DE2460071A1 - Bohrloch-messystem mit armiertem vielleiter-koaxialkabel - Google Patents

Description

Patentassessor Hamburg, den 11. 12. 1974-

Dr. Gerhard Schupfner 770/ik

Deutsche Texaco AG-

2000 Hamburg 13 -" !

Mittelweg 180 T 74 068 D (D 73

TEXACO DE^-VELOPiIENT CORPORATION

135 East 42nd Street New York, N.T. IOOI7

U.S.A.

Bohrloch-Meßsystem mit armiertem Vielleiter-Koaxialkabel

Die Erfindung betrifft- ein Bohrloch-Meßsystem mit armiertem Vielleiter-Koaxialkabel, insbesondere ein Bohrloch-Meßsystem, das mittels Aussendung schneller Neutronen die Eigenschaften der durchteuften Erdformation ermittelt.

Die bis heute bekannten handelsüblichen Meßkabel bestehen aus einer Vielzahl von Leitern, die von einer Armierung umhüllt sind, wobei die Armierung als Rückpfad für Signalübertragung benutzt werden kann. Von der Anmelderin wurde auch schon ein armiertes Kabel zur Übermittlung sehr hochfrequenter Signale (US-Anmeldung Sei?.ITo. 192 883 vcm 27. Okt. 197Ί) angemeldet, das aber für die kommerziellen Meßsonden, die für Mehrleiterkabel ausgelegt sind, nicht voll angewendet werden kann.

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Die vorliegende Erfindung offenbart ein Bohrloch-Meß-.. system mit einem armierten Vielleiter-Koaxialkabel für die Übertragung hochfrequenter und niedrigfrequenter Signale, in dem eine Anzahl Leiter vorgesehen sind,· die Leitergruppen beinhalten, eine Abschirmung für einen inneren Leiter bilden und kapazitiv verbunden sind, so daß jede Leitergruppe ein unterschiedliches niederfrequentes Signal oder eine Gleichspannung übertragen kann. Dieses Kabel ist gut verwendbar für kommerzielle Meßsonden, die für Mehrleiterkabel ausgelegt sind.

Ein Bohrloch-Meßsystem beinhaltet eine durch ein Bohrloch verfahrbare Meßsonde. Sensoren ermitteln die im Bohrloch herrschenden Bedingungen. Die Sensoren erzeugen mindestens zwei Signale, die mit den ermittelten Bedingungen im Bohrloch korrespondieren. Eines dieser Signale kann ein hochfrequentes Signal sein. Das andere Signal bzw. die anderen Signale können eine niedrige Frequenz bis hinunter zum Gleichstrom (Nullfrequenz) haben. Das Bohrloch-Meßsystem beinhaltet ferner eine übertägig angeordnete elektronische Einrichtung zur Verarbeitung der von den Sensoren erzeugten Signalen. Ein armiertes Vielleiter-Koaxialkabel verbindet die Meßsonde mit der übertägigen elektronischen Einrichtung. Das Vielleiter-Koaxialkabel weist einen inneren Leiter, eine Vielzahl von Leitern, die Leitergruppen bilden, und eine äußere leitende Armierung auf. Der innere Leiter ist von der Vielzahl an Leitern durch eine erste koaxiale Isolation abgetrennt. Die Vielzahl von Leitern

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ist von der äußeren koaxialen Armierung durch eine zweite koaxiale Isolation abgetrennt. Die Leitergruppen "bei der Vielzahl von Leitern sind durch ein Isolationsmaterial voneinander abgetrennt-. Ein Schaltkreis innerhalb der Meßsonde gibt das hochfrequente Signal an den inneren Leiter und an die Vielzahl an Leitern, während das niederfrequente Signal vom Schaltkreis mindestens einer Leitergruppe der Vielzahl von Leitern und von der Armierung zur übertägigen elektronischen Einrichtung übertragen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Block-Diagramm eines Bohrloch-Meßsystems mit einem armierten Vielleiter-Koaxialkabel

Fig. 2A und 2 B Darstellungen des in Fig. 1 gezeigten Vielleiter-Koaxialkabels und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verteiler-Schaltkreises nach Fig. 1 .

In der F'ig. 1 ist eine Meßsonde 1 in einem Bohrloch niedergebracht« Die Meßsonde 1 kann eine iieutroneh-Quelle 5, einen Kristall-Detektor δ, einen Vorverstärker- 9, und ein. elektronisches Schaltteil 15 aufweisen. 'Das elektronische Schaltteil 15 ist für die Übertragung der Impulse bzw. Signale nach übertage vorgesehen und kann einen stabilisierenden Impulsgenerator gemäß der US-Anmeldung Ser. Kb.

