BRPI1105272A2 - Method for azimuth measurements using a gyro unit, and azimuth measurement system - Google Patents

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BRPI1105272A2
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BRPI1105272-4A
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Portuguese (pt)
Inventor
Shigeru Sato
Juei Igarashi
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Prad Res & Dev Ltd
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Abstract

Método para medições de azimute usando uma unidade de giroscópio, e sistema para medições de azimute. Métodos e sistemas para medições de azimute usando uma unidade de giroscópio são divulgados. O método inclui adquirir um valor de razão entre duas componentes de taxa de terra ortogonais entre si usando a unidade de giroscópio em uma posição de medição; adquirir três componentes de vetor de gravidade ortogonais entre si na posição de medição; e determinar um azimute com respeito a um eixo de referência predeterminado na unidade de giroscópio com base no valor de razão, nas três componentes de vetor de gravidade e em uma latitude geodésica da posição de medição.Method for azimuth measurements using a gyro unit, and azimuth measurement system. Methods and systems for azimuth measurements using a gyro unit are disclosed. The method includes acquiring a ratio value between two orthogonal ground rate components together using the gyro unit at a measurement position; acquire three orthogonal gravity vector components from each other at the measurement position; and determining an azimuth with respect to a predetermined reference axis in the gyro unit based on the ratio value, the three gravity vector components, and a geodetic latitude of the measurement position.

Description

MÉTODO PARA MEDIÇÕES DE AZIMUTE USANDO UMA UNIDADE DE GIROSCÓPIO, E SISTEMA PARA MEDIÇÕES DE AZIMUTEAZIMUTE MEASUREMENT METHOD USING A GYROSCOPE UNIT, AND AZIMUTE MEASUREMENT SYSTEM

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere às técnicas de medições de azimute usando uma unidade de giroscópio em poços, por exemplo, para medições de azimute durante Medição Durante Perfuração (MWD), Perfilagem Durante a Perfuração (LWD) e operações de perfilagem com cabo de aço. Mais particularmente, a invenção se refere às medições da direção de vetor de taxa de terra para determinação do azimute com pelo menos um giroscópio e três acelerômetros.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to azimuth measurement techniques using a well gyro unit, for example, for azimuth measurements during Drilling Measurement (MWD), Drilling Profiling (LWD) and cable profiling operations. of steel. More particularly, the invention relates to ground rate vector direction measurements for azimuth determination with at least one gyroscope and three accelerometers.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A tecnologia de medição de azimute em poços principalmente é categorizada em medições com magnetômetros e medições com giroscópios. A primeira usa magnetômetros tríade para medir campo magnético da terra. No entanto, os magnetômetros podem ser usados somente no local sem qualquer influência magnética por materiais magnéticos como um revestimento. A última usa giroscópios para medir a direção do vetor de taxa de terra para determinação de azimute. As medições de giroscópio dificilmente são influenciadas por campo magnético. Portanto, o giroscópio pode ser usado perto ou em tal revestimento de materiais magnéticos.BACKGROUND OF THE INVENTION Well azimuth measurement technology is primarily categorized into magnetometer measurements and gyro measurements. The first uses triad magnetometers to measure the earth's magnetic field. However, magnetometers may only be used on site without any magnetic influence by magnetic materials such as a coating. The latter uses gyros to measure the direction of the ground rate vector for azimuth determination. Gyro measurements are hardly influenced by magnetic field. Therefore, the gyro can be used near or in such a coating of magnetic materials.

Para determinar o azimute usando a taxa de terra em poços, três componentes de taxa de terra são geralmente medidas com três giroscópios com os eixos ortogonais. As três componentes podem determinar o vetor de taxa de terra no sistema de coordenadas de sensor em qualquer ângulo de atitude. Se os dois eixos de sensor se encontrarem no plano horizontal, uma razão das duas componentes pode determinar o norte e dai o azimute. Norte é uma direção de projeção do vetor de taxa de terra no plano horizontal. Se um giroscópio de eixo simples girar seu eixo de entrada no plano horizontal em torno do eixo vertical, ele pode medir duas componentes ortogonais. Neste caso, não é necessário sequer calibrar o fator de escala se apenas a direção do vetor de projeção for medida. É vantajoso usar giroscópios tipo MEMS(Sistemas Micro-Eletromecânicos) de grau relativamente baixo por causa de seu custo baixo, tamanho pequeno e alta confiabilidade ambiental. Hoje o desempenho de giroscópios MEMS está se aproximando daquele de giroscópios convencionais de alto grau, tal como giroscópios de fibra óptica. No entanto, os giroscópios MEMS ainda mostram estabilidade a polarização demasiado baixa para medir a taxa de terra em uma configuração de cinta. Para neutralizar o erro de polarização, a direção do eixo de entrada precisa ser invertida. Se um mecanismo de inversão também é capaz de apontar o eixo de entrada para várias orientações angulares, um giroscópio de eixo simples pode determinar duas componentes de taxa de terra ortogonais conforme descrito na patente norte americana US 7.712.223 expedida em 11 de Maio de 2010 e pedido de patente norte americano pendente US 12/233.592 depositado em 19 de setembro de 2008. A patente norte americana US 7.712.223 e o pedido de patente norte americano US 12/240.943 são incorporados aqui por referência em sua totalidade. O método usando o mecanismo de inversão, no entanto, requer um plano incluindo dois eixos ortogonais para ser mantido horizontal. Se o plano inclinar, a relação entre as duas componentes de taxa de terra medidas e o norte torna-se não trivial. Portanto, três componentes ortogonais do vetor de taxa de terra devem ser medidas para permitir que o sistema de medição incline em qualquer direção e quaisquer ângulos. Tal sistema precisa de mecanismo mais complexo para inverter o giroscópio para cancelar a polarização e/ou apontar o eixo de entrada para várias orientações angulares para medir todas as três componentes de taxa de terra. O mecanismo torna o pacote de sensor maior e menos confiável, apesar do pequeno tamanho e da alta confiabilidade do giroscópio MEMS. O mecanismo também pode causar erros de desalinhamento incertos devido às suas tolerâncias mecânicas. Se apenas um giroscópio de eixo único é suficiente para determinar o azimute, estas desvantagens poderíam ser reduzidas e novas aplicações seriam esperadas. Portanto, é benéfico se a restrição de que o plano de medição deve ser mantido horizontal for eliminada.To determine azimuth using well ground rate, three ground rate components are usually measured with three gyros with orthogonal axes. All three components can determine the ground rate vector in the sensor coordinate system at any angle of attitude. If the two sensor axes are in the horizontal plane, a ratio of the two components can determine north and hence azimuth. North is a projection direction of the ground rate vector in the horizontal plane. If a single axis gyroscope rotates its input axis in the horizontal plane about the vertical axis, it can measure two orthogonal components. In this case, it is not even necessary to calibrate the scale factor if only the direction of the projection vector is measured. It is advantageous to use relatively low grade MEMS (Micro Electromechanical Systems) gyroscopes because of their low cost, small size and high environmental reliability. Today the performance of MEMS gyros is approaching that of conventional high-grade gyros, such as fiber optic gyros. However, MEMS gyros still show too low polarization stability to measure ground rate in a belt configuration. To counteract the bias error, the input axis direction must be reversed. If an inversion mechanism is also capable of pointing the input axis to various angular orientations, a single axis gyroscope can determine two orthogonal ground rate components as described in US Patent 7,712,223 issued May 11, 2010 and pending US patent application US 12 / 233,592 filed September 19, 2008. US patent 7,712,223 and US patent application US 12 / 240,943 are incorporated herein by reference in their entirety. The method using the inversion mechanism, however, requires a plane including two orthogonal axes to be kept horizontal. If the plane tilts, the relationship between the two measured ground rate components and the north becomes nontrivial. Therefore, three orthogonal components of the ground rate vector must be measured to allow the measurement system to tilt in any direction and any angles. Such a system needs a more complex mechanism to reverse the gyro to cancel polarization and / or point the input axis to various angular orientations to measure all three ground rate components. The mechanism makes the sensor package larger and less reliable despite the small size and high reliability of the MEMS gyro. The mechanism can also cause uncertain misalignment errors due to its mechanical tolerances. If only a single axis gyroscope is sufficient to determine azimuth, these disadvantages could be reduced and further applications would be expected. Therefore, it is beneficial if the restriction that the measurement plane must be kept horizontal is removed.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃOBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Em um aspecto da presente invenção, é fornecido um método para medições de azimute usando uma unidade de giroscópio. O método compreende adquirir um valor de razão entre duas componentes de taxa de terra ortogonais entre si usando a unidade de giroscópio em uma posição de medição.; adquirir três componentes de vetor de gravidade ortogonais entre si na posição de medição; e determinar um azimute com respeito a um eixo de referência predeterminado na unidade de giroscópio com base no valor de razão, nas três componentes de vetor de gravidade e em uma latitude geodésica da posição de medição.In one aspect of the present invention, a method for azimuth measurements using a gyro unit is provided. The method comprises acquiring a ratio value between two orthogonal ground rate components together using the gyro unit in a measuring position. acquire three orthogonal gravity vector components from each other at the measurement position; and determining an azimuth with respect to a predetermined reference axis in the gyro unit based on the ratio value, the three gravity vector components, and a geodetic latitude of the measurement position.

Em aspectos aqui, determinar o azimute com respeito ao eixo de referência pode compreender determinar um plano horizontal, vertical a uma direção de gravidade determinada com base nas três componentes de vetor de gravidade; determinar um vetor de projeção de taxa de terra normalizado em um plano de coordenadas de medição com base no valor de razão, o plano de coordenadas de medição sendo definido por eixos coordenados predeterminados na unidade de giroscópio; determinar um plano de taxa de terra vertical ao plano de coordenadas de medição, de modo que uma primeira linha de interseção entre o plano de taxa de terra e o plano de coordenadas de medição seja paralela ao vetor de projeção de taxa de terra; determinar uma direção norte no plano horizontal com base no plano de taxa de terra e na latitude geodésica; e determinar o azimute calculando um ângulo entre a direção norte e um vetor de projeção do eixo de referência projetado no plano horizontal.In aspects herein, determining azimuth with respect to the reference axis may comprise determining a horizontal, vertical plane at a determined gravity direction based on the three gravity vector components; determining a normalized ground rate projection vector in a measurement coordinate plane based on the ratio value, the measurement coordinate plane being defined by predetermined coordinate axes in the gyro unit; determining a vertical ground rate plane to the measurement coordinate plane such that a first line of intersection between the ground rate plane and the measurement coordinate plane is parallel to the ground rate projection vector; determine a north direction on the horizontal plane based on the ground rate plane and geodetic latitude; and determine azimuth by calculating an angle between the north direction and a projection vector of the reference axis projected on the horizontal plane.

