[go: up one dir, main page]

NL8102401A - APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SIGNALS IN A DRILLING HOLE DURING DRILLING - Google Patents

APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SIGNALS IN A DRILLING HOLE DURING DRILLING Download PDF

Info

Publication number
NL8102401A
NL8102401A NL8102401A NL8102401A NL8102401A NL 8102401 A NL8102401 A NL 8102401A NL 8102401 A NL8102401 A NL 8102401A NL 8102401 A NL8102401 A NL 8102401A NL 8102401 A NL8102401 A NL 8102401A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
signals
drill string
transformer
transmitting
signal
Prior art date
Application number
NL8102401A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Russell Attitude Syst 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 Russell Attitude Syst Ltd filed Critical Russell Attitude Syst Ltd
Publication of NL8102401A publication Critical patent/NL8102401A/en

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/028Electrical or electro-magnetic connections
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/028Electrical or electro-magnetic connections
    • E21B17/0285Electrical or electro-magnetic connections characterised by electrically insulating elements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/13Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
  • Farming Of Fish And Shellfish (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Description

* <4 * P & C ' '* <4 * P & C ''

W 4514-6 Ned.dB/LvDW 4514-6 Ned.dB / LvD

Inrichting en werkwijze voor het verwerken van signalen in een boorgat tijdens het boren.Apparatus and method for processing signals in a borehole during drilling.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en een 5 werkwijze voor het verwerken van signalen in een boorgat tijdens het boren. De uitvinding omvat ook een verloopstuk voor meting op afstand voor een boorkolom.The invention relates to a device and a method for processing signals in a borehole during drilling. The invention also includes a drill gauge remote adapter.

Verschillende systemen van meten tijdens het boren (Measurements While Drilling=MWD) zijn voorgesteld voor het doeh van metingen in een 10 boorgat terwijl men aan het boren is en voor het overbrengen van de meetgegevens naar het aardoppervlak. Daar er geen tijd verloren gaat met het stoppen van de boor en het inbrengen van een meetsonde in het boorgat bij deze systemen, worden er belangrijke besparingen bereikt in boor-tijd en daardoor een aanzienlijke vermindering van de totale kosten van 15 het boren. De tot nu toe voorgestelde systemen behoren tot vier basistypen, namelijk spoelingdruk-pulssystemen, electromagnetische systemen, metaaldraadsystemen en akoestische systemen. Er zijn een groot aantal verschillende electro-magnetische (EM) systemen voorgesteld, die alle zijn gebaseerd op het overbrengen van electromagnetische gegevens-signalen 20 door de aarde en/of via de boorkolom. Geen van deze EM-systemen geeft echter een redelijke signaal/ruisverhouding voor de aan het oppervlak waargenomen signalen, waardoor de overbrengsnelheid van de gegevens ernstig wordt beperkt.Different systems of measurement during drilling (Measurements While Drilling = MWD) have been proposed for making measurements in a borehole while drilling and for transferring the measurement data to the earth's surface. Since no time is wasted stopping the drill and inserting a probe into the borehole in these systems, significant savings in drilling time are achieved and thereby a significant reduction in the total cost of drilling. The systems proposed so far belong to four basic types, namely purge pressure pulse systems, electromagnetic systems, metal wire systems and acoustic systems. A wide variety of electromagnetic (EM) systems have been proposed, all based on the transmission of electromagnetic data signals through the earth and / or through the drill string. However, none of these EM systems provide a reasonable signal-to-noise ratio for the signals observed at the surface, severely limiting the data transfer rate.

In het Amerikaanse octroorschrift 2354887 wordt een EM-systeem 25 voorgesteld waarbij de meetgegevenssignalen worden toegevoerd in de vorm van pulsen aan een torusvormige spoel, die de boorkolom omgeeft in de nabijheid van de boorbeitel. Een varieërend magnetisch veld is verbonden met de pulserende stroom in de spoel en dit veld induceert signalen in de vorm van pulserende stromen in de boorkolom. De terugvoercircuits 30 voor stromen, welke vloeien in de boorkolom als gevolg van deze werking, verlopen door de aarde zelf. De overgebrachte signalen worden aan het oppervlak waargenomen door middel van een ontvangststation, dat is aangesloten tussen de boorkolom en een geaarde electrode, op een afstand van de boorkolom. Door de verzwakking van de signalen in de aarde en de 35 kemverliezen in de spoel is echter de signaal/ruisverhouding van de waargenomen signalen slecht, zodat het systeem in de praktijk niet voldoet.U.S. Patent 2354887 proposes an EM system 25 in which the measurement data signals are supplied in the form of pulses to a toroidal coil surrounding the drill string in proximity to the drill bit. A varying magnetic field is connected to the pulsating current in the coil and this field induces signals in the form of pulsating currents in the drill string. The return circuits 30 for currents flowing in the drill string as a result of this operation pass through the earth itself. The transmitted signals are sensed at the surface by a receiving station connected between the drill string and a grounded electrode at a distance from the drill string. However, due to the attenuation of the signals in the earth and the core losses in the coil, the signal-to-noise ratio of the observed signals is poor, so that the system is not satisfactory in practice.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een signaal-inrichting welke een EM-systeem vormt dat goedkoop is en signalen kan overbrengen met hoge snelheid en met een aanvaardbare signaal/ruisverhou-40 ding.The object of the invention is to provide a signal device which forms an EM system that is inexpensive and capable of transmitting signals at high speed and with an acceptable signal-to-noise ratio.

