JPS6376655A - 地中からのデ−タ通信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば検層用計測装置、即ち主として石油
あるいは天然ガス等の採掘用縦坑、即ち油井、ガス井等
を掘削する際に、ドリルパイプ先端部に装着されて坑底
の性状を測定する装置、あるいはその他の地中に埋設さ
れた種々の計測装置等にて得られたデータを送信するた
めの通信方法に関する。

〔従来技術〕

たとえば従来、石油掘削用の油井等の縦坑を掘削する際
に、坑底付近の地質あるいは掘削１用ビットに関する種
々の情報を得るには、ドリルパイプを一旦地上に引き上
げて検査するか、検層用の計測装置を縦坑内に下ろして
計測するか、あるいは掘削中にドリルパイプ上端からビ
ット先端を経て縦坑内を上方へ循環している泥水（マッ
ド）の状態、成分を分析するマントロギング（泥水検層
）と呼ばれる手法等が採用されている。

しかし、上述の各手法では、計測に比較的時間を要し、
また掘削中の坑底のデータをリアルタイムで計測するこ
とは困難であった。このような事情から、近年、ＭＷＤ
（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｗｈｉｌｅ　Ｄｒｉｌ目ｎ
ｇ＞と呼ばれる手法が開発されている。このＭＷＤは端
的には、ドリルパイプの坑底に近い先端部にセンサを備
えた検層用計測装置を装着し、得られた種々のデータを
たとえば電磁波等を媒体として地上へ送信することによ
り、リアルタイムにて坑底の性状（ピントの状態を含む
）を計測し、そのデータを得んとするものである。

第４図は一例として、ＯＧＪ　Ｒｅｐｏｒｔ　Ｆｅｂ、
２１．１９８３に”５ｅｃｏｎｄ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏ
ｎ　ＭＷＤ　Ｔｏｏｌ　Ｐａ５ｓｅｓ　ＦｉｅｌｄＴｅ
ｓ　ｔ”の表題で発表された装置の構成を示す模式図中
、Ｉは掘削１リグ、２は地層、３は掘削中の縦坑、即ち
油井、４は図示しない動力源にて回転されてその力をビ
ット５に伝達するためのドリルパイプであり、掘削深さ
に応して多数がそれぞれの連結部同士を連結されてドリ
ルストリングが構成されている。

５は上述の如く地層を掘削するためのビット、６は最先
端の、つまりビット５の直上のドリルパイプ４０を底部
４Ｉと上部４２とに分割して両者を電気的に絶縁するた
めの絶縁カラーである。

また、第４図において破線にて囲繞した範囲７は、最先
端のドリルパイプ４０の底部４１と上部４２及びそれ以
上の位置のドリルパイプ４と絶縁カラー６とにより形成
されるダイポールアンテナを示している。、そして、８
は最先端のドリルパイプ４０の底部４１に取付けられた
格納容器である。この格納容器８内には検層用計測装置
８０及びこの検層用計測装置８０にて得られたデータを
通信するための通信装置の送信機９０が収納されている
。

検層用計測装置８０は、掘削中の油井３の坑底及びビッ
ト５に関する種々の性状、たとえば温度。

圧力、振動３回転トルク等をそれぞれ測定するセンサ等
からなる。また通信装置の送信機９０は、検層用計測装
置８０により得られたデータを、変調・増幅して上述の
ダイポールアンテナ７から一点破線にて示すような電磁
波として出力するための発振器等にて構成されている。

一方、地上には通信装置の受信部を構成するアンテナ１
０．受信機のアンプ１１．信号処理部１２等が設けられ
ている。具体的には、直線状のアンテナ１０が油井３を
ほぼ中心として張られており、このアンテナ１０にて受
信された電磁波はアンプ１１に出力される。このアンプ
ＩＩはアンテナ１０から与えられた信号を増幅して信号
処理部１２に出力する。信号処理部１２は、アンプ１１
の出力信号を検波し、坑底のデータ、即ち格納容器８内
に収納されている検層用計測装置８０により測定された
データを再生する。