Em aspectos divulgados aqui, a determinação da direção norte pode compreender determinar um plano vertical, vertical ao plano horizontal; determinar uma segunda linha de interseção entre o plano vertical e o plano de taxa de terra; determinar uma terceira linha de interseção entre o plano vertical e o plano horizontal; e determinar uma direção ao longo da terceira linha de interseção como a direção norte onde um ângulo entre a segunda linha de interseção e a terceira linha de interseção é igual à latitude geodésica.In aspects disclosed herein, determining the north direction may comprise determining a vertical plane, vertical to the horizontal plane; determine a second intersection line between the vertical plane and the ground rate plane; determine a third intersection line between the vertical plane and the horizontal plane; and determining a direction along the third intersection line as the north direction where an angle between the second intersection line and the third intersection line is equal to the geodetic latitude.

Em aspectos aqui, o azimute pode ser determinado usando: onde o eixo X e o eixo Y de um sistema de coordenadas ortogonais são definidos para medir as duas componentes de taxa de terra, o eixo X é definido como o eixo de referência, δ representa um ângulo entre a projeção do eixo X no plano horizontal e uma quarta linha de interseção entre o plano de taxa de terra e o plano horizontal, ε representa um ângulo entre a terceira linha de interseção e a quarta linha de interseção, σ representa o azimute, Ω'χ e Ω'γ representam componentes ao longo do eixo X e do eixo Y do vetor de projeção de taxa de terra normalizado em um plano X-Y como o plano de coordenadas de medição, Gx, Gy e Gz representam os componentes de vetor de gravidade normalizado e λ representa a latitude geodésica tendo um valor positivo no Hemisfério Norte e um valor negativo no Hemisfério Sul. Mais ainda, o azimute ser determinado usando uma das equações (30-1) a (30-8) constantes da Tabela I, com base em condições para selecionar uma fórmula de azimute com respeito a um vetor unitário normal Pq do plano de taxa de terra, um vetor de gravidade unitário G, um vetor unitário L0_d da quarta linha de interseção e um vetor unitário X' do eixo X projetado no plano horizontal. As duas componentes de taxa de terra podem ser medidas por um único giroscópio giratório para alinhar um eixo de entrada a cada um dos dois eixos ortogonais entre si. Uma das duas componentes de taxa de terra pode ser medida por um primeiro giroscópio com um eixo de entrada alinhado a um primeiro eixo e a outra componente de taxa de terra pode ser medida por um segundo giroscópio com um eixo de entrada alinhado a um segundo eixo ortogonal ao primeiro eixo. O giroscópio pode compreender um ou dois giroscópios do tipo MEMS.In aspects here, azimuth can be determined using: where the X axis and Y axis of an orthogonal coordinate system are defined to measure the two ground rate components, the X axis is defined as the reference axis, δ represents an angle between the projection of the X axis in the horizontal plane and a fourth intersection line between the ground rate plane and the horizontal plane, ε represents an angle between the third intersection line and the fourth intersection line, σ represents the azimuth , Χ'χ and Ω'γ represent components along the X axis and Y axis of the normalized ground rate projection vector in an XY plane as the measurement coordinate plane, Gx, Gy and Gz represent the vector components. normalized gravity and λ represents the geodetic latitude having a positive value in the Northern Hemisphere and a negative value in the Southern Hemisphere. Further, azimuth be determined using one of the equations (30-1) to (30-8) in Table I , ç on the basis of conditions for selecting an azimuth formula with respect to a normal unit vector Pq of the ground rate plane, a unit gravity vector G, a unit vector L0_d of the fourth intersection line, and a unit vector X 'of the X axis projected in the horizontal plane. The two ground rate components can be measured by a single rotating gyroscope to align an input axis to each of the two orthogonal axes with each other. One of the two ground rate components can be measured by a first gyroscope with an input axis aligned to a first axis and the other ground rate component can be measured by a second gyroscope with an input axis aligned to a second axis. orthogonal to the first axis. The gyroscope may comprise one or two MEMS type gyros.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, a divulgação fornece um sistema para medições de azimute. O sistema compreende um alojamento; uma unidade de giroscópio incluindo um ou dois giroscópios; três acelerômetros de eixos ortogonais; uma unidade de processamento de dados; e uma unidade de fonte de alimentação. A unidade de processamento de dados compreende um computador tendo um processador e uma memória. A memória armazena um programa tendo instruções para adquirir um valor de razão entre duas componentes de taxa de terra ortogonais entre si usando a unidade de giroscópio em uma posição de medição; adquirir três componentes de vetor de gravidade ortogonais entre si na posição de medição; e determinar um azimute com respeito a um eixo de referência predeterminado na unidade de giroscópio, com base no valor de razão, nas três componentes de vetor de gravidade e em uma latitude geodésica da posição de medição.In yet another aspect of the present invention, the disclosure provides a system for azimuth measurements. The system comprises a housing; a gyro unit including one or two gyros; three orthogonal axis accelerometers; a data processing unit; and a power supply unit. The data processing unit comprises a computer having a processor and a memory. Memory stores a program having instructions for acquiring a ratio value between two orthogonal ground rate components together using the gyro unit in a measuring position; acquire three orthogonal gravity vector components from each other at the measurement position; and determining an azimuth with respect to a predetermined reference axis in the gyro unit, based on the ratio value, the three gravity vector components, and a geodetic latitude of the measurement position.

Na compreensão do escopo da presente invenção, o termo "latitude geodésica" como usado neste documento significa um ângulo do plano equatorial para a direção vertical de uma linha normal ao elipsóide através de um ponto dado quando assumindo a terra como o elipsóide em forma, conforme descrito no relatório da Naval Surface Warfare Center, intitulado "A Method for Calculating Exact Geodetic Latitude and Altitude" by Isaac Sofair, April 1985 (revised March 1993). Este relatório é incorporado aqui por referência em sua totalidade.In understanding the scope of the present invention, the term "geodetic latitude" as used herein means an angle from the equatorial plane to the vertical direction of a line normal to the ellipsoid through a given point when assuming the earth as the shaped ellipsoid, as described in the Naval Surface Warfare Center report entitled "A Method for Calculating Exact Geodetic Latitude and Altitude" by Isaac Sofair, April 1985 (revised March 1993). This report is incorporated herein by reference in its entirety.

Vantagens adicionais e características novadas da invenção serão definidas na descrição que se segue ou poderão ser aprendidas por aqueles versados na técnica pela leitura dos materiais neste documento ou praticando a invenção. As vantagens da invenção podem ser alcançadas através de meios recitados nas reivindicações anexadas.Additional advantages and novel features of the invention will be defined in the following description or may be learned by those skilled in the art by reading the materials herein or practicing the invention. The advantages of the invention may be achieved by means recited in the appended claims.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Os desenhos em anexo ilustram modalidades preferidas da presente invenção e são uma parte do relatório descritivo. Juntamente com a descrição a seguir, os desenhos demonstram e explicam os princípios da presente invenção. A Fig. 1 é um fluxograma de um método exemplar de medir azimute usando uma unidade de giroscópio de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 2 é um fluxograma de etapas exemplares de determinar o azimute com respeito a um eixo de referência de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 3 é um fluxograma de etapas exemplares de determinar a direção norte de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 4 é uma ilustração mostrando uma configuração geométrica das medições de azimute de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 5 é uma ilustração mostrando uma configuração geométrica de determinar a direção norte girando o plano vertical de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 6 é uma ilustração mostrando uma operação de rotação com um ângulo de rotação infinitesimal ε de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 7 é uma ilustração mostrando uma operação de rotação modificada de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 8 é uma lista de um resultado dc simulação exemplar de calcular erro de azimute com respeito a vários ângulos de guinada (Ψ) e ângulos de balanço (Θ) de acordo com a divulgação aqui. A Fig. 9 é uma ilustração mostrando uma definição de ângulos de rotação (Ψ,Θ, Φ) de acordo com a divulgação aqui . A Fig. 10 ilustra um sistema exemplar incluindo um único giroscópio e três acelerômetros de eixos ortogonais de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 11 mostra um diagrama de blocos do sistema elétrico do sistema de acordo com a divulgação deste documento. A Fig. 12 ilustra outro sistema exemplar incluindo dois giroscópios de eixos ortogonais e três acelerômetros de eixos ortogonais de acordo com a divulgação deste documento; e A Fig. 13 ilustra um sistema de locação de poço no qual a presente invenção pode ser empregada de acordo com a divulgação aqui.The accompanying drawings illustrate preferred embodiments of the present invention and are part of the specification. Together with the following description, the drawings demonstrate and explain the principles of the present invention. Fig. 1 is a flow chart of an exemplary method of measuring azimuth using a gyro unit according to the disclosure of this document. Fig. 2 is a flow chart of exemplary steps of determining azimuth with respect to a reference axis according to the disclosure of this document. Fig. 3 is a flow chart of exemplary steps of determining the north direction according to the disclosure of this document. Fig. 4 is an illustration showing a geometric configuration of azimuth measurements according to the disclosure of this document. Fig. 5 is an illustration showing a geometric configuration of determining the north direction by rotating the vertical plane according to the disclosure of this document. Fig. 6 is an illustration showing a rotation operation with an infinitesimal rotation angle ε according to the disclosure of this document. Fig. 7 is an illustration showing a modified rotation operation according to the disclosure of this document. Fig. 8 is a list of an exemplary simulation result of calculating azimuth error with respect to various yaw angles (Ψ) and swing angles (Θ) according to the disclosure herein. Fig. 9 is an illustration showing a definition of angles of rotation (Ψ, Θ, Φ) according to the disclosure herein. Fig. 10 illustrates an exemplary system including a single gyroscope and three orthogonal axis accelerometers according to the disclosure of this document. Fig. 11 shows a block diagram of the system electrical system according to the disclosure of this document. Fig. 12 illustrates another exemplary system including two orthogonal axis gyros and three orthogonal axis accelerometers according to the disclosure of this document; and Fig. 13 illustrates a well rental system in which the present invention may be employed in accordance with the disclosure herein.

