DK168125B1 - Fremgangsmaade til fjernelse af indflydelsen fra borestrengsmagnetisering paa en azimutmaaling i et borehul - Google Patents

Description

- i - DK 168125 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fjernelse af indflydelsen fra borestrengsmagnetisering på en azimutmåling i et borehul ved hjælp af en i en borestreng monteret følerenhed, hvilken enhed har en midterakse, som i det væsentligste forløber koaksialt med borehullets læng-5 deakse, og som omfatter i det mindste ét magnetometer til måling af en tværaksial komposant af magnetfeltet Bm ved følerenhedens placering, hvorhos fremgangsmåden omfatter . fjernelse af indflydelsen af den ak-siale komposant i borestrengsmagnetiseringen ved magnetometerets placering.

ίο Opfindelsen angår især en fremgangsmåde til bestemmelse og korrek tion af indflydelse fra det fejlagtige magnetfelt, som dannes ved magnetisering af en borestreng på en azimutmåling, ved hjælp af en magnetisk følerenhed, som befinder sig i borestrengen.

Under udførelse af dybdeboringer er det normal praksis nu og da at is overvåge borehullets kurs ved hjælp af en følerenhed, som befinder sig i borestrengen nær dennes nedre ende. Følerenheden består normalt af et sæt magnetometre, som måler det lokale magnetfelts komposanter i tre retvinklede retninger. Eftersom retningen af jordmagnetfeltvektoren samt retningen af den lokale tyngdevektor er en passende reference for 20 bestemmelse af et borehuls kurs, tilstræbes det, at det af følerenheden målte magnetfelt er en præcis gengivelse af jordmagnetfeltet.

Når følerenhedens retning skal måles i forhold til jordmagnetfelt-vektoren medens borestrengen er til stede i borehullet, kan det af borestrengsmagnetiseringen fremkaldte fejlagtige magnetfelt frembringe en 25 betydelig fejl i den således målte retning. For at mindske størrelsen af denne fejl så meget som muligt, er det almindeligt at montere følerenheden i en boreforing, som er fremstillet af umagnetisk materiale. Derudover er denne foring normalt monteret i en del af borestrengen, som består af en række umagnetiske foringer for at opnå at virkningen 30 fra boresamlingens stål komponenter, som fx. boreskær og borerør over foringen, på magnetfeltet ved sensorernes placering bringes ned på et minimum. Et problem, som opstår, når der anvendes umagnetiske boreforinger, er at disse foringer kan blive magnetiske under boring, og i særdeleshed kan tilstedeværelsen af såkaldte magnetiske pletter i fo-35 ringen nær sensorsamlingen forringe azimutmålingens nøjagtighed betyde- - 2 - DK 168125 B1 ligt.

Det er kendt fra US-patentskrift 4,414,753 at korrigere indflydelsen fra magnetisering på måleresultatet fra en magnetisk føler ved at bevæge føleren langs en cirkel under målingen af det magnetiske felt.

5 GB-A-2,138,141 anfører en teknik til korrektin af instrumentfejl på en azimutmåling i et borehul ved rotation a instrumentet i hullet under aflæsning af azimutmål i nerne.

Det er endvidere kendt fra US-Patentskrift nr. 4 163 324 delvist at fjerne fejl i azimutmålingen, som er fremkaldt af det fejlagtige magio netfelt ved følerenhedens placering, hvilket felt især er en følge af borestrengsmagnetisering. I den kendte metode forudsættes det, at det fejlagtige magnetfelts vektor ved sensorernes placering løber langs borehulsaksen. Skønt den kendte korrektionsfremgangsmåde normalt forbedrer azimutmålingens nøjagtighed, så korrigerer den ikke for tværak-15 siale magnetiske fejlfelter. Nævnte tværaksiale magnetiske fejlfelter kan stamme fra tilstedeværelsen af magnetiske pletter eller stålkomponenter i boresamlingen. Opfindelsens mål er at tilvejebringe en forbedret azimutmåling, hvor den af borestrengmagnetisering fremkaldte fejl korrigeres på mere præcis måde end i den hidtil kendte fremgangsmåde.

20 Målet nås ved at udøve den indledningsvis omtalte fremgangsmåde sådan, at indflydelsen fra den tværaksiale borestrengsmagnetisering forud for elimineringen af indflydelsen fra den aksiale borestrengsmagnetisering fjernes ved at lade borestrengen med den monterede følerenhed rotere omkring borehullets længdeakse, medens den tværaksiale kom-25 posant af magnetfeltet måles for forskellige borestrengsretninger, hvorpå azimut-måleresultaterne korrigeres på grundlag den målte tværaksiale komposant.

