DE3200269C2

DE3200269C2 - Vorrichtung zum Vermessen von Bohrlöchern

Info

Publication number: DE3200269C2
Application number: DE3200269A
Authority: DE
Inventors: Rand H. Hulsing; Rex B. Washington Peters
Original assignee: Sundstrand Data Control Inc
Current assignee: Sundstrand Data Control Inc
Priority date: 1981-01-13
Filing date: 1982-01-07
Publication date: 1984-12-06
Also published as: US4399692A; IT1147567B; FR2497870A1; GB2093595B; NL8200117A; CA1166844A; ZA8246B; IT8247536A0; AU535029B2; SE8107604L; JPS6057007B2; FR2497870B1; DE3200269A1; JPS57136101A; GB2093595A; NO820063L; AU7794581A; MX151205A

Abstract

Zur genauen Azimutbestimmung in einer Bohrlochmeßvorrichtung weist eine in das Bohrloch einzuführende Sonde zwei oder mehr Sondenabschnitte (20, 22, 24) auf, die mittels drehsteifen flexiblen Verbindungseinheiten (26, 28) verbunden sind, wobei Mittel zur Signalerzeugung vorgesehen sind, die die relative Neigung und das Azimut eines Sondenabschnitts gegenüber einem anderen repräsentierende Signale erzeugen. Diese Signale werden in einer Signalverarbeitungseinheit (34) mit Neigungssignalen verknüpft, die von einem Satz Beschleunigungsmesser (40, 42, 44) in einem der Sondenabschnitte (z.B. 20) erzeugt werden, so daß Signale erzeugt werden, die die Richtung und die Tiefe des Bohrlochs bezeichnen.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vermessen von Bohrlöchern mit einer Sonde, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I. >

Die Vermessung von Bohrlöchern, wie sie bei der geologischen Vermessung, Im Bergbau und für die Ölförderung verwendet werden, erfordert eine genaue Bestimmung der Azimut- und Elevatlons-Koordlnaten der Bohrlöcher, so daß ein genauer Plan der Richtung und Tiefe des Bohrlochs erstellt werden kann. Die Bohrlochmessung wird häufig mit einem Instrument oder einer Sonde durchgeführt, die durch das Bohrloch bewegt wird und ίο Nelgungs- und Azimutwinkel an aufeinanderfolgenden Stellen mißt. Die Neigung, d. h. der Winkel, um den das Bohrloch von der Vertikalen abweicht, kann mit einem Pendel oder einem Beschleunigungsmesser bestimmt w werden. Das Azimut, d. h. der Winkel des Bohrlochs In bezug auf eine Bezugsrichtung, etwa Nord, wird typl- |. scherweise mit einem Magnet- oder Kreiselkompaß bestimmt. Diese Winkel werden zusammen mit der Entfer- ", nung längs dem Bohrloch dazu verwendet, die Koordinaten von Punkten längs dem Bohrloch In bezug auf > •5 einen Standard auf der Erdoberfläche zu bestimmen. I

Die Bohrlochmessung wurde bisher In verschiedener Welse, z. B. mit Magnetomeiern, Kreiseigeräten und Beschleunigungsmessern, durchgeführt. Z. B. kann ein Pendel zur Bestimmung der Neigung In Form eines

linearen servogeregelten Beschleunigungsmessers, der auf die Schwerkraft anspricht, ausgeführt sein. Es gibt servogeregelte Beschleunigungsmesser, die klein, robust und genau sind. Die genaue Azimutbestimmung kann

*> jedoch sehr schwierig sein. Z. B. unterliegen Magnetkompasse oder andere Instrumente zur Bestimmung des

Erdmagnetfeldes Fehlern, die durch abnormale Magnetverhältnisse Im Erdboden hervorgerufen werden können. Kreiselkompasse haben ebenfalls mehrere Nachtelle, z. B. sind sie groß, sie unterliegen einem Verschleiß der Lager, sie sind stoßempfindlich, unterliegen Drift- und Präzesslonsfehlern und erfordern eine lange Stablllsle-

rungsperlode bei der Durchführung einer Messung. Infolgedessen sind Bohrlochmeßlnstrumente, die Krelselkompasse verwenden, teuer und kompliziert und benötigten Sonden mit großem Durchmesser.

In der GB-OS 20 86 055 Ist eine Sonde angegeben, die aus zwei Sondenabschnliten besteht, die durch eine drehsteife Einheit verbunden sind; die Sonde umfaßt jeweils eine Beschleunigungsmesser-Baueinheit zur Bestimmung der relativen Neigungs- und Azimutwinkel des Bohrlochs, während die Sonde durch das Bohrloch abgelassen wird. Diese Vorrichtung weist gegenüber bekannten Methoden den bedeutenden Vorteil auf, daß mit erhöhter Schnelligkeit und Genauigkeit gearbeitet wird und daß ferner für die Azimutbestimmung kein Kompaß · eingesetzt wird. Da die Vorrichtung außerdem nur Beschleunigungsmesser verwendet, kann sie ein Sondengehäuse mit relativ kleinem Durchmesser aufweisen und Ist erheblich robuster gebaut. Ein Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß das Azimut nicht bestimmt werden kann, wenn die Bohrlochrichtung nahe der Horizontalen verläuft.

Die GB-OS 20 23 293 offenbart eine Vorrichtung zum Vermessen von Bohrlöchern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die dort angeführte Sonde weist sowohl eine Wlnkelmeßclnrlchtung als auch einen Neigungsmesser auf. Der Neigungsmesser 56 wird jedoch lediglich zur Messung der Drehung der Vorrichtung verwendet, damit die von den Fühlern 38 erzeugten Signale entsprechend korrigiert werden können. Der Neigungsmesser erzeugt dagegen kein Signal, das die Neigung des ersten Sondenabschnltts gegenüber der Vertikalen angibt. Die ■w in der GB-OS 20 23 293 offenbarten Merkmale betreffen auch lediglich die Sonde selbst und die In Ihr enthaltenen Meßeinheiten. Ein System, das die Winkelsignale und Neigungsmessersignale kombiniert und Signale erzeugt, die die Bohrlochrichtung, die Bohrlochneigung, den Azimutwinkel des Bohrlochs sowie die Bohrlochtlefc angeben. Ist In der GB-OS 20 23 293 nicht offenbart. Die aus der GB-OS 20 23 293 bekannte BohrlochmefJ-vorrichtung Ist primär zum Vermessen von waagrechten bzw. nahezu waagrechten Bohrlöchern geeignet. Dagegen Ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Vermessen von Bohrlöchern zu ermöglichen, daß von einer Sonde erzeugte Wlnkclslgnale und Neigungsmessersignale kombiniert und Signale erzeugt werden, die die Bohrlochrichtung, die Bohrlochneigung, den Azimutwinkel des Bohrlochs sowie die Bohrlochtiefe angeben und die In gleicher Welse für senkrechte oder nahezu senkrechte als auch für waagrechte bis nahezu waagrechte Bohrungen verwendbar 1st.

