DE2109385A1

DE2109385A1 - Borehole logging using magnetic fields

Info

Publication number: DE2109385A1
Application number: DE19712109385
Authority: DE
Inventors: Fontaine Catesby Danen Conn Armistead (V St A)
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1971-02-27
Filing date: 1971-02-27
Publication date: 1972-09-07

Abstract

In a borehold logging instrument two coils are rotated by a synchronous motor. The first coil rotates within a gimbal mounted Helmholtz coil whereby intersection of flux fields generates a signal representative of the degree of borehole inclination. A second, or compass coil rotating with the first co-operates with the Earth's magnetic field to produce a signal representative of the azimuth direction of the borehole deviation.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von Bohrlöchern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen von schwer oder unzugänglichen Bohrlöchern, wie sie z. B. zur Gewinnung unterirdischer Güter niedergebracht werden. In einer bestimmten Äusführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Bohrlöcher in jeder vorgegebenen Teufe. Method and apparatus for surveying boreholes The invention relates to a method and a device for measuring difficult or inaccessible Boreholes as they are, for. B. be brought down for the extraction of underground goods. In a particular embodiment, the invention relates to a method and a Device for determining the position of the boreholes at any given depth.

Beim Bohren nach Erdöl oder nach anderen mineralischen Vorkommen ist es für die Praxis sehr wichtig, daß man die Position des Bohrlochs bezüglich des Busgangspunktes an der Erdoberfläche entlang seiner Länge möglichst genau kennt. Diese Kenntnis ist für vielerlei Zwecke nützlich, z. B. zur Vergewisserung, daß das Bohrloch innerhalb eines vorgegebenen, an der Oberfläche vermessenen Landgebietes bleibt. Auch für die geologische Untersuchung ist es wesentlich, daß Kernproben der durchbohrten Erdschichten der Jeweiligen Position des Bohrlochs zugeordnet werden können.When drilling for crude oil or other mineral deposits is It is very important in practice that the position of the borehole with respect to the Knows the bus exit point on the earth's surface along its length as precisely as possible. This knowledge is useful for a variety of purposes, e.g. B. to ensure that the borehole within a given land area measured on the surface remain. It is also essential for the geological investigation that core samples of the drilled earth layers are assigned to the respective position of the borehole can.

Daraus entnimmt man dann geologische Daten, die zum Au£-finden von Erdöl oder anderen Minerallagerstätten nützlich sind.From this one takes geological data that can be found from Petroleum or other mineral deposits are useful.

Wenn ein Bohrloch durch die verschiedenen Erdformationen niedergebracht wird, hat es die Tendenz,von der vertikalen Richtung abzuweichen. Das Ausmaß dieser Abweichung, die man auch Drift oder Abdrift nennt, wird durch zwei Winkel, den Inklinationswinkel und den Azimutalwinkel, bestimmt. Inklinationswinkel nennt man denjenigen Winkel, den die Bohrlochachse an einer bestimmten Stelle mit der vertikalen Richtung bildet. Der Azimutaiwinkel wird von einer geeigneten Bezugsrichtung, z. B. der magnetischen Nordrichtung einerseits und derjenigen Richtung, in der die Bohrlochachse von der vertikalen Richtung abgedriftet ist, andererseits gebildet. Um die Bohrlochposition für jede Teufe ermitteln zu können, ist es erforderlich, die beiden Winkel entlang der Bohrlochlänge zu kennen.When a borehole is drilled through the various earth formations it has a tendency to deviate from the vertical direction. The extent of this Deviation, which is also called drift or drift, is represented by two angles, the angle of inclination and the azimuthal angle are determined. The angle of inclination is called the angle which the borehole axis forms at a certain point with the vertical direction. The azimuth angle is derived from a suitable reference direction, e.g. B. the magnetic North on the one hand and the direction in which the borehole axis is from the has drifted in the vertical direction, on the other hand, is formed. Around the borehole position To be able to determine for each depth it is necessary to follow the two angles to know the length of the borehole.

Zum Messen der genannten Winkel sind verschiedene Instrumente vorgeschlagen worden. So sind Instrumente mit elektromagnetisch gekoppelten hängenden Pendeln oder auch Spulen, die Informationen über den Inklinationswinkel liefern, vorgeschlagen worden. Auch sind Instrumente vorgeschlagen worden, in denen die vorgenannte elektromagnetischen hängenden Elemente mit einer einzelnen rotierenden Spule kombiniert sind, um Auf schluß über den Inklinationswinkel und den Azimutalwinkel eines Bohrlochs zu geben. Einige der Nachteile dieser zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen sind ihre Ungenauigkeit und daß sie nur intermittxrend Informationen über den Inklinationswinkel und den Azimutalwinkel geben unddaß sie in manchen Fällen von der Voraussetzung abhängig sind, daß das magnetische Erdfeld in seiner Stärke und Richtung konstant ist. Dieses ist keineswegs immer der Fall, denn das magnetische Erdfeld schwankt entlang des Bohrlochverlaufs häufig in Größe und Richtung infolge von unterschiedlichen Zusammensetzungen der Erdschichten und infolge eines gelegentlichen Auftretens magnetischer Materialien in den Formationen. Häufig- sind derartige Änderungen der magnetischen Eigenschaften des Erdreiches als solche nicht erkennbar und das Instrument zeigt fälschlich eine Abweichung des Bohrlochs an. Ein weiterer Nachteil der zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen liegt darin, daß diese Vorrichtungen nur Informationen über den Inklinations-und den Azimutalwinkel des Bohrlochs vermitteln und keine Angaben einer tatsächlichen Position im Innern der Erde machen. Um die tatsächliche Position des Bohrlochs zu bestimmen, müssen die Informationen über die Winkel von Hand graphisch aufgetragen werden. Dieses ist zeitraubend und trägt weitere Ungenauigkeiten in diese zum Stand der Technik gehörende Methodik hinein.Various instruments are proposed for measuring the angles mentioned been. So are instruments with electromagnetically coupled hanging pendulums or coils that supply information about the angle of inclination are proposed been. Instruments have also been proposed in which the aforementioned electromagnetic hanging elements are combined with a single rotating coil in order to to give a conclusion about the angle of inclination and the azimuthal angle of a borehole. Some of the disadvantages of these prior art devices are their inaccuracy and that they only provide intermittent information about the angle of inclination and give the azimuthal angle and that in some cases they depend on the premise are dependent that the magnetic earth field is constant in its strength and direction is. This is by no means always the case, because the earth's magnetic field fluctuates along the course of the borehole often in size and direction as a result of different Compositions the strata of the earth and as a result of the occasional appearance of magnetic materials in the formations. Such changes in the magnetic properties are common of the soil is not recognizable as such and the instrument falsely shows a Deviation of the borehole. Another disadvantage of the prior art Devices is that these devices only provide information about the inclination and convey the azimuthal angle of the borehole and not an actual one Make a position in the interior of the earth. To get the actual position of the borehole must determine the information about the angles plotted by hand will. This is time consuming and adds further inaccuracies to the status the methodology belonging to the technology.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Inklinations- und Azimutalwinkel des Bohrlochs. In einer Ausführungsform ist die Erfindung unabhängig vom Magnetfeld der Erde und eine Ausführungsform schließt Rechenvorrichtungen mit ein, die die tatsächliche Position einer jeden Stelle des Bohrlochs entlag seiner Länge bestimmen.The present invention overcomes these disadvantages through one method and means for determining the inclination and azimuthal angles of the borehole. In one embodiment, the invention is independent of the earth's magnetic field and one embodiment includes computing devices that use the actual Determine the position of each point in the borehole along its length.

Wesentlich für die Erfindung sind zwei mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit rotierende Spulen. Die eine, im Folgenden als Inklinationsspule bezeichnete Spule, rotiert um eine Achse, die praktisch paralell zur Bohrlochachse verläuft. Die Inklinationsspule wird mit konstanter Drehzahl, z. B. mittels eines Synchronmotors, um ihre Achse gedreht. Durch geeignete Vorrichtungen wird ein magnetisches Feld in einer fest vorgegebenen Richtung bezüglich vertikalen Richtung in mindestens einem Teil des Raumes,den die Inkiinationsspule einnimmt, aufrechterhalten. Vorzugsweise ist dieses Magnetfeld am Ort der Inklinationsspule vertikal gerichtet und hommogen. Es kann z. B. durch eine stromdurchflossene, die Inklinationsspule umgebende, durch ein Gewicht vertikal gehaltene Helmholzspule erzeugt und aufrechterhalten werden. Dieses Magnetfeld induziert in der rotierenden Inklinationsspule einen Wechselstrom, der repräsentativ für den Inklinationswinkel des Bohrlochs ist.Two with the same rotational speed are essential for the invention rotating coils. The one coil, hereinafter referred to as the inclination coil, rotates around an axis that is practically parallel to the borehole axis. The inclination coil is at constant speed, e.g. B. by means of a synchronous motor around its axis turned. A magnetic field is fixed in one by means of suitable devices predetermined direction with respect to the vertical direction in at least a part of the Maintain the space occupied by the incision coil. Preferably this is Magnetic field at the location of the inclination coil directed vertically and homogeneously. It can z. B. by a current-carrying, surrounding the inclination coil, generated and maintained by a weight vertically held Helmholz spool will. This magnetic field induces an alternating current in the rotating inclination coil, which is representative of the angle of inclination of the borehole.

Die andere Spule wird einem anderen magnetischen Feld mit einer Horizontalkomponente von bestimmter bekannter azimutaler Richtung unterworfen. Dabei wird in dieser anderen, im Folgenden als Azimutalspule bezeichneten Spule, ein Wechselstrom induziert, dessen Phasenverschiebung gegenüber dem Wechselstrom in der Inklinationsspule repräsentativ für den Azimutalwinkel des Bohrlochs ist. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das zweitgenannte magnetische Feld von Magneten geliefert, die mit einem Breiselkompaß gekoppelt sind und von diesem in einer bekannten Kompaßrichtung gehalten werden. In einer anderen Ausführungsform ist das zweitgenannte magnetische Feld das Erdfeld.The other coil becomes a different magnetic field with a horizontal component subject to a certain known azimuthal direction. In this other, hereinafter referred to as the azimuthal coil, induces an alternating current, whose Phase shift with respect to the alternating current in the inclination coil is representative is for the azimuthal angle of the borehole. In one embodiment of the invention the second-mentioned magnetic field is supplied by magnets, which are connected to a gyro compass are coupled and held by this in a known compass direction. In another embodiment, the second-mentioned magnetic field is the earth's field.

Weiterhin gehört zur Erfindung.das Vermessen des Bohrlochs durch Erzeugen eines ersten und eines zweiten Signals für den jeweiligen Inklinationswinkel bzw. Azimutalwinkel an verschiedenen Stellen entlang des Bohrlochverlaufs und das Erzeugen eines Signals für den differentiellen Zuwachs der Bohrlochslänge und schließlich das Erzeugen weiterer Signale aufgrund trigonometrischer Beziehungen, die die differentiellen Positionsänderungen der Bohrlochabschnitte in einem geeigneten Koordinatensystem, z. B. in Zylinderkoordinaten, wiedergeben. Durch Summieren der vorgenannten Signale für die differentiellen Änderungen wird erfindungsgemäß ein Signal erzeugt, das die Position des Bohrlochs in dem vorgenannten Koordinatensystem für jede Teufe angibt.The invention also includes measuring the borehole by generating it a first and a second signal for the respective angle of inclination or Azimuthal angles at various points along the borehole and the creation a signal for the differential increase in borehole length and finally the generation of further signals based on trigonometric relationships that the differential Changes in the position of the borehole sections in a suitable coordinate system, z. B. in cylindrical coordinates. By summing the aforementioned signals for the differential changes, a signal is generated according to the invention that the position of the borehole in the aforementioned coordinate system for each depth indicates.

Zur vorliegenden Erfindung gehört auch ein mit dem vorgenannten Vermessungsinstrument gekoppelter Rechenapparat, der die Koordinaten jeder Stelle das Bohrloches in einem Koordinatensystem, dessen Ursprung mit dem Ausgangsounkt des Bohrloches an der Eredoberfläche zusammenfällt, errech-Die Abbildungen 1 bis; 13 dienen der Erläuterung . der Erfindung und sollen die Erfindung keineswegs auf die in den Abbildungen dargestellten Einzelheiten beschränken.The present invention also includes one with the aforementioned Surveying instrument Coupled computing device that stores the coordinates of every point in the borehole in one Coordinate system, the origin of which is the starting point of the borehole on the surface of the earth coincides, calculates the figures 1 to; 13 serve for explanation. the invention and are by no means intended to limit the invention to the details shown in the figures restrict.

Die Abbildung 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in einem Bohrloch und ein Blockschaltbild der Vorrichtung zum Verarbeiten der vQn dem in dem Bohrloch befindlichen Ap.paratgelieferten Signale.Figure 1 shows an embodiment of the invention in one Borehole and a block diagram of the apparatus for processing the vQn in the The Ap. supplied signals to the borehole.

Abbildung 2 ist ein Blockschaltbild des in Abbildung 1 dargestellten als Computer bezeichneten Blocks 120.Figure 2 is a block diagram of the one shown in Figure 1 blocks 120 referred to as computers.

Abbildung 3 zeigt die wesentlichen Teile der in einem geneigten Bohrlochsabschnitt befindlichen Vermessungsvorrichtung.Figure 3 shows the essential parts of an inclined borehole section located surveying device.