I en foretrukket udformning af opfindelsen består følerenheden af tre magnetometre til måling af komposanterne Bx, By og Bz i tre ind-30 byrdes retvinklede retninger x, y og z, hvorhos indflydelsen fra de tværaksiale fejlkomposanter Mx og My, som er fremkaldt af borestrengsmagnetisering på det målte magnetfelt bestemmes ved i et diagram med Bx som abscisse og By som ordinat at afsætte de i magnetfeltet målte tværaksiale komposanter Bx og By i forskellige retninger i følerenheden 35 i borehullet. Hvis borestrengen roteres i et vi nkel interval på 360°, - 3 - DK 168125 B1 kan der trækkes en lukket cirkel formet kurve i diagrammet gennem de således målte tværaksiale komposanter Βχ og By, hvorefter de tværaksiale fejlkomposanter Μχ og My i borestrengsmagnetiseringens vektor M kan bestemmes på basis af kurvens centrum i diagrammet.

5 Opfindelsen vil i det følgende blive beskrevet i detaljer med hen visning til de medfølgende tegninger, på hvilke:

Fig. 1 er en skematisk, perspektivisk gengivelse af en borestreng med et triaksialt måleinstrument, ίο Fig. 2 er et diagram i hvilket det tværaksiale magnetfelt målt af de tværaksiale følere er afsat, medens borestrengen roterer i borehullet,

Fig. 3 er et vektordiagram, som viser stillingen af vektoren for det målte magnetfelt, korrigeret for den tværaksiale 15 borestrengsmagnetisering, i forhold til en kegle, som er defineret af tyngdevektoren og af jordmagnetfeltets vektor,

Fig. 4 er et diagram i hvilket afstanden mellem keglens bundcirkel og den nævnte korrigerede vektor udregnes med 20 hensyn til forskellige formodede størrelser for aksial borestrengsmagneti seri ng,

Fig. 5 viser en alternativ udformning af opfindelsen, hvorhos følerenheden omfatter et enkelt magnetometer, og

Fig. 6 viser magnetometeraflæsningerne for instrumentet på fig.

25 5 med hensyn til forskellige retninger for instrumentet, der er opnået ved at lade borestrengen rotere.

På fig. 1 er vist en boresamling 1, som består af en borekrone 2, som er forbundet til den nedre del af en borestreng 3. Den laveste del 30 af borestrengen 3 omfatter to umagnetiske boreforinger 4. I en af de u-magnetiske boreforinger 4, er der placeret et triaksialt måleinstrument 5, hvilket instrument anvendes til at bestemme midteraksen z for foringens 4 azimut og hældning, hvilken akse i det væsentligste forløber ko-aksialt med borehullets længdeakse ved kronens 2 beliggenhed.

35 Måleinstrumentet 5 består af tre accelerationsmålere (ikke vist), - 4 - DK 168125 B1 som er anbragt for at registrere tyngdekomposanter i tre indbyrdes retvinklede retninger x, y og z, og tre magnetometre (ikke vist), som er arrangeret til måling af magnetfeltet ved instrumentets placering i de samme tre indbyrdes retvinklede retninger.

5 På fig. 1 vises tyngdevektoren g målt ved hjælp af instrumentet 5, hvilken vektor g er lig med vektorsummen af komposanterne gx, gy og g2, som måles af accelerationsmålerne, og vektoren Bm for det lokale magnetfelt, hvilken vektor Bm er lig med vektorsummen af komposanterne Bx, B„ og B, målt af magnetometrene på instrumentet 5. Som vist er vektoren e- -» ίο Bm drejet i en vinkel Øm i forhold tyngdevektoren g, hvilken vinkel kan udregnes på basis af kendte matematiske formler.

På fig. 1 vises ligeledes vektoren B0 for det sande jordmagnetfelt og hældningsvinklen for denne vektor i forhold til tyngdevektoren g. Størrelsen af vektoren B0 og dens orientering i forhold til tyngdevek-15 toren g kan udregnes uafhængigt af borehulsmålingen, fx. via målinger uden for eller inden i borehullet eller fra geomagnetiske kortdata.

4

Som det kan ses på fig. 1 falder den målte magnetfeltvektor Bm ikke sammen med den virkelige magnetfeltvektor B0. Dette skyldes fejlmagnetfeltet M ved instrumentets placering, hvilket felt i det væsentlige zo er en følge af tilstedeværelsen af isolerede magnetpletter S i de umagnetiske boreforinger 4 samt tilstedeværelsen af stål komponenter i bore- 4 samlingen 1. På fig. 1 er vektoren M opløst i en aksial komposant M, og 4 -4 en tværaksial vektor Mxy, hvilken tværaksial vektor Mxy er lig med vektorsummen for komposanterne Mx og My.