Die Lösung der obigen Aufgabe erfolgt bei einer Vorrichtung zur Vermessung von Bohrlöchern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die L'nteransprüche 2 bis 22 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen davon. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Vorrichtung zur Vermessung von- Bohrlöchern mit einem Schnitt durch ein Bohrloch, wobei eine mit der Bohrlochvermcssungsvorrlchtung verwendete Sonde gezeigt 1st; ·;'.

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Längsansicht eines Sondenabschnltts, der die Anordnung von Beschleuni- ν gungsmessern In der Sonde zeigt; P

Flg. 3 Im Schnitt eine Längsansicht einer Verbindungseinheit zum Verbinden von zwei Sondenabschnitten; % Fig. 4 eine geschnittene Längsansicht einer Zentralisiermechanik, die mit der Sonde verwendbar 1st; % Flg. 5 eine geschnittene Längsansicht einer anderen Ausführungsform der Verbindungseinheit, die einen fle- ?|

xiblen Stab mit Dehnungsmessern verwendet; {§

Fig. 6 ein Diagramm einer Schaltung, die mit der Dehnungsmesserelnhelt nach Fig. 5 verwendet wird; fä?· Fig. 7 ein geometrisches Diagramm, das die Orientierung der Beschleunigungsmesser In einem Sondenab- fe

schnitt darstellt; |§

Flg. 8 ein geometrisches Diagramm, das die vertikale Orientierung der Bohrlochvermessungsvorrichtung In ψ.

bezug auf die Erdoberfläche oder die Horlzontalachsc veranschaulicht; i|;

Fig. 9 ein geometrisches Diagramm, das die horizontale Orientierung der Bohrlochvermessungsvorrichtung In || bezug auf Azimut veranschaulicht; und ti

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KIg. lü das Blockschaltbild eines Slgnalvcrarbeltungssyslems, dus die Signale der Sonde verarbeitet, so daß sie die Bohrlochrichtung einschließlich Neigung und Azimut bezeichnen.

Flg. 1 zeigt eine beispielhafte Umgebung für die bevorzugte Ausführungsform der Bohrlochmeßvorrichtung. Unter der Erdoberfläche verläuft ein Bohrloch 12, das In der Industriell üblichen Welse mit mehreren Futterrohren 14, IS und 16 ausgekleidet Ist. An der Stelle 17, an der das Bohrloch 12 In den Erdboden lü eintritt, beflndet sich ein Slartrohr 18, das mit dem ersten Futterrohr 14 verbunden lsi. In das Bohrloch 12 Ist durch dieses bewegbar eine Sonde eingeführt, die drei Sondenabschnitte 20, 22 und 24 aufweist, die mittels drehsteifer, biegsamer Verbindungseinheiten 26 und 28 verbunden sind. DIi: Flg. 3 und 5 zeigen Beispiele von Verbindungseinheiten, die mit der Sonde verwendbar sind. Der erste Sondenabschnitt 20 Ist über ein Kabel 32, das über eine an der Erdoberfläche befindliche Scheibe 33 läuft, mit einer Kabeltrommel 30 verbunden. Das Kabel 32 dient dem Zweck, die Sonde durch das Bohrloch 12 abzulassen, und dient ferner als Übertragungsmittel zur Übertragung von Daten von der Sonde zu einem Signalprozessor 34 über ein Kabel 36 von der Trommel 30 aus. Eine weitere Signalübertragungsleitung 37 Ist zwischen die Scheibe 33 und den Signalprozessor 34 geschaltet und zeigt an, wieviel Kabel 32 In das Bohrloch 12 abgelaufen Ist. An dem Startrohr 18 Ist ein Durchgangsinstrument 38 befestigt, das zum Bestimmen des ursprunglichen Azimuts des Bohrlochs In bezug auf eine Richtung, z. B. Norden, '-^s einsetzbar Ist. Außerdem kann durch konventionelle Niveaumeßinstrumente, die an dem Durchgangsinstrument 38 befestigt sein können, der ursprüngliche Neigungswinkel des Bohrlochs zur Vertikalen, gegeben durch das Startrohr 18, bestimmt werden.

Nach Flg. 3 Ist In dem ersten Sondenabschnitt 20 eine dreiachsige Beschleunigungsmessereinheit mit drei Beschleunigungsmessern 40, 42 und 44 gesichert. Ein geeigneter Beschleunigungsmesser für diesen Anwendungsfall Ist z. B. In der US-PS 37 02 073 angegeben. Der erste Beschleunigungsmesser 40 Ist Innerhalb des ersten Sondenabschnitts 20 so positioniert, daß seine Ansprechachse oder z-Achse längs der Längsachse 41 des Sondenabschnitts 20 liegt, und die beiden weiteren Beschleunigungsmesser 42 und 44 sind so angeordnet, daii Ihre Ansprechachsen bzw. x- und v-Achsen rechtwinklig zur z-Achse und zueinander verlaufen. Wenn also der erste Sondenabschnitt 20 In Vertikalrichtung aufgehängt Ist, verläuft die z-Achse senkrecht zum Horizont, und die x- und die >-Achse verlaufen parallel dazu.

Flg. 3 zeigt Im Schnitt eine flexible Verbindungseinheit 26, die ein Kugelgelenk 45, 46 aufweist, zur Verbindung des ersten Sondenabschnitts 20 mit dem zweiten Sondenabschnitt 22 derart, daß sich der zweite Sondenabschnitt 22 In bezug auf den ersten Sondenabschnitt 20 winkelmäßig biegen kann. Die Kugel 45 Ist mittels einer Halterung 47 am Gehäuse des Sondenabschnitts 22 gesichert. Ferner Ist ein Balg 48 vorgesehen, der einerseits das Abbiegen des Sondenabschnitts 22 In bezug auf den Sondenabschnitt 20 erleichtert und andererseits den Sondenabschnitt 22 an einer Drehbewegung relativ zum Sondenabschnlu 20 hindert, so daß die beiden Sondenabschnitte 20 und 22 in bezug aufeinander drehsteif sind. Ferner Ist In der biegsamen Verbindungseinheit 26 ein »Steuerknüppdw-Potentlometer 50 vorgesehen, das einen an der Kugel 45 befestigten Stab 49 aufweist, so daß Spannungssignale auf Linien 52 auftreten, die die Richtung und Größe der winkelmäßigen Biegung des zweiten 3S Sondenabschnitts 22 zum ersten Sondenabschnitt 20 bezeichnen.

