DE10003253A1

DE10003253A1 - Sondenortungseinrichtung

Info

Publication number: DE10003253A1
Application number: DE10003253A
Authority: DE
Inventors: Richard William Fling
Original assignee: Radiodetection Ltd
Current assignee: Radiodetection Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2000-08-17
Also published as: US6459266B1; GB2347218A; GB0001575D0; GB2347218B; GB9901708D0

Abstract

Eine Ortungseinrichtung 20 zum Orten eines unterirdischen Objekts, etwa einer Sonde 11, weist an sich einen Kompaß 21 auf. Die Ortungseinrichtung bestimmt die Position des unterirdischen Objekts durch Erfassen eines durch das unterirdische Objekt erzeugten Magnetfeldes, wenn die Ortungseinrichtung 20 von einer Position in eine andere bewegt wird, wobei der Kompaß die Bedienungsperson in die Lage versetzt, sicherzustellen, daß die Ortungseinrichtung 20 die richtige Ausrichtung aufweist.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Ortungseinrichtung zum Bestimmen der Position einer Sonde. Eine solche Sonde kann z. B. an einem Bohrwerkzeug angebracht sein und elektromagnetische Signale erzeugen, die es der Ortungseinrichtung ermöglichen, die Position des Bohrwerkzeugs zu bestimmen.

In der WO 96/29615 haben wir einen Aufbau zum Orten eines unterirdischen Bohrwerkzeugs diskutiert, wobei ein von einem Solenoid erzeugtes Magnetfeld an zwei Meßstellen erfaßt wurde. Dabei kann die Beziehung zwischen dem axialen und dem radialen Feld des Solenoids ausgenutzt werden, und es war ein Neigungssensor vorgesehen, um den Fall anzuzeigen, daß die Achse des Solenoids nicht horizontal liegt. Das Solenoid und der Neigungssensor können in einer Sonde eingebaut sein. Im allgemeinen verwendet die Ortungseinrichtung eine Antennenanordnung zum Messen von Feldkomponenten in drei zueinander senkrechten Richtungen. Unter Verwendung der Amplituden- und Phasendaten von jeder Antennenanordnung kann der Ort der Sonde und damit des Bohrwerkzeugs bestimmt werden.

Demgemäß weist, wie in Fig. 1 gezeigt, ein unterirdisches Bohrwerkzeug 10 eine Sonde 11 auf, die ein ein Magnetfeld erzeugendes Solenoid enthält, wobei die Achse 12 des Solenoids mit der Längsachse des Bohrwerkzeugs 10 ausgerichtet ist. Die Achse 12 soll die Bewegungsrichtung des Bohrwerkzeugs sein, außer wenn das Bohrwerkzeug durch Bodenveränderungen oder Hindernisse abgelenkt wird, oder durch einen beabsichtigten Lenkvorgang. Wenn eine Ortungseinrichtung mit einer Antennenanordnung mit drei Spulen X₃, Y₃ und Z₃ direkt über der Sonde 11 und zu ihr ausgerichtet angeordnet wird, so daß die Y₃-Spule parallel zu der Achse 12 ist, die Z₃-Spule in solcher Weise senkrecht zu der Achse ist, daß die Spule Z₃ vertikal liegt, wenn die Achse 12 horizontal ist, wird die Ortungseinrichtung ein maximales Signal in der Richtung der Achse 12 zeigen, wobei die X₃- und die Y₃-Spule ein Nullfeld erfassen. Jede Abweichung aus dieser Position führt zu Signalen von der X₃- und der Z₃-Spule, die in der Amplitude und Phase entsprechend dem Ausmaß und der Richtung dieser Abweichung variieren. Eine ähnliche Anordnung liegt vor, wenn die Ortungseinrichtung vor der Sonde 11 angeordnet ist, obwohl die Signalgröße dann durch den Abstand verringert ist. Beim Verfolgen eines Bohrwerkzeugs ist es üblich, vor dem Werkzeug in der vorherzusehenden Richtung seiner Bewegung eine Ortungseinrichtung zu positionieren.

