DE2758770A1 - Verfahren und vorrichtung zum telemetrischen uebertragen akustischer signale ueber einen im bohrloch befindlichen bohrgestaengestrang - Google Patents

Description

SCHIFF ν. FONER STREHL SCHUBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

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BESCHREIBÜNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum telernetrisehen Übertragen akustische Signale über einen in einem Bohrloch befindlichen Bohrgestängestrang.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgestängetelemetriesystem und insbesondere auf eine Einrichtung zum übertragen von Daten über ein Bohrgestänge vom Böden einer Bohrung zur Oberfläche und umgekehrt unter Verwendung der akustischen Telemetrie. Das Bedürfnis für Einrichtungen zum übertragen von Bohrlochdaten an die Oberfläche während des Bohrens kennt man 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, proportional anstiegen. Beispielsweise besteht ein solches Bedürfnis, wenn der Bohrmeister eine Kommunikationsform zwischen der Bohrstelle und der Oberfläche benötigt, beispielsweise 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. Man hat bereits Versuche unternommen, Systeme zu entwickeln, die während des Bohrens registrieren bzw. aufzeichnen; eine solche Vorrichtung wurde in U.S. Patent Nr. 2 755 431 beschrieben. Bis jetzt hat jedoch ein derartiges System aus verschiedenen Gründen hoch keine weitgestreute Anwendung Ai der Technik gefunden.Manche Systeme benutzen aim tbertragen von 3hformationen von dem Bohrloch air Oberfläche Kabel. Dies

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erfordert ein vollständiges Herausziehen des Kabels oder die Herstellung von Verbindungen im Kabel an der Oberfläche jedes Mal 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, wird dafür ein spezielles Bohrgestänge erforderlich, das sehr teuer ist.

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 4 0er 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

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unterbrochen wird. Dies ist kostspielig und zeitaufwendig und bei den 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 feindlichen Umgebungen, 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.

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 Möglichkeit der akustischen Bohrrohrtelernetrie. Das System bestand aus einer im Bohrschacht befindlichen Impulsschallquelle und einer an der Oberfläche befindlichen Baugruppe für den Empfang des gesendeten Schalls und für die Messung seiner Amplitude in jedem Band 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 Beschleunigungs-

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messer, 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 ließ das Telemetrieforschungsprojekt fallen und nahm es erst 1969 wieder auf, als man zu dem Schluß kam, daß zur Überwindung der hohen Dämpfung die Verwendung von Verstärkern günstig sei.

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 Geschoßrohrlocher genauer zu steuern und andererseits 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 nicht möglich war. Dieser Versuch wurde folgendermaßen ausgeführt: Die Bohr-

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Schachtschallquelle bestand aus einem Satz von Behältern, die
so angeordnet waren, daß sie jedes Mal bei Betätigung 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.

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
Schlanunimpulstelemetriesystem wurden fortgesetzt, bis die Technologie an eine andere Gesellschaft verkauft wurde, welche versuchte, das System als Mittel zum Registrieren während des Bohrens zu vermarkten. Die Schlußfolgerung dieser Firma, daß die Schlammimpuls te lerne tr ie 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
Schlammimpulssystern erfordert verglichen mit dem potentiell billigeren und schnelleren akustischen Bohrrohrsystem kompliziertere Bauelemente und weist eine langsamere Datengeschwindigkeit auf.

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

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empfängt und sie der darüberllegenden 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 Null abgeschaltet wurde, oder in manchen Fällen nur ein Paar von nahe beieinanderliegenden Frequenzen verwendet, wobei die eine Frequenz den Wert 1 und die andere Frequenz den Wert Null 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 Ubertragungsfrequenzen 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 194 8 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.

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

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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 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 Durchfürhung sehr zeitraubend.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß die bisher vorgenommenen Versuche auf dem Gebiet der akustischen Telemetrie in einem Bohrrohr auf große Schwierigkeiten stießen.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein akustisches übertragungssystem für den Einsatz in einem Bohrloch zu beschaffen, bei dem natürliche Bandpässe bzw. Durchlaßbereiche in einem langgestreckten Rohrstrang benutzt und akustische Frequenzen ausgewählt werden, die sich für derartige Durchlaßbereiche und die Umgebung in einem Bohrschacht und insbesondere die Umgebung einer Bohroperation anpassen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein akustisches Übertragungssystem gelöst, das sich bei einem Rohr verwenden läßt, das in einem Bohrschacht hängt. Dabei wird in das Rohr ein akustisches Signal bzw. ein Schallsignal eingeführt, durch das Rohr übertragen und an einer anderen Stelle längs des Rohrs im Abstand davon empfangen. Das Signal bewegt sich in dem Rohr mit einer Frequenz, die innerhalb eines Durchlaßbereiches des Rohrstrangs liegt und an andere selektive Parameter der Bohrlochumgebung anpaßbar ist. Das akustische Signal ist so festgelegt, daß es codiert oder moduliert werden kann, um eine Information von einer Stelle zu einer anderen Stelle längs des Rohres übertragen zu können.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Telemetriesystem zum Übermitteln von Daten zwischen einer Stelle in einem Bohrschacht und der Oberfläche der Bohrung, wobei ein akustisches Signal benutzt wird, das innerhalb natürlich vorkommender Durchlaßbereiche eines Rohrstrangs arbeitet, die im wesentlichen festgelegte Frequenzbereiche sind und in Beziehung zur Rohrlänge und zum Rohrzustand stehen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines akustischen Rohrstrang-Telemetrieversuchs,