Abbildung 4 ist eine detaillierte Ansicht der Inklinationsspule des in Abbildung 3 dargestellten Vermessungsinstruments.Figure 4 is a detailed view of the inclination coil of the surveying instrument shown in Figure 3.

Abbildung 5 ist eine detaillierte Darstellung der kardanisch aufgehängten Helmholzspule aus der Abbildung 3, die dort die Inklinationsspule umgibt und ein vertika#es magnetisches Feld erzeugt.Figure 5 is a detailed illustration of the gimbal Helmholz coil from Figure 3, which surrounds the inclination coil there and a vertika # it creates a magnetic field.

Abbildung 6 schematisiert in einem dreidimensionalen Koordinatensystem den allgemeinen Fall einer in einem beliebig gerichteten Magnetfeld rotierenden Induktionsspule, die sowohl die Inklinationsspule als auch die Azimutaispule sein kann.Figure 6 schematically in a three-dimensional coordinate system the general case of a rotating in an arbitrarily directed magnetic field Induction coil, which can be both the inclination coil and the azimuth coil can.

Abbildung 7 ist eine Ansicht des unteren Teils einer modifizierten Ausführungsform des in Abbildung 3 dargestellten Vermessungsinstruments, in der man einen Kreiselkompaß erkennt, der für eine festgelegte Azimutalrichtung eines horizontalen Magnetfelds sorgt, das die Azimutalspule schneidet.Figure 7 is a view of the lower part of a modified one Embodiment of the surveying instrument shown in Figure 3, in which one recognizes a gyro compass, the one for a fixed azimuthal direction horizontal magnetic field that intersects the azimuthal coil.

Die Abbildung 8 und 8a zeigen Einzelheiten desjenigen Teils, das das Magnetfeld in der Abbildung 7 dargestellten Vorrichtung erzeugt.Figures 8 and 8a show details of the part that the Magnetic field generated in the device shown in Figure 7.

Abbildung 9 ist eine Ansicht des unteren Teils einer anderen modifizierten Form des Instruments der Abbildung 3, in der eine andere Möglickeit zum Aufrechterhalten eines horizontalen flagnetfelds von bekannter Azimutairichtung gezeigt wird.Figure 9 is a view of the lower part of another modified one Form of the instrument of Figure 3, in which another way to maintain of a horizontal flag array of known azimuth direction is shown.

Die Abbildungen. 10 und 10a zeigen detailliert das das Magnetfeld erzeugende Bauteil der Abbildung 9.The illustrations. 10 and 10a show in detail that the magnetic field generating component of Figure 9.

Die Abbildung 11 ist ein Blockschaltbild eines Analogrechners für ein Azimutalwinkelsignal, der in Kombination mit den Ausführungsformen der Vermessungsinstrumente nach Abbildung 7 und 9 benutzt werden kann.Figure 11 is a block diagram of an analog computer for an azimuthal angle signal that is used in combination with the embodiments of the surveying instruments can be used according to Figures 7 and 9.

Abbildung 12 ist ein dreidimensionales Koordinatensystem und eine trigonometrische Konstruktion zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Figure 12 is a three-dimensional coordinate system and a trigonometric construction to explain the method according to the invention.

Abbildung 13 ist die xy-Ebene der Abbildung 12.Figure 13 is the xy plane of Figure 12.

Eine Ausführungsform der Erfindung soll nunmehr anhand der Abbildung 3 erklärt werden. Die Inklinationsspule 10, deren Drahtwindungen in ein geeignetes Isoliermaterial eingegossen sind, ist mittels der Kupplung 12 an einen Elektromotor 11 konstanter Drehzahl angekoppelt. Der Elektromotor 11, der z. 3. ein Synchronmotor sein kann, ist an einem Flansch 14 befestigt. Der Flansch 14 ist seinerseits am oberen Teil 13 des Instrumentengehäuses befestigt. Der obere Teil 13 des Instrumentengehäuses besteht aus magnetisch permeablem Material, so daß die Inklinationsspule 10 vom Magnetfeld der Erde abgeschirmt wird. Der obere Teil 13 des Instrumentengehäuses bildet mit dem unteren Teil 15 eine zusammenhängende zylindrische Umhüllung für die gesamte Meßeinrichtung. Der untere Teil 15 des Instrumentengehäuses ist aus nichtmagnetischem Material, wie z. 3. Aluminium oder Plastik hergestellt. Das gesamte, aus dem oberen Teil 13 und dem unteren Teil 15 bestehende Instrumentengehäuse bilerdet eine längliche zylindrische Form, die hinreichend lang ist, um eine Paralellstellung der Gehäuselängsachse zur Bohrlochachse zu gewährleisten. Um diese Paralellstellung von Gehäuselängsachse und Bohrlochachse zu garantieren, können auch Zentriervorrichtungen an dem oberen Teil des Gehäuseteils 13 und an dem unteren Teil des Gehäuseteils 15 angebracht werden. Ein Flansch 16 aus magnetisch permeablem Material schließt den Gehäuseteil 13 nach unten zum Gehäuseteil 15 hin ab. In den Flansch 16 ist die Halterung 17 für das Lager 18 eingearbeitet. Im Lager 18 ist die Hohlwelle 19, die am unteren Teil der Inklinationsspule 10 befestigt ist, drehbar gelagert. Motor 11 und Lagerhalterung 17 sind an den Flanschen 14 bzw. 16 so angebracht, daß die Rotationsachse der Hohlwelle 19 paralell zur äußeren Oberfläche des Instrumentengehäuses 13, 15 ausgerichtet ist, so daß die Rotationsachse der Inklinationsspulel0 im wesentlichen paralell mit der Bohrlochachse verläuft. Eine Helmholtz-Spule 40, deren Einzelheiten in Abbildung 5 wiedergegeben sind, umgibt die Inklinationsspule 10. Die Helmholtz-Spule 40 ist im oberen Gehäuseteil 14 kardanisch aufgehängt, so daß das von ihr erzeugte Magnetfeld stets senkrecht orientiert bleibt. Da das in der Inklinationsspule 10 induzierte Wechselstromsignal hinsichtlich der Inklination des Instrumentengehäuses 13, 15 geeicht werden kann, ist an Steile der Helsholtz-Spule 40 auch jede andere-Vorrichtung geëïgne~t~,- die ein Magnetfeld mit einer konstanten Richtung bezüglich der Vertikalrichtung aufrechterhält. Da jedoch ein homogenes vertikales Magnetfeld bevorzugt wird, ist eine Helmholtz-Spule ein bevorzugtes einfaches Mittel zur Erzeugung eines derartigen Feldes, Wenn sich das Instrumentengehäuse 13, 15 in einem Bohrloch ohne Inklination befindet, fällt die zentrale Achse der Helmholtz-Spule 40 mit der Rotationsachse der Inklinationsspule 10 zusammen und die Windungen der Inklinationsspule 10 schneiden die Feldlinien der Helmholtz-Spule in einer Weise, daß insgesamt keine Spannung in der Inklinationsspule 10 induziert wird. Sobald sich das Instrumentengehäuse 13, 15 jedoch in einem schr«pærlauSenden Bohrlochabschnitt befindet, bildet die Achse der Relmholtz-Spule 40 einen von 0 verschiedenen Winkel mit der Rotationsachse der Inklinationsspule und in dieser wird eine Wechselspannung induziert, deren Mittelwert gemäß Formel 1 proportional sin #1 ist, wobei 1 der Winkel zwischen dem Magnetfeld der Helaholtz-Spule 40 und der Rotationsachse der Inklinationsspule 10 und somit der Inklinationswinkel des Bohrloches ist. Der Proportionalitätsfaktor Winkel hängt von der Anzahl der Drahtwindungen, der Fläche und der Rotationsgeschwindigkeit der Inklinationsspule 10 sowie von der Magnetfeldstärke der Helmholtz-Spule 40 ab und enthält außerdem eine numerische Konstante zur zeitlichen Mittelung der Wechselspannung. An embodiment of the invention will now be explained with reference to FIG. The inclination coil 10, the wire windings of which are cast in a suitable insulating material, is coupled to an electric motor 11 of constant speed by means of the coupling 12. The electric motor 11, the z. 3. Can be a synchronous motor, is attached to a flange 14. The flange 14 is in turn attached to the upper part 13 of the instrument housing. The upper part 13 of the instrument housing consists of magnetically permeable material, so that the inclination coil 10 is shielded from the magnetic field of the earth. The upper part 13 of the instrument housing forms with the lower part 15 a coherent cylindrical envelope for the entire measuring device. The lower part 15 of the instrument housing is made of non-magnetic material, such as. 3. Made of aluminum or plastic. The entire instrument housing consisting of the upper part 13 and the lower part 15 forms an elongated cylindrical shape which is long enough to ensure that the longitudinal axis of the housing is parallel to the borehole axis. In order to guarantee this parallel position of the housing longitudinal axis and the borehole axis, centering devices can also be attached to the upper part of the housing part 13 and to the lower part of the housing part 15. A flange 16 made of magnetically permeable material closes the housing part 13 downwards towards the housing part 15. The bracket 17 for the bearing 18 is incorporated into the flange 16. The hollow shaft 19, which is fastened to the lower part of the inclination coil 10, is rotatably mounted in the bearing 18. Motor 11 and bearing holder 17 are attached to the flanges 14 and 16, respectively, so that the axis of rotation of the hollow shaft 19 is parallel to the outer surface of the instrument housing 13, 15 so that the axis of rotation of the inclination coil 0 is substantially parallel to the borehole axis. A Helmholtz coil 40, the details of which are shown in Figure 5, surrounds the inclination coil 10. The Helmholtz coil 40 is gimbaled in the upper housing part 14 so that the magnetic field generated by it always remains oriented vertically. Since the alternating current signal induced in the inclination coil 10 can be calibrated with regard to the inclination of the instrument housing 13, 15, any other device that maintains a magnetic field with a constant direction with respect to the vertical direction is also suitable at the location of the Helsholtz coil 40 . However, since a homogeneous vertical magnetic field is preferred, a Helmholtz coil is a preferred simple means of generating such a field. When the instrument housing 13, 15 is in a borehole without inclination, the central axis of the Helmholtz coil 40 coincides with the axis of rotation the inclination coil 10 together and the turns of the inclination coil 10 intersect the field lines of the Helmholtz coil in such a way that overall no voltage is induced in the inclination coil 10. As soon as the instrument housing 13, 15 is in a sloping borehole section, however, the axis of the Relmholtz coil 40 forms an angle different from 0 with the axis of rotation of the inclination coil and an alternating voltage is induced in this, the mean value of which is proportional to sin # according to formula 1 1, where 1 is the angle between the magnetic field of the Helaholtz coil 40 and the axis of rotation of the inclination coil 10 and thus the angle of inclination of the borehole. The proportionality factor angle depends on the number of wire windings, the area and the speed of rotation of the inclination coil 10 and on the magnetic field strength of the Helmholtz coil 40 and also contains a numerical constant for averaging the alternating voltage over time.

Um die in der Inklinationsspule 10 induzierte Spannung zum -Messen der Bohrlochinklination zu benutzen, wird man zweckmäßigerweise das Instrument vor seinem Einsatz eichen. Hierzu kann man das Instrument in einem bekannten Winkel neigen und die in der Inklinationsspule 10 induzierte mittlere Wechseispannung messen rund erhält so in Ubereinstimmung mit Formel 1 aus den bekannten Größen den Proportionalitätsfaktor Winkel gemäß Formel 2. (2) Kinkl (Einkl)gemesse }sin eingestellt Die analog wie die Inklinationsspule 10 konstruierte Azimutalspule 20 wird durch die biegbare Welle 21, die an die Hohlwelle 19 angeschlossen ist, um eine senkrechte Achse mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit, wie sie die Inklinationsspule 10 besitzt, in Rotation gehalten. Die senkrechte Lage der Azimutalspule 20 wird durch ein an ihr befestigtes Bleigewicht 22 gewährleistet. Da sich die Azimutalspule 20 in dem aus nichtmagnetischem Material bestehenden Gehäuseteil 15 befindet, wird in ihr durch-das Magnetfeld der Erde eine Wechselspannung induziert, die jedes Mal dann null ist, wenn die Windungsebene der Azimutalspule 20 senkrecht zur magnetischen Nord-Südrichtung steht. Dieses Wechselspannungssignal wird durch die flexiblen Leitungen 23a und 23b durch die Hohlwelle 19 hinauf zu den Schleifringen 24 und 25 am oberen Teil der Hohlwelle 19 geleitet. Auf der Hohlwelle 19 befinden sich auch Schleifringe 26 und 27, die mit den Windungsenden der Inklinationsspule 10 verbunden sind. Die Signale werden von den Schleifringen 24, 25, 26, 27 mittels der Bürsten 28, 29, 30 und 31 abgenommen. An die Bürsten 28, 29, 30 und 31 sind zwei Paar von Signalleitungen 32 und 33 angeschlossen, durch den Flansch 14 hindurchgeführt und zu einem armierten Kabel --vereinigWdas hinauf zur Erdoberfläche führt und dort mit der elektronischen Einrichtung verbunden ist. In dem armierten Kabel 34 sind auch Stromzuführungen, z. B. für den Motor 11, vorgesehen.In order to use the voltage induced in the inclination coil 10 to measure the borehole inclination, the instrument is expediently calibrated before it is used. For this purpose, the instrument can be tilted at a known angle and the mean alternating voltage induced in the inclination coil 10 can be measured. (2) Kinkl (Einkl) measured} are set The azimuthal coil 20, constructed analogously to the inclination coil 10, is kept in rotation about a vertical axis at the same rotational speed as the inclination coil 10 has by the flexible shaft 21, which is connected to the hollow shaft 19. The vertical position of the azimuthal coil 20 is ensured by a lead weight 22 attached to it. Since the azimuthal coil 20 is located in the housing part 15 made of non-magnetic material, an alternating voltage is induced in it by the earth's magnetic field, which is zero every time the winding plane of the azimuthal coil 20 is perpendicular to the magnetic north-south direction. This alternating voltage signal is passed through the flexible lines 23a and 23b up through the hollow shaft 19 to the slip rings 24 and 25 on the upper part of the hollow shaft 19. On the hollow shaft 19 there are also slip rings 26 and 27, which are connected to the winding ends of the inclination coil 10. The signals are picked up by the slip rings 24, 25, 26, 27 by means of the brushes 28, 29, 30 and 31. Two pairs of signal lines 32 and 33 are connected to the brushes 28, 29, 30 and 31, passed through the flange 14 and combined to form an armored cable that leads up to the surface of the earth and is connected there to the electronic equipment. In the armored cable 34 power supplies, for. B. for the engine 11 is provided.