Em todos os desenhos, números de referência idênticos indicam elementos semelhantes, mas não necessariamente elementos idênticos. Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas foram mostradas a título de exemplo nos desenhos e serão descritas em detalhes aqui. No entanto, deve ser entendido que a invenção não se destina a ser limitada às formas particulares divulgadas. Em vez disso, a invenção cobrirá todas as modificações, os equivalentes e as alternativas caindo dentro do escopo da invenção como definido pelas reivindicações anexadas.In all drawings, identical reference numerals indicate similar, but not necessarily identical, elements. Although the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments have been shown by way of example in the drawings and will be described in detail herein. However, it should be understood that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed. Instead, the invention will cover all modifications, equivalents and alternatives falling within the scope of the invention as defined by the appended claims.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Modalidades ilustrativas e aspectos da presente divulgação são descritos abaixo. No interesse da clareza, nem todos os recursos de uma implementação real são descritos no relatório descritivo. Será certamente apreciado que no desenvolvimento de qualquer tal modalidade real, numerosas decisões específicas de implementação devem ser tomadas para atingir objetivos específicos dos desenvolvedores, tal como conformidade com restrições relacionadas ao sistema e empresariais, que variarão de uma implementação para outra. Além disso, será apreciado que esse esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas seria, no entanto, um empreendimento de rotina para aqueles versados na técnica tendo o benefício da divulgação deste documento.Illustrative embodiments and aspects of the present disclosure are described below. For the sake of clarity, not all features of an actual implementation are described in the descriptive report. It will certainly be appreciated that in the development of any such real modality, numerous specific implementation decisions must be made to achieve specific developer goals, such as compliance with system and enterprise restrictions, which will vary from implementation to implementation. In addition, it will be appreciated that such a development effort can be complex and time consuming, but would nevertheless be a routine undertaking for those skilled in the art having the benefit of disclosing this document.

Em uma das aplicações exemplares de métodos e sistemas para medições de azimute usando uma unidade de giroscópio de acordo com a divulgação aqui, é possível para um único giroscópio determinar azimute em uma ampla gama de atitudes de um sistema de poço utilizado em um furo de poço com respeito a direção de gravidade. As medições de azimute baseiam-se no seguinte fato de que, em sistemas de navegação normais, um objeto móvel é suposto se mover em uma área ampla, onde a latitude geodésica pode não ser constante. Em aplicações dentro de poços, no entanto, um comprimento de poço pode ser de vários quilômetros apenas. Embora quase parte da trajetória do poço seja horizontal, a mudança de lalitude geodésica será de aproximadamente ± 0,02 grau no máximo e pode ser considerada constante. A restrição, uma constante latitude geodésica, permite determinar a direção de vetor de taxa de terra com duas componentes de taxa dc terra ortogonais em um piano de inclinação. A Fig. 1 ilustra uma modalidade de um método de medição do azimute para levantamento de furo de poço usando um aparelho sensor inercial, tal como unidade de giroscópio, e acelerômetros incluídos em um sistema de poço de acordo com a divulgação aqui. O método 1000 começa através da aquisição de um valor de razão entre duas componentes de taxa de terra ortogonais entre si usando a unidade de giroscópio em um aparelho de posição de medição em um furo de poço ou na terra, conforme definido na caixa 1100. As duas componentes de taxa de terra são medidas por um único giroscópio giratório para alinhar um eixo de entrada a cada um dos dois eixos ortogonais entre si. Em outras modalidades, uma das componentes de taxa de terra pode ser medida por um primeiro giroscópio com um eixo de entrada alinhado a um primeiro eixo e a outra componente de taxa de terra pode ser medida por um segundo giroscópio com um eixo de entrada alinhado a um segundo eixo ortogonal ao primeiro eixo. Um ou dois giroscópios tipo MEMS (sistemas microeletromecânicos) podem ser utilizados na unidade de giroscópio. O método 1000 continua, como estabelecido na caixa 1200, através da aquisição de três componentes do vetor de gravidade ortogonais entre si na posição de medição. As três componentes do vetor de gravidade podem ser calculadas usando três acelerômetros de eixos ortogonais. Então, como previsto na caixa 1300, o método 1000 conclui, nesta modalidade particular, determinando um azimute com respeito a um eixo de referência predeterminado na unidade de giroscópio, com base no valor de razão, nas três componentes do vetor de gravidade e em uma latitude geodésica (λ) da posição de medição. O eixo de referência pode ser definido em um sistema incluindo a unidade de giroscópio e os três acelerômetros de eixos ortogonais. A Fig. 2 é um fluxograma de etapas exemplares de determinar o azimute com respeito a um eixo de referência estabelecido na caixa 1300 da Fig. 1. A etapa 1300 de determinar o azimute começa determinando um plano horizontal, vertical a uma direção de gravidade determinada com base nas três componentes de vetor de gravidade, conforme definido na caixa 1310. A etapa 1300 continua, como estabelecido na caixa 1320, determinando um vetor de projeção de taxa de terra normalizado Ω' em um plano de coordenadas de medição com base no valor de razão. O plano de coordenadas de medição é definido por eixos coordenados predeterminados na unidade de giroscópio, tal como um plano X-Y de um sistema de coordenadas X, Y, Z ortogonais predeterminado no sistema dentro do poço. A etapa 1300 continua, como estabelecido na caixa 1330, determinando um plano de taxa de terra (plano Ω) vertical ao plano de coordenadas de medição, de modo que uma primeira linha de interseção entre o plano de taxa de terra e o plano de coordenadas de medição é paralela ao vetor de projeção de taxa de terra (Ω') . Em seguida, a etapa 1300 continua, como determinado nas caixas 1340 e 1350, determinando uma direção norte (N) no plano horizontal, com base no plano de taxa de terra (plano Ω) e na latitude geodésica (λ) e determinando o azimute calculando um ângulo entre a direção norte e uma vetor de projeção do eixo de referência projetado no plano horizontal-. A Fig. 3 é um fluxograma de etapas exemplares, de determinar a direção norte, estabelecidas na caixa 1340 da Fig. 2. A etapa 1340 de determinar a direção norte começa determinando um plano vertical, vertical ao plano horizontal, conforme definido na caixa 1341. A etapa 1340 continua, como estabelecido nas caixas 1342 e 1343, determinando uma segunda linha de interseção entre o plano vertical e o plano de taxa de terra (plano Ω) e determinando uma terceira linha de interseção entre o plano vertical e o plano horizontal. Em seguida, conforme definido na caixa 1344, a etapa 1340 conclui determinando uma direção ao longo da terceira linha de interseção como a direção norte onde um ângulo entre a segunda linha de interseção e a terceira linha de interseção é igual à latitude geodésica (λ).In one of the exemplary applications of azimuth measurement methods and systems using a gyro unit as disclosed herein, it is possible for a single gyroscope to determine azimuth over a wide range of attitudes of a well system used in a wellbore. with respect to the direction of gravity. Azimuth measurements are based on the following fact that, in normal navigation systems, a moving object is supposed to move over a wide area where geodetic latitude may not be constant. In well applications, however, a well length may be several kilometers only. Although almost part of the well trajectory is horizontal, the geodetic lalitude change will be approximately ± 0.02 degrees maximum and can be considered constant. Constraint, a constant geodetic latitude, allows you to determine the ground rate vector direction with two orthogonal ground rate components on a slope piano. Fig. 1 illustrates one embodiment of an azimuth measurement method for wellbore lifting using an inertial sensing apparatus, such as a gyro unit, and accelerometers included in a well system as disclosed herein. Method 1000 begins by acquiring a ratio value between two orthogonal ground rate components together using the gyroscope unit in a borehole or ground measuring position apparatus as defined in box 1100. Two ground rate components are measured by a single rotating gyro to align an input axis to each of the two orthogonal axes with each other. In other embodiments, one of the ground rate components may be measured by a first gyroscope with an input axis aligned to a first axis and the other ground rate component may be measured by a second gyroscope with an input axis aligned to a first axis. a second axis orthogonal to the first axis. One or two MEMS-type gyros (microelectromechanical systems) can be used on the gyro unit. Method 1000 continues, as set out in box 1200, by acquiring three components of the orthogonal gravity vector together at the measuring position. The three components of the gravity vector can be calculated using three orthogonal axis accelerometers. Then, as provided in box 1300, method 1000 concludes, in this particular embodiment, by determining an azimuth with respect to a predetermined reference axis in the gyro unit, based on the ratio value, the three components of the gravity vector and a geodetic latitude (λ) of the measuring position. The reference axis can be defined in a system including the gyro unit and the three orthogonal axis accelerometers. Fig. 2 is a flow chart of exemplary azimuth steps with respect to a reference axis set in box 1300 of Fig. 1. Azimuth step 1300 begins by determining a horizontal plane, vertical to a determined gravity direction. based on the three gravity vector components as defined in box 1310. Step 1300 continues, as set out in box 1320, determining a normalized ground rate projection vector Ω 'in a value-based measurement coordinate plane of reason. The measurement coordinate plane is defined by predetermined coordinate axes in the gyro unit, such as an X-Y plane of a predetermined orthogonal X, Y, Z coordinate system in the system within the well. Step 1300 continues, as set out in box 1330, determining a ground rate plane (plane Ω) vertical to the measurement coordinate plane, such that a first line of intersection between the ground rate plane and the coordinate plane is parallel to the ground rate projection vector (Ω '). Then, step 1300 continues, as determined in boxes 1340 and 1350, determining a north (N) direction in the horizontal plane, based on the ground rate plane (Ω plane) and geodetic latitude (λ) and determining azimuth calculating an angle between the north direction and a projection vector of the reference axis projected in the horizontal plane. Fig. 3 is a flowchart of exemplary north direction determining steps set out in box 1340 of Fig. 2. The north direction step 1340 begins by determining a vertical plane, vertical to the horizontal plane as defined in box 1341. Step 1340 continues, as set forth in boxes 1342 and 1343, determining a second intersection line between the vertical plane and the ground rate plane (plane Ω) and determining a third intersection line between the vertical plane and the horizontal plane. . Then, as defined in box 1344, step 1340 concludes by determining a direction along the third intersection line as the north direction where an angle between the second intersection line and the third intersection line is equal to geodetic latitude (λ) .