Fig. 2 ein Diagramm der mit der Anordnung von Fig. 1 gemessenen Versuchsdaten,

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Fig. 3 und 4 Diagramme von akustischen Durchlaßbereichen, die

aus den gemessenen Ergebnissen verglichen mit theoretischen Daten abgeleitet sind,

Fig. 5, 6 und 7 in Diagrammen die Einflüsse der Gewindeverbindungsnachgiebigkeit bzw. -steifigkeit auf die akustischen Durchlaßbereiche,

Fig. 8 schematisch im Fließbild ein Bohrrohr-Telemetriesystem gemäß der Erfindung, wobei die dem System zugeordnete elektronische Ausrüstung am Schachtboden und an der Oberfläche dargestellt ist,

Fig. 9 schematisch im Fließbild eine Verstärkerstation für das Telemetriesystera von Fig. 8 und

Fig. 10 schematisch die Verwendung einer Vielzahl von Verstärkerstationen und einer Frequenzmischung für das Telemetriesystem der Figuren 8 und 9.

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 Entwicklung 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.

Dabei wurde in Betracht gezogen, daß, wenn das Bohrrohl als eine abgestimmte übertragungsleitung wirken soll, die in der Lage ist,

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bestimmte Frequenzen hindurchzulassen und andere zu sperren, diese Eigenschaft in einer Ubergangsversuchsanalyse 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 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 wird in gleicher Weise mit dem Kastenende 17 einer Gewindeverbindung versehen, die eine Platte 19 an ihrem unteren Ende hat. An der Platte wird eine Kammer befestigt, die von einem Abschnitt des Rohres 21 gebildet wird. An dem unteren Ende der Kammer ist eine Gewindekappe 23 befestigt, 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 den Ausgang des Kristalls, der 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 in die Bohrung auf dem Rohr einlaufen gelassen, 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. Der Schallimpuls 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 Reihe von 10 Impulsen

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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 hinzugefügt, 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 280,1 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 gibt einen Impuls mit einer Energie bis zu einer maximalen Frequenz, was durch die Schärfe und Dauer des Impulses bestimmt wird. Wenn beispielsweise der Hammerimpuls eine Dauer von 1 Millisekunde hat, enthält der Impuls eine Energie, die alle Frequenzen von 0 bis 1000 Hz umfaßt. Die Kugelhammermethode der beschriebenen Versuche ergibt auch Frequenzen über 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.

Um das Frequenzspektrum der Aufzeichnung analysieren zu können, ist es erforderlich, die Aufzeichnung durch den mathematischen Prozeß einer Fourier Transformation in den Frequenzbereich umzuwandeln. Dieser Prozeß ist zu kompliziert, als daß er von Hand vorgenommen werden könnte. Man benutzt die Hilfe von Hochgeschwindigkeitsdigitalrechnern. Die "Zeitbereichs"-Daten müssen deshalb in die Digitalform für die Eingabe in den Komputer um-

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gewandelt werden.

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 Ausrüstung 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 digitiert. Wenn irgendeine Frequenz einen Zyklus hat, der in weniger als 2 Digitierintervallen 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 500 Hz bei den geophysikalischen Datenverarbeitungsgeräten. Um die Anzahl der Digitalwerte auf ein Minimum zu reduzieren, die für die Aufzeichnung und zum Ausschließen jeder Möglichkeit einer Überschreitung der Nyquist-Frequenz erforderlich ist, werden bei allen seismischen Digitiergeräten die Eingangsdaten durch ein sehr scharfes Tiefpaßfilter geschickt, das so ausgelegt ist, daß alle Frequenzen über etwa 250 Hz vor der Digitierung ausgeschlossen werden. Da man erfindungsgemäß Durchlaßbereiche von bis zu 2500 Hz untersuchen möchte, muß diese Begrenzung infolge Frequenzfiltrierung ausgeschlossen werden. Eine andere Digitiermöglichkeit war nicht vorhanden. Eine spezielle Digitiereinrichtung für den erfindungsgemäßen Zweck konnte aus Kostengründen nicht gebaut werden. Es zeigte sich, daß die von den Schallimpulsen in der beschriebenen Situation gemachten Aufzeichnungen in den

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seismischen Frequenzbereich maßstabsmäßig übertragen werden können, in dem die Impulse mit einer Bandgeschwindigkeit von 19,05 cm/s (7,5 inch/s) erneut aufgezeichnet werden, wonach das Band mit 4,76 cm/s (1 7/8 inch/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 Digitierungsgrenze von 250 Hz zu bringen. Deshalb wird die zweite Kassettenaufzeichnung wieder aufgezeichnet mit einer Geschwindigkeit von 19,05 cm/s (7 1/2 inch/s) und auf das Kassetteftband abgespielt sowohl mit 9,53 cm/s (3 3/4 inch/s) und 4,76 cift/s M 7/8 inch/s), wodurch man zwei Sätze von Aufzeichnungen mit Gesamtfrequenzuntersetzungen von 8 : 1 bzw. 16 : 1 erhält. Die Digifclerung und Verarbeitung bei beiden Bandgeschwindigkeiten ist erforderlich, da bei der Frequenzunterteilung von 16 ι 1 die unteren interessierenden Frequenzen, unter 500 Hz, unterhalb dies niederfrequenten Ansprechvermögens der Bandaufzeichnungsgeräte liegt, 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 Digitierers zu bringen.