Es wird darauf hingewiesen, daß es für die Erfindung nicht wesentlich ist, die Azimutalspule 20 an einer flexiblen Welle zu befestigen. In einer anderen Ausführungsform der Erfiniung kann die Azimutalspule 20 auch an einer starren Rotationsachse befestigt sein, so daß die Rotationsachse der Azimutaispule 20 paralell mit der Rotationsachse der Inklinationsspule 10 verläuft. Eine derartige Ausführungsform wurde zwar zu einem Azimutalspulensignal führen, dessen Intensität mit der Inklination des Instrumentes variieren würde. Dieses wäre aber kein Nachteil, da es für die Bestimmung des Azimutalwinkels lediglich auf die Phase des Azimutalspulensignals und.nicht auf dessen Amplitude ankommt.It should be noted that it is not essential to the invention is to attach the azimuthal coil 20 to a flexible shaft. In another Embodiment of the invention, the azimuthal coil 20 can also be on a rigid axis of rotation be attached so that the axis of rotation of the Azimuth coil 20 runs parallel to the axis of rotation of the inclination coil 10. Such a one Embodiment would lead to an azimuthal coil signal, its intensity would vary with the inclination of the instrument. But this would not be a disadvantage since it only depends on the phase of the azimuthal coil signal for the determination of the azimuthal angle and its amplitude is not important.

In einer derartigen Ausführungsform ist der Phasenwinkel zwischen dem Azimutalspulensignal und dem Inklinationsspulensignal jedoch im allgemeinen nicht gleich dem zu bestimmenden Azimutalwinkel, sondern ist mit diesem durch eine mathematische Beziehung gemäß Formel 7a oder 7b verknüpft, wie unten erklärt werden wird Damit die Phasenbeziehung zwischen den Signalen der Azimutalspule 20 und der Inklinationsspule 10 repräsentativ für den Azimutalwinkel des Bohrloches ist, genügt es, die zwei Spulen während ihrer Rotation in einer bestimmten Orientierung relativ zueinander zu fixieren. In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Spulen koplanar für den Fall, daß das Instrumentengehäuse 13, 15 senkrecht ausgerichtet ist.In such an embodiment, the phase angle is between however, the azimuthal coil signal and the inclination coil signal in general not equal to the azimuthal angle to be determined, but is with this through a mathematical relationship linked according to formula 7a or 7b, as explained below So that the phase relationship between the signals of the azimuthal coil 20 and the Inclination coil 10 is representative of the azimuthal angle of the borehole, is sufficient it, the two coils relatively in a certain orientation during their rotation to fix to each other. In a preferred embodiment, both coils are coplanar in the event that the instrument housing 13, 15 is aligned vertically.

Anhand einiger spezieller Situationen soll die Arbeitsweise dieser bevorzugten Ausführungsform erläutert werden. Situation 1) Es wird angenommen, daß das Gerät nicht geneigt ist, d. h. daß die Inklination des Bohrloches null ist. Dann wird in der Inklinationsspule 10 keine Spannung induziert, da ihre Rotationsachse paralell mit der Richtung des Magnetfeldes der Helmholtz-Spule 40 verläuft, nämlich in der senkrechten Richtung. Außerdem ist die Inklinationsspule 1Q vom Magnetfeld der Erde durch den oberen Gehäuseteil 13 abgeschirmt. In der Azimutalspule 20 hingegen wird eine Wechselapannung induziert, da diese Spule durch den unteren Gehäuseteil 15 vom Magnetfeld der Erde nicht abgeschirmt ist.The working method of this preferred embodiment will be explained. Situation 1) It is assumed that the device is not tilted, d. H. that the inclination of the borehole is zero. No voltage is then induced in the inclination coil 10 because of its axis of rotation runs parallel to the direction of the magnetic field of the Helmholtz coil 40, namely in the vertical direction. In addition, the inclination coil 1Q is from the magnetic field shielded from the earth by the upper housing part 13. In the azimuthal coil 20, however an alternating voltage is induced because this coil passes through the lower part of the housing 15 is not shielded from the earth's magnetic field.

Die induzierte Wechsel spannung ist Jedesmal dann null, wenn die magnetische Nord-Südrichtung normal auf der Windungsebene der Azimutalspule 20 steht. Situation 2) Das Gerät ist einige Grade gegen die Vertikalrichtung geneigt, und zwar in Richtung des magnetischen Nordpols. Jetzt wird in der Inklinationsspule 10 eine Wechselspannung induziert, die Jedesmal dann null ist, wenn auch die in der Azimutalspule 20 induzierte Spannung null ist. Mit anderen Worten: Wenn das Bohrloch in der magnetischen Nord-Südrichtung geneigt ist, sind die Signale der beiden rotierenden Spulen in Phase. Situation 3) Das Gerät soll um den gleichen Winkel, wie in der Situation 2, gegen die senkrechte Richtung geneigt sein, dieses Mal jedoch in einer Richtung, die senkrecht zur magnetischen Nordrichtung liegt. In dieser Situation wird in der Azimutalspule 20 die gleiche Wechselspannung induziert wie in der Situation 2. Die in der Inklinationsspule 10 induzierte Wechsel spannung hat zwar den gleichen zeitlichen Mittelwert wie in Situation 2, jedoch eine um 900 gegenüber der Situation 2 verschobene Phase.The induced alternating voltage is zero every time the magnetic north-south direction is normal on the winding plane of the azimuthal coil 20. Situation 2) The device is inclined a few degrees against the vertical direction, and although in the direction of the magnetic north pole. Now is in the inclination coil 10 induces an alternating voltage that is zero every time the in the azimuthal coil 20 induced voltage is zero. In other words, if that The borehole is tilted in the north-south magnetic direction, the signals are the two rotating coils in phase. Situation 3) The device is supposed to be around the same Angle, as in situation 2, may be inclined against the vertical direction, this Times, however, in a direction that is perpendicular to magnetic north. In this situation, the same alternating voltage is induced in the azimuthal coil 20 as in situation 2. The alternating voltage induced in the inclination coil 10 has the same time average as in situation 2, but around 900 phase shifted compared to situation 2.

Folglich beträgt auch die Phasenverschiebung gegenüber der Azimutalspulenwechselspannung qOO . Diese drei Situationen zeigen somit, daß der Phasenwinkel zwiSchen Inklinationsspulensignal und Azimutalspulensignal bei dieser Ausführungsform gleich dem Azimutalwinkel des Bohrloches ist, während das zeitliche Mittel des Inklinationsspulensignals ein MAß für den Inklinationswinkel des Bohrloches darstellt.As a result, there is also the phase shift with respect to the azimuthal coil AC voltage qOO. These three situations thus show that the phase angle between the inclination coil signal and azimuthal coil signal in this embodiment is equal to the azimuthal angle of the Borehole is a measure of the time average of the inclination coil signal represents the angle of inclination of the borehole.

Abbildung 4 zeigt eine Ausführungsform.der Inklinationsspule 10. Man erkennt eine Anzahl von Drahtwindungen, die in einen Block 10a aus geeignetem Vergußmaterial eingegossen sind. Zum Zwecke der Deutlichkeit ist dieser Block 10a als ein transparenter Plastikblock dargestellt. Am unteren Teil des Blockes 10a ist die Hohlwelle 19 befestigt, die die Signaldrähte 23a und 23b, die von der Azimutalspule kommen, aufnimmt. Diese Drähte sind auch in dem Block lOa eingegossen.Figure 4 shows an embodiment of the inclination coil 10. Man detects a number of turns of wire in a block 10a of suitable potting material are poured. For the sake of clarity, this block 10a is more transparent than one Plastic block shown. The hollow shaft 19 is attached to the lower part of the block 10a, which receives the signal wires 23a and 23b coming from the azimuthal coil. These Wires are also potted in the block 10a.

Vom oberen Teil des Blockes 10a geht der obere Teil der Hohlwelle 19 aus, der die keleifrånge 24 bis 27 trägt. Vorzugsweise wird der.die Schleifringe tragende Teil der Welle 19 aus geeignetem Isoliermaterial hergestellt und mit dem Block 10a und den Schleifringen 24 bis 27 als eine Einheit gegosßen. Die oberen beiden SahleiSringe 24 und 25 sind durch die Leitungsdrähte 23a und 23b mit der Azimutalspule 20 verbunden, wobei diese Leitungsdrähte in den oberen Teil der Hohlwelle 19 und in den Block 10a mit eingegossen sind und durch den unteren hohlen Teil der Welle 19 zu der Azimutalspule 20 hingeführt werden.The upper part of the hollow shaft goes from the upper part of the block 10a 19th who wears keleifrånge 24 to 27. Preferably der.die slip rings bearing part of the shaft 19 made of suitable insulating material and with the Block 10a and slip rings 24 to 27 cast as one unit. The top two SahleiSringe 24 and 25 are through the lead wires 23a and 23b with the Azimuthal coil 20 connected, these lead wires in the upper part of the hollow shaft 19 and are cast in the block 10a and through the lower hollow part of the Shaft 19 are guided to the azimuthal coil 20.

Die Inklinationsspule 10 kann selbstverständlich auch auf jede andere Weise konstruiert werden. Wesentlich ist nur, daß die Spulenwindungen in einer für die Rotation geeigneten Weise getragen werden und die Signalleitungsdrähte isoliert sind.The inclination coil 10 can of course also be applied to any other Way to be constructed. It is only essential that the coil turns in a for the rotation are appropriately supported and the signal line wires are insulated are.

Die in der Abbildung 3 dargestellte Azimutalspule 20 kann in ähnlicher Weise wie die Inklinationsspule 10 konstruiert werden, lediglich mit dem Unterschied, daß an ihrem unteren Teil ein Gewicht 22 befestigt ist und von ihrem oberen Teil eine biegbare Welle 21 und biegbare Signalleitungen 23a und 23b ausgehen.The azimuthal coil 20 shown in Figure 3 can be similar Way how the inclination coil 10 are constructed, with the only difference that a weight 22 is attached to its lower part and from its upper part a bendable shaft 21 and bendable signal lines 23a and 23b extend.

Die Abbildung 5 veranschaulicht, wie die Helmholtz-Spule 40 konstruiert und aufgehängt sein kann. Man erkennt die koaxialen Spulen 41 und 42, diesen einem gewissen Abstand angeordnet sind. Die S-pulen 41 und 42 sind in einen Hohlzylinder 40 aus geeigneter Vergußmasse eingegossen. Diese Vergußmasse ist aus Gründen der Deutlichkeit auch hier wieder als transparentes Plastikmaterial illustriert. Ebenfalls -ist in den Hohlzylinder 40,und zwar in seinem unteren Teil, das ringförmige Gewicht 43 mit eingegossen. Die Windungen der Spulen 41 und 42 werden über die ebenfalls eingegossenen Kontakte 44 und 45 und über die biegbaren Zuleitungen 49 und 50 mit Gleichstrom versorgt.-Die Gl-eichstromquelle ist in der Abbildung nicht dargestelltx Die Spulen 41 und 42 sind in Reihe geschaltet und die hierzu erforderlichen Verbindungsdrähte 46,47 und 48 sind ebenfalls in den Hohl zylinder 40 miteingegossen. Beim Anlegen einer Gleichspannung an die Klemmen 44 und 45 baut sich ein im Innern des Hohlzylinders 40 axialgerichtetes Magnetfeld auf. Der Hohlzylinder 40 ist mit den an seinem oberen Teil angebrachten Zapfen 55 und 56 drehbar in dem Kardanring 57 aufgehängt, der seinerseits mit den Zapfen 58 und 59 im Gehäuseteil 13 drehbar gelagert ist.Figure 5 illustrates how the Helmholtz coil 40 is constructed and can be hung. You can see the coaxial coils 41 and 42, this one are arranged a certain distance. The S-coils 41 and 42 are in a hollow cylinder 40 cast from a suitable potting compound. This potting compound is for the sake of Clarity illustrated here again as a transparent plastic material. Likewise -is in the hollow cylinder 40, in its lower part, the annular weight 43 cast in. The turns of the coils 41 and 42 are also on the molded contacts 44 and 45 and via the flexible leads 49 and 50 supplied with direct current.-The calibration current source is not shown in the figure x The coils 41 and 42 are connected in series and the connecting wires required for this purpose 46, 47 and 48 are also cast into the hollow cylinder 40. When putting on a DC voltage to the terminals 44 and 45 builds up inside the hollow cylinder 40 axially directed magnetic field. The hollow cylinder 40 is with the at its upper Part attached pins 55 and 56 rotatably suspended in the gimbal ring 57, the is in turn rotatably mounted in the housing part 13 with the pins 58 and 59.