Zur Verbesserung der Genauigkeit der von den Beschleunigungsmessern 40, 42 und 44 Im ersten Sondenabschnitt 20 und der von den biegsamen Verbindungseinheiten 26 und 28 erzeugten Signale weisen der obere und der untere Sondenabschnitt 20 und 24 Zentralisiervorrichtungen 52, 54, 56 und 58 auf, so daß die Sondenabschnitte 20, 22 und 24 jeweils mutig in den Futterrohren (vgl. 14 und 16) gehalten sind. Fig. 4 zeigt Im elnzelnen die Mechanik für die Zentralisierer 52, 54, 56 und 58. In dem Zentralisierer sind zwei Rollen 60 und 62 vorgesehen, die an der Innenseite der Bohrlochfutterrohre 14 und 16 abrollen. Die Rollen 60 und 62 springen an einem Paar Schenkel 63 und 64 aus dem Gehäuse des Sondenabschnitts 20 mittels einer Mechanik vor, die von einer Zugfeder (S7 beaufschlagte Ausfahrorgane 65 und 66 aufweist. Die Ausfahrorgane 65 und 66 sind an einem Drehpunkt 70 an einer zusammenschiebbaren Haltestange 68 befestigt. Das andere Ende der teleskopartig zusammenschiebbaren Haltestange 68 und der Schenkel 63 und 64 Ist schwenkbar an einer Haltebasis 71 befestigt. Die Ausfahrorgane 65 und 66 sind an Drehpunkten 72 bzw. 73 mit den Schenkeln 63 bzw. 64 verbunden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt jedoch der Zcntrallslerer drei oder mehr Rollen, die an glelchbeabstandeten Schenkeln positioniert sind, so daß die Sonde 20 In der Mitte des Futterrohres gehalten wird. Die Mechanik nach Flg. 4 weist zum leichleren Verständnis nur zwei Schenkel auf.

Da jeder Schenkel 63 und 64 des Zentralisierers gemäß Flg. 4 den gleichen Abstand wie die anderen Schenkel von der Sonde aufweisen muß, wird die Sonde genau länge der Mittenlinie des Bohrlochs positioniert, wodurch der Zentraiisierer nach Flg. 4 einen bedeutenden Üenaulgkellsvorsprung gegenüber Zentraiisierern mit unabhängig gefederten Rollen aufweist. Die Feder 67 kann so ausgelegt sein, daß die jeden Schenkel beaufschlagenden Kräfte von der Feder überwunden werden können. Damit kann das Gewicht des Sondenabschnitts 20 oder ss die Kraft des Kabels 32 die Sonde nicht aus der Bohrlochmitte herausbewegen. Wenn die Zugfeder 67 keine ausreichende Festigkeit hat, um die die Rollen beaufschlagenden Kräfte zu überwinden, können die Kräfte die Feder überwinden, und ein Schenkel löst sich von der Bohrlochseltenwandung, wodurch die Sonde dezentralisiert wird. Mit unabhängig wirkenden Federn erfolgt schon durch die geringste Krafteinwirkung eine Dezentralisierung der Sonde um einen gewissen Betrag, und es werden Schwingungen der Sonde relativ zur Mittenllnie hervorgerufen, wenn die Kraft nicht mehr einwirkt. Dieses Problem tritt nicht auf, wenn die Schenkel gemeinsam wirksam sind und die Feder so ausgelegt Ist, daß sie größer 1st als die Summe der Kräfte, die jeden Schenkel beaufschlagen.

Eine andere Ausführungsform der Mechanik nach Flg. 3 zum Messen der Winkel zwischen zwei Sondenabschnitten Ist in Flg. S gezeigt. Bei dieser Winkelerfassungsmechanik ist an jedem Sondenabschnitt 20 und 22 ein Element 74, das ein biegsamer Viereckstab Ist, befestigt. Auf jeder Fläche des Stabs ist ein Halbleiterdehnungsmesser 76, 78, 79 und 80 vorgesehen. Zwei Dehnungsmesser auf der entfernten Seite des biegsamen Stabs 74 sind In FIg. 5 nicht sichtbar, aber Ihre jeweiligen Positionen sind mit 79 und 80 bezeichnet. Im vorliegenden

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Anwendungsfall haben Halblelterdehnungsmesser einen erheblichen Vorteil gegenüber metallischen Dehnungsmessern, well für geringe Winkelabweichungen ein großes Signal erzeugbar Ist, z. B. für 2,5° oder weniger, da der K-Faktor eines Halblelterdehnungsmessers 150 Im Gegensatz zu einem K-Faktor 2 von Metalldehnungsmessern beträgt. Durch elektrisches Verbinden eines Paars von Dehnungsmessern auf gegenüberllegenen Flächen,

z. B. der Dehnungsmesser 76 und 80 In Form einer halben Brückenschaltung (vgl. Flg. 6) wird ein Spannungssignal erzeugt, das die Winkelabweichung eines Sondenabschnitts In bezug auf den anderen bezeichnet. Das andere Paar Dehnungsmesser auf dem Stab 74 wird In ähnlicher Welse zusammengeschaltet. Wie das schematische Diagramm von Flg. 6 zeigt. Ist ein Dehnungsmesser 76 an eine Spannungsversorgung angeschlossen, und der Dehnungsmesser 80 auf der gegenüberliegenden !lache des biegsamen Stabs 74 Ist mit dem Dehnungsmesser reihengeschaltet, wobei zwischen beide ein Spannungsausgang V_0UT geschallet Ist. Bei dieser Anordnung wird nur durch eine Differenzänderung Infolge einer wlnkclmälJlgen Ablenkung zwischen den Sondenabschnitten 20 und 22 eine Ausgangsspannung V_0UT erzeugt. Eine Querachsen-Biegung wird neutralisiert, da die Dehnungsmesser 76 und 80 auf gegenüberliegenden Selten die gleichen Querachsenblegeslgnale erzeugen. Außerdem erfolgt bei dieser Schaltung ein Ausgleich von Temperatur-Auswirkungen sowie von Gleichtakt-Dehnungen und -Kompessionen. Im vorliegenden Fall ersetzt das biegsame Element 74 das Kugelgelenk nach Flg. 3 für die mechanische Verbindung des ersten mit dem zweiten Sondenabschnitt.