Mit den beschriebenen einfachen Maßnahmen ist es möglich, die Impulstestdaten in den seismischen Frequenzbereich zu verschieben und so zu digitieren, 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 wird bei einer Reihe von Impulsversuchsaufzeichnungen angewendet, die während der oben beschriebenen Versuche gemacht werden. .

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird das Rechnerergebnis dieses Analyseprozesses in Form einer spektralen Energiedichte über einer Frequenzkurve für jede der fünf Tiefen ausgedruckt. Die

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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 4 77,3 m (1566 ft), werden diese Durchlaßbereiche schärfer, die Übertragungen außerhalb dieser Bänder fallen nahezu auf Null ab.

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 Chaney und Cox gemessenen Daten mit den theoretischen Daten von Barnes und Kirkwood für ein Bohrrohr von einer Länge von 9,4 5 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 keine Notwendigkeit einer Überlappung der gemessenen und theoretischen Durchlaßbereiche. Dies ist hinsichtlich der gänzlich fehlenden Übereinstimmung zwischen den gemessenen und berechneten sperrenden Bändern deutlich koinzident.

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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. Beispielsweise läßt sich die niedrigste Frequenz eines jeden Durchlaßbereiches durch das Mehrfache einer -Frequenz annähern, die nach der Formel berechnet wird:

5318,8 m/s

2 χ Rohrverbindungslänge in m

wobei 5318,8 m/s die Schallgeschwindigkeit in dem Bohrrohr ist. Die Grundfrequenz ist somit so bestimmt, daß eine Länge des Bohrrohrs die halbe Wellenlänge bei dieser Frequenz ist. Die mittlere Verbindungslänge des verwendeter Bohrrohrs beträgt 9,39 m (30,8 ft) ausschließlich des Gewindes. Somit ergibt sich nach der vorstehenden Gleichung eine Grundfrequenz von

= 283 Hz.
2 χ 9,39 m

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 5-Fache dieser Frequenz fallen.

Im Hinblick auf dieses wiederauftretende Muster ist es klar, daß auch ein unteres Ubertragungsband mit einer Ausgangsfrequenz von 0 χ 283 Hz existieren muß. Dieses Band erstreckt sich bis Null Hz, da klar ist, daß das Bohrrohr "Gleichstrom"-Verschiebungen ohne

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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 placieren, was weit unter dem unteren Frequenzansprechvermögen des KassettenbandaufZeichnungsgerätes ist, das für diesen Zweck verwendet wurde. Es ist auch zu erwarten, daß Übertragungsbänder bei höheren Mehrfachen als dem 5-Fachen der Grundfrequenz auftreten. Diese Ubertragungsbänder sind schwächer, da die natürliche Dämpfung mit zunehmender Frequenz steigt.

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 einer niedrigsten Frequenz von 2264 Hz entsprechend dem 8-Fachen von 283 Hz liegt.

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 bei einer Basis beginnt, die 20 Hz über der Ausgangsfrequenz eines jeden Durchlaßbereichs berechnet nach der obigen Formel liegt. Der 20 Hz-Abstand führt die Basis des Bandes an der Neigung vorbei, die an den Rändern der Durchlaßbereiche auftritt. Selbstverständlich läßt sich die Telemetrie in diesem Abstand ausführen, es stellt sich jedoch eine geringere Dämpfung in dem 150 Hz-Band über diesen Abstand bzw. Spalt ein. Infolge der geringeren Dämpfung bei den niedrigeren Frequenzen sind die unteren Frequenzdurchlaßbereiche etwas breiter. Deshalb kann eine bestimmte Übermittlung jenseits plus oder minus 100 Hz von der Zentralfrequenz erwartet werden, während Durchlaßbereiche über 2000 Hz schmaler sein können.

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Die Stelle des Beginns der Frequenz eines jeden Durchlaßbereiches ist nicht fest, sondern ist eine Funktion der Länge der einzelnen Verbindungen des Bohrrohrs. Die Frequenzbeginnstellen, 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 Bohrröhre mit einer Länge von 30,7 m (4 5 ft) verwendet. Bei solchen Bohranlagen ergibt sich eine Verschiebung der überträgtmgsfrequenz, 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 1_3,7 m liegt die Grundfrequenz bei 196-"Hz-." Die Frequenzen 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- und 8-Fachen von 196 Hz das untere Ende der Durchlaßbereiche bei Frequenzen von 588, 784, 980, 1176, 1372 bzw. 1568 Hz.