Em uma modalidade de métodos e sistemas para medições de azimute de acordo com a divulgação aqui, é assumido que uma ferramenta de poço carrega um giroscópio de eixo único com um eixo de entrada paralelo ao plano X-Y, que é um dos planos de coordenadas de um sistema de coordenadas ortogonais XYZ predeterminado na ferramenta dentro do poço. 0 eixo de entrada é giratório no plano X-Y em torno do eixo Z como o plano de coordenadas de medição acima mencionado para medir componentes da taxa de terra (Ω) em várias orientações angulares. O eixo Z pode ser definido para ser o eixo longitudinal da ferramenta dentro do poço. Ajustando urna curva senoidal para os dados medidos no gráfico das componentes de taxa de terra contra as orientações angulares, uma projeção de vetor de taxa de terra Ω' η o plano X-Y pode ser determinada. A projeção de vetor de taxa de terra Ω' é um vetor de taxa de terra projetado no plano X-Y. Nesta modalidade, o fator de escala de sensor do giroscópio pode não ser bem calibrado apenas para determinar a direção do vetor de taxa de terra. No entanto, o presente método de acordo com a divulgação deste documento é aplicável a qualquer tipo de giroscópio que pode medir duas componentes de taxa de terra ortogonais. A direção da projeção de vetor de taxa de terra Ω'ηο plano X-Y é determinada usando dados de uma razão entre duas componentes de taxa de terra ao longo do eixo X e do eixo Y medida com uma unidade de giroscópio em uma posição de medição. O ângulo de inclinação do plano X-Y é medido com acelerômetros de três eixos ortogonais. A latitude geodésica (λ) na posição de medição é conhecida. O azimute é determinado com essas informações dos dados de razão, o ângulo de inclinação do plano X-Y e a latitude geodésica (λ) da posição de medição. O azimute é definido como um ângulo entre a direção norte e uma projeção no eixo X em um plano horizontal, vertical à direção de gravidade nas aplicações. O eixo X é um eixo de referência para medições de azimute que é predeterminado no sistema de coordenadas XYZ da ferramenta dentro do poço. A Fig. 4 mostra uma configuração geométrica de um modelo para derivar um algorismo e fórmula para calcular os valores de azimute. Conhecendo um vetor de projeção de taxa de terra Ω', podemos fazer um plano Ω (plano de taxa de terra) 920 vertical ao plano X-Y 900. A linha de interseção a-b, como a primeira linha de interseção, é paralela ao vetor de projeção de taxa de terra Ω'. O plano Ω deve conter o vetor de taxa de terra Ω nele. 0 plano Ω intercepta o plano horizontal 910 na linha de interseção c-d como a quarta linha de interseção. A linha de e-f é a interseção entre o plano X-Y 900 e o plano horizontal 910.In one embodiment of azimuth measurement methods and systems as disclosed herein, it is assumed that a well tool carries a single axis gyroscope with an input axis parallel to the XY plane, which is one of the coordinate planes of a XYZ orthogonal coordinate system predetermined on the tool inside the well. The input axis is rotatable in the X-Y plane around the Z axis as the aforementioned measurement coordinate plane for measuring ground rate components (Ω) in various angular orientations. The Z axis can be set to be the longitudinal axis of the tool within the well. By fitting a sinusoidal curve to the data measured on the ground rate component plot against angular orientations, a ground rate vector projection Ω 'η the X-Y plane can be determined. The ground rate vector projection Ω 'is a ground rate vector projected on the X-Y plane. In this embodiment, the gyro sensor scale factor may not be well calibrated just to determine the direction of the ground rate vector. However, the present method according to the disclosure of this document is applicable to any type of gyroscope that can measure two orthogonal ground rate components. The direction of the ground rate vector projection plano'ηο the X-Y plane is determined using data from a ratio of two ground rate components along the X axis and Y axis measured with a gyro unit at a measurement position. The inclination angle of the X-Y plane is measured with orthogonal three-axis accelerometers. The geodetic latitude (λ) at the measuring position is known. Azimuth is determined with this information from the ratio data, the inclination angle of the X-Y plane and the geodetic latitude (λ) of the measurement position. Azimuth is defined as an angle between the north direction and an X-axis projection in a horizontal plane, vertical to the gravity direction in applications. The X axis is a reference axis for azimuth measurements that is predetermined in the tool's XYZ coordinate system within the well. Fig. 4 shows a geometric configuration of a model to derive an algorithm and formula for calculating azimuth values. Knowing a ground rate projection vector Ω ', we can make a plane Ω (ground rate plane) 920 vertical to the XY 900 plane. Intersection line ab, like the first intersection line, is parallel to the projection vector of land rate Ω '. The plan Ω must contain the land rate vector Ω in it. Plane Ω intersects horizontal plane 910 at intersection line c-d as the fourth intersection line. The e-f line is the intersection between the X-Y 900 plane and the horizontal plane 910.

Para determinar uma direção norte no modelo, um plano vertical 930 giratório em torno da linha vertical O-v é definido como mostrado na Fig. 5. O plano vertical 930 intercepta o plano Ω (plano de taxa de terra) 920 em uma segunda linha de interseção de O-g e o plano horizontal 910 em uma terceira linha de interseção O-h. O ângulo entre a segunda linha de interseção O-g e a terceira linha de interseção O-h é denotado por a. Determinar uma direção norte é procurar uma direção da terceira linha de interseção O-h, onde α=λ, girando o plano vertical 930 em torno da linha vertical O-v. O ângulo de λ pode ser determinado a partir da latitude geodésica da posição de medição.To determine a north direction in the model, a vertical plane 930 rotating around the vertical line Ov is defined as shown in Fig. 5. The vertical plane 930 intersects the 20 (ground rate plane) plane 920 on a second intersecting line. of Og and the horizontal plane 910 on a third intersection line Oh. The angle between the second intersection line O-g and the third intersection line O-h is denoted by a. Determining a north direction is to look for a direction from the third intersection line O-h, where α = λ, by rotating the vertical plane 930 around the vertical line O-v. The angle of λ can be determined from the geodetic latitude of the measuring position.

Neste modelo, o azimute é definido como o ângulo σ entre a direção norte N e o vetor de projeção do eixo X (eixo de referência) no plano horizontal 910. O algorismo e a fórmula são derivados assumindo que a posição de medição está localizada no Hemisfério Norte da terra e, em seguida, o algoritmo desenvolvido e a fórmula são adotados para o Hemisfério Sul.In this model, azimuth is defined as the angle σ between the north direction N and the X-axis (reference axis) projection vector in the horizontal plane 910. The algorithm and formula are derived assuming that the measurement position is located at the Northern Hemisphere of the Earth and then the developed algorithm and formula are adopted for the Southern Hemisphere.

No presente modelo, o algorismo e a fórmula para calcular os valores de azimute são derivados com a seguinte matemática usando álgebra vetorial tridimensional. Um plano é denotado como um vetor normal do plano e uma linha é denotada como um vetor de direção. Apenas direções de linhas e planos são consideradas e magnitudes de vetor não têm significado na derivação do algorismo e da fórmula. Todos os vetores são normalizados para serem eventualmente vetores unitários. O plano horizontal 910 é expresso com um vetor unitário normal Ph da seguinte maneira: Ph = G, (1) onde G é o vetor de gravidade normalizado. O plano X-Y (plano de coordenadas de medição) 900 é expresso com um vetor unitário normal Ρχ-y, como a seguir: Px-r “2, (2) onde Zé o vetor unitário paralelo do eixo Z. O plano Ω (plano de taxa de terra) 920 é expresso com um vetor unitário normal Pq da seguinte maneira: onde o símbolo x representa o produto externo. A quarta linha de interseção c-d denotada por L0_d entre o plano horizontal 910 e o plano Ω 920 é expressa da seguinte forma: Fazendo um plano vertical 930 paralelo à quarta linha de interseção c-d (ver Fig. 5), o plano vertical 930 é expresso com um vetor unitário normal Pv da seguinte maneira: Girando o plano vertical 930 em torno da linha vertical O-v, a terceira linha de interseção entre o plano vertical 930 e o plano horizontal 910 gira no plano vertical 930. A linha de rotaçao, ou seja, a terceira linha de interseção é denotada por L0-h da seguinte forma: onde R é um operador de rotação que gira um vetor em torno do vetor G.In the present model, the algorithm and formula for calculating azimuth values are derived with the following mathematics using three-dimensional vector algebra. A plane is denoted as a normal vector of the plane and a line is denoted as a direction vector. Only line and plane directions are considered and vector magnitudes have no meaning in the derivation of algorithm and formula. All vectors are normalized to eventually be unit vectors. The horizontal plane 910 is expressed as a normal unit vector Ph as follows: Ph = G, (1) where G is the normalized gravity vector. The plane XY (measurement coordinate plane) 900 is expressed with a normal unit vector Ρχ-y, as follows: Px-r “2, (2) where Z is the parallel unit vector of the Z axis. The plane Ω (plane 920 is expressed with a normal unit vector Pq as follows: where x represents the external product. The fourth intersection line cd denoted by L0_d between the horizontal plane 910 and the plane 920 is expressed as follows: Making a vertical plane 930 parallel to the fourth intersection line cd (see Fig. 5), the vertical plane 930 is expressed with a normal unit vector Pv as follows: By rotating the vertical plane 930 around the vertical line Ov, the third intersection line between the vertical plane 930 and the horizontal plane 910 rotates in the vertical plane 930. The line of rotation, i.e. , the third intersection line is denoted by L0-h as follows: where R is a rotation operator that rotates a vector around vector G.

Por conseguinte, a terceira linha de interseção, L0_h é expressa da seguinte forma: O vetor unitário normal do plano vertical de rotação, Pv', é calculado multiplicando G para o lado direito da fórmula (7), da seguinte forma: O plano vertical de rotação intercepta o plano Ω 920 na segunda linha de interseção O-g, denotada por L0_g. A segunda linha de interseção L0 g é expressa da seguinte forma: É de notar que se o plano vertical 930 não girar, a segunda linha de interseção L0 g deve ser paralela à quarta linha de interseção L0_d. Na verdade, O ângulo ε entre a terceira linha de interseção 0-h e a segunda linha de interseção 0-g é calculado do produto interno dos vetores dessas linhas. O produto interno das fórmulas (4) e (6) é expresso da seguinte forma: Para determinar o ângulo ε satisfazendo λ=α é necessário resolver a equação (11) para ε. É possivel facilitar a solução reescrevendo a equação (11) em termos de componentes de vetor unitário de taxa de terra e gravidade. Cada termo da equação (11) é como a seguir: A operação de rotação é geralmente expressa em termos de ângulos de Euler. No entanto, ela leva a expressões muito complicadas. A álgebra vetorial é bastante conveniente e usada aqui.Therefore, the third intersecting line, L0_h is expressed as follows: The normal unit vector of the vertical plane of rotation, Pv ', is calculated by multiplying G to the right side of formula (7) as follows: The vertical plane of rotation intersects the Ω 920 plane on the second intersection line Og, denoted by L0_g. The second intersection line L0 g is expressed as follows: Note that if the vertical plane 930 does not rotate, the second intersection line L0 g must be parallel to the fourth intersection line L0_d. In fact, the angle ε between the third intersection line 0-h and the second intersection line 0-g is calculated from the internal product of the vectors of these lines. The internal product of formulas (4) and (6) is expressed as follows: To determine the angle ε satisfying λ = α, it is necessary to solve equation (11) for ε. It is possible to facilitate the solution by rewriting equation (11) in terms of the ground rate and gravity unit vector components. Each term of equation (11) is as follows: The rotation operation is usually expressed in terms of Euler angles. However, it leads to very complicated expressions. Vector algebra is very convenient and used here.

Se o ângulo de rotação, ε, é infinitesimal, o operador de rotação, um vetor girado Z' , seria calculado com um vetor de rotação R, da seguinte forma: No entanto, o ângulo de rotação, ε, neste caso, é geralmente finito. Assim, a equação (14) tem que ser modificada. Na verdade, dZ não é RxZ na Fig. 6.If the rotation angle, ε, is infinitesimal, the rotation operator, a rotated vector Z ', would be calculated with a rotation vector R, as follows: However, the rotation angle, ε in this case is usually finite. Thus, equation (14) has to be modified. In fact, dZ is not RxZ in Fig. 6.

