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JP2001273580A - In-drilling pipe remote measurement transmitter, in- drilling pipe remote measuring method, and its system - Google Patents

In-drilling pipe remote measurement transmitter, in- drilling pipe remote measuring method, and its system

Info

Publication number
JP2001273580A
JP2001273580A JP2000079044A JP2000079044A JP2001273580A JP 2001273580 A JP2001273580 A JP 2001273580A JP 2000079044 A JP2000079044 A JP 2000079044A JP 2000079044 A JP2000079044 A JP 2000079044A JP 2001273580 A JP2001273580 A JP 2001273580A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transmitter
dipole
drilling
drilling pipe
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000079044A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Rasshi Dareyooshu
ラッシ ダレヨーシュ
Tsurafurefu Julij
ツラフレフ ユーリー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cryoton UK Ltd
Original Assignee
Cryoton UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cryoton UK Ltd filed Critical Cryoton UK Ltd
Priority to JP2000079044A priority Critical patent/JP2001273580A/en
Publication of JP2001273580A publication Critical patent/JP2001273580A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce and provide a useful and helpful technical means (in- drilling pipe remote measuring instrument, its method and its system) for transmitting an electromagnetic signal consisting of data which are obtained from at least one transducer in a drilling pipe. SOLUTION: The remote measurement transmitter positioned inside a drilling pipe consists of one input for exchanging data obtained from at least one transducer which is arranged for sensing one or the both of the parameter of the drilling pipe (upper part 10 of the drilling pipe and lower part 14 of the drilling pipe) and the parameter of a circumferential medium. The transmitter adaptively varies power outputs from a magnetic dipole 24 arranged for transmitting an electromagnetic data signal and an electric dipole 38 arranged for transmitting the electromagnetic data signal, in accordance with the directions of the magnetic dipole 24, the electric dipole 38 and the storing part of the transmitter in the drilling pipe and with the electric resistance rate of a medium surrounding around the storing part of the transmitter in the drilling pipe.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は削井底から地上への
データ通信のための掘削管用無線遠隔計測技術に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radio telemetry technique for a drilling pipe for data communication from a well bottom to the ground.

【0002】[0002]

【従来の技術】掘削中の掘削管からのデータ送信向上に
ついての問題は、かなりの間検討下にあったが、近年こ
の件に関する関心が高まってきている。これは掘削深度
の増大とくにガスや石油用の傾斜掘削に関連するもので
ある。その目的は信頼性の向上と地層特性、方向操作や
掘削機械の状況など、このようなデータの送信伝達率の
向上である。
BACKGROUND OF THE INVENTION The problem of improving the transmission of data from a drilling pipe during drilling has been under consideration for some time, but in recent years there has been increasing interest in this matter. This is related to the increase in drilling depth, especially for inclined drilling for gas and oil. Its purpose is to improve the reliability and the transmission rate of such data, such as formation characteristics, directional operation and the state of the excavating machine.

【0003】マッドパルス・音響・電磁気など現在使用
されている無線通信技術の場合、掘削の目的では、後者
が測定に関して潜在的可能性が最もあるといわれてい
る。既存の電磁気掘削管遠隔計測送信器は、典型的に
は、掘削ドリルビットに隣接して位置する低周波数無線
送信器で構成されている。ドリルビット内のトランスデ
ューサ(変換器)から得たデータは、まず計数化され、
その後に削孔(ボアホール)から岩層を通って地上に送
信される。この信号はその後、地上の掘削リグ現場に隣
接して設置された受信器により検知されて解読される。
この技術は、2.5〜50HZの周波数範囲内におい
て、地下5000mの深さからのデータを受信する能力
がある。
In the case of currently used wireless communication technologies such as mud pulse, acoustic and electromagnetic, for drilling purposes, the latter is said to have the greatest potential for measurement. Existing electromagnetic drilling tube telemetry transmitters typically consist of a low frequency radio transmitter located adjacent to a drill bit. The data obtained from the transducer in the drill bit is first digitized,
After that, it is transmitted from the borehole to the ground through a rock formation. This signal is then detected and decoded by a receiver located adjacent to the ground drilling rig site.
This technology is capable of receiving data from a depth of 5000 m underground within the frequency range of 2.5-50 HZ.

【0004】上記における電磁気信号は、つぎの2通り
の方法、いずれかで送信される。英国特許第21428
04号には、データをパルスコードの電気信号へと変調
し、それを削井底部を取り囲む周辺岩層内へ電流ダイポ
ール(双極子)で出射するという一つ方法が公開されて
いる。地上では、電流で形成された電磁気信号が検知さ
れ、データは復調により取り出される。上記のケースで
は、岩層自身が電流ダイポールからの信号用の電気的伝
導性をもつ媒体となる。この電流ダイポールは、電極の
役割をする電気的に絶縁された2つの素子から構成され
る。該信号の振幅が岩層内の電導率特性に強く依存する
ことは明白である。
The electromagnetic signal described above is transmitted by one of the following two methods. UK Patent 21428
No. 04 discloses one method of modulating data into a pulse code electrical signal and emitting it with a current dipole (dipole) into a surrounding rock formation surrounding the bottom of the well. On the ground, an electromagnetic signal formed by a current is detected, and data is extracted by demodulation. In the above case, the rock itself is the electrically conductive medium for the signal from the current dipole. This current dipole is composed of two electrically insulated elements that serve as electrodes. It is clear that the amplitude of the signal strongly depends on the conductivity properties in the rock formation.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この電流ダイポール構
造の弱点は、掘削管内送信器格納部が垂直方向に向いて
いる場合に電流ダイポールから発する磁界が掘削管から
大きく放射状に拡大するため、地上においてほとんど磁
気信号が検知できないことだとわかる。
The weak point of this current dipole structure is that the magnetic field generated from the current dipole when the transmitter housing in the drilling pipe is vertically oriented greatly expands radially from the drilling pipe. It turns out that almost no magnetic signal can be detected.

【0006】また、別の既存電流ダイポールにおける弱
点は、抵抗率の値が高い苦灰石(ドロマイト)のような
ある種の岩層に対して、十分な電流の射出が困難なこと
である。
[0006] Another weak point of the existing current dipole is that it is difficult to inject a sufficient current into a certain rock layer such as dolomite having a high resistivity value.

【0007】一方で米国特許第4800385号は、デ
ータが信号上に変調され、これが掘削管の外表に隣接し
て設けられたコイル形の磁気ダイポールに供給されると
いう2番目の方法を公開している。この磁気ダイポール
は、電気的に管自体から絶縁され、そして外側では掘削
泥土からも絶縁され、電源に接続されている。
On the other hand, US Pat. No. 4,800,385 discloses a second method in which data is modulated onto a signal and supplied to a coiled magnetic dipole located adjacent to the outer surface of the drilling tube. I have. The magnetic dipole is electrically insulated from the tube itself and, on the outside, also from the excavated mud and is connected to a power supply.

【0008】この磁気ダイポール構造の弱点は、該ダイ
ポールから発する磁界が送信器からの距離の逆3乗(逆
立方)で低下するため、長距離では測定不可能な値に減
少してしまうことだとわかる。上記磁気ダイポール送信
器は、該送信器の設置場所の地層導電率から独立した一
つ方法を提供する。この場合、比較的浅い掘削では、よ
り大きな磁気信号(形成)を達成することが可能であ
る。したがって掘削の初期段階では(たとえば送信距離
が短く、磁気送信器の向きが垂直方向というケース)、
電流ダイポールよりも磁気ダイポールが有効である。し
かし掘削深さが地底2kmを超える場合、磁気ダイポー
ルのソースで形成された信号は単純な磁力計検知とって
小さすぎる。消費電力も質量(大きさ)も電流ダイポー
ルが磁気ダイポールよりもかなり小さい。電流ダイポー
ルのソースの構造は(磁気ダイポールに比べて)単純で
あるため経済性が高い。
[0008] The weak point of this magnetic dipole structure is that the magnetic field generated from the dipole is reduced by the inverse cube of the distance from the transmitter (inverse cubic), so that it is reduced to a value that cannot be measured over a long distance. I understand. The magnetic dipole transmitter provides one method that is independent of the formation conductivity at the location of the transmitter. In this case, a relatively shallow excavation can achieve a larger magnetic signal (formation). Therefore, during the early stages of excavation (for example, when the transmission distance is short and the magnetic transmitter is oriented vertically)
Magnetic dipoles are more effective than current dipoles. However, when the excavation depth exceeds 2 km below the ground, the signal generated at the source of the magnetic dipole is too small for a simple magnetometer detection. The current dipole is much smaller than the magnetic dipole in both power consumption and mass (magnitude). The structure of the source of a current dipole is simple (compared to a magnetic dipole) and therefore economical.