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 überlicherweise 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 be-

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trägt. Setzt man diesen Wert für die Schallgeschwindigkeit in die Gleichungen von Barnes und Kirkwood für die Druckquellen 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 der 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 Durchlaßbereichbreite 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 des den theoretischen Daten zugrundeliegt, einen fundamentalen Fehler aufweist.

Das Modoll des Bohrrohrs nach Barnes und Kirkwood besteht aus einem Bohrrohrlängenstück gleichmäßigen Querschnitts, das unter Verwendung von Gewindeverbindungen mit beträchtlich größerem Querschnitt hergestellt wird. Bei diesem Modell sind die Gewindeverbindungen 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 Gewindeverbindungen und dem Rohr die Steigerung in Größe und Masse ist, besteht ein weiterer Unterschied darin, daß die Rohrverbindung eine Gewindeverbindung enthält. Die akustischen Eigenschaften der Gewindeverbindung sind sher schwierig zu analysieren. Es scheint so, daß die Gewindeverbindung die Rohrverbindung anstatt steifer eher nachgiebiger als das Bohrrohr macht. Ein Grund für diese Annahme, daß anstelle dos zusätzlichen Metalls das Gewinde der einflußausübende Faktor

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ist, ergibt sich aus Versuchsergebnissen an stark verschlissenen Bohrrohren. Vor der Feststellung der richtigen Stelle 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 Röhr 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 Rohrverbindungen sind eine merkliche Reduzierung des Außendurchmessers der Verbindung und eine Zunahme des Spiels der Gewindeverbindung. Der Außendurchmesser der Rohrverbindungen, 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 der Rohrverbindung bei dem Sperren bestimmter Frequenzen der ausschlaggebende Faktor sein würde, müßte man erwarten, daß ein ausgewähltes Entfernen des Mete Ils von den Rohrverbindungen diesen Effekt reduzieren würde und bei allen Frequenzer eine nahezu konstante übertragung geben 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 Komputerprogramm 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 der Rohrverbindung und des Rohres zu ^berechnen, führte man diese Größe als eine der Variablen in das Programm ein. Fig. 5 zeigt

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einen Vergleich der Meßwerte mit den Komputervoraussagen bei zwei verschiedenen Nachgiebigkeitsverhältnissen bzw. bei zwei versch iedenen Verhältnisse reziproker Steifigkeit. Bei dem

Nachgiebigkeitsverhä1tnis λοπ 2 : 1 stimmen Größe und Stelle der Ubertragungsbänder ziemlich gut mit den Versuchsdaten überein. Bei einem Nachgiebigkeitsverhältnis von 10 : 1 werden die Ubertragungsbänder 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 Ubertragungsbandos unterbinden. Ein Rohr, rl r< r;.^r;''¹M <\<·\ι i \λΛ< "■[•'iri'i'¹ um Ί.Ί-: 10 l'.ifln· n-i'-li'i I · 1> I ·\<· ι ;i I ··. Met P'ilit körper sind, kann sich während des Bohrvorgangs mechanisch nicht selbst abstützen, so daß es unwahrscheinlich ist, daß diese Extremsituation in der Praxis auftritt.

den

Es hat sich gezeigt, daß bei Anwond ing r> i nor/ ta tr.ärhl i rhmi 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 Rohrverbindungen in einem Rohrstrang nachgiebiger als das Bohrrohr sind, kann nicht berechnet werden, um wieviel nachgiebiger sie sind. Um deshalb ein Modell für den Komputer zu erhalten, wurde eine Anzahl von Verhältnissen eingesetzt. Durch Ausprobieren wurde gefunden, daß eine Nachgiebigkeitsverhältnis von 7 : 1 eine Bandbreite ergibt, die mit den Versuchsdaten recht gut übereinstimmt. Gemäß Fig. 2 kann die Schwierigkeit abgeschätzt v/erden, eine genaue Bandbreite aus den Versuchsdaten herauszunehmen, da die Ampli-

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tudo auf beiden Enden eines jeden Bandes allmählich abfällt. Es gibt deshalb einen beträchtlichen Fehlerrandbereich in dem Nachqiebigkeitsverhältnis von 7:1. Dieses Verhältnis ändert sich ohne Zweifel mit dem Alter de^ Rohrs. Die Gewindeqänge des Rohrs werden infolge des Verschleißes nachgiebiger, während sich die Steifiqkeit 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 Schallgeschwindigkeitin einem massigen Stnhlkörper. Es ist nicht bekannt, ob diese Differenz einen tatsächlichen Unterschied in der Schallgeschwindigkeit im Rohr verglichen mit dünnen Stäben wiederspiegelt oder ob sie einen Fehler bei den Daten anzeigt. Ein Fell] er 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.