Usando dois vetores de RxZ sin(e) e - (1-cos(ε) ) (Z-(R‘Z)R) em vez de dZ , como mostrado na Fig. 7, a equação (14) é modificada como a seguir: Para calcular o produto interno da terceira linha de interseção L0-h e a segunda linha de interseção L0-g, cada termo nas equações (9) e (11) precisa ser reescrito em termos de sistema de coordenadas de medição (sistema de coordenadas ortogonais XYZ) nas seguintes condições: Usando as equações reescritas, a terceira linha de interseção L0-h e a segunda linha de interseção L0~g pode ser calculada da seguinte forma: Em seguida, o produto interno de L0-h e Lo q é expresso da seguinte forma: Norma de L0-h · L0-g é Por conseguinte, a equação para resolver para ε onde α=λ é expressa da seguinte forma: É de notar que se ε = 0, as linhas de interseção La_ ή e L0~g deveríam ser paralelas entre si e o ângulo a seria zero.Using two vectors of RxZ sin (e) and - (1-cos (ε)) (Z- (R'Z) R) instead of dZ, as shown in Fig. 7, equation (14) is modified as To calculate the internal product of the third intersection line L0-h and the second intersection line L0-g, each term in equations (9) and (11) needs to be rewritten in terms of the measurement coordinate system orthogonal coordinates XYZ) under the following conditions: Using the rewritten equations, the third intersection line L0-h and the second intersection line L0 ~ g can be calculated as follows: Then the internal product of L0-h and Lo q is expressed as follows: Norm of L0-h · L0-g is Therefore, the equation to solve for ε where α = λ is expressed as follows: Note that if ε = 0, the intersecting lines La_ ή and L0 ~ g should be parallel to each other and angle a would be zero.

Na verdade Dai, a - 0.Actually Dai, the - 0.

Elevando ao quadrado ambos os lados da equação (27) para resolvê-la para ε são ela é expressa da seguinte forma: Resolvendo a equação para ε, duas soluções são obtidas da seguinte forma: Em seguida, O ângulo ε expresso com a equação (29) pode ser positivo ou negativo aqui porque a função arco cosseno não discrimina o sinal. Nas presentes aplicações, é necessário decidir o sinal considerando algo mais tal como a inclinação do plano Ω independentemente.Squaring both sides of equation (27) to solve for ε is it is expressed as follows: Solving the equation for ε, two solutions are obtained as follows: Then, the angle ε expressed with equation ( 29) can be positive or negative here because the cosine arc function does not discriminate the signal. In the present applications it is necessary to decide the signal considering something else such as the inclination of the plane plano independently.

Para determinar o azimute definido como o ângulo σ entre uma projeção no eixo X e uma projeção de vetor de taxa de terra no plano horizontal 910, é necessário conhecer o ângulo entre a projeção no eixo X e a segunda linha de interseção entre o plano Ω 920 e o plano horizontal 910. A projeção no eixo X para o plano horizontal é denotada por X' da seguinte forma: x'= x — (x.g)g . O ângulo entre a projeção do eixo x, X’, e a quarta linha de interseção L0d é expresso da seguinte forma: projeção do eixo X.To determine the azimuth defined as the angle σ between an X-axis projection and a horizontal plane ground rate vector projection 910, it is necessary to know the angle between the X-axis projection and the second intersection line between the Ω plane. 920 and the horizontal plane 910. The projection on the X axis to the horizontal plane is denoted by X 'as follows: x' = x - (xg) g. The angle between the x-axis projection, X ', and the fourth intersection line L0d is expressed as follows: X-axis projection.

Consequentemente o azimute é expresso da seguinte forma: nas condições expressas nas seguintes equações: s e Gz > 0 f Ά Tabela I mostra uma lista de fórmulas de azimute sob a equação condicional acima mencionada para selecionar uma fórmula de azimute com respeito a um vetor unitário normal Pn do plano de taxa de terra, um vetor de gravidade unitário G, um vetor unitário L0_d da quarta linha de interseção e um vetor unitário X' do eixo X projetado no plano horizontal. O azimute pode ser determinado usando uma das equações (30-1) a (30-8) listadas na Tabela I, com base nas equações condicionais.Consequently azimuth is expressed as follows: under the conditions expressed in the following equations: if Gz> 0 f Ά Table I shows a list of azimuth formulas under the above conditional equation to select an azimuth formula with respect to a normal unit vector Pn of the ground rate plane, a unitary gravity vector G, a unitary vector L0_d of the fourth intersection line, and a unitary vector X 'of the X axis projected on the horizontal plane. Azimuth can be determined using one of equations (30-1) to (30-8) listed in Table I, based on the conditional equations.

Tabela I A Fig. 8 mostra uma lista de um resultado de simulação exemplar de calcular erro de azimute com respeito às faixas inteiras de ângulos de Guinada (Ψ) e Balanço (Θ) e Rolamento (Φ) = 0 ° e λ = 35°. O erro de azimute é calculado como "Azimute - Azimute verdadeiro". O Azimute é calculado utilizando a fórmula de azimute (30) e as equações condicionais. OS ângulos de Guinada (Ψ) , Balanço (Θ) e Rolamento (Φ) são definidos conforme ilustrado na Fig. 9. 0 Azimute verdadeiro pode ser calculado usando o vetor de taxa de terra Ω e o vetor de projeção do eixo X, X', no plano horizontal da seguinte forma: As áreas tracejadas na Fig. 8 mostram os dados com erros não zero e os outros dados na área de não tracejada representam nenhum erro, 0. Os dados indicados na caixa 801 são computados sob a condição em que o eixo menos Z é orientado para a gravidade em Θ = 90°. A ferramenta dentro do poço pode ser inclinada dentro de ±50° e virada do cabeça para baixo embora isso não seja esperado. As faixas de erro nas áreas tracejadas cercadas por linhas sólidas correspondem à faixa em que um parâmetro mais condicional "LDd . Ω" não é especificado nesta simulação. O sinal de L0 d ■ Ω pode eliminar a faixa de erro não zero, mas é impossível usar a condição "L0 d . Ω" porque Ω é o alvo a ser medido e um valor desconhecido até que o azimute ser determinado. Note-se também que as faixas de erro são causadas por uma combinação de sinais de dois ângulos de δ e ε, não seus valores, que são calculados corretamente.Table I Figure 8 shows a list of an exemplary simulation result of calculating azimuth error with respect to the entire Yaw (Ψ) and Swing (Θ) and Rolling (Φ) = 0 ° and λ = 35 ° angle ranges. Azimuth error is calculated as "Azimuth - True Azimuth". Azimuth is calculated using the azimuth formula (30) and the conditional equations. Yaw (Ψ), Balance (Θ), and Rolling (Φ) angles are defined as shown in Fig. 9. True azimuth can be calculated using the ground rate vector Ω and the X, X axis projection vector. ', in the horizontal plane as follows: The dashed areas in Fig. 8 show the non-zero error data and the other data in the non-dashed area represent no error, 0. The data indicated in box 801 is computed under the condition at that the axis minus Z is gravity oriented at Θ = 90 °. The tool inside the well can be tilted within ± 50 ° and turned upside down although this is not expected. The error ranges in the dashed areas surrounded by solid lines correspond to the range in which a more conditional parameter "LDd. Ω" is not specified in this simulation. The L0 d ■ sinal signal can eliminate the nonzero error range, but it is impossible to use the condition "L0 d. Ω" because Ω is the target to be measured and an unknown value until azimuth is determined. Note also that error ranges are caused by a combination of signals from two angles of δ and ε, not their values, which are calculated correctly.

As equações condicionais usadas para esta simulação são determinadas somente Rolagem Θ = 0o e latitude geodésica λ = 35° que indica uma localização no Hemisfério Norte. No Hemisfério Sul, o mesmo algoritmo pode ser usado com um valor negativo de latitude geodésica. A Fig. 10 ilustra um sistema exemplar incluindo um único giroscópio e três acelerômetros de eixos ortogonais de acordo com a divulgação neste documento. Ά Fig. 11 mostra um diagrama de blocos do sistema elétrico do sistema sensor. 0 sistema sensor 30 inclui um alojamento 300, uma unidade de giroscópio 310 incluindo um giroscópio único 312, um módulo de acelerômetro 350 incluindo três acelerômetros de eixos ortogonais 352 X, 352Y, 352Z, um mecanismo de acionamento 400 para o giroscópio 312 para inverter e/ou girar um eixo de entrada do giroscópio 312. O mecanismo de acionamento 400 inverte e/ou gira o giroscópio 312 usando um único motor 401 (de preferência um motor de passo) e engrenagens para transportar a força de rotação para um eixo de rotação do giroscópio. Invertendo e/ou girando o giroscópio 312, o eixo de entrada do giroscópio 312 pode ser alinhado a um eixo X e um eixo Y de sistema de coordenadas XYZ ortogonais (sistema de coordenadas de medição) . O eixo X pode ser estabelecido como um eixo de referência para calcular um azimute usando o algorismo e fórmula acima mencionados. O giroscópio 312 mede duas componentes de taxa de terra ortogonais entre si com respeito ao eixo X e eixo Y. As duas componentes de taxa de terra são enviadas da unidade de giroscópio 310 para a unidade de processamento de dados 600 e usadas para calcular dados de uma razão entre as duas componentes de taxa de terra. Os dados de razão podem ser diretamente enviados da unidade de giroscópio 310 para a unidade de processamento de dados 600. o sistema sensor 30 também inclui um controlador 500 para o mecanismo de acionamento, uma unidade de processamento de dados 600 e uma unidade de fonte de alimentação 700. A unidade de processamento de dados 600 inclui um computador tendo um processador 6Ό1 e uma memória 602. A memória 602 armazena um programa tendo instruções para as medições de azimute descritas acima. O giroscópio 312, os acelerômetros 352X, 352Y, 352Z, o mecanismo de acionamento 400, o controlador 500 para o mecanismo de acionamento 400, a unidade de processamento de dados 600 e a unidade de fonto de alimentação 700 estão instalados no alojamento 300. IJm sensor de posição de ângulo 402 pode ser fornecido de preferência, a fim de detectar a posição de um ângulo de rotação de um eixo de rotação do motor 401 ou do giroscópio. Usando a posição de ângulo de rotação detectada, a orientação angular do eixo de entrada do giroscópio 312 pode ser identificada. O sensor de posição de ângulo 402 pode ser usado para monitorar uma posição de rotação angular do eixo do motor. Este monitoramento da posição de rotação angular permite que o sistema sensor 30 retorne o giroscópio 312 a uma posição inicial e ajuste o eixo de entrada do giroscópio 312 paralelo a uma orientação angular inicial predeterminada (orientação angular original), sempre que a energia do sistema for ligada. Além disso, é importante monitorar a posição de rotação angular durante a medição de azimute para confiabilidade do sistema sensor.The conditional equations used for this simulation are determined only Scroll Θ = 0o and geodetic latitude λ = 35 ° indicating a location in the Northern Hemisphere. In the Southern Hemisphere, the same algorithm can be used with a negative geodetic latitude value. Fig. 10 illustrates an exemplary system including a single gyroscope and three orthogonal axis accelerometers according to the disclosure herein. 11 Fig. 11 shows a block diagram of the sensor system electrical system. Sensor system 30 includes a housing 300, a gyro unit 310 including a single gyro 312, an accelerometer module 350 including three orthogonal axis accelerometers 352 X, 352Y, 352Z, a drive mechanism 400 for gyro 312 for inverting and / or rotate a gyro input shaft 312. Drive mechanism 400 reverses and / or rotates gyro 312 using a single 401 motor (preferably a stepper motor) and gears to carry the rotational force to a rotating axis. of the gyro. By inverting and / or rotating gyro 312, the gyro 312 input axis can be aligned to an X axis and a Y axis of orthogonal XYZ coordinate system (measurement coordinate system). The X axis can be established as a reference axis for calculating an azimuth using the above mentioned algorithm and formula. Gyro 312 measures two orthogonal ground rate components against each other with respect to the X axis and Y axis. The two ground rate components are sent from the gyro unit 310 to the data processing unit 600 and used to calculate data from a ratio between the two ground rate components. The reason data can be sent directly from the gyro unit 310 to the data processing unit 600. sensor system 30 also includes a controller 500 for the drive mechanism, a data processing unit 600 and a power supply unit. 700. Data processing unit 600 includes a computer having a processor 6 processador1 and memory 602. Memory 602 stores a program having instructions for azimuth measurements described above. Gyro 312, accelerators 352X, 352Y, 352Z, drive mechanism 400, controller 500 for drive mechanism 400, data processing unit 600, and power supply unit 700 are installed in housing 300. IJm Angle position sensor 402 may preferably be provided to detect the position of a rotational angle of a rotational axis of motor 401 or gyro. Using the detected rotational angle position, the angular orientation of the gyro input shaft 312 can be identified. Angle position sensor 402 can be used to monitor an angular rotation position of the motor shaft. This angular rotation position monitoring allows the sensor system 30 to return gyro 312 to a home position and adjust the gyro input shaft 312 parallel to a predetermined initial angular orientation (original angular orientation) whenever system power is on. In addition, it is important to monitor the angular rotation position during azimuth measurement for sensor system reliability.