【0009】前記磁界形成方法の両方によって地上で得
られるデータは、しばしば抵抗率と掘削管送信器格納部
の向き方向の一方または両方に依存する。それゆえ検知
不可能あるいは脆弱なものである。
[0009] The data obtained on the ground by both of the magnetic field shaping methods often depends on one or both of the resistivity and the orientation of the drilling tube transmitter housing. Therefore it is undetectable or vulnerable.

【0010】磁気遠隔計測送信器は、機械的高負荷、高
侵食性・高研磨性素材との接触、高温等の過激な条件下
で稼動する。さらに送信器の断面寸法は、削孔(ボアホ
ール)の大きさで制限される。
The magnetic telemetry transmitter operates under extreme conditions, such as high mechanical loads, contact with highly erosive and highly abrasive materials, and high temperatures. In addition, the cross-sectional dimensions of the transmitter are limited by the size of the bore.

【0011】技術研究について調査すると、送信器構造
の改良に一つの傾向が見られる。まず第1には、削孔底
から送信されるデータの質の向上に焦点が当っていた。
これは地層導電媒体での固有信号減衰を補償するため、
放出する信号の電力を強化することに関わる。加えて深
層掘削や、とくに石油・ガスの傾斜掘削では、ドリルが
それぞれ異なった電導率、誘電体特性をもつ層を何層も
横切る。それで炭化水素堆積部上部の粘土層の抵抗率
は、100%以上(の割合)での変化が起こり得る。こ
れによりノイズ成分が重畳し、測定された遠隔計測信号
の振幅を変えることが考えられる。その結果、遠隔計測
信号解読(デコード)が複雑化する。
A survey of technical research shows one trend in improving transmitter structures. First, the focus was on improving the quality of the data transmitted from the drilling bottom.
This compensates for the inherent signal attenuation in the formation conductive medium,
Related to enhancing the power of the emitted signal. In addition, in deep drilling, and particularly in oil and gas drilling, drills traverse layers with different conductivity and dielectric properties. Therefore, the resistivity of the clay layer above the hydrocarbon deposition portion may change by 100% or more. As a result, it is conceivable that the noise component is superimposed and the amplitude of the measured telemetry signal is changed. As a result, decoding of the telemetry signal becomes complicated.

【0012】[0012]

【発明の目的】本発明者らは上述したような技術的課題
に鑑み、掘削管内にある最低1個のトランスデューサか
ら得たデータからなる電磁気信号を送信するための有用
で有益な技術手段(掘削管内遠隔計測器・掘削管内遠隔
計測方法・掘削管遠隔計測システムなど)を創作し、こ
れを提供するというものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above technical problems, the present inventors have proposed a useful and useful technical means for transmitting an electromagnetic signal consisting of data obtained from at least one transducer in a drilling pipe (a drilling technique). In-pipe remote measurement device, drilling pipe remote measurement method, drilling pipe remote measurement system, etc.) and provide them.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明によるときは、掘
削管内にある最低1個のトランスデューサ(変換器)か
ら得たデータからなる電磁気信号を送信する手段をも
ち、掘削管のある部分に設置された送信器部の向き方向
と掘削管上記部を取り巻く媒体の電気的抵抗率にしたが
い、掘削管上記部に設置された送信器の磁気ダイポール
と電流のダイポールによる電力出力を適応制御すること
で構成される方法が提供される。
According to the present invention, there is provided means for transmitting an electromagnetic signal composed of data obtained from at least one transducer (transducer) in a drilling pipe, and is provided at a portion of the drilling pipe. The power output by the magnetic dipole and the current dipole of the transmitter installed in the above-mentioned section of the drilling pipe is adaptively controlled according to the direction of the transmitter section and the electrical resistivity of the medium surrounding the above-mentioned section of the drilling pipe. A method for configuring is provided.

【0014】本発明においては、電流ダイポール送信器
が垂直方向掘削や高抵抗率の岩層掘削等の用途に適さな
いということや、磁気ダイポール送信器によって輻射さ
れた磁界が距離により非常に急速に減少し深層掘削での
使用に不適当ということについて、真の理解が根底にあ
る。それゆえ本発明の送信器は、電流ダイポール・磁気
ダイポールの両ソースを組み合わせることで地上での最
適かつ信頼性のあるデータ受信が確立する。それで掘削
方向や地層特性にしたがい、これら二つのソース間の電
力が適応的に分配されることを可能とする。
In the present invention, the fact that the current dipole transmitter is not suitable for applications such as vertical excavation and high resistivity rock excavation, and that the magnetic field radiated by the magnetic dipole transmitter decreases very quickly with distance. There is a real understanding of the inadequacy of use in deep excavation. Thus, the transmitter of the present invention establishes optimal and reliable data reception on the ground by combining both current and magnetic dipole sources. It allows the power between these two sources to be adaptively distributed according to the drilling direction and formation characteristics.

【0015】本発明における送信器は、電流ダイポール
ソースと磁気ダイポールソースから形成され、アジマス
(方位角)成分が大勢の(組み合わせ)複合磁場分布を
つくるため、それらのうちの一方または両方の操作が可
能である。
The transmitter according to the present invention is formed of a current dipole source and a magnetic dipole source, and since the azimuth component forms a complex (combination) magnetic field distribution, one or both of these operations are performed. It is possible.

【0016】本発明の磁気遠隔計測送信器は掘削管の一
部を形成し、望ましくは非強磁性導電材で作られたケー
ス素子付きで電気的絶縁体の少なくとも一箇所により、
送信器内の二つの導電部品/部分が分離されている。
The magnetic telemetry transmitter of the present invention forms a part of a drilling tube, preferably with a case element made of non-ferromagnetic conductive material and at least one place of electrical insulation,
Two conductive parts / parts in the transmitter are separated.

【0017】該送信器は、複合(組み合わせ)の電流ダ
イポールソースと磁気ダイポールソースで構成され、こ
こで電流ダイポールの電極は、周囲層に電流を射出する
能力がある。磁気ダイポール部は、望ましくは細長い延
べ棒状の強磁性磁心が入った数個のコイルからなり、こ
れらは送信器ケース内側の筒型空間において該送信器縦
軸に平行して配置される。電流ダイポールの電極と磁気
ダイポールのコイルは適応電力制御スイッチを通して電
源に接続される。
The transmitter comprises a combined (combined) current dipole source and a magnetic dipole source, wherein the electrodes of the current dipole are capable of emitting current to the surrounding layers. The magnetic dipole section preferably comprises several coils containing a ferromagnetic core in the form of an elongated bar, which are arranged parallel to the longitudinal axis of the transmitter in a cylindrical space inside the transmitter case. The electrodes of the current dipole and the coils of the magnetic dipole are connected to a power source through an adaptive power control switch.

【0018】磁界の複合ソースを使用した前記磁界形成
方法は、遠隔計測技術の向上を導き、これにより掘削が
どの方向であってもこの送信器からの磁気信号が検出・
探知可能となり、送信器の位置する場所ごとでの地層導
電率変動による影響がかなり減少する。加えて、極端な
環境条件下(大きな機械的ひずみ・振動・高温と高圧)
で操作稼動するということは、当該送信器には、製造面
での高い信頼性が必須であることを示唆している。
The method of forming a magnetic field using a complex source of magnetic fields leads to an improvement in telemetry technology, whereby the magnetic signal from the transmitter is detected and detected in any direction of the excavation.
Detection is possible, and the effect of formation conductivity variations at each location of the transmitter is significantly reduced. In addition, extreme environmental conditions (high mechanical strain, vibration, high temperature and high pressure)
The operation of the transmitter implies that the transmitter must have high manufacturing reliability.

