Lorsque l'impulsion P arrive, elle ne peut déclencher un univibrateur monostable 321 ou 322, puisqu'aussi that both have returned to the "OFF" state by output pulses B2 and C2, as shown in FIG. 28B. When the pulse P arrives, it can not trigger a monostable univibrator 321 or 322, since also
bien ceux-ci sont déjà dans l'état "EN CIRCUIT". although these are already in the "ON" state.
Toutefois, l'impulsion TP3 déclenche l1'univibrateur 323, étant donné que ce dernier est revenu à l'état "HORS CIRCUIT" en produisant l'impulsion de sortie However, the pulse TP3 triggers the throttle 323, since the throttle has returned to the "OFF" state by producing the output pulse
C comme représenté en figure 28B.C as shown in Figure 28B.
Les laps de temps 13, 12 et 11 des uni- The time frames 13, 12 and 11 of the
P P 37 21P P 37 21
vibrateurs 321, 322 et 323 de la figure 28A sont calculés de façon à correspondre aux retards dus à l'action des univibrateurs 609, 608 et 607 de la vibrators 321, 322 and 323 of Fig. 28A are calculated to correspond to delays due to the action of the univibrators 609, 608 and 607 of the
figure 29; par conséquent, la fin du groupe d'im- Figure 29; therefore, the end of the
pulsions des univibrateurs de la figure 28B est en "tcoïncidence" et ces impulsions actionnent les pulses of the univibrators of Figure 28B is in "coincidence" and these pulses operate the
portes ET de la figure 28A.AND gates of Figure 28A.
74?;11174;? 111
La figure 28B représente les condi- Figure 28B shows the conditions
tions opératoires existant lorsque toutes les im- operating conditions when all the
pulsions TP1, TP2 et TP3 sont présentes. pulses TP1, TP2 and TP3 are present.
La figure 28C représente tes mêmes con- Figure 28C shows the same con-
ditions qu'en figure 28B, mais avec une impulsion than in Figure 28B, but with impetus
manquante (par exemple, l'impulsion TP1). missing (for example, TP1 pulse).
La figure 28D représente les mêmes Figure 28D shows the same
conditions, l'impulsion TP2 étant cependant man- conditions, the TP2 pulse being, however,
quante, tandis que la figure 28E représente les mêmes conditions, l'impulsion TP3 étant cependant manquante. Il est à noter qu'il importe peu de savoir quelle est l'impulsion manquante (TP1,TP2 ou TP3), deux impulsions de sortie d'univibrateurs while Figure 28E represents the same conditions, but the TP3 pulse is missing. It should be noted that it does not matter which pulse is missing (TP1, TP2 or TP3), two output pulses of univibrators
se terminant toujours au moment T. Cette caracté- always ending at the moment T. This characteristic
ristique du circuit de la figure 28A est utilisée pour produire à tout moment au moins deux impulsions en coïncidence de temps au moment T quelle que soit l'impulsion manquante parmi les impulsions TP1, The circuit circuit of FIG. 28A is used to produce at least two time coincidence pulses at time T regardless of the missing pulse among pulses TP1.
TP2 et TP ô. Pour autant qu'au moins deux des im- TP2 and TP ô. Provided that at least two of the
pulsions du groupe soient détectées, le moment d'apparition de l'impulsion de sortie en 329 (figure 28A) sera le même. L'impulsion unique 328a de la figure 28A est produite chaque fois qu'un "lgroupe" d'impulsions est reçu par l'appareil situé en haut du trou, tandis que l'impulsion 328a sera présente chaque fois que deux impulsions quelconques Group pulses are detected, the moment of appearance of the output pulse at 329 (Figure 28A) will be the same. The single pulse 328a of Fig. 28A is produced each time a "group" of pulses is received by the apparatus at the top of the hole, while the pulse 328a will be present whenever any two pulses occur.
du "groupe" sont détectées en surface. "group" are detected on the surface.