W(MiH man mit: dem Komputermodell zur Bestimmung des optimalen Nachgiebigkeitsverhältnisses arbeitet, ergeben sich interessante und überraschende Feststellungen. Wie erwartet, macht eine Steigerung des Nachgiebigkeitsvershältnisses 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 Nachgiebigkei tsverhäl l.ni s von 20 : 1 mit den ausgezogenen Linien für ein Verhältnis von 7 : 1 vergleicht. Es zeigt sich, daß din Grenze für die niedrige Frequenz eines jeden Durchlaßbereichos genau auf i.Mii Vielfaches einer Frequenz fällt, für die die Länge eines

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verbundenen Dohrrohrs einer halben Wellenlänge entspricht. Diese Frequenz kann folgendermaßen berechnet werden:

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Grundfrequenz = — = 283 Hz,

2 χ 9,39 m

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. 1 gezeigt ist, ändert sich dieser Niederfrequenz-Endpunkt nicht mit dem Nachgiebigkeitsverhältnis. Es verschiebt sich ledig]ich das hohe Frequenzende, wenn sich das Nachgiebigkeitsverhältnis ändert.

Fig. 7 zeigt den Einfluß der Bohrrohrlänge auf die Position und Breite der berechneten Durchlaßbereiche. Die unterste erste Kurve von Fig. G gi]t 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 Länqenqrenze für Normbohrrohre angenommen. Die dritte Kurve gi]t für ein Bohrrohr von einer Länge von 13,7 m (45,ο 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 dio untere Grenze des Bandes auf 890 Hz verschoben. Es kann sein, daß ein sogenanntes schlechtes Rohr dor früheren Versuche, welches eine starke Dämpfung bei 860 Hz aufwies, tatsächlich nur ein "kurzes" Rohr war.

In Fig. 8 ist schematisch ein Telemctriesystem für die erfindungsgemäßen Zwecke gezeigt.. Dabei ist ein Bohrrohrstrang 35 in einer Bohrung aufgehängt und hat eine Vielzahl von nicht gezeigten

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Rohrabschnitten, die durch Gewinderqhrverbindungen in herkömmlicher Weise verbunden sind.

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.

Ein Sensor 39 zur Feststellung eines Bohrschachtparameters gibt ein Analogsignal, das in eine Digitalcodierung mittels eines Analog-Digitalumwandlers 41 umgewandelt wird. Ein Beispiel für einen derartigen Sensor ist eine Vorrichtungzum Bestimmen der Ausrichtung eines Bohrlochs unter Verwendung eines Luftspalt-Steuerwerkzeugs. Das Signal kann auch in For» 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-Umwandler geführt, der die analogen Spannungen in eine Digitalcodierung unter Verwendung von "1" und "0* für alle Införmationsübermittlungen umwandelt. Das Ausgangssignal des Ä/D-Ümwandlers 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 Übertragungsfrequenz betätigt wird, die innerhalb der vorstehend beschriebenen Durchlaßbereiche liegt. Das Ausgangssignal des A/D-Umwandlers und des Schieberegisters ist entweder "Eiri" öder "Aus" entsprechend der Digitalcodierung "1" oder "Ö^rtv Wenn "Ein" oder "1" vom Schieberegister kommt, wird der Schalter so betätigt, daß das Ausgangssignal des Oszillators zu einem Leistungsverstärker 51

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geführt 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.

Ein Taktsteuersystem, das sich für die erfindungsgemäßen Zwecke eignet, kann folgendermaßen arbeiten: Die für jedes Datenbit zulässige 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 vorgesehen, daß, wenn sich die "1" in dem 8-Bit-Datenstrom zu einer

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geraden Zahl addieren, dem neunten Bit eine "1" oder "Ein" gegeben wird. Wenn die "1" in dem 8-Bit-Datenstrom sich zu einer ungeraden 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 verloren worden sind. Wenn 9 V/orte (8 Bits plus Paritätsbit) durchgegangen sind, wird ein diskretes Synchronsignal gegeben, beispielsweise in Form eines Zeitablaufs 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.

Wenn das akustische 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 qenug ist, damit es leicht festgestellt werden kann. Das System von Verstärkern wirkt also 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.

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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 für eine solche Frequenz auswählbar 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 Datenangabe in ihr Wort-Bit-Schema zu bringen, wie dies anhand der Bohrschachtübertragung beschrieben wurde. Diese taktsynchronisierte Datenangabe wird dann zu einer Zwischenschaltung 79 geführt, die die Worte der Datenangabe so trennt und sortiert, daß sie dem Analogwert der in dem Bohrloch gemessenen Parameter entsprechen, die dann in analoger oder digitaler Form ausgelesen werden.

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, wel-

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ches 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 mit schmalem Durchgang 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 Ubertragungs- 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 Rückkoppelungssignal zum Verstärker, wodurch das Ausgangssignal des Verstärkers reduziert wird und umgekehrt. Da der Verstärkerabschnitt auch einen Ubertragungsabschnitt 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, so daß diese Schalteinrichtung so gesteuert wird, daß der Eingang so geschaltet wird, daß er den wieder übertragenen Impuls nicht

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empfängt. Diese Schaltung bleibt ausreichend lange, um ein
Anrufen der Schallquelle und somit eine Störung des Empfängers zu verhindern.

