本發(fā)明涉及的是用于鉆井過程中從井底向地面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)的幾種數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。

在石油工業(yè)中很早以前人們就認(rèn)識到，在鉆井過程中從井下獲得數(shù)據(jù)會為鉆井操作人員提供有意義的寶貴信息。諸如鉆頭上的實(shí)際荷重、鉆孔的傾角和方位、刀具表面狀況、液體壓強(qiáng)、井底溫度、以及鉆頭周圍物質(zhì)或鉆頭遇到的物質(zhì)的放射性等信息都需要表示成對鉆井操作人員有意義的量值?，F(xiàn)有技術(shù)中曾經(jīng)有過若干建議，在鉆井過程中測量這些量值并把它們傳送到地面。為此，曾經(jīng)提出過各種傳輸方法。關(guān)于這些現(xiàn)有技術(shù)的描述可參閱下列專利。這些專利是：頒發(fā)給J.J.Arps的美國專利2，787，795號，頒發(fā)給H.D.Hampton的美國專利2，887，298號，頒發(fā)給J.H.WestLake等人的美國專利4，078，620號，頒發(fā)給A.E.Lamel等人的美國專利4，001，773號，頒發(fā)給MarvinGearhart等人的美國專利3，964，556號，頒發(fā)給J.D.Jeter的美國專利3，983，948號，頒發(fā)給M.K.Russell的美國專利3，791，043號。上述所有專利均作為參考資料融入本說明之中。

就其實(shí)用性而言，在這些現(xiàn)有技術(shù)的建議中或許最有前途的是利用鉆井流體的壓力脈沖傳遞信息。在現(xiàn)有技術(shù)中曾經(jīng)有人提出過各種方法來產(chǎn)生這類泥漿脈沖;或者在泥漿流中的適當(dāng)位置上放置限制泥漿流的閥門，由它控制對泥漿流環(huán)路的約束從而產(chǎn)生脈沖，或者利用鉆具組內(nèi)部（高壓一側(cè)）與鉆具組周圍的環(huán)形空間（低壓一側(cè)）之間放置的分路閥門來實(shí)現(xiàn)。

在現(xiàn)有技術(shù)中曾經(jīng)有人建議利用閥門產(chǎn)生泥漿脈沖，這些閥門或者用于限制鉆具組內(nèi)部的泥漿流或者分流一部分泥漿使之進(jìn)入鉆具組周圍的環(huán)形空間中的低壓區(qū)。這類閥門都必須是慢速閥門，因?yàn)楫?dāng)把它用于鉆具組內(nèi)部時(shí)必須去控制非常大量的泥漿，而當(dāng)用于控制一個(gè)分路時(shí)，由于很高的壓強(qiáng)差，也必須是一個(gè)慢速的機(jī)動(dòng)閥門。例如，把這樣的機(jī)動(dòng)閥門放在鉆具組內(nèi)部與環(huán)形空間之間，根據(jù)地下的測量結(jié)果使泥漿壓強(qiáng)緩慢地增大或減小。然后，再在地向上檢測出泥漿壓強(qiáng)的這種升降變化。

為了更充分地理解現(xiàn)有技術(shù)中所采用的方法與本說明書中所描述的方法之間相應(yīng)的差別，先要明確地區(qū)分有關(guān)井下信息向地面?zhèn)魉秃屠糜谶@種傳送鉆井流體壓強(qiáng)變化的兩種工作方式。這兩種工作方式是：如圖1A和圖1B所示的“壓強(qiáng)緩慢變化方式”和圖2A及圖2B描述的“流體沖擊波方式”。在以下段落中對這兩種方式都做了較詳細(xì)的描述。

現(xiàn)在讓我們具體地分析圖1A。圖1A中橫坐標(biāo)代表時(shí)間t，縱坐標(biāo)代表閥門開啟度R，

R=(S(t))/(SO)（1）

這里S0是開啟的總面積，S（t）是閥門開啟或關(guān)閉過程中t時(shí)刻開啟的面積。這樣，當(dāng)R＝0時(shí)閥門是關(guān)閉了的，而當(dāng)R＝1時(shí)閥門是完全打開的。在閥門運(yùn)轉(zhuǎn)過程中涉及到的幾個(gè)時(shí)刻是：

t（v）a＝OA1，是閥門開始打開的時(shí)刻;

t（v）b＝OB1，是閥門完全打開的時(shí)刻;

t（v）c＝OC1，是閥門開始關(guān)閉的時(shí)刻;

t（v）d＝OD1，是閥門完全關(guān)閉的時(shí)刻;

時(shí)間間隔

T（v）a＝t（v）b-t（v）a＝t（v）d-t（v）c（2）

把T（v）a稱作“閥門開啟或關(guān)閉時(shí)間”。時(shí)間間隔

T（v）b＝t（v）c-t（v）b（3）

把T（v）b稱作“開流時(shí)間”。這樣，閥門的總開動(dòng)時(shí)間就是

T（v）t＝2T（v）a+T（v）b（4）

在前述的各種試驗(yàn)方法中，有一種取T（v）a＝1秒，

T（v）b＝2秒，于是閥門的總開動(dòng)時(shí)間就是T（v）t＝4秒。閥門的這種相對比較緩慢的開啟與關(guān)閉在地面上就產(chǎn)生出相應(yīng)的泥漿壓強(qiáng)的緩慢減小與增加（見圖1B）。

可以看到，泥漿壓強(qiáng)從它的正常值例如1000磅/英寸2（當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)）下降到它的最低值750磅/英寸2（當(dāng)閥門打開時(shí)）。這些觀測到的壓強(qiáng)變化所涉及的各個(gè)時(shí)刻是：

t（s）1a＝OE1，是泥漿壓強(qiáng)從其正常值1000磅/英寸2開始下降的時(shí)刻;

t（s）1b＝OF1，是泥漿壓強(qiáng)達(dá)到其最低值750磅/英寸2的時(shí)刻，之后將維持在這一水平，直到t（s）1c＝OG1;

t（s）1c＝OG1，是泥漿壓強(qiáng)開始回升的時(shí)刻;

t（s）1d＝OH1，是泥漿壓強(qiáng)達(dá)到正常水平1000磅/英寸2的時(shí)刻。

這樣，在時(shí)間區(qū)間T（s）1＝t（s）1b-t（s）1a，壓強(qiáng)下降，而在時(shí)間區(qū)間T（s）2＝t（s）1c-t（s）1b，壓強(qiáng)保持常數(shù)，然后，在時(shí)間區(qū)間T（s）3＝t（s）1d-t（s）1c，壓強(qiáng)從它的低值上升到正常水平。于是，對于閥門的一次動(dòng)作，泥漿流通過分路閥門的總時(shí)間是

T（s）t＝T（s）1+T（s）2+T（s）3（5）

我在圖1A中將各個(gè)量標(biāo)出上標(biāo)“v”（如t（v）a，t（v）b，t（v）c，t（v）d，T（v）a，T（v）b，和T（v）t），用以表明這些量與地面下的閥門的運(yùn)轉(zhuǎn)有關(guān)。另一方面，圖1B中的各量（t（s）1a，t（s）1b，t（s）1c，t（s）1d，T（s）1，T（s）2，T（s）3，和T（s）t）有上標(biāo)“s”，表明這些量與地面上的測量有關(guān)。將帶有上標(biāo)“v”的是與帶有上標(biāo)“s”的量加以區(qū)分對于充分理解我的發(fā)明的一些新特點(diǎn)有重要意義。它的重要意義在于它聯(lián)系到區(qū)分原因與效果，或者說聯(lián)系到區(qū)分井下閥門附近發(fā)生的現(xiàn)象與地面上檢測器處的現(xiàn)象。

先前提議的方法的一個(gè)主要特征是以下列關(guān)系為基礎(chǔ)：

T（s）1＝T（v）a（6）

T（s）2＝T（v）b（7）

T（s）3＝T（v）a（8）

這些關(guān)系表明，在地面上的壓強(qiáng)減小或增大時(shí)段與閥門開啟與關(guān)閉的相應(yīng)時(shí)段相同，而壓強(qiáng)基本上保持常數(shù)（在低壓強(qiáng)水平上）的時(shí)段與閥門完全開啟的時(shí)段相同。換句話說，在地面上泥漿壓強(qiáng)的減小及隨后的增加與閥門的打開與關(guān)閉過程精確地對應(yīng)。在本說明中，將把關(guān)系式（6）、（7）和（8）所表示的條件稱作與“壓強(qiáng)緩慢變化方式”相關(guān)聯(lián)的條件。

現(xiàn)有技術(shù)中所建議的壓強(qiáng)緩慢變化方式不適于在鉆井作業(yè)過程中遙測井下參數(shù)，特別是要測量幾個(gè)井下參數(shù)時(shí)更不適用。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)參數(shù)被測量、編碼、傳送到地面、再解碼等過程均完成之時(shí)，井孔可能已經(jīng)加深了，因而第二個(gè)參數(shù)就可能再也測不到了。為將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適于檢測和記錄的形式，需要比較長的時(shí)間間隔。全部測井過程較長因而費(fèi)時(shí)間。再有，諸如泥漿泵引起的振動(dòng)和各種鉆井作業(yè)中伴隨的噪聲等多種干擾因素更增加了困難。人們確信，現(xiàn)有技術(shù)中所建議的慢動(dòng)作機(jī)動(dòng)閥門不適合于當(dāng)今的產(chǎn)業(yè)需要。

通過提供一種以“流體沖擊波方式”運(yùn)行的遙測系統(tǒng)（圖2A和2B）以區(qū)別于壓強(qiáng)緩慢變化方式（圖1A和圖1B），從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的一些目標(biāo)。我的發(fā)明是根據(jù)觀測事實(shí)作出的，即當(dāng)逐漸增加閥門運(yùn)轉(zhuǎn)速度時(shí)便實(shí)現(xiàn)了區(qū)分這兩種工作方式的一個(gè)過渡。這一過渡已被定量地確定了。根據(jù)本發(fā)明，流體沖擊波是由一個(gè)非?？焖賱?dòng)作的（實(shí)際使用時(shí)幾乎是瞬時(shí)動(dòng)作的）置于鉆具內(nèi)部和鉆具組周圍環(huán)狀空間之間的分流閥門產(chǎn)生的。當(dāng)分流閥門突然打開時(shí)，在閥門附近的壓強(qiáng)幾乎是瞬時(shí)地下降并隨即恢復(fù)正常，于是產(chǎn)生一個(gè)尖銳的負(fù)脈沖;反過來，當(dāng)分路閥門突然關(guān)閉時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)尖銳的正脈沖。在產(chǎn)生和傳遞這類沖擊波時(shí)借助了泥漿體的彈性。這種現(xiàn)象類似于以前在流體傳動(dòng)系統(tǒng)中遇到的有名的水錘效應(yīng)，可參閱JohnParmakian的《水錘分析》一書，Prentice出版社，紐約，1955，或者V.L.Streeter和E.B.Wylie合寫的《流體瞬變過程》，McGraw-Hill印書公司，紐約）。本發(fā)明的另一個(gè)目的是用一串子波來表示井下信息，每個(gè)子波由極性相反的兩個(gè)可區(qū)分的脈沖組成?！柏?fù)”脈沖表示分路閥門的開啟，而“正”脈沖表示分路閥門的關(guān)閉。

關(guān)于我的發(fā)明諸如流體沖擊波的產(chǎn)生與檢測這樣的一些重要的技術(shù)特征，均在圖2A及圖2B中示意性地作了說明。圖2A中表示出一個(gè)快速動(dòng)作的產(chǎn)生沖擊波的閥門的開啟和關(guān)閉，而圖2B表示出地面上檢測出的壓強(qiáng)變化，它是圖2A所示閥門運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果。圖2A中的符號（如A1，B1，C1，D1，t（v）a，t（v）b，t（v）c，t（v）d，T（v）a，T（v）b和T（v）t）均與圖1A中的相應(yīng)符號有類似的意義。然而，為了便于描述和清楚地加以解釋，圖1A，1B，2A和2B中的時(shí)間尺度已作了相當(dāng)大的變動(dòng)。

在考察圖2A時(shí)，應(yīng)該注意的第一件事是本發(fā)明中的閥門打開與關(guān)閉的時(shí)間比由圖1A說明的用機(jī)動(dòng)閥門得到的相應(yīng)時(shí)間短幾個(gè)數(shù)量級。←在以前建議過的結(jié)構(gòu)（如圖1A所示）中，T（v）a＝1秒，而根據(jù)本發(fā)明，如圖2所示，T（v）a＝5毫秒。對于閥門保持開啟狀態(tài)的時(shí)間間隔長度也有類似情況。在以前建議過的結(jié)構(gòu)（如圖1A所示）中T（v）b＝2秒，而在圖2A中有T（v）b＝100毫秒。于是在所有實(shí)際使用時(shí)，圖2A中的閥門開啟與關(guān)閉可以認(rèn)為是瞬時(shí)的或幾乎是瞬時(shí)的。

閥門迅速地或者說幾乎是瞬時(shí)地開啟與關(guān)閉對于一個(gè)鉆井過程中的遙測系統(tǒng)的性能有重要的和深遠(yuǎn)的影響。根據(jù)本發(fā)明在地面上檢測出的壓強(qiáng)變化（圖2B）與使用慢動(dòng)作閥門（圖1B）得到的壓強(qiáng)變化無任何相似之處。我曾經(jīng)指出過存在有關(guān)系式（6）、（7）和（8），它們給出圖1A和圖1B所示事件之間的關(guān)系。而在圖2A和圖2B所示事件之間不存在其類似的關(guān)系。

如圖1A和圖1B所示，閥門開啟會使地面上泥漿壓強(qiáng)產(chǎn)生相應(yīng)的減小;反過來，閥門的關(guān)閉會產(chǎn)生壓強(qiáng)的相應(yīng)增加。

為了強(qiáng)調(diào)，我想重復(fù)一下，在現(xiàn)有技術(shù)中閥門開啟產(chǎn)生一個(gè)事件，即壓強(qiáng)的減小，而隨后閥門的關(guān)閉產(chǎn)生另一個(gè)事件-壓強(qiáng)的增大。另一方面，在我的發(fā)明中，圖2A所示的閥門快速開啟產(chǎn)生兩個(gè)事件：壓強(qiáng)的迅速減小及隨后的增加（如圖2B中的負(fù)脈沖“M”）。這與圖1A和圖1B的情況正相反。在圖1A和圖1B的情況中需要閥門打開及隨后閉合才能產(chǎn)生一次壓強(qiáng)的減小及隨后的增加。再有，圖2A所示的閥門快速閉合產(chǎn)生泥漿壓強(qiáng)的增大及隨后的減?。ㄈ鐖D2B中的正脈沖“N”）。在現(xiàn)有技術(shù)所提出的結(jié)構(gòu)里不發(fā)生這種壓強(qiáng)增大再隨之減小。在我的發(fā)明中閥門的一次動(dòng)作產(chǎn)生二個(gè)沖擊波。在圖2B中所示的一個(gè)波形中包含一個(gè)負(fù)脈沖和一個(gè)正脈沖，在本說明中將把這個(gè)波形稱作“閥門子波（ValveWavelet）”。與閥門子波相聯(lián)系的壓強(qiáng)脈沖的上升速率可達(dá)幾千磅/英寸2/秒，但持續(xù)時(shí)間很短。

指出與所觀測的閥門子波相關(guān)聯(lián)的各種現(xiàn)象的快速性是很有意義的。圖2B中涉及的時(shí)刻是

t（s）1＝OK，是負(fù)脈沖“M”出現(xiàn)的時(shí)刻;

t（s）2＝OL，是負(fù)脈沖“M”消失的時(shí)刻;

t（s）3＝OM，是正脈沖“N”出現(xiàn)的時(shí)刻;

t（s）4＝ON，是正脈沖“N”消失的時(shí)刻。

表示負(fù)脈沖“M”（或正脈沖“N”）的“寬度”的時(shí)間間隔T（s）n為100毫秒，而從負(fù)脈沖“M”出現(xiàn)到正脈沖“N”出現(xiàn)之間的時(shí)間間隔T（s）m為110毫秒。于是，圖2B所示流程的全周期，即

T（s）u＝T（s）n+T（s）m（9）

為210毫秒，而圖1B所示流程的總周期（見方程5）為

T（s）t＝4秒。

圖1A，1B，2A和2B各圖已經(jīng)過簡化和理想化，去掉了波動(dòng)及其他外部效應(yīng)。還需要說明的是（見圖2B）在t（s）1到t（s）4這段時(shí)間內(nèi)分路閥門至少是部分開啟的。在這一時(shí)間段內(nèi)有一個(gè)緩慢的壓強(qiáng)下降，這種下降是由適當(dāng)?shù)臑V波器在檢測點(diǎn)處予以消除的。在圖2B中未示出這一壓強(qiáng)下降。

還應(yīng)該指出，圖2A和2B中所附的數(shù)值僅用作舉例。不應(yīng)把這些數(shù)值看成是把我的發(fā)明限定在任何給定的具體實(shí)例上。

把由圖2A和2B解釋的過程稱作為“流體沖擊波方式”相關(guān)聯(lián)的過程。這樣就把圖2A和2B所示的流體沖擊波方式與圖1A和1B所示的壓強(qiáng)緩慢變化方式區(qū)分開來。

由于提出了流體沖擊波方式，我得到了一種遙測系統(tǒng)，用它能在單位時(shí)間內(nèi)傳送大量的信息。同基于壓強(qiáng)緩慢變化方式的系統(tǒng)相比，這樣的系統(tǒng)更加適合于滿足當(dāng)今大規(guī)模生產(chǎn)上的要求。

根據(jù)我的發(fā)明，閥門由一個(gè)或多個(gè)傳感器的輸出來控制，而這些傳感器用于感知地面下鉆頭附近的一個(gè)或幾個(gè)井下參數(shù)。每個(gè)參數(shù)的一次側(cè)量值由一串閥門子波來表示。每個(gè)閥門子波相應(yīng)于閥門的單次開啟及關(guān)閉。

