特開 2023-69089 ドリルパイプ多段接続体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023069089

(43)【公開日】2023-05-18

(54)【発明の名称】ドリルパイプ多段接続体

(51)【国際特許分類】

   E21B 47/13 20120101AFI20230511BHJP

   E21B 17/04 20060101ALI20230511BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20230511BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20230511BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

E21B47/13

E21B17/04

H01F38/14

H02J50/10

H02J7/00 301D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021180700

(22)【出願日】2021-11-04

(71)【出願人】

【識別番号】504194878

【氏名又は名称】国立研究開発法人海洋研究開発機構

(71)【出願人】

【識別番号】512135274

【氏名又は名称】富士ウェーブ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121337

【弁理士】

【氏名又は名称】藤河 恒生

(72)【発明者】

【氏名】井上 朝哉

(72)【発明者】

【氏名】石渡 隼也

(72)【発明者】

【氏名】粟井 郁雄

【テーマコード（参考）】

2D129

5G503

【Ｆターム（参考）】

2D129AB01

2D129AB25

2D129BA26

2D129BA27

2D129CB03

2D129CB15

2D129CB16

2D129CB18

2D129EC06

2D129JA05

5G503BA02

5G503BB01

5G503CA10

5G503GB08

5G503GD07

(57)【要約】

【課題】途中箇所で観測機器が容易に取り付けられるドリルパイプ多段接続体を提供する。
【解決手段】このドリルパイプ多段接続体の観測用ドリルパイプの第１トリプレクサ２３は、第１送受電コイル２１からの高周波電力と制御信号を各々電力分割部２５、制御信号分割部２７に伝送し合成観測信号を第１送受電コイル２１に伝送し、電力分割部２５は、高周波電力の一部を分割して充電部２６に供与し、制御信号分割部２７は、制御信号の一部を分割して観測機器２８を制御し、観測信号合成部２９は、内部観測信号と観測信号の合成観測信号を第１トリプレクサ２３に伝送し、第２トリプレクサ２４は、電力分割部２５からの高周波電力と制御信号分割部２７からの制御信号を第２送受電コイル２２に伝送し第２送受電コイル２２からの観測信号を観測信号合成部２９に伝送し、制御信号分割部２７と観測機器２８と観測信号合成部２９には充電部２６から電力が供給される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端部に第１送受電コイルが設けられ、第２端部に第２送受電コイルが設けられたドリルパイプが多段接続され、隣接する該ドリルパイプ間では、非接触で前記第１送受電コイルに前記第２送受電コイルから高周波電力と制御信号が伝送され、前記第１送受電コイルから前記第２送受電コイルに観測信号が伝送されるドリルパイプ多段接続体であって、
多段接続された前記ドリルパイプは、少なくとも１個の観測用ドリルパイプを含んでおり、
該観測用ドリルパイプは、前記第１送受電コイルと前記第２送受電コイルの間に、第１トリプレクサ、第２トリプレクサ、電力分割部、充電部、制御信号分割部、観測機器及び観測信号合成部を備えており、
前記第１トリプレクサは、前記第１送受電コイルから伝送された前記高周波電力と前記制御信号をそれぞれ前記電力分割部、前記制御信号分割部に伝送し、前記観測信号合成部から伝送された合成観測信号を前記観測信号として前記第１送受電コイルに伝送し、
前記電力分割部は、前記第１トリプレクサから伝送された前記高周波電力の一部を分割して前記充電部に供与し、かつ、残りの前記高周波電力を前記第２トリプレクサに伝送し、
前記充電部は、前記電力分割部から供与された前記高周波電力の前記一部を充電し、
前記制御信号分割部は、前記充電部から電力が供給され、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号の一部を分割して前記観測機器を制御し、かつ、残りの前記制御信号を前記第２トリプレクサに伝送し、
前記観測機器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割部により制御されて観測した情報を内部観測信号として前記観測信号合成部に伝送し、
前記観測信号合成部は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号と前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記第１トリプレクサに伝送し、
前記第２トリプレクサは、前記電力分割部から伝送された前記高周波電力と前記制御信号分割部から伝送された前記制御信号を前記第２送受電コイルに伝送し、前記第２送受電コイルから伝送された前記観測信号を前記観測信号合成部に伝送するドリルパイプ多段接続体。