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
den beispielsweise beschriebenen System arbeitet der Verstärkersender mit 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 37 610 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, daß ein Streusignal von einer Station mit der gleichen Frequenz mit durchlaufenden Datensignalen verwechselt wird. Der Abstand zwischen den Verstärkern
und einer Frequenzmischung wird durch Signalverlust und Empfängersignalsperre im Leistungszustand bestimmt. Das von jedem akustischen Sender bzw. jeder Schallquelle übermittelte Signal
läuft natürlich in beiden Riehtungen 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

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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.

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.

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L e e r s e i t e

Claims (30)

1. Vorrichtung zum telemetrischen übertragen akustischer Signale über einen in einem Bohrloch befindlichen Bohrgestängestrang, der aus Rohrabschnitten zusammengesetzt ist, insbesondere aus Rohrabschnitten mit einer Länge von etwa 9,5 m (31,3 ft), gekennzeichnet durch akustische Sende- und Empfangseinrichtungen (53_f 37, 71) an einer ersten und an einer zweiten Stelle an dem Rohrstrang (35), die im Abstand voneinander angeordnet sind, und durch Einrichtungen zum Betätigen der Sendeeinrichtungen mit einer festgelegten Frequenz, die innerhalb von Durchlaßbereichen liegt, die eine Frequenzbandbreite von 130 Hz und Grundfrequenzen haben, die ein Mehrfaches von 283 Hz + 20 Hz sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Bohrloch befindliche Einrichtung zum Feststellen eines Bohrlochparameters, durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das den festgestellten Parameter beschreibt und durch Einrichtungen, die auf das Signal ansprechen und dem Rohrstrang ein akustisches Signal mit einer Frequenz aufgeben, die in die Durchlaßbereiche fällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine an der Oberfläche befindliche Einrichtung (71) zum Empfangen des akustischen Signals und durch Einrichtungen, die auf das empfangene akustische Signal ansprechen und ein elektrisches Signal erzeugen, welches den festgestellten Parameter beschreibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Verstärkereinrichtungen (37), die an dem Rohrstrang (35) zwischen der im Bohrschacht befindlichen Einrichtung und der an der Oberfläche befindlichen Einrichtung angeordnet sind und einen Empfänger zum Empfang des akustischen Signals aufweisen, und durch akustische Signale erzeugende Einrichtungen, die auf den Empfang ansprechen und ein akustisches Signal mit einer anderen Frequenz innerhalb eines Durchlaßbereiches erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verstärkereinrichtungen, die an dem Rohrstrang zwischen der ersten und der zweiten im Abstand davon vorgesehenen Stelle antjeordnet sind, mit einem Empfangsabschnitt zum Empfang eines akustischen Signals einer ersten festgelegten Frequenz und mit einer akustische Signale erzeugenden Einrichtung, die ansprechend auf den Empfang eines akustischen Signals mit der ersten festgelegten Frequenz im Empfangsabschnitt ein akustisches Signal mit einer zweiten festgelegten Frequenz

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erzeugt, wobei die erste und die zweite festgelegte Frequenz innerhalb eines der Durchlaßbereiche liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ubertragungszwischenflächeneinrichtung an der ersten und an der zweiten im Abstand davon angeordneten Stelle zum Umformen elektrischer Signale in akustische Signale und umgekehrt.

7. Vorrichtung zum übermitteln eines akustischen Signals über den Strang eines Bohrrohrs, das aus Abschnitten annähernd gleicher Länge zusammengesetzt in einem Bohrloch angeordnet ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum übertragen und Empfangen von akustischen Signalen, die an einer ersten und an einer zweiten im Abstand davon vorgesehenen Stelle an dem Bohrstrang angeordnet sind, und durch Einrichtungen zum Betätigen der übertragungseinrichtung mit einer festgelegten Frequenz, die innerhalb von Frequenzdurchlaßbereichen auftritt, die eine untere Grenze haben, die ein Vielfaches einer Frequenz ist, für die ein Längenabschnitt des Rohres im Strang annähernd einer halben Wellenlänge entspricht .

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durcli Verstärkereinrichtungen, die an dem Rohrstrang zwischen der ersten und der zweiten im Abstand davon vorgesehenen .Stolle angeordnet sind und Empfangs- und übermittlungseinrichtung«?n zum Empfangen der festgelegten Frequenz und ansprechond darauf zum Senden eines akustischen Signals mit <;in<?r zweiten festgelegten Frequenz innerhalb der Frequenzdurchl allbereiche aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennze ich net durch (!im; zweite Verstärkereinrichtung zum Empfang der

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zweiten festgelegten Frequenz und ansprechend darauf zum Senden einer dritten festgelegten Frequenz innerhalb der Frequenzdurchlaßbereiche.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite im Abstand davon vorgesehene Stelle an dem Bohrstrang am Boden bzw. an der Oberfläche des Bohrlochs angeordnet sind und daß im Bohrloch befindliche Einrichtungen zum Feststellen eines physikalischen Bohrlochparameters, Einrichtungen zum Erzeugen eines den Bohrlochparameter darstellenden elektrischen Signals und Einrichtungen vorgesehen sind, die auf das elektrische Signal ansprechen und die Ubermittlungseinrichtung betätigen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine an der Oberfläche befindliche Einrichtung zum Messen des akustischen Signals festgelegter Frequenz und durch Einrichtungen, die ansprechend auf die Meßeinrichtung ein elektrisches Signal erzeugen, das den festgestellten Bohrlochparameter darstellt .