En se référant à nouveau à la figure 28A, la case 317 désigne un convertisseur classique de temps/amplitucde produisant une tension de sortie de courant continu ayant une relation fonctionnelle prédéterminée avec le temps s'écoulant entre des Referring again to FIG. 28A, box 317 denotes a conventional time / boost converter producing a DC output voltage having a predetermined functional relationship with time flowing between
impulsions successives 328a. Le chiffre de réfé- successive pulses 328a. The reference figure
rence 320 désigne un convertisseur analogique/numé- 320 refers to an analog / digital converter
rique classique convertissant l'amplitude de cette tension de sortie de courant continu en un mot binaire. Les mots binaires se suivent l'un l'autre Conventional converter converting the amplitude of this DC output voltage into a binary word. Binary words follow each other
en une succession rapide déterminée par les carac- in a rapid succession determined by the characteristics
téristiques du convertisseur 320 et de l'horloge y associée. En conséquence, on peut constater que characteristics of the converter 320 and the associated clock. As a result, it can be seen that
l'appareil de la figure 28A traduit le code à impul- the apparatus of Figure 28A translates the impulse code
sions dans le temps, dans lequel on utilise le grou- time, in which the group is used.
pe triple, en un code binaire, tandis que les ap- triple, in a binary code, while the
pareils venant à la suite du conducteur 151 ou 162 similar to those following the driver 151 or 162
des figures 9, 12, 13 et 17 fonctionneront exacte- Figures 9, 12, 13 and 17 will function exactly as
ment de la même manière que si les données avaient été transmises initialement en un code binaire in the same way as if the data had originally been transmitted in a binary
à partir du sous-sol.from the basement.
XX. REMARQUES COMPLEMENTAIRESXX. ADDITIONAL REMARKS
(1) Afin d'obtenir les ondes de choc décrites dans la spéci-fication cidessus, certaines (1) In order to obtain the shock waves described in the speci-fication above, some
limites sont imposées à la valeur K2 (vitesse moyen- limits are imposed on the value K2 (average speed-
ne de changement de l'ouverture du clapezj, ainsi (y) qu'à la valeur T() [temps de débit ouvert). Des expériences ont démontré que la valeur Kn devrait être d'au moins 5 cm2/secorde et qu'elle devait se situer, de préférence, dans l'intervalle de 20 cm2/ seconde à 150 cm2/seconde. La valeur T(V) doit b do not change the opening of the clapezj, so (y) than the value T () [open flow time). Experiments have shown that the Kn value should be at least 5 cm2 / secorde and that it should preferably be in the range of 20 cm2 / second to 150 cm2 / second. The value T (V) must b
8tre tout au plus de 500 millisecondes et, de pr-é- No more than 500 milliseconds and,
férence, elle doit se situer dans l'intervalle it should be in the meantime
allant de 50 millisecondes à 150 millisecondes. ranging from 50 milliseconds to 150 milliseconds.
(2) Bien que les impulsions de syn-(2) Although the impulses of syn-
chronisation (horloge 155) des exemples décrits soient émises par le générateur raccordé à l'arbre de la pompe ou par la boucle à phase rigide décrite dans le brevet connexe. il est à noter que l'on peut prévoir d'autres éléments assurant la fréquence d'horloge en synchronisme avec le fonctionnement de la pompe. Par exemple, on peut utiliser le Chronization (clock 155) of the described examples are emitted by the generator connected to the pump shaft or by the rigid phase loop described in the related patent. it should be noted that it is possible to provide other elements ensuring the clock frequency in synchronism with the operation of the pump. For example, we can use the
"compteur de courses de pompe" bien connu et habi- well-known and popular "pump stroke meter"
tuellement adapté sur la bielle de la pompe afin de produire une impulsion électrique par course de la pompe. La période s'écoulant entre chacune de ces impulsions successives peut être divisée en un nombre approprié (par exemple, 512 ou 1.024) de laps de temps égaux par un microprocesseur ou par une boucle à phase rigide ou encore par un autre It is adapted to the pump connecting rod to produce an electrical impulse per stroke of the pump. The period between each of these successive pulses can be divided into an appropriate number (for example, 512 or 1.024) of equal time by a microprocessor or by a rigid phase loop or by another
moyen bien connu dans la technique de l'électro- well known method in the electro-technical
nique et des ordinateurs. Dans un système de ce type, il n'est pas nécessaire d'avoir accès à l'arbre de transmission de la pompe et la fréquence d'horloge égale à celle du générateur 155 peut être produite par le microprocesseur et le commutateur and computers. In a system of this type, it is not necessary to have access to the transmission shaft of the pump and the clock frequency equal to that of the generator 155 can be produced by the microprocessor and the switch.
du compteur de courses de la pompe.pump stroke meter.