【請求項2】

請求項１に記載のドリルパイプ多段接続体において、
前記制御信号分割部は、制御信号増幅器、制御信号分割器及び制御信号復調器を有しており、
前記制御信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号を増幅して前記制御信号分割器に伝送し、
前記制御信号分割器は、前記制御信号増幅器により増幅された前記制御信号の前記一部を分割して前記制御信号復調器に伝送し、かつ、残りの前記制御信号を前記第２トリプレクサに伝送し、
前記制御信号復調器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された前記制御信号の前記一部を復調して前記観測機器を制御するドリルパイプ多段接続体。

【請求項3】

請求項１に記載のドリルパイプ多段接続体において、
前記制御信号分割部は、制御信号分割器、制御信号復調器及び制御信号出力増幅器を有しており、
前記制御信号分割器は、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号の前記一部を分割して前記制御信号復調器に伝送し、かつ、残りの前記制御信号を前記制御信号出力増幅器に伝送し、
前記制御信号復調器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された前記制御信号の前記一部を復調して前記観測機器を制御し、
前記制御信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された残りの前記制御信号を増幅して前記第２トリプレクサに伝送するドリルパイプ多段接続体。

【請求項4】

請求項１に記載のドリルパイプ多段接続体において、
前記制御信号分割部は、制御信号増幅器、制御信号分割器、制御信号復調器及び制御信号出力増幅器を有しており、
前記制御信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号を増幅して前記制御信号分割器に伝送し、
前記制御信号分割器は、前記制御信号増幅器により増幅された前記制御信号の前記一部を分割して前記制御信号復調器に伝送し、かつ、残りの前記制御信号を前記制御信号出力増幅器に伝送し、
前記制御信号復調器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された前記制御信号の前記一部を復調して前記観測機器を制御し、
前記制御信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された残りの前記制御信号を増幅して前記第２トリプレクサに伝送するドリルパイプ多段接続体。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のドリルパイプ多段接続体において、
前記観測信号合成部は、観測信号増幅器、観測信号変調器及び観測信号合成器を有しており、
前記観測信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号を増幅して前記観測信号合成器に伝送し、
前記観測信号変調器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号を変調して前記観測信号合成器に伝送し、
前記観測信号合成器は、前記観測信号変調器から伝送された前記内部観測信号と前記観測信号増幅器により増幅された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記第１トリプレクサに伝送するドリルパイプ多段接続体。

【請求項6】

請求項１～４のいずれか１項に記載のドリルパイプ多段接続体において、
前記観測信号合成部は、観測信号変調器、観測信号合成器及び観測信号出力増幅器を有しており、
前記観測信号変調器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号を変調して前記観測信号合成器に伝送し、
前記観測信号合成器は、前記観測信号変調器から伝送された前記内部観測信号と前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記観測信号出力増幅器に伝送し、
前記観測信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測信号合成器から伝送された前記合成観測信号を増幅して前記第１トリプレクサに伝送するドリルパイプ多段接続体。

【請求項7】

請求項１～４のいずれか１項に記載のドリルパイプ多段接続体において、
前記観測信号合成部は、観測信号増幅器、観測信号変調器、観測信号合成器及び観測信号出力増幅器を有しており、
前記観測信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号を増幅して前記観測信号合成器に伝送し、
前記観測信号変調器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号を変調して前記観測信号合成器に伝送し、
前記観測信号合成器は、前記観測信号変調器から伝送された前記内部観測信号と前記観測信号増幅器により増幅された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記観測信号出力増幅器に伝送し、
前記観測信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測信号合成器から伝送された前記合成観測信号を増幅して前記第１トリプレクサに伝送するドリルパイプ多段接続体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力と制御信号と観測信号を伝送できるドリルパイプ多段接続体に関する。

【背景技術】

【0002】

海底又は地下における科学掘削や石油、天然ガス等の資源掘削などを行う際、一般的に、所定長さのドリルパイプが多段に接続されたドリルパイプ多段接続体が海上又は地上の設備から降ろされて用いられる。ドリルパイプ多段接続体の先端部には、掘削用の刃（ビット）が取り付けられ、また、その先端部又は周囲の状態を観測する観測機器（例えば、各種センサーやカメラなど）が取り付けられることが少なくない。海上又は地上の設備と観測機器の間では、観測機器への電力と制御信号及び観測機器からの観測信号をドリルパイプ多段接続体を通して伝送する技術が各種提案されている。その中には、特許文献１～４に示すように、安定した伝送のために、ドリルパイプの継ぎ目において非接触で電力と制御信号と観測信号（又は電力と制御信号のみ）を伝送することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１４８７８４号公報