Somit ist der Hohl zylinder 40 in bekannter Weise kardanisch aufgehängt und die vertikale Richtung des in seinem Inneren befindlichen Magnetfeldes ist gewährleistet. Jede andere Art einer kardanischen Aufhängung für die Helmholtz-Spule 40 ist selbstverständlich auch geeignet. Statt der Zapfenlagerung kann die kardanische Aufhängung beispielsweise auch über Kugellager oder Gelenkverbindungen erfolgen.Thus, the hollow cylinder 40 is gimbaled in a known manner and the vertical direction of the internal magnetic field is guaranteed. Any other type of cardanic suspension for the Helmholtz coil 40 is self-evident also suitable. Instead of the journal mounting, the cardanic suspension can, for example also take place via ball bearings or articulated connections.

Die bisher anhand der Abbildungen 3, 4 und 5 beschriebene Ausführungsform unterwirft die Inklinationsspule einem stets vertikalgerichteten Magnetfeld und die Azimutalspule dem Erdmagnetfeld. Nunmehr soll gezeigt werden, daß eine erfindungsgemäße Vermessungsvorrichtung auch mit zwei Magnetfeldern, die beliebig gerichtet sind, arbeiten kann. Es ist lediglich notwendig, daß die Richtung dieser Magnetfelder ständig bekannt ist.The embodiment described so far with reference to Figures 3, 4 and 5 subjects the inclination coil to an always vertically directed magnetic field and the azimuthal coil to the earth's magnetic field. It will now be shown that an inventive Surveying device also with two magnetic fields, which are directed in any direction, can work. It is only necessary that the direction of these magnetic fields is constantly known.

Die Abbildung 6 illustriert den allgemeinen Fall einer einem beliebig gerichteten Magnetfeld unterworfenen Induktionsspule. Man erkennt ein erdfestes kartesisches Koordinatensystem xyz, dessen Achse vertikal und dessen x-Achse nach Norden gerichtet sein soll. Eine Spule von n Windungen und der Fläche A ist im Koordinatenursprung zentriert und rotiert mit einer Winkelgeschwindigkeit # um die Achse z', die mit dem Durchmesser der Spule zusammenfällt. z'bildet einen Winkel 1 mit der z-Achse und die Ebene zz' bildet einen Winkel #1 mit der Ebene xz. Eine homogene magnetische Induktion B hat die allgemeine Richtung b, welche durch die Winkel #2 und e2 definiert ist. Die Achse z' liegt in der bz'-Ebene und ist orthogonal zu z'. Die Rotationsposition der Spule wird durch den Winkel e' angegeben, d. h. durch den Winkel, den die Normale N der-Spule mit der Achse x' bildet. Der Winkel § zwischen z' und b ist dann durch die Formel 3 gegeben.Figure 6 illustrates the general case of any one Directional magnetic field subjected to induction coil. One recognizes a solid one Cartesian coordinate system xyz, its axis vertical and its x-axis after Should be directed north. A coil of n turns and the area A is in the origin of the coordinates centers and rotates with an angular velocity # around the axis z ', which is marked with coincides with the diameter of the coil. z 'forms one angle 1 with the z-axis and the plane zz 'forms an angle # 1 with the plane xz. One homogeneous magnetic induction B has the general direction b which is determined by the Angles # 2 and e2 is defined. The axis z 'lies in the bz' plane and is orthogonal to z '. The rotational position of the spool is given by the angle e ', i.e. H. by the angle which the normal N of the coil forms with the axis x '. The angle § between z 'and b is then given by formula 3.

(3) cos # = sin #1 cos #1 sin #2 cos #2 + sin 1 Bin @1 sin 2 sin e2 + cos #1 cos Es soll bemerkt werden, daß sich die Winkel #1 und 61 im Vergleich zum Winkel #' langsam verändern. #2 und 62 sind konstant.(3) cos # = sin # 1 cos # 1 sin # 2 cos # 2 + sin 1 Bin @ 1 sin 2 sin e2 + cos # 1 cos It should be noted that angles # 1 and 61 are compared slowly change to angle # '. # 2 and 62 are constant.

Der Induktionsfluß durch die Spule beträgt Fluß - AB sin # cos und die induzierte elektromotorische Kraft E ist E - - n d Fluß, woraus sich die Formel (4) ergibt.The induction flux through the coil is flux - AB sin # cos and the induced electromotive force E is E - - n d flux, from which the formula (4) results.

(4) E = sin # sin #' In Formel (4) bedeutet K = nAB # und es ist Gebrauch gemacht worden.(4) E = sin # sin # 'In formula (4), K = nAB # means and it is usage been made.

Die Formel 4 reduziert sich auf die Formeln 5, 6, 8 und 9 für die folgenden Spezialfälle I, II, III und IV.Formula 4 is reduced to formulas 5, 6, 8 and 9 for the following special cases I, II, III and IV.

Spezialfall I: Das Magnetfeld BI soll senkrecht sein, d. h.: BI = (BI) z, #2 = 0 Aus (3) ergibt sich # = #1. Damit folgt aus (4): (5) EI = nA # (BI) z sin #1 sin #'I Spezialfall II: Das Magnetfeld BII soll waagerecht sein, d. h.: BII = (BII) x, #2 = II/2, #2 = 0 Aus (3) ergibt sich cos # = sin #1 cos #1, d. h.: Damit folgt aus (4): Dabei bedeutet in den obigen Formeln #'I die Winkelverschiebung von N gegenüber xl, das in der xz'-Ebene liegt und zu z'orthogonal ist sowie #'II die Winkelverschiebung von N gegenüber x'II, das in der zz'-Ebene liegt. und ebenfalls zu z orthogonal ist.Special case I: The magnetic field BI should be perpendicular, ie: BI = (BI) z, # 2 = 0 From (3), # = # 1 results. It follows from (4): (5) EI = nA # (BI) z sin # 1 sin # 'I Special case II: The magnetic field BII should be horizontal, ie: BII = (BII) x, # 2 = II / 2 , # 2 = 0 From (3) we get cos # = sin # 1 cos # 1, ie: It follows from (4): In the above formulas # 'I means the angular displacement of N with respect to xl, which lies in the xz' plane and is orthogonal to z''II, and # 'II means the angular displacement of N with respect to x'II, that in the zz' plane lies. and is also orthogonal to z.

Die Phasendifferentz zwischen EII und EI beträgt α = #'II - #'I und ist durch mit 1 und #1 verknüpft.The phase difference between EII and EI is α = # 'II - #' I and is through linked to 1 and # 1.

Spezialfall III: Das Magnetfeld BIII soll eine senkrechte Komponente ( (BIII)z und eine waagerechte Komponente (BIII)x besitzen. EIII ist dann die Summe aus (5) und (6): Spezialfall IV: Die Rotationsachse der Spule soll vertikal sein, d. h.Special case III: The magnetic field BIII should have a vertical component ((BIII) z and a horizontal component (BIII) x. EIII is then the sum of (5) and (6): Special case IV: The axis of rotation of the coil should be vertical, ie

O. Wegen (7a) oder (7b? wird α= 91 und (8) vereinfacht sich zu (9) EIV = nA#(BIV)x sin (α+#'I);(α= #1) Den Azimutalwinkel 01 des Bohrloches erhält man durch Messen des Phasenwinkels α zwischen dem Inklinationsspulensignal Einkl (wie im Spezialfall I) und dem Azimutalspulensignal Eazi. Ist die Achse der Azimutalspule (wie im Spezialfall IV) vertikal, so ist der gemessene Phasenwinkel α unmittelbar dem gewünschten Winkel @1 gleich. Ist die Achse der Azimutalspule hingegen gegen die Vertikale geneigt und hat das Magnetfeld (z. B. das Erdfeld) sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Komponente (wie im Spezialfall III), dann ist der gemessene Phasenwinkel α zwischen Eazi und Einkl keine eindeutige Funktion des Winkels #1, weil die Vertikalkomponente des Magnetfeldes nämlich einen mit Einkl in Phase liegenden Beitrag zu Eazi (erster Term in (8)) liefert, während die Horizontalkomponente einen umαgegen die Phase von Einkl verschobenen Anteil zu Eazi (zweiter Term in (8)) beiträgt. Um ein Azimutalspulensignal zu erhalten, das eindeutig von @1 abhängt, muß man die mit Einkl in Phase befindliche Komponente von Eazi (das ist der erste Derem in (8)) eliminieren. Dieses kann auf zwei Weisen geschehen. 1) Man schaltet die Vertikalkomponente des Magnetfeldes aus, d. h. man arbeitet wie im Spezialfall II oder 2) man subtrahiert den unerwünschten Anteil von Ea auf elektrische Weise, d. h. man zieht den Anteil (BIII)z/(BI)z aus EI von EIII ab und erhält In beiden Bällen wird der Phasenwinkel zwischen Einkl und dem so erhaltenen neuen Eazi der Winkel 0( sein. Dieser Winkel α ergibt zusammen mit dem gemessenen Inklinationswinkel #1 gemäß (7b) den gewünschten Azimutalwinkel i1 Dieses zusammengefaßt: Man kann entweder eine Azimutalspule mit vertikaler Achse in einem Magnetfeld mit vertikaler und horizontaler Komponente benutzen und @1 direkt aus dem Phasenwinkel zwischen Eazi und Einkl erhalten oder man benutzt eine Azimutalspule mit geneigter Achse, eliminiert dann entweder die Vertikalkomponente des Magnetfelds oder den von dieser zu E azi beigetragenen Anteil und berechnet indirekt gemäß (7b).O. Because of (7a) or (7b? Becomes α = 91 and (8) simplifies to (9) EIV = nA # (BIV) x sin (α + # 'I); (α = # 1) The azimuthal angle 01 of the borehole is obtained by measuring the phase angle α between the inclination coil signal Einkl (as in special case I) and the azimuthal coil signal Eazi. If the axis of the azimuthal coil (as in special case IV) is vertical, the measured phase angle α is directly equal to the desired angle @ 1 If, on the other hand, the axis of the azimuthal coil is inclined to the vertical and the magnetic field (e.g. the earth's field) has both a vertical and a horizontal component (as in special case III), then the measured phase angle α between Eazi and Einkl is not unambiguous Function of the angle # 1, because the vertical component of the magnetic field supplies a contribution to Eazi (first term in (8)) that is in phase with Einkl (first term in (8)), while the horizontal component provides a component to Eazi (second term in (8) shifted by α against the phase of Einkl) )) contributes. To To obtain an azimuthal coil signal that clearly depends on @ 1, one has to eliminate the component of Eazi which is in phase with Einkl (this is the first derem in (8)). This can be done in two ways. 1) The vertical component of the magnetic field is switched off, ie one works as in special case II or 2) one subtracts the undesired part of Ea in an electrical way, ie one subtracts the part (BIII) z / (BI) z from EI from EIII and receives In both balls, the phase angle between Einkl and the new Eazi obtained in this way will be the angle 0 (. This angle α, together with the measured inclination angle # 1 according to (7b), results in the desired azimuthal angle i1 This summarized: You can either use an azimuthal coil with a vertical axis in a magnetic field with vertical and horizontal components and get @ 1 directly from the phase angle between Eazi and Einkl or one uses an azimuthal coil with an inclined axis, then either eliminates the vertical component of the magnetic field or the part it contributed to E azi and calculates indirectly according to (7b).

Aus dem Vorangegangenen erkennt man deutlich, daß verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vermessungsgerätes möglich sind. Eine solche Ausführungsform ist die in den Figuren 3, 4 und .5 dargestellte. Dort arbeitet die Inklinationsspule gemäß Spezialfall I und ihr Signal ist in Ubereinstimmung mit (5) folgendes: (A 1,a) Einkl = (nA#)inkl (BI)z sin #1 sin Die Azimutalspule arbeitet in dieser Ausführungsform gemäß Spezialfall IV im Erdfeld und ihr Signal hat in Ubereinstimmung mit (9) folgende Form: (A 1,b) Eazi = (nA#)azi (BE)x sin (#1 + #'I) Bei diesem Beispiel erhält man den Inklinationswinkel 1 aus der Amplitude von Einkl und den Azimutalwinkel #1 aus der Phasendifferenz zwischen Einki und Eazi-Die in Figur 7 dargestellte Ausführungsform ist eine Abwandlung des Gerätes der Figur 3. Es ist ein mit einem kardanisch aufgehängten Magneten gekoppelter Kreiselkompaß vorgesehen, so daß die Azimutalspule von einem horizontalen Magnetfeld bekannter Azimutalrichtung geschnitten wird. Der obere, die Inklinationsspule enthaltende Teil des Gerätes ist nicht dargestellt, er entspricht dem des Gerätes der Figur 3.From the foregoing it can be seen clearly that different embodiments of the surveying device according to the invention are possible. Such an embodiment is that shown in Figures 3, 4 and .5. This is where the inclination coil works according to special case I and its signal is in agreement with (5) the following: (A 1, a) Einkl = (nA #) inkl (BI) z sin # 1 sin The azimuthal coil works in this embodiment according to special case IV in the earth field and its signal has the following in accordance with (9) Form: (A 1, b) Eazi = (nA #) azi (BE) x sin (# 1 + # 'I) In this example we get the angle of inclination 1 from the amplitude of Einkl and the azimuthal angle # 1 the phase difference between Einki and Eazi-Die embodiment shown in FIG is a modification of the device of Figure 3. It is a gimbal-mounted one Magnet-coupled gyro compass provided so that the azimuthal coil of one horizontal magnetic field of known azimuthal direction is intersected. The upper, the Part of the device containing the inclination coil is not shown, it corresponds that of the device of Figure 3.