當(dāng)這串閥門子波（它代表有用信號）在地面上被檢測到時(shí)通常混有各種干擾信號，例如由泵機(jī)的運(yùn)行以及其他鉆井作業(yè)所產(chǎn)生的干擾信號。在一個(gè)典型的鉆井配置中，有一臺放在地面的大泵，用于將鉆井過程中的井下泥漿抽上來，泥漿沿鉆桿向下穿過鉆頭再經(jīng)鉆管與井腔之間的環(huán)形空間返回地面。在本發(fā)明中利用泵機(jī)效應(yīng)的周期性進(jìn)行處理，來消除這些干擾效應(yīng)。與鉆井作業(yè)有關(guān)的其他干擾效應(yīng)通常表現(xiàn)為含有較寬頻譜的噪聲信號。這種噪聲信號在某些情況下是白噪聲，而在另一些情況下與白噪聲有相當(dāng)大差異。為消除這種噪聲信號，采用了數(shù)字濾波系統(tǒng)，這可以是一個(gè)匹配的濾波器，或者脈沖成形濾波器，或者是尖峰濾波器。匹配濾波器在接收點(diǎn)使信噪比達(dá)到極大，脈沖成形濾波器使所希望的輸出與實(shí)際輸出間的均方差異達(dá)到極小，而尖峰濾波器對有用信號進(jìn)行變換，把它壓縮成足夠尖銳的信號，從而與背景噪聲區(qū)分開。采用了一種特殊的技術(shù)使這些濾波器適用于本發(fā)明的目的。這種技術(shù)要求存貯并隨之再生兩個(gè)參考信號。第一個(gè)參考信號是由閥門開啟和關(guān)閉產(chǎn)生的一個(gè)子波，第二個(gè)參考信號代表由于鉆井作業(yè)產(chǎn)生的噪聲。第一個(gè)參考信號是在去掉鉆頭荷重并停止實(shí)際鉆井作業(yè)（但保持泥漿泵機(jī)正常運(yùn)行）的情況下檢測到并存貯起來的。這樣便得到了一個(gè)沒有環(huán)境噪聲的信號。第二個(gè)參考信號是在鉆井過程中閥門處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)間段內(nèi)檢測到并存貯起來的。利用適當(dāng)配置的數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)來接收代表這些參考信號的數(shù)據(jù)并由這些數(shù)據(jù)導(dǎo)出用于匹配濾波器、脈沖成形濾波器、或者尖峰濾波器的記憶函數(shù)。

我的發(fā)明所具有的新穎性特征將在所附權(quán)利要求中詳細(xì)列出。至于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式及其由此引出的更多的目的和優(yōu)點(diǎn)，會通過具體實(shí)例結(jié)合附圖給予最充分的說明。

圖1A，1B，2A和2B部分地與本說明的技術(shù)領(lǐng)域及其現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)。圖1A，1B;2A，2B以及其余附圖與本說明書中的發(fā)明概述和幾個(gè)最佳實(shí)施方案的描述有關(guān)。

圖1A給出了現(xiàn)有技術(shù)中的慢動(dòng)作閥門運(yùn)行示意圖。圖1B給出了由圖1A所示的閥門運(yùn)行產(chǎn)生的并在地面上檢測到的壓強(qiáng)變化示意圖。圖1A和圖1B所描述的狀況在本說明書中稱作“壓強(qiáng)緩慢變化方式”。

圖2A給出了本發(fā)明的快動(dòng)作閥門運(yùn)行示意圖。

圖2B給出了由圖2A所示的閥門運(yùn)行產(chǎn)生的并在地面上檢測到的壓強(qiáng)變化示意圖。圖2A和圖2B所描述的狀況在本說明書中稱作“流體沖擊波方式”。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些方面裝備起來的用于同時(shí)鉆井和測量的鉆井系統(tǒng)的一般性示意圖。

圖4A給出了地下設(shè)備的部分示意圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明的特殊遙測器具。

圖4B給出了圖4A中配置的部分示意圖。

圖5A給出了圖4A中虛線所示方框內(nèi)的電子處理部件的更詳細(xì)的示意圖。

圖6A到6E表示地面?zhèn)瘸龅膲簭?qiáng)變化，分別對應(yīng)于T（v）a（閥門打開或關(guān)閉時(shí)間）和T（v）b（開流時(shí)間）的不同值。這些圖中的曲線給出為了得到流體沖擊方式的最佳狀態(tài)我曾完成的某些試驗(yàn)的結(jié)果。圖6A到圖6E可以更具體地說明如下：

圖6A相應(yīng)于T（v）a＝1秒，T（v）b＝2秒。

圖6B相應(yīng)于T（v）a＝200毫秒，T（v）b＝1秒。

圖6C相應(yīng)于T（v）a＝60毫秒，T（v）b＝0.5秒。

圖6D相應(yīng)于T（v）a＝20毫秒，T（v）b＝0.25。

圖6E相應(yīng)于T（v）a＝5毫秒，T（v）b＝10-1秒。

圖6F給出的曲線精確地再現(xiàn)了在德克薩斯東部鉆孔的一口實(shí)際油井在地面接收的9，800英尺深處一個(gè)閥門子波的壓強(qiáng)信號。

圖7是與本發(fā)明中的井下壓強(qiáng)脈沖信號裝置連用的典型的地上設(shè)備簡圖。設(shè)備中包含一個(gè)用于消除白噪聲類隨機(jī)噪聲的匹配濾波器。

圖8A到8G給出一些波形和脈沖隨時(shí)間變化曲線，用于幫助解釋圖7中設(shè)備的運(yùn)行過程。圖8A至圖8C的時(shí)間軸及圖8D到圖8G的時(shí)間軸是逐個(gè)自上而下對齊排列的，以便于比較這些信號和波形的時(shí)間關(guān)系。圖8A到圖8G可以更具體地說明如下：

圖8A包含三個(gè)曲線圖，表示出在鉆孔頂端檢測到的信號的三個(gè)分量。它們分種代表：一個(gè)載有信息的信號，泵機(jī)噪聲（或者當(dāng)串聯(lián)使用幾個(gè)泵機(jī)時(shí)來自這組泵機(jī)的噪聲），以及隨機(jī)噪聲。

圖8B包含三個(gè)曲線圖，分別代表延遲的載有信息的信號、延遲的泵機(jī)噪聲和延遲的隨機(jī)噪聲。延遲時(shí)間為Tp，代表泵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。（當(dāng)使用幾個(gè)泵機(jī)時(shí)，壓強(qiáng)變化雖不是正弦形的，但仍然是周期性的，因?yàn)榘汛?lián)泵機(jī)維持在比較接近于“同相位”狀態(tài)）。

圖8C包含二個(gè)曲線圖，分別代表圖8A和圖8B中相應(yīng)曲線的差值。其中之一代表隨機(jī)噪聲，另一個(gè)代表載有信息的信號。

圖8D給出的函數(shù)表示本發(fā)明的實(shí)施方案中的數(shù)字濾波器或互相關(guān)器的輸出。這個(gè)函數(shù)實(shí)質(zhì)上與圖8C中代表載有信息的信號的函數(shù)相似。這里所用的數(shù)字濾波器可以是一個(gè)匹配濾波器、脈沖成形濾波器或者尖峰濾波器。

圖8E所示函數(shù)與圖8D中的函數(shù)相似，但有一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲。

圖8F所示函數(shù)與圖8E的函數(shù)相同，但在時(shí)間上是反相的。

圖8G的結(jié)果來自圖8D和圖8F兩圖的比較，表示出這些圖中同時(shí)發(fā)生的各脈沖所對應(yīng)的時(shí)刻。

圖9給出一個(gè)數(shù)字濾波器完成的某些操作的簡圖。

圖10給出用于存貯載有信息信號或存貯噪聲信號的系統(tǒng)配置簡圖。

圖11是包含一個(gè)消除噪聲用的相關(guān)器的部分地面設(shè)備示意圖。

圖12是一個(gè)包含消除非白噪聲類噪聲的匹配濾波器的部分地面設(shè)備示意圖。

圖13是包含一個(gè)脈沖成形濾波器的部分地面設(shè)備示意圖。

圖14是由脈沖成形濾波器完成的某些操作的示意圖。

圖15是包含一個(gè)尖峰濾波器的部分地面設(shè)備示意圖，這里的尖峰濾波器用于將一個(gè)雙子波變換成相應(yīng)的一對尖脈沖。

圖16A至圖16F給出了由圖15的系統(tǒng)配置所產(chǎn)生的一對尖脈沖的可供選擇的六種尖峰延遲。

圖17是包含一個(gè)尖峰濾波器的部分地面設(shè)備示意圖，這里的尖峰濾波器用于將一個(gè)單閥門子波變換成相應(yīng)的單個(gè)尖脈沖。

圖18A至圖18F給出為得到圖17的系統(tǒng)配置所產(chǎn)生的單個(gè)尖脈沖可供選擇的六種尖峰延遲。

圖19A至圖19C表示對應(yīng)于不同時(shí)間延遲的尖峰濾波器的某些操作。更具體地說，圖19A相應(yīng)于在時(shí)刻O處出現(xiàn)所需的尖脈沖;圖19B相應(yīng)于在時(shí)刻1處出現(xiàn)所需的尖脈沖;圖19C相應(yīng)于在時(shí)刻2處出現(xiàn)所需的尖脈沖。

圖20是用于確定一個(gè)尖峰濾波器的性能參數(shù)P的配置示意圖。

圖21表示對于一個(gè)固定持續(xù)時(shí)間的濾波器，其性能參數(shù)P如何隨尖峰延遲的變化而變化的曲線圖。

圖22表示對于一個(gè)尖峰濾波器，當(dāng)尖峰延遲時(shí)間固定時(shí)其性能參數(shù)P如何隨濾波器長度（或記憶函數(shù)持續(xù)時(shí)間）而變化的曲線圖。

圖23包含有表示尖峰濾波器的性能參數(shù)P如何隨著濾波器長度和濾波器時(shí)間延遲的變化而變化的若干曲線。

圖31是在地面上的流體循環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生壓強(qiáng)信號的一種設(shè)備和方法的圖示說明。

圖32是在地面上產(chǎn)生信號的另一種設(shè)備和方法，用于在井孔中向下傳送鉆具組，并且在井孔中沒有任何鉆井流體從循環(huán)系統(tǒng)中泄漏出去。

圖33是用于在鉆井系統(tǒng)中產(chǎn)生壓強(qiáng)信號的另一種設(shè)備配置，其中采用了一個(gè)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的泵機(jī)。

圖34示意性地繪出了與圖4A相似的幾部分地下設(shè)備，但其中的信號檢測設(shè)備與回路不同于圖4A。

圖35A給出的曲線代表由圖31和圖32所示的設(shè)備等引入循環(huán)系統(tǒng)中的壓強(qiáng)變化曲線圖，表示出本發(fā)明的一種最佳的信號系統(tǒng)。

圖35B所示曲線與圖35A相同，但所示的是由圖33給出的設(shè)備產(chǎn)生的典型信號。

圖36是用于旋轉(zhuǎn)式鉆井系統(tǒng)中當(dāng)鉆頭噴嘴阻塞時(shí)用來恢復(fù)鉆井流體循環(huán)的設(shè)備圖解。

應(yīng)當(dāng)說明的是，在上述附圖中有些附圖的相似元素采用了相同的參考序號。因而，以下將不再重復(fù)描述這些元素及其功能，因?yàn)榫徒忉屇切?shí)施方案而言這種贅述并無必要。

下面描述幾個(gè)最佳實(shí)施方案

Ⅰ.鉆孔時(shí)傳送數(shù)據(jù)設(shè)備的一般描述

圖3給出具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明原理的一個(gè)系統(tǒng)的典型配置。數(shù)字20表示一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的石油油井鉆機(jī)架，帶有轉(zhuǎn)盤21、凱氏方鉆桿22、軟管23、豎管24、鉆管25、以及鉆桿套筒26。泥漿泵（或泥漿泵組）27與泥漿槽28以通常方式聯(lián)接并向豎管壓入鉆孔泥漿。高壓泥漿通過鉆管25和標(biāo)準(zhǔn)鉆桿套筒26泵入鉆具組，然后通過特殊的遙測器具50到達(dá)鉆頭31。鉆頭31帶有用33表示的通常的鉆孔噴射裝置。套筒26和遙測器具50的直徑均畫得較大，與鉆管25的直徑不成比例，為的是更清楚地說明它們的機(jī)械結(jié)構(gòu)。鉆孔泥漿通過鉆具組沿箭頭所示方向向下流動(dòng)，然后通過鉆管和井腔壁之間的環(huán)形空間向上流動(dòng)。泥漿到達(dá)地面后，又通過管道（圖中未畫出）送回泥漿槽，在泥漿槽中使切碎的石塊及井中的其他碎屑沉淀下來。在泥漿重新由泥漿泵吸出和循環(huán)之前，泥漿還要進(jìn)一步過濾。

在鉆頭33和套筒26之間放置了特殊的遙測發(fā)送部件，或者說遙測器具，用數(shù)字50表示。這個(gè)特殊的遙測發(fā)送部件50包括一個(gè)機(jī)盒250，它裝有一組閥門或只是簡單的一個(gè)閥門40、一個(gè)電子處理部件96和傳感器101。將閥門40設(shè)計(jì)成可以瞬時(shí)地從鉆桿套筒內(nèi)部向環(huán)形空間60分流出一些泥漿。通常（當(dāng)閥門40關(guān)閉時(shí)）鉆孔泥漿必須全部通過噴口33擠出，因此在豎管24處隨之就存在有相當(dāng)大的泥漿壓強(qiáng)（約2000到3000磅/英寸2的量級）。當(dāng)閥門40在傳感器101和電子處理部件96的指揮下開啟時(shí)，一些泥漿便分流出來，于是對泥漿流的總阻力瞬時(shí)減小，在豎管24處便能夠檢測出一個(gè)壓強(qiáng)變化。由電子處理部件96產(chǎn)生一個(gè)電脈沖編碼序碼序列代表著由所選擇的傳感器101測得的參數(shù)，于是閥門40產(chǎn)生相應(yīng)的打開與關(guān)閉，隨之在豎管24處出現(xiàn)相應(yīng)的壓強(qiáng)脈沖。

數(shù)字51標(biāo)明一個(gè)壓強(qiáng)換能器，它產(chǎn)生的電壓信號代表豎管24處的壓強(qiáng)變化。這些代表壓強(qiáng)變化的信號由電子部件53處理，產(chǎn)生適于在記錄器54或任何其他顯示設(shè)備上記錄的信號。記錄器54的記錄紙由代表鉆頭深度的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器以大家熟知的方式（圖中未畫出）來驅(qū)動(dòng)。

Ⅱ.特制遙測發(fā)送機(jī)的一般描述

圖4A給出特制的遙測發(fā)送機(jī)50的一些細(xì)節(jié)。這些細(xì)節(jié)及其他一些細(xì)節(jié)的某些部分已經(jīng)在前面提到的正在待批準(zhǔn)的由S.A.Scherbatskoy提出的，申請?zhí)枮?57，677的專利申請中進(jìn)行了描述，這是一份部分后續(xù)專利申請。圖4A只是一個(gè)略圖。在實(shí)際的器具中，裝有閥門40、電子處理部件96及傳感器10的機(jī)殼250分成兩部分：250a和250b。上半部250a（虛線249以上）包含有閥門組40及其連帶著的機(jī)械結(jié)構(gòu)。它的直徑比250b的直徑大得多。這將在本說明書的后面部分再予以說明。下半部250b（虛線249以下）包含有電子處理部件96、傳感器組101以及連帶著的機(jī)械結(jié)構(gòu)。這一部分的直徑比上半部250a的小得多。這將在本文后面部分加以解釋。如圖4A所示，鉆孔泥漿循環(huán)時(shí)通過特制遙測器具250a、250b向下流（如箭頭65所示）穿過鉆頭噴嘴33，然后沿環(huán)形空間60向上（沿箭頭66方向）返回地面并通過管道（未畫出）回到泥漿槽。閥門部件40由閥門桿68和閥門座69組成。閥門桿和閥門座的結(jié)構(gòu)方式是：閥門塞A的截面積稍大于補(bǔ)償活塞70的截面積B。這樣，當(dāng)腔室77內(nèi)的壓強(qiáng)大于腔室78內(nèi)的壓強(qiáng)時(shí)，閥門桿68被迫向下運(yùn)動(dòng);而且當(dāng)所加壓強(qiáng)差增大時(shí)閥門趨于更緊密地閉合。

腔室77內(nèi)的流體（泥漿）壓強(qiáng)總是基本上等于鉆桿套筒（圖3中標(biāo)為26，圖4A中標(biāo)為50）內(nèi)部的流體（泥漿）壓強(qiáng)，因?yàn)樵诓考?50的壁上有開口77a。在通道77a處放置一個(gè)流體過濾器，用以防止固體顆粒和碎屑進(jìn)入腔室77。當(dāng)閥門40關(guān)閉時(shí)，腔室78中的流體（泥漿）壓強(qiáng)等于環(huán)形空間60中的流體（泥漿）壓強(qiáng)。當(dāng)閥門40打開而且泥漿泵在運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生從腔室77到腔室78的泥漿流，它通過小孔81流入環(huán)形空間60，并產(chǎn)生相應(yīng)的壓強(qiáng)降落。

設(shè)置雙向作用的電磁螺旋線圈79，根據(jù)由引線90提供的電流來打開和關(guān)閉閥門40。

令P60表示環(huán)形空間60中的泥漿壓強(qiáng)，P77表示腔室77中的壓強(qiáng)，P78表示腔室78中的壓強(qiáng)。于是，當(dāng)閥門40閥合時(shí)有P78＝P60。當(dāng)泵機(jī)27在運(yùn)轉(zhuǎn)而且閥門40是“閉合”的或幾乎閉合時(shí)，若P77＞P78則將閥門桿68推向閥門座69。當(dāng)閥門處于“打開”狀態(tài)（即圖中的閥門向上移動(dòng)后的狀態(tài)）時(shí)，便造成泥漿從腔室77向環(huán)形空間60流動(dòng);由于小孔C（圖4B）處對液流的阻力，由關(guān)系式P77＝P78＞P60。在腔室83和94中充滿粘滯性很低的油類（例如DOWCORNING200液體，最好是粘度不超過5厘沲）并通過通道86彼此聯(lián)接。浮動(dòng)活塞82使充油腔室83內(nèi)壓強(qiáng)P83總是等于P78。這樣，在任何時(shí)候都有P78＝P83＝P84。所以，當(dāng)閥門40“開啟”時(shí)，由于P78＝P84而且P77＞P84，由力F＝（面積B）。（P77-P84）就使閥門40推向“開啟”狀態(tài)。因此，閥門40可稱為雙穩(wěn)態(tài)的，即當(dāng)“開啟”時(shí)它趨于保持“開啟”狀態(tài)，而當(dāng)“關(guān)閉”時(shí)它趨于保持“關(guān)閉”狀態(tài)。再有，當(dāng)它幾乎開啟時(shí)，它就趨于開啟狀態(tài)，而當(dāng)它幾乎關(guān)閉時(shí)，它就趨于關(guān)閉狀態(tài)。所以閥門40能以相對比較小的能量從一種狀態(tài)“翻轉(zhuǎn)”到另一種狀態(tài)。這種閥門動(dòng)作可以看作是在電子技術(shù)中公知的電子雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的機(jī)械等效物。