第５図は、上述のダイポールアンテナ７の部分を拡大し
て示した縦断面図であり、格納容器８内に収納された送
信機９０から最先端のドリルパイプ４０の絶縁カラー６
により電気的に絶縁された底部４１及び上部４２それぞ
れに導線ＣＬ　Ｃ２が接続されてダイポールアンテナ７
が構成されている。

このような従来の装置は、以下のように動作する。

掘削リグ１が多数のドリルパイプ４，４・・・からなる
ドリルストリングを回転させると、最先端のドリルパイ
プ４０の先端に取付けられているビット５も回転するの
で、このビット５の回転により油井３の底部の地層２が
掘削される。この際、最先端のドリルパイプ４０の底部
４１に設けられた格納容器８内の検層用計測装置８０は
センサにて坑底の地層２の性状あるいはビット５の状態
を測定し、この結果得られたデータを送信機９０にて変
調・増幅し、５〜６０Ｈｚの交流信号として最先端のド
リルパイプ４０を絶縁カラー６にて電気的に絶縁したダ
イポールアンテナ７に印加する。これにより、ダイポー
ルアンテナ７からは図に一点破線にて示す如く電磁波が
放射される。

なお、ダイポールアンテナ７に印加される周波数が６０
１Ｉｚの場合、空中での波長に換算すると５０００−と
極めて長波長になる。

一方地上では、ダイポールアンテナ７から放射され地層
２中を伝播して来た電磁波は直線状のアンテナ１０によ
り受信され、アンプ１１にて増幅され、信号処理部１２
にて検波され、所要形態のデータとして再生される。

（発明が解決しようとする問題点〕 而して以上の如き通信による場合は地中を伝播する際の
減衰が大きく、極めてＳ／Ｎ比が低い。このため位相変
調された電磁波の同期検波が確実に行えず、通信の信頼
性が極めて低いという問題点があった。本発明は斯かる
問題点を解決すべくなされたものであり、データ送信に
先立ち一定周波数の正弦波を送信し、受信機においては
この正弦波の周波数に基づき検波を行うこととして検波
を確実に行えるようにした通信方法を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るデータ通信方法はデータ送信に先立ち一定
周波数の正弦波を坑内の送信機から地上の受信機へ送信
し、これを受信した受信機は受信正弦波の周波数に基い
てデータ送信波の検波の同期をとるのである。

（作用〕 地中の送信機はまず一定周波数の正弦波を送信する。受
信機はこれを受信するとその周波数に関する情報を記憶
する。次に送信機はデータ送信波を送信する。受信機は
これを受信すると先に送信された正弦波の周波数を用い
てデータ送信波の同期検波を行う。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１，２図は本発明の実施に使用する装置を略示するブ
ロック図であり、それぞれ検層用計測装置８０と共に示
す本発明装置の送信機９０及び本発明装置の受信機の構
成を示している。また第３図は本発明装置の動作説明の
ための信号波形図である。

図中Ｓｌ、　Ｓ２・・・Ｓｎはそれぞれ坑底センサであ
り、たとえば温度、圧力、振動１回転トルク等をそれぞ
れ測定してアナログ信号を出力する。

各坑底センサＳｌ、　Ｓ２・・・Ｓｎが出力するアナロ
グ信号はマルチプレクサ８１に与えられており、このマ
ルチプレクサ８１の出力はＡ／Ｄ変換器８２に与えられ
てデジタル信号に変換され、マイクロプロセ、す８３に
与えられる。

マイクロプロセッサ８３にはメモリ８４が接続されてお
り、各坑底センサＳｌ、５２・・・Ｓｎが検出したデー
タをメモリ８４に一次的に記憶させる。９０は送信機で
あって、マイクロプロセッサ８３が出力する信号を受け
て送信を制御する制御部９１．送信すべきデータをパラ
レル／シリアル変換するＰ／Ｓ変換回路９２、発振回路
９３及びＰ／Ｓ変換回路９２出力を発振回路９３が発す
る一定周波の正弦波に基いて位相変調する変調回路９４
等からなり、この変調回路９４出力又は発振回路９３出
力が択一的に前述のダイポールアンテナ７へ出力される
ようにななつでいる。