8102401 - 2 - ,. «..··· \8102401 - 2 -,. «.. ··· \

De signaalinrichting volgens de uitvinding omvat een transformator waarvan een wikkeling electrisch is aangesloten tussen een eerste deel van de boorkolom voor het boren van het boorgat en een tweede deel van de boorkolom dat electrisch is geïsoleerd van het eerste deel, en organen 5 voor het overbrengen en/of opvangen van signalen, die electrisch zijn verbonden met de andere wikkeling van de transformator, waarbij het eerste deel een stroombaan vormt voor signalen welke bewegen tussen de transformator en een opvang- en/of overbrengstation voor signalen, gelegen op een afstand van de transformator langs de boorkolom, terwijl een 10 terugkeerbaan wordt verschaft tussen de transformator en het signaalsta-tion door het tweede deel van de boorkolom en de aardformaties waarin het boorgat wordt geboord.The signal device according to the invention comprises a transformer whose winding is electrically connected between a first part of the drill string for drilling the borehole and a second part of the drill string which is electrically insulated from the first part, and means 5 for transmission and / or receiving signals electrically connected to the other winding of the transformer, the first part forming a current path for signals moving between the transformer and a signal receiving and / or transfer station located at a distance from the transformer along the drill string, while providing a return path between the transformer and the signal station through the second part of the drill string and the earth formations in which the borehole is drilled.

Bij voorkeur is de genoemde ene wikkeling de secundaire wikkeling van de transformator en de genoemde andere wikkeling de primaire wikke-15 ling van de transformator, terwijl de overbrengorganen electrisch zijn verbonden met de primaire wikkeling voor het overbrengen van signalen naar een op afstand gelegen ontvangststation.Preferably, said one winding is the secondary winding of the transformer and said other winding is the primary winding of the transformer, while the transmitters are electrically connected to the primary winding for transmitting signals to a remote receiving station.

Met dit systeem kunnen de afmetingen van de transformator en het aantal windingen van de primaire en secundaire wikkelingen van de 20 transformator zodanig worden gekozen dat de kernver liezen zijn verminderd. Bovendien kan de transformator, die bij voorkeur een torustransformator is, zeer klein zijn zodat de transformator goedkoop te vervaardigen is en kan worden ondergebracht in een kleine kamer in de wand van de boorkolom. Daar de kemverliezen klein zijn, is het vermogen, dat nodig 25 is voor de organen voor het overbrengen en/of opvangen van de signalen klein, bijvoorbeeld van de grootte orde van 1 W en kan worden geleverd door een batterij.With this system, the dimensions of the transformer and the number of turns of the primary and secondary windings of the transformer can be selected such that the core losses are reduced. In addition, the transformer, which is preferably a toroidal transformer, can be very small so that the transformer is inexpensive to manufacture and can be housed in a small chamber in the wall of the drill string. Since the core losses are small, the power required for the means for transmitting and / or receiving the signals is small, for example of the order of 1 W, and can be supplied by a battery.

In een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding zijn de eerste en de tweede delen van de boorkolom het bovendeel resp. het onder-30 ste deel van een speciaal verloopstuk voor meting op afstand of telemetrie-verloopstuk, waarvan de delen zijn gescheiden door een electrische isolator, en is de transformator aangebracht in een kamer in de wand van het verloopstuk, tezamen met de organen voor het overbrengen van de signalen, welke bestaan uit een batterij en signaal—verwerkingssignalen.In a preferred embodiment according to the invention, the first and the second parts of the drill string are the top part, respectively. the lower part of a special remote measurement adapter or telemetry adapter, the parts of which are separated by an electrical insulator, and the transformer is arranged in a chamber in the wall of the adapter, together with the means for transmitting the signals consisting of a battery and signal processing signals.

35 Daar id e mate van verzwakking van de overgebrachte signalen afhangt van de afstand, waarover de signalen worden overgebracht en van het electrische geleidingsvermogen van de aardformaties, waardoor het boorgat wordt geboord, kan het gunstig zijn om een of meer herhalings-ver loops tukken aan te brengen tussen het verloopstuk met het meetinstru-40 ment en het aardoppervlak. Elk herhalingsverloopstuk kan identieke 8102401 « f - 3 - overbrengings- en opvangorganen voor de signalen en versterkingsorganen bevatten, waarbij de signaal-overbrengingsorganen gelijk zijn aan die in het verloopstuk dat het meetinstrument bevat. Daar de verloopstukken vrij goedkoop te vervaardigen zijn, kan een groot aantal herhalingsverloop-5 stukken worden aangébracht naar behoefte langs de boorkolom.Since the degree of attenuation of the transmitted signals depends on the distance over which the signals are transmitted and on the electrical conductivity of the earth formations through which the borehole is drilled, it may be beneficial to have one or more repetitive sections between the adapter with the measuring instrument and the earth's surface. Each repeat adapter may include identical 8102401f-3 transmission and receiving means for the signals and amplifiers, the signal transmitting means being the same as in the adapter containing the measuring instrument. Since the adapters are relatively inexpensive to manufacture, a large number of repetitive adapters can be applied as needed along the drill string.

De uitvinding omvat ook een werkwijze voor het verwerken van signalen in een boorgat tijdens het boren, waarbij een boorkolom wordt gebruikt met een eerste en een tweede deel, welke electrisch van elkaar zijn geïsoleerd, welke werkwijze bestaat in het voeren van signalen 10 tussen overbrengings- en/of opvangorganen voor signalen en een ontvangst-en/of overbrengstation voor de signalen, gelegen op een afstand van de organen langs de boorkolom, via een transformator waarvan een wikkeling electrisch is verbonden tussen het eerste en het tweede deel van de boorkolom en 'de andere wikkeling electrisch is verbonden met de signaal-15 organen, terwijl het eerste boorkolomdeel een stroombaan verschaft voor signalen welke bewegen tussen de trafo en het signaalstation, en een terugkeerbaan wordt verschaft tussen de trafo en het signaalstation door het tweede deel van de boorkolom en de aard formaties waarin het gat wordt geboord.The invention also includes a method for processing signals in a borehole during drilling, using a drill string with a first and a second part which are electrically insulated from one another, which method consists of feeding signals between transmission and / or signal receiving means and a signal receiving and / or transferring station located at a distance from the means along the drill string, via a transformer whose winding is electrically connected between the first and second parts of the drill string and the other winding is electrically connected to the signal members, while the first drill string section provides a flow path for signals moving between the transformer and the signal station, and a return path is provided between the transformer and the signal station through the second part of the drill string and the nature formations in which the hole is being drilled.