圖4B中的閥門40處于開啟狀態(tài)，而在圖4A中它是閉合的。

再參閱圖4A，數(shù)字91標(biāo)明一個(gè)電子“壓強(qiáng)開關(guān)”，當(dāng)P77＞P78（泵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)）時(shí)它是導(dǎo)電的，而當(dāng)P77＝P78（泵機(jī)關(guān)閉-不運(yùn)轉(zhuǎn)）時(shí)它是不導(dǎo)電的。因此，從壓強(qiáng)開關(guān)91到電源93的導(dǎo)線92能夠打開或關(guān)掉電源。還有，利用電子計(jì)數(shù)器94和電磁時(shí)序開關(guān)95，四個(gè)傳感器101的任何一個(gè)都能動(dòng)態(tài)地與電子處理單元96相連接，其方法是依次停止和運(yùn)轉(zhuǎn)泥漿泵27或表根據(jù)事先確定的可以用部件94中的電路譯碼的代碼來停止或運(yùn)行該泥漿泵。

Ⅲ.特制遙測器具的電子處理部件部分的描述

我們已經(jīng)描述過雙穩(wěn)態(tài)閥門40和時(shí)序開關(guān)95的運(yùn)行情況。時(shí)序開關(guān)95使101的各個(gè)傳感器與電子處理部件96實(shí)現(xiàn)有選擇的電連接。

為了了解電子處理單元96的更多細(xì)節(jié)，可參閱圖5A。圖5A和圖4A的相同數(shù)字的意義相同。

能產(chǎn)生電信號以指示井下參數(shù)的各種傳感器是眾所周知的。例如γ-射線傳感器、溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、氣體成分傳感器、磁羅盤、應(yīng)變計(jì)、傾斜儀、磁力儀和陀螺羅盤等等。為了說明起見，在圖5A所示實(shí)施例中我選取了一種γ-射線傳感器，諸如電離室、蓋革計(jì)數(shù)器或者閃爍計(jì)數(shù)器（配以適當(dāng)?shù)碾娮与娐罚?。所有這些傳感器都可用來產(chǎn)生一個(gè)與傳感器截獲的γ-射線通量成正比的直流電壓。

可以理解，由圖4A中的開關(guān)機(jī)構(gòu)95完成的從一種傳感器到另一種傳感器的切換是屬于現(xiàn)有技術(shù)的（在大多數(shù)情況下人們寧愿采用電子開關(guān)而不用此類機(jī)械開關(guān)）。因此，為了描述清楚起見，在圖5A中只畫出了一個(gè)傳感器101。同樣，圖4A中的電源93及由泥漿壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的開關(guān)91均未畫在圖5A中。

在圖5A中，將傳感器101與A/D（模擬/數(shù)字）轉(zhuǎn)換器102、處理器103、功率驅(qū)動(dòng)器104相串聯(lián)起來。把功率驅(qū)動(dòng)器104與如圖4中標(biāo)明螺旋線圈79的雙向作用螺旋圈105及106相連。功率驅(qū)動(dòng)器104可能與其母申請中的圖3E所示驅(qū)動(dòng)器相似。其運(yùn)行過程是：傳感器101產(chǎn)生一個(gè)模擬量輸出電信號，它就像由傳感器方框101正上方的小圖中的曲線表示的那樣。該曲線表明，傳感器輸出是遙測發(fā)送機(jī)50在井孔中深度的函數(shù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次測量曲線101a上的大量的縱坐標(biāo)幅度，并把每一個(gè)縱坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換成由二進(jìn)制字代表的二進(jìn)制數(shù)，從而將101的模擬信號變換成數(shù)字形式。這一過程現(xiàn)今已為人們熟知，無需在此加以解釋，然而，重要之點(diǎn)是要理解到，盡管圖101a可能代表幾小時(shí)內(nèi)傳感器輸出信號的變化，圖102a所表示的卻是一個(gè)縱坐標(biāo)值（例如曲線101a中的AB）。這樣，圖102a上的橫坐標(biāo)軸時(shí)間尺度就會是以秒計(jì)算，而整個(gè)圖102a代表一個(gè)二進(jìn)制12位字，它實(shí)際上代表十位制數(shù)2649。就是說，圖102a上的每一個(gè)12位字代表圖102a中的一個(gè)縱坐標(biāo)值（例如縱坐標(biāo)AB之值）。通常的二進(jìn)制編碼包括有每個(gè)二進(jìn)制字之間的時(shí)間間歇。在此時(shí)間間歇之后便送出一個(gè)起始脈沖或者說先兆脈沖，用以指示該二進(jìn)制字所指定的時(shí)間間隔的起始。這個(gè)先兆脈沖并不是二進(jìn)制字的組成部分，而是用于指明一個(gè)二進(jìn)制字就要到來。然后把該二進(jìn)制字傳送出去，它指示出圖101a中一個(gè)縱坐標(biāo)之值;而后是一個(gè)時(shí)間間歇，隨后是代表下一個(gè)縱坐標(biāo)幅度值的下一個(gè)二進(jìn)制字。如此下去，依次迅速地進(jìn)行。這樣，圖101a的連續(xù)曲線就由一系列二進(jìn)制數(shù)或字表示出來了，每個(gè)字代表圖101a上的單個(gè)點(diǎn)。這里，要知道在每個(gè)二進(jìn)制字之間總是要有一個(gè)時(shí)間間歇的，這一點(diǎn)很重要。這一間歇（其間無任何信號被傳送）常常是幾個(gè)二進(jìn)制字那樣長，這個(gè)時(shí)間間歇將用于一個(gè)重要目的，在本說明中還將進(jìn)一步解釋。為了能在地面上解碼，第一號時(shí)鐘必須嚴(yán)格穩(wěn)定（而且與位于地面上相應(yīng)的時(shí)鐘212或309同步），并且它產(chǎn)生一系列等時(shí)間間隔的脈沖，其產(chǎn)生脈沖的方法是電子技術(shù)中所公知的。

圖103a代表二進(jìn)制字102a的一個(gè)二進(jìn)制位，而且這里的橫坐標(biāo)軸與前面各圖中的坐標(biāo)完全不同。圖103a中的時(shí)間以毫秒表示，因?yàn)樵搱D只代表一個(gè)二進(jìn)制位。將每一位變換成為二個(gè)電脈沖，每個(gè)脈沖的寬度為tx，二個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔是ty。圖104a與圖103a一模一樣，它已由功率驅(qū)動(dòng)器104放大了許多。將電脈沖104b加到螺旋線圈繞組105（它是閥門“開啟”繞組）上，而將脈沖104c加到螺旋線圈繞組106（它是閥門“關(guān)閉”繞組）上。這樣，圖4A中的閥門40由脈沖104b開啟，由脈沖104c關(guān)閉。因此，閥門40保持“開啟”狀態(tài)的時(shí)間近似于ty。把時(shí)間tx調(diào)整得適用于正確地激勵(lì)螺旋線圈繞組，而將時(shí)間ty調(diào)整得使閥門40具有正確的開啟時(shí)間長度。這兩個(gè)時(shí)間都由第二號時(shí)鐘來確定和控制。

為把遙測信息從傳感器送到地面，我在相繼的二進(jìn)制字傳送之間插入適當(dāng)?shù)拈g歇時(shí)間。由于有了這些間歇時(shí)間，便有可能將僅由于鉆井操作引起的噪聲（不包含子波）存入地表面設(shè)備適當(dāng)?shù)碾娮哟尜A器之中。為做到這一點(diǎn)所需的必要配置及工作程序?qū)⒃诒疚暮竺娴牟糠钟枰悦枋觥?/p>

Ⅳ.特制遙測發(fā)送機(jī)的電源的描述

如前面所指出的，圖4A中的閥門40必須極快速地動(dòng)作，而且為了快速驅(qū)動(dòng)它便需要相當(dāng)大的功率。（通過適當(dāng)?shù)臏y試確定，這類閥門需要大約1/2至3/4馬力才能以必須的速度運(yùn)轉(zhuǎn)）。

雖然這一功率很大，但只用于很短的時(shí)間，因此每次操作只需很少的能量。

在測試期間的實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，1/2馬力作用約40毫秒所提供的能量就能產(chǎn)生一次滿意的閥門動(dòng)作?？梢运愠鲞@個(gè)能量是15焦耳左右。因此用裝在圖4A的機(jī)殼250b（圖4A）內(nèi)的一組電池就能產(chǎn)生大約4百萬焦耳，而且無需中途充電或更換。因此，該系統(tǒng)能產(chǎn)生130，000個(gè)完整的閥門動(dòng)作（開啟加關(guān)閉）。實(shí)際上每次動(dòng)作的能量消耗小于15焦耳。螺旋線圈繞組的電感、Q值、以及動(dòng)態(tài)阻抗使電流增大較慢，沿著圖5c中的曲線272A和圖6E中的300、301曲線上升。這樣，每個(gè)脈沖的總能量大大小于15焦耳，曾測得為9焦耳，這樣就能產(chǎn)生216，000個(gè)完整的閥門動(dòng)作。

從上述分析可以看出，對于實(shí)際的遙測器具，利用電池組提供井下所需的能量是完全現(xiàn)實(shí)可行的。然而，要提供必要的很大的功率（1/2馬力）卻存在著若干難題。

很清楚，要解決這一問題就要把能量存貯在某機(jī)構(gòu)中，它能導(dǎo)致突然釋放出這一能量（在一極短時(shí)間內(nèi)釋放），從而提供一個(gè)必要的短時(shí)大功率爆發(fā)。這種機(jī)構(gòu)之一是“錘擊作用”，它曾用于我的待批準(zhǔn)專利申請所揭示的器具中。但發(fā)現(xiàn)它有時(shí)不夠用。其他先前考慮過的機(jī)構(gòu)是利用壓縮空氣、壓縮彈簧或其他辦法。電容儲能系統(tǒng)需要大電容值;在電容器中存貯的能量與電容量的一次方成正比，而且與存貯電壓的平方成正比。由于需要低電感、快動(dòng)作的螺旋線圈驅(qū)動(dòng)繞組，顯然需要低電壓設(shè)備。初步計(jì)算表明需要特別大的電容。

經(jīng)過進(jìn)一步評價(jià)，看來一種可能用于操作的系統(tǒng)是完全可行的。通過數(shù)學(xué)分析、實(shí)驗(yàn)與測試、確定了一組最佳電路參數(shù)。它們是：

1.螺旋線圈繞組的電感：當(dāng)處于被驅(qū)動(dòng)位置時(shí)為0.1亨利，當(dāng)處于非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)為0.07亨利（即為一個(gè)錐形銜鐵螺線管）。

2.螺旋線圈繞組的電阻：4.5歐姆。

3.貯能電壓：50伏。

4.貯能電容器的電容量：10，000微法拉。

5.驅(qū)動(dòng)電路的電流容量：10安培。

曾經(jīng)確定，為了獲得螺旋線圈的快速動(dòng)作，希望線圈繞組是低電感的。還曾確定電子驅(qū)動(dòng)電路的電流容量可以大大超過10安培。然而低電壓就需要特別大的電容值。

在所謂熔鹽電池方面的新進(jìn)展已產(chǎn)生了體積很小的能源。同樣的新技術(shù)還研制出具有超乎尋常的高電容的電容器，10法拉的電容只占約1立方英寸的空間。但這些都是不能采納的，因?yàn)樾枰阉訜岬胶懿粚?shí)際的高溫（500℃），而且價(jià)格過高。因此，需要作進(jìn)一步努力。通過徹底的和長時(shí)間的研究，終于發(fā)現(xiàn)根據(jù)最新技術(shù)發(fā)展制成的鉭芯電容器（tantalumslugcapacitor）會滿足性能指標(biāo)，只要上述其他參數(shù)和因素能夠最佳地匹配這類電容器的特性。

由上述內(nèi)容可知，由一次電池組充電能實(shí)現(xiàn)至少216，000次完整的閥門動(dòng)作。假定遙測系統(tǒng)每分鐘傳送5個(gè)脈沖便能提供適用的連續(xù)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)就能在一口井內(nèi)連續(xù)運(yùn)行440小時(shí)。然而，需要指出的是，往往并不需要連續(xù)運(yùn)行。該設(shè)備可以根據(jù)圖4A中的開關(guān)91及部件94和95控制的電路所發(fā)出的指令僅僅間歇性地使用。

Ⅴ.確定流體沖擊波方式的最佳狀態(tài)（參數(shù)K1（或K2）和T（v）b確定）。

為確定流體沖擊波方式的最佳狀態(tài)，我完成了一系列實(shí)驗(yàn)。

流體沖擊波的產(chǎn)生類似于水錘效應(yīng)的產(chǎn)生。在流線上的局部區(qū)域里突然阻止液流，便在這個(gè)區(qū)域里突然增大了壓強(qiáng)。這種開始時(shí)在局部發(fā)生的壓強(qiáng)增大沿著流線傳播，成為“水錘”。眾所周知，局部速度的突變（減小或增加）會使壓強(qiáng)發(fā)生相應(yīng)的局部變化（增大或減小）。反之，局部壓強(qiáng)的突然變化會產(chǎn)生局部速度的突然變化。由于流體的彈性和慣性作用，這種變化從它起源的體積元以壓縮波的傳播速度向鄰近的體積元傳播。而沖擊波的傳播問題是相當(dāng)復(fù)雜的。為滿足實(shí)際要求，我們需要確定一個(gè)參數(shù)，從獲得清楚確定的沖擊波的角度看，它應(yīng)是最有代表性的參數(shù)。這里將考慮兩個(gè)參數(shù)，我們稱它們?yōu)閰?shù)K1和參數(shù)K2。當(dāng)這兩個(gè)參數(shù)之一超過一個(gè)適當(dāng)值時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)清楚確定的沖擊波。

（a）參數(shù)K1

這個(gè)參數(shù)是在分路閥門打開（或關(guān)閉）期間內(nèi)通過該閥門的泥漿流速度的平均變化率：

令V（t）為泥漿流穿過分路閥門的速度，它隨時(shí)間變化（單位為厘米/秒或英尺/秒）。在時(shí)刻t＝0時(shí)閥門開始打開，此時(shí)速度為零，即V（O）＝0。在t＝T（v）a時(shí)刻閥門完全打開，此時(shí)閥門處具有某一速度值Vf，它是在完全流通的期間內(nèi)的分路速度。于是

V（T（v）a）＝Vf（10）

于是，在時(shí)間段T（v）a內(nèi)的平均速度變化率參數(shù)K1是

K1=(Vf)/(Ta(V))（11）

K1的測量單位是厘米/秒2

我們假定當(dāng)K1超過某一適當(dāng)?shù)拈撝禃r(shí)，即當(dāng)

K1＞M1（12）

時(shí)，我們得到一個(gè)清楚確定的沖擊波。在所完成的實(shí)驗(yàn)中確定

M1＝2×105厘米/秒2（13）

（b）參數(shù)K2

這個(gè)參數(shù)表示時(shí)間段T（v）a期間閥門開啟面積的平均變化率。

我們曾定義〔見等式（1）〕S（t）為時(shí)刻t的閥門開啟面積。這樣，當(dāng)t＝0時(shí)有S（O）＝0，在t＝T（v）a時(shí)有

S（T（v）a）＝S0（14）

這里S0是閥門的全開啟面積。參數(shù)K2為

K2=(SO)/(Ta(V))厘米2／秒（15）

我們假定當(dāng)K2超過某一適當(dāng)閾值時(shí)，即當(dāng)

K2＞M2（16）

時(shí)，我們得到一個(gè)清楚確定的沖擊波。在所完成的實(shí)驗(yàn)中確定M2＝100厘米2/秒。

粗略地說，K1與K2成正比。參數(shù)K2或許更有用，因?yàn)樗苯痈嬖V我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)和操縱閥門。

在討論圖6A至圖6E時(shí)，還有一個(gè)參數(shù)T（v）b（見圖2A中的B1C1）需要考慮。這些圖中每一個(gè)曲線都相應(yīng)于K1和T（v）b或K2和T（v）b的一組數(shù)值。

圖6A至6E表示出K1和T（v）b的變化或者K2和T（v）b的變化在影響從緩慢壓強(qiáng)變化方式到流體沖擊波方式的過渡方面所起的作用。更具體地說，這些圖中每一個(gè)曲線都給出在地面上檢測到的壓強(qiáng)（縱坐標(biāo)）如何隨時(shí)間t（橫坐標(biāo)）的變化。在這些實(shí)驗(yàn)中，小通道口的尺寸是0.5平方厘米。在若干井孔中得到了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些鉆井選自美國的奧克拉荷馬、西德克薩斯、東德克薩斯以及荷蘭。再有一些試驗(yàn)是在一口“實(shí)驗(yàn)井”中進(jìn)行的，它是專為完成遙測試驗(yàn)而開鉆的。