Für die Bestimmung der geometrischen Beziehungen des Bohrlochs 12 und der Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 zusammen mit den Winkelsignalen von den Wlnkelverblndungselnhelten 26 und 28 wird auf die Flg. 7, 8 und 9 Bezug genommen. Die Definition der Verbindungsstellen-Winkel f. und Θ erfolgt unter Bezugnahme auf die Beschlcunlgungsmesserachscn χ. ν und z, wobei r. als eine vertikale Winkeländerung In bezug auf die v-Achse definiert Ist unter der Annahme, daß die v-Achse In der durch die z-Achse definierten Ebene liegt und wirklich vertikal verläuft entsprechend der Linie 82 In Flg. 7. Gleichermaßen sind die 0-Wlnkel In bezug auf die .v-Achsc definiert unter der Annahme, daß die .v-Achse horizontal verläuft. Die e-Wlnkel und die Horizontalprojektionen der 0-Wlnkel können als relative Nelgungs- bzw. Azlmut-Wlnkel angesehen werden, da sie relative Änderungen der Neigung und des Azimuts eines Sondenabschnltls In bezug auf einen anderen Sondenabschnitt bez.elchnen. Der Sondcn-Rollwlnkel Φ gemäß Flg. 7 bezeichnet die Rotation der Sondenabschnitte 20, 22 und 24 Im Bohrloch 12 entsprechend Flg. 7. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Sondenwinkel r. und θ vom vorhergehenden Sondenabschnitt gemessen und sind direkte Messungen der Winkel zwischen zwei Sondenabschnitten, z. B. 20 und 22. In der folgenden Tabelle I sind die In der Definition

.ίο der vorliegenden Beschreibung verwendeten verschiedenen Symbole erläutert.

Tabelle I

A = Azlmutwlnkcl von Norden (0°= Norden. 90°=Osten, l80° = Südcn, 270° = Westen)
/ = Neigung zur Vertikalen (0° = gerade nach unten, 90"= horizontal)

r. = Neigungsänderung des Sonderverbindungsstellenwinkels (Vertikalebene)

Θ = Änderung des Sondenverblndungsstellenwlnkels In der .xr-Ebene

Φ = Sonden-Rollwlnkel (um die z-Achse)

/V = Kompaßkurs Nord (rechtweisend Nord)
« E = Kompaßkurs Ost

D = Tiefe vertikal

L = Länge von Sondenabschnitten

C = Länge des abgelaufenen Kabels

.ν = Horizontalkomponente der Sonde (senkrecht zu z)
■»5 ν = Vertikalkomponente der Sonde (senkrecht zu :)

ζ = Längskomponente der Sonde (Tangente zur Bohrlochachse)

ο_Λ. = .Y-Beschleunlgungsmesser-Ausgang (längs der v-Achse bei Φ = 0")

O₁. = y-Beschleunlgungsmesser-Ausgang (längs der v-Achse bei Φ = 0°)

a. = r-Beschleunigungsmesser-Ausgang längs der r-Achsc

/\, = Poientlometerausgang proportional dem Winkel längs .v-Beschleunlgungsmesser an erster Verbindungsstelle

P₁₂ = Potentiorrictcrausgang proportional dem Winkel längs .v-ßeschlcür.igur.gsrnesscr an zweiter Verbindungsstelle

P,, = Potentiometerausgang proportional dem Winkel längs ^-Beschleunigungsmesser an erster Verbindungsstelle

P₂ = Potentiometerausgang proportional dem Winkel längs y-Beschleunlgungsmesser an zweiter Verbindungsstelle

Die folgende Gleichung (1) definiert den Neigungswinkel / als Beschleunigungsmesser-Ausgänge O_x, a_v und fl_r

I = tan-' f^Ja' + a, ^ (1)

Da bei diesem Ausführungsbeisplcl der Sonden-Rollwlnkel Φ nicht mechanisch Im Bohrloch kontrolliert Ist, Ist die zur Sondenlängsachse senkrechte vertikale Schwerkraftkomponente eine Kombination der Messungen des .v- und des y-Beschleunlgungsmcsscrs. Wenn der v-Beschlcunlgungsmcsscr 40 als horizontal angenommen wird.

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Ist / gleicht tan ' (a_ylaj, wie aus Flg. 7 ersichtlich Ist. Die Gleichung (1) definiert / Im allgemeinen Fall.

tine Transformation der Beschleunigungsmesser-Ausgänge und der Winkelausgange In Oberflächenkoordlnaten wird zuerst unter Bezugnahme auf den einfachen Fall erläutert. In dem das Azimut A gleich Q₁ und Q₂ Ist, was wiederum gleich Null Ist. Wie aus Flg. 8 ersichtlich ist, kann die horizontale Projektion der Sonde auf der Erdoberfläche - angenommen diese 1st eben - In drei Segmente aufgeteilt werden, und zwar jeweils ein Segment für jeden Sondenabschnitt. Die Horizontalkomponenten jeder Sonde /V₀, N₁ und /V₂ sind:

/V₀=L₀SIn/

/V₁ = L, sin (/ + £,)

/V₂ = L₂ sin (/ + c, +

(2) (3) (4)

Die vorstehenden Gleichungen (2), (3) und (4) können als horizontale Projektionen angesehen werden, well sie die Projektionen der Sondenabschnitte 20, 22 und 24 auf der Erdoberfläche repräsentieren. Aus dem gleichen Grund kann die Tiefenprojektion jedes Sondenabschnitts wie folgt dargestellt werden:

₀ = L₀COS /

, = L| cos (/ +C₁)

₂ = L₂ cos (/ + i:₂

(5) (6) (7)

N, = N₀ cos A + N| cos (A +

θ, θ, 02

~—:) + N₂ cos (A + ~ : + ~ ~ τ
sin I ² sin I sin (I + C₁)

(8)

In dem allgemeinen Fall, daß der Azlmutwinkci A nicht gleich Null Ist, wird die Kurslänge /V der Sonde Insgesamt durch den Kosinus des Azlmutwlnkels A wie folgt modifiziert:

Θ, Ν, = L₀ sin I cos A + Li sin (I + C₁) cos (A + ~—:) +

L₂ sin

c₂) cos (A + -\ + _si

Θ,

~—:

_sin

(9)

mit Ν, = die 1-te Messung In einer Meßreihe, während die Sonde In ganzzahllgen Vielfachen der Sondenlänge durch das Bohrloch vorwärtsbewegt wird.