20 De uitvinding omvat bovendien een. telemetrieverloopstuk voor een boorkolom, bestaande uit een eerste en een tweede deel, welke electrisch van elkaar zijn geisoleerd, waarbij een trafo met een wikkeling electrisch is aangesloten tussen het eerste en het tweede deel van het verloopstuk, en organen voor het overbrengen en/of opvangen van 25 signalen electrisch zijn verbonden met de andere wikkeling van de trafo, waarbij het eerste deel van het verloopstuk een stroombaan verschaft voor signalen welke bewegen tussen de trafo en een signaal-station, gelegen op een afstand langs de boorkolom, wanneer het verloopstuk is aangebracht in een boorkolom, en een terugkeerbaan wordt verschaft tijdens het boren 30 tussen de trafo en het signaalstation door het tweede verloopstukdeel en de aardformaties waarin het gat wordt geboord.The invention additionally includes a. drill string telemetry adapter, consisting of a first and a second part, which are electrically insulated from each other, a transformer with a winding being electrically connected between the first and the second part of the adapter, and means for transmission and / or collection of 25 signals are electrically connected to the other winding of the transformer, the first portion of the adapter providing a flow path for signals moving between the transformer and a signal station spaced along the drill string when the adapter is fitted in a drill string, and a return path is provided during drilling 30 between the transformer and the signal station through the second adapter portion and the earth formations in which the hole is drilled.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding is weergegeven.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, which shows an embodiment of the device according to the invention.

35 Pig. 1 toont schematisch een deel van een boorkolom met een telemetrie-verloopstuk volgens de uitvinding.Pig. 1 schematically shows a part of a drill string with a telemetry adapter according to the invention.

Fig. 2 is een langsdoorsnede door een telemetrie-verloopstuk volgens de uitvinding.Fig. 2 is a longitudinal section through a telemetry adapter according to the invention.

In fig. 1 is alleen het principe van de uitvinding weergegeven 40 en niet de gedetailleerde constructie van het telemetrie-verloopstuk.In Figure 1 only the principle of the invention is shown 40 and not the detailed construction of the telemetry adapter.

81 02 4 0 1 v * * - 4 -81 02 4 0 1 sc * * - 4 -

Het verloopstuk 1 is weergegeven als aangebracht tussen twee boorkolomdelen 2, 3 in een boorgat 10. Het verloopstuk 1 is met het deel 2 gekoppeld door middel van een schroefdraadkoppeling 4 met uitwendige schroefdraad aan het verloopstuk 1 en met het deel 3 door middel van een schroef-5 draadkoppeling 5 met inwendige schroefdraad aan het verloopstuk 1. Het deel 2 is verbonden met een niet-weergegeven draaitafel aan het oppervlak via andere boorkolomdelen en het deel 3 is verbonden met een niet-weergegeven boorbeitel, bij voorkeur ook door andere boorkolomdelen.The adapter 1 is shown as arranged between two drill string sections 2, 3 in a borehole 10. The adapter 1 is coupled to the part 2 by means of a threaded coupling 4 with external thread to the adapter 1 and to the part 3 by means of a screw -5 threaded coupling 5 internally threaded to the adapter 1. The part 2 is connected to a surface (not shown) rotary table via other drill string sections and the part 3 is connected to a drill bit (not shown), preferably also through other drill string sections.

Het verloopstuk 1 bestaat uit een bovenste deel 6, dat electrisch 10 is verbonden met het boorkolomdeel 2 en uit een onderste deel 7, yéat electrisch is verbonden met het boorkolomdeel 3. De beide verloopstukdelen 6, 1 zijn electrisch van elkaar geisoleerd door een isolator 8. In de zijwand van het verloopstuk is een kamer 9 aangebracht, die een electronisch circuit 11 en een torus vormige uitgangs trafo 12 bevat, waarbij de tweede wikkeling 15 van de trafo is verbonden tussen het bovenste deel 6 en het onderste deel 7. Bij de werking van de inrichting wordt een signaal met meetgegevens, in de vorm van impulsen, toegevoerd aan de primaire wikkeling van de trafo 12 via het electronische circuit 11, waarbij de meetgegevens bijvoorbeeld de gegevens zijn die komen van het instrument voor het meten van 20 de richting van een boorgat, zoals is beschreven in het Britse octrooi-schrift 1,509,293. Daardoor wordt een pulserend stroomsignaal geïnduceerd in de secundaire wikkeling van de trafo 12 en dit signaal wordt naar het oppervlak gevoerd door het verloopstukdeel 2 en de verdere delen van de boorkolom tussen dit deel 2 en het oppervlak. Een terugkeerbaan voor het.The reducer 1 consists of an upper part 6, which is electrically connected to the drill string part 2 and a lower part 7, which is electrically connected to the drill string part 3. The two reducer parts 6, 1 are electrically insulated from each other by an insulator 8 A chamber 9 is arranged in the side wall of the adapter, which contains an electronic circuit 11 and a toroidal output transformer 12, the second winding 15 of the transformer being connected between the upper part 6 and the lower part 7. At the In operation of the device, a signal with measurement data, in the form of pulses, is applied to the primary winding of the transformer 12 via the electronic circuit 11, the measurement data being, for example, the data coming from the instrument for measuring the direction borehole, as described in British Patent Specification 1,509,293. Thereby, a pulsating current signal is induced in the secondary winding of the transformer 12 and this signal is fed to the surface by the adapter part 2 and the further parts of the drill string between this part 2 and the surface. A return job for it.