在進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，考慮了現(xiàn)有泥漿泵裝備的極其多樣性和多種干擾作用。有很多種泥漿泵：單動(dòng)雙缸機(jī)、復(fù)動(dòng)雙缸機(jī)、單動(dòng)三缸機(jī)、復(fù)動(dòng)三缸機(jī)，而且對給定的平均泥漿壓強(qiáng)，其泵機(jī)壓強(qiáng)的變化隨泵機(jī)裝備的不同也有很大不同。消除大的泥漿壓強(qiáng)干擾信號是很復(fù)雜的事。單動(dòng)雙缸系統(tǒng)的泵機(jī)壓強(qiáng)信號可能比仔細(xì)調(diào)整過的復(fù)動(dòng)三缸泵的泵機(jī)壓強(qiáng)信號大10倍甚至20倍之多。為了確定K2（或K1）及T（v）b的最佳值，把鉆井作業(yè)停止并使用一個(gè)很好的（平穩(wěn)的）三缸泵。因此，圖6A至6E并不代表典型狀態(tài)，它代表的狀態(tài)是使各種噪聲（來自泵機(jī)和其他噪聲源）達(dá)到極小并借助計(jì)算和畫圖將噪聲平均掉，從而得到參數(shù)K2（或K1）及T（v）b的最佳值。圖6A至6E中每一個(gè)曲線所對應(yīng)的K2（或K1）和T（v）b值列于下表之中：

表

K2（厘米2/秒）T（v）b（秒）

圖6A52

圖6B2.51

圖6C8.50.5

圖6D2.50.25

圖6E1000.1

圖6A至6E代表大量試驗(yàn)得到的平均值。在這些試驗(yàn)中的正常豎管壓強(qiáng)是3000磅/英寸2，壓強(qiáng)的變化范圍是100磅/英寸2。上述試驗(yàn)中使用了各類閥門：馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的、回轉(zhuǎn)式的以及提動(dòng)式的等等。圖6F是在西德克薩斯的一口油井實(shí)際鉆井時(shí)進(jìn)行的試驗(yàn)中（9800英尺深，豎管壓強(qiáng)2800磅/英寸2）獲得的豎井壓強(qiáng)記錄器記錄圖的精確復(fù)制品。

圖6A是用慢動(dòng)作閥門得到的。圖6A中相應(yīng)的參數(shù)值是K2＝0.5厘米2/秒和T（v）b＝2秒，即它們類似于如圖1A和1B所示之現(xiàn)有技術(shù)中提出的那些值。因此，圖6A和圖6B代表的是緩慢壓強(qiáng)脈沖方式。另一方面，圖6E是用K2＝100厘米2/秒、T（v）b＝10-1秒的快動(dòng)作閥門得到的。因此，圖6E代表流體沖擊波方式，而且圖6E中的閥門子波很類似于圖2B中的閥門子波。

如上表中所確定的那樣，圖6B、6C和6D表明了從壓強(qiáng)緩慢變化方式向流體沖擊波方式的過渡。

在圖6B、6C和6D所示試驗(yàn)中的狀態(tài)盡可能地保持相似。儀器放在鉆孔底部附近約8000英尺深處。泥漿粘度約為40芬內(nèi)爾（Funnel），每加侖12磅重。閥門開啟時(shí)的有效開啟面積為0.7厘米2。正常豎管壓強(qiáng)是3000磅/英寸2。在這些試驗(yàn)中使用的閥門與閥門40相似，但修改成允許較慢地動(dòng)作（沒有雙穩(wěn)態(tài)動(dòng)作）;即閥門是一個(gè)簡單的壓強(qiáng)平衡閥門，并且液流速率由入口通道處的節(jié)制閥來控制。應(yīng)該指出，由圖6B得到的閥門動(dòng)作速度相當(dāng)快，但它并不產(chǎn)生所期望的流體沖擊波方式。然而，尖銳的起始表明需要更快的動(dòng)作。排液速率是5加侖/秒2量級。

通過調(diào)整入口節(jié)制閥、出口節(jié)制閥和供給驅(qū)動(dòng)螺線管的電功率，得到不同的閥門運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

從上述試驗(yàn)看出，當(dāng)K2＝0.5厘米2/秒時(shí)沒有產(chǎn)生任何沖擊波，而當(dāng)K2＝100厘米2/秒時(shí)產(chǎn)生了幾乎是理想的沖擊波。

Ⅵ.獲得壓倒噪聲的沖擊波（另一種方法）

我將引入另一個(gè)參數(shù)來表示對沖擊波強(qiáng)度的要求。將考慮兩種不同的途徑。其一以參數(shù)K3為基礎(chǔ)，它表示時(shí)間段T（v）a內(nèi)通過閥門流過的泥漿量（以厘米3或加侖為單位測量）（這個(gè)量稱作流量）。另一種途徑是以參數(shù)K4為基礎(chǔ)，它代表時(shí)間段T（v）b內(nèi)泥漿流的平均能量。因此，

K4=T(V)a時(shí)間段內(nèi)通過的泥漿量Ta（V）(17)]]>

考慮閥門打開的時(shí)間段，即時(shí)間段T（v）a。為使問題簡化，我們假定時(shí)間段T（v）a內(nèi)的流速增加率為常數(shù)且等于K1。于是

V（t）＝K1t（厘米/秒）（18）

還假定閥門開啟面積的增加率為常數(shù)且等于K2。于是有

S（t）＝K2t（厘米2）（19）

結(jié)果在時(shí)間段T（v）a內(nèi)通過閥門的泥漿體積是

K3=(K1K2T(V)a)33（厘米3）（20）]]>

于是，K3是在T（v）a時(shí)間段通過閥門流過的液體量（厘米3）。這是在單次打開或關(guān)閉閥門時(shí)間段內(nèi)的流量。另一種途徑是取參數(shù)K4代替參數(shù)K3，K4表示時(shí)間段T（v）a的流體通量，即

K4=K3T(V)a(21)]]>

Ⅶ.消除噪聲的一般程序

現(xiàn)在考慮對來自壓強(qiáng)換能器51的信號進(jìn)行解碼的一般程序。圖7給出設(shè)備配置。圖8A至8G給出用圖7所示裝置對信號解碼所涉及的一些波形和脈沖。

由壓強(qiáng)換能器51得到的信號中包含載有有用信息的信號和干擾信號，這些干擾信號往往會模糊或掩蓋有用的信號。載有有用信息的信號表示出由閥門40響應(yīng)某一傳感器而得到的編碼信息。干擾信號是多種多樣的，其中由泵機(jī)27產(chǎn)生的干擾信號含有由泵機(jī)產(chǎn)生的高度穩(wěn)定的泥漿壓強(qiáng)分量。這個(gè)分量引起了泥漿通過鉆桿再通過鉆桿與井壁之間的環(huán)形空間返回地面的循環(huán)。在這個(gè)分量上重疊一個(gè)交變分量，它是由泵機(jī)中的往復(fù)式活塞的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。

為了改進(jìn)信號接收，希望從換能器51的輸出中除掉由泵機(jī)27產(chǎn)生的穩(wěn)定壓強(qiáng)分量。為此，將一個(gè)選頻濾波器150與換能器51相連，以傳送0.1至10赫茲范圍的頻率成分，衰減這一范圍以外的頻率成分。在穩(wěn)定壓強(qiáng)分量中包含的頻率成分低于0.1赫茲。

在本說明書中使用的術(shù)語中將明確區(qū)分“濾波器”和“數(shù)字濾波器”，前者如選頻濾波器150，后者將在我的發(fā)明的描述中用到。在濾波器150那一類“濾波器”中利用模擬量類型的電子網(wǎng)絡(luò)完成傳統(tǒng)的濾波功能，對這種濾波器性能的論述通常是在頻率域內(nèi)。術(shù)語“濾波器”可以用于稱作“波形濾波器”、“謝伊（Shea）濾波器”（例如可參閱T.E.Shea所著《傳輸網(wǎng)絡(luò)和波形濾波器》一書，紐約VanNostrand公司1929年出版）以及其他濾波器，諸如切比雪夫?yàn)V波器和巴特沃斯濾波器等。然而，一個(gè)數(shù)字濾波器，例如匹配濾波器、脈沖成形濾波器或尖峰濾波器，在時(shí)間域里處理效果更好。將數(shù)字化的輸入波形與濾波器的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行褶積即得到數(shù)字濾波器的輸出。一個(gè)數(shù)字濾波器就是一個(gè)計(jì)算機(jī)。

在濾波器150的輸出端151上產(chǎn)生的信號由函數(shù)F（t）表示，它是

F（t）＝B（t）+P（t）+U（t）（22）

這里B（t）是載有有用信息的信號，P（t）是由泵機(jī)的周期性壓強(qiáng)變化造成的干擾信號（泵機(jī)噪聲），U（t）代表隨機(jī)噪聲。隨機(jī)噪聲是由各種效應(yīng)產(chǎn)生的，諸如鉆井時(shí)切削鉆頭齒牙的作用（如齒牙巖心鉆頭）、機(jī)械鉆具組中的齒輪傳動(dòng)裝置的效應(yīng)、以及回轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)過程中其他有關(guān)設(shè)備的作用等。在某些情況下U（t）近似于白噪聲，而在其他情況下U（t）可能與白噪聲有很大差異。

由載有信息的信號B（t）表示的編碼信息是一系列二進(jìn)制字，而每一個(gè)這種二進(jìn)制字又包含了一串二進(jìn)制位（比特）。在二進(jìn)制字中的一個(gè)比特是由閥門40的一次單一“動(dòng)作”（即單次開閉）產(chǎn)生的。這個(gè)單一動(dòng)作產(chǎn)生一個(gè)流體沖擊波，它在地面上表現(xiàn)為一個(gè)單閥門子波，如同圖2B所示的閥門子波，因此，由B（t）表示的信息是以閥門子波的編碼序列的形式出現(xiàn)的，每一個(gè)所說的閥門子波都是如圖2B所示類型。圖8A至8G給出為把載有信息的信號B（t）與干擾信號分離開所要完成的各個(gè)步驟。為便于解釋，在圖8A中我用一個(gè)單一閥門子波來代表B（t），沒有使用多個(gè)閥門子波的編碼序列。因此，在圖8A中的閥門子波與圖2B中的單一閥門子波類型相同。但所用符號稍有改變。我在圖8A中刪掉了圖2B中出現(xiàn)的上標(biāo)“S”。于是，在圖8A至8G中各個(gè)時(shí)刻表示成t1，t2，……t15，t16，不帶有上標(biāo)“S”。圖8A至8G中的各個(gè)曲線圖均已適當(dāng)?shù)鼐幜颂枴榱饲宄捅阌诮忉?，相?yīng)于這些圖形的時(shí)間尺度已做了改變。

為了消除干擾噪聲信號（泵機(jī)噪聲和隨機(jī)噪聲）并產(chǎn)生出代表編碼信息的信號，提供了三個(gè)連續(xù)的操作步驟，詳見如下說明：

步驟1：在這一步，將具有三個(gè)分量的信號（如圖8A所示）變換成含有二個(gè)分量的信號（如圖8C所示）。這一步的目的是消除泵機(jī)噪聲P（t）。這一步的結(jié)果是將圖8A所示的閥門子波變換成“雙子波”。這種雙子波示于圖8C。

步驟2：這一步的目的是消除隨機(jī)噪聲信號。

步驟3：這一步，將每個(gè)雙子波（如圖8D所示）變換成一個(gè)單脈沖（如圖8G所示）。結(jié)果，我們得到了由單脈沖組成的編碼序列，它以數(shù)字化格式表示出傳感器101在井孔中適當(dāng)深度上測出的參數(shù)。

Ⅷ.泵機(jī)噪聲的消除（步驟1）

現(xiàn)在考慮圖8A。這張圖給出由等式（22）表示的信號F（t）的三個(gè)分量。它們是：閥門子波B（t），泵機(jī)噪聲P（t）和隨機(jī)噪聲U（t）。如先前指出的，信號F（t）是由濾波器150得到的。這個(gè)濾波器與延時(shí)單元152相連，它的作用是使輸入信號F（t）延遲一段時(shí)間Tp，Tp是泵機(jī)27產(chǎn)生的振動(dòng)的一個(gè)周期。這樣，在延時(shí)單元152的輸出端153處得到的信號可表示F（t-Tp）。信號F（t-Tp）的三個(gè)分量示于圖8B。它們是：延遲閥門子波B（t-Tp）、延遲泵機(jī)噪聲P（t-Tp）及延遲隨機(jī)噪聲U（t-Tp）。時(shí)間段Tp依賴于泵機(jī)的回轉(zhuǎn)速度，由于泵機(jī)的速度并非常數(shù)，故延遲Tp是一個(gè)可變延遲。因此，必須對延時(shí)單元152提供適當(dāng)?shù)目刂疲赃m應(yīng)泵機(jī)27的回轉(zhuǎn)速度。于是，使延時(shí)單元152通過引線154接收來自脈沖發(fā)生器155的計(jì)時(shí)脈沖，而這個(gè)脈沖發(fā)生器是由泵機(jī)以機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)的，用以在泵機(jī)的每個(gè)回轉(zhuǎn)周期內(nèi)產(chǎn)生適量的脈沖。為此目的配備了鏈驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置156。延時(shí)單元152可以是Reticon公司（在美國加利福尼亞州的Sunnyvale）出售的ReticonSAD-1024型雙模擬延時(shí)線路（DualAnalogDelayLine）。

假定泵機(jī)27每秒產(chǎn)生N1次沖擊。于是Tp＝1/N1。脈沖發(fā)生器155以較高的速率N2產(chǎn)生計(jì)時(shí)脈沖，N2為N1的倍數(shù)。故有N2＝KN1，此地K為一常數(shù)，已選定為512。這樣，如果泵機(jī)每秒鐘沖擊一次，便需要信號發(fā)生器每秒產(chǎn)生512個(gè)脈沖。顯然，泥漿泵27的振動(dòng)速率是隨時(shí)間變化的，而N2也相應(yīng)地變化著，從而保證由延時(shí)單元152產(chǎn)生的延遲總是等于泥漿泵27產(chǎn)生的泥漿壓強(qiáng)擺動(dòng)的一個(gè)周期。

將由延時(shí)單元152得到的信號F（t-Tp）加到減法器160的輸入端153上。減法器160還在它的輸入端161上接收由濾波器150產(chǎn)生的信號F（t），并在它的輸出端162上產(chǎn)生一個(gè)差值信號，即

X（t）＝F（t）-F（t-Tp）

＝B（t）-B（t-Tp）+P（t）-P（t-Tp）+U（t）-U（t-Tp）（23）

因?yàn)镻（t）是周期性的而且周期為Tp，故有

P（t）-P（t-Tp）＝0（24）

于是，由于泥漿泵27產(chǎn)生的振動(dòng)的周期性，使泵機(jī)噪聲被消除了，并且在減法器160的輸出端162上得到的信號可表示為

X（t）＝b（t）+U（t）（25）

這里b（t）＝B（t）-B（t-Tp）（26）

是載有信息的信號，而

u（t）＝U（t）-U（t-Tp）（27）

是隨機(jī)噪聲信號。

載有信息信號b（t）和噪聲信號u（t）均示于圖8C。現(xiàn)在可以看到，通過上面概述的步驟1，我已把形式為閥門子波的載有信號B（t）（如圖8A所示）變換成一個(gè)不同的載有信息信號b（t）（如圖8C所示）。信號b（t）將稱作“雙子波”，以區(qū)別于代表“閥門子波”的信號B（t）。一個(gè)雙子波由兩個(gè)閥門子波構(gòu)成，如圖8C中的兩個(gè)閥門子波“A”和“B”。這些閥門子波彼此分開，相距時(shí)間間隔是Tp。閥門子波“A”與圖8A中的閥門子波相似，而閥門波“B”代表了閥門子波“A”的反相形式。

將信號X（t）〔見等式（25）〕再送到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）163，它是由時(shí)鐘178控制的。在A/D變換器的輸出端164得到的信號可表示為

Xt＝bt+ut（28）

根據(jù)在此所用的符號，Xt、bt、Ut分別是模擬信號X（t）、b（t）、U（t）的數(shù)字化形式。信號Xt和Ut都分別是時(shí)間序列形式，即

Xt＝（…X-2，X-1，X0，X1，…X9…）（29）

Ut＝（…U-2，U-1，U0，U1，…U9，…）（30）

而信號bt是有限長子波

bt＝（b0，b1，b2，…，bn）（31）

Ⅸ.白噪聲型隨機(jī)噪聲的消除（步驟2）

現(xiàn)在把雙子波bt與噪聲信號Ut的混合信號送到長度為（n+1）的數(shù)字濾波器170，它的記憶函數(shù)是

at＝（a0，a1，a2，…，an）（32）

在這個(gè)實(shí)施方案中我選擇的數(shù)字濾波器叫作匹配濾波器，研選取的記憶函數(shù)at是要使濾波器的作用達(dá)到最佳。當(dāng)濾波器170的輸出信噪比達(dá)到其極大值時(shí)便滿足了最佳化條件，（為查找有關(guān)匹配濾波器的描述，可參閱SvenTreitel和E.A.Robinso合寫的“用于提高信噪比的最佳數(shù)字濾波器”，地球物理勘探（GeophysicalProspecting）第17卷，第3期，1969，第248-293頁，或者參閱由E.A.Robinson寫的《統(tǒng)計(jì)通信和檢測，著重討論雷達(dá)和地震信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理》，紐約Hafner出版公司出版，1967，第250-269頁。）

我使匹配濾波器170的記憶函數(shù)at為可控制的，從而保證在測量操作過程中濾波器的工作總是處于最佳狀態(tài)。用計(jì)算機(jī)172來實(shí)現(xiàn)對濾波器的控制。計(jì)算機(jī)172接收來自存貯器與調(diào)用單元173的合適的數(shù)據(jù)。其接收方式將在下面描述。

在匹配濾波器170的輸出端174得到的信號yt可以表示成輸入函數(shù)Xt和記憶函數(shù)at的褶積，即

yt＝xt＊at＝a0xt+a1xt-i+…+anxt-n（33）

這里的＊號表示褶積。將xt＝bt+ut代入（33）式，得到

yt＝Ct+Vt（34）

這里Ct＝bt＊at（35）

是濾波器對純信號輸入的響應(yīng)，而

Vt＝Ut＊at（36）

是噪聲輸出。圖11給出了表示這些關(guān)系的簡要方框圖。

為了保證匹配濾波器170工作在最佳狀態(tài)，要選定一個(gè)時(shí)刻（例如時(shí)刻t＝t0），并要求在這時(shí)刻t＝t0上包含信號的濾波器輸出的瞬時(shí)功率要盡量大于在這一時(shí)刻的濾波后噪聲的平均功率。因此，為了在濾波后的輸出Ut中檢測出信號Ct，使用了如下定義的信噪比：