(3) Dans la première partie de la pré- (3) In the first part of the preface
sente spécification, on a décrit en détail les conditions de formation d'ondes de choc hydrauliques et des "Londes de clapet" y associées. A certaines profondeurs, par exemple, à de faibles profondeurs, il peut se présenter des conditions dans lesquelles l'onde de clapet décrite cidessus n'est pas formée convenablement. Pour une onde de clapet de ce type, il est nécessaire qu'un volume suffisant de boue s'écoule dans la conduite de forage et qu'il règne une pression hydrostatique suffisante à l'extrémité du transmetteur. Il est clairement entendu que la présente invention n'est nullement limitée à l'onde de clapet particulière représentée et qu'elle peut être appliquée à d'autres formes d'impulsions de pression pouvant être détectées à la surface du In this specification, the conditions of formation of hydraulic shock waves and associated "valve flanges" have been described in detail. At certain depths, for example, at shallow depths, conditions may occur in which the above-described valve wave is not suitably formed. For a valve wave of this type, it is necessary that a sufficient volume of sludge flows in the drill pipe and that there is sufficient hydrostatic pressure at the end of the transmitter. It is clearly understood that the present invention is not limited to the particular valve wave shown and can be applied to other forms of pressure pulses detectable on the surface of the valve.
sol suite au fonctionnement du clapet 40. ground following the operation of the valve 40.
(4) Différents filtres numériques, (4) Different digital filters,
notamment des filtres adaptés, des filtres confor- in particular adapted filters, filters
mateurs d'impulsions et des filtres formateurs de pointes, ont été décrits ci-dessus avec bon nombre impulse meters and tip-forming filters, have been described above with many
de détails. En particulier, on a expliqué claire- details. In particular, it was clearly explained
ment le rendement de chaque filtre numérique en the performance of each digital filter in
prévoyant une série détaillée d'opérations à effec- providing for a detailed series of operations to be carried out
116-116-
tuer. Ces opérations ont été expliquées et spéci- kill. These operations have been explained and
fiées par des formules mathématiques appropriées. by appropriate mathematical formulas.
Il est clairement entendu qu'en adoptant- des-tech- It is clearly understood that by adopting
niques modernes de calcul, l'homme de métier peut établir les programmes nécessaires sur la base des In the modern world of calculation, the skilled person can establish the necessary programs on the basis of
descriptions données dans la présente spécification, descriptions given in this specification,
* tandis que les opérations décrites en se référant aux figures 9, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 21 peuvent* while the operations described with reference to Figures 9, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 21 may
être effectuées -par un logiciel approprié. be performed by appropriate software.
(5) Différents filtres numériques qui. (5) Different digital filters that.
ont été décrits, peuvent également être appliqués à d'autres formes de transmissions de mesures par des pulsations de boue par des moyens autresque le clapet de dérivation du type décrit dans la présente spécification. Ces autres formes.peuvent comprendre le procédé basé sur l'étranglement réglé du circuit d'écoulement de la boue au moyen d'un clapet d'étranglement-installé judicieusement dans le courant principal de boue comme décrit dans le have been described, can also be applied to other forms of measurement transmissions by sludge pulsations by means other than the bypass valve of the type described in this specification. These other forms may include the process based on the controlled throttling of the sludge flow circuit by means of a throttling valve-judiciously installed in the main sludge stream as described in
brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2.787.795 ac- U.S. Patent No. 2,787,795 ac-
cordé au nom de J.J. Arps. D'une manière générale, les systèmes de filtrage numériques qui ont été décrits, peuvent être appliqués à n'importe quel type de système de télémesure avec consignation en cours de forage, ainsi qu'à d'autres formes de consignations dans lesquelles l'équipement de strung in the name of J.J. Arps. In general, the digital filtering systems that have been described can be applied to any type of telemetry system with logging while drilling, as well as to other forms of logging in which the equipment of