Em outra modalidade do presente sistema, é possível usar uma unidade de giroscópio incluindo dois giroscópios de eixos ortogonais 312X, 312Y, como mostrado na Fig. 12. Uma das duas componentes de taxa de terra ortogonais é medida pelo giroscópio 312X com o eixo de entrada alinhado ao eixo X e outra componentes de taxa de terra é medida pelo giroscópio 312Y com o eixo de entrada alinhado ao eixo Y. Nesta modalidade, o mecanismo de acionamento 401 na Fig. 11 pode ser omitido no sistema sensor 30.In another embodiment of the present system, it is possible to use a gyro unit including two 312X, 312Y orthogonal axis gyros, as shown in Fig. 12. One of the two orthogonal ground rate components is measured by the 312X gyroscope with the input axis. X-axis aligned and other ground rate components are measured by the gyroscope 312Y with the input axis aligned with the Y axis. In this embodiment, the drive mechanism 401 in Fig. 11 may be omitted in the sensor system 30.

Existem muitos tipos variados de sensores de giroscópios usados para as medições de azimule incluindo um giroscópio tipo MEMS. Entre os tipos variados de sensores de giroscópios, um giroscópio tipo MEMS do lipo oscilante de anel pode ser usado preferencialmente em termos de precisão, robustez de medição em condições ambientais de vibração. Os três acelerômetros 352X, 352Y, 352Z pode ser ou tipo Q-flex convencionais ou acelerômetros tipo MEMS. A Fig.13 ilustra um sistema de locação de poço no qual a presente invenção pode ser empregada. A locação de poço pode ser em terra ou no mar. Neste sistema exemplar, um poço 11 é formado em formações de subsuper f icie por perfuração rotativa de uma forma que é bem conhecida. Modalidades da invenção também podem usar perfuração direcional, conforme será descrito a seguir.There are many different types of gyro sensors used for azimule measurements including a MEMS gyroscope. Among the varied types of gyro sensors, a ring oscillating lipo MEMS gyroscope can be used preferably in terms of accuracy, robustness of measurement under ambient vibration conditions. The three 352X, 352Y, 352Z accelerometers can be either conventional Q-flex or MEMS accelerometers. Fig. 13 illustrates a well rental system in which the present invention may be employed. The well lease can be on land or at sea. In this exemplary system, a well 11 is formed into subsurface formations by rotary drilling in a manner that is well known. Embodiments of the invention may also use directional drilling, as will be described below.

Uma coluna de perfuração 12 é suspensa dentro do poço 11 e tem uma composição de fundo 10 0 que inclui uma broca de perfuração 105 em sua extremidade inferior. O sistema de superfície inclui conjunto de plataforma e torre 10 posicionado sobre o poço 11, o conjunto 10 incluindo uma mesa rotativa 16, kelly 17, gancho 18 e swivel rotativo 19. A colune de perfuração 12 é girada pela mesa rotativa 16, energizada por meios não mostrados, que engata no kelly 17 em uma extremidade superior da coluna de perfuração. A coluna de perfuração 12 é suspensa de um gancho 18, fixada a uma catarina (também não mostrada) por meio do kelly 17, e um swivel rotativo 19 que permite rotação da colune de perfuração em relação ao gancho. Como é bem conhecido, um sistema top drive alternativamente podería ser usado.A drill string 12 is suspended within well 11 and has a bottom composition 100 that includes a drill bit 105 at its lower end. The surface system includes platform and tower assembly 10 positioned over well 11, assembly 10 including a rotary table 16, kelly 17, hook 18 and rotary swivel 19. Drilling column 12 is rotated by rotary table 16, powered by means not shown, which engages kelly 17 at an upper end of the drill string. The drill string 12 is suspended from a hook 18, fixed to a catarina (also not shown) by means of kelly 17, and a rotatable swivel 19 which allows rotation of the drill column relative to the hook. As is well known, an alternatively top drive system could be used.

No exemplo desta modalidade, o sistema de superfície inclui ainda fluido de perfuração ou lama 26 armazenado em um depósito 27 formado na locação de poço. Uma bomba 29 libera o fluido de perfuração 26 para o interior da colune de perfuração 12 através de uma abertura no swivel 19, fazendo com que o fluido de perfuração escoe descendentemente através da coluna de perfuração 12, conforme Indicado pela seta direcional 8. O fluido de perfuração sai da coluna de perfuração 12 através das aberturas na broca de perfuração 105 e, em seguida, circula ascendentemente através da região anular entre o exterior da coluna de perfuração e a parede do poço, como indicado pelas setas direcionais 9. Nesta maneira bem conhecida, o fluido de perfuração lubrifica a broca de perfuração 105 e transporta fragmentos e cascalhos até a superfície, quando ele é retornado para o depósito 27 para recirculação. A composição de fundo 100 da modalidade ilustrada inclui um módulo de perfilagem durante a perfuração (LWD) 120, um módulo de medição durante a perfuração (MWD) 130, um sistema roto-orientável e motor, e broca de perfuração 105. O módulo LWD 120 está alojado em um tipo especial de colar de perfuração, como é conhecido na técnica, e pode conter uma ou uma pluralidade de tipos conhecidos de ferramentas de perfilagem. Também será entendido que mais de um módulo de LWD e/ou MWD pode ser empregado, por exemplo, como representado em 120A. (Referências, em todo o relatório, a um módulo na posição 120 alternativamente pode significar um módulo na posição de 120A também.) O módulo LWD inclui capacidades para medir, processar e armazenar informações, bem como para comunicar com o equipamento de superfície. Na presente modalidade, o módulo LWD inclui uma dispositivo de medição da pressão. 0 módulo MWD 130 também está alojado em um tipo especial de colar de perfuração, como é conhecido na arte, e pode conter um ou mais dispositivos para medir características da coluna de perfuração e da broca de perfuração. A ferramenta MWD ainda inclui um aparelho (não mostrado) para gerar energia elétrica para o sistema dentro do poço. Tipicamente, este pode incluir um gerador de turbina de lama alimentado pelo fluxo do fluido de perfuração, subentendendo-se que outros sistemas de energia e/ou bateria podem ser empregados. Na presente modalidade, o módulo MWD inclui um ou mais dos seguintes tipos de dispositivos de medição: um dispositivo de medição de peso aplicado na broca, um dispositivo de medição de torque, um dispositivo de medição de vibrações, um dispositivo de medição de choque, um dispositivo de medição de cunha de comando, um dispositivo de medição de direção e um dispositivo de medição de inclinação.In the example of this embodiment, the surface system further includes drilling fluid or mud 26 stored in a sump 27 formed at the well location. A pump 29 releases drilling fluid 26 into the drilling column 12 through an opening in swivel 19, causing the drilling fluid to flow downwardly through the drilling column 12, as indicated by the directional arrow 8. The fluid The drill bit exits the drill string 12 through the openings in the drill bit 105 and then circulates upwardly through the annular region between the exterior of the drill string and the well wall, as indicated by the directional arrows 9. In this manner As known, the drilling fluid lubricates drill bit 105 and conveys debris and gravel to the surface when it is returned to reservoir 27 for recirculation. Background composition 100 of the illustrated embodiment includes a drill-in profiling module (LWD) 120, a drill-in measurement module (MWD) 130, a rotor-steerable system and motor, and drill bit 105. The LWD module 120 is housed in a special type of drill collar, as is known in the art, and may contain one or a plurality of known types of profiling tools. It will also be understood that more than one LWD and / or MWD module may be employed, for example, as depicted in 120A. (References throughout the report to a module at position 120 may alternatively mean a module at position 120A as well.) The LWD module includes capabilities for measuring, processing, and storing information as well as for communicating with surface equipment. In the present embodiment, the LWD module includes a pressure measuring device. MWD module 130 is also housed in a special type of drill collar, as is known in the art, and may contain one or more devices for measuring drill string and drill bit characteristics. The MWD tool even includes a device (not shown) to generate electrical power for the system within the well. Typically, this may include a mud turbine generator powered by the drilling fluid flow, it being understood that other power and / or battery systems may be employed. In the present embodiment, the MWD module includes one or more of the following types of measuring devices: a drill weight measuring device, a torque measuring device, a vibration measuring device, a shock measuring device, a driving wedge measuring device, a steering measuring device and a tilt measuring device.