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Verstärkereinrichtungen, die in dem Rohrstrang für den Empfang des akustischen Signals einer festgelegten Frequenz und ansprechend auf diesen Empfang für das Senden eines weiteren akustischen Signals mit einer anderen festgelegten Frequenz angeordnet sind, die aus den Durchlaßbereichen ausgewählt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein den festgestellten Parameter darstellendes Analogsignal erzeugt und daß Einrichtungen zum Umwandeln des Analogsignals in einen Digitalimpulscode

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und Einrichtungen zum Betätigen einer akustischen Schallquelle in einer taktgesteuerten Folge zu dem Digitalimpuls vorgesehen sind, um einen akustischen Impuls mit festgelegter Frequenz zu erzeugen, der den ermittelten Parameter darstellt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Umwandlereinrichtung an der Oberfläche zum Empfang des akustischen Impulses und ansprechend darauf zur Erzeugung eines elektrischen Signals an der Oberfläche und durch Einrichtungen für ein synchrones in Beziehung Setzen des elektrischen Signals an der Oberfläche mit dem taktbezogenen Bohrlochimpuls, um ein Signal an der Oberfläche zu erzeugen, welches den festgestellten Bohrlochparameter darstellt.

15. Vorrichtung zum übermitteln akustischer Signale über einen Bohrrohrstrang mit Bohrabschnitten von einer Länge von etwa 13,6 m (44,5 ft), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch akustische übertragungs- und Empfangseinricntungen an einer ersten und an einer zweiten im Abstand angeordneten Stelle am Bohrstrang und durch eine Einrichtung zum Betätigen der Übertragungseinrichtungen mit einer festgelegten Frequenz, die innerhalb von Frequenzdurchlaßbereichen auftritt, die eine Frequenzbandbreite von 100 Hz und Grundfrequenzen aufweisen, die ein Mehrfaches von 196 Hz + 20 Hz sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtungen im Bohrloch befindliche Einrichtungen zum Feststellen eines Bohrlochparameters, Einrichtungen zum Erzeugen eines den festgestellten Parameter darstellenden elektrischen Signals und Einrichtungen aufweisen, die auf das erzeugte elektrische Signal ansprechen und dem Rohrstrang ein akustisches Signal mit einer Frequenz auf-

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geben, die in die Durchlaßbereiche fällt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine an der Oberfläche befindliche Einrichtung zum Empfang des akustischen Signals und durch Einrichtungen, die auf das empfangene akustische Signal zur Erzeugung eines elektrischen, den festgestellten Parameter darstellenden Signals ansprechen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Verstärkereinrichtungen, die an dem Rohrstrang zwischen der im Bohrloch befindlichen Einrichtung und der an der Oberfläche befindlichen Einrichtung angeordnet sind und einen Empfänger zum Empfang des akustischen Signals und eine akustische Signale erzeugende Einrichtung aufweisen, die auf den Empfänger zur Erzeugung eines akustischen Signals mit einer anderen Frequenz innerhalb eines Durchlaßbereiches anspricht .

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Verstärkereinrichtungen, die an dem Rohrstrang zwischen der ersten und der zweiten im Abstand davon vorgesehenen Stelle angeordnet sind und einen Empfangsabschnitt zum Empfang eines akustischen Signals der ersten festgelegten Frequenz und eine Einrichtung zum Erzeugen akustischer Signale aufweisen, die ansprechend auf den Empfangsabschnitt, wenn ein akustisches Signal mit der ersten festgelegten Frequenz empfangen wird, ein akustisches Signal einer zweiten festgelegten Frequenz erzeugen, wobei die erste und die zweite festgelegte Frequenz innerhalb der Durchlaßbereiche auftreten.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Umwandlungszwischenflächeneinrichtung an der ersten und der zweiten im Abstand davon vorgesehenen Stelle

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zum Umwandeln elektrischer Signale in akustische Signale und umgekehrt.

21. Verfahren zum akustischen übermitteln von Daten über ein langgestrecktes Element aus einzelnen Abschnitten annähernd gleicher Länge in einem Bohrloch mit Sende- und Empfangseinrichtungen, die akustisch mit dem langgestreckten Teil gekoppelt sind, dadurch gekenn ze i c h η e t, daß ein akustisches Signal mit einer festgelegten Frequenz an einer Stelle an dem langgestreckten Teil bei einer diskreten Frequenz erzeugt wird, die in Frequenzdurchlaßbereichen auftritt, die eine untere Grenze haben, welche ein Mehrfaches einer Frequenz ist, für die eine Abschnittslänge des langgestreckten Teils annähernd der halben Wellenlänge ist, daß das akustische Signal dem langgestreckten Teil aufgegeben wird und daß das akustische Signal mit der diskreten Frequenz an einer im Abstand davon vorgesehenen Stelle an dem langgestreckten Teil empfangen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß an einer solchen im Abstand vorgesehenen Stelle ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches das empfangene akustische Signal mit der diskreten Frequenz darstellt.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekenn ze ich-

n e t, daß ein Bohrlochparameter an einer Stelle an dem langgestreckten Teil bestimmt wird, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches den ermittelten Parameter darstellt, und daß eine Sendeeinrichtung ansprechend auf das erzeugte elektrische Signal betätigt wird, um das akustische Signal mit der diskreten Frequenz «μ erzeugen.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohrlochparameter an der einen Stelle ermittelt wird, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, wel-