【0019】前記送信器には、磁気ダイポールと電流
ダイポール間と、磁気ダイポール内部である程度の冗
長性があり、それは並列に繋がれたいくつのエミッタで
構成され、そのうちの一つの巻腺への損傷により装置全
体としての稼動が中断されないというのが前記送信器の
特徴である。望ましいのは、掘削管の送信器収納部が垂
直方向かそれに隣接しているときに、磁気ダイポールか
らの電力出力が増加することである。望ましいのは、掘
削管の送信器収納部周辺媒体の抵抗率があらかじめ決め
られた値以上であるときに、磁気ダイポールから電力出
力が増加することである。望ましいのは、磁気ダイポー
ルからの電力出力が増加するときに、電流ダイポールか
らの電力出力が減少するかあるいは抑制されることであ
る。望ましいのは、掘削管の送信器収納部が水平方向か
それに隣接しているときに、電流ダイポールからの電力
出力が増加することである。望ましいのは、掘削管の送
信器収納部周辺媒体の抵抗率が、あらかじめ決められた
値以下であるときに、電流ダイポールからの電力出力が
増加することである。望ましいのは、電流ダイポールか
らの電力出力が増加するときに、磁気ダイポールからの
電力出力が減少するかあるいは抑制されることである。
The transmitter has a certain degree of redundancy between the magnetic dipole and the current dipole and within the magnetic dipole, which consists of several emitters connected in parallel, of which damage to one winding gland is possible. The feature of the transmitter is that the operation of the entire apparatus is not interrupted by the above. Desirably, the power output from the magnetic dipole is increased when the transmitter housing of the downhole is vertically or adjacent. Desirably, the power output from the magnetic dipole increases when the resistivity of the medium surrounding the transmitter housing of the downhole is greater than or equal to a predetermined value. Desirably, when the power output from the magnetic dipole increases, the power output from the current dipole decreases or is suppressed. Desirably, the power output from the current dipole increases when the transmitter housing of the downhole is horizontal or adjacent. Desirably, the power output from the current dipole increases when the resistivity of the medium surrounding the transmitter housing of the drilling pipe is less than or equal to a predetermined value. Desirably, when the power output from the current dipole increases, the power output from the magnetic dipole decreases or is suppressed.

【0020】具体案としては、地底の該送信器が受信し
た送信器の向き方向や周辺掘削媒体の抵抗率に関するデ
ータにしたがい、前記電気ダイポールソースと磁気ダイ
ポールソースからの電力出力を、地上から(地底のこ
の)送信器に制御電流を発信して制御することである。
また、別の具体案では、掘削管の該部の方向と掘削管前
記部周辺媒体の電気抵抗率が送信器により検出され、そ
れから感知された方向と抵抗値にしたがい、該送信器が
前記磁気ダイポールと電流ダイポールからの電力出力を
適応制御するように構成される。
Specifically, according to the data on the orientation of the transmitter and the resistivity of the surrounding excavation medium received by the transmitter at the bottom of the earth, the power output from the electric dipole source and the magnetic dipole source is output from the ground ( Control current by sending a control current to this transmitter (underground).
In another embodiment, the direction of the section of the drilling pipe and the electrical resistivity of the medium around the section of the drilling pipe are detected by a transmitter, and according to the sensed direction and resistance value, the transmitter detects the magnetic field. It is configured to adaptively control the power output from the dipole and the current dipole.

【0021】本発明は、また、掘削管のある部分内に置
かれた掘削管遠隔計測送信器が供給され、該送信器は、
掘削管のパラメータ、周辺媒体のパラメータの両方か片
方を感知するように配置された最低1個の変換器(トラ
ンスデューサ)からのデータ受信用インプットと、前記
データからなる電磁気信号を送信するように配置された
磁気ダイポールと、前記データからなる電磁気信号を送
信するように配置された電流ダイポールと掘削管前記部
分の向き方向と、掘削管前記部分周辺媒体の電気抵抗率
にしたがってそれぞれ(磁気・電流ダイポール)の出力
信号を変えるように、前記磁気ダイポールと電流タイポ
ールからの電力出力を適応的に可変する制御方法からな
る。
The present invention also provides a drilling tube telemetry transmitter located within a portion of a drilling tube, the transmitter comprising:
An input for receiving data from at least one transducer (transducer) arranged to sense the parameters of the drilling tube and / or the parameters of the surrounding medium, and arranged to transmit an electromagnetic signal comprising said data (Magnetic / current dipole) according to the magnetic dipole, the current dipole arranged to transmit the electromagnetic signal composed of the data, the direction of the drilling pipe part, and the electrical resistivity of the medium around the drilling pipe. A) a control method for adaptively varying the power output from the magnetic dipole and the current tie pole so as to change the output signal.

【0022】一つの具体案として該送信器は、掘削管前
記部分の向き方向を感知するセンサと、前記方向センサ
のアウトプットにしたがって、前記磁気ダイポールと電
流ダイポールに供給される電力を適応的に可変するよう
手配された前記制御手段で構成されるのが望ましい。ま
た該送信器は、掘削管前記部分周辺媒体の電気抵抗率を
感知するセンサと、前記抵抗率センサのアウトプットに
したがい、前記磁気ダイポールと電流ダイポールに供給
される電力を適応的に可変するよう手配された前記制御
手段から構成されるのも望ましい。別の具体的手段で
は、制御手段が地上から受信した制御信号にしたがい、
前記磁気ダイポールと電流ダイポールに供給される電力
を適応的に可変するように構成される。一つの具体策で
は該送信器が前記トランスデューサに隣接して配置さ
れ、該送信器のインプットが、その1個か複数のトラン
スデューサのアウトプットに接続される。また別の具体
策では、該送信器のインプットが受信器に接続される。
この受信器には、前記単数または複数のトランスデュー
サに接続するインプットがあるので、遠隔送信器からの
信号を受信する。このような形でトランスデューサから
地上へ掘削管に沿って、リレーリンクの供給が可能であ
る。前記遠隔送信器が、掘削管に沿って適応送信器に信
号を送信することも可能である。もう一つの方法として
は前記遠隔送信器自身が適応送信器から構成されていて
もよい。
In one embodiment, the transmitter adaptively converts the power supplied to the magnetic dipole and the current dipole according to the output of the direction sensor and the sensor for detecting the direction of the section of the drilling pipe. It is desirable that the control means be arranged to be variable. Further, the transmitter is configured to adaptively vary the power supplied to the magnetic dipole and the current dipole according to an output of the resistivity sensor and a sensor for sensing an electric resistivity of the partial peripheral medium of the drilling pipe. It is also desirable that the control means be arranged. In another specific means, the control means follows a control signal received from the ground,
The power supplied to the magnetic dipole and the current dipole is adaptively varied. In one embodiment, the transmitter is located adjacent to the transducer, and an input of the transmitter is connected to an output of the one or more transducers. In another embodiment, the input of the transmitter is connected to a receiver.
The receiver has an input that connects to the one or more transducers so as to receive a signal from a remote transmitter. In this way, the provision of a relay link along the drill pipe from the transducer to the ground is possible. It is also possible that the remote transmitter sends a signal to the adaptive transmitter along the drilling pipe. Alternatively, the remote transmitter itself may comprise an adaptive transmitter.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について添付の
図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0024】図1・図2を参照して、本発明の遠隔計測
送信器は、掘削管(ドリルビットが取り付けられる先端
管)の上部10と下部14との間に配置される。ドリル
ビット12は掘削管下部14の下端に接合される。掘削
管の外表面全体は周辺岩層16と良好の電気的接触があ
る。
Referring to FIGS. 1 and 2, the telemetry transmitter of the present invention is disposed between an upper portion 10 and a lower portion 14 of a drilling pipe (a tip pipe to which a drill bit is attached). The drill bit 12 is joined to the lower end of the lower part 14 of the drilling pipe. The entire outer surface of the drilling pipe has good electrical contact with the surrounding rock formation 16.