25 signaal wordt verschaft door de aardformaties waar doorheen het boorgat 10 wordt geboord.25 signal is provided by the earth formations through which borehole 10 is drilled.

Het telemetrie-verloopstuk van fig. 1 kan zijn hetzij alleen een verloopstuk voor het overbrengen van meetgegevens, die daaraan worden toegevoerd door een aangrenzend meetinstrument, of een herhalingsverloop-30 stuk, dat. een signaal opvangt dat er aan wordt toegevoerd via de boorkolom, dit signaal verwerkt en het verwerkte signaal verder overbrengt. In het laatste geval bevat het electronische circuit 11 een batterij en een signaal-verwerkingscircuit voor het moduleren van de stroom, die wordt verschaft door de batterij, in overeenstemming met de meetgegevens.The telemetry adapter of FIG. 1 may be either only an adapter for transferring measurement data supplied thereto by an adjacent measuring instrument, or a repetition adapter, which. receives a signal that is fed to it via the drill string, processes this signal and further transfers the processed signal. In the latter case, the electronic circuit 11 includes a battery and a signal processing circuit for modulating the current supplied by the battery in accordance with the measurement data.

35 Een herhalingsverloopstuk is in langsdoorsnede weergegeven in fig. 2. Overeenkomstige delen hebben de zelfde verwijzingscijfers als in fig. 1. De ringvormige isolator 8 bevindt zich tussen de kamer 9 en de binnenwand van het verloopstuk in de nabijheid van de kamer 9, waarbij deze isolator in hoofdzaak S-vormig in doorsnede is voor het versterken 40 van de verbinding tussen het bovendeel 6 en het onderste deel 7.A repeat adapter is shown in longitudinal section in Figure 2. Corresponding parts have the same reference numerals as in Figure 1. The annular insulator 8 is located between the chamber 9 and the inner wall of the adapter in the vicinity of the chamber 9, insulator is substantially S-shaped in cross-section for reinforcing the connection 40 between the upper part 6 and the lower part 7.

8102401 % ♦ < - 5 -8102401% ♦ <- 5 -

De kamer 9 is van de buitenzijde afgesloten door een deksel 13, dat aan zijn randen is afgedicht met een afdichting 14 en electrisch is geïsoleerd zodanig dat dit deksel geen stroombaan verschaft tussen de beide delen 6, 7. De kaner bevat, behalve de uitgangstrafo 12, een ingangstrafo 5 15, een ingangsversterker 16, een signaalverwerkingscircuit 18 en een uitgangsversterker 17. De ingangstrafo 15 en de uitgangstrafo 12 kunnen worden vervangen door een enkele trafo, waarvan de functie zowel het opvangen als het overbrengen van signalen is. Het herhalingsverloopstuk is ingericht voor het opvangen en overbrengen van signalen op multiplexe 10 wijze. In een eerste periode van bijvoorbeeld 1 sec. wordt een ingangssignaal, overgebracht door een alleen voor het overbrengen dienend verloopstuk of door een ander herhalings-verloopstuk,verder naar omlaag langs de boorkolom waargenomen door de ingangstrafo 15, waarvan de primaire wikkeling is aangesloten tussen de onderste delen van de boor-15 kolom en de terugvoerbaan door de aarde, en wordt versterkt door de ingangsversterker 16. In een tweede periode, van bijvoorbeeld 100 millisec. wordt het signaal digitaal verwerkt door het circuit 18 voor het verwijderen van fouten en in een derde periode van bijv. 1 sec. wordt het verwerkte signaal versterkt door de uitgangsversterker 17 en overgebracht 20 door de uitgangstrafo 12, hetzij naar een ontvanger aan het oppervlak of naar een ander herhalingsverloopstuk verder naar omhoog langs de boorkolom.The chamber 9 is closed from the outside by a cover 13, which at its edges is sealed with a seal 14 and is electrically insulated such that this cover does not provide a current path between the two parts 6, 7. The piston contains, except the output transformer 12 , an input transformer 15, an input amplifier 16, a signal processing circuit 18 and an output amplifier 17. The input transformer 15 and the output transformer 12 can be replaced by a single transformer, the function of which is both to receive and transmit signals. The repeat adapter is arranged to receive and transmit signals in a multiplexed manner. In an initial period of, for example, 1 sec. an input signal transmitted by a transfer only adapter or by another repetitive adapter further down the drill string is sensed by the input transformer 15, the primary winding of which is connected between the lower parts of the drill string 15 and the return path through the earth, and is amplified by the input amplifier 16. In a second period, for example, 100 milliseconds. the signal is digitally processed by the error clearing circuit 18 and in a third period of e.g. 1 sec. the processed signal is amplified by the output amplifier 17 and transmitted by the output transformer 12, either to a surface receiver or to another repetition adapter further up along the drill string.

Daar de telemetrieverloopstukken vrij goedkoop kunnen worden vervaardigd en de bandbreedte en dus de mogelijke snelheid van het 25 overbrengen van de gegevens van een signaal vermindert als functie van de afstand waarover het wordt overgebracht, kunnen herhalingsverloopstukken worden aangébracht met een onderlinge afstand van 300 m langs de boorkolom : indien dit nodig is. Hierdoor kunnen signalen worden overgébracht met een snelheid van ongeveer 100 hfc /sec. met een vermogensingang van onge-30 veer 1 W per verloopstuk en een bandbreedte van ongeveer 100 Hz.Since the telemetry adapters can be manufactured quite inexpensively and the bandwidth and thus the possible speed of transmitting the data of a signal decreases as a function of the distance over which it is transmitted, repetitive adapters can be arranged at a distance of 300 m along the drill stand: if necessary. This allows signals to be transferred at a rate of about 100 hfc / sec. with a power input of approximately 30 W per adapter and a bandwidth of approximately 100 Hz.

