Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE2758770C2 - Device and method for transmitting acoustic signals - Google Patents

Device and method for transmitting acoustic signals

Info

Publication number
DE2758770C2
DE2758770C2 DE19772758770 DE2758770A DE2758770C2 DE 2758770 C2 DE2758770 C2 DE 2758770C2 DE 19772758770 DE19772758770 DE 19772758770 DE 2758770 A DE2758770 A DE 2758770A DE 2758770 C2 DE2758770 C2 DE 2758770C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
signal
pipe string
transmitting
acoustic
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.)
Expired
Application number
DE19772758770
Other languages
German (de)
Other versions
DE2758770A1 (en
Inventor
Preston Earl Dallas Tex. Chaney
William Hoyt Jefferson Tex. Cox
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.)
NL Sperry Sun Inc
Original Assignee
NL Sperry Sun Inc
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 NL Sperry Sun Inc filed Critical NL Sperry Sun Inc
Publication of DE2758770A1 publication Critical patent/DE2758770A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2758770C2 publication Critical patent/DE2758770C2/en
Expired legal-status Critical Current

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
    • 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
    • E21B47/14Means 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 using acoustic waves
    • E21B47/16Means 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 using acoustic waves through the drill string or casing, e.g. by torsional acoustic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen akustischer Signale über einen in einem Bohrloch befindlichen Bohrgestänge-Rohrstrang nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 12.The invention relates to a method and a device for transmitting acoustic signals via a drill pipe string located in a borehole according to the preamble of claims 1 and 12 respectively.

Das Bedürfnis für Einrichtungen zum Übertragen von Bohrlochdaten an die Oberfläche während des Bohrens besteht in der Erdölgewinnung seit dem Einsatz moderner Bohrverfahren. Bei den neuerdings immer tiefer ausgeführten Bohrungen und den technischen Neuerungen, die die Feststellung von Bohrlochparametern ermöglichen, die während des Bohrvorgangs außerhalb des Bohrlochs nutzbringend verwertbar sind, wurde das Bedürfnis für ein solches Telemetriesystem immer größer. Dies hatte zur Folge, daß die in der Erdölindustrie unternommenen Anstrengungen, solche Systeme zu entwickeln, entsprechend anstiegen. Beispielsweise besteht ein solches Bedürfnis, wenn der Bohrmeister ein Kommunikationsmittel zwischen der Bohrstelle und der Oberfläche benötigt, beispielsweise für eine Information bezüglich der Formation, in die gerade gebohrt wird. Da die optimale Kombination von Drehzahl und Gewicht an einem Bohrmeißel sich abhängig von der Art der zu bohrenden Bodenformation, wie Sand, Tonschiefer, Kalkstein, Hornstein usw. beträchtlich ändert, ist der Bohrmeister nicht in der Lage, die optimale Bohrgeschwindigkeit ohne diese entsprechende Information zu wählen.The need for devices to transmit well data to the surface during drilling has existed in the oil industry since the advent of modern drilling techniques. With recent drilling to ever deeper depths and with technological advances enabling the determination of well parameters that can be usefully used outside the well during drilling, the need for such a telemetry system has become ever greater. As a result, efforts in the oil industry to develop such systems have increased accordingly. For example, such a need arises when the driller requires a means of communication between the drilling site and the surface, for example for information regarding the formation being drilled. Since the optimum combination of speed and weight on a drill bit varies considerably depending on the type of formation being drilled, such as sand, shale, limestone, chert, etc., the driller is unable to select the optimum drilling speed without this information.

Man hat bereits Versuche unternommen, Systeme zu entwickeln, die während des Bohrens registrieren bzw. aufzeichnen; eine solche Vorrichtung wurde in US- Patent Nr. 27 55 431 beschrieben. Bis jetzt hat jedoch ein derartiges System aus verschiedenen Gründen noch keine breitere Anwendung in der Technik gefunden. Manche Systeme benutzen zum Übertragen von Informationen von dem Bohrloch zur Oberfläche Kabel. Dies erfordert ein vollständiges Herausziehen des Kabels oder die Herstellung von Kabelverbindungen an der Oberfläche jedesmal dann, wenn ein Rohrabschnitt hinzugefügt wird. Dies ist eine mühevolle und zeitraubende Operation, so daß sich diese Maßnahmen nicht durchgesetzt haben. Man hat weiterhin versucht, in einem Rohrstrang elektrisch leitende Pfade unter Verwendung von Rohrkupplungen zu schaffen, die elektrische Leiter aufweisen. Solche Systeme wurden jedoch nicht so weit weiterentwickelt, daß sie sich für den Großeinsatz eignen würden. Obwohl die technische Ausführbarkeit eines solchen Systems nachgewiesen wurde, wäre dafür ein spezielles Bohrgestänge erforderlich, das sehr teuer ist.Attempts have been made to develop systems that record while drilling, and one such device is described in U.S. Patent No. 2,755,431. However, such a system has not yet found widespread use in the art for a variety of reasons. Some systems use cables to transmit information from the borehole to the surface. This requires completely pulling out the cable or making cable connections at the surface each time a section of pipe is added. This is a laborious and time-consuming operation and has not been widely adopted. Attempts have also been made to create electrically conductive paths in a pipe string using pipe couplings that have electrical conductors. However, such systems have not been developed to the point where they would be suitable for large-scale use. Although the technical feasibility of such a system has been demonstrated, it would require special drill string, which is very expensive.

Die Abweichung des Bohrlochs aus der Vertikalen oder die Richtung dieser Abweichung ist ein weiterer wesentlicher Parameter für das Bohren. Solche Richtungsüberwachungsinformationen sind wesentlich bei Bohrungen, bei denen eine Abweichung beabsichtigt wird, um Speicherstellen anzubohren, die durch vertikales Bohren unzugänglich oder nur unter hohem Kostenaufwand zu erreichen sind. Ein frühes Beispiel für solche Bohrungen sind die kalifornischen Bohrfelder in Huntington Beach und Ventura. Diese Bohrfelder liegen an der Pazifikküste. Der größte Teil der Speicher liegt unter dem Meer. Bei der Erschließung dieser Felder in den 30er und 40er Jahren war es erforderlich, Verfahren und Werkzeuge für die Steuerung des gerichteten Bohrens zu entwickeln, so daß mittels an Land stehender Bohrtürme das Öl unter dem Meer angebohrt werden konnte. Das Richtungsbohren ist damals wie heute sehr kompliziert und kostspielig, da Einrichtungen für die Vermessung und Übertragung von Daten von der Bohrstelle zur Oberfläche fehlen. Die Daten werden mit fotografischen oder chemischen Mitteln erhalten und auf Geräte übertragen, die an die Oberfläche entweder durch Ziehen des Rohres gebracht werden oder indem man die Geräte am Ende eines Drahtes oder Kabels anordnet, der bzw. das aus dem Bohrloch gezogen wird, wobei der Bohrvorgang unterbrochen wird. Dies ist kostspielig und zeitaufwendig und bei dem modernen Bohrverfahren besonders nachteilig, und zwar wegen der manchmal extremen Bohrtiefen, so daß es notwendigerweise sehr lange dauert, die Daten mittels einer Drahtleitung zu erhalten. Die hohen Kosten der Bohranlagen, insbesondere in schwieriger Umgebung, wie vor der Küste, wo die Bohrzeit extrem teuer ist, sind ebenfalls ein wesentlicher Faktor, wenn eine Unterbrechung des Bohrens erforderlich ist, um die gewünschten Daten zu erlangen.The deviation of the borehole from the vertical or the direction of this deviation is another essential parameter for drilling. Such direction monitoring information is essential in drilling, where a deviation is intended to drill into reservoirs which are inaccessible or expensive to reach by vertical drilling. An early example of such drilling is the California drilling fields at Huntington Beach and Ventura. These drilling fields are located on the Pacific coast. Most of the reservoirs are under the sea. When these fields were developed in the 1930s and 1940s, it was necessary to develop methods and tools for controlling directional drilling so that oil could be drilled into the submarine using onshore drilling rigs. Directional drilling was, as it is now, very complicated and expensive because of the lack of facilities for surveying and transmitting data from the drilling site to the surface. The data is obtained by photographic or chemical means and transferred to equipment which is brought to the surface either by pulling the pipe or by placing the equipment at the end of a wire or cable which is pulled out of the well, interrupting the drilling process. This is costly and time consuming and is particularly disadvantageous in modern drilling techniques because of the sometimes extreme depths of drilling, which necessarily means that it takes a long time to obtain the data by wireline. The high cost of drilling rigs, particularly in difficult environments such as offshore where drilling time is extremely expensive, is also a major factor when interrupting drilling is necessary to obtain the desired data.

In den 40er Jahren hat eine Anzahl von Firmen die wirtschaftlichen Möglichkeiten eines Telemetriesystems erkannt und mit entsprechenden Forschungsarbeiten begonnen. Diese Arbeiten wurden unabhängig voneinander ausgeführt, führten jedoch nach der Untersuchung vieler möglicher Übertragungsmethoden zu dem gleichen Schluß, daß das erfolgversprechendste Verfahren die Schallübertragung durch das Metall des Bohrrohrs sein würde. Eine elektromagnetische Übertragung bzw. Radioübertragung hat man als schlechte sekundäre Lösung angesehen, weil in den Erdformationen eine starke Dämpfung derartiger Signale erfolgt. Da man wußte, daß die Schalldämpfung in Stahl sehr niedrig ist, war es logisch, anzunehmen, daß die Schallsignalübertragung durch die Metallwand des Bohrrohrs relativ einfach sei. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies nicht der Fall ist. 1948 baute man ein System zum Untersuchen der Möglichkeiten der akustischen Bohrrohrtelemetrie. Das System bestand aus einer im Bohrschacht befindlichen Impulsschallquelle und einer an der Oberfläche befindlichen Baugruppe für den Empfang des gesendeten Schallsignals und für die Messung seiner Amplitude in jedem von drei Frequenzbändern. Die Schallquelle enthielt einen batteriegetriebenen Motor, der eine Feder aufzog. Wenn die Feder voll aufgezogen war, wurde sie gelöst und betätigte eine Masse derart, daß ein lauter Hammerschlag gegen das Ende des Bohrrohrs ausgeführt wurde. Das Empfangsgerät bestand aus einem an dem Bohrrohr angebrachten Beschleunigungsmesser, dessen Ausgang mit einem Verstärker verbunden war, der seinerseits an drei Bandpaßfilter angeschlossen war, um das Energiespektrum in ein niedriges, mittleres und hohes Frequenzband aufzuteilen. Die Ergebnisse dieser Durchführungsstudie waren enttäuschend. Die Dämpfung änderte sich etwas zwischen den drei Bändern, war jedoch auch im günstigsten Bereich so hoch, daß keine weiteren Versuche in dieser Richtung unternommen wurden. Man kam zu dem Schluß, daß die akustische Telemetrie mit dem 1948 vorhandenen Stand der Technik nicht möglich war. Man ließt das Telemetrieforschungsprojekt fallen und nahm es erst 1969 wieder auf, als man erkannte, daß zur Überwindung der hohen Dämpfung die Verwendung von Verstärkern günstig sei.In the 1940s a number of companies recognized the economic potential of a telemetry system and began research into it. This work was carried out independently of one another, but after examining many possible transmission methods, they came to the same conclusion that the most promising method would be sound transmission through the metal of the drill pipe. Electromagnetic transmission or radio transmission was considered a poor secondary solution because of the strong attenuation of such signals in the earth's formations. Knowing that sound attenuation in steel is very low, it was logical to assume that sound signal transmission through the metal wall of the drill pipe would be relatively easy. However, this has been shown not to be the case. In 1948 a system was built to investigate the possibilities of acoustic drill pipe telemetry. The system consisted of a pulse sound source located in the borehole and a surface assembly for receiving the transmitted sound signal and measuring its amplitude in each of three frequency bands. The sound source contained a battery-powered motor that wound a spring. When the spring was fully wound, it was released and actuated a mass to deliver a loud hammer blow to the end of the drill pipe. The receiving device consisted of an accelerometer attached to the drill pipe, the output of which was connected to an amplifier, which in turn was connected to three bandpass filters to split the energy spectrum into low, medium and high frequency bands. The results of this field study were disappointing. The attenuation varied somewhat between the three bands, but was so high even in the best range that no further attempts were made in this direction. It was concluded that acoustic telemetry was not possible with the technology available in 1948. The telemetry research project was abandoned and was not resumed until 1969 when it was realized that the use of amplifiers would be beneficial in overcoming the high attenuation.

Zu dieser Zeit wurden Forschungen auf dem Gebiet der Geschoßperforierung der Verrohrung vorgenommen. Die Perforierung der Verrohrung ist ein wesentlicher Schritt bei der Fertigstellung von Öl- und Gasbohrungen. Dabei wird die Bohrung durch den Öl- oder Gas-erzeugenden Sand gebohrt und verrohrt im Gegensatz zu der früheren und weniger zufriedenstellenden Praxis, die Verrohrung gerade über dem Gas- oder Öl-erzeugenden Sand anzuordnen und zur Fertigstellung einer offenen Bohrung hineinzubohren. Man interessierte sich für eine radioaktive Registrierung (Gammastrahlen) als Mittel zum Aufzeichnen von verrohrten Bohrungen, einerseits um die Gschoßrohrlocher genauer zu steuern und andererseits um andere potentielle Erzeugungszonen hinter der Verrohrung zu ermitteln. 1948 wurde ein Forschungslabor für die Bohrungsregistrierung gegründet, und eines der Hauptprojekte dieses Labors bestand in der Bohrstellentelemetrie. Das Forschungsprogramm begann ähnlich dem vorstehend Beschriebenen. Nach der Untersuchung der Alternativen wählte man wieder die akustische Bohrrohrtelemetrie als erfolgversprechendste Lösung zur Bestimmung der akustischen Dämpfung des Bohrrohrs. Die abschließenden Versuche dieses Programms zeigten, daß die Durchführung der akustischen Bohrgestängetelemetrie auf diese Weise nicht möglich war. Dieser Versuch wurde folgendermaßen ausgeführt: Die Bohrschachtschallquelle bestand aus einem Satz von Behältern, die so angeordnet waren, daß sie bei Betätigung jedesmal einen Abschnitt einer Rohrmuffe etwa 1 m fallen ließen. An der Oberfläche wurde ein Geophon als Detektor verwendet, das das Signal in ein System einspeiste, das einen seismischen Verstärker und ein Aufzeichnungsgerät aufwies.At this time, research was being conducted into the field of casing perforation. Casing perforation is an essential step in the completion of oil and gas wells. It involves drilling and casing the well through the oil or gas producing sand, as opposed to the earlier and less satisfactory practice of placing the casing just above the gas or oil producing sand and drilling into it to complete an open hole. There was interest in radioactive (gamma) recording as a means of recording cased wells, both to control the casing perforators more accurately and to identify other potential producing zones behind the casing. In 1948, a well recording research laboratory was established and one of the major projects of this laboratory was well site telemetry. The research program began similarly to that described above. After studying the alternatives, acoustic drill pipe telemetry was again chosen as the most promising solution for determining drill pipe acoustic attenuation. The final tests of this program showed that it was not possible to carry out acoustic drill pipe telemetry in this way. This test was carried out as follows: The borehole sound source consisted of a set of containers arranged so that each time they were activated they would drop a section of pipe sleeve approximately 1 m. At the surface a geophone was used as a detector which fed the signal into a system comprising a seismic amplifier and a recorder.