第３図（イ）は発振回路９３出力を示しており、定期的
に、または不定期的にマイクロプロセッサ８３が送信機
９０に対し送信を指示する信号を発すると、制御部９１
は発振回路９３を駆動せしめると共に所定時間その出力
をダイポールアンテナ７へ出力させる。上述した送信の
指示信号に基いてマイクロプロセッサ８３は坑底センサ
３１等から得られた、又はメモリ８４に記憶させておい
たビットパラレルのデータを制御部９１に発する。制御
部９ＩはこれをＰ／Ｓ変換回路９２に与えてビットシリ
アルのデータに変換し、変調回路９４へ出力せしめ、こ
こにおいて位相変調させる。

第３図（ロ）はＰ／Ｓ変換回路９２出力を例示し、同（
ハ）は変調回路９４出力を示す。

この実施例ではＰ／Ｓ変換回路９２出力の１ビツトのデ
ータの持続時間を発振回路９３出力の２ヘルツ分としで
ある。そして位相変調は２値信号の“１”１″０″に対
応して、発振回路９３出力と同相、逆相の正弦波を出力
するように行われる。

ダイポールアンテナ７から送信された電磁波は地上にて
アンテナＩＯに受信されて受信機２０に与えられる。こ
の受信機２０による受信波はアンプ１１にて増幅された
後、発振回路９３が発する正弦波を中心とする狭い帯域
を通過域とするバンドパスフィルタ２１を介して切換回
路２２に入力される。上記バンドパスフィルタ２１にて
雑音が除去されることは言うまでもない。切換回路２２
は、例えば受信開始後に所定時間受信した信号波、つま
り、発振回路９３が発した正弦波をメモリ２３に与え、
これにこの正弦波を記憶させる。切換回路２２はその後
の受信信号を同期検波回路２４に与える。同期検波回路
２４はメモリ２３からこれに記憶されている正弦波を読
出し、受信した信号をこの正弦波に基いて同期検波する
。これにより第３図（ロ）に示す如きビットシリアルの
デジタル信号が得られることになり、この信号が信号処
理部１２に与えられ、ここでデータ解析が行われること
になる。

なお上述の実施例では受信正弦波をそのままメモリ２３
に記憶して同期検波に用いることとしたが、受信正弦波
の周波数を検出し、同周波数を受信機内で発振させ、こ
れを用いて同期検波することとしてもよい。

また本発明は検層データの通信に限らず地中から地上へ
の通信一般に広（通用できる。

（効果〕 以上の如き本発明による場合は同期検波の基準を正確な
らしめるので検波が確実に行え、受信データの信頼度が
高まる。また通信に際し、所定周波数の正弦波をまず送
信するのでこれを送信開始の信号として着用できるなど
、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明方法の実施に使用されるそれぞれ送
信機及び受信機のブロック図、第３図はその動作説明の
ための信号波形数、第４．５図は従来技術の説明図であ
る。 Ｓｌ、Ｓ２・・・Ｓｎ・・・坑底センサ　　４・・・ド
リルパイプ７・・・ダイポールアンテナ　　ＩＯ・・・
アンテナ２０・・・受信機　　２３・・・メモリ　　２
４・・・同期検波回路８０・・・検層用計測装置　　９
０・・・送信機　　９３・・・発振回路　　９４・・・
変調回路 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、地中の送信機から地上の受信機へ通信する方法にお
   いて、データ送信に先立ち一定周波数の正弦波を前記送
   信機から前記受信機へ送信し、これを受信した受信機は
   受信正弦波の周波数に基いてデータ送信波の検波の同期
   をとることを特徴とするデータ通信方法。