Wanneer, zoals bij het systeem volgens het Amerikaanse octrooi-schrift 2,354.887, de boorkolom J§n de geleidingsbaan terug door de aarde worden beschouwd als een secundaire wikkeling met een enkele winding vein een torusvormige trafo, waarvan de torusvormige speol de boorkolom als 35 primaire wikkeling omgeeft, kunnen de kemverliezen van dat systeem en van het systeem volgens de uitvinding met elkaar worden vergeleken.When, as in the system of U.S. Pat. environment, the core losses of that system and of the system according to the invention can be compared with each other.

Wanneer het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de torusvormige kern A^ is en de fluxdichtheid bij maximale verzadiging voor het kernmateriaal Β0 is, dan is duidelijk max < B .A................. (i).When the cross sectional area of the toroidal core is A ^ and the flux density at maximum saturation for the core material is Β0, then clearly max <B .A ................. (i).

40 Wanneer de impedantie van de secundaire wikkeling Z is kan het 8102401 * ·* - 6 - in de secundaire wikkeling gebrachte vermogen worden geschreven als P = .........*.................(ii)40 When the impedance of the secondary winding is Z, the 8102401 * · * - 6 - power input into the secondary winding can be written as P = ......... * .......... ....... (ii)

2ZS2ZS

5 De maximum waarde van de in de secundaire wikkeling geïnduceerde emk kan worden geschreven als V = N . f max.CO ...................(iii), waarin Ng het aantal windingen s s .5 The maximum value of the emk induced in the secondary winding can be written as V = N. f max CO ................... (iii), where Ng is the number of turns s s.

van de secundaire wikkeling is en y max. de maximum waarde is van de magnetische flux door de torusvormige kerndoorsnede en w = 2 TT. f, waarin 10 f de frequentie is van de primaire aandrijving. . ,¾of the secondary winding and y max. is the maximum value of the magnetic flux through the toroidal core cross section and w = 2 TT. f, where 10f is the frequency of the primary drive. . , ¾

Uit de vergelijkingen (i), (ii) en (iii) volgt dat Ac>-—2.v 'fTi—.....It follows from equations (i), (ii) and (iii) that Ac> -— 2.v 'fTi —.....

S * * * * SATS * * * * SAT

Als voorbeeld kunnen waarden voor silicium-ijzer-trafo-kernmateriaal worden genomen: max = 1,2 Tesla 15 Kernverlies bij 200 Hz = 5,5 W/kg -3As an example, values for silicon iron transformer core material can be taken: max = 1.2 Tesla 15 Core loss at 200 Hz = 5.5 W / kg -3

Kerndichtheid = 7 g.cm .Core density = 7 g.cm.

Uit vorige berekeningen bij 200 Hz kan de impedantie Zg van de boorkolom en de aarde worden gesteld op 0,17 Ohm.From previous calculations at 200 Hz, the impedance Zg of the drill stand and earth can be set at 0.17 Ohm.

Voor een torus met een gemiddelde diameter van 14 cm rondom de 20 boorkolom, met jeen secundaire wikkeling met een enkele winding, geven deze voorbeeldwaarden een minimum waarde voor het dwarsdoorsnedeoppervlak 2 van de kern van 3,9 cm en als gevolg daarvan een minimaal kemvolume 3 van 156 cm , terwijl de minimale massa van de kern wordt berekend op 1,1 kg wanneer het geval van P = 1 W wordt beschouwd. Voor het af ge venFor a torus with an average diameter of 14 cm around the drill string, with a secondary winding with a single winding, these example values give a minimum value for the cross-sectional area 2 of the core of 3.9 cm and as a result a minimum core volume 3 of 156 cm, while the minimum mass of the core is calculated at 1.1 kg when the case of P = 1 W is considered. Before dispensing

OO

25 van 1 W aan het secundaire circuit bij 200 Hz is dus het ontstaande kernverlies ongeveer 6 W. Verder is een dergelijke kern duur inêe fabricage.Thus, of 1 W on the secondary circuit at 200 Hz, the resulting core loss is about 6 W. Furthermore, such a core is expensive in manufacture.

In tegenstelling hiermee is, wanneer de torusvormige trafo van het systeem volgens de tekening 100 windingen heeft van zijn secundaire wikkeling, de minimum waarde voor het dwarsdoorsnede-oppervlak van de 2 30 kern ongeveer 4 mm en kan daardoor de kern uiterst klein zijn, zodat de kernverliezen verwaarloosbaar zijn.In contrast, when the toroidal transformer of the system according to the drawing has 100 turns of its secondary winding, the minimum value for the cross-sectional area of the core is about 4 mm and therefore the core can be extremely small, so that the core losses are negligible.