【0025】磁気ダイポール24は、素子20を通じて
掘削管上部10や素子22を通じて掘削管下部14に接
続されている。磁気ダイポール24は強磁性の磁心26
からなり、これは掘削管の軸方向に伸び、導電性巻線2
8で覆われている。巻線28は導線30を通して電源3
2に接続している。電源32は、電磁場という形で地上
に送信されるデータによって変調される電流を供給す
る。電源32はリード線34a・34bを介して掘削管
上部10・掘削管下部14に接続されているので、掘削
管上部10・掘削管下部14は、電流ダイポール38の
電極をそれぞれ形成する。磁気ダイポール24と電流ダ
イポール38はそれぞれ個別に、必要によっては同とき
にも操作が可能である。
The magnetic dipole 24 is connected to the upper part 10 of the excavation pipe through the element 20 and to the lower part 14 of the excavation pipe through the element 22. The magnetic dipole 24 has a ferromagnetic core 26
Which extends in the axial direction of the drilling pipe and has a conductive winding 2
8 covered. Winding 28 is connected to power supply 3 through conductor 30
2 connected. Power supply 32 provides a current that is modulated by data transmitted to the ground in the form of an electromagnetic field. Since the power source 32 is connected to the excavated pipe upper part 10 and the excavated pipe lower part 14 via the lead wires 34a and 34b, the excavated pipe upper part 10 and the excavated pipe lower part 14 form electrodes of the current dipole 38, respectively. The magnetic dipole 24 and the current dipole 38 can be operated individually and, if necessary, at the same time.

【0026】図1の電流Ic(符号40参照)は、導線
すなわちリード線34a・34bを通って電流ダイポー
ル38のそれぞれの電極に流れ、地層の電気伝導率に比
例して上昇する。電源32からの出力が定電力Pである
と、図のごとく磁気ダイポール24と電流ダイポール3
8が並列に接続されている場合に、磁気ダイポール24
の巻線28を流れる電流ImはIcに逆比例する。
The current Ic (see reference numeral 40) of FIG. 1 flows through the conductors or leads 34a and 34b to the respective electrodes of the current dipole 38 and rises in proportion to the electrical conductivity of the formation. If the output from the power supply 32 is a constant power P, the magnetic dipole 24 and the current dipole 3
8 are connected in parallel, the magnetic dipole 24
The current Im flowing through the winding 28 is inversely proportional to Ic.

【0027】図1の遠隔計測送信器が図2に詳細に示さ
れている。図2を参照して掘削管上部10と掘削管下部
14とがカップリング42・44で接合されている。ド
リルビット12は掘削管下部14の下端に取付けられて
いる。電源32と掘削管と周辺岩層など種々のパラメー
タを測定するための他の計器(図示せず)は、掘削管下
部14内に形成された電源計器収納場所46に配置され
る。該遠隔計測センサは、この計器のトランスデューサ
に接続され、電源32に基づく電流を変調することで遠
隔計測データのコード化を可能にする。一つの操作方法
についていえば、掘削管自身を通じての電流帰還(フィ
ードバック)により、この送信器を地上から制御するこ
とも可能である。この帰還電流は電流ダイポール38の
電極に接続された電位差計などのようなセンサで検出さ
れる。
The telemetry transmitter of FIG. 1 is shown in detail in FIG. Referring to FIG. 2, the upper part 10 of the excavation pipe and the lower part 14 of the excavation pipe are joined by couplings 42 and 44. The drill bit 12 is attached to the lower end of the lower part 14 of the drilling pipe. Other instruments (not shown) for measuring various parameters, such as the power supply 32 and the drilling tube and surrounding rock formations, are located in a power meter storage location 46 formed in the lower portion of the drilling tube 14. The telemetry sensor is connected to the meter's transducer and modulates the current based on the power supply 32 to enable encoding of telemetry data. As for one method of operation, the transmitter can be controlled from the ground by current feedback through the drilling tube itself. This feedback current is detected by a sensor such as a potentiometer connected to the electrodes of the current dipole 38.

【0028】磁気ダイポール24は、組となった何個か
の長方形をなす延べ棒48からなり、これは掘削管上部
10の外表面に沿い軸方向に伸びる。延べ棒48の数は
変化があるかもしれないが、およそ典型的なケースでは
10〜20本の間であろうと考えられる。電磁気送信器
として機能させるために巻線28が個々の延べ棒48に
個別に巻かれる。その結果、各延べ棒48の一本一本が
磁気ダイポール24を形成する。このダイポール24
は、機械的損傷とか泥土や水の侵入を防ぐために、保護
シールドでその長さ全体にわたって覆われている。それ
ぞれのシールドは電気的に絶縁された表膜と裏膜が付
き、長さ0.3〜1mに分かれたものが1組となって構
成される。このシールドの全長は10mかそれ以上とで
ある。シールドの絶縁層52は、また、電流ロスを削減
するためにも、コイル巻線のショートを防ぐためにも必
要である。
The magnetic dipole 24 comprises a set of several rectangular rods 48, which extend axially along the outer surface of the borehole 10. The number of bars 48 may vary, but will likely be in a typical case between 10 and 20 bars. Windings 28 are individually wound on individual bars 48 to function as an electromagnetic transmitter. As a result, each of the bars 48 forms the magnetic dipole 24. This dipole 24
Is covered over its entire length with a protective shield to prevent mechanical damage and mud and water ingress. Each shield has a surface film and a back film that are electrically insulated, and is configured as a set having a length of 0.3 to 1 m. The total length of this shield is 10 m or more. The insulating layer 52 of the shield is also necessary to reduce current loss and to prevent short-circuiting of the coil winding.

【0029】減磁効果を防ぐため、前記延べ棒端と成形
カップリング56とを真近に接近させる。定形をなす成
形カップリング56は軟磁性材でつくられたもので本質
的に磁極片の機能を果たす。磁気ロスを削減するために
素子10・52は非磁性ステンレススチールでつくられ
ている。素子42・44は、延べ棒48の強磁性材の実
質的な長さを延長し、それによって前記送信器の消費電
力を削減するため、磁性スチールでつくられている。
In order to prevent the demagnetizing effect, the end of the bar and the coupling 56 are brought close to each other. The shaped coupling 56 is made of soft magnetic material and essentially performs the function of a pole piece. Elements 10 and 52 are made of non-magnetic stainless steel to reduce magnetic losses. The elements 42 and 44 are made of magnetic steel to extend the substantial length of the ferromagnetic material of the bar 48, thereby reducing the power consumption of the transmitter.

【0030】電源32からの電流はリード線58を通じ
てコイル巻線28の下部端子30に供給される。巻線2
8それぞれの上部端子のリード線(図示せず)は掘削管
の上部につながれ、それによって全部の磁気ダイポール
28が並列に通電される。
The current from the power supply 32 is supplied to the lower terminal 30 of the coil winding 28 through the lead wire 58. Winding 2
8 lead wires (not shown) of the respective upper terminals are connected to the upper part of the drilling pipe, whereby all the magnetic dipoles 28 are energized in parallel.

【0031】掘削管の上部10は前述したように電流ダ
イポール38の上部電極の機能を果たす。絶縁層52の
内側表面と、結合素子56・42の内部の外表面は電気
的絶縁材62で被覆されている。また、中間部66があ
り、これは非導電材でつくられる。したがって掘削管上
部10と掘削管下部14との間では電気的な接触がな
い。電気的接触は、この送信器の外側表面と岩層16と
の間にあり、この接触の度合いは水性掘削泥土が周囲に
存在すると向上する。実際には掘削管の下部10の長さ
は約10mかそれ以上である。
The upper portion 10 of the drilling tube serves as the upper electrode of the current dipole 38 as described above. The inner surface of the insulating layer 52 and the outer surfaces inside the coupling elements 56 and 42 are covered with an electrical insulating material 62. There is also an intermediate section 66, which is made of a non-conductive material. Accordingly, there is no electrical contact between the excavated pipe upper part 10 and the excavated pipe lower part 14. Electrical contact is between the outer surface of the transmitter and the rock formation 16, and the degree of this contact is enhanced when aqueous drilling mud is present. In practice, the length of the lower part 10 of the drilling pipe is about 10 m or more.