Infolgedessen arbeitet die Inklinationsspule wie im Spezialfall I und ihr Signal ist durch Formel (A~1Xa) wiedergegeben.As a result, the inclination coil works as in special case I. and its signal is represented by formula (A ~ 1Xa).

Die Azimutalspule arbeitet wie im Spezialfall II und ihr Signal ist in Ubereinstimmung mit (6) folgendes: In dieser Ausführungsform erhält man den Inklinationswinkel direkt aus der Amplitude des Inklinationsspulensignals.The azimuthal coil works as in special case II and its signal is the following in accordance with (6): In this embodiment, the angle of inclination is obtained directly from the amplitude of the inclination coil signal.

Den Azimutalwinkel @1 erhält man durch Messen der Phasendifferenz o( zwischen dem Inklinationsspulensignal und dem Azimutalspulensignal und anschliessendes Lösen der Gleichung (7b), wodurch man durch die gemessenen Größen 1 und α ausdrückt. Diese Rechnung kann durch den Analogrechner der Figur 11 vollzogen werden.The azimuthal angle @ 1 is obtained by measuring the phase difference o (between the inclination coil signal and the azimuthal coil signal and subsequent Solve the equation (7b), whereby one through the measured quantities 1 and α expresses. This calculation can be carried out by the analog computer of FIG.

Die Ausführungsform der Figur 7 enthält somit Vorrichtungen im Inneren des Vermessungsgerätes, die der Azimutalspule ein magnetisches Bezugsfeld bieten, durch das das magnetische Erdfeld ersetzt wird. Dieses ist wünschenswert, wenn die Bohrung beispielsweise mit einem Stahlrohr verrohrt ist, so daß das magnetische Erdfeld nicht bis an das Gerät durchdringt, oder wenn das magnetische Erdfeld entlang des Bohrlochs beträchtlich schwankt und deshalb nicht als Bezugsrichtung benutzt werden kann.The embodiment of FIG. 7 thus contains devices inside of the surveying device, which provide the azimuthal coil with a magnetic reference field, by which the magnetic earth field is replaced. This is desirable if the Bore is cased, for example, with a steel pipe, so that the magnetic Earth field does not penetrate to the device, or if the magnetic earth field along of the borehole varies considerably and is therefore not used as a reference direction can be.

Im einzelnen erkennt man in Figur 7 einen Kreiselkompaß 70 und ein Joch 71, in dem der Eardatring 72 gelagert ist. In dem Kardanri-ng 72 ist das Trägheitsrad 73 drehbar montiert.A gyrocompass 70 and a can be seen in detail in FIG Yoke 71 in which the Eardatring 72 is mounted. In the cardan ring 72 is the inertia wheel 73 rotatably mounted.

Das Trägheitsrad 73 wird durch ein geeignetes, nicht dargestelltes Antriebsmittel in Rotation gehalten. Dieses Antriebt mittel ist im Kardanring 72 untergebracht und verleiht dem Trägheitsrad 73 eine für. gyroskopische Zwecke hinreichend hohe Winkelgeschwindigkeit. Am Joch 71 ist die Welle 74 befestigt und in den Lagern 75, 76 gelagert. Die Lager 75, 76 werden von dem am Gerätegehäuse befestigten Flansch 77 gehalten. Am oberen Ende der Welle 74 ist das Joch 80 befestigt, in dem die gardanringe 81 und 82 drehbar aufgehängt sind. Am inneren Kardanring 82 ist ein Gewicht 85 aufgehängt, so daß die Ringebene des inneren Kardanringes 82 stets horizontal gehalten wird. Der innere Kardanring 82 ist als permanenter Ringmagnet ausgebildet und besitzt diametral gegenüberliegende Polstücke 83 und 84 (vgl. Figur 8). Die Azimutalspule 20a rotiert zwischen den Polstücken 83 und 84, d. h. sie rotiert innerhalb eines horizontalen Magnetfeldes. Am oberen Teil der Azimutalspule 20a ist eine Verlängerung der Welle 19 befestigt, die durch das Lager 18 hindurchgeführt und mit der Inklinationsspule ?O.The inertia wheel 73 is by a suitable, not shown Drive means kept rotating. This drive means is in the cardan ring 72 housed and gives the Inertia wheel 73 one for. gyroscopic Purposes sufficiently high angular velocity. The shaft 74 is attached to the yoke 71 and stored in bearings 75, 76. The bearings 75, 76 are from the one on the device housing attached flange 77 held. The yoke 80 is attached to the upper end of the shaft 74, in which the gardan rings 81 and 82 are rotatably suspended. On the inner gimbal 82 a weight 85 is suspended so that the ring plane of the inner gimbal ring 82 is always held horizontally. The inner gimbal 82 is considered permanent Ring magnet formed and has diametrically opposite pole pieces 83 and 84 (see FIG. 8). The azimuthal coil 20a rotates between the pole pieces 83 and 84, d. H. it rotates within a horizontal magnetic field. On the upper part the azimuthal coil 20a is an extension of the shaft 19 is attached, which is through the Bearing 18 passed through and with the inclination coil? O.

verbunden ist und durch den Motor 11 angetrieben wird, wie es in Zusammenhang mit dem Gerät der Figur 3 beschrieben worden ist. In der hier beschriebenen gusführungsform kann das untere Instrumentengehäuse 15 sowohl aus magnetischem als auch unmagnetischem Material hergestellt sein, da das von den Polstücken 83, 84 gelieferte Magnetfeld das magnetische Erdfeld bei weitem überwiegt.is connected and driven by the motor 11 as related has been described with the device of FIG. In the form of execution described here the lower instrument housing 15 can be made of both magnetic and non-magnetic Material be made because the magnetic field supplied by the pole pieces 83, 84 the magnetic earth field predominates by far.

Der Kreiselkompaß 70 wird in einer bestimmten Bezugsrichtung, z. B. der Nord-Südrichtung, ausgerichtet, bevor das Gerät in das Bohrloch hinabgelassen wird. Danach behält der Kreiselkompaß seine Richtung, so daß die magnetischen Flußlinien zwischen den Polstücken 83 und 84 ständig die gewünschte horizontale Bezugsrichtung für den Azimutalwinkel bieten.The gyrocompass 70 is pointed in a certain reference direction, e.g. B. the north-south direction before lowering the tool into the borehole will. After that, the gyro compass maintains its direction so that the magnetic flux lines always the desired horizontal reference direction between the pole pieces 83 and 84 bid for the azimuthal angle.

Die Figuren 8 und 8a illustrieren die Einzelheiten des innerew, als Permanentmagnet ausgebildeten Kardanringes 82 mit dem Gewicht 85.Figures 8 and 8a illustrate the details of the interior, as Permanent magnet formed cardan ring 82 with the weight 85.

Die Figur 9 illustriert. den unteren Teil einer anderen Version des in Figur 3 dargestellten Gerätes mit einer anderen Einrichtung für die Erzeugung eines horizontalen Magnetfeldes bekannter Azimutalrichtung. Die Signale der Inklinationsspule und der Azimutaispule dieser Ausführungsform stehen in der gleichen Beziehung zum Inklinationswinkel und Azimutalwinkel des Bohrloches wie die Signale der Ausführungsform der Figur 7. Infolgedessen werden die Signale der Inklinationsspule und der Azimutalspule durch die Formeln (A 1,a) und (A 2,b) dargestellt. Der am Gerätegehäuse befestigte Flansch 124 trägt die Lager 122 und 123, in denen die Welle 121 gelagert ist, die ihrerseits das Joch 120 trägt. Im Joch 120 ist der äußere Kardanring 125 gelagert, in dem der innere,aus nichtmagnetischem Material hergestellte Kardanring 126 drehbar befestigt ist. Der innere Kardanring 126 besitzt zwei diametral gegenüberliegende Stabmagnete 127 und 128 (vgl. Figur 10), deren ungleichnamige Pole sich gegenüberstehen. Auch der äußere Kardanring 125 sowie das untere Instrumentengehäuse 15 sind aus nichtmagnetischem Material hergestellt, so daß das Magnetfeld der Erde in den Bereich des inneren Kardanrings 126 vordringen kann.Figure 9 illustrates. the lower part of another version of the Device shown in Figure 3 with another device for the generation a horizontal magnetic field of known azimuthal direction. The signals from the inclination coil and the azimuth coil of this embodiment are in the same relationship with Inclination angle and azimuthal angle of the borehole like the signals of the embodiment of Figure 7. As a result, the signals of the inclination coil and the azimuthal coil represented by the formulas (A 1, a) and (A 2, b). The one attached to the device housing Flange 124 carries the bearings 122 and 123, in which the shaft 121 is mounted, the in turn, the yoke 120 carries. The outer cardan ring 125 is mounted in the yoke 120, in which the inner cardan ring 126 made of non-magnetic material is rotatable is attached. The inner gimbal 126 has two diametrically opposed Bar magnets 127 and 128 (see FIG. 10), the poles of which are opposite to each other. The outer cardan ring 125 and the lower instrument housing 15 are also made of non-magnetic material made so that the earth's magnetic field in the area of the inner gimbal ring 126 can advance.

Die Wechselwirkung des magnetischen Erdfeldes mit den äußeren Polen der Magnete 127, 128 richtet den inneren Eardanring 126 gemeinsam mit dem Joch 120 wie eine Kompaßnadel in einer konstanten Azimutalrichtung aus. Infolgedessen ist auch das Magnetfeld zwischen den innenseitigen Polen der Magnete 127, 128 stets in einer konstanten azimutalen Orientierung. Das am inneren Kardanring 126 befestigte Gewicht 129 sorgt überdies dafür, daß das letztgenannte Magnetfeld auch stets horizontal orientiert bleibt. Die Azimutalspule 20a rotiert zwischen den inneren Polen der Magnete 127, 128 und ist deren Magnetfeld ausgesetzt. Am oberen Teil der Azimutalspule 20a ist die Verlängerung der Welle 19 befestigt, die durch das Lager 18 hindurchführt und oben mit der Inklinationsspule 10 verbunden ist und mit dieser durch den Motor 11 in Rotation gehalten wird, wie es im Zusammenhang mit der figur 3 beschrieben worden ist.The interaction of the earth's magnetic field with the outer poles the magnets 127, 128 align the inner eardan ring 126 together with the yoke 120 like a compass needle in a constant azimuthal direction. As a result is also the magnetic field between the inner poles of the magnets 127, 128 always in a constant azimuthal orientation. The attached to the inner gimbal 126 Weight 129 also ensures that the last-mentioned magnetic field is always horizontal remains oriented. The azimuthal coil 20a rotates between the inner poles of the Magnets 127, 128 and is exposed to their magnetic field. At the top of the azimuthal coil 20a the extension of the shaft 19 is attached, which through the Bearing 18 passes and is connected to the top of the inclination coil 10 and with this is kept in rotation by the motor 11, as in connection with the figure 3 has been described.

Die Figuren 10 und 10a zeigen Einzelheiten des inneren Eardanringes 126 einschließlich der Stabmagnete 127, 128 und des Gewichtes 129.Figures 10 and 10a show details of the inner eartan ring 126 including the bar magnets 127, 128 and the weight 129.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß verschiedene andere erfindungsgemäße Ausführungsformen des Vermessungsgerätes möglich sind, indem man die Inklinationsspule und die Azimutalspule in irgendeiner-Weise in Ubereinstimmung mit den oben genannten Spezialfällen I bis IV anordnet.It should be noted that various other inventive Embodiments of the surveying device are possible by using the inclination coil and the azimuthal coil in any manner in accordance with the above Special cases I to IV.