81024018102401

Claims (16)

1. Inrichting voor het verwerken van signalen in een boorgat tijdens het boren, waarbij tijdens het bedrijf signalen electromagnetisch worden overgebracht langs de boorkolom tussen organen in het boorgat voor het overbrengen en/of opvangen van signalen en een station voor het 5 opvangen en/of overbrengen van signalen op een op afstand gelegen punt langs de boorkolom, een terugkeerbaan aanwezig is voor de signalen via de aardformaties waarin het boorgat wordt geboord, met het kenmerk, dat van een transformator (12) een wikkeling electrisch is aangesloten tussen een eerste deel (6) van de boorkolom en een tweede deel (7) van 10 de boorkolom, welke delen electrisch van elkaar zijn geïsoleerd, waarbij de.organen (11, 15-18) voor het overbrengen en/of opvangen van de signalen electrisch zijn verbonden met de andere wikkeling van de trafo (12), waarbij het eerste deel (6) van de boorkolom een stroombaan verschaft voor signalen tussen de trafo (12) en het signaalstation, en de terugkeer-15 baan tussen de trafo (12) en het signaalstation verloopt door het tweede boorkolomdeel (7) en de aardformaties.1. Device for processing signals in a borehole during drilling, during operation signals being electromagnetically transferred along the drill string between means in the borehole for transmitting and / or receiving signals and a station for receiving and / or transmission of signals at a remote point along the drill string, a return path is provided for the signals via the earth formations in which the borehole is drilled, characterized in that a winding of a transformer (12) is electrically connected between a first part ( 6) of the drill string and a second part (7) of the drill string, which parts are electrically insulated from each other, the means (11, 15-18) for transmitting and / or receiving the signals being electrically connected to the other winding of the transformer (12), the first section (6) of the drill string providing a flow path for signals between the transformer (12) and the signal station, and the return 15 ba an between the transformer (12) and the signal station passes through the second drill string section (7) and the earth formations. 2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ene wikkeling de secundaire wikkeling van de trafo (12) is en de andere wikkeling de primaire wikkeling van de trafo (12), terwijl de signaal- 20 overbrengorganen (11) electrisch zijn verbonden met de primaire wikkeling voor het overbrengen van signalen naar een op afstand gelegen station.2. Device according to claim 1, characterized in that one winding is the secondary winding of the transformer (12) and the other winding is the primary winding of the transformer (12), while the signal transmitting means (11) are electric connected to the primary winding for transmitting signals to a remote station. 3. Inrichting volgens concusie 2, met het kenmerk, dat de signaal-overbrengorganen (11) signaal-verwerkingsorganen omvatten voor het moduleren van een draagsignaal in overeenstemming met de meetgege- 25 vens die zijn ontvangen van een meetinstrument.Device according to claim 2, characterized in that the signal transmitting means (11) comprise signal processing means for modulating a carrier signal in accordance with the measuring data received from a measuring instrument. 4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting een aantal signaaleenheden omvat, welke zijn verdeeld over de boorkolom, elk bestaande uit een trafo (12), waarvan een wikkeling electrisch is verbonden tussen het eerste boorkolomdeel (6) 30 en het tweede boorkolomdeel (7), en organen (11; 15-18) voor het overbrengen en/of opvangen van signalen electrisch zijn verbonden met de andere wikkeling, waarbij een van deze eenheden alleen is ingericht voor het overbrengen van meetgegevens, daaraan toegevoerd door een meetinstrumenten de of elke andere eenheid een herhalingseenheid is voor het 35 opvangen van een signaal, daaraan toegevoerd langs de boorkolom, het verwerken van het signaal en het overbrengen van het verwerkte signaal.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a number of signal units distributed over the drill string, each consisting of a transformer (12), a winding of which is electrically connected between the first drill string section (6). 30 and the second drill string section (7), and means (11; 15-18) for transmitting and / or receiving signals are electrically connected to the other winding, one of these units being adapted only for transmitting measurement data thereto supplied by a measuring instrument the or any other unit is a repetition unit for receiving a signal supplied thereto along the drill string, processing the signal and transmitting the processed signal. 5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het 8102401 - 8 - * V kenmerk, dat de trafo (12) een torusvormige. trafo is.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the transformer (12) is toroidal in shape, 8102401-8 * V. transformer. 6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, mét het kenmerk, dat de trafo (12) en de organen (11; 15-18) voor het overbrengen en/of opvangen van signalen zijn opgenomen in een kamer (9) in de wand 5 van de boorkolom.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the transformer (12) and the means (11; 15-18) for transmitting and / or receiving signals are accommodated in a chamber (9) in the wall 5. of the drill string. 7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de organen (11; 15-18) voor het overbrengen en/of opvangen' van signalen zijn ingericht om te worden gevoed door een batterij.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the means (11; 15-18) for transmitting and / or receiving signals are arranged to be powered by a battery. 8. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het 10 kenmekr, dat het eerste boorkolomdeel (6) en het tweede boorkolomdeel (7) resp. het bovenste en het onderste deel zijn van een speciaal telemetrie-verloopstuk (1), welke delen van elkaar zijn gescheiden door een electrische isolator (8).8. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the first drill string section (6) and the second drill string section (7), respectively. the upper and lower parts are of a special telemetry adapter (1), which parts are separated from each other by an electrical insulator (8). 9. Telemetrieverloopstuk voor een boorkolom, waarin organen 15 zijn opgenomen voor het overbrengen en/of opvangen van signalen, bestemd voor de electro-magnetische overdracht van signalen langs de boorkolom tussen het verloopstuk en een station voor het opvangen en/of overbrengen van signalen op een op afstand gelegen punt langs de boorkolom, waarbij een terugkeerbaan voor de signalen wordt verschaft door de aardformaties 20 waarin het boorgat wordt geboord, met het kenmerk, dat het verloopstuk (1) bestaat uit een eerste deel (6) en een tweede deel (7) welke electrisch van elkaar zijn geisoleerd, en uit een trafo (12), waarvan een wikkeling electrisch is verbonden tussen het eerste en het tweede deel (6, 7), waarbij de organen (11; 15-18) voor het overbrengen en/of opvangen van 25 signalen electrisch zijn verbonden met de andere wikkeling van de trafo (12), terwijl het eerste deel (6) een stroombaan vormt voor signalen bewegend tussen de trafo (12) en het station, voor het opvangen en/of overbrengen van signalen wanneer het verloopstuk (1) is opgenomen in een boorkolom, en de terugkeerbaan wordt verschaft tijdens het boren tussen 30 de trafo (12) en het station voor het opvangen