【0032】図3を参照して、磁気ダイポールのコイル
は高分子密封化合物などのような電気的絶縁材62によ
りシールド52と硬接合している。磁気ダイポールから
なる該組立部は、掘削管上部の外周に沿って楔形のクラ
ンプ70により固定される。このクランプを固定するボ
ルト72は、クランプ70とシールド52から電気的に
絶縁されている。
Referring to FIG. 3, the coil of the magnetic dipole is rigidly connected to the shield 52 by an electric insulating material 62 such as a polymer sealing compound. The assembly consisting of a magnetic dipole is fixed by a wedge-shaped clamp 70 along the outer periphery of the upper part of the drilling pipe. A bolt 72 for fixing the clamp is electrically insulated from the clamp 70 and the shield 52.

【0033】図4を参照して、磁気ダイポール棒の磁心
(コア)は、電気的にそれぞれが絶縁された変圧器(ト
ランスフォーマー用)スチール積層板の積み重ねからな
る。この積み重ねについては、幅が「B」、高さが
「H」、長さが「L」である。シート板74の素材は高
飽和磁化材・高透磁率・低比損失(特定損失)・低磁歪
・低コストということに基づいて選択される。大型変圧
器に使用されているような電気的(エレクトリカル)ス
チールのタイプは、上記の要求につき、最高2Tの飽和
磁化、透磁率が30,000〜40,000、総損失が
周波数50HZで1W/kg以下で、全て満たし材料と
して適当である。
Referring to FIG. 4, the magnetic core of the magnetic dipole rod comprises a stack of transformer (for transformer) steel laminates, each of which is electrically insulated. For this stack, the width is "B", the height is "H", and the length is "L". The material of the sheet plate 74 is selected on the basis of high saturation magnetization material, high magnetic permeability, low specific loss (specific loss), low magnetostriction, and low cost. The type of electrical (electrical) steel, such as used in large transformers, has a saturation magnetization of up to 2 T, a permeability of 30,000 to 40,000 and a total loss of 1 W / It is less than kg and all are suitable as filling materials.

【0034】図5は前記遠隔計測送信器の回路図を示し
ている。電源32はタービン発電機か電池パック76を
含んで変調器77に接続され、変調器77は振幅Uのパ
ルス化した出力信号をその出力78から出力する。かか
る変調は、様々なセンサ(図示せず)から受信する遠隔
計測器のデータにしたがい、制御回路79により制御さ
れる。変調器77の出力は、一次巻線Lにnの巻
数、二次巻線Lにnの巻数、抵抗Rを装備した昇
圧変圧器80に接続される。
FIG. 5 shows a circuit diagram of the remote measurement transmitter. The power supply 32 includes a turbine generator or battery pack 76 and is connected to a modulator 77 that outputs a pulsed output signal of amplitude U at its output 78. Such modulation is controlled by a control circuit 79 according to telemetry data received from various sensors (not shown). The output of the modulator 77 is connected to the primary winding L 1 turns of n 1, the secondary winding L 2 turns of n 2, resistor R 2 to the step-up transformer 80 equipped with.

【0035】スイッチ81は制御回路79により制御さ
れて磁気タイポール24と電流ダイポール38を選択す
る。この回路には、掘削ボーリング工程や環境パラメー
タ、それに、地上から送信される当該遠隔計測送信器の
パラメータを制御するための、制御信号等のモニタに使
用されるセンサの数にしたがって、入力(端子)S
がいくつかある。地上からの制御信号を受信するよ
うに配置された受信器は磁気センサと電流センサの両方
を備えており、磁気ダイポール24や電流ダイポール3
8から出力される電力を別個または同時に制御すること
ができる。後者の場合は、スイッチ81が導線30と導
線34へ並列に接続する。この送信器には、また、該送
信器の指向方角を感知するセンサや周辺岩層の抵抗率を
感知するセンサ(図示せず)が備わっている。したがっ
てスイッチ81は磁気ダイポール24と電流ダイポール
28が出力する電力を該センサ(図示せず)によって自
動的または地上からの制御信号という方法で自動的に制
御することができる。
The switch 81 is controlled by the control circuit 79 to select the magnetic tie pole 24 and the current dipole 38. This circuit has inputs (terminals) according to the number of sensors used for monitoring the control signals and the like for controlling the excavation drilling process, environmental parameters, and parameters of the telemetry transmitter transmitted from the ground. ) S 1 ~
S n There are several. A receiver arranged to receive a control signal from the ground has both a magnetic sensor and a current sensor, and has a magnetic dipole 24 and a current dipole 3.
8 can be controlled separately or simultaneously. In the latter case, switch 81 connects to conductor 30 and conductor 34 in parallel. The transmitter also includes a sensor (not shown) for sensing the direction of the transmitter and for sensing the resistivity of the surrounding rock formation. Therefore, the switch 81 can automatically control the power output from the magnetic dipole 24 and the current dipole 28 by the sensor (not shown) automatically or by a control signal from the ground.

【0036】各磁気ダイポール24の巻線28は並列に
接続されている。実効抵抗Rcと電流ダイポール38の
電極10・14間の容量C1がインピーダンスZを形成
し、これが電流Icの大きさ(すなわち磁界の大きさ)
を決定することになる。このインピーダンスZは周辺地
層の電気的および誘電的特性に依存する。
The windings 28 of each magnetic dipole 24 are connected in parallel. The effective resistance Rc and the capacitance C1 between the electrodes 10 and 14 of the current dipole 38 form an impedance Z, which is the magnitude of the current Ic (that is, the magnitude of the magnetic field).
Will be determined. This impedance Z depends on the electrical and dielectric properties of the surrounding formation.

【0037】図6に示されているように、石油やガスの
傾斜掘削の際は、既存の技術にしたがって掘削管を垂直
と水平両方向に向き方向を定めることが可能である。
As shown in FIG. 6, during inclined drilling of oil or gas, it is possible to orient the drilling pipe both vertically and horizontally according to existing techniques.

【0038】垂直方向の位置90では、磁気ダイポール
24から発する磁束線104が掘削管の軸方向に大きく
延長しているのが見られる。それに対して電流ダイポー
ル38からの磁束線は、掘削管から遠心方向/放射状に
大きく拡大しているのが見られる。したがって垂直方向
の位置90では、地上94で受信される信号は、ほとん
ど全面的に磁気ダイポール24により供給されることが
理解できる。
At the vertical position 90, it can be seen that the magnetic flux lines 104 emanating from the magnetic dipole 24 extend significantly in the axial direction of the drilling pipe. On the other hand, the magnetic flux lines from the current dipole 38 are seen to expand greatly in the centrifugal direction / radially from the drilling pipe. Thus, at the vertical position 90, it can be seen that the signal received on the ground 94 is provided almost entirely by the magnetic dipole 24.

【0039】しかし水平方向の位置92では、電流ダイ
ポール38から受信する信号が、磁気ダイポール24か
ら受信する信号よりも大きい。磁界線図には数量的特徴
が示されているが、現存する強磁性質量や電物理的な変
動、あるいは、岩層特徴、また、通常水性か油性の掘削
泥土の導電率の変動などを一切考慮していない。
However, at the horizontal position 92, the signal received from the current dipole 38 is greater than the signal received from the magnetic dipole 24. The magnetic field diagram shows quantitative features, but does not take into account any existing ferromagnetic mass or electrophysical variations, rock formation characteristics, or variations in the conductivity of normally aqueous or oily drilling mud. I haven't.

【0040】地上94においてプロセッサ100に接続
された磁力計が前記磁界を検出する。必要であれば、一
つの操作方法としては、送信器が受信した向き方向(掘
削送信器)と周囲岩層16の抵抗率の詳細データにした
がい、磁気ダイポール24と電流ダイポール38からの
電力出力を適応制御で可変すべく、制御信号を掘削管内
の前記送信器に送り返すことも可能である。ここで特記
すべきは前記送信器から受信する磁界が送信器軸からの
距離rにより磁気ダイポールでは1/r、電気ダイポ
ール38では1/Rで減少することである。
At the ground 94, a magnetometer connected to the processor 100 detects the magnetic field. If necessary, one method of operation is to adapt the power output from the magnetic dipole 24 and the current dipole 38 according to the orientation data (digging transmitter) received by the transmitter and the detailed data of the resistivity of the surrounding rock formation 16. It is also possible to send a control signal back to the transmitter in the drilling pipe to make it variable by control. It should be noted that the magnetic field received from the transmitter decreases by 1 / r 3 for the magnetic dipole and 1 / R 2 for the electric dipole 38 depending on the distance r from the transmitter axis.