μ=（在時(shí)刻to濾波后的信號值）2濾波后的澡聲功率(37)]]>

如果將長度為（n+1）的信號（b0，b1，…，bn）與長度為（n+1）的濾波器作褶積，便得到長度為（2n+1）的輸出序列（C0，C1，…，Cn，…，C2n-1，C2n），這里Cn是這一輸出序列的中心值。這樣，在時(shí)刻t0＝tn，μ值變?yōu)?/p>

μ=C2n〔EV2n〕=(aObn+a1bn-1+…+anbO)2E〔V2n〕(38)]]>

這里E〔V2n〕是噪聲輸出功率的平均值。

這里，我假定隨機(jī)噪聲Ut是白噪聲。于是，可以說明（例如參閱SvenTreitel和E.A.Robinson合寫的“用于提高信噪比的最佳數(shù)字濾波器”，地球物理勘探（GeophysicalProspecting），第17卷，第3期，1969，第240-293頁），當(dāng)

（a0，a1，…，an）＝（Kbn，Kbn-1，…，Kbo）（39）

信噪比μ能夠達(dá)到極大值，這里的K已選為1。于是，當(dāng)信號淹沒于噪聲之中時(shí)，若噪聲為白噪聲，則當(dāng)通過逆相信號給定該濾波器的記憶函數(shù)時(shí)，即通過系數(shù)序列（bn，bn-1，…，b0）給定時(shí)可以達(dá)到最佳狀態(tài)。

濾波器170的記憶函數(shù)總是由計(jì)算機(jī)172來確定，它通過通道175與濾波器相連。這里使用的術(shù)語“通道”是指適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線、接頭、或傳輸裝置，視其具體情況而定。所提供的存貯與調(diào)用單元173用于存貯函數(shù)bt，供以后經(jīng)過通道176把bt傳送到計(jì)算機(jī)172。計(jì)算機(jī)的功能是把表示為序列（b0，b1，…，bn）的輸入數(shù)據(jù)逆轉(zhuǎn)，從而在其輸出通道175提供一個(gè)序列（bn，bn-1，…，b0），它再經(jīng)過通道175依次送入匹配濾波器，并根據(jù)等式（39）把它作為濾波器的記憶函數(shù)存貯在濾波器中。

把匹配濾波器170的輸出端174得到的濾波輸出yt再送入數(shù)字模擬（D/A）轉(zhuǎn)換器181。由于yt代表數(shù)字化形式的信號，在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端182得到的相應(yīng)的模擬函數(shù)將按這里所用的符號表示成y（t）。

應(yīng)該指出，當(dāng)與載有信息的信號Ct（或其等效的模擬量C（t））相比時(shí)，使濾波后的輸出yt的信噪比極大化等效于使噪聲信號Vt（或其等效的模擬量V（t））極小化。故有

V（t）＜＜C（t）（40）

及y（t）～C（t）～b（t）（41）

所以匹配濾波器的輸出函數(shù)y（t）（如圖8D所示）與函數(shù)b（t）（如圖8C所示）十分相象。

我的發(fā)明的一個(gè)重要特征在于利用存貯與調(diào)用單元173將函數(shù)bt存貯起來（供后面的再生）?，F(xiàn)在聯(lián)系圖10來解釋存貯bt所需要的過程。這一過程由以下幾個(gè)步驟組成：

步驟（a），鉆井操作停止;即鉆頭31從井底向上稍稍提起，抽取工作（drawworks）穩(wěn)定地維持，轉(zhuǎn)盤21停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

步驟（b）.泵機(jī)27繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，如同正常鉆井過程中那樣;即以均一的泵速率運(yùn)轉(zhuǎn)，泵機(jī)壓強(qiáng)代表實(shí)際的在“鉆井時(shí)測量”過程中所使用的壓強(qiáng)。所有其他干擾源（如發(fā)電機(jī)的交流集電頭，升降機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)等）均停止。在海上作業(yè)時(shí)還要盡可能消除“波動(dòng)”及其他噪聲源（選擇平靜的日子作業(yè)）。

步驟（c）.如前面聯(lián)系圖5A所作的描述和說明，地下編碼過程由一個(gè)與地面設(shè)備中的“時(shí)鐘”嚴(yán)格同步的“時(shí)鐘”確定。因此，便有可能在地面上確定何時(shí)在地下產(chǎn)生了一個(gè)單脈沖（例如先兆脈沖）;而且由于知道通過泥漿柱的傳播速度，故可知道在地面上接收到流體脈沖的確切時(shí)刻。就這樣就有可能在地面上接收到一個(gè)單個(gè)“子波”而且予先知道該子波的出現(xiàn)時(shí)刻，即使它可能會受到噪聲的掩蓋。（在很多情況下單個(gè)子波幅度會超過噪聲，故實(shí)踐中可在示波器上看到子波。）于是，在已知的時(shí)刻由換能器51能接收到由閥門40產(chǎn)生的流體瞬時(shí)信號。

步驟（d）.由換能器51得到的信號通過濾波器150傳送出去，使傳送出去的信號頻率選擇在0.1赫茲至10赫茲范圍內(nèi)。因?yàn)殂@井操作已經(jīng)停止了（如前面的步驟（a）所述），隨機(jī)噪聲U（t）可以忽略，故在濾波器150輸出端得到的信號為F（t）＝B（t）+P（t）。

步驟（e）.由濾波器150得到的信號F（t）以前面解釋過的方式通過延時(shí)單元152，減法器160和模數(shù)轉(zhuǎn)換器163。通常，當(dāng)鉆井作業(yè)進(jìn)行時(shí)，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器163輸出端得到的信號形式是xt＝bt+ut，這里的ut是由于鉆井作業(yè)造成的噪聲。然而，這里也是因?yàn)殂@井作業(yè)已經(jīng)停止，隨機(jī)噪聲信號ut可以忽略。在這種條件下就有xt～bt。該信號xt近似地代表一個(gè)“無噪聲信號”，這在實(shí)踐上幾乎是完全可行的，它對應(yīng)于代表載有信息的信號的一個(gè)子波。

步驟（f）.將函數(shù)xt～bt存貯起來。

操作步驟（a），（b），（c），（d），（e）及（f）已由上文介紹，這些步驟通過圖10所示的操作配置來實(shí)現(xiàn)。在這種配置中將模數(shù)轉(zhuǎn)換器163的輸出送到存貯與調(diào)用單元173的輸入端，以便記錄xt～bt。

應(yīng)該指出，在頻率域內(nèi)匹配濾波器170的記憶函數(shù)可表示為

A（f）＝e-2πvfnB＊（f）（42）

這里f是頻率，B＊（f）是信號bt的付立葉變換的復(fù)共軛。

在某些情況下，當(dāng)噪聲是白噪聲時(shí)可以用自相關(guān)器來消除隨機(jī)噪聲，而不必使用圖7所示那樣的匹配濾波器170。為此，圖7中的框圖應(yīng)作如下修改：去掉匹配濾波器170、計(jì)算機(jī)172和存貯與調(diào)用單元173，代之以一個(gè)自相關(guān)器。將自相關(guān)器的輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器163的輸出端164相連。同時(shí)，自相關(guān)器的輸出端將與數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器181的輸入端174相連。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出可由延時(shí)單元190、極性反轉(zhuǎn)單元192、與（AND）門193等進(jìn)行處理（見圖7）。然而，有時(shí)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出可以直接送到記錄器。

Ⅹ.從雙子波編碼序列到短脈沖編碼序列的變換（步驟3）

讓我們再來考慮圖7中的操作配置。我現(xiàn)在在數(shù)模轉(zhuǎn)換器181的輸出端182得到一個(gè)由圖8D中的函數(shù)y（t）表示的信號，它的形狀與雙子波b（t）的形狀相似，即y（t）～b（t）。

函數(shù)y（t）～b（t）代表操縱閥門40的數(shù)字化信號的一個(gè)二進(jìn)制位。顯然，用這種函數(shù)表示相應(yīng)于閥門40的單次開啟與關(guān)閉的極短的時(shí)間間隔并不很方便。因此，有必要如步驟3所概括的那樣，將雙子波變換成與閥門運(yùn)轉(zhuǎn)相符合的單個(gè)短時(shí)脈沖。我實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，辦法是利用一個(gè)由時(shí)鐘191控制的延時(shí)單元190與極性反轉(zhuǎn)單元192和與門193（符合網(wǎng)絡(luò)）結(jié)合，它們的配置如圖7所示。延時(shí)單元190通過引線182接收來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器181的信號y（t）。這個(gè)延時(shí)單元由時(shí)鐘191控制，從而在輸出端195得到一個(gè)延遲時(shí)間，它等于時(shí)間段Tm。把圖8E所示的延遲函數(shù)b（t-Tm）通過引線195再送到極性反轉(zhuǎn)單元192，以在單元192的輸出端197產(chǎn)生一個(gè)表示成-b（t-Tm）的反向延遲雙子波，如圖8F所示。

將信號-b（t-Tm）通過引線197送入與門193。與此同時(shí)，將從數(shù)模轉(zhuǎn)換器181得到的信號b（t）通過引線182和200送入與門193。信號b（t）和-b（t-Tm）各包含有正極性和負(fù)極性的脈沖。比較圖8D中的信號b（t）與圖8F中的信號-b（t-Tm），可以看到圖8D中只有一個(gè)脈沖與圖8F中的脈沖在時(shí)間上相符。這個(gè)脈沖發(fā)生在圖8D中的t3至t4及圖8F中的t9至t10時(shí)段上。我們注意到時(shí)刻t3與t9相符合，因?yàn)閠3＝t1+Tm，t9＝t1+Tm。同樣，t4與t9時(shí)刻相符，因?yàn)閠4＝t1+Tn+Tm，t10＝t1+tn+Tm。這樣便由雙子波b（t）得到了一個(gè)信號符合脈沖，并示于圖8G。結(jié)果，與門193在其輸入端200和197接收分別代表函數(shù)b（t）和-b（t-Tm）的信號，而在其輸出端210產(chǎn)生一個(gè)信號脈沖，如圖8G所示。

應(yīng)該提醒的一點(diǎn)是，為了簡化起見，我在這一實(shí)施方案中給出了一個(gè)單一脈沖的產(chǎn)生，它基本上與打開和關(guān)閉閥門的信號相符合。要注意，在實(shí)際鉆井和同時(shí)進(jìn)行測量作業(yè)時(shí)，在輸出端210得到的是編碼的一組單脈沖，它表示由選定的傳感器對選定參數(shù)的測量結(jié)果。

將在與門193的輸出端210得到的編碼單脈沖組送到由時(shí)鐘212控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換器211。在數(shù)模轉(zhuǎn)換器211的輸出端214得到模擬量形式的信號，它表示出所選參數(shù)的測量結(jié)果。這個(gè)信號由記錄器54記錄下來。

Ⅺ.互相關(guān)技術(shù)的使用

在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，可以用互相關(guān)器代替匹配濾波器來消除噪聲。由等式（20a）表示的兩個(gè)函數(shù)的褶積與互相關(guān)之間有極大的相似性。一個(gè)函數(shù)與另一個(gè)函數(shù)互相關(guān)所得結(jié)果與第一個(gè)函數(shù)通過一個(gè)濾波器（匹配濾波器，該濾波器的記憶函數(shù)為第二個(gè)函數(shù)的逆轉(zhuǎn)）所得到的結(jié)果相同。（例如，可參閱N.A.Anstey寫的“相關(guān)技術(shù)評述”，地球物理勘探，第12卷，1964，第355-382頁，或Y.W.Lee寫的《通信統(tǒng)計(jì)理論》，JohnWileyandSons公司，紐約，1960，第45頁）。

我在圖11中說明了如何用互相關(guān)器200來完成匹配濾波器所能完成的操作?；ハ嚓P(guān)器200有兩個(gè)輸入端201和202，有一個(gè)輸出端203。把由模數(shù)轉(zhuǎn)換器163產(chǎn)生的信號送到輸入端201，而將來自存貯與調(diào)用單元173的信號bt送到輸入端202。這樣在輸出端203得到xt和bt的互相關(guān)信號。很容易看出，在輸出端203處得到的互相關(guān)信號完全等同于圖7中的匹配濾波器170產(chǎn)生的由等式（33）表示的褶積信號yt?；ハ嚓P(guān)信號的進(jìn)一步處理如圖11所示，其處理方式與匹配濾波器170產(chǎn)生的信號在圖7所示配置下的處理方式相同?；ハ嚓P(guān)器200可以是加利福尼亞州PaloAlto的HewlettPackard公司制造的3721A型互相關(guān)器。

Ⅻ.當(dāng)隨機(jī)噪聲不是白噪聲時(shí)對隨機(jī)噪聲的消除

當(dāng)隨機(jī)噪聲是白噪聲時(shí)，在t≠0時(shí)，噪聲函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)qt為零?，F(xiàn)在考慮這樣一種情況：不需要的噪聲ut有一個(gè)已知的自相關(guān)函數(shù)qt，這里的系數(shù)qt在t≠0時(shí)不一定為零。這是“自相關(guān)噪聲”的情況，不同于純粹白噪聲，白噪聲的唯一非零自相關(guān)系數(shù)是η0。一個(gè)匹配濾波器的適當(dāng)形式及有關(guān)的分量示于圖12。在這種情況下，不僅需要存貯載有信息的信號bt（通過單元173），而且要存貯噪聲信號ut。因此，圖12的配置中包含二個(gè)存貯與調(diào)用單元173和224。存貯與調(diào)用單元173完成的功能與圖7和圖10中用同樣數(shù)碼標(biāo)出的單元所完成的功能相同。它用于存貯和再生函數(shù)bt。另一方面，存貯和調(diào)用單元224的功能是存貯和再生噪聲函數(shù)ut。將分別從存貯單元173和224得到的代表函數(shù)bt和ut的數(shù)據(jù)分別經(jīng)過通道225和226送入計(jì)算機(jī)228。計(jì)算機(jī)228的功能是把從輸入通道225和226接收的數(shù)據(jù)變換成確定匹配濾波器220的記憶函數(shù)所需要的數(shù)據(jù)。這后一組數(shù)據(jù)經(jīng)過通道230送入匹配濾波器220。

現(xiàn)在所用的符號與以前的相同，只是要記住噪聲ut不再是白噪聲。這里所討論的匹配濾波器中有一個(gè)任意的放大因子K，在這個(gè)意義上說匹配濾波器是不確定的。為了方便，取放大因子K等于1。

將采用同樣定義的信噪比μ。于是

μ=C2nE〔V2n〕(43)]]>

在假定輸入噪聲ut為自相關(guān)類型的條件下，希望使μ取極大值。在此處引入矩陣符號將會很方便。令

a＝（a0，a1，…，an）（44）

表示（n+1）行的矢量，它表征匹配濾波器220的記憶函數(shù)。再有，令

b＝（bn，bn-1，…，b0）（45）

為（n+1）行矢量，定義了信號bt的時(shí)間逆轉(zhuǎn)函數(shù)。令

為噪聲的（n+1）乘（n+1）自相關(guān)矩陣。于是可寫出

u=(ab′)(ba′)aqa′(46)]]>

這里的上撇（′）表示矩陣的轉(zhuǎn)置。

為使μ取極大值，將（46）式對濾波器因子a求微商并令其等于零。于是得到關(guān)系式

qa′＝b′（47）

它可以寫成如下形式

這是有（n+1）個(gè)未知濾波器系數(shù)（a0，a1，…，an）的由（n+1）個(gè)線性聯(lián)立方程構(gòu)成的方程組的矩陣形式。它的解給出存在自相關(guān)型噪聲時(shí)所希望的最佳匹配濾波器。方程（48）可用Wiener-Levinson遞推方法求解（見N.Levison的“濾波器設(shè)計(jì)和預(yù)測中的維納均方根誤差判據(jù)”，數(shù)學(xué)和物理雜志（JourofMat.andphys.）1947，第25卷，第261-278頁，及S.Treitel和E.A.Robinson合寫的“用通信理論研究地震波的傳播”，地球物理（Geophysics），1966，第31卷，第17-32頁）。這種遞歸方法非常有效，因而能利用計(jì)算機(jī)228來計(jì)算長度很大的匹配濾波器。在計(jì)算中，已知量是噪聲自相關(guān)矩陣q和信號子波bn-t的時(shí)間逆轉(zhuǎn)（反序），而未知量是濾波器系數(shù)at。這些濾波器系數(shù)表示匹配濾波器220的記憶函數(shù)。

為確定匹配濾波器220的記憶函數(shù)所需要的計(jì)算由計(jì)算機(jī)228完成。計(jì)算機(jī)分別從存貯和調(diào)用單元173和224接收關(guān)于函數(shù)bt和ut的數(shù)據(jù)。根據(jù)接收到的ut計(jì)算出噪聲自相關(guān)矩陣，根據(jù)接收到的bt確定出這個(gè)信號的時(shí)間逆轉(zhuǎn)（反序）。然后計(jì)算出未知的濾波器系數(shù)at并經(jīng)過通道230將濾波器系數(shù)送到匹配濾波器220

把匹配濾波器220的輸出送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器181，進(jìn)一步的處理與圖7配置中對匹配濾波器170的輸出所作處理相同。

在頻率域，匹配濾波器220的記憶函數(shù)可表示成

A（f）＝e-2πfn(B*(f))/(Q(f))（49）

這里B＊（f）是信號b＝（b0，b1，…，bn）的時(shí)間反序信號的付立葉變換，Q（f）是噪聲在頻率區(qū)間（f，f+df）的功率譜。表達(dá)式（49）的物理意義是簡單的。信號的振幅譜｜B（f）｜越大，噪聲在區(qū)間（f，f+df）內(nèi)的功率譜密度Q（f）就越小，那么匹配濾波器在那個(gè)頻率區(qū)間傳送的瞬時(shí)頻譜成分就越多。這樣，如果在信號所占頻段的某一區(qū)間內(nèi)噪聲功率譜密度Q（f）很小，則匹配濾波器在這一頻率區(qū)間實(shí)質(zhì)上是“透明的”（幾乎沒有衰減）。