forage est retiré afin de laisser descendre l'équi- drilling is withdrawn in order to let down the equi-
pement de mesure dans le trou de forage. Ces sys- measuring instrument in the borehole. These systems
tèmes de filtrage numériques peuvent être appliqués à des systèmes de télémesure dans lesquels on recourt à des impulsions représentant n'importe quelle forme d'énergie, par exemple, des impulsions électriques, électromagnétiques, acoustiques et autres. (6) Le code à impulsions dans le temps Digital filtering systems can be applied to telemetry systems in which pulses representing any form of energy are used, for example, electrical, electromagnetic, acoustic, and other impulses. (6) The pulse code over time
dans lequel on emploie le groupe triple d'impul- in which the triple pulse group is used
sions décrit ci-dessus, peut également être appli- described above, may also be
quéà un système de consignation acoustique d'un puits afin de faciliter le traitement des signaux acoustiques de consignation d'un puits et obtenir un procédé hautement efficace permettant de corri- ger automatiquement les erreurs dues à des sauts d'impulsions lors de la mesure du temps de transit des ondes acoustiques. Les procédés et appareils a well acoustic logging system to facilitate the processing of acoustic well logging signals and to obtain a highly efficient method of automatically correcting errors due to pulse jumps during the measurement of a well. transit time of acoustic waves. Processes and devices
de consignation acoustique d'un puits sont habituel- Acoustic logging of a well is usually
lement conçus pour mesurer le temps de transit d'une onde acoustique entre une première et une deuxième impulsion. Dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n0 3.900.824 accordé le 19 août 1975 aux noms de J.C. Trouiller et al., on a proposé d'empêcher les sauts d'impulsions en pratiquant la mesure au cours designed to measure the transit time of an acoustic wave between a first and a second pulse. In U.S. Patent No. 3,900,824 issued to J.C. Trouiller et al. On August 19, 1975, it has been proposed to prevent pulse jumps by practicing measurement during
d'une séquence N-1 mémorisée dans une mémoire au- of an N-1 sequence stored in a memory
xiliaire et en comparant cette mesure avec la mesure suivante (séquence N) . Le brevet des Etats-Unis d'A!.;érique n0 3.900.824 est repris ici à titre de xilary and comparing this measurement with the next measurement (sequence N). U.S. Patent No. 3,900,824 is incorporated herein by reference.
référence. L'autre procédé proposé suivant l'in- reference. The other proposed method according to the
vention et basé sur le code à impulsions dans le temps permet de corriger de manière plus efficace et plus fiable, les erreurs de mesure dues à des and based on the pulse code over time makes it possible to more effectively and reliably correct measurement errors due to
sauts cycliques.cyclic jumps.
(7} Le code à groupe triple d'impul- (7) The tri-group code of impulse
sions dans le temps offre un très large champ d'applications en dehors d'une consignation en in time offers a very wide range of applications apart from
cours de forage. Il peut être adopté dans n'impor- drilling course. It can be adopted in any
te quel système de communication pour.la transmis- What communication system for the transmission
sion de messages entre un poste de transmission et un poste récepteur, ainsi que dans différents types de systèmes de consignation d'un puits (et non nécessairement pour la consignation en cours de forage), par exemple, la consignation acoustique message transmission between a transmitting station and a receiving station, as well as in different types of well logging systems (and not necessarily for logging during drilling), for example, acoustic logging
(voir remarque n0 6).(see note 6).
2475 1 112475 1 11
(8) Il est entendu que, pour capter et (8) It is understood that in order to capture and
mémoriser une onde en vue de l'utiliser ultérieure- memorize a wave for later use
ment dans les filtres numériques décrits dans la présente spécification, certaines mesures doivent être prises sur place ainsi qu'on l'a décrit. Il In the digital filters described in this specification, some measurements must be taken in situ as described. he
est parfois souhaitable de capter une onde indi- It is sometimes desirable to pick up an indi-
viduelle (au lieu d'une onde double), comme c'est le cas dans la forme de réalisation de la figure 19 vidual (instead of a double wave), as is the case in the embodiment of Figure 19
o l'on prévoit le filtre formateur de pointes 351A. the tip forming filter 351A is provided.