In den Gleichungen (8) und (9) Ist zu beachten, daß Θ, durch den Sinus von / und Q₂ durch den Sinus von I plus ε, dividiert Ist. Dies dient dem Ausgleich der Neigungsauswirkungen auf die Azimutwerte (vgl. Flg. 9). Eine Messung des Ostkurses /; oder Azimuts ergibt sich durch die folgende Gleichung (10):

E, = L₀ sin I sin A + Li sin (I + ε,) sin A + ~ : ) +

Sl Π 1

L₂Si_n(I ₊ C_{1 +} C₂)Sm(A₊-^ + ^ ₍, \ ^ ) L₀ sin Ii cos Ai + Li sin (I| + cO cos (A| +

β, sin I

L2 sin (I]

c₂) cos

Θ, θ2_

sin I sin (I -I-

(10)

Die Kursmessungen In den Gleichungen (9) und (10) resultieren aus direkten Ablesungen der Instrumente in der Sonde fllr jeden längenmäßigen Vorschub der Sonde nach unten durch das Bohrloch, und es ist möglich, durch Hinzufügen weiterer Terme zu den obigen Gleichungen weitere Sondenabschnitte zu berücksichtigen.

Die Arbeitsweise der Bohrlochmeßvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die erste Messung erläutert, die mit dem ersten Sondenabschnitt 20, beginnend Im Startrohr 18, durchgeführt wird (vgl. Fig. 1). Jede folgende Messung oder Ablesung von den Beschleunigungsmessern und Winkelverblndungselnhelten erfolgt, nachdem die Sonde um ²M der Gesamisondeniänge vorwänsbewegt wurde, so dal"5 der erste Sondenabschnitt 20, der die Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 enthält, den gleichen Abschnitt des Bohrloch-Futterrohrs einnimmt, den der dritte Sondenabschnitt 24 während der vorhergehenden Messung eingenommen hat.

Die Berechnung der Azimutwinkel Q₁ und Q₂ kann mit den vorher gemessenen Winkeln summiert werden, ohne daß eine Messung übersprungen wird. Die folgenden Gleichungen (11), (12), (13) und (14) repräsentieren die Berechnung der Inkremente der Projektion der Sondenabschnitte 20, 22 und 24 auf einem Nord- und einem Ostkurs sowie die Tiefe und Länge des abgelassenen Kabels, wenn sich die Sonde Im Startrohr 18 befindet.

(H)

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Ej = L₀ sin Ii sin Ai + Li sin (I_s + C|) sin (Ai + ~r~z) + ^;

L₂ sin (I₁ + *, + *₂) sin (A, ₊ ^ + ^^^ _) 02) |

D, = L₀ cos Ii + L, cos (Ii + ε,) + L₂ cos (I₁ + ε, + ε₂) (13) fs

C, = L₀ + Li + L₂ . (14) S

Der nächste Schritt bei dem Vorgang der Bohrlochmessung besteht darin, die Sonde durch das Bohrioch um M Vi Ihrer Länge vorwärtszubewegen, so daß der erste Sondenabschnitt 20 die gleiche Lage einnimmt, die bei der j| vorhergehenden Messung der dritte Sondenabschnitt 24 eingenommen hat. Der Azimutwinkel für die zweite Messung 1st dann durch die folgende Gleichung (15) definiert:

15 - — . . .

^A' ^{= A}' ⁺ slnl ⁺ sMlT^ ⁽¹⁵⁾

20 Da die in dem ersten Sondenabschnitt 20 enthaltenen Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 für eine direkte Messung der Neigung / verwendbar sind. Ist es nicht erforderlich, Z₂ = /, + e, + e₂ zu berechnen, dies kann jedoch ausgeführt werden, um eine weitere Genauigkeitsprüfung zu erhsSten. Das nächste Inkrement der Sondenbewegung unter der Erdoberflache durch das Bohrloch wird mittels der Gleichungen (16), (17), (18) und (19) berechnet: _ ...._......_ _._.

Θ,

N₂ = N, + L, sin (I₂ + ε,) cos (A₂ + TJ^J ) +

30

L₂ sin (I_{2 + Cl +} e₂) cos (A₂ + "^ + ^ ₍, \ ^ ) (I₆)

E₂ = E, + Li sin (I₂ + ε,) sin (A₂ + ^r~[ ) +

L₂ sin (I₂ + ε, ₊ ε₂) sin (A_{2 +} -¹J + —jf^ ) _(l7)

Di = D, + Li cos (Ii + ει) + L₂ cos (I₂ + ει + ε₂) (18)

« C₂ = C₁ + Li + L₂ (19)

Für die dritte Messung wird der Azimutwinkel A₃ wiederum durch Gleichung (20) wie folgt definiert:

θ, θ₂

« ^{A3 = A2 +} sinI ⁺sin(I _{+ ei})

und das dritte Inkrement des Sondenvorschubs durch das Bohrloch wird unter Anwendung der Gleichungen (21), (22), (23) und (24) berechnet:

50 θι

N₃ = N₂ + Li sin (I₃ + ε,) cos (A₂ + T~j) +

L₂ sin (I₃ + ε, + ε₂) cos (A_{3 +} ^₊ sin (I + ε,) > _ (²^

55

©1

E₃ = E₂ + Li sin (I₃ + ει) sin (A₃ + . . ) +

θ| θ₂

60 L₂ sin (I₃ + ε, + e₂) sin (A₃ + — + _{sin (I + B()}) (22)

D₃ = D₂ + Li cos (I₃ + ei) + L₂ cos (I₃ + ε, + ε₂)

C₃ = C₂ + Li + L₂ (24)

65

Die allgemeine Form Jedes Schritts des Bohrlochmeßvorgangs ist durch die folgenden Gleichungen (25), (26), (27) und (28) definiert:

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θι
N, = N,.; + sin (I, + ci) cos (A, + T~j) + (25)

θι Q₂

L₂ sin (I, + ci + C₂) cos (A, + ~ j + ■ ,. T ) — U sin I₁ cos A E, = E_w + L, sin (I, + ci) sin (A, + ~r~^ ) + (26) L₂ sin (I, + ci + c₂) sin (A/ + ~r~. + - ,, , ) — L₀ sin I₁ sin A

Sin 1 sin \l τ E\)

D, = D/-1 + Li cos (I, + ci) + L₂ cos (I, + ei + C₂)

- L₀ cos Ii (27)

C, =~Q_, + L, + L₂-Lo (28)