現(xiàn)在考慮信號存貯與調(diào)用單元173和224。用單元173存貯信號bt所需程序先前已描述過，即用圖10的配置完成步驟（a）至步驟（f）。

為了使用單元224存貯噪聲信號ut，需要采取不同的途徑。如前面結(jié)合圖10所指出的，接收和存貯一個(gè)“無噪聲信號”是可能的。類似的，由于地下和地上“時(shí)鐘”的同步性，接收和存貯“無信號噪聲”也是可能的;此“無信號噪聲”就是在正常鉆井作業(yè)時(shí)由換能器51接收到的信號（它包含所有與鉆井作業(yè)同時(shí)發(fā)生的噪聲但不含載有信息的信號）。在這種情況下圖10的配置也可用來演示所需步驟。為得到函數(shù)u（t）的記錄所需步驟可陳述如下：

步驟（α）.在鉆頭加上荷重并進(jìn)行正常的鉆井作業(yè)。

步驟（β）.選擇一個(gè)不存在載有信息的信號的時(shí)刻，即二進(jìn)制字之間的間歇時(shí)刻。

步驟（γ）.得到一個(gè)表示在換能器51處鉆井流體壓強(qiáng)變化的信號。該信號被送到濾波器150。由于上述步驟（β）所選的時(shí)刻信號b（t）不存在，因此，從濾波器150輸出所獲得的信號的形式是F（t）＝P（t）+U（t）。

步驟（δ）.泵機(jī)噪聲信號P（t）被消除掉。這是由延時(shí)單元152和減法器160完成的。然后，將結(jié)果信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器163。由于不存在載有信息的信號，即bt＝0，因而在模數(shù)轉(zhuǎn)換器163輸出端得到的信號的形式是xt＝ut。

步驟（ε）.如圖10所示，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器163輸出端的存貯與調(diào)用單元224得到函數(shù)xt＝ut的記錄。

概括上述內(nèi)容可以看到，如果噪聲是白噪聲，則圖7所示的匹配濾波器170及其有關(guān)的組成部分保證了信噪比μ取最佳值。如果噪聲不是白噪聲但其自相關(guān)函數(shù)為已知的，則如圖12所示的匹配濾波器220及有關(guān)的組成部分保證了μ的最佳值。

ⅩⅢ.維納型脈沖成形濾波器

圖13顯示出包含有一個(gè)濾波器的部分地面設(shè)備，這個(gè)濾波器的工作原理與圖7和圖12中的匹配濾波器的工作原理不同。圖7或圖12中的匹配濾波器是一個(gè)線性濾波器，它使信噪比達(dá)到極大，在這個(gè)意義說它是最佳濾波器。而圖13中的濾波器240（稱之為脈沖成形濾波器或維納濾波器）是一個(gè)線性濾波器，它使期望的輸出與實(shí)際輸出的均方差達(dá)到極小，在這個(gè)意義上說它是最佳的。（查閱這類濾波器的描述，可參閱E.A.Robinson和SvenTreitel寫的“數(shù)字維納濾波原理”，GeophysicalProspecting（地球物理勘探）第15卷，1967，第312-333頁、或者SvenTreitel和E.A.Robinson寫的“高分辨數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)”，IEEETransactionsonGeoscienceElectronics（電氣與電子工程師學(xué)會會刊地學(xué)電子學(xué)專集，卷GE-4，第1期，1966，第25-38頁。）

圖13中的脈沖成形濾波器240，通過它的輸入通道接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器163輸出的關(guān)于函數(shù)xt＝bt+ut的數(shù)據(jù)。該脈沖成形濾波器是一個(gè)長度為（m+1）的濾波器，它的記憶函數(shù)是

ft＝（f0，f1，…，fm）（50）

它在使誤差能量達(dá)到最小的意義下將長度為（n+1）的輸入xt＝（x0，x1，…，xn）轉(zhuǎn)換成長度為（m+n+1）的輸出Zt＝（Z0，Z1，…，Zm+n）。圖14給出這種濾波器的一個(gè)模型。在此模型中有三個(gè)信號，即：（1）輸入信號xt，（2）實(shí)際輸出信號Zt，（3）期望的輸出信號bt。信號bt是如圖8C所示的雙子波。

輸出信號Zt是濾波器記憶函數(shù)ft與輸入函數(shù)xt的褶積，即

Zt＝ft＊xt（51）

我們的問題是確定記憶函數(shù)ft，使得實(shí)際輸出Zt盡可能地（在最小誤差能量意義下）接近于期望的輸出bt。為選擇此記憶函數(shù)，使下述變量取極小值：

I＝（期望輸出與濾波后信號子波之間的平方誤差之和）+ν（濾波后噪聲功率）。

這里ν是預(yù)先設(shè)定的加權(quán)參數(shù)。

為使I極小化所需的計(jì)算由計(jì)算機(jī)245完成。計(jì)算機(jī)245有三個(gè)輸入通道：246、247及248。存貯與調(diào)用單元173通過通道246向計(jì)算機(jī)245傳送關(guān)于函數(shù)bt的數(shù)據(jù)。同樣，存貯與調(diào)用單元224通過通道247向計(jì)算機(jī)245傳送關(guān)于函數(shù)ut的數(shù)據(jù)。通道248用于向計(jì)算機(jī)245傳送關(guān)于函數(shù)xt的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)還送到脈沖成形濾波器240的輸入端241。

當(dāng)計(jì)算機(jī)245通過通道246、247和248分別接收了輸入信號bt，ut和xt后，便完成若干計(jì)算（見下文中的描述）并通過輸出通道251向脈沖成形濾波器240傳送關(guān)于濾波器240的記憶函數(shù)的必要數(shù)據(jù)。這樣，實(shí)際濾波器輸出Zt在最小誤差能量的意義下，盡可能地接近于期望信號bt。換句話說，如圖10D所示，

Zt～bt（52）

現(xiàn)在更詳細(xì)地考慮計(jì)算機(jī)245完成的運(yùn)算。要使其極小的量I可用符號表示成

I＝Σt=0m+n]]>（bt-Zt）2+VE〔V2t〕（53）

這里的記號E〔〕表示集合平均，而

Vt=Σs=0mfSut-s]]>

代表濾波后的噪聲。簡化I的表達(dá)式，得到

I=Σt=0m+n(btΣs=0mfsxt-s)2+vΣs=0mΣt=0mfSqt-sft(54)]]>

這里qt-s＝E〔Uτ-sUτ-s〕（55）

式中是一個(gè)啞時(shí)間腳標(biāo)，qt-s是接收噪聲的自相關(guān)。對每個(gè)濾波器系數(shù)求I的表達(dá)式的導(dǎo)數(shù)并定其等于零，便得到一組聯(lián)立方程式，

即Σs=0m]]>fsγt-s+νqt-s＝gt（56）

這里t＝1，2，…，m。在這組方程式中，是γt-s，qt-s和gt都是已知的，而量fs是未知的。

計(jì)算機(jī)245所完成的計(jì)算用于根據(jù)分別加到通道248、247和246的輸入函數(shù)來確定參數(shù)γt-s、qt-s和gt，

求解方程組（56），獲得未知量fs之值。參數(shù)γt-s、qt-s、ν和gt定義如下：

參數(shù)γt-s是通過通道248送到計(jì)算機(jī)245的輸入信號xt的自相關(guān)。參數(shù)qt是通過通道247送到計(jì)算機(jī)245上的噪聲信號ut的自相關(guān)。gt定義為期望輸出bt與輸入xt的叉積系數(shù)。即對于t＝0，1，2，…，m，

gt=Σs=0mbsxs-t(57)]]>

在gt的表達(dá)式中其期望輸出bs是經(jīng)過通道246送入計(jì)算機(jī)245的，而輸入xt是通過通道248送入的。參數(shù)ν是一個(gè)加權(quán)參數(shù)，對它賦予了一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?，這將在本說明的后面部分討論。

這樣由計(jì)算機(jī)245就確定了參數(shù)γt-s，qt-s和gt。然后再由該計(jì)算機(jī)求解方程組，于是在輸出通道251上產(chǎn)生量fs。將這些量用作脈沖成型濾波器240的記憶函數(shù)。濾波器240的實(shí)際輸出Zt在最小誤差的量意義下盡可能地接近于期望的輸出bt。

由于方程矩陣（即矩陣〔γt-s+νqt-s〕是自相關(guān)矩陣的形式，這些方程能用遞歸方法有效地求解。這種遞歸方法已在下列兩篇出版物中描述過：N.Levinson的“濾波器設(shè)計(jì)和預(yù)測中的維納根均方（RMS）判據(jù)”，此為N.Wiener的《平穩(wěn)時(shí)間序列的外推、內(nèi)推和平滑》一書的附錄B，JohnWiley出版，紐約，1949，以及EndersA.Robinson所著《統(tǒng)計(jì)通訊與檢測，特別涉及雷達(dá)和地震信號的數(shù)字信號處理》第274-279頁，Hafner出版公司，紐約，1967。

應(yīng)當(dāng)指出，對于一個(gè)有m個(gè)系數(shù)的濾波器求解上述聯(lián)立方程組，用遞歸方法所需要的計(jì)算機(jī)的時(shí)間與m2成正比，而對于使用傳統(tǒng)的聯(lián)立方程求解方法其計(jì)算時(shí)間與m3成正比。使用這種遞歸方法的另一個(gè)好處是它所需要計(jì)算機(jī)存貯空間與m成正比，而不像傳統(tǒng)方法中那樣與m2成正比。

在設(shè)計(jì)脈沖成形濾波器時(shí)應(yīng)考慮兩點(diǎn)要求：

（a）使函數(shù)Zt的形狀盡可能接近于期望的函數(shù)bt，

（b）當(dāng)不需要的平穩(wěn)噪聲是其唯一的輸入時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生盡可能小的輸出功率。

在很多實(shí)際問題中需要一個(gè)濾波器能同時(shí)滿足上述兩個(gè)要求，于是面臨的課題是在這兩個(gè)要求之間找出一種適當(dāng)?shù)恼壑苑桨?。因此，要對參?shù)ν選定一個(gè)適當(dāng)值，它給出這兩個(gè)要求之間的相對權(quán)重。

有些場合指定ν值為零。此時(shí)表達(dá)式（53）取其較簡單的形式，即

I=Σt=0m+n(bt-zt)2(58)]]>

而計(jì)算機(jī)245便不需要表示ut的數(shù)據(jù)。在這種情況下，圖13中的存貯與調(diào)用單元224被去掉了，而計(jì)算機(jī)245只有兩個(gè)輸入通道，即通道246和通道248。

現(xiàn)在應(yīng)該看出，脈沖成形濾波器和匹配濾波器的性能不是完全相似的;就是說，對于給定的輸入信號，這兩個(gè)濾波器的輸出是不同的。上面用到了適用于匹配濾波器的表達(dá)式y(tǒng)t～bt，為的是指明由yt表示的信號（它代表匹配濾波器的輸出）密切近似于雙子波bt。

相應(yīng)地，曾經(jīng)指出過圖8D中的同一張圖既代表函數(shù)y（t）也代表函數(shù)b（t）。還應(yīng)當(dāng)指出，上面用到了適用于脈沖成形濾波器的表達(dá)式Zt～bt，為的是指明由Zt表示的信號（它代表脈沖成形濾波器的輸出）密切近似于雙子波bt。相應(yīng)地，曾經(jīng)指出過圖8D中的同一張圖既代表函數(shù)Z（t）也代表函數(shù)b（t）。嚴(yán)格地說，不應(yīng)該用圖8D中的同一張圖來表示函數(shù)b（t）、Y（t）和Z（t）。然而，既然Y（t）和Z（t）都密切接近于b（t），為便于解釋而使用圖8D中的同一張圖來討論匹配濾波器和脈沖成形濾波器的性能，應(yīng)該確信是適當(dāng)?shù)摹?/p>

ⅩⅣ.子波尖峰化

現(xiàn)在考慮圖15所示的操作配置。我已在減法器160的輸出端162上得到了載信息信號b（t）和噪聲信號U（t）。信號b（t）是如圖8C所示的雙子波。把信號b（t）和U（t）的混合物送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器163，由此在轉(zhuǎn)換器的輸出端164產(chǎn)生數(shù)字化信號bt和Ut;這些信號分別相應(yīng)于模擬信號b（t）和U（t）。將這兩個(gè)信號bt和Ut依次送到尖峰濾波器351的輸入端300。尖峰濾波器是維納型脈沖成形濾波器的一個(gè)特殊情況：其中所期望的波形只是一個(gè)尖峰。（為查閱有關(guān)尖峰濾波器的描述，可參考S.Treitel和E.A.Robinson合寫的“高分辨數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)”，IEEETranscationsonGeoscinceElectronics（電氣與電子工程師協(xié)會會刊地學(xué)電子學(xué)專號，第GE-4卷，第1期，1966，第25-38頁。）

我們記得，如圖8C所示的一個(gè)雙子波b（t）由兩個(gè)閥門子波組成，即閥門子波“A”和閥門子波“B”，閥門子波“B”跟在閥門子波“A”的后面，遲后時(shí)間為Tp。在圖15的實(shí)施方案中要使用的尖峰濾波器的作用是把閥門子波“A”和閥門子波“B”變換成各個(gè)清楚分辨出來的尖峰。這樣，利用尖峰濾波器351就將一個(gè)雙子波bt變換成一對尖峰。

圖16A至16F分別給出一對尖峰（例如M1和N1）相對于加到尖峰濾波器351的輸入端300的雙子波的六種可能的狀態(tài)。令Tk為尖峰M1和N1之間的時(shí)間間隔，這在圖16A至16F中都是相同的。令H1為尖峰M1與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)（以毫秒表示），這樣，距離OH1（以毫秒計(jì)）將表示尖峰相對于雙子波的時(shí)間延遲。因此，圖6A中的時(shí)間延遲OH1＝0，即初始尖峰M1處在雙子波的最開始點(diǎn)。圖16B至16F中的五種情況相應(yīng)于時(shí)間延遲OH1值的增加。這些圖中有一個(gè)代表時(shí)間延遲的最佳值;對于此值，其尖峰濾波器的分辨力最高。對于這種最佳延遲的，由尖峰濾波器產(chǎn)生的輸出信號要比對任何其他時(shí)間延遲得到的信號要顯著地尖銳。在下文中將描述獲得時(shí)間延遲最佳值、濾波器記憶函數(shù)的最佳長度以及時(shí)間間隔Tk最佳值的程序。

在尖峰濾波器351的輸出端得到的雙尖峰代表操縱閥門40的數(shù)字化信號的一個(gè)比特（二進(jìn)制位）。如前面結(jié)合圖7的討論所指出的那樣，我們希望把雙尖峰轉(zhuǎn)換成單尖峰或者脈沖。這里我應(yīng)用了與圖7的系統(tǒng)相似的處理系統(tǒng)（見本說明的第Ⅹ部分：“從雙子波編碼序列到短脈沖編碼序列的變換（步驟3）”）。據(jù)此，我采用了一個(gè)延遲單元303，它由時(shí)鐘304控制并與極性反轉(zhuǎn)單元306和與（AND）。（符合網(wǎng)絡(luò)）307相連。這些部分的配置與圖7所示配置相似。然而，圖15中的延時(shí)量與圖7中的延時(shí)量不同。就是說，在圖15中延遲單元303產(chǎn)生的輸出信號相對于輸入信號的延時(shí)應(yīng)為Tk，而圖7中相應(yīng)的延遲單元193產(chǎn)生的延時(shí)為Tm。把在與門307輸出端得到的單脈沖編碼序列送到由時(shí)鐘309控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換器308上。在數(shù)模轉(zhuǎn)換器308的輸出端上得到了一個(gè)模擬量形式的信號，它代表井孔內(nèi)所選參數(shù)的測量值。這個(gè)信號由記錄器54記錄。

應(yīng)當(dāng)指出，在某種情況下，根據(jù)圖15所示各功能塊所選用的具體電子線路的不同，極性反轉(zhuǎn)單元306可能并不需要，因?yàn)樗墓δ芸梢杂蛇m當(dāng)設(shè)計(jì)的與門來完成。

圖17給出用尖峰濾波器消除噪聲的另一種配置。在圖15中提供了一種特殊裝置用來消除泵機(jī)噪聲（即與減法器160相連的延時(shí)單元152）。而在圖17中消除噪聲的過程被簡化了。這樣就去掉了使用延遲單元152和減法器160進(jìn)行的信號處理。于是，在圖17中濾波器150的輸出端151處得到的信號F（t），用模數(shù)轉(zhuǎn)換器350進(jìn)行數(shù)字化，然后送到尖峰濾波器351a。該尖峰濾波器351a的設(shè)計(jì)與圖15中的尖峰濾波器351不同。在圖15中所設(shè)計(jì)的尖峰濾波器用于將圖16A至16F所示的雙子波變換成一對尖峰，并且彼此時(shí)差為Tk。而圖17中的尖峰濾波器351a被設(shè)計(jì)成將單閥門子波變換成單尖峰。圖18A至18F給出單尖峰相對于單個(gè)閥門子波的各種不同位置。

我們記得，加到濾波器351a輸入端的每一個(gè)單閥門子波和在濾波器351a輸出端得到的每一個(gè)單尖峰代表操縱閥門40的數(shù)字化信號的一個(gè)二進(jìn)制位。將在尖峰濾波器351a輸出端得到的數(shù)字化形式尖峰編碼序列又送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器352，由它轉(zhuǎn)換成尖峰編碼序列，每一個(gè)尖峰代表由地下儀器編碼信息的一個(gè)二進(jìn)制位。這一串二進(jìn)制位以數(shù)字化格式表示出所選參數(shù)的測量值。然而，為了便于記錄和/或顯示，有必要以模擬量形式來表示測量結(jié)果。因此，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器352的輸出信號送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器362，在轉(zhuǎn)換器362的輸出端產(chǎn)生的信號的大小代表所選參數(shù)的測量值。這個(gè)信號由記錄器54記錄。

應(yīng)該指出，如圖15所示用尖峰濾波器351把雙子波轉(zhuǎn)換成雙尖峰或如圖17所示用尖峰濾波器351a把單閥門子波轉(zhuǎn)換成單尖峰都只能是近似的。一個(gè)純粹的尖峰，即一個(gè)δ-函數(shù)是得不到的。然而這一發(fā)明的目的是為了增加分辨力，即指要得到的輸出信號比輸入信號要顯著地尖銳。