Afin de capter une onde individuelle, il convient de synchroniser l'émission du signal produit par In order to capture an individual wave, it is necessary to synchronize the transmission of the signal produced by
l'équipement en sous-sol avec l'équipement de détec- equipment in the basement with the detection equipment
tion en surface. Cette synchronisation peut être effectuée en remplaçant un des capteurs 1, 2, 3 et surface. This synchronization can be performed by replacing one of the sensors 1, 2, 3 and
4 de l'équipement de surface (figure 4A) par un dis- 4 of the surface equipment (Figure 4A) by a
positif tel qu'une "horloge" ou un générateur de signaux constants contrôlés dans le temps assurant des fonctionnements du clapet 40 de la figure 4A, espacés uniformément dans le temps. L'opération devrait alors se dérouler comme suit (a) En arrêtant et en faisant démarrer les pompes à boue en surface dans l'ordre approprié, le commutateur 91 illustré en figure 4A peut être amené à connecter le capteur modifié (c'est-à-dire positive such as a "clock" or a generator of constant signals controlled in time ensuring operations of the valve 40 of Figure 4A, spaced uniformly over time. The operation should then proceed as follows: (a) By stopping and starting the surface slurry pumps in the proper order, the switch 91 illustrated in Figure 4A can be made to connect the modified sensor (ie to say
le générateur d'impulsions uniformément espacées). the pulse generator uniformly spaced).
Dès lors. une série d'impulsions sera émise par le clapet à des moments connus. (Bien entendu, des corrections doivent être effectuées pour le temps de parcours de l'impulsion entre le sous-sol et la Since then. a series of pulses will be emitted by the valve at known times. (Of course, corrections must be made for the travel time of the pulse between the subsoil and the
surface du sol, ce temps ayant été déterminé anté- soil surface, this time having been determined
rieurement par des procédés bien connus). later by well known methods).
(b) L'équipement de surface est con- (b) The surface equipment is
trôlé par son horloge propre qui est en synchro- controlled by its own clock which is in sync with
nisme, en temps et en phase, avec le transmetteur in time and in phase with the transmitter
de signaux en sous-sol.signals in the basement.
24?51 1 4124? 51 1 41
(c) Par une commutation appropriée en (c) By appropriate switching
surface, on peut interrompre le captage et la mémo- surface, the capture and storage can be interrupted
risation de l'onde double de telle sorte que le circuit de mémorisation ne soit connecté que pendant le temps d'une onde de clapet, pour être ensuite déconnecté automatiquement au cours de l'apparition of the double wave so that the memory circuit is only connected during the time of a damper wave, and then disconnected automatically during the occurrence
de la deuxième onde.of the second wave.
Bien entendu, la même opération peut être effectuée manuellement (par l'opérateur), Cette opération est effectuée aisément lorsque cette Of course, the same operation can be performed manually (by the operator), this operation is easily performed when this
onde est distincte et surmonte nettement le bruit. wave is distinct and clearly overcomes noise.
Lorsque cette onde est noyée dans le bruit, on uti- When this wave is embedded in the noise, it is
lise le système automatique tel que celui décrit reads the automatic system as described
dans la présente spécification.in this specification.
(9) Il existe deux signaux de bruits (9) There are two noise signals
perturbateurs ayant tendance à dissimuler la récep- disrupters who tend to conceal the reception of
tion du signal utile B(t) (voir équation 22). Un de ces signaux représente le bruit de pompe P(t) et l'autre, le bruit U(t) associé aux différentes opérations de forage autres que le fonctionnement useful signal B (t) (see equation 22). One of these signals represents the pump noise P (t) and the other, the noise U (t) associated with the various drilling operations other than the operation.
de la pompe. Afin d'éliminer ces signaux pertur- pump. In order to eliminate these disturbing
bateurs, suivant l'invention, on prévoit trois According to the invention, three
systèmes de filtrage n0 1, n0 2 et no 3. filter systems # 1, # 2 and # 3.
Le système de filtrage n0 1 est le filtre analogique 150. Ce filtre a pour but de supprimer la composante constante de la sortie du transducteur représentant la pression produite par la pompe 27, ainsi que d'autres fréquences se The filtering system No. 1 is the analog filter 150. This filter is intended to eliminate the constant component of the output of the transducer representing the pressure produced by the pump 27, as well as other frequencies.
situant en dehors de la gamme concernée. outside the relevant range.