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' — If ι

^; 333 O74 vom 16. Febr. 1973 aufweisen, der Vergleichs iinpul se erzeugt. Die Meßsonde kann weiterhin einen herkömmlichen Sucher 17 für die Verbindungsmuffen und einen Verteilerßchaltkreis 20 aufweisen. '

Die Arbeitsweise dieser Elemente ist mit Ausnahme des Verteiler-Schaltkreises allgemein bekannt und eine detaillierte Beschreibung würde im Rahmen dieser Erfindung nur eine Wiederholung darstellen. Es reicht aus, daran zu erinnern, daß die Neutronen-Quelle 5 die Formation mit Neutronen beschießt, woraus Gammastrahlen resultieren, die vom Kristall-Detektor .8 ermittelt werden. Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß die Heutronen-Quelle 5 ausgelassen und dafür die natürliche Gammastrahlung direkt ermittelt werden kann. Der Vorverstärker 9 verstärkt die Impuls-Signale des Detektors 8 entsprechend der ermittelten Strahlung. Das elektronische Schaltteil 15 erzeugt ein Impuls-Signal E^, das die Daten-Impulse des Vorverstärkers 9 und Vergleichs-Impulse zur Übertragung nach Übertage enthält. Der Sucher 17 erzeugt Jedesmal ein Signal, wenn die Meßsonde eine Verbindungsmuffe des Futterrohres 21 im Bohrloch passiert.

In den Fig. 2A und 2B ist das armierte Vielleiter-Koaxialkabel 25 detailliert dargestellt. Das Koaxialkabel 25 weist einen inneren Leiter 28 auf, der aus 19 verseilten fcinn-Kupfer-Drähten besteht, die einen Durchmesser von^fo,0112") aufweisen und von einem koaxialen Isolator 30 umgeben sind, der z.B. aus einem Material wie (Deflon bestehen ksnn. .Um

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den Isolator JO sind spiralförmig seclis Le it er gruppen 31 " bis 36 gewickelt, die jeweils aus .sieben"nichtverseilten Leitern aus Zinn-Kupfer-Drähten von jeweils 0,28 mm (0,0112") bestehen. Die Leitergruppen 31 bis 36 sind voneinander durch Isolation 39 getrennt, die einen Durchmesser von 0,28 mm (0,0112") aufweisen und ebenfalls aus Teflon gefertigt sein können. Eine Armierung 47, die aus 18 Strängen eines 1,09 mn(0,43") starken galvanisierten Stahldrahtes besteht, ist mit einem Eechtsschlag um die Leitergruppen 31 bis 39 herum angeordnet. Die Armierung 47 ist mit einem Anti-Korrosions-Belag beschichtet. Eine weitere Armierung 48, bestehend aus 18 Strängen eines 1,5Omm(O,59") starken galvanisierten Stahldrahtes, die im Linksschlag verseilt und ebenfalls mit einem Anti-Korrosions-Belag beschichtet sind, ist um die Armierung 47 herum angeordnet. Um die Armierung 47 von den Leitergruppen 31 "bis 36 zu trennen, ist ein» weiterer koaxialer Isolator 41, der ebenfalls aus Teflon gefertigt sein kann, zwischen den Leitergruppen und der Armierung 47 angeordnet. Die Anzahl der einzelnen Leiter in den Leitergruppen 31 bis 36 sowie die Leitenden und nichtleitenden Materialien können selbstverständlich verändert werden.

Der in Pig. 3 detailliert dargestellte Yerteiler-Schaltkreis 20 weist eine Vielzahl an Kondensatoren 5Oj 51 j 52-* 53 und 56 auf, die zwischen die Leiter 31 und 32, 32 und 33, 33 und 34-» 34- und 35 und 35 und 36 bzw. Leitergruppen 31 bis 36 geschaltet sind, so daß diese zusammengeschalteten

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Leitergruppen eine Abschirmung bilden; aber für Gleichstromsignale oder niedrigfrequente Wechselstromsignale wirken die Leitergruppen 31 bis 36 als Einzelleiter. Ein Kondensator 56 verbindet den Leiter 35 mit dem Erdpotential 58, so daß die Wechselstrom-Abschirmung wirksam geerdet ist. Die Armierung 48 ist ebenfalls geerdet. Die Kondensatoren des Verteiler-Schaltkreises 20 verbessern die Hochfrequenz-Kopplung zwischen den Leitergruppen 31 bis 36 und dem Erdpotential 58.