Die solchermaßen bestimmte Dämpfung war so hoch, daß man zu der Überzeugung gelangte, daß die Schallübertragung durch das Bohrrohr unpraktisch ist. Man ging deshalb zu der Schlammimpulsübertragung über und akzeptierte die stark reduzierte Datenübertragung, die mit dem Schlammimpulssystem möglich war. Die Arbeiten an dem Schlammimpulstelemetriesystem wurden fortgesetzt, und es wurde versucht, das System als Mittel zum Registrieren während des Bohrens zu vermarkten. Die Schlußfolgerung, daß die Schlammimpulstelemetrie der einzig mögliche Weg sei, beeinflußte offensichtlich die spätere Telemetrieforschung derart, daß der größte Teil der jetzt auf dem Gebiet der Bohrstrangtelemetrie ausgeführten Untersuchungen sich auf die Technik konzentriert, die unter dem Begriff Schlammimpulstelemetrie bekannt ist. Das Schlammimpulssystem erfordert verglichen mit dem potentiell billigeren und schnelleren akustischen Bohrrohrsystem kompliziertere Bauelemente und weist eine langsamere Datengeschwindigkeit auf.The attenuation thus determined was so high that it was felt that transmission of sound through the drill pipe was impractical. Mud pulse transmission was therefore adopted, and the greatly reduced data transmission possible with the mud pulse system was accepted. Work on the mud pulse telemetry system continued, and attempts were made to market the system as a means of recording while drilling. The conclusion that mud pulse telemetry was the only possible approach evidently influenced subsequent telemetry research to the extent that most of the research now being carried out in the area of drill string telemetry focuses on the technique known as mud pulse telemetry. The mud pulse system requires more complex components and has a slower data rate compared to the potentially cheaper and faster acoustic drill pipe system.

Trotz der Erkenntnis, daß die Dämpfungswerte hoch sind, nahm die Anmelderin 1968 die Forschungen auf dem Gebiet der akustischen Bohrrohrtelemetrie in der Hoffnung wieder auf, die anstehenden Schwierigkeiten durch Verwendung einer Anzahl von Verstärkerstationen überwinden zu können. Basierend auf den Dämpfungsmessungen aus dem Jahr 1948, die etwa 12 dB pro 300 m betrugen, schien es möglich, ein System von Verstärkern zu verwenden, die im Abstand längs des Bohrrohrs angeordnet sind und von denen jeder Daten aus der weiter unten liegenden Station mit einer Frequenz empfängt und sie der darüberliegenden nächsten Station mit einer anderen Frequenz weiter übermittelt. Um dies ausführen zu können, wurde ein entsprechendes Sender-Verstärker-System gebaut. Um eine maximale Unterscheidung gegenüber dem Rauschen zu erzielen, erfolgte die Übertragung digital, wobei entweder eine einzige kristallgesteuerte Frequenz, die für den Wert 1 eingeschaltet und für den Wert 0 abgeschaltet wurde, oder in manchen Fällen nur ein Paar von nahe beieinanderliegenden Frequenzen verwendet wurde, wobei die eine Frequenz den Wert 1 und die andere Frequenz den Wert 0 darstellte. Das neue System unterschied sich von dem Versuch im Jahre 1948 nur dadurch, daß anstelle einer breitbandigen Quelle, wie sie von dem Gewicht und der Feder gebildet wurde, diskrete Frequenzen zum Einsatz gelangten. Um das Mehrfachverstärkersystem benutzen zu können, waren drei Übertragungsfrequenzen für die Ein-Aus-Logik oder sechs Übertragungsfrequenzen für die Zweifrequenz-Logik erforderlich. Es wurde deshalb eine willkürliche Auswahl getroffen. Für das Zweifrequenz-Logik-System wählte man die folgenden Frequenzpaare: 860-880 Hz, 1060-1080 Hz und 1260-1280 Hz. Alle diese Frequenzen lagen innerhalb eines Bandes, für das der Versuch aus dem Jahr 1948 eine Dämpfung von 10 bis 12 dB für einen Bereich von 300 m ergab. Der erste Feldversuch wurde unter Verwendung des 860-880-Hz-Bandes durchgeführt. Der Versuch bestätigte den angenommenen Dämpfungswert von 10 bis 12 dB je 300 m und zeigte, daß mit dem Verstärkersystem wie geplant gearbeitet werden konnte.Despite the realization that the attenuation values are high, the applicant resumed research in the field of acoustic drill pipe telemetry in 1968 in the hope of being able to overcome the difficulties by using a number of amplifier stations. Based on the attenuation measurements in 1948, which were about 12 dB per 300 m, it seemed possible to use a system of amplifiers spaced along the drill pipe, each receiving data from the station downstream at one frequency and transmitting it to the next station upstream at a different frequency. To do this, a transmitter-amplifier system was built. To achieve maximum discrimination against noise, transmission was digital, using either a single crystal-controlled frequency switched on for 1 and off for 0, or, in some cases, just a pair of closely spaced frequencies, one frequency being 1 and the other 0. The new system differed from the 1948 attempt only in that discrete frequencies were used instead of a broadband source such as that provided by the weight and spring. To use the multiple amplifier system, three transmission frequencies were required for the on-off logic or six transmission frequencies for the dual frequency logic. An arbitrary choice was therefore made. For the dual frequency logic system, the following frequency pairs were chosen: 860-880 Hz, 1060-1080 Hz and 1260-1280 Hz. All of these frequencies were within a band for which the 1948 test showed an attenuation of 10 to 12 dB for a range of 300 m. The first field test was carried out using the 860-880 Hz band. The test confirmed the assumed attenuation value of 10 to 12 dB per 300 m and showed that the amplifier system could be operated as planned.

Als man jedoch zu dem 1060-bis-1080-Hz-Band überging, zeigte sich, daß die Dämpfung so stark war, daß keine zufriedenstellenden Daten erhalten werden konnten, um die genaue Dämpfungsrate festzustellen. In einem Zeitraum von etwas mehr als einem Jahr ausgehend von diesen ersten Versuchen wurde eine Anzahl weiterer Frequenzen überprüft. Es hat sich jedoch gezeigt, daß keine dem 860-Hz-Band gleich ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß keine Grundlage dafür bestand, eine Frequenz gegenüber der anderen auszuwählen; die Auswahl war vollkommen willkürlich. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Dämpfung bei einer Frequenz von 860 Hz sich stark von einem Versuch zum anderen änderte. Dies schien von dem Zustand des Bohrrohrs abhängig zu sein, man verstand jedoch nicht, wie. Bei neuen Bohrrohren oder bei sehr gut erhaltenen Bohrrohren betrug die Dämpfung bei 860 Hz 10 bis 12 dB je 300 m, während bei stark verschlissenen Bohrrohren die Dämpfung oft 30 dB oder mehr je 300 m betrug. Auf der Suche nach einer Erklärung dieser Ergebnisse stieß man auf die Literaturstelle "Passbands For Acoustic Transmission In An Idealized Drill String", Barnes and Kirkwood, Journal of Acoustical Society of America, Vol. 51, No. 5 (1972), S. 1606- 1608. In dieser Literaturstelle wird eine theoretische Analyse eines Bohrrohrstrangs als akustisches Filter gegeben und aufgezeigt, daß eine Anzahl von relativ schmalen Bandpässen vorhanden sein sollte, die durch breitere Sperrbänder getrennt sind, in denen keine Schallübertragung auftreten kann. Diese Veröffentlichung schien einige Erklärungen für die seltsamen Ergebnisse der Versuche der Anmelderin zu geben. Dabei stellte sich jedoch heraus, daß die erfolgreichste Versuchsfrequenz der Anmelderin, d. h. 860 Hz, genau in eines der Sperrbänder der Literaturstelle fiel. Andere Frequenzen, die von der Anmelderin ebenfalls untersucht worden waren, beispielsweise 760 Hz sollten gemäß der Literaturstelle Bandpässe mit guter Übertragung sein, was im Gegensatz zu den experimentell ermittelten Daten stand. Man verlor deshalb das Interesse an der theoretischen Analyse der Literaturstelle und begann erneut mit auf einer willkürlichen Wahl beruhenden Versuchen, um drei Übertragungsbänder zu finden. Dieses Verfahren mit willkürlicher Auswahl erwies sich jedoch als sehr aufwendig, im Ergebnis als enttäuschend und in der Durchführung als sehr zeitraubend.However, when the band was moved to the 1060 to 1080 Hz band, it was found that the attenuation was so great that no satisfactory data could be obtained to determine the exact rate of attenuation. Over a period of just over a year from these initial tests, a number of other frequencies were tested, but none were found to be equal to the 860 Hz band. It should be noted that there was no basis for selecting one frequency over another; the selection was entirely arbitrary. It was also found that the attenuation at the 860 Hz frequency varied considerably from one test to another. This seemed to depend on the condition of the drill pipe, but it was not understood how. In new drill pipe or in very good condition, the attenuation at 860 Hz was 10 to 12 dB per 300 m, while in badly worn drill pipe the attenuation was often 30 dB or more per 300 m. In the search for an explanation of these results, the reference "Passbands For Acoustic Transmission In An Idealized Drill String", Barnes and Kirkwood, Journal of Acoustical Society of America, Vol. 51, No. 5 (1972), pp. 1606-1608, was found. This reference gives a theoretical analysis of a drill string as an acoustic filter and shows that there should be a number of relatively narrow bandpasses separated by wider stopbands in which no sound transmission can occur. This publication seemed to provide some explanation for the strange results of the applicant's experiments. However, it turned out that the applicant's most successful test frequency, i.e. 860 Hz, fell exactly within one of the stopbands of the reference. Other frequencies that the applicant had also investigated, for example 760 Hz, should be bandpasses with good transmission according to the reference, which was contrary to the experimental data. Interest in the theoretical analysis of the literature was therefore lost and attempts were made again to find three transmission bands based on a random selection. However, this random selection procedure proved to be very laborious, disappointing in its results and very time-consuming to carry out.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß die bisher vorgenommenen Versuche auf dem Gebiet der akustischen Telemetrie in einem Bohrrohr auf große Schwierigkeiten stießen.The above statements show that the experiments carried out so far in the field of acoustic telemetry in a drill pipe have encountered great difficulties.

Die Patentansprüche 1 und 12 gehen in ihrem Oberbegriff von einem von der Anmelderin früher entwickelten System zur Übertragung akustischer Signale über einen Bohrgestänge- Rohrstrang aus, wie es in der DE-OS 24 40 538 beschrieben ist. In diesem System sind an den beiden Enden des Rohrstrangs eine Sende- bzw. eine Empfangseinrichtung angekoppelt, zwischen denen die Übertragung von als Datenträger dienenden akustischen Signalen erfolgt. Bei dieser Datenübertragung findet ein frequenzmoduliertes Signal Anwendung, wobei die Signalmodulation gewöhnlich zwischen zwei um etwa 50 Hz getrennten festen Frequenzen auf einem 1-kHz-Träger alterniert. Über die Länge des Bohrgestänge-Rohrstrangs sind mehrere Relais-Stationen angeordnet, die die Signale verstärken und ihre Übertragungsfunktion umsetzen, um eine Störung durch die Überlagerung der ein- und ausgehenden Signale zu vermeiden. Die von der Sendeeinrichtung und den Relais-Stationen abgegebenen akustischen Signale haben Trägerfrequenzen von 800 Hz, 1000 Hz bzw. 1200 Hz. Diese Übertragungsfrequenzbereiche der akustischen Signale sind jedoch nicht an die frequenzabhängigen Durchlaßbereiche des Bohrgestänge-Rohrstrangs angepaßt.The preamble of claims 1 and 12 is based on a system previously developed by the applicant for transmitting acoustic signals via a drill pipe string, as described in DE-OS 24 40 538. In this system, a transmitting and receiving device are coupled to the two ends of the pipe string, between which the transmission of acoustic signals serving as data carriers takes place. A frequency-modulated signal is used for this data transmission, with the signal modulation usually alternating between two fixed frequencies separated by approximately 50 Hz on a 1 kHz carrier. Several relay stations are arranged along the length of the drill pipe string, which amplify the signals and implement their transmission function in order to avoid interference caused by the superposition of the incoming and outgoing signals. The acoustic signals emitted by the transmitter and the relay stations have carrier frequencies of 800 Hz, 1000 Hz and 1200 Hz respectively. However, these transmission frequency ranges of the acoustic signals are not adapted to the frequency-dependent passbands of the drill pipe string.

In den US-Patenten 39 30 220 und 38 89 228 sind ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehende akustische Bohrloch- Telemetrieeinrichtungen beschrieben, die im wesentlichen den aus der DE-OS 24 40 538 bekannten Aufbau haben. Auch bei diesen Systemen wird mit Übertragungsfrequenzen von 800 Hz, 1000 Hz und 1200 Hz gearbeitet.US patents 39 30 220 and 38 89 228 also describe acoustic borehole telemetry devices, which can be traced back to the applicant and which essentially have the same structure as that known from DE-OS 24 40 538. These systems also work with transmission frequencies of 800 Hz, 1000 Hz and 1200 Hz.

Daneben sind in der ERDÖL-ERDGAS-Zeitschrift vom August 1976 auf den Seiten 262-263 verschiedene Verfahren zur Fernmessung von Bohrloch-Daten während des Bohrens beschrieben. Unter anderem werden dabei auch akustische Methoden genannt, wobei jedoch weder der Aufbau einer derartigen Telemetrieeinrichtung noch konkrete Frequenzbereiche für die Übertragung der akustischen Signale angegeben sind.In addition, various methods for remote measurement of borehole data during drilling are described in the ERDÖL-ERDGAS magazine from August 1976 on pages 262-263. Acoustic methods are also mentioned, although neither the structure of such a telemetry device nor specific frequency ranges for the transmission of the acoustic signals are specified.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Übertragung akustischer Signale über einen Bohrgestänge-Rohrstrang anzugeben, wobei die Übertragung mit minimaler Signaldämpfung und geringer Störempfindlichkeit erfolgt.In view of this state of the art, the object of the present invention is to provide a device and a method for transmitting acoustic signals via a drill pipe string, wherein the transmission takes place with minimal signal attenuation and low interference sensitivity.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren mit den Merkmalen der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 12. Danach werden die Übertragungsfrequenzbereiche der akustischen Signale an die Durchlaßbereiche des Bohrgestänge-Rohrstrangs angepaßt, wobei die niedrigste Frequenz eines jeden Übertragungsfrequenzbereiches annähernd so gewählt wird, daß die Länge eines Rohrstrang-Abschnittes bei dieser Frequenz der halben Wellenlänge des akustischen Signals entspricht. Die akustische Signalübertragung mit dem erfindungsgemäßen System erfolgt damit in Frequenzbereichen, die mit den natürlichen Durchlaßbereichen des verwendeten Bohrgestänge-Rohrstrangs übereinstimmen, d. h. auf die Rohrlänge und den Rohrzustand abgestimmt sind, so daß eine optimale Anpassung an das jeweils verwendete Bohrgestänge und an die Gegebenheiten der Bohroperation erfolgen kann.This object is achieved by a device or a method having the features of the characterizing parts of claims 1 and 12. According to this, the transmission frequency ranges of the acoustic Signals are adapted to the passbands of the drill rod pipe string, whereby the lowest frequency of each transmission frequency range is selected approximately so that the length of a pipe string section at this frequency corresponds to half the wavelength of the acoustic signal. The acoustic signal transmission with the system according to the invention thus takes place in frequency ranges that correspond to the natural passbands of the drill rod pipe string used, ie are matched to the pipe length and the pipe condition, so that an optimal adaptation to the drill rod used and to the conditions of the drilling operation can be achieved.