Le système de filtrage n0 2 comprend The filtering system n0 2 includes
un élément à retard 152 et un soustracteur 160. a delay element 152 and a subtractor 160.
Ce système a pour but de supprimer ou d'éliminer This system is intended to remove or eliminate
le bruit de pompe P(t).the pump noise P (t).
Le système de filtrage n0 3 comprend un corrélateur ou un filtre numérique qui peut The filtering system No. 3 includes a correlator or a digital filter which can
être un filtre adapté, un filtre conformateur d'im- be a suitable filter, a filter shaper of im-
247511 1247511 1
pulsions ou un filtre formateur de pointes et il comprend également différents éléments associés tels que des éléments de mémorisation et d'appel, de même que des ordinateurs en vue de déterminer les valeurs optimales des éléments de mémorisation pour les filtres numériques correspondants (voir figures 9, 12, 13, 14 et 15). Le système no 3 a pulses or a tip-forming filter and also includes various associated elements such as storage and call elements, as well as computers for determining the optimum values of the storage elements for the corresponding digital filters (see FIGS. , 12, 13, 14 and 15). System No. 3
pour but d'éliminer ou de supprimer le bruit U(t). for the purpose of eliminating or suppressing the noise U (t).
Les systèmes de filtrage- n 1, n0 2 et no 3 sont raccordés en cascade. Dans les formes de réalisation de l'invention qui ont été décrites cidessus, le système de filtrage n0 1 est raccordé au transducteur à pression 51, le système n0 2 est raccordé au conducteur de sortie 151, tandis que le système no 3 est raccordé au conducteur de sortie The filtering systems - Nos. 1, 2 and 3 are connected in cascade. In the embodiments of the invention which have been described above, the filtering system No. 1 is connected to the pressure transducer 51, the system No. 2 is connected to the output conductor 151, while the system No. 3 is connected to the output conductor
164 du système n0 2.164 of System No. 2.
Chacun des systèmes de filtrage ci- Each of the filtering systems
dessus est un système linéaire. En conséquence, above is a linear system. Consequently,
les fonctions de ces systèmes peuvent être inter- the functions of these systems may be
changées ou inversées. On peut commencer par le système de filtrage ne 1, puis interchanger l'ordre des systèmes de filtrage n0 2 et n0 3. De même, dans certains cas, il peut être superflu d'utiliser les trois systèmes de filtrage. Deux systèmes de filtrage quelconques peuvent être suffisants et, dans certains cas, un seul peut suffire. De même, changed or reversed. We can start with the filtering system no 1, then interchange the order of the filtering systems n0 2 and n0 3. Similarly, in some cases, it may be superfluous to use the three filtering systems. Any two filtering systems may be sufficient and in some cases only one may suffice. Similarly,
le système monté entre le conducteur 182 et le con- the system mounted between the driver 182 and the con-
ducteur 210 peut parfois être supprimé, tandis.que le convertisseur numérique/analogique 211 peut être driver 210 can sometimes be removed, while digital to analog converter 211 can be
conçu pour accepter des ondes doubles. designed to accept double waves.
(10) Lorsque le signal formé par le procédé décrit au chapitre XIII (étapes a à f) est capté et mémorisé, il peut être mis en corrélation (10) When the signal formed by the method described in chapter XIII (steps a to f) is picked up and stored, it can be correlated
croisée avec le signal brut émis par le transduc- crossed with the raw signal emitted by the transduc-
teur 51 ou avec le signal préconditionné sur le conducteur 162 des figures 9-19. Dans le cas diune corrélation croisée avec le signal brut émis au transducteur 51, la seconde onde del] bnde double" devra être éliminée par des moyens appropriés bien connus dans la technique de telle sorte qu'elle puisse être mise en corrélation croisée avec l'onde 51 or with the preconditioned signal on the conductor 162 of FIGS. 9-19. In the case of a cross-correlation with the raw signal transmitted to the transducer 51, the second double wave will have to be removed by appropriate means well known in the art so that it can be cross-correlated with the signal. wave
unique émise à la sortie du transducteur 51. single emitted at the output of the transducer 51.
122.122.
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