25 Ifølge opfindelsen fjernes indflydelsen fra det fejlagtige magnet- 4 -4 felt M ved først at bestemme tværaksialvektoren Mxy og derpå bestemme den aksiale komposant M7 for det fejlagtige felt.

-*·

Bestemmelse af den tværaksiale vektor Mxy sker ved at lade borestrengen rotere ca. 360°, hvorved instrumentet 5 samtidig roterer om -4 30 centeraksen z, medens magnetfeltet Bm måles enten kontinuerligt eller med mellemrum for forskellige retninger af instrumentet 5 i forhold til centeraksen z. Som vist på fig. 1 vil en 360° rotation af borestrengen i retning af pilen få vektoren til at rotere samtidig i samme retning, 35 - 5 - DK 168125 B1 4 hvorved der dannes en cirkel C. Størrelsen og retningen af vektoren Mxy bestemmes ud fra det aftegnede diagram, som er vist på fig. 2, i hvilket de tværaksiale komposanter Bx og By i det målte magnetfelt indtegnes med hensyn til forskellige retninger for instrumentet i forhold til 5 centeraksen z. I det aftegnede diagram ligger de målte værdier for Bx og B„ i en cirkel, som er placeret ekcentrisk i forhold til origo (0,0) i af diagrammet. Vektoren Mxy bestemmes herefter på basis af beliggenheden af cirkel centret 10 i forhold til origo (0,0) i diagrammet. Som vist bestemmes størrelsen af vektoren ud fra afstanden mellem cirkel-lo centret 10 og origo (0,0) i diagrammet.

Der indføres nu en vektor B i vektordiagrammet på fig. 1, hvilken 4 4 4 vektor B er lig med Bm - Mxy.

Da vektoren Mxy kan udtrykkes ved Mxy = (Mx, My, 0) og 15 Brø = (Bx, By, Bz) kan vektoren B udtrykkes ved B = (Βχ, By, Bz) - (Μχ, My, 0).

Hvis nu komposanterne Βχ - Mx defineres som Bxc og By - My som Byc fås: 20 B = (Bxc, Byc, Bz) = (Βχ, By, Bz) - (Μχ, My, 0) ............ (1)

Ligning 1 giver mulighed for korrektion af indflydelsen fra tvær-aksial borestrengsmagnetisering på magnetfeltet, som måles af måleinstrumentet 5.

25 Efter således at have fjernet indflydelsen fra tværaksial bore- 4 strengsmagnetisering Mxy på måleinstrumentet, kan der korrigeres for indflydelsen fra den aksiale fejlkomposant Mz ved hjælp af en korrektionsfremgangsmåde, som ligner den i US-Patentbeskrivelse 4.163.324 anførte.

30 Det foretrækkes imidlertid at korrigere målingen med instrumentet 5 for aksial borestrengsmagnetisering ved hjælp af den nedenfor anførte beregningsmåde under henvisning til fig. 3.

4

Størrelsen af vektoren B kan udtrykkes ved: 35 B = (Bxc2 + Byc2 + Bz2^..................................... (2) DK 168125 B1 - 6 - og størrelsen af tyngdevektoren g ved: g = (gx2 + gy2 + gz2^....................................... (3) hvilket gør det muligt at beregne hældningsvinklen Θ mellem vektorerne B og g ved hjælp af formlen: 5 Θ = arccos{(Bxcgx + Bycgy + Bzgz)/Bg} ........................ (4)

Vinklen Θ er vist på fig. 1 og ligeledes på fig. 3, som er en lignende men simplificeret gengivelse af det på fig. 1 viste vektordiagram.

4 ·*>

Bestemmelse af vektorens B0 stilling i forhold til vektoren B van-lo skeliggøres ved at vektoren B kun er defineret ved sin retning ved en hældningsvinkel Θ i forhold til tyngdevektoren g. Derudover er den nøj-agtige retning for den virkelige magnetfeltvektor B0 i forhold til akserne x, y og z stadig ukendt. Da den virkelige magnetfeltvektor B^ i-midlertid er placeret i en vinkel θ0 i forhold til tyngdevektoren g, is vil man forstå at vektoren B0 i vektordiagrammet på fig. 3 ligger på en kegle 12, som har en centerakse, som falder sammen med vektoren g og en topvinkel, som er lig med 2Θ0. Vinklen er kendt, eftersom den opnås u-afhængigt af borehulsmålingerne.

Afstanden E indføres nu i vektordiagrammet, hvor E angiver afstan- 4 20 den mellem keglens 12 grundcirkel 13 og vektorens B endepunkt.