en/of overbrengen van signalen via het tweede deel (7) van het verloopstuk en de aardformaties.9. Drill string telemetry adapter incorporating means 15 for transmitting and / or receiving signals intended for the electromagnetic transmission of signals along the drill string between the adapter and a station for receiving and / or transmitting signals to a remote point along the drill string, a return path for the signals being provided by the earth formations 20 into which the borehole is drilled, characterized in that the adapter (1) consists of a first part (6) and a second part ( 7) which are electrically insulated from each other, and from a transformer (12), a winding of which is electrically connected between the first and second parts (6, 7), the means (11; 15-18) for transferring and / or reception of signals are electrically connected to the other winding of the transformer (12), while the first part (6) forms a current path for signals moving between the transformer (12) and the station, for reception and n / or transmitting signals when the adapter (1) is received in a drill string, and the return path is provided during drilling between the transformer (12) and the station for receiving and / or transmitting signals via the second part ( 7) of the reducer and earth formations. 10. Verloopstuk volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat dit verloopstuk slechts dient voor het overbrengen van meetgegevens, daaraan toegevoerd door een meetinstrument.10. Adapter according to claim 9, characterized in that this adapter serves only for the transmission of measurement data supplied thereto by a measuring instrument. 11. Verloopstuk volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het een herhalingsverloopstuk is voor het opvangen van een signaal, daaraan toegevoerd langs de boorkolom, het verwerken van het signaal en het overbrengen van het verwerkte signaal.A reducer according to claim 9, characterized in that it is a repeating adapter for receiving a signal fed thereto along the drill string, processing the signal and transmitting the processed signal. 12. Verloopstuk volgens een der conclusies 9 tot 11, met het ken-40 merk dat de trafo (12) en de organen (11; 15-18)voor het overbrengen en/of 8102401 >» _ 1 ^ ^ Λ - 9 - opvangen van signalen zijn opgenomen in een kamer (9) in de wand van het verloops tuk (1).A reducer according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the transformer (12) and the means (11; 15-18) for transmission and / or 8102401> - _ 1 ^ ^ Λ - 9 - receiving signals are contained in a chamber (9) in the wall of the adapter (1). 13. Verloopstuk volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de kamer (9) aan de buitenzijde is afgesloten door een deksel (13).Reducer according to claim 12, characterized in that the chamber (9) is closed on the outside by a lid (13). 14. verloopstuk volgens een der conclusies 9-13, met het ken merk, dat het 'eerste en het tweede deel (6, 7) van elkaar zijn geïsoleerd door een ringvormige isolator (8), welke in radiale doorsnede in hoofdzaak s-vormig is.14. Reducer according to any one of claims 9-13, characterized in that the first and second parts (6, 7) are insulated from each other by an annular insulator (8) which is substantially s-shaped in radial section is. 15. Werkwijze voor het verwerken van signalen in een boorgat 10 tijdens het boren, waarbij signalen ëLectrisch worden overgebracht langs de boorkolom, tussen organen voor het overbrengen, en/of opvangen van signalen in het boorgat en een station voor het opvangen en/of overbrengen van signalen op een op afstand gelegen punt langs de boorkolom, waarbij een terugvoerbaan voor de signalen wordt verschaft door de aardformaties 15 waarin het gat wordt geboord, met het kenmerk, dat een boorkolom wordt gebruikt, bestaande uit een eerste en een tweede deel (6, 7), welke electrisch van elkaar zijn geïsoleerd, waarbij signalen worden gevoerd tussen de organen (11; 15 - 18) voor het overbrengen en/of opvangen van signalen en het station voor het opvangen en/of overbrengen van signalen 20 via een trafo (12), waarvan een wikkeling electrisch is verbonden tussen het eerste en tweede boorkolomdeel (6, 7) en de andere wikkeling electrisch is verbonden met de organen(ll; 15 - 18) voor het overbrengen en/of opvangen van de signalen,waarbij het eerste deel )6) een stroombaan vormt voor signalen verlopend tussen de trafo (12) en het station, en de terug-25 keerbaan wordt verschaft tussen de trafo (12) en het station door het tweede deel (7) en de aardformaties.15. Method for processing signals in a borehole 10 during drilling, wherein signals are electrically transmitted along the drill string, between means for transmitting, and / or receiving signals in the borehole and a station for receiving and / or transmitting of signals at a remote point along the drill string, a signal return path being provided by the earth formations 15 into which the hole is drilled, characterized in that a drill string consisting of a first and a second part is used (6 7) which are electrically insulated from one another, with signals being conducted between the means (11; 15-18) for transmitting and / or receiving signals and the station for receiving and / or transmitting signals via a transformer (12), one winding of which is electrically connected between the first and second drill string sections (6, 7) and the other winding is electrically connected to the means (11; 15-18) for transmission e n / or receiving the signals, the first part) 6) forming a flow path for signals running between the transformer (12) and the station, and the return path being provided between the transformer (12) and the station by second part (7) and the earth formations. 16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat achtereenvolgens signalen worden gevoerd tussen een aantal signaaleenheden, elk met een trafo (12), waarvan een wikkeling electrisch is verbonden 30 tussen het eerste en tweede deel (6, 7) van de boorkolom en organen (11; 15 - 18) voor het overbrengen en/of opvangen van signalen, welke electrisch zijn verbonden met de andere wikkeling, terwijl de eerste van deze eenheden slechts dient voor het overbrengen van meetgegevens, die daaraan worden toegevoerd door een meetinstrument, en de of elke 35 andere eenheid een herhalingseenheid is, die een signaal opvangt, dat er aan wordt toegevoerd door een vorige eenheid, het signaal verwerkt en het verwerkte signaal overbrengt. 8102401 40 ---++---Method according to claim 15, characterized in that signals are successively fed between a number of signal units, each with a transformer (12), a winding of which is electrically connected between the first and second part (6, 7) of the drill string. and means (11; 15-18) for transmitting and / or receiving signals electrically connected to the other winding, the first of these units serving only for transmitting measurement data supplied thereto by a measuring instrument, and the or any other unit is a repeater that receives a signal fed to it by a previous unit, processes the signal and transmits the processed signal. 8102401 40 --- ++ ---
NL8102401A 1980-05-21 1981-05-15 APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SIGNALS IN A DRILLING HOLE DURING DRILLING NL8102401A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8016759A GB2076039B (en) 1980-05-21 1980-05-21 Apparatus for and method of signalling within a borehole while drilling
GB8016759 1980-05-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8102401A true NL8102401A (en) 1981-12-16