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ches den festgestellten Parameter darstellt, daß eine Sendeeinrichtung ansprechend auf das elektrische Signal betätigt wird, um ein akustisches Signal mit der diskreten Frequenz zu erzeugen, daß das akustische Signal an einer anderen im Abstand angeordneten Stelle an dem langgestreckten Teil empfangen wird und daß ansprechend auf das empfangene akustische Signal ein elektrisches Signal erzeugt wird, das den festgestellten Bohrlochparameter darstellt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Stelle ansprechend auf den festgestellten Bohrlochparameter ein Analogsignal erzeugt wird, daß das Analogsignal in eine digitale Impulscodierung umgewandelt wird und daß die Sendeeinrichtung ansprechend auf die digitale Impulscodierung betätigt wird.

26. Verfahren zum akustischen übertragen von Daten über einen Bohrrohrstrang mit Bohrrohrabschnitten annähernd gleicher Länge, wobei der Bohrrohrstrang in einem Bohrloch aufgehängt ist und Übertragungs- und Empfangseinrichtungen aufweist, die mit dem Bohrrohrstrang an einer ersten und an einer zweiten im Abstand davon angeordneten Stelle gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß entweder an der ersten oder zweiten im Abstand davon angeordneten Stelle ein elektrisches Signal mit festgelegter Frequenz erzeugt wird, das die über den Rohrstrang zu übertragenden Daten darstellt, daß eine akustische Signale erzeugende Einrichtung ansprechend auf das erzeugte elektrische Signal bei einer diskreten akustischen Frequenz betätigt wird, die innerhalb von Frequenzdurch-

■ laßbereichen auftritt, von denen jeder eine untere Grenze hat, die ein Vielfaches einer Frequenz ist, für welche ein Rohrlängenabschnitt annähernd gleich der halben Wellenlänge ist, daß das diskrete akustische Signal über den Rohrstrang entweder zu der zweiten oder zu der ersten im Abstand davon befindlichen Stelle geführt wird, daß das zugeführte akustische

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Signal an der anderen im Abstand vorgesehenen Stelle festgestellt wird und daß ein elektrisches Signal an der anderen im Abstand davon angeordneten Stelle ansprechend auf das festgestellte akustische Signal erzeugt wird, welches die übermittelten Daten darstellt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Signal in Durchlaßbereichen erzeugt wird, die eine Frequenzbreite von 130 Hz und Grundfrequenzen haben, die ein Mehrfaches von 282 Hz + 20 Hz sind.

28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte diskrete akustische Signal an einer Zwischenstelle zwischen der ersten und zweiten im Abstand davon angeordneten Stelle an dem Rohrstrang empfangen wird, daß ein Verstärkersender ansprechend auf das empfangene diskrete akustische Signal bei einer zweiten diskreten akustischen Frequenz betätigt wird, die in den Frequenzdurchlaßbereichen vorliegt, und daß das zweite diskrete akustische Signal an der anderen im Abstand vorgesehenen Stelle, entweder der ersten oder der zweiten, empfangen wird.

29. Verfahren zum akustischen übertragen von Daten durch ein Bohrrohr mit einer Länge von etwa 9,4 m (30,8 ft), das in einem Bohrloch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrrohr akustische Vibrationen erzeugt werden, die Frequenzen in einem 150 Hz-Durchlaßbereich haben, welche aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus dem feststellbaren Mehrfachen von 283 Hz + 20 Hz bestehen, daß die akustischen Vibrationen in dem Bohrrohr zu Ubertragungsdaten codiert werden, daß die akustischen Vibrationen aus dem Bohrrohr an einer Stelle im Abstand von der Vibrationserzeugungsstelle empfangen werden und daß die Daten aus den akustischen Vibrationen getrennt werden.

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30. Verfahren zum akustischen Übertragen von Daten durch ein Bohrrohr von einer Länge von etwa 13,7m (45 ft), das in einem Bohrloch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrrohr akustische Vibrationen erzeugt werden, die Frequenzen in einem 100 Hz-Durchlaßbereich haben, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus feststellbaren Mehrfachen von 196 Hz + 20 Hz bestehen, daß die akustischen Vibrationen in dem Bohrrohr für die Datenübertragung codiert werden, daß die akustischen Vibrationen an dem Bohrrohr an einer Stelle im Abstand von der Vibrationserzeugung empfangen werden und daß die Daten aus den akustischen Vibrationen separiert werden.

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