Das übertragene akustische Signal kann dabei kodiert oder moduliert werden, um längs des Rohrstranges eine Information von einer Stelle zu einer anderen zu übertragen, beispielsweise vom Boden des Bohrloches zur Oberfläche.The transmitted acoustic signal can be encoded or modulated to transmit information from one location to another along the pipe string, for example from the bottom of the borehole to the surface.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Sie betreffen insbesondere die konkreten Frequenzbereiche für in der Praxis verwendete Längen von Rohrstrang- Abschnitten, die Anordnung und den Aufbau der Sende- und Empfangseinrichtungen sowie längs des Bohrgestänge- Rohrstrangs angeordnete Verstärkereinrichtungen, die gleichzeitig eine Frequenzumsetzung durchführen.Preferred embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims. They relate in particular to the specific frequency ranges for lengths of pipe string sections used in practice, the arrangement and construction of the transmitting and receiving devices, and amplifier devices arranged along the drill pipe string, which simultaneously carry out frequency conversion.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtPreferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings. In the drawings,

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines akustischen Rohrstrang-Telemetrieversuchs, Fig. 1 shows schematically an arrangement for carrying out an acoustic pipe string telemetry test,

Fig. 2 ein Diagramm der mit der Anordnung nach Fig. 1 gemessenen Versuchsdaten, Fig. 2 is a diagram of the test data measured with the arrangement according to Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Diagramme von akustischen Durchlaßbereichen, die aus einem Vergleich der Meßergebnisse mit theoretischen Daten abgeleitet sind, Fig. 3 and 4 Diagrams of acoustic passbands derived from a comparison of the measurement results with theoretical data,

Fig. 5, 6 und 7 Diagramme, die die Einflüsse der Nachgiebigkeit bzw. Steifigkeit der Rohrstrangverbinder auf die akustischen Durchlaßbereiche verdeutlichen, Fig. 5, 6 and 7 diagrams illustrating the influence of the flexibility and stiffness of the pipe string connectors on the acoustic passbands,

Fig. 8 eine schematische Ansicht eines akustischen Bohrrohr-Telemetriesystems, wobei die elektronischen Einrichtungen des Systems am Schachtboden und an der Oberfläche in Blockschaltbildern dargestellt sind, Fig. 8 is a schematic view of an acoustic drill pipe telemetry system, with the electronic devices of the system at the shaft bottom and at the surface shown in block diagrams,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Verstärkereinrichtung des Telemetriesystems nach Fig. 8 und Fig. 9 is a block diagram of an amplifier device of the telemetry system according to Fig. 8 and

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Telemetrie- Systems nach den Fig. 8 und 9 bei Verwendung einer Vielzahl von Verstärkereinrichtungen und bei Durchführung einer Frequenzmischung. Fig. 10 is a schematic representation of the telemetry system according to Figs. 8 and 9 when using a plurality of amplifier devices and when performing frequency mixing.

Die vorstehend genannte Literaturstelle von Barnes und Kirkwood gibt theoretische Daten sowie eine theoretische Analyse eines Bohrrohrstrangs als akustisches Filter. Die Literaturstelle zeigt, daß der Bohrrohrstrang eine Anzahl von relativ schmalen Durchlaßbändern hat, die von breiteren Sperrbändern getrennt sind, in denen keine Schallübertragung erfolgen kann. Bei der obigen Erläuterung der zur Erfindung führenden Umstände hat es sich gezeigt, daß die theoretischen Daten dieser Literaturstelle nicht mit den Daten korrelieren, die aus Versuchen erhalten werden. Es wurden deshalb zusätzliche Versuche ausgeführt, um die Lösung des Problems der akustischen Übertragung in einem Bohrstrang zu erfassen.The above-mentioned Barnes and Kirkwood reference gives theoretical data and a theoretical analysis of a drill string as an acoustic filter. The reference shows that the drill string has a number of relatively narrow pass bands separated by wider stop bands in which no sound transmission can occur. In the above discussion of the circumstances leading to the invention, it has been shown that the theoretical data of this reference do not correlate with the data obtained from experiments. Additional experiments were therefore carried out to grasp the solution to the problem of acoustic transmission in a drill string.

Dabei wurde in Betracht gezogen, daß, wenn das Bohrrohr als eine abgestimmte Übertragungsleitung wirken soll, die in der Lage ist, bestimmte Frequenzen durchzulassen und andere zu sperren, diese Eigenschaft in einer Übergangsversuchsanalyse bestimmt werden kann, wie dies bei elektrischen Übertragungsleitungen ausgeführt wird. Ein Impulsversuch wurde so ausgelegt, daß ein starker Schallimpuls kurzer Dauer in das eine Ende eines Bohrgestängestrangs eingeführt wurde, der vertikal in einem Bohrloch aufgehängt war. Die Versuchsanordnung ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Das obere Ende des Rohrstrangs 11 trägt das Zapfenende 13 einer Gewindeverbindung mit einer Platte 15, die auf das obere Ende aufgeschweißt ist und eine in den Rohrstrang wirkende Schallkoppelung ist. Das untere Ende des Rohrstrangs ist in gleicher Weise in dem Ende 17 einer Gewindeverbindung aufgenommen, die eine Platte 19 an ihrem unteren Ende hat. An der Platte 19 ist eine Kammer befestigt, die von einem Abschnitt des Rohres 21 gebildet wird. An dem unteren Ende der Kammer ist eine Gewindekappe 23 angebracht, die eine O-Ringdichtung 25 aufweist. Ein herkömmlicher Kristallbeschleunigungsmesser 27, der direkt an der Platte 19 befestigt ist, erstreckt sich nach unten in die Kammer 21 und ist darin aufgenommen. Mit dem Ausgang des Kristalls 27 ist ein Vorverstärker 29 verbunden, der das Ausgangssignal des Kristalls, das einen relativ niedrigen Pegel hat, an den eine relativ niedrige Impedanz aufweisenden Eingang eines Bandkassettenaufzeichnungsgeräts 31 anpaßt, das ebenfalls in der Kammer 21 angeordnet ist. In dem Aufzeichnungsgerät wird ein Kassettenband mit einer Spieldauer von 60 min für eine Seite verwendet. Das Aufzeichnungsgerät wird an der Oberfläche eingeschaltet und auf dem Rohr in die Bohrung gefahren, so daß die gesamte Versuchszeitdauer von diesem Zeitpunkt an 60 min beträgt. Nach dem Erreichen einer Rohrtiefe von 95,4 m (313 ft) in der Bohrung wird der erste Schallübertragungsversuch ausgeführt. Eine Folge von Schallimpulsen wird dadurch erzeugt, daß ein Kugelhammer 33 stark gegen die Platte 15 am oberen Ende des Versuchsstrangs in der nachstehenden Weise geschlagen wird. Zunächst wird ein Impuls erzeugt. Dann läßt man mehrere Sekunden vergehen, ehe eine Folge von 10 Impulsen an der Platte erzeugt wird, die einen Abstand von 1 s haben. Wenn der Kugelhammer scharf geschlagen wird und zurückfedern kann, erzeugt er einen scharfen Impuls von weniger als 1 Millisekunde und mit einem relativ hohen Energiepegel. Nach der ersten Reihe von Impulsen werden zusätzliche Rohrabschnitte an den Strang angefügt, so daß das Aufzeichnungsgerät in einer Tiefe von 160,6 m angeordnet werden kann. Nach einem Anfangscode aus zwei Impulsen, die den zweiten Versuch kennzeichnen, wird die 10 Impulse umfassende Zählung wiederholt. Diese Maßnahmen werden in Tiefen von 180,1 m (1919 ft), 381,9 m (1253 ft) und 477,3 m (1566 ft) wiederholt. Dann ist soviel Zeit vergangen, daß das Band abgelaufen ist und keine zusätzlichen Werte erhalten werden können. Der Impulsversuch ergibt einen Impuls mit einer Energie bis zu einer maximalen Frequenz, die durch die Schärfe und Dauer des Impulses bestimmt wird. Wenn beispielsweise der Hammerimpuls eine Dauer von 1 Millisekunde hat, enthält der Impuls Energie, die alle Frequenzen von 0 bis 1000 Hz umfaßt. Die Kugelhammermethode der beschriebenen Versuche ergibt auch Frequenzen über 1000 Hz.It was considered that if the drill pipe is to act as a tuned transmission line capable of passing certain frequencies and blocking others, this property can be determined in a transient test analysis as is done for electrical transmission lines. A pulse test was designed by introducing a strong acoustic pulse of short duration into one end of a drill pipe string suspended vertically in a borehole. The test arrangement is shown schematically in Fig. 1. The upper end of the pipe string 11 carries the spigot end 13 of a threaded connection having a plate 15 welded to the upper end which is an acoustic coupler acting into the pipe string. The lower end of the pipe string is similarly received in the end 17 of a threaded connection having a plate 19 at its lower end. Attached to the plate 19 is a chamber formed by a section of pipe 21 . At the lower end of the chamber is mounted a threaded cap 23 having an O-ring seal 25. A conventional crystal accelerometer 27 , attached directly to the plate 19 , extends downward into the chamber 21 and is housed therein. Connected to the output of the crystal 27 is a preamplifier 29 which adapts the relatively low level output of the crystal to the relatively low impedance input of a tape cassette recorder 31 also located in the chamber 21. The recorder uses a cassette tape having a playing time of 60 minutes for one side. The recorder is turned on at the surface and run down the pipe into the borehole so that the total test time from that point is 60 minutes. After reaching a pipe depth of 95.4 m (313 ft) in the borehole, the first sound transmission test is carried out. A series of sound pulses is produced by striking a ball peen hammer 33 sharply against plate 15 at the top of the test string in the following manner. First one pulse is produced. Then several seconds are allowed to elapse before a series of 10 pulses are produced on the plate, spaced 1 second apart. If the ball peen hammer is struck sharply and allowed to spring back, it produces a sharp pulse of less than 1 millisecond and of a relatively high energy level. After the first series of pulses, additional pipe sections are added to the string so that the recorder can be located at a depth of 160.6 m. After an initial code of two pulses identifying the second test, the 10-pulse count is repeated. These measures are repeated at depths of 180.1 m (1919 ft), 381.9 m (1253 ft) and 477.3 m (1566 ft). Then enough time has passed that the tape has run out and no additional values can be obtained. The impulse test produces an impulse with energy up to a maximum frequency, which is determined by the sharpness and duration of the impulse. For example, if the hammer impulse has a duration of 1 millisecond, the impulse contains energy that includes all frequencies from 0 to 1000 Hz. The ball hammer method of the tests described also produces frequencies above 1000 Hz.

Nach der Aufzeichnung der Impulsdaten wird das Aufzeichnungsgerät durch Ziehen des Rohres wieder verfügbar. Nach der Aufzeichnung dieser Rohdaten auf dem Band beginnt das Problem der Datenanalyse. Das Schallsignal, das auf dem Kassettenband aufgezeichnet ist, liegt in einem "Zeitbereich", d. h., das auf dem Band aufgezeichnete Signal ist eine fortlaufende Aufzeichnung der Amplitude über der Zeit.After recording the pulse data, the recording device is switched off again by pulling the tube available. After recording this raw data on tape, the problem of data analysis begins. The sound signal recorded on the cassette tape is in a "time domain", that is, the signal recorded on the tape is a continuous recording of amplitude over time.

Um das Frequenzspektrum der Aufzeichnung analysieren zu können, ist es erforderlich, die Aufzeichnung durch den mathematischen Prozeß einer Fourier-Transformation in den Frequenzbereich umzusetzen. Dieser Prozeß ist zu kompliziert, als daß er von Hand vorgenommen werden könnte. Man benutzt dazu Hochgeschwindigkeitsdigitalrechner. Die "Zeitbereichs"-Daten müssen deshalb in Digitalform für die Eingabe in den Computer umgewandelt werden.In order to analyze the frequency spectrum of the recording, it is necessary to convert the recording into the frequency domain through the mathematical process of a Fourier transform. This process is too complicated to be done by hand and requires the use of high-speed digital computers. The "time domain" data must therefore be converted to digital form for input to the computer.

Seismische Datenverarbeitungsgeräte benutzen häufig die Technik der Fourier-Transformation. Somit stehen vielen geophysikalischen datenverarbeitenden Zentren die Geräte für die Digitalumwandlung und Analysierung seismischer Aufzeichnungen zur Verfügung. Bei der Verwendung dieser Einrichtungen zum Analysieren akustischer Daten besteht ein Problem darin, daß die seismischen Aufzeichnungen charakteristischer Weise Frequenzen nur im Bereich von 0 bis 100 Hz enthalten und wenig oder keine nutzbaren Daten über 100 Hz. Bei der digitalen Umformung von irgendwelchen Daten ist es erforderlich, daß das Zeitinkrement zwischen zwei Punkten der Digitalisierung kurz genug sein muß, um wenigstens zwei Punkte je vollständigem Zyklus mit der höchsten Frequenz der Aufzeichnung zu erzeugen, da sonst Fehler eingeführt würden, die später nicht korrigiert werden könnten. Geophysikalische Daten werden gewöhnlich alle 2 Millisekunden digitalisiert. Wenn irgendeine Frequenz einen Zyklus hat, der in weniger als 2 Digitalisierintervallen abgeschlossen ist, erhält man weniger als zwei Punkte auf einem Frequenzzyklus, so daß die Wellenform nicht adäquat beschrieben ist. Dieser Ja-Nein-Ja-Frequenzpegel wird als Nyquist-Frequenz bezeichnet und liegt bei den geophysikalischen Datenverarbeitungsgeräten bei 500 Hz. Um die Anzahl der Digitalwerte auf das Minimum zu reduzieren, das für die Aufzeichnung und zum Ausschließen jeder Möglichkeit einer Überschreitung der Nyquist-Frequenz erforderlich ist, werden bei allen seismischen Digitalisiergeräten die Eingangsdaten durch ein sehr scharfes Tiefpaßfilter geschickt, das so ausgelegt ist, daß alle Frequenzen über etwa 250 Hz vor der Digitalisierung ausgeschlossen werden. Da man erfindungsgemäß Durchlaßbereiche von bis zu 2500 Hz untersuchen möchte, muß diese Begrenzung infolge Frequenzfilterung ausgeschlossen werden. Eine andere Digitalisiermöglichkeit war nicht vorhanden. Eine spezielle Digitalisiereinrichtung für den erfindunsgemäßen Zweck konnte aus Kostengründen nicht gebaut werden. Es zeigte sich, daß die von den Schallimpulsen in der beschriebenen Situation gemachten Aufzeichnungen in den seismischen Frequenzbereich maßstabsmäßig übertragen werden können, indem die Impulse mit einer Bandgeschwindigkeit von 19,05 cm/s aufgezeichnet werden, wonach das Band mit 4,76 cm/s abgespielt wird und erneut eine Aufzeichnung auf dem Kassettenband vorgenommen wird. Mit diesem Verfahren werden alle Frequenzen auf dem ersten Band um den Faktor 4 reduziert. Dies ist jedoch noch nicht genug, um das 2500-Hz-Band unter die seismische Digitalisierungsgrenze von 250 Hz zu bringen. Deshalb wird die zweite Kassettenaufzeichnung mit einer Geschwindigkeit von 19,05 cm/s wieder aufgezeichnet und auf das Kassettenband sowohl mit 9,53 cm/s als auch mit 4,76 cm/s abgespielt, wodurch man zwei Sätze von Aufzeichnungen mit Gesamtfrequenzuntersetzungen von 8 : 1 bzw. 16 : 1 erhält. Die Digitalisierung und Verarbeitung bei beiden Bandgeschwindigkeiten ist erforderlich, da bei der Frequenzunterteilung von 16 : 1 die unteren interessierenden Frequenzen, unter 500 Hz, unterhalb des niederfrequenten Ansprechvermögens der Bandaufzeichnungsgeräte liegen, das etwa 30 Hz beträgt. Andererseits ist die Reduzierung von 8 : 1 nicht ausreichend, um den Bereich von 2500 Hz in den Durchlaßbereich des seismischen Digitalisierers zu bringen.Seismic data processing equipment frequently uses the Fourier transform technique. Thus, many geophysical data processing centers have at their disposal the equipment for digital conversion and analysis of seismic recordings. One problem with using these facilities to analyze acoustic data is that seismic recordings typically contain frequencies only in the range 0 to 100 Hz, with little or no useful data above 100 Hz. When digitally converting any data, it is required that the time increment between two points of digitization be short enough to produce at least two points per complete cycle at the highest frequency of the recording, otherwise errors would be introduced which could not be later corrected. Geophysical data are usually digitized every 2 milliseconds. If any frequency has a cycle that is completed in less than 2 digitizing intervals, fewer than two points on a frequency cycle will be obtained, so the waveform is not adequately described. This yes-no-yes frequency level is called the Nyquist frequency and is 500 Hz in geophysical data processing equipment. In order to reduce the number of digital values to the minimum required for recording and to exclude any possibility of exceeding the Nyquist frequency, all seismic digitizers send the input data through a very sharp low-pass filter designed to exclude all frequencies above about 250 Hz before digitization. Since the invention aims to examine passbands of up to 2500 Hz, this limitation must be eliminated by frequency filtering. There was no other digitization option available. A special digitizing device for the purpose of the invention could not be built for cost reasons. It was found that the recordings made from the sound pulses in the situation described can be scaled up to the seismic frequency range by recording the pulses at a tape speed of 19.05 cm/s, then playing the tape at 4.76 cm/s and making another recording on the cassette tape. This procedure reduces all frequencies on the first tape by a factor of 4. However, this is still not enough to bring the 2500 Hz band below the seismic digitization limit of 250 Hz. Therefore, the second cassette recording is re-recorded at a speed of 19.05 cm/s and played back on the cassette tape at both 9.53 cm/s and 4.76 cm/s, thus obtaining two sets of recordings with total frequency reductions of 8:1 and 16:1 respectively. Digitization and processing at both tape speeds is necessary because at the 16:1 frequency division the lower frequencies of interest, below 500 Hz, are below the low frequency response of the tape recorders, which is about 30 Hz. On the other hand, the 8:1 reduction is not sufficient to bring the 2500 Hz range into the passband of the seismic digitizer.