Figur 11 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Analogrechners zum Verarbeiten der von der Inklinationsspule und der Azimutalspule gelieferten Signale. Die vom Vermessungsgerät stammenden Signale Eazi und zinkl werden dem Phasenmeter 118 zugeführt. Das Phasenmeter*118 gibt ein Gleichstromsignal aus, das dem Phasenwinkel oRentspricht. Das von der Inklinationsspule gelieferte Signal Einkl wird außerdem dem Gleichrichter 115 zugeführt, welcher es in ein Gleichstromsignal umwandelt, das ein Maß für sin 1 ist. Dieses Signal wird seinerseits dem Computer 120 der Figur 1 zwecks Berechnung der Bohrlochposition zugeführt und außerdem einem arc-sin-Operator 116 der Figur Il, welcher ein Ausgangssignal proportional zu #1 ausgibt. Dieses Signal für den Inklinationswinkel 1 kann einem Kurvenschreiber zugeführt werden, wie es in Figur 1 dargestellt ist, und dort von einem Mitarbeiter abgelesen bzw. beobachtet werden. Da die Arbeitsweise der Azimutalspule in den Geräten der Figuren 7 und 9 dem Spezialfall II entspricht, muß der Phasenwinkel zwischen den Signalen Eazi und Einkl gemäß Gleichung (7b) korrigiert werden, damit der Azimutalwinkel des Bohrloches erhalten wird. Das vom Phasenmeter 118 ausgegebene Signal für den Phasenwinkel α wird einem sin-Operator 101 zugeleitet, der ein Signal entsprechend sinα herausgibt. Außerdem wird das c<-Signal einem cos2-Operator 102 zugeführt, dessen Ausgangssignal cos2cd entspricht. Das vom arc-sin-Operator 116 ausgegebene #1 Signal wird seinerseits einem tan2-Operator 103 zugeleitet, dessen Ausgangssignal dem tan2 1 entspricht, welches seinerseits dem Multiplikationsoperator 104 zugeleitet wird. Das cos²αSignal vom Operator 102 wird ebenfalls dem Multiplikationsoperator 104 zugeleitet, welcher seine zwei Eingangssignale multipliziert und die 1 hinauf addiert. Das Ausgangssignal des Nultiplikationsoperators 104 entspricht infolgedessen dem Wert 1 + cos2 o( tan2 01 Dieses Signal wird seinerseits dem Quadratwurzel-Operator 105 zugeleitet, der ein Signal entsprechend der Quadratwurzel ausgibt und dieses dem Divisions-Operator 106 zugleitet. Dem Divisions-Operator 106 wird außerdem das vom Operator 101 ausgegebene sincd Signal zugeleitet. Der Divisions-Operator 106 dividiert letztgenanntes Signal durch das vorher genannte Signal und gibt so ein Signal aus,das in Übereinstimmung mit Formel (7b) dem Wert sin °1 entspricht. Dieses Signal wird schließlich dem arc-sin-Operator-107-zugelaitet, dessen Ausgangssignal dem Bohrlochazimutalwinkel 01 entspricht.Figure 11 is a schematic block diagram of an analog computer for processing that supplied by the inclination coil and the azimuthal coil Signals. The signals Eazi and zinkl coming from the measuring device are sent to the phase meter 118 supplied. The phase meter * 118 outputs a direct current signal that represents the phase angle oRequires. The signal Einkl supplied by the inclination coil is also fed to the rectifier 115, which converts it into a direct current signal, which is a measure for sin 1. This signal, in turn, is sent to the computer 120 of the figure 1 for the purpose of calculating the borehole position and also an arc-sin operator 116 of Figure II, which provides an output signal proportional to # 1. This The signal for the angle of inclination 1 can be fed to a curve recorder, as shown in Figure 1, and there read off resp. to be observed. Since the operation of the azimuthal coil in the devices of the figures 7 and 9 corresponds to special case II, the phase angle between the signals must Eazi and Einkl corrected according to equation (7b) so that the Azimuthal angle of the borehole is obtained. The output from the phase meter 118 The signal for the phase angle α is fed to a sin operator 101, the outputs a signal corresponding to sinα. In addition, the c <signal becomes a cos2 operator 102 is supplied, the output signal of which corresponds to cos2cd. That of the arc-sin operator 116 output # 1 signal is in turn passed to a tan2 operator 103, whose Output signal corresponds to tan2 1, which in turn is the multiplication operator 104 is forwarded. The cos²α signal from operator 102 also becomes the multiplication operator 104, which multiplies its two input signals and increases the 1 added. The output of the multiplication operator 104 therefore corresponds the value 1 + cos2 o (tan2 01 This signal in turn becomes the square root operator 105 fed, which outputs a signal corresponding to the square root and this the division operator 106 is added. The division operator 106 is also given the sincd signal output by operator 101 is supplied. The division operator 106 divides the last-mentioned signal by the previously-mentioned signal and thus inputs Signal off, which corresponds to the value sin ° 1 in accordance with formula (7b). This The signal is finally passed to the arc-sin operator 107, its output signal corresponds to the borehole azimuthal angle 01.

Dieses Ol Signal kann dann dem Computer, der in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, zugeleitet werden zwecks Berechnung der Bo-hrlochposition. Das #1 Signal kann außerdem auch noch dem Kurvenschreiber 117 der Figur 1 zwecks direkter Aufzeichnung und Beobachtung zugeleitet werden.This oil signal can then be sent to the computer shown in FIGS 2, are supplied for the purpose of calculating the borehole position. That # 1 signal can also be sent to the plotter 117 of FIG. 1 for the purpose of being more direct Recording and observation are forwarded.

Um die Position des Bo-hrloches für jede Teufe zu bestimmen, muß eine Integration bzw. eine Aufsummierung durchgeführt werden. Dieses soll anhand der Figuren 12 und 13 näher erläutert werden. Das Koordinatensystem xyz hat seinen Ursprung im Zentrum des Bohrloches an der Erdoberfläche. Seine z-Achse zeigt vertikal nach unten. In einer bestimmten Tiefe z befindet sich das Zentrum des Bohrloches am Punkt P, dessen Zylinderkoordinaten z, r und X sind.Das erfindungsgemäße Vermessungsgerät soll an diesem Punkt P den Inklinationswinkel 1 und den Azimutalwinkel @1 messen. Ein Zuwachs der Bohrlochlänge um # L führt zum Punkt C. Die Zylinderkoordinaten des Punktes C sind z +#z, r +r und # +# +. Die Anwendung des Oosinussatzes auf das Dreieck ABC der Figur 13 führt zu Formel (11): (11) AC²=AB² + BC² - 2 AB . BC . cos (# -#+ #1') Außerdem gelten die Formeln (12): (12) AB = r, BC =#L sin #1, AC = r Die Formeln (11) und (12) ergeben nr r =nL sin 1 cos (@1 (Gn Wenn dieses über die gesamte Bohrlochlänge summiert wird, ergibt sich die Formel (13) für r: Nun wird der Sinussatz auf das Dreieck ABC der Figur 13 angewendet und man erhält die Formel (14): Aus (14) erhält man mittels (12): Für kleine A # ergibt sich daraus die Formel (15) für In Formel (15) bedeutet(@1)0 den Wert, den der Winkel annimmt, wenn er zum ersten Mal den Wert e erreicht oder überschreitet. £ ist der Mindestwert yon r, der überhaupt bestimmt werden kann.In order to determine the position of the borehole for each depth, an integration or a summation must be carried out. This is to be explained in more detail with reference to FIGS. The xyz coordinate system has its origin in the center of the borehole on the earth's surface. Its z-axis points vertically downwards. The center of the borehole is located at a certain depth z at point P, the cylinder coordinates of which are z, r and X. The surveying device according to the invention is intended to measure the inclination angle 1 and the azimuthal angle @ 1 at this point P. An increase in the length of the borehole by # L leads to point C. The cylindrical coordinates of point C are z + # z, r + r and # + # +. Applying the Oosinus theorem to triangle ABC in FIG. 13 leads to formula (11): (11) AC² = AB² + BC² - 2 AB. BC. cos (# - # + # 1 ') In addition, the formulas (12) apply: (12) AB = r, BC = # L sin # 1, AC = r The formulas (11) and (12) result in nr r = nL sin 1 cos (@ 1 (Gn If this is added up over the entire length of the borehole, the formula (13) results for r: The law of sines is now applied to triangle ABC in Figure 13 and the formula (14) is obtained: From (14) one obtains by means of (12): For small A # this results in the formula (15) for In formula (15), (@ 1) 0 means the value that the angle takes when it reaches or exceeds e for the first time. £ is the minimum value of r that can be determined at all.

Die Gleichungen (13) und (15) geben die Zylinderkoordinaten r und # für jeden Ort des Bohrloches bei jeder vorgegebenen Bo-hrlochlänge L an. Im Folgenden wird gezeigt werden, daß es möglich ist, die Werte für die Koordinaten der Bohrlochposition zu berechnen, wobei die Rechnung gleichzeitig mit dem Hinablassen des Vermessungsgerätes ausgeführt werden kann oder wobei die Daten gespeichert werden können und die Berechnung nachträglich durchgeführt werden kann. In beiden Fällen werden die Rechenschritte mittels einer in Verbindung mit dem Vermessungsgerät in das Bohrloch hinabgelassenen Einrichtung durchgeführt oder zu einer gegebenen Zeit an der Erdoberfläche.The equations (13) and (15) give the cylindrical coordinates r and # for each location of the borehole for each given borehole length L. Hereinafter it will be shown that it is possible to use the values for the coordinates of the borehole position to calculate, the calculation simultaneously with the lowering of the surveying device can be performed or where the data can be saved and the calculation can be carried out subsequently. In both cases the calculation steps by means of a lowered into the borehole in conjunction with the logging device Establishment carried out or at a given time on the surface of the earth.

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch die Erde und läßt ein Bohrloch erkennen mit einem erfindungsgemäßen Vermessungsgerät. Das Seil 110 dient zum Hinablassen bzw. Heraufholen des Vermessungsgerätes durch das Bohrloch. Das Seil 110 enthält drei elektrische Leitungen 111, 112 und 113 und läuft über eine übliche Seilrolle 114. Die elektrische Leitung 111 dient der Zuführung von Energie zum Vermessungsgerät. Die Leitung 112 überträgt die Signale Einkl von der Inklinationsspule und die Leitung 113 die Signale Eazi von der Azimutalspule. Das Signal Einkl wird dem Gleichrichter 115 zugeleitet, der es in ein Gleichstromsignal umwandelt, das ein Maß für sin #1 darstellt. Dieses Signal wird seinerseits dem arc-sin-Operator 116 zugeführt, welcher ein Signal, das dem Winkel #1 direkt entspricht, ausgibt. Das Signal für 1 wird dann auf einem Kurvenschreiber 117 gespeichert.Figure 1 shows a section through the earth and leaves a borehole recognize with a surveying device according to the invention. The rope 110 is used for lowering or retrieving the surveying device through the borehole. The rope 110 includes three electrical lines 111, 112 and 113 and runs over a standard pulley 114. The electrical line 111 is used to supply energy to the surveying device. Line 112 carries signals Einkl from the inclination coil and the line 113 the signals eazi from the azimuthal coil. The signal Einkl is sent to the rectifier 115, which converts it to a DC signal that is a measure of sin # 1 represents. This signal is in turn fed to the arc-sin operator 116, which outputs a signal directly corresponding to angle # 1. The signal for 1 becomes then stored on a chart recorder 117.

Das Signal Einkl aus der Leitung 112 wird außerdem dem Phasenmeter 118 zugeleitet, dem andererseits durch die Leitu-ng 113 das Signal Eazi der Azimutalspule eingegeben wird.The signal Einkl from line 112 is also used by the phase meter 118 fed to the other hand through the line 113 the signal Eazi of the azimuthal coil is entered.

Sofern das Phasenmeter 118 mit dem Instrument gemäß der Figur 3 zusammenarbeitet, mißt es die Shasendifferenz o( zwischen seinen beiden Eingangssignalen und gibt ein Gleichstromsignal aus, welches ein Maß für den Azimutalwinkel ist. Auch dieses Azimutalwinkelsignal wird dem Eurvenschreiber 117 zugeführt und dort aufgezeichnet. Ein geeignetes Phasenmeter ist beispielsweise das unter der Handelsbezeichnung "?ype 405 L Precision Phase Meter" hergestellte Gerät der Firma Ad-Yu Electronics Inc., Passaic, New Jersey. Mit der Seilrolle 114 ist eine Längenmeß- und Impulsgebereinheit 119 mechanisch gekoppelt. Diese Einheit 119 enthält Yorrichtungen für das Messen des Zuwachses der abgerollten Seillänge. Außerdem gibt diese Einheit 119 für jede bestimmte Längeneinheit abgerollten Seiles, beispielsweise für jede 30 cm, einen Urigger-Impuls heraus. Schließlich enthält die Einheit 119 auch Vorrichtungen, um ein kontinuierliches elektrisches Signal herauszugeben, was der jeweiligen abgerollten Seillänge entspricht Dieses Längensignal wird auch dem Speicher bzw. Kurvenschreiber 117 zugeleitet und dort gespeichert bzw. aufgezeichnet. Für jede Längeneinheit des abgerollten Seiles wird ein Trigger-Impuls erzeugt und ausgegeben und dem Computer 120 eingespeist. Außerdem werden dem Computer 120 die Gleichstromsignale vom Gleichrichter 115 und vom Phasenmeter 118, die für sin 1 und dem Azimutalwinkel repräsentativ sind, eingegeben. Der Computer 120 ist in Figur 2 illustriert. Er löst die Gleichungen (13) und (15) nach r und auf und liefert entsprechende Ausgangssignale, welche dem Kurvenschreiber 117 zugeleitet und von diesem gespeichert werden.If the phase meter 118 works together with the instrument according to FIG. 3, it measures the phase difference o (between its two input signals and gives a direct current signal, which is a measure of the azimuthal angle. This too The azimuthal angle signal is fed to the Eurv recorder 117 and recorded there. A suitable phase meter is, for example, the one under the trade name "? Ype 405 L Precision Phase Meter "device manufactured by Ad-Yu Electronics Inc., Passaic, New Jersey. With the pulley 114 is a length measuring and pulse generator 119 mechanically coupled. This unit 119 contains devices for measuring the increase in the unrolled rope length. Also, this unit gives 119 for each certain length unit of unrolled rope, for example one for every 30 cm Urigger impulse out. Finally, the unit 119 also contains devices to a continuous electric Signal to issue what the corresponds to the respective unrolled rope length. This length signal is also sent to the memory or curve recorder 117 is supplied and stored or recorded there. For a trigger pulse is generated and output for each unit of length of the unrolled rope and the computer 120. The computer 120 also receives the DC signals from rectifier 115 and phase meter 118, those for sin 1 and the azimuthal angle are representative. The computer 120 is illustrated in FIG. He solves equations (13) and (15) for r and and provides corresponding output signals, which are fed to the curve recorder 117 and stored by it.