Wenn jedoch die Ortungseinrichtung nicht korrekt ausgerichtet ist, ergibt sich eine unrichtige Messung. Die Bedienungsperson mag zwar versuchen, die Orientierung der Ortungseinrichtung relativ zu dem Bohrwerkzeug aufrechtzuerhalten, dies ist jedoch nicht immer zuverlässig, weil das Bohrwerkzeug nicht sichtbar ist.

Im folgenden wird im einzelnen eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert, wobei:

Fig. 1 durch eine ein Solenoid enthaltende Sonde erzeugte Felder zeigt und bereits besprochen wurde;

Fig. 2 die Ortung eines Bohrwerkzeugs unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung zeigt.

Gemäß Fig. 2 weist ein unterirdisches Bohrwerkzeug 10 eine Sonde mit einem ein Magnetfeld erzeugenden Solenoid auf, wobei die Achse des Solenoids mit 12 bezeichnet ist. Diese Anordnung entspricht der aus Fig. 1, wobei entsprechende Bestandteile durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Um das Bohrwerkzeug 10 unter Verwendung einer Ortungseinrichtung 20 zufriedenstellend zu orten, versucht die Bedienungsperson die Ortungseinrichtung 20 direkt über dem Bohrwerkzeug 10 in einer Position B anzuordnen. Dabei ist es üblich, die Ortungseinrichtung 20 zunächst leicht auf einer Seite der erwarteten Linie der Achse 12 in einer Position B2 anzuordnen, und dann die Ortungseinrichtung 20 zu bewegen, bis sie mit der Achse 12 zusammenfällt, und zwar auf der Basis der Amplituden- und Phasenmessungen durch die Spulen der Ortungseinrichtung 20. Die Spulen sind wie in Fig. 1 gezeigt beschaffen und werden hier nicht im einzelnen erklärt.

Wenn eine Ortungseinrichtung 20a bezüglich der Achse 12 fehlausgerichtet ist und auf die Achse zu in eine Position B1 bewegt wird, können die durch die Ortungseinrichtung 20a durchgeführten Messungen falsch sein.

Daher weist die Ortungseinrichtung 20 erfindungsgemäß einen magnetischen Kompaß 21 auf. Der Kompaß zeigt Nord und Süd an und definiert damit die Orientierung der Ortungseinrichtung 20 relativ zu dem Erdmagnetfeld. Wenn daher die Ortungseinrichtung 20 aus einer Position in eine andere Position bewegt wird, z. B. aus einer Position über dem Bohrwerkzeug 1 in die in Fig. 2 gezeigte Position B2, kann die Ortungseinrichtung sicherstellen, daß die Kompaßorientierung unverändert bleibt, so daß die Ortungseinrichtung 20 relativ zu dem Erdmagnetfeld die gleiche Orientierung aufweist. Damit können Fehlausrichtungen vermieden werden, wie sie mit der Position B1 in Fig. 2 gezeigt sind. Demzufolge können falsche Messungen vermieden werden. Zu beachten ist, daß der Kompaß 21 durch das Magnetfeld von der Sonde 2, das schematisch in gestrichelten Linien dargestellt ist, unbeeinflußt ist, weil dieses Feld ein Wechselfeld ist.