【0041】このテレメトリ遠隔計測送信器プロトタイ
プで行った分析・モデル(模型)づくりの作業中、数々
の事象が明らかになった。
During the work of the analysis / model making performed by the telemetry remote measurement transmitter prototype, a number of events became apparent.

【0042】垂直方向(図6の符号90)の第1段階
で、テレメトリ遠隔計測送信器から送信される磁気信号
の大きさは主に磁気ダイポールのソース部で決まり、こ
れは下記の式(1)であらわすことができる。 B=M/2πr[Wb/m]‥‥‥‥‥(1) M:磁気ダイポールの総磁気能率 r:前記ソースからの距離
In the first stage in the vertical direction (reference numeral 90 in FIG. 6), the magnitude of the magnetic signal transmitted from the telemetry telemetry transmitter is mainly determined by the source part of the magnetic dipole. ). B a = M / 2πr 3 [Wb / m 2 ] ‥‥‥‥‥ (1) M: Total magnetic moment of magnetic dipole r: Distance from the source

【0043】均一に磁化された物体の磁気能率は下記の
式(2)に示すとおり、その容積と該容積内の磁気誘導
との積である。 M=VB[Wb.m]‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(2) V:磁化物の容積 B:磁化された物体内の磁気誘導の値 したがって、ある一定距離での前記磁気送信器からの磁
界を最大にするときは、その磁気能率を最大にしなけれ
ばならず、それは材料の容積を可能最大限に大きくし、
それを可能限り最大に磁化しなければならないことを意
味する。磁化の値は、下記の式(2)に示すとおり、磁
化材の透磁率と外部から加わる/供給される磁界によ
る。 B=μμH‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(3) μ:自由空間透磁率 μ:磁化材の透磁率 H:供給された磁界の磁力
The magnetic moment of a uniformly magnetized object is the product of its volume and the magnetic induction in the volume, as shown in equation (2) below. M = VB [Wb. m] ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (2) V: Volume of magnetized material B: Value of magnetic induction in magnetized object Therefore, the magnetic field from the magnetic transmitter at a certain distance is maximized. When you do, its magnetic moment must be maximized, which maximizes the volume of the material,
It means that it must be magnetized as much as possible. The value of the magnetization depends on the magnetic permeability of the magnetized material and the externally applied / supplied magnetic field as shown in the following equation (2). B = μ 0 μH ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (3) μ 0 : magnetic permeability of free space μ: magnetic permeability of magnetized material H: magnetic force of supplied magnetic field

【0044】この外部からの磁化用磁界は通常、たとえ
ば巻導線等のソレノイドに電流を印加して形成する。電
流Iが流れるソレノイド内の磁界は、つぎの式(4)で
与えられる。この磁界は明らかに電流の振幅とコイルの
巻数にのみ依存する。 B=μμNI/L‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(4) N:巻数 L:ソレノイドの長さ
This external magnetizing magnetic field is usually formed by applying a current to a solenoid such as a winding wire. The magnetic field in the solenoid through which the current I flows is given by the following equation (4). This field obviously depends only on the amplitude of the current and the number of turns of the coil. B = μ 0 μNI / L ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (4) N: Number of turns L: Length of solenoid

【0045】磁化というのは磁化材の性質にのみなら
ず、その形状にも依存し、磁化材の「実効」透磁率は、
つぎの式(5)で与えられる。 μeff=μ/〔1+n(μ−1)〕‥‥‥‥(5) n:いわゆる「反磁場係数(減磁要因)」
The magnetization depends not only on the properties of the magnetized material but also on its shape, and the “effective” permeability of the magnetized material is
It is given by the following equation (5). μ eff = μ / [1 + n (μ−1)] ‥‥‥‥ (5) n: so-called “demagnetizing coefficient (factor of demagnetization)”

【0046】およその決まりは、一つの物体の半径に対
する長さの比率が大きければ大きいほど、磁化しやすい
といわれる。長楕円形体の反磁場係数(減磁要因)に関
する分析的な回答はつぎの式(6)のとおりである。 n=〔(1−e)/e〕〔tanh−1(e)−e〕‥‥‥(6) ここで、e=(1−b/a−1/2における
「a」と「b」は、aが楕円体の長い半軸、bが楕円体
の短い半軸である。
The general rule is that the larger the ratio of the length to the radius of one object, the easier it is to magnetize. The analytical answer regarding the demagnetizing factor (demagnetization factor) of the oblong body is as shown in the following equation (6). n = [(1-e 2 ) / e 3 ] [tanh −1 (e) −e] ‥‥‥ (6) where “a” in e = (1-b 2 / a 2 ) −1/2 And "b", a is the long half axis of the ellipsoid and b is the short half axis of the ellipsoid.

【0047】テレメトリ遠隔計測送信器の水平の向き方
向において、地上での磁気信号は、下記の式(7)のと
おり磁気ダイポールと電流ダイポール、それぞれの関与
分の合計となる。 B=M/4πr+(μ/4π)(Id/r)‥‥‥(7) I:電流 d:電流ダイポールの物理的な長さ
In the horizontal direction of the telemetry transmitter, the magnetic signal on the ground is the sum of the magnetic dipole and the current dipole, as shown in the following equation (7). B e = M / 4πr 3 + (μ 0 / 4π) (Id / r 2 ) ‥‥‥ (7) I: Current d: Physical length of current dipole

【0048】テレメトリ遠隔計測送信器の性能に対する
実験的検証は、代表的な環境ノイズ(図7参照)のも
と、高感度の低温磁力計を使って実行した。下記の設計
によるテレメトリ遠隔計測送信器モデル(磁気ダイポー
ルと電流のダイポール)で測定を行った。 a:磁気ダイポール部の長さ2.4m b:寸法が5×3.5×2400mmの磁化ロッド(計
12本)を応力に耐えるスチール管(径30mm)の周
りに設置 c:上記ロッドの実効透磁率2000(1.5T磁化で
測定) d:磁化ソレノイドコイル3000巻数/m、径0.2
7mm導線、各コイルは抵抗値40で(アセンブリーで
の)測定インダクタンスが300mH e:各電流ダイポール電極は、径20mm、長さ0.5
mmで並列接続の3個の埋込銅管からなる。 f:電流ダイポールの長さ20m g:電源電力12V、10A、1〜500Hz反相
「有」または「無」で、長方形信号を形成
Experimental verification of the performance of the telemetry telemetry transmitter was performed using a sensitive low temperature magnetometer under typical environmental noise (see FIG. 7). Measurements were made with a telemetry telemetry transmitter model (magnetic dipole and current dipole) with the following design. a: Length of magnetic dipole part 2.4 m b: Magnetized rod (dimensions: 5 × 3.5 × 2400 mm) (12 rods in total) placed around a steel tube (diameter 30 mm) that withstands stress c: Effectiveness of the rod Permeability 2000 (measured at 1.5T magnetization) d: Magnetized solenoid coil 3000 turns / m, diameter 0.2
7 mm conductor, each coil has a resistance value of 40 and measured inductance (at the assembly) is 300 mH e: Each current dipole electrode has a diameter of 20 mm and a length of 0.5
It consists of three embedded copper tubes connected in parallel in mm. f: Length of current dipole 20 mg g: Power supply power 12 V, 10 A, 1-500 Hz Opposite phase "Yes" or "No" to form a rectangular signal