Størrelsen af afstanden E gives ved ligningen: E = {B2 + B02 - 2BB0cos(0 - Ø,,)}5*............................ (5)

Den således for E fundne værdi aftegnes nu i det på fig. 4 viste diagram, i hvilket Bz er abscissen og E ordinaten.

25 Næste trin er at antage, at den aksiale komposant Bz i det af in strumentet 5 målte magnetfelt kan variere som følge af den aksiale komposant Mz i det fejlagtige felt. Herefter indsættes forskellige antage-de værdier for Bz og for hver antaget værdi udregnes den tilsvarende værdi for afstanden E ved hjælp af ligningerne (2), (3), (4) og (5). De 30 således forskellige fundne værdier for E aftegnes i diagrammet på fig.

4, hvilket vil give en aftegnet kurve 14, i hvilken der ved en vis værdi Bzc af Bz vil fremkomme et minimum 15. Størrelsen af den aksiale komposant Mz i det fejlagtige felt kan herefter bestemmes ud fra det aftegnede diagram, efter som den er lig med afstanden mellem Bz og Bzc, 35 da Bzc = Bz - Mz.

DK 168125 B1 - 7 -

Efter således at have bestemt størrelsen Bzc af den aks lal e kom-posant i magnetfeltet ved instrumentets 5 placering, udregnes borehullets azimut på basis af en i og for sig kendt formel ved at anvende de korrigerede værdier Bxc, ByC, Bzc.

5 Det bemærkes, at følerenheden kan monteres i borestrengen på flere måder. Enheden kan ophænges i borestrengen ved hjælp af en trådledning og fastgøres til den umagnetiske del på en i og for sig kendt måde, hvorved de af følerne frembragte signaler sendes til overfladen via trådledningen. Enheden kan også stationært fastgøres til borestrengen ίο eller placeres på et udvalgt sted i borestrengen, hvorved de af følerne frembragte signaler enten sendes til overfladen via et trådløst fjernmålingssystem eller lagres i en memoryenhed og først aflæses efter at boresamlingen er fjernet fra borehullet.

Det vil endvidere forstås, at i stedet for af aftegne diagrammerne 15 vist på fig. 2 og 4, kan man anvende computerbaserede beregningsmåder for at bestemme nævnte korrigerede komposanter Bxc, Byc og Bzc i magnetfeltet.

Som det vil blive forklaret med henvisning til fig. 5 og 6 kan korrigerede tværaksiale værdier Bxc og ByC for de tværaksiale komponen-20 ter i det målte magnetfelt endvidere udregnes i et hældende borehul ved hjælp af et måleinstrument, som består af et enkelt magnetometer. I den på fig. 5 viste udformning, omfatter måleinstrumentet et enkelt magnetometer og to indbyrdes retvinket placerede accelerationsmålere, som alle er placeret i et enkelt plan tværaksialt i forhold til borestren-25 gens længdeakse. Accelerationsmålerne er beliggende langs indbyrdes orthogonal e akser x og y, og magnetometeraksen forløber parallelt med accelerationsmålerens x-akse. Som vist på fig. 5 er den magnetiske felt-komposant Bmx, som er målt af magnetometret, lig med summen af x-kompo-santen Box i jordmagnetfeltet B0 og x-komposanten Mx i det fejlagtige 30 felt M, som er fremkaldt af borestrengsmagnetisering. Når borestrengen roterer i borehullet, aflæser magnetometret, som er stationært i forhold til borestrengen, et konstant magnetfeltbidrag Mx for enhver vinkel 0 med gravitationen, således som bestemt af x- og y-akse-accelera-tionsmålerne. Endvidere aflæser magnetometret samtidig et sinusformet 35 - 8 - DK 168125 B1 varierende magnetfeltbidrag Box i jordmagnetfeltet B0. Når borestrengen roterer 360° i forhold til det hældende borehuls længdeakse, aflæser magnetometret, som vist på fig. 6, et sinusformet varierende magnetfelt med amplituden BXyC og nul punktforskudt Μχ i forhold til vinklen 0 med 5 gravitationen. Ved en givet vinkel retning for borestrengen i borehullet og følgelig en givet vinkel Øj med gravitationen, opnås Bxc ved korrektion af magnetometeraflæsningen for nulpunktet Μχ. ByC udregnes herefter ved hjælp af diagrammet vist på fig. 6 ved korrektion af magnetometermålingen for nulpunktet Mx ved en vinkel på 90° fra den givne ίο borestrengsretning.