現(xiàn)在考慮設(shè)計(jì)一個(gè)尖峰濾波器應(yīng)采用的方式。在理論上，如果能使用一個(gè)記憶函數(shù)可為無限長的濾波器便能精確地實(shí)現(xiàn)這一目的。為獲得嚴(yán)格精確的濾波器性能指示，一般還需要使期望的尖峰相對于輸入子波延遲無限長的時(shí)間。（見J.C.Claerbout和E.A.Robinson合寫的“最小平方反演濾波中的誤差”，Geophysics（地球物理），第29卷，1964，第118-120頁。）在實(shí)踐中，所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的記憶函數(shù)必須是有限長的，因此，最好的情況也只能是近似地達(dá)到以上目的。

假定由于實(shí)際原因要考慮一個(gè)濾波器，它的記憶函數(shù)長度與輸入子波的持續(xù)時(shí)間同數(shù)量級。假定可以將所希望的尖峰自由地置于任何所選定的位置。例如，圖16A至16F給出對于圖15中的尖峰濾波器301的六種可能的尖峰狀態(tài)或位置。類似地，圖18A至18F給出了對于圖17中的尖峰濾波器351的六種可能的尖峰位置。對這些情況中的每一種情況都確定了尖峰的最佳位置。應(yīng)該指出，尖峰的位置是控制實(shí)際輸出與所期望的尖峰相象程度（保真度）的一個(gè)重要因素。

尖峰濾波器是前面描述過的維納型脈沖成形濾波器的一個(gè)特殊情況。因此，設(shè)計(jì)這類濾波器所需程序與前面描述過的設(shè)計(jì)程序相似。我們關(guān)心的是對輸出信號是尖峰的一個(gè)濾波器確定其最小誤差能量。

為了對圖15中的尖峰濾波器301確定出時(shí)間延遲最佳值和記憶函數(shù)的最佳長度，有必要得到一個(gè)雙子波bt（它是b（t）的數(shù)字化形式）的記錄。得到這個(gè)記錄的必要步驟（即步驟（a）、（b）、（c）、（d）、（e）和（f）已在前面參照圖12描述過了。這樣，在圖10的配置中就把bt的記錄存貯在單元173中了。類似地，為了對尖峰濾波器351a確定出時(shí)間延遲最佳值和記憶函數(shù)最佳長度，有必要得到一個(gè)單閥門子波Bt（它是B（t）的數(shù)字化形式）。

考慮圖19中的尖峰濾波器351a。相應(yīng)于各個(gè)不同延遲（圖18A至18F）的尖峰位置可表示成：

（1，0，0，…0，0）：尖峰位于時(shí)間標(biāo)號0或稱零時(shí)尖峰濾波

器。

（0，0，0，…1，0）：尖峰在時(shí)間標(biāo)號m+n-1或稱

（m+n-1）-延時(shí)尖峰濾波器。

（0，0，…0，1）：尖峰在時(shí)間標(biāo)號m+n;（m+n）-延時(shí)

尖峰濾波器。

圖19A，19B和19C圖示出相應(yīng)于各種延時(shí)的尖峰濾波器的性能。在這些圖中的輸入子波都是相同的，即閥門子波Bt，它已知如上所述被記錄和存貯起來。圖19A的期望輸出是尖峰（1，0，0），即該尖峰有零延時(shí)。對零延時(shí)的尖峰濾波器，其相應(yīng)的記錄函數(shù)是F°＝（F°1，F(xiàn)°2，F(xiàn)°3…，F(xiàn)°n），而實(shí)際輸出是W°t＝（W°1，W°2，…，W°n）?？蓪㈩愃频姆栍糜趫D19B和19C。對每個(gè)尖峰位置存在相應(yīng)的能量誤差E。歸一化最小能量誤差E表示測量維納型脈沖成形濾波器性能，特別是尖峰濾波器性能的一種很方便的辦法。如果濾波器性能完美，E＝0意味著對于所有的時(shí)間值，期望信號與實(shí)際濾波器輸出相一致。另一方面，E＝1的情況相應(yīng)于最壞的可能情況，即期望的信號與實(shí)際輸出完全不一致。人們希望考慮E的對于1的余數(shù)，并不是量值E。并應(yīng)把它稱作濾波器的性能參數(shù)P。

P＝1-E（46）

于是當(dāng)P＝1時(shí)為完美的濾波器性能，而當(dāng)P＝0時(shí)出現(xiàn)最壞的可能情況。

圖20給出測量性能參數(shù)P的過程示意圖。計(jì)算機(jī)400有三個(gè)輸入通道：401，402，404。輸入通道401從存貯與調(diào)用單元403接收表示一個(gè)閥門子波Bt的數(shù)據(jù);輸入通道402從時(shí)間延遲控制器405接收關(guān)于不同時(shí)間延遲的尖峰的數(shù)據(jù);輸入通道404從記憶長度控制器接收關(guān)于不同記憶長度的尖峰的數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)400的輸出端410，由表頭411給出性能參數(shù)P的測量值。

對于濾波器長度不變的情況，可以假設(shè)必定至少存在一個(gè)時(shí)間延遲值使P盡可能地大。圖21是對于一族固定記憶長度的濾波器來說，參數(shù)P對輸出尖峰延遲時(shí)間的關(guān)系曲線?？梢钥吹?，曲線最高點(diǎn)（點(diǎn)M1）相應(yīng)于時(shí)間延遲ON1，選擇這個(gè)時(shí)間延遲便得到最佳時(shí)間延遲濾波器，應(yīng)該提醒一點(diǎn)，即圖21中的曲線是針對著固定記憶長度的濾波器得到的。

還能看到當(dāng)延遲時(shí)間不變時(shí)，隨著濾波器記憶長度的增加會出現(xiàn)什么情況。圖22是對于一個(gè)所期望的固定的尖峰時(shí)間延遲來說，參數(shù)P對濾波器長度的曲線圖?？梢钥吹剑@條曲線是單調(diào)曲線，當(dāng)濾波器長度變得越來越長時(shí)曲線漸近于P的最大值。圖21和22所示曲線是用圖20所示的裝置得到的。

這里所討論的兩個(gè)重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是濾波器時(shí)間延遲和濾波器記憶長度?？吭黾佑洃浐瘮?shù)長度總能改進(jìn)性能，但物理?xiàng)l件不允許使這個(gè)記憶函數(shù)無限加長。另一方面，可以找到一個(gè)所期望的輸出時(shí)間延遲，它對于給定的濾波器記憶長度產(chǎn)生最高的P值。濾波器輸出中的這個(gè)時(shí)間延遲并無害處，相反能大大改進(jìn)濾波輸出。

把濾波器性能參數(shù)P作為時(shí)間延遲的函數(shù)而濾波器長度固定（圖21），或把參數(shù)P作為相對某一固定時(shí)間延遲的濾波器記憶函數(shù)長度的函數(shù)（圖22），這都是很有幫助的，但并未反映出它的全貌。理想情況是希望對于這些變量的所有物理上合理的值去研究P對時(shí)間延遲和記憶函數(shù)長度的依賴關(guān)系。能這樣做的一種途徑是取濾波器的時(shí)間延遲為縱坐標(biāo)而以濾波器記憶函數(shù)長度為橫坐標(biāo)繪出P圖。P值數(shù)組便可以繪制成等值線，因此人們一眼可以看出哪一個(gè)時(shí)間延遲與記憶長度的組合能得出最佳的濾波器性能。圖23給出這種等值線圖。這張圖只繪出P1，P2和P3的等值線。顯然，最感興趣的是較大的P值，因?yàn)檎窃谀抢锊拍艿玫阶詈玫臑V波器性能。這種顯示方式使人們能夠通過查看圖形來選擇濾波器時(shí)間延遲和記憶長度的最好組合。

ⅩⅤ附加說明

（1）為了得到本文前面所描述的沖擊波，對于K2（閥門開口面積的平均變化速率）和T（v）b（開流時(shí)間）有某些限制。實(shí)驗(yàn)表明K2應(yīng)至少不小于5厘米2/秒，最好在20厘米2/秒至150厘米2/秒范圍內(nèi)。T（v）b最大不應(yīng)超過500毫秒，最好在50毫秒至150毫秒范圍內(nèi)。

（2）必須說明，盡管所舉實(shí)例中的同步脈沖（鐘155）是由連在泵軸上的發(fā)生器產(chǎn)生的，或者由在其母專利申請案中所描述的鎖相環(huán)產(chǎn)生，但也能提供其他手段來產(chǎn)生與泵機(jī)動(dòng)作同步的鐘頻。例如，通常與泵機(jī)連桿相連的公知的“泵機(jī)沖程計(jì)數(shù)器”就可以用于每沖程產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。這種序列脈沖的每相鄰兩個(gè)之間的時(shí)間間隔可以分成適當(dāng)數(shù)目（例如512或1024）的等時(shí)間隔，為此可使用微處理機(jī)或鎖相環(huán)，或者計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)中熟知的其他手段。在這種配置中不需要接觸泵機(jī)傳動(dòng)軸，與發(fā)生器155產(chǎn)生的頻率相等的鐘頻可以由微處理機(jī)或泵沖程計(jì)數(shù)器開關(guān)產(chǎn)生。

（3）在本說明的頭一部分已較詳細(xì)描述過產(chǎn)生流體沖擊波的條件和有關(guān)的“閥門子波”。在某些深度（例如深度較淺時(shí)）可能出現(xiàn)上述閥門子波不能很好形成的情況。對于這種閥門子波，在鉆桿中，必須有足的泥漿流量，而且在發(fā)送機(jī)端點(diǎn)有足夠大的流體靜壓強(qiáng)。應(yīng)該清楚地知道，我的發(fā)明并不限定于文中所示的特定的子波，而是可以應(yīng)用于其他形式的壓強(qiáng)脈沖，這些形式的脈沖作為閥門40動(dòng)作的結(jié)果在地面上能夠被檢測到。

（4）上面相當(dāng)詳細(xì)地描述了幾種數(shù)字濾波器，包括匹配濾波器、脈沖成形濾波器和尖峰濾波器，特別是給出了要完成的一系列操作的細(xì)節(jié)，從而清楚地解釋了每個(gè)數(shù)字濾波器的性能。對這些操作作了解釋并通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)公式表示出來了。可以清楚地知道，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，一個(gè)具有這方面技能的人能夠根據(jù)本說明書的描述寫出必要的計(jì)算機(jī)程序，從而由圖7、10、11、12、14、15、17、19所描述的各項(xiàng)操作可由適當(dāng)?shù)能浖硗瓿伞?/p>

（5）除了本文描述的分路閥門型方法以外，對于使用泥漿脈沖進(jìn)行傳輸測量的其他形式，我所描述過的各種數(shù)字濾波器均可以應(yīng)用。這些其他測量形式可以包括如頒發(fā)給J.J.Arps的美國2，787，795號專利所描述的方式，其基礎(chǔ)是利用主泥漿流中適當(dāng)位置上放置的限流閥門實(shí)現(xiàn)對泥漿流環(huán)路的可控約束。廣義地說，我所描述的數(shù)字濾波系統(tǒng)可以應(yīng)用于鉆井過程中進(jìn)行測量的任何形式的遙測系統(tǒng)以及為了將測量儀器放入鉆井中需要將鉆井設(shè)備移走的其他測量方式。它可應(yīng)用于利用脈沖代表任何形式能量的遙測系統(tǒng)，例如電脈沖、電磁脈沖、聲脈沖以及其他脈沖。

（6）有兩種妨礙接收有用信號B（t）的干擾噪聲信號（見等式（22）），其中之一代表泵機(jī)噪聲P（t），另一個(gè)代表泵機(jī)動(dòng)作以外的其他各種鉆井作業(yè)所產(chǎn)生的噪聲U（t）。為了消除這些干擾信號，我提供了三種濾波系統(tǒng)、稱為濾波系統(tǒng)1、系統(tǒng)2和系統(tǒng)3。

濾波系統(tǒng)1是模擬濾波器150。這個(gè)濾波器的目的是抑制換能器輸出中代表泵機(jī)27產(chǎn)生的壓強(qiáng)穩(wěn)態(tài)分量以及感興趣頻段以外的其他頻率分量。

濾波系統(tǒng)2包括延時(shí)單元152和減法器160。這個(gè)系統(tǒng)的目的是抑制或消除泵機(jī)噪聲P（t）。

濾波系統(tǒng)3包括一個(gè)相關(guān)器、或一個(gè)數(shù)字濾波器（如匹配濾波器、脈沖成形濾波器或尖峰濾波器）以及其他有關(guān)的單元（如存貯和調(diào)用單元）和用于確定相關(guān)數(shù)字濾波器記憶函數(shù)元素最佳值的計(jì)算機(jī)（見圖7，10，11，12和13）。系統(tǒng)3的目的是消除或抑制噪聲U（t）。

濾波系統(tǒng)1，2，3是串聯(lián)起來的。在上面描述的我的發(fā)明的若干實(shí)施方案中，濾波器系統(tǒng)1與壓強(qiáng)換能器51相連，系統(tǒng)2與輸出端151相連，系統(tǒng)3與系統(tǒng)2的輸出端164相連。

上述濾波系統(tǒng)均為線性系統(tǒng)。因此，這些系統(tǒng)的功能可以互換或反向。就可以首先從濾波系統(tǒng)1開始，然后將濾波系統(tǒng)2和3的順序互換。在某些情況下也不一定把這三個(gè)濾波系統(tǒng)都用上。其中任意二個(gè)可能已足夠了，在某些情況下可能只用一個(gè)就可以。還有，導(dǎo)線182和210之間的系統(tǒng)有時(shí)也可取消，這時(shí)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器211接收雙子波。

（7）當(dāng)由第ⅩⅢ部分（步驟a至f）所描述的過程產(chǎn)生的信號被捕獲并存貯起來的時(shí)候，它可以與換能器51等產(chǎn)生的原始信號作互相關(guān)，或者與圖7至17的導(dǎo)線162處的預(yù)先處理過的信號互相關(guān)，當(dāng)與換能器51處的原始信號互相關(guān)時(shí)，“雙子波”中的第二個(gè)子波要通過公知技術(shù)中適當(dāng)?shù)霓k法消除掉，以便能與換能器51輸出處的單個(gè)子波互相關(guān)。

圖31、32、33給出了用于實(shí)踐本發(fā)明的各種方法的設(shè)備。這些不同的系統(tǒng)能用于地面上向泥漿柱中發(fā)送壓強(qiáng)信號，這些信號可為井下設(shè)備（例如位于鉆具組中鉆頭的正上方靠近鉆頭處）所接收。首先看圖31，這張圖給出相應(yīng)于圖3的位于地面上的設(shè)備，其中未畫出鉆具和鉆桿。泥漿泵27從泥漿槽28向豎管24提供穩(wěn)定的泥漿流，豎管24又與軟管和鉆具相連（見圖3）。

與豎管24相連的壓強(qiáng)換能器接收從鉆井具中的設(shè)備傳輸出來的泥漿柱中的壓強(qiáng)信號。

為了在流體柱中傳送指令信號，把分路閥門700的一側(cè)與分支管704相連，它是從泥漿泵出口管703延伸而來的，把泥漿返回管104連到閥門的另一側(cè)。當(dāng)閥門700打開時(shí)，由導(dǎo)管703提供的小量鉆井液體通過管704返回泥漿槽28，從而供給豎管24的泥漿壓強(qiáng)減小了，因而向整個(gè)鉆具供給的泥漿壓強(qiáng)也減小了。閥門700由放大電路706提供的信號控制，而此放大電路706又依次由一個(gè)電子信號發(fā)生電路708控制，后者又是依次響應(yīng)命令信號輸入710而動(dòng)作的。

這個(gè)命令信號可以是代碼形式，它可以按操作人員的意志由開關(guān)710A啟動(dòng)。這個(gè)代碼可以是串行碼。圖31中的裝置是專為傳送這類串行碼的。代碼也可以是二進(jìn)制碼，由有一定間隔的脈沖組成，用以代表“1”或“0”。這類代碼已為人們公知。

圖31的設(shè)備存在的問題之一是分流鉆井流體或泥漿必須返回泥漿槽28。當(dāng)閥門70瞬時(shí)開啟時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的鉆井液流速。為了防止出現(xiàn)反壓，當(dāng)閥門打開時(shí)，它將限制泥漿流穿過此打開的閥門，導(dǎo)管704的截面積通常必須至少如分支導(dǎo)管702及閥門開口截面積那樣大。這就要求一個(gè)直徑相當(dāng)大的導(dǎo)管從閥門700返回到泥漿槽28。為了免除這種必要性，利用了一個(gè)波動(dòng)吸收器712。這類波動(dòng)吸收器在石油工業(yè)中是公知的，可以是“HydrillSurgeAbsorber（Hydrill波動(dòng)吸收器）”K型或V15型，由Hydrill公司生產(chǎn)（公司地址：714W.OlympicBlvd.，LosAngeles，california90015）。波動(dòng)吸收器是一個(gè)密封容器，有一開口714。經(jīng)支管716與導(dǎo)管704相通。裝置712的內(nèi)部由隔膜718分成兩部分。在隔膜上部的密封區(qū)充以可壓縮氣體720，當(dāng)打開閥門700時(shí)，在泵機(jī)27輸出端的液流柱的壓強(qiáng)立即通過供壓支管716加到這個(gè)流體阻尼器內(nèi)的下半部722。這使隔膜718彎曲，使氣體720被壓縮。當(dāng)閉合閥門700時(shí)，供壓支管716的返回管704中的流體壓強(qiáng)立即開始降低，使氣體720可以膨脹，推動(dòng)隔膜716返回其正常位置。這樣，波動(dòng)吸收器使液流平穩(wěn)了。這使從支管716回到泥漿槽28的泥漿返回管部分704A中的液流速率可以相當(dāng)小，這個(gè)流速一般不超過每分鐘幾夸脫。一般說來，由于使用了波動(dòng)吸收器712，會得到足夠小的流速，從而可以使用小的軟管（如花園用水龍帶）把泥漿回送到泥漿槽28。為進(jìn)一步使液流平穩(wěn)到比較小的流速，可以在管704A中插入一個(gè)節(jié)流擋板721。