【0049】テレメトリ遠隔計測送信器模型内磁気ダイ
ポール部の磁気能率は、測定したところ「7×10−4
Wb・m」であった。このソースは、周波数5Hzでピ
ークピーク値が56pTの磁界信号を形成し、距離10
0mで図7左側に描かれているように低温磁力計により
該信号が検出された。磁気ダイポールの実物では寸法が
この5倍にも考えられる。そうなると磁気能率が125
倍となるので、3000m以上のデータ通信能力があ
る。テレメトリ遠隔計測送信器模型内の電流ダイポール
部が、ピークピーク値200mAの電流を射出し、図7
右側示すように、100mの距離で45pTの信号が形
成される。掘削管により形成される実効長さ100mの
電流ダイポールでは、台の電流1Aを広範囲な導電率を
持つ地層に射出できるので、磁気ダイポールと比較し、
同等の距離かそれ以上の通信距離を提供する。この組み
合わせ/複合テレメトリ遠隔計測送信器は送信器がどの
方向でも磁気遠隔計測器に十分な信号レベルを供給す
る。
The magnetic efficiency of the magnetic dipole in the telemetry remote measurement transmitter model was measured to be “7 × 10 −4”.
Wb · m ”. This source forms a magnetic field signal with a frequency of 5 Hz and a peak-to-peak value of 56 pT, and a distance of 10 p.
At 0 m, the signal was detected by a cryogenic magnetometer as depicted on the left side of FIG. The actual size of the magnetic dipole can be five times as large as this. Then, the magnetic efficiency becomes 125
Since it is doubled, it has a data communication capacity of 3000 m or more. The current dipole in the telemetry telemetry transmitter model emits a current with a peak-to-peak value of 200 mA.
As shown on the right, a signal of 45 pT is formed at a distance of 100 m. A current dipole with an effective length of 100 m formed by a drilling pipe can emit a current of 1 A to a stratum having a wide range of electric conductivity.
Provide equivalent or greater communication distance. This combined / combined telemetry telemetry transmitter provides a sufficient signal level to the magnetic telemetry in any direction of the transmitter.

【0050】言及された実験測定は、地層を通した掘削
機器ツールからのデータ遠隔計測の評価のために特別に
設計考案された。しかしこのテレメトリ遠隔計測送信器
は、他の応用分野でのデータ通信にも利用が可能で、た
とえばケース(枠組)付きと無ケースの掘削井戸/抗井
の遠隔モニタ用、たとえば従来の電気的井戸/抗井ロギ
ングセンサ使用の米国特許第3973188号、海低探
査掘削用の米国特許第3052836号や音響や磁気井
戸/抗井ロギング用、地上からの削井底物体の位置認識
や方向操縦、それに制御されたソースの電磁気試掘など
がある。言い換えればテレメトリ遠隔計測送信器が異種
の情報の送信器として使用されても本発明の本質は変わ
らない。
The experimental measurements mentioned were specifically designed for the evaluation of data telemetry from drilling equipment tools through the formation. However, this telemetry telemetry transmitter can also be used for data communication in other fields of application, eg for remote monitoring of drilled wells / borewells with and without case, eg conventional electrical wells U.S. Pat. No. 3,973,188 using well logging sensors, U.S. Pat. No. 3,052,836 for low sea level exploration and drilling, for acoustic and magnetic well / well logging, position recognition and direction steering of drilling bottom objects from the ground, and Electromagnetic prospecting of controlled sources. In other words, the essence of the present invention does not change even if the telemetry telemetry transmitter is used as a transmitter for disparate information.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明遠隔計測送信器が含まれた掘削管のブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a drilling pipe including a telemetry transmitter of the present invention.

【図2】図1における遠隔計測送信器の縦断面図であ
る。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the telemetry transmitter in FIG.

【図3】図1における掘削管遠隔計測送信器の断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view of the drilling pipe telemetry transmitter in FIG. 1;

【図4】図1における遠隔計測送信器の磁気ダイポール
磁心組み立て部を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a magnetic dipole core assembly part of the telemetry transmitter in FIG. 1;

【図5】図1における遠隔計測送信器の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of the remote measurement transmitter in FIG. 1;

【図6】図1の掘削管遠隔計測送信器から発する磁界
(それぞれ異なる掘削方向のもの)を示した地殻の断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the crust showing magnetic fields (different drilling directions) emitted from the drilling pipe telemetry transmitter of FIG. 1;

【図7】図1における掘削管遠隔計測送信器の縮小模型
で得られた実験データのグラフである。
FIG. 7 is a graph of experimental data obtained with a reduced model of the drilling tube telemetry transmitter in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 掘削管の上部 12 ドリルビット 14 掘削管の下部 16 周辺岩層 20 素子 22 素子 24 磁気ダイポール 26 磁心 28 導電性巻線 30 導線 32 電源 34a リード線 34b リード線 38 電流ダイポール 40 電流Ic 42 カップリング 44 カップリング 46 電源計器収納場所 48 延べ棒 52 絶縁層 56 カップリング 58 リード線 62 絶縁材 66 中間部 70 クランプ 72 ボルト 74 シート板 76 電池パック 77 変調器 78 出力 79 制御回路 80 変圧器 81 スイッチ 90 垂直方向の位置 92 水平方向の位置 94 地上 100 プロセッサ 104 磁束線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Upper part of drilling pipe 12 Drill bit 14 Lower part of drilling pipe 16 Peripheral rock layer 20 element 22 element 24 Magnetic dipole 26 Magnetic core 28 Conductive winding 30 Conductor 32 Power supply 34a Lead 34b Lead 38 Current dipole 40 Current Ic 42 Coupling 44 Coupling 46 Power meter storage location 48 Bar 52 Insulating layer 56 Coupling 58 Lead wire 62 Insulation material 66 Intermediate part 70 Clamp 72 Bolt 74 Sheet plate 76 Battery pack 77 Modulator 78 Output 79 Control circuit 80 Transformer 81 Switch 90 Vertical Directional position 92 Horizontal position 94 Ground 100 Processor 104 Magnetic flux lines

フロントページの続き (72)発明者 ユーリー ツラフレフ イギリス エスエイ1 7イーピー スオ ンジー ペントレッチワイス ペニガーン 24 Fターム(参考) 2F073 AA01 AA19 AA21 AB02 AB12 BB01 BC02 CC01 FF01 5K012 AB02 AB10 AC02 AC08 AC09 BA02 5K048 BA21 BA35 DB01 DC01 EB02 EB10 HA04 Continuation of the front page (72) Inventor Yuri Zurarefev UK S.A. 17 EPS Ongy Pentlechweiss Penighan 24 F-term (Reference) 2F073 AA01 AA19 AA21 AB02 AB12 BB01 BC02 CC01 FF01 5K012 AB02 AB10 AC02 AC08 AC09 BA02 5K048 DC01 BA35 EB02 EB10 HA04