Mit den beschriebenen einfachen Maßnahmen ist es möglich, die Impulstestdaten in den seismischen Frequenzbereich zu verschieben und so zu digitalisieren, daß sie in den Frequenzbereich transformiert und mit herkömmlichen seismischen Datenverarbeitungsverfahren analysiert werden können, vorausgesetzt, daß ein geeigneter Frequenzvervielfacher für die verarbeiteten Daten benutzt wird, um den Verlangsamungsprozeß zu kompensieren. Dieser langwierige Prozeß wurde bei einer Reihe von Impulsversuchsaufzeichnungen angewendet, die während der oben beschriebenen Versuche gemacht wurden.By the simple measures described, it is possible to shift the impulse test data into the seismic frequency domain and digitize them so that they can be transformed into the frequency domain and analyzed using conventional seismic data processing techniques, provided that a suitable frequency multiplier is used for the processed data to compensate for the slowing down process. This lengthy process was applied to a number of impulse test recordings made during the tests described above.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wurde das Rechnerergebnis dieses Analyseprozesses in Form einer spektralen Energiedichte über einer Frequenzkurve für jede der fünf Tiefen ausgedruckt. Die Ergebnisse dieses analytischen Prozesses sind äußerst interessant. Selbst bei der geringen Tiefe von 95,4 m (313 ft) zeigen sich bevorzugte Frequenzdurchlaßbereiche in Form von Spitzen an den Kurven von Fig. 2. Wenn mehr Rohrstücke an den Strang angefügt werden, bis zum Maximum von 477,3 m (1566 ft), werden diese Durchlaßbereiche schärfer, die Übertragungen außerhalb dieser Bänder fallen nahezu auf Null ab.As can be seen in Fig. 2, the computer output of this analytical process was plotted as a spectral power density versus frequency curve for each of the five depths. The results of this analytical process are very interesting. Even at the shallow depth of 95.4 m (313 ft), preferred frequency passbands are evident as peaks on the curves of Fig. 2. As more pipe is added to the string, up to the maximum of 477.3 m (1566 ft), these passbands become sharper, with transmissions outside these bands dropping to almost zero.

Die Verfasser Barnes und Kirkwood der eingangs beschriebenen Literaturstelle hatten qualitativ in ihrer Voraussage recht, daß sich ein Bohrrohr wie ein mechanisches Filter verhält, das bestimmte Frequenzbänder durchläßt und andere Frequenzbänder sperrt. Fig. 3 zeigt einen Vergleich der von den Erfindern gemessenen Daten mit den theoretischen Daten von Barnes und Kirkwood für ein Bohrrohr von einer Länge von 9,45 m. Vergleicht man die theoretischen Bandpaßfrequenzen mit den gemessenen Daten des Impulstests, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, so sieht man, daß die Bandstellen gemäß der Literaturstelle von Barnes und Kirkwood nahezu gänzlich außer Phase zu den Meßdaten liegen. Dies gilt insbesondere für den Frequenzbereich von etwa 600 Hz bis 1500 Hz, der der bevorzugte Bereich für die akustische Telemetrie ist, d. h., in diesem Bereich fehlt nahezu jegliche Übereinstimmung zwischen der Vorhersage nach Barnes und Kirkwood und den Meßdaten. Es zeigt sich, daß im Bereich von 480 Hz bis 1740 Hz alle sperrenden Bänder bei den gemessenen Daten vollständig innerhalb der Durchlaßbereiche liegen, die nach Barnes und Kirkwood vorhergesagt werden. In gleicher Weise liegen die sperrenden Bänder nach Barnes und Kirkwood nahezu vollständig in den Durchlaßbereichen, wie sie bei den tatsächlichen Bohrrohrversuchen gemessen wurden. Da die Durchlaßbereiche in jedem Fall breiter als die benachbarten Sperrbänder sind, besteht notwendigerweise eine Überlappung der gemessenen und der theoretischen Durchlaßbereiche. Dies ist hinsichtlich der gänzlich fehlenden Übereinstimmung zwischen den gemessenen und berechneten sperrenden Bändern deutlich koinzident.The authors Barnes and Kirkwood of the reference described at the beginning were qualitatively correct in their prediction that a drill pipe behaves like a mechanical filter that passes certain frequency bands and blocks other frequency bands. Fig. 3 shows a comparison of the data measured by the inventors with the theoretical data of Barnes and Kirkwood for a drill pipe with a length of 9.45 m. If one compares the theoretical bandpass frequencies with the measured data of the impulse test, as shown in Fig. 3, one can see that the band points according to the Barnes and Kirkwood reference are almost completely out of phase with the measured data. This is especially true for the frequency range from about 600 Hz to 1500 Hz, which is the preferred range for acoustic telemetry, ie in this range there is almost no agreement between the prediction according to Barnes and Kirkwood and the measured data. It is found that in the range 480 Hz to 1740 Hz all the blocking bands in the measured data lie entirely within the passbands predicted by Barnes and Kirkwood. Similarly, the blocking bands according to Barnes and Kirkwood lie almost entirely within the passbands measured in the actual drill pipe tests. Since the passbands are in each case wider than the adjacent blocking bands, there is necessarily an overlap between the measured and theoretical passbands. This is clearly coincident in view of the complete lack of agreement between the measured and calculated blocking bands.

Wie man erwarten konnte, sind die Grenzen zwischen den durchlassenden und sperrenden Bändern nicht so scharf begrenzt wie nach der theoretischen Abhandlung von Barnes und Kirkwood. Dies ergibt sich eindeutig aus der beträchtlichen Dämpfung in den Randbereichen eines jeden Durchlaßbereiches. Obwohl nur fünf Durchlaßbereiche bei den gemessenen Daten deutlich identifizierbar waren, gibt es ein Muster in der Anordnung, das anzeigt, daß auch andere Durchlaßbereiche existieren. Die niedrigste Frequenz f A eines jeden Durchlaßbereiches läßt sich näherungsweise nach folgender Formel bestimmen: °=c:30&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;wobei n eine ganze Zahl ist und die Schallgeschwindigkeit v S in dem Bohrrohr 5318,8 m/sec beträgt. Die Grundfrequenz f A ist damit so bestimmt, daß eine Länge des Bohrrohrs die halbe Wellenlänge bei dieser Frequenz ist. Die mittlere Verbindungslänge des verwendeten Bohrrohrs beträgt 9,39 m (30,8 ft) ausschließlich des Gewindes. Somit ergibt sich nach der vorstehenden Gleichung eine Grundfrequenz von
f A = @W:5318,8¤m/s:2ó9,39¤m&udf54; = 283 Hz .
Man sieht, daß die unteren Frequenzenden der fünf Durchlaßbereiche, wie sie in den Versuchen bestimmt wurden, sehr nahe an das 1-, 2-, 3-, 4- und 5fache dieser Frequenz fallen.
As might be expected, the boundaries between the pass and block bands are not as sharply defined as in the theoretical paper by Barnes and Kirkwood. This is clearly evident from the considerable attenuation in the edges of each pass band. Although only five pass bands were clearly identifiable in the measured data, there is a pattern in the arrangement which indicates that other pass bands also exist. The lowest frequency f A of each pass band can be approximately determined by the following formula: °=c:30&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54;&udf53;vu10&udf54;where n is an integer and the speed of sound v S in the drill pipe is 5318.8 m/sec. The fundamental frequency f A is thus determined such that one length of the drill pipe is half the wavelength at this frequency. The average connection length of the drill pipe used is 9.39 m (30.8 ft) excluding the thread. This results in a fundamental frequency of
f A = @W:5318.8¤m/s:2ó9.39¤m&udf54; = 283 Hz.
It can be seen that the lower frequency ends of the five passbands determined in the experiments fall very close to 1, 2, 3, 4 and 5 times this frequency.

Im Hinblick auf dieses wiederauftretende Muster ist es klar, daß auch ein unteres Übertragungsband mit einer Ausgangsfrequenz von 0×283 Hz existieren muß. Dieses Band erstreckt sich bis 0 Hz, da klar ist, daß das Bohrrohr "Gleichstrom"-Verschiebungen ohne Dämpfung überträgt. Dieser "fundamentale" Durchlaßbereich geht in der Analyse wegen der Teilung der Frequenz durch 8 oder 16, wie dies vorstehend erläutert wurde, verloren. Auch eine Teilung durch 8 würde die geeignete Mittenfrequenz dieses untersten Durchlaßbereichs bei 17 Hz plazieren, was weit unter dem unteren Frequenzansprechvermögen des Kassetten-Bandaufzeichnungsgerätes liegt, das für diesen Zweck verwendet wurde. Es ist auch zu erwarten, daß Übertragungsbänder bei höheren Mehrfachen als dem 5fachen der Grundfrequenz auftreten. Diese Übertragungsbänder sind schwächer, da die natürliche Dämpfung mit zunehmender Frequenz steigt.In view of this recurring pattern, it is clear that a lower transmission band must also exist with an output frequency of 0x283 Hz. This band extends to 0 Hz since it is clear that the drill pipe transmits "DC" displacements without attenuation. This "fundamental" passband is lost in the analysis because of the division of the frequency by 8 or 16 as explained above. Even division by 8 would place the appropriate center frequency of this lowest passband at 17 Hz, which is well below the lower frequency response of the cassette tape recorder used for this purpose. It is also expected that transmission bands will occur at higher multiples than 5 times the fundamental frequency. These transmission bands are weaker since the natural attenuation increases with increasing frequency.

Bei einem gesonderten Versuch konnte eine zufriedenstellende Übertragung bis zu einer Tiefe von 110 m (700 ft) bei Verwendung einer Frequenz von 2304 Hz festgestellt werden, die in dem Durchlaßbereich mit der niedrigsten Frequenz von 2264 Hz entsprechend dem 8fachen von 283 Hz liegt.In a separate test, satisfactory transmission was observed down to a depth of 110 m (700 ft) using a frequency of 2304 Hz, which is in the passband with the lowest frequency of 2264 Hz, corresponding to 8 times 283 Hz.

Die Breite der Durchlaßbänder ist etwas ungenau, da anstatt einer scharfen Grenze, wie sie bei der Definition von Durchlaßbereichen vorhanden ist, ein allmählicher Abfall auftritt. In jedem Fall liegt der bevorzugte Arbeitsbereich in einem 150-Hz-Band, das 20 Hz über der Ausgangsfrequenz f A eines jeden Durchlaßbereichs, berechnet nach der obigen Formel beginnt. Der 20-Hz-Abstand des Bandes spart die Flanken aus, die an den Rändern der Durchlaßbereiche auftreten. Selbstverständlich läßt sich die Telemetrie in diesem Flankenbereich ausführen, es stellt sich jedoch in dem 150-Hz-Band oberhalb dieses Abstands eine geringe Dämpfung ein. Infolge der geringeren Dämpfung bei den niedrigeren Frequenzen sind die unteren Frequenzdurchlaßbereiche etwas breiter. Deshalb kann eine bestimmte Übermittlung jeweils plus oder minus 100 Hz von der Zentralfrequenz erwartet werden, während Durchlaßbereiche über 2000 Hz schmaler sein können.The width of the passbands is somewhat imprecise because there is a gradual roll-off rather than a sharp boundary as is present in the definition of passbands. In any case, the preferred operating range is in a 150 Hz band starting 20 Hz above the output frequency f A of each passband calculated by the formula above. The 20 Hz spacing of the band eliminates the slopes that occur at the edges of the passbands. Of course, telemetry can be carried out in this slope range, but there is a little attenuation in the 150 Hz band above this distance. Due to the less attenuation at the lower frequencies, the lower frequency passbands are somewhat wider. Therefore, a certain transmission can be expected plus or minus 100 Hz from the center frequency, while passbands above 2000 Hz can be narrower.

Die Lage der Anfangsfrequenz eines jeden Durchlaßbereiches ist nicht fest, sondern eine Funktion der Länge der einzelnen Verbindungen des Bohrrohrs. Die Lagen der Anfangsfrequenz, die oben dargelegt sind, sind für die üblichen Bohrrohrlängen, wie sie in der Erdölindustrie verwendet werden, genau, d. h. für Längen von 9,6 m (31,5 ft) einschließlich der Gewindeverbindungen. Bei einigen Bohrinseln im Meer werden Bohrrohre mit einer Länge von 13,7 m (45 ft) verwendet. Bei solchen Bohranlagen ergibt sich eine Verschiebung der Übertragungsfrequenz, weil es nicht einen Satz von Frequenzen gibt, der sowohl für 9,6 m als auch 13,7 m lange Rohre optimal ist. Für Rohre mit einer Länge von 13,7 m liegt die Grundfrequenz bei 196 Hz. Die Frequenz für die Durchlaßbereiche sind ein Mehrfaches dieser Frequenz. Nimmt man an, daß die bevorzugten Durchlaßbereiche in den Bereich von 500 Hz bis 1500 Hz fallen, bilden die entsprechenden 3-, 4-, 5-, 6-, 7- bis 8fachen von 196 Hz das untere Ende der Durchlaßbereiche bei Frequenzen von 588, 784, 980, 1176, 1372 bzw. 1568 Hz.The location of the initial frequency of each passband is not fixed but is a function of the length of the individual joints of the drill pipe. The initial frequency locations given above are accurate for the typical drill pipe lengths used in the petroleum industry, i.e., 9.6 m (31.5 ft) including threaded joints. Some offshore drilling rigs use 13.7 m (45 ft) drill pipe. In such rigs, the transmission frequency shifts because there is no one set of frequencies that is optimal for both 9.6 m and 13.7 m pipes. For 13.7 m pipes, the fundamental frequency is 196 Hz. The frequencies for the passbands are multiples of this frequency. Assuming that the preferred passbands fall in the range of 500 Hz to 1500 Hz, the corresponding 3, 4, 5, 6, 7, and 8 times of 196 Hz form the lower end of the passbands at frequencies of 588, 784, 980, 1176, 1372, and 1568 Hz, respectively.