Vom Kurvenschreiber 117 werden also insgesamt fünf Signale registriert, nämlich die Signale für , #1, L, r und Die ersten drei Signale 1 #1 und L geben den Inklinationswinkel und den Azimutalwinkel des Bo-hrloches in Abhängigkeit von der Bohrlochlänge L wieder. Die letzten drei Signale L, r und T geben die Position des Bohrloches in Abhängigkeit von der Bohrlochlänge L wieder, und zwar in Zylinderkoordinaten r und In der Gleichung (13) für r tritt auf der rechten Seite die Größe # auf und in der Gleichung (15) für < treten auf der rechten Seite die beiden Größen # und r auf. Infolgedessen müssen die Gleichungen (13) und (15) durch die Trial-and-Error-Methode gelöst werden. Nach dieser -ethode werden aufeinanderfolgende Werte für r und # errechnet. Sofern die Gleichungen mit elektronischen Digitalrechnem gelöst werden, bietet dieses kein Problem, da derartige Rechenverfahren vorprogrammiert sind und relativ schnell durchgezogen werden, ohne daß ein wesentlicher Fehler in die Rechnung- hineingerät.A total of five signals are recorded by the curve recorder 117, namely the signals for # 1, L, r and The first three signals 1 # 1 and L give the angle of inclination and the azimuthal angle of the borehole as a function of the borehole length L again. The last three signals L, r and T indicate the position of the borehole as a function of the borehole length L, in cylinder coordinates r and In equation (13) for r, the quantity # occurs on the right-hand side and in equation (15) for <the two quantities # appear on the right-hand side and r on. As a result, equations (13) and (15) must be subjected to trial and error be solved. Using this method, successive values for r and # calculated. If the equations are solved with electronic digital computers, this does not offer a problem, since such calculation methods are preprogrammed and can be pulled through relatively quickly without a significant error in the calculation gets into it.

Nach dieser Methode wird der erste Wert für r gemäß Gleichung (13) berechnet, indem man für # den ersten Wert i einsetzt, der beim Herablassen des Vermessungsgerätes gemessen wird. Mit diesem ersten Wert für r geht man in die Gleichung (15) und setzt in diese den angenommenen Wert von nämlich den ersten gemessenen Wert 1,ein und berechnet somit den ersten Wert für Q . Mit diesem berechneten ersten Wert für # geht man dann wieder in die Gleichung (13) und berechnet nach dieser den nächstfolgenden Wert für r und so fort. Man benutzt also für die j-te Berechnung von r und den (j- 1)-ten berechneten Wert für r und den (j - 1)-ten berechneten Wert für Q in den Gleichungen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß ungenaue Ergebnisse mittels dieser Rechenmethode in folgender Situation erhalten werden können.According to this method, the first value for r according to equation (13) is calculated by substituting the first value i for #, which occurs when the Surveying device is measured. This first value for r goes into the equation (15) and sets in this the assumed value of namely the first measured Value 1, and thus calculates the first value for Q. With this calculated first The value for # is then returned to equation (13) and calculated according to this the next value for r and so on. So one uses for the jth calculation of r and the (j-1) -th calculated value for r and the (j-1) -th calculated Value for Q in the equations. It should be noted that inaccurate results can be obtained by this calculation method in the following situation.

Angenommen, das Bohrloch besitzt in einer gewissen Tiefe eine Position mit einem r-Wert von 180 cm und einem Q -Wert 0 von 90° gegen Nord. Es soll weiterhin angenommen werden, daß das Bohrloch diesen # -Wert von 90° gegen Nord bis zu einer gewissen weiteren größeren Bohrtiefe beibehält und daß sein r-Wert jedoch bis zu dieser größeren Giefe auf 0 zurückgeht oder wenigstens so klein wird, daß die Erfassungsgenauigkeit des Gerätes nichtmehr ausreicht. Schließlich soll noch angenommen werden, daß das Bohrloch in noch größerer Tiefe in eine Position mit dem Azimutalwinkel von 1800 wandert. Wird unter diesen Annahmen die Gleichung (15) kontinuierlich für alle diese Tiefen gelöst, so wird der Computer den Wert von 90° im intigrierten Wert # für die letztgenannte Tiefe beibehalten,und zwar unabhängig davon, daß r bei einer vorangegangenen Tiefe 0 geworden ist. Dieses Problem kann man vermeiden, indem man die Rechnung jedesmal von vorn beginnt, sobald r einen vorgegebenen Wert, der dicht beim Auflösevermögen des Gerätes liegt, erreicht und dabei in Gleichung (15) den zuletztbestimmten Wert von # für (G1)o in Gleichung (15) eingesetzt. Wenn im Computer 120 digitale Rechenelemente verwendet werden} läßt sich diese Aufgabe sehr leicht bewältigen, indem man den Computer so programmiert, daß er die Lösung der Gleichungen (13) und (15) noch einmal von vorn beginnt, für r den Wert 0 setzt und für (91)o den letzten, fürV berechneten Wert einsetzt, sobald r den vorgegebenen kleinen Wert # annimmt.Assume that the borehole has a position at a certain depth with an r value of 180 cm and a Q value 0 of 90 ° towards north. It should continue it is assumed that the borehole has this # value from 90 ° north to one maintains certain further greater drilling depth and that its r-value, however, up to this larger depth goes back to 0 or at least becomes so small that the detection accuracy of the device is no longer sufficient. Finally it should be assumed that that Borehole at an even greater depth to a position with the azimuthal angle of 1800 wanders. Under these assumptions, equation (15) becomes continuous for all of these If the depth is solved, the computer will use the value of 90 ° in the integrated value # for maintain the latter depth regardless of the fact that r in a previous one Depth has become 0. One can avoid this problem by taking the bill each time starts over as soon as r has a given value that is close to the resolving power of the device is reached and the last determined value in equation (15) of # for (G1) o in equation (15) used. When in the computer 120 digital computing elements are used} this task is very easy cope by programming the computer to solve the equations (13) and (15) starts all over again, sets the value 0 for r and o for (91) the last value calculated for V inserts as soon as r is the specified small value # accepts.

Figur 2 illustriert ein Analogrechensystem, welches als Computer 120 in Figur 1 benutzt werden kann. Die Einheit 119 in Figur 1 gibt jedesmal dann einen Trigger-Impuls aus, wenn das Seil 110 um den Längenzuwachs A L abgerollt oder auch eingeholt worden ist. Dieser Trigger-Impuls wird von dem Torimpulsgeber 90 der Figur 2 aufgenommen. Der Torimpulsgeber 90 gibt für jeden aufgenommenen Urigger-Impuls einen Impuls bestimmter konstanter Zeitdauer, im Folgenden Torimpuls genannt, aus. Die Torimpulse werden der Tordiodenklammerschaltung 91 zugeleitet, der außerdem die Gleichstromsignale, welche proportional zu sin 1 sind,vom Gleichrichter 115 der Figur 1 zugeleitet werden. Die Tordiodenklammerschaltung 91 gibt Impulse aus, die zeitlich genau so lang sind wie die Torimpulse und deren Amplituden proportional dem jeweiligen Wert sin 1 sind. Das Ausgangssignal der Einheit 91 wird einem Multiplikationsoperator 92 zugeleitet, der außerdem das Gleichstromsignal von einem später zu beschreibenden Bauelement des Computers erhält, das dem cos (#1 - #) proportional ist. Das Ausgangssignal der Einheit 92 besteht somit aus Impulsen, die zeitlich genau so lang wie die Torimpulse sind und deren jeweilige Amplitude proportional dem jeweiligen Wert des Produktes aus sin 1 und cos (@1 (G ) sind. Man erkennt, daß jeder dieser Impulse ein # r darstellt, das nach Gleichung (13) zu der totalen horizontalen Abdrift des Bohrloches r aufsummiert wird. Diese, den # r entsprechenden Ausgangsimpulse des Multiplikationsoperators 92 werden der Summiervorrichtung 93 zugeführt, die ein den aufsummierten Amplitudn der Eingangsimpulse entsprechendes Ausgangssignal ausgibt. Somit stellt das Ausgangssignal der Summiervorrichtung 93 den Wert r dar, d. h. die totale horizontale Abdrift des Bohrloches von seinem Ausgangspunkt an der Erdoberfläche. Die Meßeinheit für r ist hierbei die gleiche wie die für L. Wenn beispielsweise der Längenzuwachs # L pro Trigger-Impuls 10 cm beträgt, dann ist die Einheit für den berechneten Wert von r ebenfalls 10 cm.FIG. 2 illustrates an analog computing system which is used as a computer 120 in Figure 1 can be used. The unit 119 in FIG. 1 then gives one each time Trigger pulse off when the rope 110 unrolled or also by the increase in length A L has been caught up. This trigger pulse is provided by the gate pulse generator 90 of the figure 2 added. The gate pulse generator 90 is for each recorded Urigger pulse a pulse of a certain constant duration, hereinafter referred to as the gate pulse. The gate pulses are fed to the gate diode clamp circuit 91, which also the DC signals, which are proportional to sin 1, from rectifier 115 the Figure 1 are supplied. The gate diode clamp circuit 91 outputs pulses which are exactly as long in time as the gate pulses and their amplitudes are proportional the respective value sin 1. The output of the unit 91 becomes a multiplication operator 92, which also receives the DC signal from a later to be described Component of the computer that is proportional to the cos (# 1 - #). The output signal the unit 92 thus consists of pulses that are just as long in time as the gate pulses and their respective amplitudes are proportional to the respective value of the product from sin 1 and cos (@ 1 (G). It can be seen that each of these pulses is a # r represents that according to equation (13) to the total horizontal drift of the borehole r is summed up. These output pulses corresponding to the # r of Multiplication operator 92 are fed to the summing device 93, which is a outputs the output signal corresponding to the summed up amplitudes of the input pulses. Thus, the output of summer 93 represents the value r, i. H. the total horizontal drift of the borehole from its starting point on the surface of the earth. The unit of measurement for r here is the same as that for L. If, for example the increase in length # L per trigger impulse is 10 cm, then the unit for the calculated value of r is also 10 cm.

Das den Azimutalwinkel #1 darstellende Gleichstromsignal wird vom Phasenmeter.'118 (vgl. Figuren 1 und '11) dem Subtrahier-Operator 94 der Figur 2 zugeleitet. Außerdem wird dem Subtrahier-Operator 94 ein Signal für die Größe # zugeleitet, das das Ausgangssignal des für die Berechnung von zuständigen Abschnittes des Computers ist. Der Subtrahier-Operator 94 gibt ein Gleichstromausgangssignal proportional zu (#1 ). zu Dieses Signal wird dem Cosinus-Operator 95 zugeleitet und auch dem Sinus-Operator 96. Der Cosinus-Operator 95 liefert ein Signal für cos (G ) an den Multiplikationsoperator 92. Der Sinus-Operator 96 liefert ein Ausgangssignal entsprechend sin (#1 ) an den Multiplikationsoperator 97. Außerdem erhält der Multiplikationsoperator 97 ein Signal von der Tordiodenklammerschaltung 91 entsprechend sin . Das Ausgangssignal des Multiplikationsoperators 97 sind dementsprechend Impulse, die zeitlich so lang wie die Torimpulse sind und deren jeweilige Amplituden proportional dem jeweiligen Wert des Produktes aus sin und sin (G ) sind. Dieses Signal wird dem Divisions-Operator 98 eingegeben, der gleichzeitig das Gleichstromsignal, das die Größe r darstellt, von der Summiervorrichtung 93 erhält. Das Ausgangssignal des Divisions-Operators 98 sind Impulse, die zeitlich genau so lang wie die Torimpulse sind und deren jeweilige Amplituden proportional dem jeweiligen Quotienten sin 1 sin (#1 )/r sind. Man erkennt, daß jeder Ausgangsimpuls des Divisions-Operators 98 ein darstellt, wie es unter dem Summenzeichen der Gleichung (15) auftritt. Die an den Ausgang der Einheit 98 angeschlossene Summiervorrichtung 99 summiert diese den einzelnen # # entsprechenden Impulse auf zum entsprechenden # und gibt ein dieses repräsentierendes Ausgangssignal aus. Dabei muß allerdings die Integrationskonstante (@i)o mit in die Summiervorrichtung 99 eingegeben werden. (@i)o ist der Wert von Oi , wenn r zum ersten Mal den vorgegebenen Wert g erreicht oder überschreitet.The direct current signal representing azimuthal angle # 1 is supplied by the Phase meter. '118 (see FIGS. 1 and '11) the subtraction operator 94 of FIG. 2 forwarded. In addition, the subtract operator 94 is a signal for the size # which is the output signal of the section responsible for the calculation of of the computer is. The subtract operator 94 gives a direct current output proportional to (# 1). zu This signal is fed to the cosine operator 95 and also the sine operator 96. The cosine operator 95 provides a signal for cos (G) to the multiplication operator 92. The sine operator 96 provides an output signal corresponding to sin (# 1) to the multiplication operator 97. The multiplication operator also receives 97 a signal from the gate diode clamp circuit 91 corresponding to sin. The output signal of the multiplication operator 97 are accordingly pulses that are so long in time how the gate pulses are and their respective amplitudes proportional to the respective Value of the product of sin and sin (G). This signal is used by the division operator 98 is input, which at the same time represents the direct current signal, which represents the quantity r, from the summing device 93. The output of the division operator 98 are impulses that are just as long in time as the gate impulses and their respective amplitudes proportional to the respective quotient sin 1 sin (# 1 ) / r are. It can be seen that each output pulse of the division operator 98 represents a as it appears under the sum symbol of equation (15). The at the exit of the Unit 98 connected summing device 99 adds up the individual # # corresponding impulses to the corresponding # and gives a representative of this Output signal off. However, the integration constant (@i) o can also be entered into the summing device 99. (@i) o is the value of Oi when r reaches or exceeds the predetermined value g for the first time.