Das vorstehende Beispiel der Bohrlochmessung wurde erläutert, ohne daß dabei eine eventuelle Rotation der Sonde Im Bohrloch, definiert durch den Winkel Φ, berücksichtigt wurde. Der Sonden-Rollwinkel Φ kann vom .v-Beschleunlgungsmesser 42 und dem ^-Beschleunigungsmesser 44 im ersten Sondenabschnitt 20 mittels der folgenden Beziehung bestimmt werden:

Φ = tan-' ( — J (29)

Der tatsächliche Wert von Φ, ausgedrückt In Grad, hängt von der Polarität der Ausgänge des .v- und des y-Beschleunlgungsmessers 42 und 44 entsprechend der folgenden Tabelle II ab:

- ■■--■ . M

Tabelle II Polarität Bedingung Gleichung Φ-Bereich

a_x a_v

|O

± + I a, I ^ I a_v I Φ = tan-' Mj - 45° =£ Φ ^ 45'

+ + I Z_x I S I a, I φ = 90° - tan-' (jfj 45° ^ Φ ^ 90

- + |a_A|^|aj,| Φ=- 90°- tan-' (~*J - 90° ^ Φ^- 45°

+ - |a_x|s|a^| Φ= 180°+ tan-' (—) 135°^ Φ ^ 180° ._ς

- - |a, |s|_aj,| Φ = - 180°+tan-' f—} - 180°^ Φ ^ - 135°

+ - \a_x\^\a_y\ Φ= 90°-tan-' ^ J 90° ^ Φ< 180° so

- - I H_x I ;> I a, I Φ = - 90° - tan-' (^) - 180° < Φ < - 90°

Nach Bestimmung des Sonden-Rollwlnkels Φ unter Anwendung der Beziehungen entsprechend der Tabelle II können die Winkelausgänge der Verblndungselnhelicn In bezug auf den Rollwinkel ausgeglichen werden, so daß die Neigungsänderung des Sondenverbindungswinkels und die Azlmuiünderung des Sondenverbindungswinkels ε bzw. θ die tatsächlichen Nelgungs- und Azlmulünderungen bezeichnen. Dies wird erreicht unter Anwendung der Beziehungen entsprechend den Gleichungen (30) und (31):

0, = P_xl cos Φ -P_n ;Sln Φ (30)

R₁ = P₉₁ cos Φ + P_x, sin Φ (31)

Bei der vorstehend erläuterten Arbeltswelse der BohrlochmcUvorrlchiung wird angenommen, daß die Sonde vom Oberende des Bohrlochs ausgeht; das erläuterte Verfahren Ist jedoch ebenso gut anwendbar, wenn die Sonde zum Grund des Bohrlochs abgelassen wird und die Messung von unten nach oben vor sich geht. In diesem Fall Ist es allerdings erforderlich, die tatsächlichen Werte für N₁. E₁ und D₁ zu berechnen, nachdem die

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Sonde das Startrohr erreicht hat, so daß der ursprüngliche Ausgangs-Azlmutwlnkel A₀ bestimmt werden kann.

Flg. 10 zeigt das Blockschaltbild eines Signalverarbeitungssystems für die Erzeugung von Signalen, die die Bohrlochrichtung darstellen, aus den Ausgängen der Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 sowie den Winkelsignalen C₁ und £₂ und O₀ und θ₂ der Verbindungseinheiten 26 und 28. Wie Flg. 10 zeigt, werden die Winkelsignale ε,, ε₂, β, und θ₂ über Leitungen 82, 84, 86 und 88 einem Multiplexer 90 zugeführt. Die Ausgangssignale a_x, a, und a. der Beschleunigungsmesser werden Ober Leitungen 92, 94 und 96 Filtergliedern 98, 100 und 102 zugeführt. Die Ausgange der Filterglieder 98, 100 und 102 werden dann über Leitungen 104, 106 und 108 Abtast- und Haltekreisen 110, 112 und 114 zugeführt, die Ihrerseits mit dem Multiplexer MPX 90 Ober Leitungen 116, 118 und 120 verbunden sind. Das Ausgangssignal des Multiplexers MPX 90 wird einem Analog-Digital-Umsetzer ADU 122 über eine Leitung 124 zugeführt, und das resultierende digitale Ausgangssignal des ADU 122 wird über eine Leitung 128 einem Serienumsetzer 126 zugeführt. An den Ausgang des Serienumsetzers 126 ist ein Datenübertragungskabel 130 angeschlossen, das einen Teil des Kabels 32 nach Flg. Ϊ bildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die verschiedenen vorstehend genannten Schaltungstelle einschließlich der Filterglieder 98. 100 und 102, der Abtast- und Haltekrelse UO, 112 und 114, des MPX 90, des ADU 122 und des Serier.umsetzers 126 Innerhalb der Sonde untergebracht. Ebenso wie die Beschleunigungsmesser 42, 40 und 44 können diese Schaltungsbauteile in dem erster« Sondenabschnitt 20 untergebracht sein.

Zusatzlich zu den vorstehend genannten Schaltungsbauteilen 1st im ersten Sondenabschnitt 20 eine Taktgeberund Logikstufe 131 angeordent und 1st über Leitungen 132, 133, 134 und 136 mit dem MPX 90, den Abtast- und Haltekreisen UO, 112 und 114, dem ADU 128 und dem Serienumsetzer 126 verbunden. Die Taktgeber- und

» Logikstufe 131 bewirkt eine Bündelung der Ausgänge der Abtast- und Haltekrelse UO, 112 und 114 durch den MPX 90, so daß das gefilterte Ausgangssignal der Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 an den MPX 90 geführt wird. Die Logiksignale der Taktgeber- und Logikstufe 131 werden über die Leitung 138 den Abtast- und Haltekrelsen UO, 112 und 114 zugeführt. Multlplexslgnale vom MPX 90 werden dann vom ADU 122 In Digitalformat umgesetzt und dann vom Serienumsetzer In einen seriellen Bltsirom umgesetzt, der über die Leitung 130 dem

Datenempfänger 34 zugeführt wird.

Ein Differenzverstärker 140 empfängt den seriellen Bitstrom, der die Beschleunigungsmesser- und Wlnkelslgnalausgänge repräsentiert, von der Datenübertragungsleitung 130 und führt diesen Bitstrom einem Serlen-Parallel-Umsetzer 142 über eine Leitung 144 zu. Eine Synchronisiereinheit 146 in Kombination mit einer ZeItsteuerelnhelt 148 bewirkt über eine Leitung 150, daß der Serien-Parallel-Umsetzer 142 den seriellen Bitstrom In ein Parallelsignal auf Leitungen 152 umsetzt. Die Dlgitaldaten auf den Leitungen 152 werden dann einem Computer zugeführt, der entweder ein Analog- oder ein Digital-Computer 1st und Signale erzeugt, die die Bohrlochrichtung entsprechend den vorher erläuterten Beziehungen repräsentieren.