Uma utilização particularmente vantajosa do sistema deste documento é em conjunto com perfuração de orientação controlada ou "perfuração direcional". Nesta modalidade, é fornecido um subsistema roto-orientável 150. Perfuração direcional é o desvio intencional do furo de poço do caminho que ele tomaria naturalmente. Em outras palavras, perfuração direcional é a orientação da coluna de perfuração,. de modo que ela se desloque em uma direção desejada. Perfuração direcional é, por exemplo, vantajosa em perfuração offshore porque ela permite que muitos poços sejam perfurados de uma única plataforma. Perfuração direcional tambcm permite perfuração horizontal através de um reservatório. Perfuração horizontal permite que um maior comprimento do furo de poço atravesse o reservatório, o que aumenta a taxa de produção do poço. Um sistema de perfuração direcional também pode ser usado em operação de perfuração vertical. Muitas vezes a broca desviará de uma trajetória de perfuração planejada por causa da natureza imprevisível das formações sendo penetradas ou das forças variadas que a broca de perfuração experimenta. Quando tal desvio ocorre, um sistema de perfuração direcional pode ser usado para colocar a broca de perfuração de volta ao curso. Um método conhecido de perfuração direcional inclui o uso de um sistema orientável rotativo ("RSS") . Em um RSS, a coluna de perfuração é girada da superfície e dispositivos dentro do poço fazem com que a broca perfure na direção desejada. A rotação da coluna de perfuração reduz grandemente as ocorrências da coluna de perfuração ficar pendurada ou agarrada durante a perfuração. Sistemas de perfuração orientável rotativos para perfurar poços desviados na terra podem ser geralmente classificados ou como sistemas "point the bit" ou sistemas "push the bit". No sistema "point the bit", o eixo de rotação da broca de perfuração é desviado do eixo local do composição de fundo na direção geral do novo furo. 0 furo é propagado de acordo com a geometria de três pontos costumeira definida por pontos de contato do estabilizador superiores e inferiores e a broca de perfuração. O ângulo de desvio do eixo da broca de perfuração acoplado a uma distância finita entre a broca de perfuração e o estabilizador inferior resulta na condição não colinear necessária para uma curva ser gerada. Há muitas maneiras nas quais isto pode ser conseguido inclui.ndo uma curva fixa em um ponto no composição de fundo perto do estabilizador inferior ou uma flexão do eixo de acionamento da broca de perfuração distribuída entre o estabilizador superior e inferior. Na sua forma idealizada, a broca de perfuração não é solicitada a cortar para os lados, porque o eixo da broca é girado continuamente na direção do furo curvado. Exemplos de sistemas orientáveis rotativos do tipo point-the-bit, e como eles operam, são descritos nas Publicações de Pedido de Patente norte americanO US 2002/0011359; 2001/0052428 e Patentes norte americanas US 6.394.193; 6.364.034; 6.244.361; 6.158.529; 6.092.610 e 5.113.953 todas aqui incorporadas por referência. No sistema orientável rotativo push-the-bit geralmente não há nenhum mecanismo identificado para desviar o eixo da broca do eixo da composição de fundo local; em vez disso, a condição não colinear necessária é alcançada fazendo com que cada um ou ambos os estabilizadores superiores ou inferiores apliquem uma força excêntrica ou deslocamento em uma direção que é preferencialmente orientada com respeito à direção da propagação do furo. Novamente, há muitas maneiras pelas quais isto pode ser conseguido, incluindo estabilizadores (abordagens à base de deslocamento) excêntricos não rotativos (com respeito ao furo) e atuadores excêntricos que aplicam força à broca de perfuração na direção de orientação desejada. Novamente, a orientação é obtida criando não colinearidade entre a broca de perfuração e pelo menos dois outros pontos de contato. Na sua forma idealizada a broca é solicitada a cortar para os lados a fim de gerar um furo curvado. Exemplos de sistemas orientáveis rotativos tipo push-the-bit, e como eles operam, são descritos nas patentes norte americanas US 5.265.682; 5.553.678; 5.803.185; 6.089.332; 5.695.015; 5.685.379; 5.706.905; 5.553.679; 5.673.763; 5.520.255; 5.603.385; 5.582.259; 5.778.992; 5.971.085 todas aqui incorporadas por referência. A descrição precedente foi apresentada apenas para ilustrar e descrever determinadas modalidades. Não se destina a ser exaustiva ou limitar a invenção a qualquer forma precisa divulgada. Muitas modificações e variações são possiveis à luz dos ensinamentos acima.A particularly advantageous use of the system of this document is in conjunction with controlled orientation drilling or "directional drilling". In this embodiment, a rotatable swivel subsystem 150 is provided. Directional drilling is the intentional deviation of the wellbore from the path it would naturally take. In other words, directional drilling is the orientation of the drilling column. so that it moves in a desired direction. Directional drilling is, for example, advantageous in offshore drilling because it allows many wells to be drilled from a single platform. Directional drilling also allows horizontal drilling through a reservoir. Horizontal drilling allows a longer length of wellbore to pass through the reservoir, which increases the well production rate. A directional drilling system can also be used in vertical drilling operation. Often the drill will deviate from a planned drill path because of the unpredictable nature of the formations being penetrated or the varying forces that the drill drill experiences. When such deviation occurs, a directional drilling system may be used to return the drill bit back to the stroke. A known method of directional drilling includes the use of a rotatable swivel system ("RSS"). In an RSS, the drill string is rotated from the surface and devices inside the well cause the drill to drill in the desired direction. Rotation of the drill string greatly reduces occurrences of the drill string from hanging or gripping during drilling. Rotatable swivel drilling systems for drilling diverted wells in the ground can generally be classified as either point the bit or push the bit systems. In the point the bit system, the rotary axis of the drill bit is offset from the local axis of the bottom composition in the general direction of the new hole. The hole is propagated according to the usual three-point geometry defined by upper and lower stabilizer contact points and the drill bit. The angle of deviation of the drill bit shaft coupled to a finite distance between the drill bit and the lower stabilizer results in the non-collinear condition required for a curve to be generated. There are many ways in which this can be achieved by including a fixed curve at a point in the bottom composition near the bottom stabilizer or a bending of the drill bit drive shaft distributed between the top and bottom stabilizer. In its ideal form, the drill bit is not required to cut sideways, because the drill shaft is continuously rotated in the direction of the bent hole. Examples of point-the-bit rotatable steerable systems, and how they operate, are described in US Patent Publications US 2002/0011359; 2001/0052428 and US Patents 6,394,193; 6,364,034; 6,244,361; 6,158,529; 6,092,610 and 5,113,953 all incorporated herein by reference. In the push-the-bit rotary swivel system there is usually no mechanism identified to divert the drill axis from the local background composition axis; instead, the required non-collinear condition is achieved by causing each or both of the upper or lower stabilizers to apply an eccentric force or displacement in a direction that is preferably oriented with respect to the direction of hole propagation. Again, there are many ways in which this can be achieved, including non-rotating (borehole) eccentric stabilizers (displacement approaches) and eccentric actuators that apply force to the drill bit in the desired orientation direction. Again, orientation is obtained by creating non-collinearity between the drill bit and at least two other contact points. In its idealized form the drill is required to cut sideways to generate a bent hole. Examples of push-the-bit rotary steerable systems, and how they operate, are described in US Patents 5,265,682; 5,553,678; 5,803,185; 6,089,332; 5,695,015; 5,685,379; 5,706,905; 5,553,679; 5,673,763; 5,520,255; 5,603,385; 5,582,259; 5,778,992; 5,971,085 all incorporated herein by reference. The foregoing description has been given only to illustrate and describe certain embodiments. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to any precise form disclosed. Many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

As modalidades e os aspectos foram escolhidos e descritos a fim de mais bem explicar os princípios da invenção e suas aplicações práticas. A descrição precedente se destina a permitir que outros versados na técnica melhor utilizem os princípios em várias modalidades e aspectos e com várias modificações conforme sejam adequadas para o uso particular contemplado. Pretende-se que o escopo da invenção seja definido pelas seguintes reivindicações. - REIVINDICAÇÕES -Modalities and aspects have been chosen and described in order to further explain the principles of the invention and their practical applications. The foregoing description is intended to enable others skilled in the art to better utilize the principles in various embodiments and aspects and with various modifications as are appropriate for the particular use contemplated. It is intended that the scope of the invention be defined by the following claims. - CLAIMS -

Claims (16)