Im einfachsten Fall kann der magnetische Kompaß 21 ein einfacher konventioneller Kompaß sein, wie die durch Wanderer verwendeten Typen, weil lediglich erforderlich ist, daß die Bedienungsperson der Ortungseinrichtung eine visuelle Anzeige der Richtung des Bohrwerkzeugs hat. Es ist jedoch auch möglich, andere Kompaßaufbauten zu verwenden. Insbesondere kann die Notwendigkeit der Aufzeichnung einer Kompaßpeilung in der Anfangsposition vermieden werden, wenn der Kompaß mit einem einstellbaren Zeiger oder einem markierten Deckring versehen ist, die so eingestellt werden können, daß sie dem Nordpunkt der Nadel entsprechen, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Einstellung eines Barometerzeigers auf die letzte Ablesung. Durch Drehen der Ortungseinrichtung bis zur Übereinstimmung von Nadel- und Einstellmarkierung kann die Bedienungsperson dann sicherstellen, daß die Ortungseinrichtung die ursprüngliche Orientierung hat.

Unter Umständen können auch andere Aufbauten wie Magnetometer- oder "Festkörper"-Kompasse oder gyroskopische Geräte Verwendung finden.

Claims

1. Ortungseinrichtung zum Erfassen eines unzugänglichen Objekts, wobei das unzugängliche Objekt eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes aufweist und die Ortungseinrichtung aufweist:
eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des erzeugten magnetischen Feldes;
eine Verarbeitungseinrichtung zum Bestimmen des Orts des unzugänglichen Objekts auf der Basis des erfaßten erzeugten Magnetfeldes;
dadurch gekennzeichnet, daß:
die Ortungseinrichtung einen magnetischen Kompaß (21) aufweist zum Bestimmung der Orientierung der Ortungseinrichtung (20) relativ zu dem Erdmagnetfeld, dessen Anzeige von bezüglich der Ortungseinrichtung (20) außen aus sichtbar ist.

2. Ortungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Erfassungseinrichtung eine Antennenanordnung mit drei zueinander senkrechten Spulen (X₃, Y₃, Z₃) aufweist.

3. System zum Orten eines unzugänglichen Objekts mit:
einem unzugänglichen Objekt (10) mit einer Einrichtung (11) zum Erzeugen eines Magnetfeldes; und
einer Ortungseinrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2.

4. System nach Anspruch 3, bei der die Erfassungseinrichtung eine Antennenanordnung mit drei zueinander senkrechten Spulen (X₃, Y₃, Z₃) aufweist.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das erzeugte Magnetfeld ein magnetisches Wechselfeld ist.

6. System nach einem der Ansprüche 3-5, bei dem die Einrichtung (11) zum Erzeugen eines Magnetfeldes ein Solenoid ist.

7. System nach einem der Ansprüche 3-6, bei dem das unzugängliche Objekt (10) ein Bohrwerkzeug ist.

8. Verfahren zum Erfassen der Beziehung zwischen einer Ortungseinrichtung und einem unzugänglichen Objekt, wobei das unzugängliche Objekt eine Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes aufweist und die Ortungseinrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des erzeugten Magnetfeldes aufweist und das Verfahren beinhaltet:

a) Messen der horizontalen und der vertikalen Komponenten des erzeugten Magnetfeldes unter Verwendung der Ortungseinrichtung in einer ersten Position;
b) Verarbeiten der Messungen zum Bestimmen der Trennung des unzugänglichen Objekts von der Ortungseinrichtung in der ersten Position;
c) Bewegen der Ortungseinrichtung in eine zweite Position;
d) Messen der horizontalen und der vertikalen Komponenten des erzeugten Magnetfeldes unter Verwendung der Ortungseinrichtung in der zweiten Position; und
e) Verarbeiten der Messungen zum Bestimmen der Trennung des unzugänglichen Objekts von der Ortungseinrichtung in der zweiten Position;

dadurch gekennzeichnet, daß:
die Ortungseinrichtung (20) einen magnetischen Kompaß (21) aufweist und der Kompaß (21) an der zweiten Stelle (B2) verwendet wird, um sicherzustellen, daß die Ortungseinrichtung die gleiche Orientierung relativ zu dem Erdmagnetfeld wie an der ersten Stelle (B1) hat.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei der das erzeugte Magnetfeld ein magnetisches Wechselfeld ist.