Ferner umfaßt der Signalverarbeiter 34 eine Stromversorgung 156, die die verschiedenen Bauteile der Sonde über ein Energieübertragungskabel 158 sowie die Komponenten des Signalverarbeiters 34 speist. Das Energle-Übertragungskabel 158 bildet ebenfalls einen Teil des Kabels 32 von Flg. 1 und speist einen Umformer 160 In der Sonde, der die verschiedenen Schaltungsbauteile und Instrumente wie die Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 Innerhalb der verschiedenen Sondenabschnitte speist.

Die Annahme, daß die Sonde In Inkrementen von genau ¹Iz der Sondenlänge abwärts oder aufwärts bewegt wird, ist nicht unbedingt ein starres Betriebserfordernis. Intermittierende Messungen mit kürzeren Inkrementen oder asynchrone Messungen mit kontinuierlich bewegter Sonde sind leicht durchführbar, vorausgesetzt, daß die Länge des Startrohrs 18 mindestens 2L₁₁ beträgt und daß Berechnungsalgorithmus Irgendein Interpolationsschema aufweist. Ein geeignetes Verfahren Ist z. B. In der GB-OS 20 86 055 angegeben.

« Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

32 OO 269 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vermessen von Bohrlöchern, mit
einer aus einem ersten und zweiten Abschnitt bestehende Sonde, die In ein Bohrloch eingeführt und durch ein Bohrloch bewegt werden kann,

einem Verbindungstell, das den ersten Sondenabschnllt mii dem zweiten Sondenabschnitt flexibel verbindet, einer Winkelmeßeinheit, die mit der Sonde betriebsmäßig verbunden 1st und Signale erzeugt, die den Winkel zwischen dem zweiten und dem ersten Sondenabschnitt an der Verbindungseinheit darstellen, einer Slgnalverarbeltungselnhelt, die aufgrund der Winkelsignale die Bohrlochrichtung darstellende Signale erzeugt, und mit

einer Einheit, die ein Neigungssignal erzeugt, das die Neigung des ersten Sondenabschnitts relativ zur Vertikalen darstellt,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Slgnalverarbeltungselnhelt (34) aufweist:

>5 eine Einrichtung, die die Winkelsignale mit dem Neigungssignal kombiniert und Signale erzeugt, die die Richtung des Bohrlochs in Inklination und Azimut darstellen,

eine Einrichtung, die ein die Bewegung der Sonde Im Bohrloch darstellendes Signal erzeugt, und eine Einrichtung, die abhangig von den Winkelsignalen, den Neigungssignalen und den Bewegungssignalen ein Signal erzeugt, das die Tiefe des Bohrlochs wiedergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine Einheit, die ein erstes Winkelsignal, das die relative Neigung des zweiten Sondenabschnitts (22) In bezug auf den ersten Sondenabschnitt (20) bezeichnet und ein zweites Winkelsignal erzeugt, das das relative Azimut des zweiten Sondenabschnitts (22) In bezug auf den ersten Sondenabschnitt (20) bezeichnet; und
Mittel, die aus dem Neigungssignal eine horizontale Signalkomponente erzeugen, die den Sinus der Komblnation aus Nelgungssignal und relativem Neigungssignal repräsentiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Slgnalverarbeltungselnhelt (34) Mittel aufweist, die ein Azlmut-Slnusslgnal, das den Sinus eines das relative Azimut umfassenden Signals darstellt und ein Azimut-Kosinussignal, das den Kosinus eines das relative Azimut umfassenden Signals darstellt, erzeugen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Slgnalverarbeltungselnhelt (34) Mittel aufweist, die das horizontale Projektionssignal mit dem Azlmut-Koslnusslgnal verknüpft und ein Signal erzeugen, das ein Inkrement der horizontalen Projektion des Bohrlochs In einer ersten Richtung bezeichnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Slgnalverarbeltungselnhelt (34) Mittel aufweist, die das horizontale Projektlonsslgnal mit dem Azlmut-Slnusslgnal verknüpft und ein Signal erzeugen, das ein Inkrement der horizontalen Projektion des Bohrlochs In einer zweiten Richtung bezeichnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Slgnalverarbeltungselnhelt (34) Mittel aufweist, die das Nelgungssignal mit dem relativen Nelgungssignal zu einem Nelgungs-Verbundslgnal verknüpfen, und MIttel, die ein Signal erzeugen, das den Kosinus des Neigungsverbundsignals, das ein lnkrement der Bohrlochtiefe darstellt, repräsentiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die MIttel, die das Azlmut-Slnusslgnal und das Azlmut-Koslnusslgnal erzeugen, durch eine Einheit ein Signal erzeugen, das den Sinus eines mindestens zum Teil das Neigungssigna! enthaltenden Signals wiedergibt, und das relative Azimutsignal durch das NeI-gungs-Slnussignal teilen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinheit (26 oder 28) Mittel aufweist, die eine Rotation des ersten Sondenabschnitts (20) In bezug auf den zweiten Sondenabschnitt (22) verhindern.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine mehrere Beschleunigungsmesser (40, 42, 44) umfassende Beschleunigungsmesser-Einheit Innerhalb des ersten Sondenabschnitts (20) mehrere Signale erzeugt, die die relative räumliche Orientierung des ersten Sondenabschnitts (20) Im Bohrloch In bezug auf die Schwerkraft bezeichnen; wobei

- die von der Wlnkelmeßelnhelt (49, 50; 74), erzeugten Signale die Winkel zwischen der Längsachse des zweiten Sondenabschnitts (22) und der Längsachse des ersten Sondenabschnitts (20) bezeichnen; - die Einheit, die aus den Beschleunigungsmesser-Signalen das Signal erzeugt, das die Neigung des ersten Sondenabschnitts (20) relativ zur Schwerkraftrichtung bezeichnet, betriebsmäßig mit der Beschleunlgungsmesser-Elnhelt (40, 42, 44) verbunden Ist;

- mit der Wlnkelmeßelnhelt (49, 50; 74) betriebsmäßig verbundene Einheiten aus den Winkelsignalen das erste Winkelsignal so erzeugen, daß es die relative Neigung der Längsachse des zweiten Sondenabschnitts

6n (22) bezeichnet, und das zweite Winkelsignal so erzeugen, daß es das relative Azimut der Längsachse des

zweiten Sondenabschnitts (22) In bezug auf die Längsachse des ersten Sondenabschnitts (20) bezeichnet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tlefenbestlmmungsclnhelt mit der Beschleunigungsmesser-Einheit (40, 42, 44) und der Wlnkelmeßelnhelt (49, 40; 74) betriebsmäßig verbunden

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zum Erzeugen des ersten und des zweiten Winkelsignals aufweist: mil der Beschleunigungsmesser-Einheit (40, 42, 44) betriebsmäßig verbundene Mittel zum Erzeugen eines Signals, das den Rollwinkel (Φ) der Sonde (20, 22, 24) Im Bohrloch

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ί bezeichnet, und

i MIttel zum Ausgleich des ersten und des zweiten Winkelsignals In bezug auf den Rollwinkel (Φ).

f

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

:; - einen dritten, eine Längsachse aufweisenden Sondenabschnlti (24);

! - eine Einheit (2*) zum flexiblen Verolnden des dritten Sondenabschnitts (24) mit dem zweiten Sondenab-

; schnitt (22);

^; . - eine betriebsmäßig mit der Sonde verbundene Winkelmeßelnheli für den dritten Sondenabschnitt (24), die

Signale erzeugt, die die Winkel zwischen der Längsachse des dritten (24) und derjenigen des zweiten Sondenabschnitts (22) bezeichnende Signale erzeugt; ;_; - eine betriebsmäßig mit der Winkelmeßeinheit für den dritten Sondenabschnitt (24) verbundene Einheit zum Erzeugen eines dritten Winkelsignals, das die Neigung der Längsachse des dritten Sondenabschnitts ; (24) in bezug auf die Längsachse des zweiten Sondenabschnltis (22) bezeichnet, und eines vierten Wlnkeli . signals, das das Azimut der Längsachse des dritten Sondenabschnitts (24) In bezug auf die Längsachse des ι. zweiten Sondenabschnitts (22) bezeichnet; und I - eine auf das Neigungssignal, das dritte Winkelsignal und das vierte Winkelsignal ansprechende Einheit V zum Erzeugen eines Signals, das eine dem dritten Sondenabschnitt (24) entsprechende Inkrementelle horizontale Projektion des Bohrlochs längs der ersten vorbestimmten Richtung bezeichnet, und eines Signals, das eine Inkrementelle horizontale Projektion des Bohrlochs entsprechend dem dritten Sondenabschnltt (24) längs der zweiten vorbestimmten Richtung bezeichnet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinheit (26 oder 28) Organe (45, 46, 48)) aufweist, die eine Rotation des ersten Sondenabschnitts (20) In bezug auf den zweiten Sondenabschnltt (22) verhindern.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zum Erzeugen der Signale, die den Sinus und den Kosinus des zweiten Winkelsignals repräsentieren. Mittel zum Teilen des zweiten Winkelsignals durch den Sinus des Neigungssignals aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunlgungsmesser-Elnhelt drei Beschleunigungsmesser (40, 42, 44) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmeßeinheit eine Mehrzahl Halbleiter-Dehnungsmesser (76, 78, 79, 80) aufweist.

jjfj

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche S bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmeßeinheit

|| eine Mehrzahl Dehnungsmesser (76, 78, 79, 80) aufweist, die auf eine winkelmäßige Auslenkung der Verbln-

I, dungselnhelt (26 oder 29) ansprechen.

ρ

18. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (20, 22, 24) des weiteren einen

I Zentrallslerer (52, 54, 56, 58) aufweist, durch den der erste Sondenabschnltt (20) In der Bohrlochmitte gehal-

;| ten wird.

fi

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrallslerer aufweist: eine Mehr-

?:. zahl Rollen (60, 62); jeweils einen an jeder Rolle (60, 62) befestigten Schenkel (63, 64); und eine betriebsmäßig mit den Schenkeln (63, 64) verbundene Ausfahrmechanik (65 bis 68, 70 bis 73), die die Rollen (60, 62) In

k Anlage an den Bohrlochselten bringt und den ersten Sondenabschnltt (20) In der Bohrlochmitte hält. ;

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfahrmechanik eine Innerhalb des

; ersten Sondenabschnitts (20) gesicherte Zugfeder (67) und je ein an jedem Schenkel (63, 64) und an der Zug-

' feder (67) gesichertes Ausfahrorgan (65, 66) aufweist, durch das jeder Schenkel (63, 64) um einen gleichen

Betrag vom ersten Sondenabschnltt (20) ausfahrbar Ist.

;

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch

- eine Mehrzahl Slgnalaufbcrellungs-ülleder (98, 100, 102, UO, 112, 114) Innerhalb der Sonde, wobei je ein Glied betriebsmäßig mit je einem Beschleunigungsmesser verbunden Ist;

- einen In der Sonde (20, 22, 24) angeordneten Multiplexer (90), der mit der Winkelmeßeinheit und den so Slgnalaufbereitungs-Gllcdern betriebsmäßig verbunden Ist;

- einen In der Sonde angeordneten Analog-Digital-Umsetzer (122), der mit dem Multiplexer (90) betriebsmäßig verbunden Ist;

- einen In der Sonde angeordneten Serien-Umsetzer (126), der mit dem Analog-Digital-Umsetzer (122) betriebsmäßig verbunden Ist;

- ein betriebsmäßig an den Ausgang des Serien-Umsetzers (126) angeschlossenes Datenübertragungskabel (130);

- eine in der Sonde angeordnete und betriebsmäßig mit dem Multiplexer (90) verbundene Logikstufe (131), wobei aufgrund des Analog-Digital-Umsetzers (122) und des Serien-Umsetzers (126) der Multiplexer (90) eine Bündelung des Ausgangs der Slgnalaufbereltungs-Glleder (98, 100, 102, 110, 112, 114) mit den Winkelslgnalen ausführt und der Analog-Digital-Umsetzer (122) die gebündelten Signale In ein Digitalsignal umsetzt und der Serien-Umsetzer (126) das Digitalsignal dem Datenübertragungskabel (130) zuführt; und

- einen außerhalb des Bohrlochs positionierten und betriebsmäßig mit dem Datenübertragungskabel (130) verbundenen Datenempfänger (34), der das Dlgltalslgnal von der Sonde (20, 22, 24) empfängt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Slgnalaufbereltungs-Glleder Filter (98, 100, 102) und Abtast- und Haltekrclse (111, 112, 114) umfassen, wobei die Ablast- und Haltekreise (110, 112, 114) betriebsmäßig mit der Logikstufe (131) verbunden sind.