Family

ID=10513559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8102401A NL8102401A (en) 1980-05-21 1981-05-15 APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SIGNALS IN A DRILLING HOLE DURING DRILLING

Country Status (5)

Country Link
CA (1) CA1205376A (en)
FR (1) FR2483006A1 (en)
GB (1) GB2076039B (en)
NL (1) NL8102401A (en)
NO (1) NO159615C (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578675A (en) * 1982-09-30 1986-03-25 Macleod Laboratories, Inc. Apparatus and method for logging wells while drilling
DE3402386A1 (en) * 1984-01-25 1985-08-01 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt INDUCTIVE ENERGY AND DATA TRANSFER
US4839644A (en) * 1987-06-10 1989-06-13 Schlumberger Technology Corp. System and method for communicating signals in a cased borehole having tubing
US5172112A (en) * 1991-11-15 1992-12-15 Abb Vetco Gray Inc. Subsea well pressure monitor
GB2338253B (en) * 1998-06-12 2000-08-16 Schlumberger Ltd Power and signal transmission using insulated conduit for permanent downhole installations
US8695727B2 (en) 2011-02-25 2014-04-15 Merlin Technology, Inc. Drill string adapter and method for inground signal coupling
US9000940B2 (en) 2012-08-23 2015-04-07 Merlin Technology, Inc. Drill string inground isolator in an MWD system and associated method
CN103731191A (en) * 2012-10-11 2014-04-16 中国石油化工股份有限公司 Signal transmission repeater of electromagnetic measurement-while-drilling system
US9316063B2 (en) 2012-11-29 2016-04-19 Chevron U.S.A. Inc. Transmitting power within a wellbore
US8857522B2 (en) 2012-11-29 2014-10-14 Chevron U.S.A., Inc. Electrically-powered surface-controlled subsurface safety valves
US9422802B2 (en) 2013-03-14 2016-08-23 Merlin Technology, Inc. Advanced drill string inground isolator housing in an MWD system and associated method
US9267334B2 (en) 2014-05-22 2016-02-23 Chevron U.S.A. Inc. Isolator sub

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2379800A (en) * 1941-09-11 1945-07-03 Texas Co Signal transmission system
US2400170A (en) * 1942-08-29 1946-05-14 Stanolind Oil & Gas Co Time cycle telemetering
US2354887A (en) * 1942-10-29 1944-08-01 Stanolind Oil & Gas Co Well signaling system
CA953785A (en) * 1971-03-09 1974-08-27 Rudolf J. Rammner Apparatus for transmitting data from a hole drilled in the earth

Also Published As

Publication number Publication date
NO159615C (en) 1989-01-18
FR2483006A1 (en) 1981-11-27
GB2076039B (en) 1983-12-14
FR2483006B1 (en) 1985-04-12
GB2076039A (en) 1981-11-25
CA1205376A (en) 1986-06-03
NO811446L (en) 1981-11-23
NO159615B (en) 1988-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4415895A (en) Well logging data transmission system
EP1149312B1 (en) High-power well logging method and apparatus
US7298286B2 (en) Apparatus for interfacing with a transmission path
US4785247A (en) Drill stem logging with electromagnetic waves and electrostatically-shielded and inductively-coupled transmitter and receiver elements
CA1210062A (en) Apparatus and method for logging wells while drilling
US7411517B2 (en) Apparatus and method for providing communication between a probe and a sensor
EP0699822B1 (en) A well data telemetry system
NL8102401A (en) APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SIGNALS IN A DRILLING HOLE DURING DRILLING
CA1235179A (en) Drill stem logging system with electomagnetic waves using electrostatically shielded transmitter and receiver elements
US20140192621A1 (en) Apparatus and method for communication between downhole components
CA2817593C (en) System and method for remote sensing
CA2111357A1 (en) Well logging method and apparatus providing multiple depth investigation using multiple transmitters and single receiver pair
EP0911484A3 (en) Electromagnetic signal repeater and method for use of same
US20150070186A1 (en) System and Method For Remote Sensing
US6970099B2 (en) Apparatus, system, and method for detecting and reimpressing electrical charge disturbances on a drill-pipe
EP0121359A3 (en) Electromagnetic borehole logging apparatus and method
GB2346509A (en) Borehole communication system
US5140318A (en) Data transmission system for downhole logging tools
EP1650401A2 (en) High-power well logging method and apparatus
US3182286A (en) Acoustic well logging transmission system
US20190226329A1 (en) System for cableless bidirectional data transmission in a well for the extraction of formation fluids
WO2001059258A1 (en) A method and apparatus for the optimal predistortion of an electromagnetic signal in a downhole communication system

Legal Events

Date Code Title Description
CNR Transfer of rights (patent application after its laying open for public inspection)

Free format text: NL SPERRY-SUN, INC.

A85 Still pending on 85-01-01
BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BC A request for examination has been filed
CNR Transfer of rights (patent application after its laying open for public inspection)

Free format text: BAROID TECHNOLOGY, INC.

BV The patent application has lapsed