Analysiert man die fehlende Übereinstimmung zwischen der theoretischen Analyse für die Bohrrohr-Übertragungsdurchlaßbereiche nach Barnes und Kirkwood und den gemessenen Daten der Impulsversuche, so ergibt sich eine Diskrepanz zwischen den theoretischen Vorhersagen und den Meßdaten durch Vergleich des Intervalls zwischen den Zentralfrequenzen benachbarter Durchlaßbereiche. Bei den gemessenen Versuchsdaten beträgt dieses Intervall 270 Hz für ein Rohr von 9,6 m, während das entsprechende Intervall nach Berechnung aufgrund der theoretischen Analyse 310 Hz beträgt. Wenn man eine Erklärung für diese Differenz sucht, so findet man, daß Barnes und Kirkwood einen Faktor von 6000 m/s für die Schallgeschwindigkeit in dem Bohrrohr benutzten. Dies ist die üblicherweise angenommene Geschwindigkeit für Baustahl in einer Form, in der alle Abmessungen im wesentlichen gleich sind. Es ist jedoch bekannt, daß die Schallgeschwindigkeit in langen dünnen Stäben beträchtlich niedriger ist und etwa 5200 m/s beträgt. Setzt man diesen Wert für die Schallgeschwindigkeit in die Gleichungen von Barnes und Kirkwood für die Druckwellen ein, so erhält man die in Fig. 4 gezeigten Ergebnisse. Ein Vergleich dieser beiden Kurven zeigt, daß das Intervall zwischen den Zentralfrequenzen der Übertragungsbänder nahezu das gleiche ist. Die gemessenen und theoretischen Daten stimmen jedoch noch darin nicht überein, daß eine große horizontale Verschiebung bezüglich der Position der Zentralfrequenz der Durchlaßbereiche besteht. Diese Verschiebung reicht aus, daß die Sperrbänder der theoretischen Daten die Breite eines jeden der gemessenen Durchlaßbereiche nahezu bis zur Hälfte überdecken. Es wurde kein Weg gefunden, die Parameter nach dem Modell von Barnes und Kirkwood so zu berichtigen, daß dieser Fehler beseitigt wird. Diese Tatsache führte zusammen mit den Messungen des Versuchsprogramms zu dem Schluß, daß das Modell des Bohrrohrverhaltens, wie es den theoretischen Daten zugrunde liegt, einen fundamentalen Fehler aufweist.Analyzing the discrepancy between the theoretical analysis of the drill pipe transmission passbands according to Barnes and Kirkwood and the measured data from the impulse tests, a discrepancy between the theoretical predictions and the measured data is found by comparing the interval between the center frequencies of adjacent passbands. In the measured test data this interval is 270 Hz for a pipe of 9.6 m, while the corresponding interval calculated from the theoretical analysis is 310 Hz. In seeking an explanation for this difference, it is found that Barnes and Kirkwood used a factor of 6000 m/s for the speed of sound in the drill pipe. This is the speed usually assumed for structural steel in a form in which all dimensions are substantially the same. However, it is known that the speed of sound in long thin bars is considerably lower and is about 5200 m/s. Inserting this value for the speed of sound into the Barnes and Kirkwood equations for the pressure waves, the results shown in Fig. 4 are obtained. A comparison of these two curves shows that the interval between the central frequencies of the transmission bands is almost the same. However, the measured and theoretical data still do not agree in that there is a large horizontal shift with respect to the position of the central frequency of the passbands. This shift is sufficient for the stop bands of the theoretical data to cover almost half the width of each of the measured passbands. No way has been found to correct the parameters according to the Barnes and Kirkwood model in such a way as to eliminate this error. This This fact, together with the measurements of the test program, led to the conclusion that the model of drill pipe behavior underlying the theoretical data contains a fundamental error.

Das Modell des Bohrrohrs nach Barnes und Kirkwood besteht aus einem Bohrrohrlängenstück gleichmäßigen Querschnitts, das unter Verwendung von Verschweißverbindern mit beträchtlich größerem Querschnitt hergestellt wird. Bei diesem Modell sind diese Verbinder viel steifer als das Rohr. Diese sich in regelmäßigem Abstand wiederholende Diskontinuität in der Steifigkeit ergibt das Muster der Übertragungs- und Sperrbänder, das die theoretischen Daten vorhersagen. Obwohl der deutlich erkennbare Unterschied zwischen den Verschweißverbindern und dem Rohr die Steigerung in Größe und Masse ist, besteht ein weiterer Unterschied darin, daß der Verbinder eine Gewindeverbindung enthält. Die akustischen Eigenschaften der Gewindeverbindung sind sehr schwierig zu analysieren. Es scheint so, daß die Gewindeverbindung den Verbinder anstatt steifer eher nachgiebiger als das Bohrrohr macht. Ein Grund für die Annahme, daß anstelle des zusätzlichen Metalls das Gewinde der einflußausübende Faktor ist, ergibt sich aus Versuchsergebnissen an stark verschlissenen Bohrrohren. Vor der Feststellung der richtigen Lage der Durchlaßbereiche gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren wurden viele Versuche bei 960 Hz ausgeführt, also bei einer Frequenz, die dem unteren Rand eines gemessenen Durchlaßbereichs entspricht. Wenn sich das Rohr in einem guten Zustand befand, zeigten die Versuche, daß bei dieser Frequenz häufig eine zufriedenstellende Übertragung erreicht werden konnte. Wenn sich ein starker Verschleiß bei dem Rohr zeigte, waren die Ergebnisse gleichbleibend negativ. Die beiden deutlichsten Wirkungen des Verschleißes an Rohrverbindern sind eine merkliche Reduzierung des Außendurchmessers des Verbinders und eine Zunahme des Spiels der Gewindeverbindung. Der Außendurchmesser der Verbinder, der beträchtlich größer ist als der des Bohrrohrs selbst, wird durch die Rotation des Rohres in Kontakt mit den Wänden des Bohrschachts während des Bohrens reduziert. Wenn das zusätzliche Metall des Rohrverbinders bei dem Sperren bestimmter Frequenzen der ausschlaggebende Faktor sein würde, müßte man erwarten, daß ein selektives Entfernen des Metalls von den Rohrverbindungen diesen Effekt reduzieren und bei allen Frequenzen eine nahezu konstante Übertragung ergeben würde. Wenn andererseits die größere Nachgiebigkeit in dem Gewinde der ausschlaggebende Faktor wäre, wäre zu erwarten, daß der Gewindeverschleiß die Nachgiebigkeit erhöhen würde. Dadurch würden die Grenzen der Durchlaßbereiche schärfer und die Sperrung bei anderen Frequenzen größer. Versuchsdaten zeigen deutlich, daß die letztere Erklärung den wahren Zuständen näherkommt als die erstere. Aufgrund dieser Ergebnisse und zur Bestätigung der aus diesen Versuchen entwickelten Theorie hat man ein Computerprogramm geschrieben, um die Eigenschaften des Bohrrohrstrangs zu analysieren, bei welchem die Verbindungsstellen nachgiebiger als der Rohrkörper sind. Da kein Weg bekannt ist, um die relative Nachgiebigkeit des Rohrverbinders und des Rohres zu berechnen, führte man diese Größe als eine der Variablen in das Programm ein. Fig. 5 zeigt einen Vergleich der Meßwerte mit den Computervoraussagen bei zwei verschiedenen Nachgiebigkeitsverhältnissen bzw. bei zwei verschiedenen Verhältnissen reziproker Steifigkeit. Bei dem Nachgiebigkeitsverhältnis von 2 : 1 stimmen Größe und Stelle der Übertragungsbänder ziemlich gut mit den Versuchsdaten überein. Bei einem Nachgiebigkeitsverhältnis von 10 : 1 werden die Übertragungsbänder viel schmaler. Tatsächlich sind sie für die praktische Telemetrie mit Mehrfachverstärkern zu schmal. Dies bestätigt in der Theorie die früheren Beobachtungen, daß stark verschlissene Gewinde die Übertragung bei Frequenzen in der Nähe des Randes des Übertragungsbandes unterbinden. Ein Rohr, dessen Gewindegänge um das 10fache nachgiebiger als der Rohrkörper sind, kann sich während des Bohrvorgangs mechanisch nicht selbst abstützen, so daß es unwahrscheinlich ist, daß diese Extremsituation in der Praxis auftritt.The Barnes and Kirkwood model of drill pipe consists of a length of drill pipe of uniform cross-section made using welded joints of considerably larger cross-section. In this model, these joints are much stiffer than the pipe. This periodically repeated discontinuity in stiffness produces the pattern of transmission and barrier bands predicted by the theoretical data. Although the most obvious difference between the welded joints and the pipe is the increase in size and mass, another difference is that the joint includes a threaded joint. The acoustic properties of the threaded joint are very difficult to analyze. It appears that the threaded joint makes the joint more compliant than the drill pipe rather than stiffer. One reason for believing that the thread, rather than the additional metal, is the influencing factor comes from test results on heavily worn drill pipe. Before determining the correct position of the passbands according to the method described above, many tests were carried out at 960 Hz, a frequency corresponding to the lower end of a measured passband. When the pipe was in good condition, the tests showed that satisfactory transmission could often be achieved at this frequency. When the pipe showed severe wear, the results were consistently negative. The two most obvious effects of wear on pipe joints are a noticeable reduction in the outside diameter of the joint and an increase in the play of the threaded joint. The outside diameter of the joints, which is considerably larger than that of the drill pipe itself, is reduced by the rotation of the pipe in contact with the walls of the well during drilling. If the extra metal of the pipe joint were the determining factor in blocking certain frequencies, one would expect that selective removal of metal from the pipe joints would reduce this effect and give nearly constant transmission at all frequencies. On the other hand, if the greater compliance in the thread were the determining factor, thread wear would be expected to increase the compliance, making the passband boundaries sharper and the cutoff at other frequencies greater. Experimental data clearly show that the latter explanation is closer to the true conditions than the former. Based on these results and to confirm the theory developed from these experiments, a computer program was written to analyze the properties of drill pipe string in which the joints are more compliant than the pipe body. Since no way is known to calculate the relative compliance of the pipe joint and the pipe, this quantity was introduced as one of the variables in the program. Fig. 5 shows a comparison of the measured values with the computer predictions at two different compliance ratios and at two different reciprocal stiffness ratios. At the compliance ratio of 2:1, the size and location of the transmission bands agree fairly well with the experimental data. At a compliance ratio of 10:1, the transmission bands become much narrower. In fact, they are too narrow for practical telemetry with multiple amplifiers. This confirms in theory the earlier observations that severely worn threads prevent transmission at frequencies near the edge of the transmission band. A pipe with threads 10 times more compliant than the pipe body cannot mechanically support itself during drilling, so this extreme situation is unlikely to occur in practice.

Es hat sich gezeigt, daß bei Anwendung einer den tatsächlichen Verhältnissen besser entsprechenden Schallgeschwindigkeit im Bohrrohr, beispielsweise von 5200 m/s, und unter Einbeziehung der Tatsache, daß die Gewindeverbindung der Rohrverbindungsstelle nachgiebiger und nicht steifer als das Bohrrohr ist, und bei Einsatz dieser Unterschiede in die mathematische Gleichung nach Barnes und Kirkwood Daten erhalten werden, die zu einer besseren Übereinstimmung der theoretischen Daten und der Versuchsdaten führen. Dieser Vergleich ist in Fig. 6 gezeigt. Obwohl es bekannt ist, daß die Gewindegänge der Rohrverbinder in einem Rohrstrang nachgiebiger als das Bohrrohr sind, kann nicht berechnet werden, um wieviel nachgiebiger sie sind. Um deshalb ein Modell für den Computer zu erhalten, wurde eine Anzahl von Verhältnissen eingesetzt. Durch Ausprobieren wurde gefunden, daß ein Nachgiebigkeitsverhältnis von 7 : 1 eine Bandbreite ergibt, die mit den Versuchsdaten recht gut übereinstimmt. Gemäß Fig. 2 kann die Schwierigkeit abgeschätzt werden, eine genaue Bandbreite aus den Versuchsdaten herauszunehmen, da die Amplitude auf beiden Enden eines jeden Bandes allmählich abfällt. Es gibt deshalb einen beträchtlichen Fehlerrandbereich in dem Nachgiebigkeitsverhältnis von 7 : 1. Dieses Verhältnis ändert sich ohne Zweifel mit dem Alter des Rohrs. Die Gewindegänge des Rohrs werden infolge des Verschleißes nachgiebiger, während sich die Steifigkeit des Rohrkörpers nicht wesentlich ändert. Bei den vorgenommenen Berechnungen wurde die Schallgeschwindigkeit um einen Betrag von 122 m/s (400 ft/s) nach oben verschoben. Diese Maßnahme wurde getroffen, um die berechneten Durchlaßbereiche so abzustimmen, daß sie mit den Meßdaten optimal übereinstimmen. Diese Änderung beträgt nur 2% gegenüber dem Handbuchwert für die Schallgeschwindigkeit in langen dünnen Stäben. Die Änderung geht in Richtung der Schallgeschwindigkeit in einem massiven Stahlkörper. Es ist nicht bekannt, ob diese Differenz einen tatsächlichen Unterschied in der Schallgeschwindigkeit im Rohr verglichen mit dünnen Stäben widerspiegelt oder ob sie einen Fehler bei den Daten anzeigt. Ein Fehler in den Daten von 2% ist im Hinblick auf die mehrfachen Aufnahmeprozesse sehr wohl möglich, die erforderlich sind, um die Meßdaten dem seismischen Datenauswertungsgerät anzupassen, das zum Analysieren der Frequenzanordnung verwendet wird.It has been found that by using a more realistic sound velocity in the drill pipe, say 5200 m/s, and taking into account the fact that the threaded joint of the pipe joint is more compliant and not stiffer than the drill pipe, and by using these differences in the mathematical equation of Barnes and Kirkwood, data can be obtained which give a better agreement between the theoretical and experimental data. This comparison is shown in Fig. 6. Although it is known that the threads of the pipe joints in a pipe string are more compliant than the drill pipe, it is not possible to calculate how much more compliant they are. Therefore, in order to obtain a model for the computer, a number of ratios were used. By trial and error it was found that a compliance ratio of 7:1 gives a range which agrees fairly well with the experimental data. From Fig. 2, the difficulty of extracting an accurate bandwidth from the test data can be appreciated, since the amplitude gradually falls off at both ends of each band. There is therefore a considerable margin of error in the compliance ratio of 7:1. This ratio undoubtedly changes with the age of the pipe. The threads of the pipe become more compliant as a result of wear, while the stiffness of the pipe body does not change significantly. In the calculations made, the speed of sound was shifted upward by an amount of 122 m/s (400 ft/s). This measure was taken to adjust the calculated passbands to best agree with the measured data. This change is only 2% from the handbook value for the speed of sound in long thin rods. The change is in the direction of the speed of sound in a solid steel body. It is not known whether this difference reflects a real difference in the speed of sound in the pipe compared with thin rods or whether it indicates an error in the data. An error in the data of 2% is quite possible in view of the multiple acquisition processes required to adapt the measurement data to the seismic data processing equipment used to analyze the frequency array.