Um das Signal für (Oi ) o zu erzeugen, werden die Signale für r und # einem # -Auslösch-Operator 100 zugeführt, der alle #-Signale erdet, bei denen das zugehörige r kleiner als # ist. Der Auslösch-Operator 100 kann einen elektrischen Schalter, wie beispielsweise eine Diodenklammerschaltung, enthalten, der das #-Signal jedesmal erdet, wenn das r-Signal kleiner als der vorgegebene Wert £ ist. Dieser Wert Swird in ein Kontrollelement mittels einer Diskriminatorschaltung eingeführt. Außer dem Diskriminator kann zu dem Kontrollelement ein Gatter gehören, das Steuersignale an den vorgenannten elektronischen Schalter liefert, so daß dieser Schalter jedesmal dann offen ist, wenn r den in dem Diskriminator enthaltenen Wert Erreicht oder überschreitet, wodurch das #-Signal ungelöscht den Auslösch-Operator 100 passiert.To generate the signal for (Oi) o, the signals for r and # is fed to a # cancellation operator 100 which grounds all # signals for which the associated r is less than #. The extinction operator 100 can be an electrical Switches, such as a diode clamp circuit, that contain the # signal ground every time the r signal is less than the predetermined value £. This Value S is introduced into a control element by means of a discriminator circuit. In addition to the discriminator, the control element can include a gate that sends control signals supplies to the aforementioned electronic switch, so that this switch every time is open when r reaches or exceeds the value contained in the discriminator, whereby the # signal passes the cancellation operator 100 in an undeleted state.

Wenn r kleiner als der im Diskriminator enthaltene kritische Wert # wird, schließt sich der elektronische Schalter und erdet das # -Signal. Dabei wird die Summiervorrichtung 99 zurückgestellt und von dem bereits aufsummierten Wert für 5 befreit, Jedesmal wenn das #-Signal ausgelöscht worden ist und. danach r wieder auf einen Wert, der gleich oder größer als £ ist, anzuwachsen beginnt, gibt der Auslösch-Operator 100 einen einzelnen Trigger-Impuis an den Torimpuisgeber 101, der darauf einen einzelnen Impuls an die Tordiodenklammerschaltung 102 gibt. Die letztgenannten Impulse haben eine gleiche zeitliche Dauer wie die Impulse des Torimpulsgebers 90, die die Seillängeninkremente iS L repräsentieren.If r is less than the critical value contained in the discriminator #, the electronic switch closes and grounds the # signal. Included the summing device 99 is reset and the already summed up Value for 5 freed, every time the # signal has been canceled and. thereafter r back to a value that is equal to or greater than that than £ is to grow begins, the cancellation operator 100 gives a single trigger pulse to the gate pulse generator 101, which then sends a single pulse to gate diode clamp circuit 102. The last-mentioned impulses have the same duration as the impulses of the Gate pulse generator 90, which represent the rope length increments iS L.

Der Tordiodenklammerschaltung 102 wird außerdem das Gleichstromsignal für Oi vom Phasenmeter 118 (vgl. Figuren 2 und 11) zugeleitet. Das Ausgangssignal der Tordiodenklammerschaltung 102 sind Impulse, die zeitlich genau so lang sind wie die vom Torimpulsgeber 101 gegebenen Impulse und deren jeweilige Amplituden dem jeweiligen @1-Signal entsprechen.The gate diode clamp circuit 102 also becomes the DC signal for Oi from the phase meter 118 (see FIGS. 2 and 11). The output signal the gate diode clamp circuit 102 are pulses that are just as long in time such as the pulses given by the gate pulse generator 101 and their respective amplitudes correspond to the respective @ 1 signal.

Diese Ausgangsimpulse repräsentieren den Wert (01)o in Gleichung (15) und werden von der Tordiodenklammerschaltung 102 an die Summiervorrichtung 99 geleitet, von der sie in das summierte Ausgangssignal für < einbezogen werden. Es soll bemerkt werden, daß der Torimpulsgeber 101 seine Impulse von vorgegebener Zeitdauer nur immer dann an die Tordiodenklammerschaltung 102 gibt, wenn 8 ausgelöscht worden ist und wieder neu berechnet wird. Deshalb gibt die Diodenklammerschaltung 102 immer nur einen (#)0-Impuls für jede Summierfolge aus, die dann einsetzt, wenn r den vorgegebenen Minimalwert # erreicht oder überschreitet. Damit ist gezeigt, daß die Ausgangssignale der Summiervorrichtungen 93 bzw. 99 die Werte r bzw. Q gemäß den Formeln (13) bzw. (15) wiedergeben.These output pulses represent the value (01) o in equation (15) and are passed from gate diode clamp circuit 102 to summing device 99, of which they are included in the summed output signal for <. It should be noticed that the gate pulse generator 101 its pulses of a predetermined duration only gives to gate diode clamp circuit 102 when 8 has been extinguished is and is recalculated again. Therefore, the diode clamp circuit 102 is always there only one (#) 0 pulse for each summation sequence, which starts when r is the specified Minimum value # reached or exceeded. This shows that the output signals of the summing devices 93 and 99 the values r and Q according to the formulas (13) and (15) play.

Es soll hier bemerkt werden, daß der Computer der Figur 2 in Verbindung mit irgendeiner der Ausführungsformen des Vermessungsgerätes benutzt werden kann.It should be noted here that the computer of FIG can be used with any of the embodiments of the surveying apparatus.

Es soll ferner bemerkt werden, daß an Stelle der hier beschriebenen Analogberechnungsmethoden die Berechnungen durchaus auch mittels digitaler Rechentechniken durchgeführt werden können, und zwar gleichlaufend mit dem Ermitteln der Meßwerte oder auch anschließend daran. Auch ist es möglich, daß ein Teil der elektronischen Recheneinrichtungen oder die gesamte elektronische Recheneinrichtung in das Gehäuse des Vermessungsgerätes eingebaut werden können und mit diesem gemeinsam in das Bohrloch hinabgelassen werden können.It should also be noted that in place of those described herein Analog computation methods, the computations also by means of digital computation techniques be performed can, in parallel with the determination the measured values or after them. It is also possible that part of the electronic computing devices or the entire electronic computing device can be installed in the housing of the surveying device and together with it can be lowered into the borehole.

In diesem Fall wären für die an der Erdoberfläche empfangenen Signale weniger Manipulationen erforderlich.In this case would be for the signals received on the earth's surface less manipulation required.

Ohne daß vom Brfindungsgedsnken abgewichen wird, können die hier beschriebenen Beispiele und Einzelheiten in vielfältiger Weise modifiziert und variiert werden.Without deviating from the original thought, the here described Examples and details can be modified and varied in many ways.

Claims

P a t e n t a-n s p r ü c h e

1. Method for measuring boreholes by driving the borehole it with a probe attached to a rope leading to the surface of the earth Constant eoaxial holding of the length of the probe with the borehole axis and by measuring of the inclination and azimuthal angle of the longitudinal axis of the probe as a function of the length of the rope that has been moved, that a) a Function of the angle of inclination by rotating. a coil (10) around a axis fixed to the probe at a constant angle with the perpendicular forming magnetic field is measured via the voltage induced in the coil (10), b) a function of the azimuthal angle by rotating a further coil (20) in a magnetic field, the one with a horizontal direction fixed to the earth a constant 'angle forming horizontal component, with a rotation speed that that of the coil (10) is the same, via the phase difference between the two in the s Coils (10, 20) induced tension / is measured, c) the moved rope length is measured over the rotation of a rope pulley, d) from the measurement data obtained Inclination angle, azimuthal angle and spatial coordinates of the probe as a function calculated from the rope length traveled and e) angle of inclination, Azimuthal angle and location coordinates of the probe as a function of the moved Rope length can be saved.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the coil (10) is allowed to rotate in a perpendicular magnetic field.

3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n It is indicated that the coil (20) is allowed to rotate about a vertical axis and as a function of the azimuthal angle, the azimuthal angle itself. measures.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, d a d u r c h it is not indicated that the coil (20) is rotating in the earth's magnetic field leaves.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, d a d u r c h- it is noted that the coil (20) is in the magnetic field of a compass-oriented Lets the magnet rotate.

6. The method according to any one of the preceding claims, since you rchgekisiert that from the measurement data obtained, the cylindrical coordinates (r, <of the probe as a function of the moved rope length (L) by gradually solving the equations can be calculated, where 1 is the inclination angle, 61 is the azimuthal angle and (# 1) 0 is the azimuthal angle measured for the first time when driving the borehole.

7. Apparatus for performing the method according to the preceding Claims, d a d u r c h g e -k e n n z e 1 c h n e t that a) inside of the housing part (13) of the probe, a shaft (19) carrying a coil (10) is fixed to the probe is mounted and coupled to a motor (11), b) inside the housing part (15) of the probe has a further coil (20) carrying a further coil (20) and frictionally locking with the shaft (19) connected shaft (21) is arranged, c) means for maintaining one with the Vertical magnetic field forming a constant angle inside the housing part (13) are provided; d) means for maintaining a one with an earth-tight one horizontal direction a constant angle forming component having magnetic field of the inside of the housing part (15) provided, e) the driving cable (110) of the The probe is guided over a pulley (114) acting on a rotation sensor, f) the turns of the coils (10, 20) and the rotation sensor of the rope pulley (114) to one of the idings of the coils (10, 20) and the rotation sensor the Rope pulley (114) are connected to the computer system that processes the signals supplied, its output with one of those supplied by the computing system and assigned to one another Values for the rope length moved, the inclination and azimuthal angle of the borehole axis and the storage device storing the location coordinates of the probe is connected.

8. Device according to claim 7, d a d u r c h g e k e-n n z e i c h n e t that the shaft (21) is fixed to the probe.

9. Device according to claim 7, d a d u r c h e k e n n z E i c h n e t that the shaft (21) is flexible and by a weight (22) in a vertical position Arrangement is held.

10. Device according to one of claims 7 to 9, d a-d u r c h e k e k e n n n nn n z i n e t that a means of maintaining the under c) Manet field defined in claim 7 inside the housing part (13) is gimbaled and held vertically by means of a weight magnet.

11. Device according to claim 10, d a d u r c h g e k e'n n z e i c h n e t that the magnet has a direct current flowing through it surrounding the coil (10) Coil (40) i) st.

12. Device according to one of the claims 7 to 11, d a d u r c h e k e k e n n n nn n z i n e t that a means of maintaining the under d) in claim 7 defined magnetic field in the manufacture of Housing part (15) made of non-magnetic material that can be penetrated by the earth's magnetic field, consists.

13. Device according to one of the claims 7 to 11, d a d u r c h e k e k e n n n n z e i n e t that means for maintaining the under d) im Claim 7 defined magnetic field directionally stabilized by a gyro (73) Magnets are.

14. Device according to one of the claims 7 to 11, d a d u r c h g e k e n n n n z e i n e t that means for maintaining the under d) im Claim 7 defined magnetic field by interacting with the earth's magnetic field standing Permaaentmags nete (127,128) are directionally stabilized magnets.

15. Device according to claim 13 or 14, d a -d u r c h g e k e n n z-e i c h n e t that a cardanic magnet is used as a directionally stabilized magnet suspended by a weight (85) in a constant relative to the vertical Position held permanent magnet (82) is provided.

16. Device according to claim 14, d a d u r c h g e k e n n e i c h n e t that as directionally stabilized magnets the means of gimbal suspended bracket (126) and by weight (129) in a relative to the vertical Permanent magnets (127, 128) held in a constant position are provided themselves.

17. Device according to one of the claims 7 to 16, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that this is defined under f) in claim 7 Computing system consists of electronic analog computers.

18. Device according to claim 7, d a d u r c h g e k o n r z E i c h n e t that the input stage of the computing system is connected to the turns of the coils (10,20) has connected phanesmeter (118), which a phase difference α between the voltages induced in the coils (10, 20) Output signal.

19. Device according to claim 17 or 18, d a -d u r c h g e It is not indicated that the rotation sensor of the rope pulley (114) has an on specific units of length # L of rope length traversed emits trigger impulses Pulse generator (119) is connected.

20. The device according to claims 17 and 18, da-durchg ekmarks that the computing system defined under f) in claim 7 has a subsystem consisting of electronic analog computers, which is attached to both the turns of the coil (10) and the phase meter (118 ) is connected and from the signals output by the latter two a signal representing the azimuthal angle ° 1 of the borehole axis according to FIG generates and outputs, where 1 is the angle of inclination of the borehole axis for which a representative signal is generated by the subsystem from the signal output by the coil (10) itself.