Die Leiter 31A, 32A, die mit dem Sucher 17 (Fig.-1) verbunden sind, sind mit den .Leitergruppen 31 und 32 des Koaxialkabels 25 zur Übertragung der Sucher-Signale zur übertägig angeordnet elektronischen Einrichtung verbunden. Die Leiter 33A und 34-A sind mit den Le it er gruppen 33 und 3²I- verbunden, um eine hohe und eine niedrige Gleichspannung zum Kristall-Detektor 8 au leiten. Die Leitergruppen 35 und 36 sind mit dem Erdpotential verbunden, da sie in der vorliegenden Erfindung nicht benotigt werden, aber für ein anderes Bohrloch-Meßsystem zur Verfügung stehen. Der Leiter 28 wird mit den Hochfrequenz-Eigenschaften der Abschirmung zur Übermittlung hochfrequenter Daten-Signale nach Übertage verwendet.

Das Koaxialkabel 25 ist über eine Rollen-Meßeinrichtung 60 geführt, die ein Signal einem Meßstreifen-Aufzeichnungsgerät 61 übermittelt, das mit der Tiefe der Meßsonde 1 im Bohrloch korrespondiert. Das Koaxialkabel 25 ist auf einer Seiltrommel 65" aufgewickelt und mit Kollektorringen 66 verbunden. Die Kollektorringe 66 sind mit einem anderen Kabel ?0 verbunden,

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das von der gleichen Ausbildung wie das Koaxialkabel 25 sein kann, obgleich dies keine Notwendigkeit ist. Ist jedoch das Kabel 70 nicht vom gleichen Typ wie das Koaxialkabel 25 muß für eine entsprechende Erdung 4-8B gesorgt werden.

Ein Leiter 28B des Kabels 70 ist mit einem Widerstand 75 und einem Kondensator 74- verbunden. Eine Hochspannungs-Stromquelle übermittelt die Gleichspannung V. zum Leiter 28B über den Widerstand 73·

Das Impuls-Signal E_x. geht über den Kondensator 74- und wird einer - Impulshohen-Adjustierungs-Einrichtung 80 übermittelt. Die Adoustierungs-Einrichtung 80 übermittelt ein Signal zu einem Spektrum-Stabilisator 81. Der Spektrum-Stabilisator Der Spektrum-Stabilisator 81 steuert die Adjustierungs-Einrichtung 80 durch ein Steuersignal., um die Amplitude, der Impulse E~, die von der Adjustierungs-Einrichtung 80 gemäß den Vergleichs-Impulsen im Impuls-Signal E- erzeugt werden, zu adjustieren. Die Adjustierungs-Einrichtung 80 ist ebenfalls detailliert in der US-Patentanmeldung Ser.No. 192 883 beschrieben. Der Spektrums-Stabilisator 81 empfängt eine Vergleichs-Spannung V^ und vergleicht die Vergleichs-Impulse mit der Vergleichsspannung V^, um das Steuersignal zur Adoustierungs-Einrichtung 80 zu übermitteln»

Die Impulse E₂ von der Adjustierungs-Einrichtung 80 werden einem Impuls-Verarbeitungä-Schaltkreis 83.übermittelt, der ebenfalls in der vorgenannten US-Patentanmeldung beschrieben

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Eine Niederspannungs-Stromquelle 88 gibt eine positive Gleichspannung V« an den Leiter 3>4B. Eine andere Niederspannung-Stromquelle 89 gibt eine negative Gleichspannung V-, an den Leiter 33B. Zwischen die Leiter 31B und 32B ist ein Sucher-Meßgerät 90 geschaltet. Die Ausgänge des Impuls-Verarbeitungs-Schaltkreises 83 und der Ausgang des Sucher-Meßgerätes 90 werden dem Aufzeichnungsgerät 61 zur Aufzeichnung der Information zugeführt.

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Claims (10)

T 74 068 D A η s ρ r ü'c Ii e

1) Bohrloch-Meßsystem mit armiertem Vielleiter-Koaxial-

i .

kabel j insbesondere ein Bohrloch-Meßsystem, das mittels Aussendung schneller Neutronen die Eigenschaften der durchteuften Erdformationen ermittelt, gekennzeichnet durch eine Meßsonde (1), die" eine Einrichtung (8) zur Ermittlung der Bohrlochbedingungen aufweist und mindestens zwei den Bohrlochbedingungen entsprechenden Signale erzeugt, von denen ein Signal eine hohe Frequenz und mindestens ein anderes Signal eine niedrige Frequenz aufweist, durch eine Übertragungseinrichtung, die ein armiertes Vielleiter-Koaxialkabel (25) aufweist, das einen inneren Leiter (28), einen koaxial dazu angeordneten ersten Isolator (30), Leitergruppen (31 bis 36), die in einer vorbestimmten Beziehung zum inneren Leiter (28) und von diesem durch den ersten Isolator (30) getrennt angeordnet sind, Einrichtungen (39) zuv Trennung und Isolierung der Leitergruppen (31 bis 36) voneinander, einen zweiten koaxialen Isolator (41) und eine äußere Armierung (47, 48) aus leitendem Material, die von den Leitergruppeji(31 bis 36) durch den zweiten Isolator (41) getrennt ist, beinhaltet, durch einen in der Meßsonde (1) befindlichen Verteiler-Schaltkreis (20), der mit der Einrichtung (8)