Wenn man mit dem Computermodell zur Bestimmung des optimalen Nachgiebigkeitsverhältnisses arbeitet, ergeben sich interessante und überraschende Feststellungen. Wie erwartet, macht eine Steigerung des Nachgiebigkeitsverhältnisses die Durchlaßbereiche schmaler, es ist jedoch überraschend, daß die Änderung gänzlich im hohen Ende eines jeden Durchlaßbereiches liegt. Das niedrige Ende ändert sich überhaupt nicht. Dies sieht man, wenn man die gestrichelten Linien in Fig. 6 für ein Nachgiebigkeitsverhältnis von 20 : 1 mit den ausgezogenen Linien für ein Verhältnis von 7 : 1 vergleicht. Es zeigt sich, daß die Grenze für die niedrigste Frequenz eines jeden Durchlaßbereiches genau auf ein Vielfaches einer Frequenz fällt, für die die Länge eines verbundenen Bohrrohrs einer halben Wellenlänge entspricht. Diese Frequenz kann folgendermaßen berechnet werden:
Grundfrequenz = @W:5318,8¤m/s:2ó9,39¤m&udf54; = 283 Hz ,
wobei 5318,8 m/s die Schallgeschwindigkeit und 9,39 m die Länge des Rohres ausschließlich des Gewindes ist. Man stellt fest, daß die aufeinanderfolgenden Durchlaßbereiche bei Frequenzen beginnen, die das 0-, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- usw. -fache dieser Frequenz sind. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ändert sich dieser Niederfrequenz- Endpunkt nicht mit dem Nachgiebigkeitsverhältnis. Es verschiebt sich lediglich das hohe Frequenzende, wenn sich das Nachgiebigkeitsverhältnis ändert.
When using the computer model to determine the optimum compliance ratio, interesting and surprising findings emerge. As expected, increasing the compliance ratio narrows the passbands, but it is surprising that the change is entirely in the high end of each passband. The low end does not change at all. This can be seen by comparing the dashed lines in Fig. 6 for a compliance ratio of 20:1 with the solid lines. lines for a ratio of 7:1. It is found that the lowest frequency limit of each passband falls exactly on a multiple of a frequency for which the length of a connected drill pipe corresponds to half a wavelength. This frequency can be calculated as follows:
Fundamental frequency = @W:5318.8¤m/s:2ó9.39¤m&udf54; = 283 Hz,
where 5318.8 m/s is the speed of sound and 9.39 m is the length of the pipe excluding the threads. It is noted that the successive passbands begin at frequencies that are 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, etc. times this frequency. As shown in Fig. 6, this low frequency end point does not change with compliance ratio. Only the high frequency end shifts as the compliance ratio changes.

Fig. 7 zeigt den Einfluß der Bohrrohrlänge auf die Position und Breite der berechneten Durchlaßbereiche. Die unterste erste Kurve von Fig. 7 gilt für ein Bohrrohr mit einer Länge von 9,5 m (31,3 ft). Die zweite Kurve für 9,1 m (30,0 ft) wurde als wahrscheinliche untere Längengrenze für Normbohrrohre angenommen. Die dritte Kurve gilt für ein Bohrrohr von einer Länge von 13,7 m (45,0 ft), wie es manchmal bei Bohranlagen in küstennahen Gewässern verwendet wird. Interessant ist die Feststellung der Position von 860 Hz auf der ersten und zweiten Kurve hinsichtlich der fehlerhaften Dämpfungswerte, die sich für diese Frequenz ergeben haben. Für ein Bohrrohr mit einer Länge von 9,5 m liegt die Frequenz von 860 Hz sicher innerhalb des Durchlaßbereichs. Für ein Bohrrohr mit einer Länge von 9,1 m hat sich die untere Grenze des Bandes auf 890 Hz verschoben. Es kann sein, daß ein sogenanntes schlechtes Rohr der früheren Versuche, welches eine starke Dämpfung bei 860 Hz aufwies, tatsächlich nur ein "kurzes" Rohr war. Fig. 7 shows the influence of the drill pipe length on the position and width of the calculated passbands. The lowest first curve of Fig. 7 is for a drill pipe with a length of 9.5 m (31.3 ft). The second curve for 9.1 m (30.0 ft) was assumed to be the probable lower length limit for standard drill pipe. The third curve is for a drill pipe with a length of 13.7 m (45.0 ft) as is sometimes used on drilling rigs in near-shore waters. It is interesting to note the position of 860 Hz on the first and second curves in view of the erroneous attenuation values that have resulted for this frequency. For a drill pipe with a length of 9.5 m, the frequency of 860 Hz is safely within the passband. For a drill pipe with a length of 9.1 m, the lower limit of the band has shifted to 890 Hz. It may be that a so-called bad tube from the earlier tests, which showed a strong attenuation at 860 Hz, was actually just a "short" tube.

In Fig. 8 ist schematisch ein Telemetriesystem für die erfindungsgemäßen Zwecke gezeigt. Dabei ist ein Bohrrohrstrang 35 in einer Bohrung aufgehängt und hat eine Vielzahl von nicht gezeigten Rohrabschnitten, die durch Gewinderohrverbindungen in herkömmlicher Weise verbunden sind. Fig. 8 shows a schematic of a telemetry system for the purposes of the invention. A drill pipe string 35 is suspended in a borehole and has a plurality of pipe sections (not shown) which are connected by threaded pipe connections in a conventional manner.

In dem Rohrstrang ist in gleichförmigen Abständen eine Reihe von schematisch gezeigten Verstärkern 37 installiert. Die Funktion eines jeden Verstärkers besteht ganz allgemein darin, ein akustisches Signal aus dem Bohrrohrstrang aufzunehmen bzw. zu empfangen, es zu verstärken und als akustisches Signal wieder längs des Rohres weiter zu übermitteln.A series of amplifiers 37 , shown schematically, are installed at regular intervals in the tubing string. The function of each amplifier is generally to pick up or receive an acoustic signal from the drill pipe string, amplify it and transmit it further along the pipe as an acoustic signal.

Ein Sensor 39 zur Festhaltung eines Bohrschachtparameters gibt ein Analogsignal, das mittels eines Analog- Digital-Wandlers 41 in ein digital codiertes Signal umgewandelt wird. Ein Beispiel für einen derartigen Sensor ist eine Vorrichtung zum Bestimmen der Ausrichtung eines Bohrlochs unter Verwendung eines Luftspalt-Steuerwerkzeugs. Das Signal kann auch in Form von Impulsbreitendaten erzeugt werden, die ebenfalls in digitale Daten für die Übermittlung in dem System umgewandelt werden. Das vom Sensor erzeugte Signal wird immer in einen Analog-Digital-Wandler geführt, der die analogen Spannungen in ein codiertes Digitalsignal unter Verwendung von "1" und "0" für alle Informationsübermittlungen umwandelt. Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 41 wird einem Schieberegister 43 zugeführt, welches das digitale Signal empfängt und die zu übermittelnde Information in einer zeitlich abgestimmten Folge in Verbindung mit einem Taktsteuermechanismus 45 abgibt. Der Ausgang des Schieberegisters ist mit einem Schalter 47 verbunden, der von einem Oszillator 49 betätigt wird, der seinerseits mit der gewünschten Übertragunsfrequenz betätigt wird, die innerhalb der vorstehend beschriebenen Durchlaßbereiche liegt. Das Ausgangsmaterial des A/D-Wandlers 41 und des Schieberegisters 43 ist entweder "Ein" oder "Aus" entsprechend der Digitalcodierung "1" oder "0". Wenn "Ein" oder "1" vom Schieberegister kommt, wird der Schalter so betätigt, daß das Ausgangssignal des Oszillators zu einem Leistungsverstärker 51geführt wird, der seinerseits die Leistung des Oszillatorsignals verstärkt. Das verstärkte Signal wird einer Schallquelle 53 zugeführt. Die Schallquelle ist eine elektromechanische Einrichtung, welche die elektrische Energie in akustische Energie umsetzt, die dann dem Bohrrohr aufgegeben wird. Eine solche Schallquelle kann eine Einrichtung mit einer festgelegten Frequenz oder eine kristallgesteuerte Einrichtung sein. Eine Art einer solchen Schallquelle verwendet eine Spule, die bei Erregung durch elektrische Energie mit beispielsweise 920 Hz in der Spule in Längsrichtung eine Stange mit einer Frequenz von 920 Hz oszillieren läßt. Diese Bewegung wird in das Rohr gerichtet, um eine Druckwelle mit einer Frequenz von 920 Hz zu erzeugen. Die analogen Daten, die von dem Detektor aufgenommen wurden, werden also in einen Binärcode umgewandelt, der wiederum in einen akustischen Ton umgesetzt wird, der nur dann übertragen wird, wenn "1" oder "Ein" bei der Datenangabe erscheint. Diese Übertragung des Tons gilt für einen festgelegten Zeitraum und innerhalb einer taktgesteuerten Folge, um eine Decodierung an der Oberfläche mittels eines angepaßten taktgesteuerten Decodiermechanismus zu decodieren.A wellbore parameter sensor 39 outputs an analog signal which is converted to a digitally encoded signal by an analog-to-digital converter 41. An example of such a sensor is a device for determining the orientation of a wellbore using an air gap control tool. The signal may also be generated in the form of pulse width data which is also converted to digital data for transmission in the system. The signal generated by the sensor is always fed to an analog-to-digital converter which converts the analog voltages to an encoded digital signal using "1"s and "0"s for all information transmissions. The output of the A/D converter 41 is fed to a shift register 43 which receives the digital signal and outputs the information to be transmitted in a timed sequence in conjunction with a timing control mechanism 45 . The output of the shift register is connected to a switch 47 which is operated by an oscillator 49 which in turn is operated at the desired transmission frequency which is within the passbands described above. The output of the A/D converter 41 and the shift register 43 is either "on" or "off" according to the digital encoding "1" or "0". When "on" or "1" comes from the shift register, the switch is operated so that the output signal of the oscillator is fed to a power amplifier 51 which in turn amplifies the power of the oscillator signal. The amplified signal is fed to a sound source 53. The sound source is an electromechanical device which converts the electrical energy into acoustic energy which is then applied to the drill pipe. Such a sound source can be a fixed frequency device or a crystal controlled device. One type of sound source uses a coil which, when energized by electrical energy at, say, 920 Hz, causes a rod to oscillate lengthwise at a frequency of 920 Hz in the coil. This motion is directed into the tube to produce a pressure wave at a frequency of 920 Hz. The analog data received by the detector is thus converted into a binary code, which in turn is converted into an acoustic tone which is transmitted only when "1" or "on" appears in the data. This transmission of the tone is for a fixed period of time and within a clocked sequence to decode a decoding at the surface by means of an adapted clocked decoding mechanism.

Ein Taktsteuersystem, das sich für die erfindungsgemäßen Zwecke eignet, kann folgendermaßen arbeiten: Die für jedes Datenbit zulässige Zeit beträgt 200 Millisekunden. Wenn "1" übermittelt wird, ist das Signal 100 ms eingeschaltet, die restlichen 100 ms dienen für das Abklingen im Rohr. Wenn das nächste Digit ebenfalls "1" ist, wird das Signal wieder 100 ms übertragen, während 100 ms abgeschaltet ist. Wenn das nächste Signal "0" oder "Aus" ist, wird kein Signal durchgeführt, so daß es 200 ms ruhig ist. Damit man eine Bezugszeit hat, verwendet man ein Synchronsignal. Ein solches Schema ermöglicht 8 Bits für ein Wort, so daß die 200-ms- Intervalle achtmal wiederholt werden, die neunte Stelle hat dann die Form eines Paritätsbits. Die Logikschaltung ist so ausgelegt, daß, wenn sich die "1" in dem 8-Bit-Datenstrom zu einer geraden Zahl addieren, dem neunten Bit eine "1" oder "Ein" gegeben wird. Wenn die "1" in dem 8-Bit-Datenstrom sich zu einer ungeraden Zahl addieren, ist das neunte Bit oder das Paritätsbit "0", d. h. kein Signal geht durch. Somit besteht jedes Wort in dem Schema aus 8 Bits plus einem Paritätsbit. Das Paritätsbit bildet eine Einrichtung zum Überprüfen auf Fehler. Wenn nämlich das ungerade-gerade-Schema bei Vorhandensein oder Fehlen des Paritätsbits nicht ausgeht, sieht man, daß Signale in der Übertragung verlorengegangen sind. Wenn 9 Worte (8 Bits plus Paritätsbit) durchgegangen sind, wird ein diskretes Synchronsignal gegeben, beispielsweise in Form eines ablaufenden Zeitrahmens oder einer Reihe von "1" usw. Dieses System benötigt ein Minimum an Energie, da die Schallquelle nur aktiviert wird, wenn eine Datenangabe in Form einer "1" oder eines Paritätsbits hindurchgeht. Energie wird bei dem System kontinuierlich nur für den Antrieb des Taktsteuermechanismus oder für andere Einrichtungen verwendet, welche einen niedrigen Energieverbrauch haben. Somit kann das System, das nur eine Batterie als Energiequelle benutzt, erheblich länger in Betrieb gehalten werden als beispielsweise ein System, welches eine Durchlaßbereichsfrequenz konstant übermittelt und Einrichtungen zum Modulieren des Signals abhängig von der gemessenen Dateninformation aufweist.A timing control system suitable for the purposes of the invention may operate as follows: The time allowed for each data bit is 200 milliseconds. When "1" is transmitted, the signal is on for 100 ms, the remaining 100 ms are used for decay in the pipe. If the next digit is also "1", the signal is again transmitted for 100 ms, while 100 ms is off. If the next signal is "0" or "off", no signal is passed through, so it is quiet for 200 ms. To have a reference time, a synchronous signal is used. Such a scheme allows 8 bits for a word, so that the 200 ms intervals are repeated eight times, the ninth digit then being in the form of a parity bit. The logic circuit is designed so that when the "1"s in the 8-bit data stream add up to an even number, the ninth bit is given a "1" or "on". If the "1"s in the 8-bit data stream add up to an odd number, the ninth bit or parity bit is "0", meaning no signal passes through. Thus, each word in the scheme consists of 8 bits plus a parity bit. The parity bit provides a means of checking for errors. In fact, if the odd-even scheme fails in the presence or absence of the parity bit, it is seen that signals have been lost in the transmission. When 9 words (8 bits plus parity bit) have passed through, a discrete synchronous signal, for example in the form of a passing time frame or a series of "1's", etc. This system requires a minimum of power, since the sound source is only activated when a data item in the form of a "1" or a parity bit passes through. Power in the system is continuously used only for driving the clock control mechanism or for other devices which have a low power consumption. Thus, the system which uses only a battery as a power source can be kept in operation for a considerably longer time than, for example, a system which constantly transmits a passband frequency and has devices for modulating the signal depending on the data information being measured.

Wenn das akustsiche Signal auf das Rohr aufgegeben ist, erzeugt es eine Druckwelle, die in beiden Richtungen in dem Rohr wandert. Die Verstärker 37 in dem Rohrstrang sind im Abstand angeordnet und empfangen das akustische Signal, wenn es noch stark genug ist, damit es leicht festgestellt werden kann. Das System von Verstärkern wirkt so, daß es "1" oder "Ein" feststellt und dann ein Signal mit einer anderen Frequenz wieder abgibt, wenn eine Aktivierung durch das akustische Signal erfolgt, das eine "1" darstellt.When the acoustic signal is applied to the pipe, it creates a pressure wave that travels in both directions in the pipe. The amplifiers 37 in the pipe string are spaced apart and receive the acoustic signal when it is still strong enough to be easily detected. The system of amplifiers operates to detect "1" or "on" and then re-emit a signal at a different frequency when activated by the acoustic signal representing a "1".