圖32是實(shí)現(xiàn)圖31裝置的基本概念的一種改進(jìn)手段，其中不需要具備將泥漿返回泥漿槽的設(shè)備。支管702從泥漿泵的出口703延伸，連接到分流器726的入口724。閥門700由一個(gè)短管728連到分流器的第二個(gè)入口730。導(dǎo)管734與T形接頭732相連接并延伸到一個(gè)小液體動(dòng)泵736。泵736的一個(gè)端口與導(dǎo)管738相連。導(dǎo)管738又返回閥門700。支管740從導(dǎo)管738通到波動(dòng)吸收器744的只入開口742。波動(dòng)吸收器744內(nèi)部由隔膜750分成充氣的上半部746和充液的下半部748。類似地，分流器726由隔膜752分成分開的兩個(gè)液體腔。

圖32所示裝置的運(yùn)行過程如下：當(dāng)啟動(dòng)泥漿泵，鉆井液經(jīng)過導(dǎo)管703和豎管24進(jìn)入鉆井具，這時(shí)操作員可利用命令信號輸入裝置710、信號發(fā)生電路708和放大器706來啟動(dòng)閥門700，從而傳送出去選定的命令信號。當(dāng)閥門700瞬時(shí)打開時(shí)，液體將從波動(dòng)吸收器744的下半部充液腔經(jīng)導(dǎo)管738、閥門700和導(dǎo)管728進(jìn)入分流器726的上半腔。這就是當(dāng)波動(dòng)吸收器的充氣腔746中的氣體壓強(qiáng)大于導(dǎo)管703中鉆井液體壓強(qiáng)時(shí)的情況。這樣，當(dāng)閥門700瞬時(shí)打開時(shí)，高壓液體便注入分流器726的隔膜752以上的部分。這將迫使隔膜752向下產(chǎn)生一個(gè)正壓強(qiáng)脈沖，它通過管道702傳入與豎管24相連的流體循環(huán)系統(tǒng)。把這個(gè)壓強(qiáng)信號向下傳送到井孔中的整個(gè)液柱和鉆管中包含的儀器上。當(dāng)閥門700關(guān)閉時(shí)，液流中止。然后把小泵機(jī)736啟動(dòng)，它把液體從分流器隔膜752上部經(jīng)導(dǎo)管734和738泵入波動(dòng)吸收器的下部748，再次使充氣部分746中的壓強(qiáng)增加到超過鉆井液壓強(qiáng)。當(dāng)完成這一過程之后，閥門700可以再次被開啟，產(chǎn)生下一個(gè)要傳送到井孔內(nèi)液柱上的正壓強(qiáng)脈沖?？梢钥闯?，泵機(jī)736能連續(xù)運(yùn)行。利用減壓閥門（圖中未畫出）可以使充氣腔746中的壓強(qiáng)維持在大于鉆井液壓強(qiáng)的一個(gè)預(yù)先選定的水平之上。此外，可以看出，若選擇一個(gè)大尺度的波動(dòng)吸收器744，可以在必須啟動(dòng)泵機(jī)736使壓縮空氣壓強(qiáng)恢復(fù)到預(yù)選水平之前，通過順序地打開和關(guān)閉閥門700傳送多個(gè)壓強(qiáng)脈沖。

圖32的設(shè)備不需將泥漿送回泥漿槽。在圖31中，當(dāng)閥門700打開時(shí)，向井孔中的液柱加了一個(gè)負(fù)壓強(qiáng)脈沖，而在圖32中，如所描述的運(yùn)行過程所表明的，是傳送出一個(gè)正壓強(qiáng)脈沖。用圖32的裝置，在閥門700開啟時(shí)也能發(fā)送出一個(gè)負(fù)壓強(qiáng)脈沖。在這種運(yùn)行方式下，液流阻尼器744的充氣部分746中的壓強(qiáng)低于導(dǎo)管703中的鉆井液壓強(qiáng)。在這種運(yùn)行方法中由小泵機(jī)736泵出的液體沿圖32所指方向的相反方向流動(dòng)。在每種情況中都假定泵機(jī)736包含一個(gè)單向閥，它只允許液體沿一個(gè)方向流動(dòng)。

圖33給出在地面上向鉆井泥漿柱發(fā)送壓強(qiáng)脈沖的第三種方法。支管702從泥漿泵出液管伸出來連到分流器756的入口754。隔膜758將分流器分成上腔與下腔。上腔有一開口760，連接從活塞缸764出口伸出的導(dǎo)管762?；钊?66在活塞缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊幸贿B桿768、曲柄770由馬達(dá)772轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄由連桿774與活塞桿768相連。

馬達(dá)772由控制電路776控制，它可以是一個(gè)可控硅整流器電路，由它控制啟動(dòng)、停止及可變的速度。例如，由GeneralElectricCompany（通用電氣公司生產(chǎn)的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器。（型號DC-SCR，商標(biāo)“VALUTROL”。）利用一個(gè)小的操作員控制器778，馬達(dá)772能夠被啟動(dòng)、停止和變速。為保證所產(chǎn)生的正弦信號有預(yù)先選定的頻率，由馬達(dá)772驅(qū)動(dòng)一個(gè)測速表779。測速表779的輸出被送入控制器778，從而可以選擇馬達(dá)772的轉(zhuǎn)速，以便按照向井中液柱發(fā)出的壓強(qiáng)脈沖的要求提供所需頻率。

在圖33設(shè)備的實(shí)現(xiàn)中，最好是在活塞缸764中的活塞766兩側(cè)充以液體。平衡管780與活塞缸內(nèi)活塞766尾部相通并連接波動(dòng)吸收器782的下部。該波動(dòng)吸收器的上部784充以具有一定壓強(qiáng)的氣體，而下部786充以液體，例如液壓油。

當(dāng)操作員要產(chǎn)生一個(gè)信號傳送到井孔中某一位置時(shí)，便啟動(dòng)馬達(dá)772。當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)活塞向左時(shí)，流體被迫從活塞缸進(jìn)入分流器756的上部，使隔膜758向下運(yùn)動(dòng)，迫使一個(gè)壓強(qiáng)脈沖通過豎管724，該豎管與鉆井具內(nèi)部相通。當(dāng)活塞766向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體從流體平衡器782的下部786吸入活塞缸。于是使上部784中的氣體壓強(qiáng)與導(dǎo)管703中的泵壓強(qiáng)相等。這樣，活塞766的兩側(cè)壓強(qiáng)通常相等，除非在馬達(dá)772啟動(dòng)時(shí)及之后，這時(shí)的壓強(qiáng)正需要向液柱施加壓強(qiáng)信號。

當(dāng)曲柄770使活塞766向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，隔膜758上部的流體壓強(qiáng)減小，造成對液柱的負(fù)壓強(qiáng)脈沖。這樣，當(dāng)曲柄770轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，便在液柱上加以正弦形正負(fù)壓強(qiáng)信號。通過控制馬達(dá)772的旋轉(zhuǎn)速度，可以改變該正弦信號的特性。以這種方式，從地面?zhèn)飨虻叵碌男盘柲苡神R達(dá)772的啟?；蛴神R達(dá)的轉(zhuǎn)速來控制。

可以看出，由圖31、32和33所示裝置實(shí)例說明的各種提供壓強(qiáng)信號的手段并不需要泥漿泵27被停止、啟動(dòng)或減速。用這些圖中所示裝置不會干擾鉆井液的流動(dòng)，因而避免了以前實(shí)踐中使用的靠啟停泥漿泵來傳送命令信號的方法所帶來的問題。

圖4繪出的設(shè)備可用于井下接收來自地面的信號，以向鉆具組中位于鉆頭附近的儀器發(fā)出命令。圖34與圖3A相對應(yīng)，只是為在井底產(chǎn)生信號的閥門運(yùn)行細(xì)節(jié)由虛框788表示。壓強(qiáng)換能器790位于井下儀器殼的上部250A。在鉆管內(nèi)部的壓強(qiáng)經(jīng)通道792與換能器790通訊。經(jīng)過通道86A，換能器790的另一側(cè)受到環(huán)形空間66中的壓強(qiáng)，這是因?yàn)樵搲簭?qiáng)通過閥門口85傳送，再由活塞82經(jīng)由腔室83傳遞過去，而腔室83與通道86A相連。這樣，換能器796受到鉆具組內(nèi)部與井孔環(huán)形空間之間壓強(qiáng)漲落的作用。通過鉆具組內(nèi)部向下傳送的壓強(qiáng)信號由換能器790轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)導(dǎo)線92A送給位于儀器殼下部250B中的儀器。這儀器中包括一個(gè)濾波器794，它只允許通過由地面?zhèn)飨碌膲簭?qiáng)脈沖產(chǎn)生的電信號。濾波器794的特性將在下文中詳細(xì)描述。把濾波器794的輸出送到放大器796，再送到脈沖發(fā)生器798，它向步進(jìn)開關(guān)795的線圈送入脈沖信號，以此推動(dòng)開關(guān)以獲得以前描述過的各種儀器功能。

與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比較，我們發(fā)明的一個(gè)突出特點(diǎn)在于由地面向井下接收裝置傳送的命令信號的類型。在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中（例如由Westlake等人所描述的）命令信號是由鉆井工產(chǎn)生“啟/停泵機(jī)事件”（即啟動(dòng)或關(guān)掉泵機(jī)）得到的。這些“事件”表現(xiàn)為壓強(qiáng)的變化，它在井下被一個(gè)壓強(qiáng)變化率開關(guān)（Westlake等人用符號表示成（(dp)/(dt)）的開關(guān)）檢測出來的。這樣，在Westlake等人的裝置中有兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的量，即時(shí)間間隔dt及在此時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的壓強(qiáng)變化dp。然后把這兩個(gè)量轉(zhuǎn)化成單個(gè)量，將它表示成壓強(qiáng)變化率(dp)/(dt)。在Westlake等人的裝置中的一個(gè)重要元素是(dp)/(dt)的閾值，它可用符號“M”表示。Westlake提供一個(gè)當(dāng)上僅當(dāng)dp/dt超過“M”時(shí)才被啟動(dòng)的信號。

要選擇一個(gè)“M”值使Westlake系統(tǒng)可靠運(yùn)行，如果說不是不可能的，也是極其困難的。由于各種鉆井作業(yè)，會在鉆井循環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的附加壓強(qiáng)變化。這些變化會使壓強(qiáng)變化速率不規(guī)則地或偶然地增大，以致使dp/dt會增大到超過臨界值“M”。這將產(chǎn)生鉆井工完全控制不了的無規(guī)則干擾壓強(qiáng)脈沖。于是該裝置因這類干擾而無法運(yùn)行。鉆井工可能決定發(fā)送命令信號啟動(dòng)該裝置，但這種干擾信號可能使該裝置不可能執(zhí)行這個(gè)命令。

我的發(fā)明的目的是提供一種命令和問答系統(tǒng)，它的工作原理不同于現(xiàn)有技術(shù)：在我的裝置中，通過把命令信號表示成窄頻帶內(nèi)的周期性壓強(qiáng)變化，來獲得選擇性。把這些壓強(qiáng)變化在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間區(qū)間內(nèi)作傳送。這樣在我的接收系統(tǒng)中的有關(guān)量是接收信號的頻帶和接收時(shí)間。通過壓縮頻帶和相應(yīng)地增大接收時(shí)間。我們能獲得相當(dāng)好的選擇性，從而得到很有效的噪聲-信號接收能力。原則上，通過減小頻帶寬度和采用適當(dāng)長的接收時(shí)間，我可以獲得任何所希望的高選擇性。我所得到的選擇性較現(xiàn)有技術(shù)中的裝置的選擇性大得多。

圖35A和35B給出用本發(fā)明的原理可以傳送的壓強(qiáng)信號的類型。在這些圖中橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是鉆井液壓強(qiáng)。請理解這里所示的壓強(qiáng)波形并不與通常的總液壓成比例，而是大大跨張了，再有，由泵機(jī)產(chǎn)生的壓強(qiáng)波動(dòng)和噪聲也未畫出。圖中繪出的壓強(qiáng)波被疊加在鉆井過程中鉆井液系統(tǒng)存在的這些其他壓強(qiáng)變化上。

圖35A給出的信號脈沖類型（繪出的是理想形態(tài)）可以由圖31和32所示系統(tǒng)產(chǎn)生，在這些系統(tǒng)中閥門700以予選頻率開閉，用來產(chǎn)生二進(jìn)代碼。信號的第一部分使儀器處于接收信息狀態(tài)。然而利用計(jì)時(shí)的時(shí)間段，將二進(jìn)制數(shù)傳送出去例如圖35A中的100101（通常它代表數(shù)字27），這可利用通常的二進(jìn)制編碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

圖35B繪出由圖33的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的理想的信號，在這種機(jī)構(gòu)中泵機(jī)772和764以選定的信號頻率操作。該圖指出二進(jìn)制數(shù)101001（它通?？纱頂?shù)字41）的傳送方式。

當(dāng)所用信號接收系統(tǒng)要檢測混有泵機(jī)產(chǎn)生的壓強(qiáng)波動(dòng)及鉆井系統(tǒng)產(chǎn)生的壓強(qiáng)變化噪聲的弱壓強(qiáng)脈沖信號系統(tǒng)時(shí)，圖35A和35B中的信號格式的優(yōu)越性顯得特別重要。

圖35A和35B所示的這類壓強(qiáng)脈沖由圖34的井下儀器中的換能器790轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的成形電信號并給導(dǎo)線92A饋送到濾波器794。請注意到這些信號是疊加在代表泵機(jī)壓強(qiáng)波動(dòng)和鉆井噪聲的大得多的電信號之上的。濾波器794的作用是盡可能成功地扼制住全部額外的電信號，而只允許由圖31或32中的閥門700或圖33中的泵機(jī)764和772引進(jìn)鉆井流系統(tǒng)中的信號所對應(yīng)的電信號通過。盡管多種濾波器都可用于這一目的，一種特別適用于這一目的的濾波器系統(tǒng)是鎖定放大器型濾波器。利用鎖定放大器作為濾波器794便可能將窄帶信號從干擾噪聲中分開。利用精確的時(shí)鐘795（例如石英品體控制的時(shí)鐘或者振蕩器與頻率倍減器）向井下濾波器794提供相應(yīng)于圖35A和35B所示地面發(fā)生的信號的頻率，這樣在存在大量不相關(guān)噪聲的情況下也能檢測出很小的信號。

鎖定放大器基本上是一個(gè)后面接有低通濾波器的同步解調(diào)器。利用這種技術(shù)，信號可以從幾乎比它大100，000倍的噪聲中恢復(fù)出來，這是100分貝的動(dòng)態(tài)范圍。

滿足濾波器794要求的鎖定放大器可以用市場上買到的集成電路，例如AnalogDevicesCompany（模擬設(shè)備公司）生產(chǎn)的AD630型集成電路。

圖36是所描述的信號傳送系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。鉆深井找油找氣的通用手段是使用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，其中的一組鉆管由地面上的轉(zhuǎn)盤來轉(zhuǎn)動(dòng)。在鉆具組下端是旋轉(zhuǎn)鉆頭31，它有一小孔（或稱噴嘴）33，這些組成部分已在圖中示意性給出。把鉆井液壓入鉆具組并經(jīng)噴嘴33進(jìn)入鉆井環(huán)形空間60。當(dāng)鉆井流體在環(huán)形空間60中向上流動(dòng)時(shí)便將鉆頭31切削下來的碎屑帶到地面供處理。

在鉆井過程中常常需要向鉆井液中補(bǔ)充失掉的循環(huán)物質(zhì)以避免鉆井液漏到透水地層中去。而這種失掉的循環(huán)物質(zhì)偶而會使噴嘴33阻塞，結(jié)果中止鉆井液在井孔環(huán)形空間中向上流動(dòng)。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，懸浮在鉆井液中的固態(tài)物（諸如切削碎屑等）便從環(huán)形空間中的鉆井液向下沉落，積聚在鉆具組下端周圍。這種情況偶而會使鉆具被卡住，造成嚴(yán)重后果。

圖36給出避免噴嘴堵塞時(shí)鉆井液停止循環(huán)的裝置。容器800包括一個(gè)閥門802，它通常關(guān)閉鉆井具組內(nèi)部與井孔環(huán)形空間60之間的通道804和806，閥門坐808構(gòu)成通道的一部分。在容器800中有一個(gè)壓強(qiáng)換能器790A它經(jīng)由液體通道810在鉆具組內(nèi)探測循環(huán)液體壓強(qiáng)的變化。該換能器將壓強(qiáng)變化變換成電信號，這些電信號經(jīng)放大器796A連到濾波器電路798A。濾波器798A的輸出又連到控制閥門802的分路開啟器810。

這個(gè)分路開啟器可以是一個(gè)如圖4A所示的螺旋線圈，這時(shí)的開啟器也將包括一個(gè)電功率源。分路開啟器810也可包含一個(gè)彈簧驅(qū)動(dòng)器，在啟動(dòng)時(shí)提供機(jī)械能把閥門802推到開啟狀態(tài);或者它可以包含一個(gè)高壓強(qiáng)源作用于活塞缸中的一個(gè)活塞或者作用于一個(gè)液動(dòng)馬達(dá)來把閥門推到開啟狀態(tài)。

當(dāng)?shù)孛驺@井操作人員檢測到因鉆頭噴嘴33被阻塞而使鉆井液循環(huán)中止時(shí)（例如由于鉆井液壓強(qiáng)的增大造成的），他可以用前面描述的技術(shù)（如圖31、32，或33所示信號傳送系統(tǒng)）發(fā)出一個(gè)信號。這些信號將由換能器790A接收和處理，采取如圖34，35A和35B所描述的儀器生成一個(gè)啟動(dòng)閥門的電信號。

當(dāng)閥門802開啟后液體再次循環(huán)，從鉆具組內(nèi)向下再從井孔環(huán)形空間向上返回，從而避免了碎屑脫離循環(huán)下落。然后可將鉆具從井孔中撥出，除去鉆頭噴嘴的阻塞物，從而避免鉆具組卡在井孔之中。最好是將閥門802和通道804、806的開口做得大于鉆頭噴嘴，從而減小這些通道被阻塞的可能性。還可以看到，閥門802的實(shí)際機(jī)構(gòu)并不局限于圖36所示的類型，因?yàn)檫@張圖只是用于說明本發(fā)明的原理而已。