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und der Übertragungseinrichtung zwecks Zuführung des hochfrequenten Signals zum inneren Leiter (28) und den Leitergruppen (31 "bis 36) des Koaxialkabels (25) und zwecks Zuführung des niederfrequenten Signals zu einer der Leitergruppen (31 "bis 36) und der äußeren Armierung (47,48) schaltungstechnisch verknüpft ist, und durch eine ubertägig im Bereich des Bohrloches befindliche elektronische Einrichtung (80,81,83) zur Verarbeitung der von der Übertragungseinrichtung übermittelten Signale und Erzeugung von Ausgangs-Signalen, die den ermittelten Bedingungen im Bohrloch entsprechen.

2) Bohrloch-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente Signal Daten-Impulse beinhaltet, daß die Meßsonde (1) ein elektronisches Schaltteil (15) zur Erzeugung von Vergleichs-Impulsen aufweist, daß der Verteiler-Schaltkreis (20) die Daten-Impulse und die Vergleichs-Impulse dem inneren Leiter (28) und den Leitergruppen (31 bis 36) zuführt und daß die ubertägig angeordnete elektronische Einrichtung (80,81,83) die Amplitude der Daten-Impulse in Übereinstimmung mit den Amplituden"der ubennittelten Vergleichs-Impulse adjustiert.

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3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Einrichtung (8) zur Ermittlung der Bohrlochbedingungen eine erste Gleichspannung über den Leiter (33A), eine zweite Gleichspannung anderer Amplitude über den Leiter (34A.) und eine dritte Gleichspannung über den Leiter (48A) angelegt ist, und die übertägige elektronische Einrichtung drei Gleichspannungs-Quellen (70,88,89) für die benötigten Spannungen aufweist, und daß eine zweite Einrichtung zur Anlegung einer Gleichspannung an eine zweite Leitergruppe der Leitergruppen (31 bis 36) und an die äußere Armierung (47, 48), zur Anlegung der zweiten Gleichspannung an eine dritte Leitergruppe und an die äußere Armierung (47, 48) und zur. Anlegung der dritten Gleichspannung an eine vierte Leitergruppe und die äußere Armierung (47, 48), vorgesehen ist.

4) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u r ch gekennzeichn, et., daß der Verteiler-Schaltkreis (20) eine Vielzahl an Kondensatoren (50, 51> 52, 53 und 56) aufweist,, die mit den Leitergruppen (31 bis 36) dergestalt schaltungstechnisch verknüpft sind, daß eine verbesserte Verbindung für die Übertragung von hochfrequenten Wechselstrom-Signalön zwischen den Leitergruppen entsteht und eine verbesserte Trennung für die Über-

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tragung niedrigfrequenter Wechselstromsignale und Gleichspannungen erfolgt und daß ein anderer Kondensator zur Verbesserung der Koppelung der Leitergruppen (31 "bis 36) für hochfrequente Signale mit dem Erdpotential einen Leiter der Vielzahl an Leitern mit der äußeren Armierung (47*4^) des Koaxialkabels (25) verbindet.

5) Bohrloch-Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Leitergruppen (31 bis 36) eine im wesentlichen gleiche Entfernung zum inneren Leiter (28) aufweisen.

6) Bohrloch-Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitergruppen (31 his 36) durch einen- drahtförmigen Isolator (39) voneinander getrennt sind. " .

7) Bohrloch-Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Armierung (47, 48) zwei Armierungs-Lagen aufweist,"von denen "die eine Lage 18 Stränge eines galvanisierten Stahldrahtes mit einem Durchmesser von je 1,09 mm aufweist und die andere Lage 18 Stränge eines galvanisierten Stahldrahtes mit einem Durchmesser von je 1,50 mm aufweist , und daß

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die mit einem Anti-Korro.sions-Belag "beschichteten Lagen gegenläufig verseilt sind.

8) Bohrloch-Meßsystem nach einem der Ansprüche .1 bis dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitergruppe (51 "bis 36) aus je sieben nichtverseilten Zinn-Kupfer-Drähten besteht, die einen Drahtdurchmesser von 0,28 mm haben.

9) Bohrloch-Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Leiter (28) 19 verseilte Zinn-Kupfer-Drähte aufweist, die einen Drahtdurchmesser von 0,28 mm haben.

10) Bohrloch-Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoren (30, 39, 41) a^us Teflon gefertigt sind.

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