In Fig. 8 ist schematisch das an der Oberfläche befindliche Gerät für den Empfang eines akustischen Signals gezeigt, das von einer Schallquelle entweder an der Bohrschachtstelle am Boden des Bohrstrangs oder an einer Verstärkerstation 37 abgegeben wird. In jedem Fall wird das akustische Signal in Form einer Druckwelle in dem Rohr an der Oberfläche durch eine Signalaufnahmeeinrichtung oder einen akustischen Empfänger 71 empfangen. Der Empfänger 71 kann die Form eines Kristallbeschleunigungsmessers haben, der das akustische Signal in elektrische Energie umwandelt. Ein Vorverstärker 73 erhöht die Amplitude des elektrischen Signals vom Empfänger an dem Rohr für die weitere Verarbeitung an der Oberfläche. Dieses elektrische Signal wird weiterhin über ein Kabel oder eine Radioverbindung einem Decodier- oder Demodulierabschnitt mit einem schmalen Bandfilter zugeführt, das nur die Frequenz von der vorausgehenden Schallquelle durchläßt und auf eine solche Frequenz einstellbar ist, um soviel Rauschen von dem Signal wie möglich zu eliminieren. Das Filter 75 läßt diese sogenannte reine Datenangabe zu einer Synchrodetektorschaltung 77 durch, welche den Takt wieder herstellt, der der im Bohrloch befindlichen Schaltung zugeordnet ist, um die Daten in ihr Wort-Bit-Schema zu bringen, wie dies anhand der Bohrschachtübertragung beschrieben wurde. Diese taktsynchronisierte Daten werden dann zu einer Zwischenschaltung 79 geführt, die die Daten-Worte so trennt und sortiert, daß sie dem Analogwert der in dem Bohrloch gemessenen Parameter entsprechen, die dann in analoger oder digitaler Form ausgelesen werden.In Fig. 8 there is shown schematically the surface equipment for receiving an acoustic signal emitted from a sound source either at the well site at the bottom of the drill string or at an amplifier station 37. In either case the acoustic signal is received in the form of a pressure wave in the pipe at the surface by a signal pickup device or acoustic receiver 71. The receiver 71 may be in the form of a crystal accelerometer which converts the acoustic signal into electrical energy. A preamplifier 73 increases the amplitude of the electrical signal from the receiver on the pipe for further processing at the surface. This electrical signal is further fed via a cable or radio link to a decoding or demodulating section having a narrow band filter which only passes the frequency from the preceding sound source and is tunable to such a frequency as to eliminate as much noise from the signal as possible. The filter 75 passes this so-called pure data to a synchronous detector circuit 77 which recovers the clock associated with the downhole circuitry to put the data into its word-bit scheme as described for downhole transmission. This clock-synchronized data is then passed to an intermediate circuit 79 which separates and sorts the data words to correspond to the analog value of the parameters measured in the downhole, which are then read out in analog or digital form.

Der in Fig. 9 gezeigte Verstärkerabschnitt arbeitet folgendermaßen: Ein mit dem Rohr verbundener Kristallbeschleunigungsmesser 55 nimmt das in dem Rohr mit einer diskreten Frequenz, d. h. 920 Hz, übermittelte Signal auf. Der Beschleunigungsmesser wandelt das akustische Signal in ein elektrisches Signal um, welches die in dem Bohrrohr übermittelte Frequenz und ein Rauschen enthält. Das Signal aus dem Beschleunigungsmesser kann sehr schwach, beispielsweise 1 mV, oder relativ stark sein, beispielsweise mehrere Volt. Um eine derart breite Änderung von Signalamplituden aufnehmen zu können, wird das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers einem Verstärker 57 zugeführt, der ein System 58 zur automatischen Steuerung des Verstärkungsgrades hat. Dieses System 58 steuert das Signal, das zu einem Filter 59 mit schmalem Durchlaßbereich geführt wird. Das Filter "hört" nur auf die festgelegte Frequenz, beispielsweise 920 Hz, und ist so ausgelegt, daß es mit einem Band arbeitet, das so schmal wie möglich ist, wobei nicht kontrollierbare Variablen berücksichtigt sind. Bei der gemäß dem Beispiel übermittelten Frequenz von 920 Hz läßt das Filter Frequenzen von 918 bis 922 Hz durch, um zu gewährleisten, daß andere in dem System verwendete Frequenzen, d. h. 940 und 960 Hz, in dem Filter zurückgesetzt werden. Diese enge Unterscheidung ist möglich bei der Verwendung eines kristallgesteuerten Oszillators in dem Übertragungs- bzw. Sendeabschnitt. Das Filter arbeitet äußerst wirksam, wenn es ein festgelegtes Amplitudensignal empfängt. Das System 58 empfängt das Ausgangssignal des Verstärkers 57. Wenn es zu stark ist, sendet es ein Rückkopplungssignal zum Verstärker, wodurch das Ausgangssignal des Verstärkers reduziert wird und umgekehrt. Da der Verstärkerabschnitt auch einen Übertragungsabschnitt hat, der ein 30-V- Signal abgibt, würde dieses starke Signal das System 58 aktivieren, um den Verstärkungsgrad zu stark für eine wirksame Verstärkung der Datensignale zu reduzieren. Deshalb ist in der Schaltung ein elektronischer Schalter 61 angeordnet, der den Verstärker und die Verstärkungsgradsteuerung abschaltet, wenn die Verstärkerschallquelle 62 sendet, und während der übrigen Zeit für den Empfang des nächsten Datenbits eingeschaltet bleibt. Jedes empfangene Datenbit betätigt eine Rücksetzeinrichtung 65, die einen Taktgeber 63 rücksetzt, womit diese Schalteinrichtung derart gesteuert wird, daß der Eingang so geschaltet wird, daß er den wieder übertragenen Impuls nicht empfängt. Diese Schaltung bleibt ausreichend lange aktiviert, um ein Anrufen der Schallquelle und somit eine Störung des Empfängers zu verhindern.The amplifier section shown in Fig. 9 operates as follows: A crystal accelerometer 55 connected to the pipe picks up the signal transmitted in the pipe at a discrete frequency, e.g. 920 Hz. The accelerometer converts the acoustic signal into an electrical signal which contains the frequency transmitted in the drill pipe and some noise. The signal from the accelerometer can be very weak, e.g. 1 mV, or relatively strong, e.g. several volts. In order to accommodate such a wide variation in signal amplitudes, the output of the accelerometer is fed to an amplifier 57 which has a system 58 for automatically controlling the gain. This system 58 controls the signal which is fed to a narrow passband filter 59. The filter "listens" only to the specified frequency, e.g. 920 Hz, and is designed to operate with as narrow a band as possible, taking into account uncontrollable variables. At the frequency of 920 Hz transmitted in the example, the filter passes frequencies from 918 to 922 Hz to ensure that other frequencies used in the system, i.e. 940 and 960 Hz, are reset in the filter. This close discrimination is possible by using a crystal controlled oscillator in the transmit section. The filter operates very effectively when it receives a fixed amplitude signal. The system 58 receives the output of the amplifier 57. If it is too strong, it sends a feedback signal to the amplifier, reducing the output of the amplifier and vice versa. Since the amplifier section also has a transmit section which outputs a 30 V signal, this strong signal would activate the system 58 to reduce the gain too much to effectively amplify the data signals. Therefore, an electronic switch 61 is arranged in the circuit which switches off the amplifier and the gain control when the amplifier sound source 62 is transmitting and remains switched on during the rest of the time for reception of the next data bit. Each data bit received actuates a reset device 65 which resets a clock generator 63 , thereby controlling this switching device so that the input is switched so that it does not receive the retransmitted pulse. This circuit remains activated for a sufficient time to prevent the sound source from ringing and thus interfering with the receiver.

Das Verstärkerfilter gibt so ein reines 920-Hz-Signal ab, das nur dann vorhanden ist, wenn eine Übertragung ("1" oder "Ein") empfangen wird. Zu den übrigen Zeiten fehlt dieses Signal. Das Ausgangssignal aus dem Filter wird zu einem Verzögerungsabschnitt 67 geführt, der den Verstärkersender so lange nicht aktiviert, bis der Empfänger abgeschaltet ist, es erfolgt also eine Phasenverschiebung der Übermittlung bezüglich des Empfangs. Bei dem beispielsweise beschriebenen System arbeitet der Verstärkersender mit 940 Hz.The amplifier filter thus emits a pure 920 Hz signal which is only present when a transmission ("1" or "on") is received. At other times this signal is absent. The output signal from the filter is fed to a delay section 67 which does not activate the amplifier transmitter until the receiver is switched off, thus causing a phase shift of the transmission with respect to the reception. In the example system described, the amplifier transmitter operates at 940 Hz.

Bei dem System können zusätzliche Verstärkerabschnitte verwendet werden, was von der Tiefe abhängt. Wenn die Bohrtiefe, das Rohralter usw. ein Telemetriesystem vorschreiben, bei dem mehr als ein Verstärkerabschnitt nötig ist, können die aufeinanderfolgenden Abschnitte mit Frequenzen von 940 und 960 Hz betrieben werden, wobei die verschiedenen Frequenzen abwechselnd benutzt werden, wie dies schematisch in Fig. 10 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel beträgt der Abstand zwischen den Verstärkern 610 m. Es werden drei Frequenzen verwendet. Zwischen den Sendern, die mit der gleichen Frequenz arbeiten, liegt ein Gesamtabstand von 2440 m, wodurch sich eine ausreichende Dämpfung des Signals ergibt. Dadurch wird verhindert, da ein Streusignal von einer Station mit der gleichen Frequenz mit durchlaufenden Datensignalen verwechselt wird. Der Abstand zwischen den Verstärkern und einer Frequenzmischung werden durch den Signalverlust und Empfängersignalsperre im Leistungszustand bestimmt. Das von jedem akustischen Sender bzw. jeder Schallquelle übermittelte Signal läuft natürlich in beiden Richtungen längs des Rohres, so daß der Sender, der ein 920-Hz-Signal in der Nähe der Oberfläche von Fig. 10 übermittelt, das Signal sowohl nach unten als auch nach oben sendet, wobei die Richtung nach oben die erwünschte Richtung ist, wenn die Daten von unten nach oben übermittelt werden sollen. Die abgestufte Frequenzanordnung mit drei verschiedenen Frequenzen, die von drei verschiedenen Verstärkern benutzt werden, wobei die Verstärker im Abstand im Bohrstrang angeordnet sind, unterscheidet günstig hinsichtlich der nach oben gerichteten Laufrichtung des akustischen Signals.The system may use additional amplifier sections, depending on the depth. If the depth of the bore, pipe age, etc., dictate a telemetry system where more than one amplifier section is required, the successive sections may be operated at frequencies of 940 and 960 Hz, using the different frequencies alternately, as shown schematically in Fig. 10. In this example, the spacing between the amplifiers is 610 m. Three frequencies are used. The total spacing between the transmitters operating at the same frequency is 2440 m, which provides sufficient attenuation of the signal. This prevents a stray signal from a station operating at the same frequency from being confused with passing data signals. The spacing between the amplifiers and frequency mixing are determined by the signal loss and receiver signal lock. in the power state. The signal transmitted by each acoustic transmitter or source naturally travels in both directions along the pipe, so that the transmitter transmitting a 920 Hz signal near the surface of Fig. 10 will transmit the signal both downward and upward, the upward direction being the desired direction if the data is to be transmitted from bottom to top. The stepped frequency arrangement with three different frequencies used by three different amplifiers, the amplifiers spaced apart in the drill string, favorably discriminates as to the upward direction of travel of the acoustic signal.

Im vorstehenden wurde das Telemetriesystem im wesentlichen für den Zweck beschrieben, Daten vom Bohrschacht zur Oberfläche zu übertragen. Es ist auch möglich, das System so einzusetzen, daß Daten, Steuersignale oder dergleichen von der Oberfläche in den Bohrschacht übermittelt werden, so daß von der Oberfläche aus gesteuert eine Operation im Bohrschacht ausgeführt werden kann.In the foregoing, the telemetry system has been described essentially for the purpose of transmitting data from the borehole to the surface. It is also possible to use the system in such a way that data, control signals or the like are transmitted from the surface into the borehole so that an operation in the borehole can be carried out under control from the surface.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Übertragen akustischer Signale über einen in einem Bohrloch befindlichen, aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzten Bohrgestänge-Rohrstrang (35), mit
einer Einrichtung (41-53) zum Senden von akustischen Signalen mit einer vorgegebenen Übertragungsfrequenz über den Rohrstrang (35) und
einer Einrichtung (71-79) zum Empfangen der akustischen Signale, die in einem Abstand zu der Sendeeinrichtung (53) an dem Rohrstrang (35) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (41-53; 71-79) zum Senden und Empfangen der akustischen Signale zum Senden bzw. Empfangen einer vorgegebenen Übertragungsfrequenz ausgebildet sind, die in einem den Durchlaßbereichen des Rohrstrangs (35) entsprechenden Frequenzbereich liegt, dessen Anfangsfrequenz f A sich annähernd nach folgender Gleichung bestimmt: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;wobei
n: ganze Zahl,
V S : Schallgeschwindigkeit im Rohrstrang [m/sec] und
l: Länge eines Rohrstrang-Abschnittes [m] sind.

1. Device for transmitting acoustic signals via a drill pipe string ( 35 ) located in a borehole and composed of individual sections, with
a device ( 41-53 ) for transmitting acoustic signals at a predetermined transmission frequency via the pipe string ( 35 ) and
a device ( 71-79 ) for receiving the acoustic signals, which is arranged at a distance from the transmitting device ( 53 ) on the pipe string ( 35 ),
characterized in that the devices ( 41-53; 71-79 ) for transmitting and receiving the acoustic signals are designed to transmit or receive a predetermined transmission frequency which lies in a frequency range corresponding to the passbands of the pipe string ( 35 ), the initial frequency f A of which is determined approximately according to the following equation: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54;&udf53;vu10&udf54;wherein
n : integer,
V S : speed of sound in the pipe string [m/sec] and
l : length of a pipe string section [m].