1. MÉTODO PARA MEDIÇÕES DE AZIMUTE USANDO UMA UNIDADE DE GIROSCÓPIO, caracterizado por compreender: adquirir um valor de razão entre duas componentes de taxa de terra ortogonais entre si usando a unidade de giroscópio em uma posição de medição; adquirir três componentes de vetor de gravidade ortogonais entre si na posição de medição; e determinar um azimute com respeito a um eixo de referência predeterminado na unidade de giroscópio com base no valor de razão, nas três componentes de vetor de gravidade e em uma latitude geodésica da posição de medição.Method for azimuth measurements using a gyroscope unit, comprising: acquiring a ratio value between two orthogonal ground rate components together using the gyroscope unit in a measuring position; acquire three orthogonal gravity vector components from each other at the measurement position; and determining an azimuth with respect to a predetermined reference axis in the gyro unit based on the ratio value, the three gravity vector components, and a geodetic latitude of the measurement position. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a determinação do azimute com respeito ao eixo de referência compreender: determinar um plano horizontal vertical a uma direção de gravidade determinada com base nas três componentes de vetor de gravidade; determinar um vetor de projeção de taxa de terra normalizado em um plano de coordenadas de medição com base no va3or de razão, o plano de coordenadas de medição sendo definido por eixos coordenados predeterminados na unidade de giroscópio; determinar um plano de taxa de terra vertical ao plano de coordenadas de medição, de modo que uma primeira linha de interseção entre o plano de taxa de terra e o plano de coordenadas de medição seja paralela ao vetor de projeção de taxa de terra; determinar uma direção norte no plano horizontal com base no plano de taxa de terra e na latitude geodésica; e determinar o azimute calculando um ângulo entre a direção norte e um vetor de projeção do eixo de referência ________ projetado sobre o plano horizontal.Method according to claim 1, characterized in that the azimuth determination with respect to the reference axis comprises: determining a vertical horizontal plane at a gravity direction determined based on the three gravity vector components; determining a normalized ground rate projection vector in a measurement coordinate plane based on the ratio value, the measurement coordinate plane being defined by predetermined coordinate axes in the gyro unit; determining a vertical ground rate plane to the measurement coordinate plane such that a first line of intersection between the ground rate plane and the measurement coordinate plane is parallel to the ground rate projection vector; determine a north direction on the horizontal plane based on the ground rate plane and geodetic latitude; and determine the azimuth by calculating an angle between the north direction and a reference axis projection vector ________ projected over the horizontal plane. 3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a determinação da direção norte compreender: determinar um plano vertical, vertical ao plano horizontal; determinar uma segunda linha de interseção entre o plano vertical e o plano de taxa de terra; determinar uma terceira linha de interseção entre o plano vertical e o plano horizontal; e determinar uma direção ao longo da terceira linha de interseção como a direção norte, onde um ângulo entre a segunda linha de interseção e a terceira linha de interseção é igual à latitude geodésica.Method according to claim 2, characterized in that the determination of the north direction comprises: determining a vertical plane, vertical to the horizontal plane; determine a second intersection line between the vertical plane and the ground rate plane; determine a third intersection line between the vertical plane and the horizontal plane; and determining a direction along the third intersection line as the north direction, where an angle between the second intersection line and the third intersection line is equal to the geodetic latitude. 4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o azimute ser determinado usando: onde o eixo X e o eixo Y de um sistema de coordenadas ortogonais são definidos para medir as duas componentes de taxa de terra, o eixo X é definido como o eixo de referência, δ representa um ângulo entre a projeção do eixo X no plano horizontal e uma quarta linha de interseção entre o plano de taxa de terra e o plano horizontal, ε representa um ângulo entre a terceira linha de interseção e a quarta linha de interseção, σ representa o azimute, Ω'χ e Ω'γ representam componentes ao longo do eixo X e do eixo Y do vetor de projeção de taxa de terra normalizado em um plano XY como o plano de coordenadas de medição, Gx, Gy e Gz representam os componentes de vetor de gravidade normalizado e λ representa a latitude geodésica tendo um valor positivo no Hemisfério Norte e um valor negativo no Hemisfério Sul.Method according to claim 3, characterized in that the azimuth is determined using: where the X axis and Y axis of an orthogonal coordinate system are defined to measure the two ground rate components, the X axis is defined. as the reference axis, δ represents an angle between the X-axis projection in the horizontal plane and a fourth intersection line between the ground rate plane and the horizontal plane, ε represents an angle between the third intersection line and the fourth plane. intersecting line, σ represents azimuth, Ω'χ and Ω'γ represent components along the X axis and Y axis of the normalized ground rate projection vector in an XY plane as the measurement coordinate plane, Gx, Gy and Gz represent the normalized gravity vector components and λ represents the geodetic latitude having a positive value in the Northern Hemisphere and a negative value in the Southern Hemisphere. 5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o azimute ser determinado usando uma das equações (1-1) a (1-8) constantes da Tabela I, com base em condições para selecionar uma fórmula de azimute com respeito a um vetor unitário normal Pq do plano de taxa de terra, um vetor de gravidade unitário G, um vetor unitário L0_d da quarta linha de interseção e um vetor unitário X' do eixo X projetado no plano horizontal.Method according to claim 4, characterized in that the azimuth is determined using one of the equations (1-1) to (1-8) in Table I, based on conditions for selecting an azimuth formula with respect to a normal unit vector Pq of the ground rate plane, a unit gravity vector G, a unit vector L0_d of the fourth intersection line, and a unit X vector of the X axis projected on the horizontal plane. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as duas componentes de taxa de terra serem medidas por um único giroscópio giratório para alinhar um eixo de entrada a cada um dos dois eixos ortogonais entre si.Method according to claim 1, characterized in that the two ground rate components are measured by a single rotating gyroscope to align an input axis to each of the two orthogonal axes with each other. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma das duas componentes de taxa de terra ser medida por um primeiro giroscópio com um eixo de entrada alinhado a um primeiro eixo e a outra componente de taxa de terra ser medida por um segundo giroscópio com um eixo de entrada alinhado a um segundo eixo ortogonal ao primeiro eixo.Method according to claim 1, characterized in that one of the two ground rate components is measured by a first gyroscope with an input axis aligned with a first axis and the other ground rate component is measured by a second one. gyroscope with an input axis aligned with a second axis orthogonal to the first axis. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a unidade de giroscópio compreender um ou dois giroscópios tipo MEMS.Method according to claim 1, characterized in that the gyro unit comprises one or two MEMS-like gyros. 9.SISTEMA PARA MEDIÇÕES DE AZIMUTE, caracterizado por compreender: um alojamento; uma unidade de giroscópio incluindo um ou dois giroscópios; três acelerômetros de eixos ortogonais; uma unidade de processamento de dados; e uma unidade de fonte de alimentação, em que a unidade de processamento compreende um computador tendo um processador e uma memória; e em que a memória armazena um programa Lendo instruções para: adquirir um valor de razão entre duas componentes de taxa de terra ortogonais entre si usando a unidade de giroscópio em uma posição de medição; adquirir três componentes de vetor de gravidade ortogonais entre si na posição de medição; e determinar um azimute com respeito a um eixo de referência predeterminado na unidade de giroscópio, com base no valor de razão, nas três componentes de vetor de gravidade e em uma latitude geodésica da posição de medição.9. AZIMUTE MEASURING SYSTEM, characterized in that it comprises: a housing; a gyro unit including one or two gyros; three orthogonal axis accelerometers; a data processing unit; and a power supply unit, wherein the processing unit comprises a computer having a processor and a memory; and where the memory stores a program. Reading instructions for: acquiring a ratio value between two orthogonal ground rate components with each other using the gyro unit in a measuring position; acquire three orthogonal gravity vector components from each other at the measurement position; and determining an azimuth with respect to a predetermined reference axis in the gyro unit, based on the ratio value, the three gravity vector components, and a geodetic latitude of the measurement position. 10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por as instruções para determinar o azimute com respeito ao eixo de referência compreenderem instruções para: determinar um plano horizontal, vertical a uma direção de gravidade determinada com base nas três componentes de vetor de gravidade; determinar um vetor de projeção de taxa de terra normalizado em um plano de coordenadas de medição com base no valor de razão, o plano de coordenadas de medição sendo definido por eixos coordenados predeterminados na unidade de giroscópio; determinar um plano de taxa de terra vertical ao plano de coordenadas de medição, de modo que uma primeira linha de interseção entre o plano de taxa de terra e o plano de coordenadas de medição seja paralela ao vetor de projeção de taxa de terra; determinar a direção norte no plano horizontal com base no plano de taxa de terra e na latitude geodésica; e determinar o azimute calculando um ângulo entre a direção norte e um vetor de projeção do eixo de referência projetado no plano horizontal.System according to claim 9, characterized in that the instructions for determining azimuth with respect to the reference axis comprise instructions for: determining a horizontal, vertical plane at a direction of gravity determined on the basis of the three gravity vector components. ; determining a normalized ground rate projection vector in a measurement coordinate plane based on the ratio value, the measurement coordinate plane being defined by predetermined coordinate axes in the gyro unit; determining a vertical ground rate plane to the measurement coordinate plane such that a first line of intersection between the ground rate plane and the measurement coordinate plane is parallel to the ground rate projection vector; determine the north direction in the horizontal plane based on the ground rate plane and geodetic latitude; and determine the azimuth by calculating an angle between the north direction and a projection vector of the reference axis projected on the horizontal plane. 11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por as instruções para determinar a direção norte compreenderem instruções para: determinar um plano vertical, vertical ao plano horizontal; determinar uma segunda linha de interseção entre o plano vertical e o plano de taxa de terra; determinar uma terceira linha de interseção entre o plano vertical e o plano horizontal; e determinar uma direção ao longo da terceira linha de interseção como a direção norte onde um ângulo entre a segunda linha de interseção e a terceira linha de interseção é igual à latitude geodésica.System according to Claim 10, characterized in that the instructions for determining the north direction comprise instructions for: determining a vertical plane, vertical to the horizontal plane; determine a second intersection line between the vertical plane and the ground rate plane; determine a third intersection line between the vertical plane and the horizontal plane; and determining a direction along the third intersection line as the north direction where an angle between the second intersection line and the third intersection line is equal to the geodetic latitude. 12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o azimute ser determinado usando: onde o eixo X e o eixo Y de um sistema de coordenadas ortogonais são definidos para medir as duas componentes de taxa de terra, o eixo X é definido como o eixo dereferência, δ representa um ângulo entre a projeção do eixo X no plano horizontal e uma quarta linha de interseção entre o plano de taxa de terra e o plano horizontal, ε representa um ângulo entre a terceira linha de interseção e a quarta linha de interseção, σ representa o azimute, Ω'χ e Ω'γ representam componentes ao longo do eixo X e do eixo Y do vetor de projeção de taxa de terra normalizado em um p.l ano XY como o plano de coordenadas de medição, Gx, Gy e Gz representam os componentes de vetor de gravidade normalizado e λ representa a latitude geodésica tendo um valor positivo no Hemisfério Norte e um valor negativo no Hemisfério Sul.System according to Claim 11, characterized in that the azimuth is determined using: where the X axis and Y axis of an orthogonal coordinate system are defined to measure the two ground rate components, the X axis is defined. as the reference axis, δ represents an angle between the horizontal axis projection of the X axis and a fourth intersection line between the ground rate plane and the horizontal plane, ε represents an angle between the third intersection line and the fourth line. intersection, σ represents azimuth, Ω'χ and Ω'γ represent components along the X axis and Y axis of the normalized ground rate projection vector in a plan XY as the measurement coordinate plane, Gx, Gy and Gz represent the normalized gravity vector components and λ represents the geodetic latitude having a positive value in the Northern Hemisphere and a negative value in the Southern Hemisphere. 13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o azimute ser determinado usando uma das equações (30-1) a (30-8) constantes da Tabela I, com base em condições para selecionar uma fórmula de azimute com respeito a um vetor unitário normal Pq do plano de taxa de terra, um vetor de gravidade unitário Gr um vetor unitário L0_d da quarta linha de interseção e um vetor unitário X' do eixo X projetado no plano horizontal.System according to claim 12, characterized in that the azimuth is determined using one of the equations (30-1) to (30-8) in Table I, based on conditions for selecting an azimuth formula with respect to a normal unit vector Pq of the ground rate plane, a unit gravity vector Gr a unit vector L0_d of the fourth intersection line and a unit vector X 'of the X axis projected on the horizontal plane. 14. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a unidade de giroscópio compreender um único giroscópio giratório para alinhar um eixo de entrada a cada um dos dois eixos ortogonais entre si.System according to claim 9, characterized in that the gyro unit comprises a single rotating gyroscope for aligning an input axis to each of the two orthogonal axes with each other. 15. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a unidade de giroscópio compreender um primeiro giroscópio com um eixo de entrada alinhado ao primeiro eixo e um segundo giroscópio com um eixo de entrada alinhado a um segundo eixo ortogonal ao primeiro eixo.System according to claim 9, characterized in that the gyro unit comprises a first gyroscope with an input axis aligned with the first axis and a second gyroscope with an input axis aligned with a second axis orthogonal to the first axis. 16. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a unidade de giroscópio compreender um ou dois giroscópios tipo MEMS.System according to claim 9, characterized in that the gyro unit comprises one or two MEMS-like gyros.
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