【特許文献2】特開２０２１－１３６８００号公報

【特許文献3】米国公開特許公報ＵＳ２００４／０１０４７９７

【特許文献4】米国公開特許公報ＵＳ２０１４／０１４４６１４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、海底又は地下における科学掘削や資源掘削などにおけるドリルパイプ多段接続体は、先端部のみならず途中の必要な箇所でドリルパイプ多段接続体の状態又は周囲の状態の観測が必要な場合もある。

【0005】

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドリルパイプの継ぎ目において非接触で電力と制御信号と観測信号を伝送し、かつ、途中の必要な箇所で観測機器が容易に取り付けられるようにすることができるドリルパイプ多段接続体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、請求項１に記載のドリルパイプ多段接続体は、第１端部に第１送受電コイルが設けられ、第２端部に第２送受電コイルが設けられたドリルパイプが多段接続され、隣接する該ドリルパイプ間では、非接触で前記第１送受電コイルに前記第２送受電コイルから高周波電力と制御信号が伝送され、前記第１送受電コイルから前記第２送受電コイルに観測信号が伝送されるドリルパイプ多段接続体であって、多段接続された前記ドリルパイプは、少なくとも１個の観測用ドリルパイプを含んでおり、該観測用ドリルパイプは、前記第１送受電コイルと前記第２送受電コイルの間に、第１トリプレクサ、第２トリプレクサ、電力分割部、充電部、制御信号分割部、観測機器及び観測信号合成部を備えており、前記第１トリプレクサは、前記第１送受電コイルから伝送された前記高周波電力と前記制御信号をそれぞれ前記電力分割部、前記制御信号分割部に伝送し、前記観測信号合成部から伝送された合成観測信号を前記観測信号として前記第１送受電コイルに伝送し、前記電力分割部は、前記第１トリプレクサから伝送された前記高周波電力の一部を分割して前記充電部に供与し、かつ、残りの前記高周波電力を前記第２トリプレクサに伝送し、前記充電部は、前記電力分割部から供与された前記高周波電力の前記一部を充電し、前記制御信号分割部は、前記充電部から電力が供給され、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号の一部を分割して前記観測機器を制御し、かつ、残りの前記制御信号を前記第２トリプレクサに伝送し、前記観測機器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割部により制御されて観測した情報を内部観測信号として前記観測信号合成部に伝送し、前記観測信号合成部は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号と前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記第１トリプレクサに伝送し、前記第２トリプレクサは、前記電力分割部から伝送された前記高周波電力と前記制御信号分割部から伝送された前記制御信号を前記第２送受電コイルに伝送し、前記第２送受電コイルから伝送された前記観測信号を前記観測信号合成部に伝送する。

【0007】

請求項２に記載のドリルパイプ多段接続体は、請求項１に記載のドリルパイプ多段接続体において、前記制御信号分割部は、制御信号増幅器、制御信号分割器及び制御信号復調器を有しており、前記制御信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号を増幅して前記制御信号分割器に伝送し、前記制御信号分割器は、前記制御信号増幅器により増幅された前記制御信号の前記一部を分割して前記制御信号復調器に伝送し、かつ、残りの前記制御信号を前記第２トリプレクサに伝送し、前記制御信号復調器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された前記制御信号の前記一部を復調して前記観測機器を制御する。

【0008】

請求項３に記載のドリルパイプ多段接続体は、請求項１に記載のドリルパイプ多段接続体において、前記制御信号分割部は、制御信号分割器、制御信号復調器及び制御信号出力増幅器を有しており、前記制御信号分割器は、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号の前記一部を分割して前記制御信号復調器に伝送し、かつ、残りの前記制御信号を前記制御信号出力増幅器に伝送し、前記制御信号復調器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された前記制御信号の前記一部を復調して前記観測機器を制御し、前記制御信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された残りの前記制御信号を増幅して前記第２トリプレクサに伝送する。

【0009】

請求項４に記載のドリルパイプ多段接続体は、請求項１に記載のドリルパイプ多段接続体において、前記制御信号分割部は、制御信号増幅器、制御信号分割器、制御信号復調器及び制御信号出力増幅器を有しており、前記制御信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第１トリプレクサから伝送された前記制御信号を増幅して前記制御信号分割器に伝送し、前記制御信号分割器は、前記制御信号増幅器により増幅された前記制御信号の前記一部を分割して前記制御信号復調器に伝送し、かつ、残りの前記制御信号を前記制御信号出力増幅器に伝送し、前記制御信号復調器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された前記制御信号の前記一部を復調して前記観測機器を制御し、前記制御信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記制御信号分割器から伝送された残りの前記制御信号を増幅して前記第２トリプレクサに伝送する。

【0010】

請求項５に記載のドリルパイプ多段接続体は、請求項１～４のいずれか１項に記載のドリルパイプ多段接続体において、前記観測信号合成部は、観測信号増幅器、観測信号変調器及び観測信号合成器を有しており、前記観測信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号を増幅して前記観測信号合成器に伝送し、前記観測信号変調器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号を変調して前記観測信号合成器に伝送し、前記観測信号合成器は、前記観測信号変調器から伝送された前記内部観測信号と前記観測信号増幅器により増幅された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記第１トリプレクサに伝送する。

【0011】

請求項６に記載のドリルパイプ多段接続体は、請求項１～４のいずれか１項に記載のドリルパイプ多段接続体において、前記観測信号合成部は、観測信号変調器、観測信号合成器及び観測信号出力増幅器を有しており、前記観測信号変調器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号を変調して前記観測信号合成器に伝送し、前記観測信号合成器は、前記観測信号変調器から伝送された前記内部観測信号と前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記観測信号出力増幅器に伝送し、前記観測信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測信号合成器から伝送された前記合成観測信号を増幅して前記第１トリプレクサに伝送する。

【0012】

請求項７に記載のドリルパイプ多段接続体は、請求項１～４のいずれか１項に記載のドリルパイプ多段接続体において、前記観測信号合成部は、観測信号増幅器、観測信号変調器、観測信号合成器及び観測信号出力増幅器を有しており、前記観測信号増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記第２トリプレクサから伝送された前記観測信号を増幅して前記観測信号合成器に伝送し、前記観測信号変調器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測機器から伝送された前記内部観測信号を変調して前記観測信号合成器に伝送し、前記観測信号合成器は、前記観測信号変調器から伝送された前記内部観測信号と前記観測信号増幅器により増幅された前記観測信号と合成して前記合成観測信号を前記観測信号出力増幅器に伝送し、前記観測信号出力増幅器は、前記充電部から電力が供給され、前記観測信号合成器から伝送された前記合成観測信号を増幅して前記第１トリプレクサに伝送する。

【発明の効果】

【0013】

本発明のドリルパイプ多段接続体によれば、ドリルパイプの継ぎ目において非接触で電力と制御信号と観測信号を伝送し、かつ、途中の必要な箇所で観測機器が容易に取り付けられるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係るドリルパイプ多段接続体の例を示す側面視断面図である。

【図2】同上のドリルパイプ多段接続体のドリルパイプの継ぎ目の近傍の例を拡大して示す側面視断面図である。

【図3】同上のドリルパイプ多段接続体の伝送特性の例を示すグラフである。

【図4】同上のドリルパイプ多段接続体の観測用ドリルパイプの回路構成の例を示すブロック図である。

【図5】同上のドリルパイプ多段接続体の観測用ドリルパイプの第１トリプレクサの回路例を示す回路図である。

【図6】図５で示した回路例の通過特性の例を示すグラフである。

【図7】同上のドリルパイプ多段接続体の観測用ドリルパイプの電力分割部の回路例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施形態に係るドリルパイプ多段接続体１は、図１に示すように、ドリルパイプ２を多段接続したものである。ここでは、ドリルパイプ２Ａ及びドリルパイプ２Ｂを総称してドリルパイプ２とする。多段接続されたドリルパイプ２は、大多数がドリルパイプ２Ａによって構成されるが、ドリルパイプ多段接続体１の途中の必要な箇所にドリルパイプ２Ｂを含んでいる。例えば、約１００段のドリルパイプ２Ａに対して１段のドリルパイプ２Ｂを接続することができる。ドリルパイプ２Ｂは、観測用ドリルパイプである。ドリルパイプ多段接続体１には、海上又は地上の設備からドリルパイプ多段接続体１の先端部に向かう向きに、高周波電力が常時伝送され、制御信号が間欠的に（所定時間ごと）伝送される。また、ドリルパイプ多段接続体１には、ドリルパイプ多段接続体１の先端部から海上又は地上の設備に向かう向きに、制御信号に同期した観測信号が間欠的に伝送される。

【0016】

ドリルパイプ２は、硬質（典型的には鉄系の金属製）のドリルパイプ本体２ａにより形成されており、長手方向（図１では上下方向）の中空孔２ｂを有している。例えば、ドリルパイプ多段接続体１は海上又は地上の設備により制御され、ドリルパイプ本体２ａは海底又は地底を掘削するための動力伝達物となり、中空孔２ｂには海水、泥水、油、天然ガスなどが流れる。ドリルパイプ２は、海上又は地上の設備側の第１端部２ａａとドリルパイプ多段接続体１の先端部側の第２端部２ａｂにねじ（本実施形態では、第１端部２ａａに雌ねじ、第２端部２ａｂに雄ねじ）を形成することにより、他のドリルパイプ２と接続される。

【0017】

ドリルパイプ２は、特に限定されるものではないが、例えば、中空孔２ｂの直径を約１０ｃｍ程度、中空孔２ｂのみが形成されている部分のドリルパイプ本体２ａの厚さを約１ｃｍ程度、長手方向の長さを約１０ｍ程度とすることができる。なお、ドリルパイプ２Ａとドリルパイプ２Ｂとで、形状又は長手方向の長さが異なってもよい。

【0018】

ドリルパイプ２は、図２に示すように、第１端部２ａａに第１送受電コイル２１が設けられ、第２端部２ａｂに第２送受電コイル２２が設けられている。第１送受電コイル２１及びその周囲の詳細な構造については、本願の要旨ではないのでその詳細な説明は省略するが、例えば上記の特許文献１又は特許文献２における受電コイル及びその周囲の構造と同様にすることができる。また、第２送受電コイル２２及びその周囲の詳細な構造については、本願の要旨ではないのでその詳細な説明は省略するが、例えば上記の特許文献１又は特許文献２における送電コイル及びその周囲の構造と同様にすることができる。図２に示す第１送受電コイル２１と第２送受電コイル２２はそれぞれ、特許文献２と同様に、スパイラルコイルになっている。また、後述する図３の特性は、特許文献２の図６と同様な構造を用いて得たものである。なお、図２においては、ドリルパイプ２Ａの第１送受電コイル２１の近傍とドリルパイプ２Ｂの第２送受電コイル２２の近傍を示しているが、ドリルパイプ２Ａの第２送受電コイル２２の近傍は、後述する電子回路部２ｄがなくそれ以外はドリルパイプ２Ｂの第２送受電コイル２２の近傍と同様であり、ドリルパイプ２Ｂの第１送受電コイル２１の近傍は、ドリルパイプ２Ａの第１送受電コイル２１の近傍と同様である。

【0019】

ドリルパイプ多段接続体１の隣接するドリルパイプ２、２間では、第１送受電コイル２１と第２送受電コイル２２が物理的には接触せずに磁気的に結合する。それにより、隣接するドリルパイプ２、２間では、非接触で第２送受電コイル２２から第１送受電コイル２１に高周波電力と制御信号を伝送し、第１送受電コイル２１から第２送受電コイル２２に観測信号を伝送する。制御信号と観測信号の周波数は、それら相互の高低関係はどちらでもよいが、高周波電力の周波数よりも高い。

【0020】

ドリルパイプ２の内部については、第１送受電コイル２１から第２送受電コイル２２に高周波電力と制御信号を伝送し、第２送受電コイル２２から第１送受電コイル２１に観測信号を伝送する。

【0021】

ドリルパイプ２Ａにおいては、線路２ｃ（通常は、同軸ケーブル）のみを介して第１送受電コイル２１と第２送受電コイル２２を接続するようにすることができる。このようなドリルパイプ２Ａが多段接続されると、上記の特許文献１及び特許文献２で示したような１周期分を構成する単位セル（単位回路）が多段に接続された周期回路が形成されるようにすることができる。図３に示す曲線ａは、シミュレーションに基づく、長さ１０ｍのドリルパイプ２Ａを１００段接続したときの伝送効率（ηｍａｘ）の例である。ドリルパイプ多段接続体１では、ドリルパイプ２、２間における第１送受電コイル２１と第２送受電コイル２２間での伝送による損失とドリルパイプ２の内部における線路２ｃでの伝送による損失が生じるが、図３によると、約３５０ｋＨｚで約－５ｄＢ以上の伝送効率が可能であることが分かる。

【0022】

観測用ドリルパイプであるドリルパイプ２Ｂにおいては、線路２ｃ及び電子回路部２ｄを介して第１送受電コイル２１と第２送受電コイル２２を接続するようにすることができる。ドリルパイプ２Ｂにおける電子回路部２ｄを設ける箇所及び大きさは、図２で示すような箇所及び大きさに限られるものではない。電子回路部２ｄは、図４に示すように、第１トリプレクサ２３、第２トリプレクサ２４、電力分割部２５、充電部２６、制御信号分割部２７、観測機器２８及び観測信号合成部２９を備えている。なお、図４においては、充電部２６が供給する電力を矢印付き破線で、それ以外の信号等の流れを矢印付き実線で示している。

【0023】

第１トリプレクサ２３は、第１送受電コイル２１から伝送された高周波電力と制御信号をそれぞれ電力分割部２５、制御信号分割部２７に伝送し、観測信号合成部２９から伝送された合成観測信号を観測信号として第１送受電コイル２１に伝送する。

【0024】

第１トリプレクサ２３は、例えば、図５に示すような素子を有する回路とすることができる。例えば、容量素子のＣ１が３．１ｎＦ、Ｃ２が１．１ｎＦ、Ｃ３が１．１ｎＦ、Ｃ４が３．１ｎＦ、Ｃ５が４７．８ｎＦ、Ｃ６が４９．４ｎＦ、Ｃ７が４７．８ｎＦ、Ｃ８が２．０ｎＦ、Ｃ９が０．８７ｎＦ、Ｃ１０が０．８７ｎＦ、Ｃ１１が２．０ｎＦ、Ｃ１２が１２．４ｎＦ、Ｃ１３が１３．２ｎＦ、Ｃ１４が１２．４ｎＦ、Ｃ１５が０．９１ｎＦ、Ｃ１６が０．２８ｎＦ、Ｃ１７が０．２８ｎＦ、Ｃ１８が０．９１ｎＦ、Ｃ１９が５．９ｎＦ、Ｃ２０が５．５ｎＦ、Ｃ２１が５．９ｎＦとし、誘導素子のＬ１が５μＨ、Ｌ２が１４μＨ、Ｌ３が４μＨ、Ｌ４が４μＨ、Ｌ５が４μＨ、Ｌ６が４μＨ、Ｌ７が４μＨ、Ｌ８が４μＨ、Ｌ９が４μＨ、Ｌ１０が４μＨ、Ｌ１１が４μＨとすると、端子２３Ａと端子２３Ｂ間、端子２３Ａと端子２３Ｃ間、端子２３Ａと端子２３Ｄ間では、、図６の曲線ｂ、ｃ、ｄに示すように、中心周波数をそれぞれ約３５０ｋＨｚ、約６５０ｋＨｚ、約８００ｋＨｚとする通過特性のＳパラメータを実現することができる。なお、第２トリプレクサ２４も、第１トリプレクサ２３と同様の回路とすることができる。

【0025】

よって、高周波電力、制御信号、観測信号の周波数をそれぞれ３５０ｋＨｚ、６５０ｋＨｚ、８００ｋＨｚとすると、端子２３Ａで重畳した高周波電力、制御信号、観測信号が、端子２３Ｂでは高周波電力、端子２３Ｃでは制御信号、端子２３Ｄでは観測信号にそれぞれ適切に切り分けられることが分かる。

【0026】

電力分割部２５は、第１トリプレクサ２３から伝送された高周波電力の一部を分割して充電部２６に供与し、かつ、残りの高周波電力を第２トリプレクサ２４に伝送する。

【0027】

電力分割部２５は、方向性結合器を用いることができる。電力分割部２５は、例えば、図７に示すような素子を有する回路とすることができる。例えば、容量素子のＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が１８１ｎＦとし、誘導素子のＬ１とＬ３が２．２７μＨ、Ｌ２とＬ４が２．２８μＨとし、抵抗素子のＲが５０Ωとすると、高周波電力の周波数が３５０ｋＨｚで、端子２５Ａに入力された高周波電力の約１／１００が分割されて端子２５Ｂから出力され、残りの約９９／１００が端子２５Ｃから出力されるようにできる。分割される割合は、素子の定数を変えることによって変更することができる。

【0028】

下記表１は、１００段接続（伝送距離１ｋｍ）のドリルパイプ２Ａごとに１段のドリルパイプ２Ｂを接続したときの計算値を示したものである。１００段接続（伝送距離１ｋｍ）のドリルパイプ２Ａの伝送効率は、上記図３に示したデータに基づいて、－５ｄＢとした。海上又は地上の設備（伝送距離０ｋｍとして示す）からは１０００Ｗの高周波電力が出力されるものとした。ドリルパイプ多段接続体１の長さ（最大の伝送距離）は、１０ｋｍとした。ドリルパイプ２Ｂにおいて分割されて充電部２６に供与される電力の割合は、伝送距離が計６ｋｍまでは、伝送されて来た高周波電力の１／１００とし、伝送距離が計７ｋｍ、８ｋｍ、９ｋｍでは電力分割部２５の素子の定数を変えることで段々と大きくした。これは、伝送距離が計７ｋｍ、８ｋｍ、９ｋｍで分割されて充電部２６に供与される電力が少なくなり過ぎないようにしたためである。

【0029】

下記表１において、入力高周波電力は、伝送距離１ｋｍごとに設けられるドリルパイプ２Ｂに伝送される高周波電力であり、出力高周波電力はドリルパイプ２Ｂから伝送される高周波電力であり、分割高周波電力は、分割されて充電部２６に供与される高周波電力である。

【0030】

【表1】

【0031】

表１によると、ドリルパイプ多段接続体１の先端部及び途中の箇所において、少なくとも約６．５ｍＷが確保できている。

【0032】

充電部２６は、電力分割部２５から供与された高周波電力の一部の電力を蓄積する。

【0033】

充電部２６は、詳細には、ＡＣＤＣコンバータ２６ａとＤＣＤＣコンバータ２６ｂと充電池２６ｃとで構成することができる。ＡＣＤＣコンバータ２６ａは、電力分割部２５から供与された高周波電力の一部を整流してＤＣ電圧の電力に変換する。ＤＣＤＣコンバータ２６ｂは、そのＤＣ電圧を所定の一定電圧に変換する。充電池２６ｃは、電力を蓄積する。

【0034】

ＤＣＤＣコンバータ２６ｂは、ＡＣＤＣコンバータ２６ａからのＤＣ電圧の値がドリルパイプ２Ｂが設けられる箇所などの条件により大きく変わり得るので、可能な入力電圧が広いものが好ましく、また、降圧及び昇圧の両方が可能なものが好ましい。

【0035】

制御信号分割部２７は、充電部２６から電力が供給されて動作する。制御信号分割部２７は、第１トリプレクサ２３から伝送された制御信号の一部を分割して観測機器２８を制御し、かつ、残りの制御信号を第２トリプレクサ２４に伝送する。なお、第１トリプレクサ２３から伝送された制御信号の一部の分割には、第１トリプレクサ２３から伝送された制御信号が増幅されてからその一部が分割される場合も、増幅されないで一部が分割される場合も含まれる。また、残りの制御信号の第２トリプレクサ２４への伝送には、残りの制御信号が増幅されてから第２トリプレクサ２４に伝送される場合も、増幅されないで第２トリプレクサ２４に伝送される場合も含まれる。

【0036】

制御信号分割部２７は、具体的には、制御信号増幅器２７ａ、制御信号分割器２７ｂ、制御信号復調器２７ｃ及び制御信号出力増幅器２７ｄを有している構成にすることができる。

【0037】

制御信号増幅器２７ａは、充電部２６から電力が供給されて動作する。制御信号増幅器２７ａは、第１トリプレクサ２３から伝送された制御信号を適切な振幅に増幅して制御信号分割器２７ｂに伝送する。

【0038】

制御信号分割器２７ｂは、制御信号増幅器２７ａにより増幅された制御信号の一部を分割して制御信号復調器２７ｃに伝送し、かつ、残りの制御信号を制御信号出力増幅器２７ｄに伝送する。制御信号分割器２７ｂは、電力分割部２５と同様に、方向性結合器を用いることができ、また、例えば、素子の定数は異なるが、図７に示したのと同様な回路構成とすることができる。

【0039】

制御信号復調器２７ｃは、充電部２６から電力が供給されて動作する。制御信号復調器２７ｃは、制御信号分割器２７ｂから伝送された制御信号の一部を復調して観測機器２８を制御する。

【0040】

制御信号は、上記のとおり、間欠的に伝送されるが、間欠的に伝送される単位ごとにチャネル情報が付加されるようにすることができる。制御信号復調器２７ｃは、復調した後、自己のチャネルに一致すれば観測機器２８を動作させるようにすることができる。そうすると、ドリルパイプ多段接続体１において複数個所で観測機器２８を動作させて観測信号を取得する場合に、複数個の観測機器２８に対応する観測信号を時間軸上で各々を分けて伝送することができるようになる。なお、チャネルの数は、限定されるものではない。

【0041】

制御信号出力増幅器２７ｄは、充電部２６から電力が供給されて動作する。制御信号出力増幅器２７ｄは、制御信号分割器２７ｂから伝送された残りの制御信号の電力を増幅して第２トリプレクサ２４に伝送する。

【0042】

なお、場合により、御信号増幅器２７ａ又は制御信号出力増幅器２７ｄのいずれかを省略することも可能である。

【0043】

観測機器２８は、充電部２６から電力が供給されて動作する。観測機器２８は、制御信号分割部２７により制御されて観測した情報を内部観測信号として観測信号合成部２９に伝送する。観測機器２８としては、ドリルパイプ多段接続体１自体の状態又は周囲の状態を観測する様々な観測機器（例えば、圧力、温度、回転、振動等を観測する各種センサーやカメラなど）が可能である。

【0044】

観測信号合成部２９は、充電部２６から電力が供給されて動作する。観測信号合成部２９は、観測機器２８から伝送された内部観測信号と第２トリプレクサ２４から伝送された観測信号と合成して合成観測信号を第１トリプレクサ２３に伝送する。

【0045】

観測信号合成部２９は、具体的には、観測信号増幅器２９ａ、観測信号変調器２９ｂ、観測信号合成器２９ｃ及び観測信号出力増幅器２９ｄを有している構成にすることができる。

【0046】

観測信号増幅器２９ａは、充電部２６から電力が供給されて動作する。観測信号増幅器２９ａは、第２トリプレクサ２４から伝送された観測信号を適切な振幅に増幅して観測信号合成器２９ｃに伝送する。

【0047】

観測信号変調器２９ｂは、充電部２６から電力が供給されて動作する。観測信号変調器２９ｂは、観測機器２８から伝送された内部観測信号を変調して観測信号合成器２９ｃに伝送する。

【0048】

観測信号合成器２９ｃは、観測信号変調器２９ｂから伝送された内部観測信号と観測信号増幅器２９ａにより増幅された観測信号と合成して合成観測信号を観測信号出力増幅器２９ｄに伝送する。

【0049】

観測信号出力増幅器２９ｄは、充電部２６から電力が供給されて動作する。観測信号出力増幅器２９ｄは、観測信号合成器２９ｃから伝送された合成観測信号の電力を増幅して第１トリプレクサ２３に伝送する。

【0050】

なお、場合により、観測信号増幅器２９ａ又は観測信号出力増幅器２９ｄのいずれかを省略することも可能である。

【0051】

第２トリプレクサ２４は、電力分割部２５から伝送された高周波電力と制御信号分割部２７から伝送された制御信号を第２送受電コイル２２に伝送し、第２送受電コイル２２から伝送された観測信号を観測信号合成部２９に伝送する。

【0052】

このように、ドリルパイプ２Ｂにおいては、充電部２６は、常時伝送されてくる高周波電力の一部の電力を蓄積し、その電力を間欠的に動作する制御信号分割部２７、観測機器２８及び観測信号合成部２９に供給するので、間欠的に動作する制御信号分割部２７、観測機器２８及び観測信号合成部２９は、電力不足にならずに適切に動作することができる。

【0053】

従って、ドリルパイプ多段接続体１においては、ドリルパイプ２の継ぎ目において非接触で電力と制御信号と観測信号を伝送し、かつ、途中の必要な箇所で観測機器２８が容易に取り付けられるようにすることができる。

【0054】

以上、本発明の実施形態に係るドリルパイプ多段接続体について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。

【符号の説明】

【0055】

１ ドリルパイプ多段接続体
２、２Ａ、２Ｂ ドリルパイプ
２ａ ドリルパイプ本体
２ａａ 第１端部
２ａｂ 第２端部
２ｂ 中空孔
２ｃ 線路
２ｄ 電子回路部
２１ 第１送受電コイル
２２ 第２送受電コイル
２３ 第１トリプレクサ
２４ 第２トリプレクサ
２５ 電力分割部
２６ 充電部
２６ａ ＡＣＤＣコンバータ
２６ｂ ＤＣＤＣコンバータ
２６ｃ 充電池
２７ 制御信号分割部
２７ａ 制御信号増幅器
２７ｂ 制御信号分割器
２７ｃ 制御信号復調器
２７ｄ 制御信号出力増幅器
２８ 観測機器
２９ 観測信号合成部
２９ａ 観測信号増幅器
２９ｂ 観測信号変調器
２９ｃ 観測信号合成器
２９ｄ 観測信号出力増幅器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】