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (41-53; 71-79) zum Senden bzw. Empfangen einer Übertragungsfrequenz ausgebildet sind, die in einem Frequenzbereich liegt, dessen Anfangsfrequenz f A +20 Hz und dessen Frequenzbrandbreite 150 Hz beträgt. 2. Device according to claim 1, characterized in that the devices ( 41-53; 71-79 ) are designed to transmit or receive a transmission frequency which lies in a frequency range whose initial frequency f A is +20 Hz and whose frequency bandwidth is 150 Hz. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Übertragung von Signalen durch einen Rohrstrang, dessen Abschnitte eine Länge von ca. 9,5 m aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (41-53; 71-79) zum Senden bzw. Empfangen einer Übertragungsfrequenz ausgebildet sind, die in einem Frequenzbereich liegt, der eine Anfangsfrequenz von n · 283 Hz+20 Hz und eine Frequenzbandbreite von 130 Hz hat. 3. Device according to claim 1 for transmitting signals through a pipe string, the sections of which have a length of approximately 9.5 m, characterized in that the devices ( 41-53; 71-79 ) are designed to transmit or receive a transmission frequency which lies in a frequency range which has an initial frequency of n · 283 Hz+20 Hz and a frequency bandwidth of 130 Hz. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Übertragung von Signalen durch einen Rohrstrang, dessen Abschnitte eine Länge von ca. 13,7 m aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (41-53; 71-79) zum Senden bzw. Empfangen einer Übertragungsfrequenz ausgebildet sind, die in einem Frequenzbereich liegt, der eine Anfangsfrequenz von n · 196 Hz+20 Hz und eine Frequenzbandbreite von 100 Hz hat. 4. Device according to claim 1 for transmitting signals through a pipe string, the sections of which have a length of approximately 13.7 m, characterized in that the devices ( 41-53; 71-79 ) are designed to transmit or receive a transmission frequency which lies in a frequency range which has an initial frequency of n · 196 Hz + 20 Hz and a frequency bandwidth of 100 Hz. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (53, 71) zum Senden und Empfangen von akustischen Signalen am Boden bzw. am Mund des Bohrlochs angeordnet sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the devices ( 53, 71 ) for transmitting and receiving acoustic signals are arranged at the bottom or at the mouth of the borehole. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (53) zum Umformen eines elektrischen Eingangssignals in ein entsprechendes akustisches Signal ausgebildet ist und die Empfangseinrichtung (71) zum Umformen des empfangenen akustischen Signals in ein entsprechendes elektrisches Signal ausgebildet ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transmitting device ( 53 ) is designed to convert an electrical input signal into a corresponding acoustic signal and the receiving device ( 71 ) is designed to convert the received acoustic signal into a corresponding electrical signal. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine im Bohrloch befindliche Einrichtung (39) zum Erfassen eines Bohrlochparameters, mit der ein dem erfaßten Parameter entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen und als Eingangssignal auf die Sendeeinrichtung (41, 43, 45, 47, 49, 51, 53) weiterzugeben ist. 7. Device according to claim 6, characterized by a device ( 39 ) located in the borehole for detecting a borehole parameter, with which an electrical signal corresponding to the detected parameter is to be generated and passed on as an input signal to the transmitting device ( 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (39) zum Erfassen eines Bohrlochparameters zur Erzeugung eines den Parameter darstellenden Analogsignals ausgebildet ist und mit der Sendeeinrichtung (41-53) dieses Analogsignal in eine digital kodierte Impulsfolge umzuwandeln ist, wobei ein akustisches Signal mit einer den erfaßten Parameter beschreibenden Impulsfolge zu erzeugen ist. 8. Device according to claim 7, characterized in that the device ( 39 ) for detecting a borehole parameter is designed to generate an analog signal representing the parameter and the transmitting device ( 41-53 ) is used to convert this analog signal into a digitally coded pulse sequence, whereby an acoustic signal with a pulse sequence describing the detected parameter is to be generated. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Empfangseinrichtung (7-79) die akustische Impulsfolge zu empfangen, in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuformen, eine Taktsynchronisation des elektrischen Signals zu der von der Sendeeinrichtung (41-53) erzeugten Impulsfolge herzustellen und ein dem im Bohrloch erfaßten Parameter entsprechendes Signal zu erzeugen ist. 9. Device according to claim 8, characterized in that the acoustic pulse sequence is to be received by means of the receiving device ( 7-79 ), converted into a corresponding electrical signal, a clock synchronization of the electrical signal with the pulse sequence generated by the transmitting device ( 41-53 ) is to be established and a signal corresponding to the parameter detected in the borehole is to be generated. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens eine Verstärkereinrichtung (37), die an dem Rohrstang (35) zwischen den Sende- und Empfangseinrichtungen (41-53, 71-79) angeordnet ist und mittels der ein akustisches Signal mit einer vorgegebenen Übertragungsfrequenz zu empfangen sowie ein diesem Signal entsprechendes Signal mit einer zweiten Übertragungsfrequenz zu senden ist, die ebenfalls in einem den Durchlaßbereichen des Rohrstrangs entsprechenden Frequenzbereich liegt. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized by at least one amplifier device ( 37 ) which is arranged on the pipe string ( 35 ) between the transmitting and receiving devices ( 41-53, 71-79 ) and by means of which an acoustic signal with a predetermined transmission frequency is to be received and a signal corresponding to this signal is to be transmitted with a second transmission frequency which is also in a frequency range corresponding to the passbands of the pipe string. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Verstärkereinrichtung (37), mit der das akustische Signal mit der zweiten Übertragungsfrequenz zu empfangen und ein diesem entsprechendes Signal mit einer dritten Übertragungsfrequenz zu senden ist, die ebenfalls in einem den Durchlaßbereichen des Rohrstrangs entsprechenden Frequenzbereich liegt. 11. Device according to claim 10, characterized by an amplifier device ( 37 ) with which the acoustic signal is to be received at the second transmission frequency and a signal corresponding thereto is to be transmitted at a third transmission frequency which is also in a frequency range corresponding to the passbands of the pipe string. 12. Verfahren zum Übertragen akustischer Signale über einen in einem Bohrloch befindlichen, aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzten Bohrgestänge-Rohrstrang (35), unter Verwendung einer Sende- und einer Empfangseinrichtung (41-53, 71-79), die mit dem Rohrstrang an einer ersten bzw. einer zweiten in Abstand davon angeordneten Stelle gekoppelt sind, wobei
entweder an der ersten oder an der zweiten Stelle ein elektrisches Signal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt wird, das den zu übertragenden Daten entspricht,
von der Sendeeinrichtung (41-53) entsprechend diesem elektrischen Signal ein akustisches Signal mit einer diskreten Übertragungsfrequenz erzeugt wird,
dieses akustische Signal über den Rohrstang (35) zu der Empfangseinrichtung (71-79) geführt wird, und
von dieser Empfangseinrichtung (71) ein dem empfangenen akustischen Signal entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsfrequenz des akustischen Signals von der Sendeeinrichtung (41-53) entsprechend den Durchlaßbereichen des Rohrstrangs (35) in einem Frequenzbereich erzeugt wird, dessen Anfangsfrequenz annähernd nach folgender Gleichung vorgegeben wird: °=c:30&udf54;°=b:1&udf54;H&udf53;vz2&udf54; H@°=b:1&udf54;HHwobei
n: ganze Zahl,
v S : Schallgeschwindigkeit im Rohrstrang [m/sec] und
l: Länge des Rohrstrang-Abschnittes [m] sind.

12. A method for transmitting acoustic signals via a drill pipe string ( 35 ) composed of individual sections located in a borehole, using a transmitting and a receiving device ( 41-53, 71-79 ) which are coupled to the pipe string at a first and a second location arranged at a distance therefrom, respectively, wherein
either at the first or second location an electrical signal with a predetermined frequency is generated which corresponds to the data to be transmitted,
from the transmitting device ( 41-53 ) corresponding to this electrical signal an acoustic signal with a discrete transmission frequency,
this acoustic signal is guided via the pipe rod ( 35 ) to the receiving device ( 71-79 ), and
an electrical signal corresponding to the received acoustic signal is generated by this receiving device ( 71 ),
characterized,
that the transmission frequency of the acoustic signal is generated by the transmitting device ( 41-53 ) in accordance with the passbands of the pipe string ( 35 ) in a frequency range whose initial frequency is approximately predetermined according to the following equation: °=c:30&udf54;°=b:1&udf54;H&udf53;vz2&udf54;H@°=b:1&udf54;HHwherein
n : integer,
v S : speed of sound in the pipe string [m/sec] and
l : length of the pipe string section [m].

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfrequenz in einem Frequenzbereich erzeugt wird, dessen Anfangsfrequenz f A +20 Hz und dessen Frequenzbandbreite 150 Hz beträgt. 13. Method according to claim 12, characterized in that the transmission frequency is generated in a frequency range whose initial frequency f A is +20 Hz and whose frequency bandwidth is 150 Hz. 14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Rohrstrang-Abschnitte mit einer Länge von etwa 9,5 Meter verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfrequenz in einem Frequenzbereich erzeugt wird, dessen Anfangsfrequenz n · 283 Hz+20 Hz und dessen Frequenzbandbreite 130 Hz beträgt. 14. A method according to claim 12, in which pipe string sections with a length of approximately 9.5 meters are used, characterized in that the transmission frequency is generated in a frequency range whose initial frequency is n · 283 Hz + 20 Hz and whose frequency bandwidth is 130 Hz. 15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Rohrstrang-Abschnitte mit einer Länge von etwa 13,7 Meter verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfrequenz in einem Frequenzbereich erzeugt wird, dessen Anfangsfrequenz n · 196 Hz+20 Hz und dessen Frequenzbandbreite 100 Hz beträgt. 15. A method according to claim 12, in which pipe string sections with a length of approximately 13.7 meters are used, characterized in that the transmission frequency is generated in a frequency range whose initial frequency is n · 196 Hz + 20 Hz and whose frequency bandwidth is 100 Hz. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohrlochparameter an einer Stelle des Rohrstrangs bestimmt wird, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, das den ermittelten Parameter darstellt, und daß die Sendeeinrichtung (41-53) ansprechend auf das erzeugte elektrische Signal betätigt wird, wobei das akustische Signal mit der diskreten Frequenz erzeugt wird. 16. A method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that a borehole parameter is determined at a location on the tubing string, that an electrical signal is generated which represents the determined parameter, and that the transmitting device ( 41-53 ) is actuated in response to the generated electrical signal, whereby the acoustic signal is generated at the discrete frequency. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß für das den Parameter darstellende Signal ein Analogsignal verwendet wird, das in eine digital kodierte Impulsfolge umgewandelt wird, und daß die Sendeeinrichtung entsprechend dieser digital kodierten Impulsfolge betätigt wird. 17. Method according to claim 16, characterized in that an analog signal is used for the signal representing the parameter, which is converted into a digitally coded pulse sequence, and that the transmitting device is actuated in accordance with this digitally coded pulse sequence. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Signal mit der vorgegebenen Übertragungsfrequenz von einer zwischen der Sendeeinrichtung (41-53) und der Empfangseinrichtung (71-79) angeordneten Verstärkereinrichtung (37) empfangen und von dieser ein dem empfangenden Signal entsprechendes Signal mit einer anderen Übertragungsfrequenz gesendet wird, die in einem den Durchlaßbereichen des Rohrstrangs (35) entsprechenden Frequenzbereich vorgegeben wird. 18. Method according to one of claims 12 to 17, characterized in that the acoustic signal with the predetermined transmission frequency is received by an amplifier device ( 37 ) arranged between the transmitting device ( 41-53 ) and the receiving device ( 71-79 ), and from this a signal corresponding to the received signal is transmitted with a different transmission frequency which is predetermined in a frequency range corresponding to the passbands of the pipe string ( 35 ).
DE19772758770 1976-12-30 1977-12-29 Device and method for transmitting acoustic signals Expired DE2758770C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US75562076A 1976-12-30 1976-12-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2758770A1 DE2758770A1 (en) 1978-07-20
DE2758770C2 true DE2758770C2 (en) 1987-01-15

Family

ID=25039890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772758770 Expired DE2758770C2 (en) 1976-12-30 1977-12-29 Device and method for transmitting acoustic signals

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JPS53101453A (en)
BR (1) BR7708730A (en)
CA (1) CA1098202A (en)
DE (1) DE2758770C2 (en)
FR (1) FR2376288A1 (en)
GB (1) GB1598340A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4126249A1 (en) * 1991-08-08 1993-02-18 Preussag Erdoel Und Erdgas Gmb TELEMETRY DEVICE, IN PARTICULAR FOR TRANSMITTING MEASURED DATA WHILE DRILLING

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428931C1 (en) * 1984-08-06 1985-06-05 Norton Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah Device for the remote transmission of information from a borehole to the surface of the earth during the operation of a drilling rig
FR2638471B1 (en) * 1988-11-02 1993-02-19 Ingenierie Genie Civil Sarl PRESSURE MEASURING DEVICE FOR CONCRETEING HOLES
JPH02209515A (en) * 1989-02-07 1990-08-21 Kajima Corp Soil investigating method
GB9116487D0 (en) * 1991-07-31 1991-09-11 Marconi Gec Ltd Data transmission
EP0617196B1 (en) * 1993-03-26 2000-06-28 Halliburton Energy Services, Inc. Digital mud pulse telemetry system
CA2127476C (en) * 1994-07-06 1999-12-07 Daniel G. Pomerleau Logging or measurement while tripping
US5675325A (en) * 1995-10-20 1997-10-07 Japan National Oil Corporation Information transmitting apparatus using tube body
JP2000121742A (en) 1998-10-14 2000-04-28 Mitsubishi Electric Corp Transmitter for transmitting excavation shell sound and method for transmitting excavation shell sound
US6843120B2 (en) 2002-06-19 2005-01-18 Bj Services Company Apparatus and method of monitoring and signaling for downhole tools
WO2014139583A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Fmc Kongsberg Subsea As Well tool for use in a well pipe

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3252225A (en) * 1962-09-04 1966-05-24 Ed Wight Signal generator indicating vertical deviation
US3845837A (en) * 1972-10-30 1974-11-05 Texaco Inc Gravity force operated apparatuses for generation of longitudinal pulse data from the bottom of a well
IN142419B (en) * 1973-08-23 1977-07-02 Sun Oil Co
US3930220A (en) * 1973-09-12 1975-12-30 Sun Oil Co Pennsylvania Borehole signalling by acoustic energy
US3889228A (en) * 1973-11-16 1975-06-10 Sun Oil Co Two-way acoustic telemetering system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4126249A1 (en) * 1991-08-08 1993-02-18 Preussag Erdoel Und Erdgas Gmb TELEMETRY DEVICE, IN PARTICULAR FOR TRANSMITTING MEASURED DATA WHILE DRILLING
DE4126249C2 (en) * 1991-08-08 2003-05-22 Prec Drilling Tech Serv Group Telemetry device in particular for the transmission of measurement data during drilling

Also Published As

Publication number Publication date
GB1598340A (en) 1981-09-16
JPS622113B2 (en) 1987-01-17
FR2376288A1 (en) 1978-07-28
DE2758770A1 (en) 1978-07-20
CA1098202A (en) 1981-03-24
FR2376288B1 (en) 1983-12-23
JPS53101453A (en) 1978-09-04
BR7708730A (en) 1979-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69021126T2 (en) Telemetry for downhole surveys.
DE69112409T2 (en) DATA TRANSFER IN HOLES.
DE69223589T2 (en) Procedure for measuring boreholes during drilling
US4293936A (en) Telemetry system
DE69209466T2 (en) Active or passive monitoring arrangement for underground deposit by means of fixed stations
DE3789145T2 (en) Device for data transmission in a borehole with a magnetic drill pipe.
DE2758770C2 (en) Device and method for transmitting acoustic signals
DE2848722A1 (en) TELEMETRY SYSTEM
DE19530874A1 (en) Single shaft system for assigning sources of acoustic energy
DE2620513C2 (en) Seismic data processing device
DE1533586A1 (en) Procedure for aligning a deep borehole set on OE
DE2907085A1 (en) METHOD AND ARRANGEMENT FOR PROCESSING PHASE-MODULATED SIGNALS
DE1498009A1 (en) Acoustic log working with several receivers
DE69015312T2 (en) Method and device for determining the first arrival times of compression waves of the waveform passage of a threshold value supplied by a device in an acoustic downhole tool.
DE3106345A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE SOUND REPRODUCTION PROPERTIES OF EARTH INFORMATION
DE2720562C2 (en)
DE112016000854T5 (en) In-situ measurement of velocity and attenuation of well fluid in an ultrasonic scanning tool
WO2009127376A1 (en) Device and method for transmitting information in solid media
DE3423158A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE INFLOW OF FLOWING AGENTS, IN PARTICULAR GAS, IN DRILL HOLES
DE2831131A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR SPECTRAL ANALYSIS WITH HIGH FREQUENCY PULSED NEUTRONS FOR A DRILLING HOLE SURROUNDING EARTH INFORMATION
DE1623464C3 (en) Method for acoustic investigation of geological media surrounding a borehole
DE102011051393A1 (en) Receipt device for receiving information e.g. geological information, from drill head arranged in bore hole, has determination switching circuit to determine information from transformed signal, and to demodulate and decode signal
DE3490745C2 (en)
DE102012105273A1 (en) Pressure-wave generator for data transmission, particularly in drill hole, has electric pressure-wave generator for electrical generation of pressure wave free from flow cross-sectional change of drilling assembly
DE2440538A1 (en) REMOTE MEASURING SYSTEM FOR DRILLING HOLES

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee