DE4016437C2 - Borehole measurement method for determining the azimuth of the borehole course - Google Patents

Borehole measurement method for determining the azimuth of the borehole course

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochmeßverfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspru­ ches.The invention relates to a borehole measuring method according to the preamble of the main claim ches.

In der Praxis sind Verfahren zur Bestimmung des Azimuts eines Bohrlochverlaufes bekannt, wobei beispielsweise ein hochgenauer Kompaß in eine Meßsonde eingebaut und nach einer voreingestellten Zeit fotographisch registriert wird. Die ermittelten Daten stehen leider erst bei der Entwicklung des Filmes - also am Ende der Messung - zur Verfügung und müssen dann noch einen Interpretations- und Inter­ polationsprozeß durchlaufen. Diese Prozesse sind sehr arbeitsintensiv (Firmendruckschrift der INTERFELS-EASTMAN INSTRUMENTS GmbH, Bad Bentheim: "Single-Shot Instrument Type EK mit elektronischem Timer oder Motion-Sensor", 1983).In practice, procedures for determining the Azimuth of a borehole course known, for example a highly accurate compass in a probe installed and photographed after a preset time is registered. The determined data are unfortunately only in the development of the film - So at the end of the measurement - available and then still need an interpretation and inter go through the polishing process. These processes are very labor intensive (company brochure of INTERFELS-EASTMAN INSTRUMENTS GmbH, Bad Bentheim: "Single-Shot Instrument Type EK with electronic timer or motion sensor ", 1983).

Es existieren auch Spulensysteme, welche auf elektronische Art ein eindeutiges Richtungssignal produzieren. Solche Systeme sind aber entweder sehr störanfällig oder sehr teuer und daher für bestimmte praktische Verhältnisse nicht zufriedenstellend (Firmendruckschrift der INTERFELS-EASTMAN INSTRUMENTS GmbH, Bad Bentheim: "DIGI COURSE I", 1983; Zeitschrift "Wireless Word", Oktober 1982, S. 49-54).There are also coil systems that are electronic Kind of produce a clear directional signal. But such systems are either very prone to failure or very expensive and therefore for certain practical conditions unsatisfactory (Company brochure of INTERFELS-EASTMAN INSTRUMENTS GmbH, Bad Bentheim: "DIGI COURSE I", 1983; "Wireless Word" magazine, October 1982, pp. 49-54).

Aus der US-PS 33 69 626 ist ein Bohrlochmeßverfahren bekannt, das mit einer von einem Kabel gehaltenen Sonde arbeitet, wobei die Sonde eine Längsachse hat, deren Neigung von der Vertikalen mit Hilfe eines Inklinometers gemessen werden kann. Die geographische Bezugsrichtung wird mit einem drehbaren Magnetfeldsensor erfaßt, der um die Gerätelängsachse rotierend angeordnet ist. Das Signal von diesem Magnetfeldsensor wird aber nicht nach oben geführt, sondern wird nur auf eine besondere Kennung untersucht, wie z. B. ein Maximalwert, ein Minimalwert oder ein Polaritätswechsel (Nulldurchgang). Da diese besondere Kennung im Moment wo der Magnetfeldsensor in Richtung Nord-Süd steht auftritt, kann dieses Moment als Orientierungspuls verwendet werden. Dieser Puls startet einen neuen Zyklus des Abtasten der Bohrlochwandung. Die gewonnene Information über das durchbohrte Gestein wird über das Bohrlochkabel nach oben gegeben.From US-PS 33 69 626 is a borehole measuring method known that with a cable held Probe works, the probe has a longitudinal axis, their inclination from the vertical with the help of a Inclinometers can be measured. The geographic Reference direction is with a rotatable magnetic field sensor detected, rotating around the longitudinal axis of the device is arranged. The signal from this magnetic field sensor but is not led upwards, but is only checked for a special identifier, such as B. a maximum value, a minimum value or a polarity change (zero crossing). This one special identifier at the moment where the magnetic field sensor occurs in the north-south direction, this can Moment can be used as an orientation pulse. This pulse starts a new cycle of scanning the borehole wall. The information obtained about the pierced rock is over the downhole cable given up.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges und mit preiswerten Sensoren arbeitendes Verfahren zur genauen Bestimmung des Azimuts eines Bohrlochverlaufes zu schaffen.The invention is based on the object a reliable and with inexpensive sensors working method for the exact determination of the To create azimuth of a borehole course.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches gelöst.This object underlying the invention will solved by the teaching of the main claim.

Mit anderen Worten ausgedrückt wird vorgeschlagen, daß ein Magnetfeldsensor um die Gerätelängsachse rotierend angeordnet ist und in das Bohrloch hinabgelassen wird. Dieser rotierende Magnetfeldsensor, der relativ preiswert hergestellt werden kann, liefert dabei ein durch den vorhandenen Erdmagnetismus induziertes Signal.In other words, it is suggested that a magnetic field sensor around the device's longitudinal axis is rotatably arranged and lowered into the borehole becomes. This rotating magnetic field sensor which can be manufactured relatively inexpensively thereby by the existing earth magnetism induced signal.

Dieses Signal ist bei einer Drehung des Sensors eine Sinuslinie, wobei das sinusförmige Signal einen Extremwert erreicht, wenn der Magnetfeldsensor die Erdmagnetismuslinie durchläuft.This signal is a when the sensor is turned Sine line, the sinusoidal signal being an extreme value reached when the magnetic field sensor Passes through the Earth's magnetism line.

Der Verdrehwinkel zwischen dem rotierenden Sensor und den Neigungsebenen des im Gerät fest eingebauten Inklinometers wird mit Hilfe eines optischen Kodiersystemes erfaßt, d. h. z. B. eine sich mit dem Sensor drehende im bestimmten Abstand voneinander vorgesehene Löcher aufweisende Scheibe wird durchleuchtet, wobei der durchfallende Lichtstrahl einen elektrischen Impuls erzeugt. Dieses optische Kodiersystem hat eine Auflösung von z. B. 500 Schritten, d. h. 500 Löchern auf der sich drehenden Scheibe, so daß eine rein statische Auflösung von 360/500=0,7° gegeben ist. Diese erfaßten Daten werden über ein Bohrlochkabel zur Erdoberfläche geleitet, wo sie vorzugsweise einer rechnerunterstützten mathematischen Modellierung zugeführt werden. Hier wird aus dem mit Fehlern behafteten Signal eine hochgenaue Winkelbestimmung bezogen auf den magnetischen Norden errechnet. Die auftretenden Fehler, wie magnetische Störfelder des Motors, Temperaturabhängigkeit von Sensor oder Schaltung, Schwankungen in der Drehgeschwindigkeit und Signalabhängigkeit von der Intensität des Magnetfeldes werden durch die rechnerunterstützte Berechnung ausgeglichen.The angle of rotation between the rotating sensor and the inclination levels of the built-in device Inclinometer is made using an optical coding system detected, d. H. e.g. B. one yourself with the sensor rotating provided at a certain distance from each other Disc with holes is illuminated, the light beam passing through being an electrical one Impulse generated. This optical coding system has a resolution of e.g. B. 500 steps, d. H. 500 holes on the rotating disc, so that a purely static resolution of 360/500 = 0.7 ° given is. This data is collected via a Borehole cables routed to the earth's surface where they preferably a computer-aided mathematical Modeling can be supplied. Here is out a highly accurate signal with errors Determining the angle in relation to the magnetic north calculated. The errors that occur, such as magnetic Interference fields of the motor, temperature dependence of sensor or circuit, fluctuations in the speed of rotation and signal dependence of the intensity of the magnetic field are determined by the computer-aided calculation balanced.

Da der Meßvorgang beliebig oft wiederholt werden kann, ist im Prinzip jeder Grad von Genauigkeit erreichbar. Der Kompromiß ist die Meßdauer. So sind innerhalb weniger Sekunden schon Genauigkeit von ca. 0,1° erreichbar.Since the measuring process can be repeated as often as required can, in principle, any degree of accuracy can be achieved. The compromise is the measurement time. So are accuracy of within a few seconds approx. 0.1 ° reachable.

Mit rein analogen Hilfsmitteln wäre ein solches Signal nicht verwertbar, wenn hohe Qualitätsansprüche gestellt werden. Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht aber das Signal statistisch zu bearbeiten, weil eben durch die dynamische Abtastung eine Vielzahl von Daten zur Verfügung steht.Such a signal would be with purely analogue aids not usable if high quality standards be put. The proposal according to the invention enables but to process the signal statistically, because the dynamic scanning means a large number of data is available.

Claims (6)

1. Bohrlochmeßverfahren mit einer von einem Kabel gehaltenen Sonde, wobei die Sonde eine Längsachse hat, deren Neigung von der Vertikalen mit Hilfe eines zweiachsigen Inklinometers gemessen wird und die geographische Richtung der Neigung mit einem drehbaren Magnetfeldsensor erfaßt wird, der um die Gerätelängsachse rotierend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Magnetfeldsensor erfaßte, durch den vorhandenen Erdmagnetismus induzierte Signal über ein Bohrlochkabel zur Erdoberfläche geleitet wird und einer rechnergestützten mathematisch-statistischen Modellierung zugeführt wird. 1. Borehole measuring method with a probe held by a cable, the probe having a longitudinal axis, the inclination of which is measured from the vertical with the aid of a biaxial inclinometer and the geographic direction of the inclination is detected with a rotatable magnetic field sensor which is arranged to rotate about the longitudinal axis of the device , characterized in that the signal detected by the magnetic field sensor and induced by the existing earth magnetism is conducted via a borehole cable to the earth's surface and is fed to a computer-aided mathematical-statistical modeling. 2. Bohrlochmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrehwinkel zwischen dem rotierenden Sensor und den Neigungsebenen des Inklinometers mit Hilfe eines optischen (incrementalen oder absoluten) Kodiersystems erfaßt wird.2. Borehole measuring method according to claim 1, characterized characterized that the twist angle between the rotating sensor and the inclination planes the inclinometer with the help of a optical (incremental or absolute) coding system is detected. 3. Bohrlochmeßverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Kodiersystem aus einer mit dem rotierenden Sensor umlaufenden Scheibe besteht, die Lichtdurchtrittsöffnungen aufweist und der durchtretende Lichtstrahl elektrische Impulse erzeugt, die zur Erdoberfläche geleitet werden.3. borehole measuring method according to claim 1 and 2, characterized in that the optical coding system from one with the rotating sensor circumferential disc, the light passage openings has and the penetrating Light beam generates electrical impulses that are directed to the surface of the earth. 4. Meßverfahren wenigstens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kodiersystem eine Auflösung von z. B. 500 Schritten aufweist, so daß eine rein statische Auflösung von 360/500=ca. 0,7° gegeben ist.4. Measuring method at least according to claim 3, characterized characterized that the coding system a resolution of e.g. B. has 500 steps, so that a purely static resolution from 360/500 = approx. 0.7 ° is given. 5. Meßverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmessung über eine genaue Zeitmessung erfolgt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Sensors konstant ist.5. Measuring method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the angle measurement is accurate Timekeeping takes place when the speed of rotation of the sensor is constant. 6. Meßverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Magnetfeldsensor nur hin- und hergehende Rotationsbewegungen um eine Position, welche für die Azimutbestimmung ausreichend ist, z. B. in der das maximale, vom lokalen Erdmagnetismus induzierte Signal geliefert wird, ausführt.6. Measuring method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the rotating magnetic field sensor only reciprocating rotational movements a position which is used for the azimuth determination is sufficient, e.g. B. in the maximum induced by the local earth magnetism Signal is delivered, executes.
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