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】掘削管内に位置する最低1個のトランスデ
ューサから得たデータからなる電磁気信号を送信するた
めの方法であって、掘削管内のある部分に位置する送信
器の向き方向にしたがい、かつ、掘削管の該部周辺媒体
の電気的抵抗率にしたがい、掘削管の該部に位置する送
信器の磁気ダイポールと電流ダイポールとによる電力出
力を適応制御することを特徴とする掘削管内遠隔計測方
法。
Claims: 1. A method for transmitting an electromagnetic signal comprising data obtained from at least one transducer located in a downhole, according to an orientation of a transmitter located in a part in the downhole, and Adaptively controlling a power output by a magnetic dipole and a current dipole of a transmitter located in the portion of the drilling pipe in accordance with an electrical resistivity of a medium around the portion of the drilling pipe. .
【請求項2】掘削管内の前記送信器の収納部が垂直方向
かその方向に隣接する場合に、磁気ダイポールによる電
力出力が増加される請求項1記載の掘削管内遠隔計測方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the power output by the magnetic dipole is increased when the housing of the transmitter in the drilling pipe is vertical or adjacent to that direction.
【請求項3】掘削管内の送信器収納部を取り巻く媒体の
抵抗率があらかじめ値かそれ以上のときに、磁気ダイポ
ールによる電力出力が増加される請求項1または2記載
の掘削管内遠隔計測方法。
3. The method according to claim 1, wherein the power output by the magnetic dipole is increased when the resistivity of the medium surrounding the transmitter housing in the drilling pipe is a predetermined value or more.
【請求項4】電流ダイポールによる電力出力が低下ある
いは抑制される請求項2または3記載の掘削管内遠隔計
測方法。
4. The method according to claim 2, wherein the power output by the current dipole is reduced or suppressed.
【請求項5】掘削管内の送信器収納部が水平方向かその
方向に隣接する場合に、電流ダイポールによる電力出力
が増加される請求項1記載の掘削管内遠隔計測方法。
5. The method according to claim 1, wherein the power output by the current dipole is increased when the transmitter housing in the drilling pipe is horizontal or adjacent thereto.
【請求項6】掘削管内の送信器収納部を取り巻く媒体の
抵抗率が、あらかじめ決められた値かそれ以下のとき
に、電流ダイポールによる電力出力が増加される、請求
項1または5記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein the power output by the current dipole is increased when the resistivity of the medium surrounding the transmitter housing in the borehole is at or below a predetermined value. .
【請求項7】磁気ダイポールによる電力出力が低下ある
いは抑制される請求項5または6記載の掘削管内遠隔計
測方法。
7. The method according to claim 5, wherein the power output by the magnetic dipole is reduced or suppressed.
【請求項8】電気ダイポールソースと磁気ダイポールソ
ースとによる電力出力が、地上から制御信号を送信器に
送信することで制御される請求項1〜8いずれかに記載
の掘削管内遠隔計測方法。
8. The method according to claim 1, wherein power output by the electric dipole source and the magnetic dipole source is controlled by transmitting a control signal from the ground to a transmitter.
【請求項9】掘削管内の前記部分の向き方向や、掘削管
内の前記部分を取り巻く媒体の電気的抵抗率を感知し、
感知された向き方向と抵抗率にしたがい、磁気ダイポー
ルと電流ダイポールによる電力出力を適応制御する請求
項1〜7いずれかに記載の掘削管内遠隔計測方法。
9. Sensing a direction of the portion in the drilling tube and an electrical resistivity of a medium surrounding the portion in the drilling tube,
The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the power output by the magnetic dipole and the current dipole is adaptively controlled in accordance with the sensed direction and resistivity.
【請求項10】掘削管のある部分に位置する送信器であ
って、掘削管のパラメータと、その周囲媒体のパラメー
タと、それらのうちの一方または両方を感知するために
配置された最低1個のトランスデューサから得られるデ
ータ受信用のインプットと、前記データからなる電磁気
信号を送信するために配置された磁気ダイポールと、前
記データからなる電磁気信号を送信するために配置され
た電気ダイポールと、掘削管内の前記部分の向き方向お
よび掘削管内の前記部分を取り巻く媒体の電気的抵抗率
とにしたがい、磁気ダイポールと電気ダイポールからの
電力出力を適応的に可変するための制御手段をもつ掘削
管内遠隔計測送信器。
10. A transmitter located at a portion of a drilling tube, wherein at least one of the transmitters is arranged to sense parameters of the drilling tube, parameters of its surrounding medium, and / or one or both of them. An input for receiving data obtained from the transducer, a magnetic dipole arranged to transmit an electromagnetic signal composed of the data, an electric dipole arranged to transmit an electromagnetic signal composed of the data, Telemetry transmission in a drilling pipe having a control means for adaptively varying the power output from the magnetic dipole and the electric dipole according to the orientation of the part and the electrical resistivity of the medium surrounding the part in the drilling pipe vessel.
【請求項11】掘削管内の前記部分の向き方向を感知す
るためのセンサと前記方向センサのアウトプットとにし
たがい、磁気ダイポールと電気ダイポールに供給される
電力を適応的に可変するように配置された前記制御手段
をもつ請求項10記載の掘削管遠隔計測送信器。
11. A power supply for a magnetic dipole and an electric dipole is arranged to be adaptively variable according to a sensor for sensing a direction of the portion in a drilling pipe and an output of the direction sensor. The drilling tube telemetry transmitter according to claim 10, further comprising the control means.
【請求項12】掘削管内の前記部分を取り巻く媒体の電
気的抵抗率を感知するためのセンサと前記抵抗率センサ
のアウトプットとにしたがい、前記磁気ダイポールと電
気ダイポールに供給される電力を適応的に可変するよう
に配置された前記制御方法に用いられる請求項10また
は11記載の掘削管遠隔計測送信器。
12. An electric power supplied to said magnetic dipole and said electric dipole according to a sensor for sensing an electric resistivity of a medium surrounding said portion in said drilling pipe and an output of said resistivity sensor. The drilling pipe telemetry transmitter according to claim 10 or 11, which is used in the control method arranged so as to be variable.
【請求項13】地上からの制御信号にしたがい、磁気ダ
イポールと電気ダイポールに供給される電力を適応的に
可変するように配置された前記制御手段をもつ請求項1
0記載の掘削管遠隔計測送信器。
13. The control means according to claim 1, wherein said control means is arranged to adaptively vary the power supplied to the magnetic dipole and the electric dipole in accordance with a control signal from the ground.
The drilling pipe remote measurement transmitter according to 0.
【請求項14】前記インプットが前記トランスデューサ
(複数)に接続されている請求項10記載の掘削管遠隔
計測送信器。
14. The drilling tube telemetry transmitter of claim 10, wherein said input is connected to said transducers.
【請求項15】前記トランスデューサに接続された別の
インプットを備え、遠隔地にある送信器からの信号を受
信する受信器と該インプットとが接続されている請求項
10記載の掘削管遠隔計測送信器。
15. The drilling tube telemetry transmission of claim 10, further comprising another input connected to said transducer, wherein the receiver is connected to a receiver for receiving a signal from a remote transmitter. vessel.
【請求項16】掘削管下部に位置する第1送信器、掘削
管パラメータと周辺媒体パラメータのうちの一方または
両方を感知するように配置された最低1個のトランスデ
ューサと接続するインプット、該トランスデューサから
の出力データを送信するように配置されている前記送信
器からなる前記第1送信器、および、掘削管上部に位置
する第2送信器、前記第1送信器により送信されるデー
タを受信するように配置された受信器、前記データから
なる電磁気信号を送信するように配置された磁気ダイポ
ール、前記データからなる電磁気信号を送信するように
配置された電流ダイポール、および、前記掘削管上部の
向き方向と前記掘削管上部を取り巻く媒体の電気的抵抗
率にしたがい前記磁気ダイポールと電気ダイポールから
の電力出力を適応的可変するための制御手段をもつ前記
第2送信器で構成された掘削管遠隔計測システム。
16. An input in connection with at least one transducer positioned to sense one or both of a drilling tube parameter and a surrounding media parameter, wherein the first transmitter is located at the bottom of the drilling tube. A first transmitter comprising the transmitter arranged to transmit the output data of the first, and a second transmitter located at the top of the drilling tube, for receiving data transmitted by the first transmitter. Receiver, a magnetic dipole arranged to transmit an electromagnetic signal composed of the data, a current dipole arranged to transmit an electromagnetic signal composed of the data, and a direction in which the upper part of the excavation pipe is oriented. And adapting the power output from the magnetic dipole and the electric dipole according to the electrical resistivity of the medium surrounding the top of the drilling pipe Drilling pipe telemetry system composed of the second transmitter with control means for varying.
【請求項17】前記第1送信器が前記データを伝送する
信号が掘削管に沿い第2送信器の前記受信器へ送信され
るように配置されている請求項16記載の掘削管遠隔計
測システム。
17. The drilling tube telemetry system according to claim 16, wherein said first transmitter is arranged such that a signal transmitting said data is transmitted along said drilling tube to said receiver of a second transmitter. .
【請求項18】前記第1送信器が、前記データからなる
電磁気信号を送信するように配置された磁気ダイポー
ル、前記データからなる電磁気信号を送信するように配
置された電気ダイポール、および、前記掘削管下部の向
き方向と前記掘削管下部を取り巻く媒体の電気的抵抗率
にしたがい、前記磁気ダイポールと電気ダイポールから
の電力出力を適応的可変するための制御手段をもつ請求
項16記載の掘削管遠隔計測システム。
18. A magnetic dipole, wherein the first transmitter is arranged to transmit an electromagnetic signal comprising the data, an electric dipole arranged to transmit an electromagnetic signal comprising the data, and the excavation. 17. The drilling pipe remote according to claim 16, further comprising control means for adaptively changing the power output from the magnetic dipole and the electric dipole according to the direction of the lower part of the pipe and the electrical resistivity of the medium surrounding the lower part of the drilling pipe. Measurement system.
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