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til fjernelse af indflydelsen fra borestrengsmagnetisering på en azimutmåling i et borehul ved hjælp af en i en borestreng monteret følerenhed, hvilken enhed har en midterakse, som i det væsentligste forløber koaksialt med borehullets længdeakse, og som om- 5 fatter i det mindste ét magnetometer til måling af en tværaksial kompo-sant af magnetfeltet Bm ved følerenhedens placering, hvorhos fremgangsmåden omfatter fjernelse af indflydelsen den aksiale komposant i borestrengsmagnetiseringen ved magnetometerets placering, kendetegnet ved» at indflydelsen fra den tværaksiale borestrengsmagnetise-lo ring forud for elimineringen af indflydelsen fra den aksiale borestrengsmagnetisering fjernes ved at lade borestrengen med den monterede følerenhed rotere omkring borehullets længdeakse, medens den tværaksia-le komposant af magnetfeltet måles for forskellige borestrengsretninger, hvorpå azimut-måleresultaterne korrigeres på grundlag den målte tværak-15 siale komposant.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved» at følerenheden består af tre magnetometre til måling af komposanterne Bx, By og Bz af magnetfeltet Bm i tre indbyrdes retvinklede retninger x, y og z, hvorhos indflydelsen fra de tværaksiale fejlkomposanter Mx og My, 20 som er fremkaldt af borestrengsmagnetisering på det målte magnetfelt bestemmes ved i et diagram med Bx som abscisse og By som ordinat at afsætte magnetfeltets tværaksiale komposanter Bx og By målt i forskellige retninger af følerenheden i borehullet.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved» at bore-25 strengen roterer i forhold til midteraksen z i et vinkel interval på ca. 360°, og hvorhos der i diagrammet kan trækkes en lukket cirkelformet kurve gennem de tværaksiale komposanter Bx og By i magnetfeltet, som således er målt med hensyn til forskellige retninger i følerenheden, og hvorhos de tværaksiale fejlkomposanter Μχ og My i borestrengsmagneti-30 seringens vektor kan bestemmes på basis af kurvens centrum i diagrammet.

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at de således fastsatte tværaksiale fejlkomposanter Μχ og My i bo- - 10 - DK 168125 B1 restrengsmagnetiseringsvektoren M fratrækkes de tværaksiale komposanter Bx og By i det målte magnetfelt B, hvorved der fastsættes korrigerede tværaksiale værdier Bxc og ByC for de tværaksiale komposanter i det målte magnetfelt, og hvorved der introduceres en over for den tværaksi-5 ale borestrengsmagnetisering korrigeret vektor (Bxc, ByC, Bz), som udtrykkes ved formlen: ®yc’ Bz^ = ^x5 By> ~ ^y> B) ·#······#··· (1)

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at følerio enheden er forsynet med tyngdefølere med henblik på bestemmelse af de tværaksiale og aksiale komposanter gx, gy, gz for den lokale tyngdevektor, og hvorhos indflydelsen fra den aksiale borestrengsmagnetisering på azimutmålingen fastsættes ved hjælp af: - udregning af tyngdefeltstyrken g ved: 15 g = (gx2 + gy2 + gz2^ udregning af magnetfeltstyrken B korrigeret for tværaksial borestrengsmagnetisering ved: B = (Bxc2 + Byc2 + Bz2^ + og derpå udregning af en hældningsvinkel Θ mellem vektorerne B og g 20 ved: Θ = arccos{(Bxcgx + ByCgy + Bzgz)/Bg} - uafhængigt af målingerne i borehullet at beregne den virkelige stør- 4 relse af jordmagnetfeltet B0 og hældningsvinklen θ0 mellem vektorerne Bn og g og ved i et vektordiagram at definere en kegle, som har en u -> -» 25 midterakse, som er defineret af tyngdevektoren g og indhyllet af B0, idet keglens topvinkel er lig med 2Θ, 4 - gengivelse i samme vektordiagram af vektoren B, som går fra keglens 4 top i en vinkel Θ i forhold til tyngdevektoren g, 4 - via følgende formel at udtrykke afstanden E mellem vektoren B og keg-30 lens grundcirkel: E = {B2 + B02 - 2BB0cos(0 - - udregning af E for forskellige antagede størrelser af Bz på basis af nævnte formler for B, g, og E og indtegning i et diagram med en abscisse, som viser Bz's størrelser og en ordinat, som viser E's stør- 35 reiser, idet de forskellige størrelser for E således er udregnet med DK 168125 B1 - π - hensyn til forskellige størrelser af Bz, bestemmelse af et minimum i det aftegnede diagram for afstanden E og fastlæggelse af størrelsen af Bz, som svarer til minimum for E som den korrigerede størrelse Bzc af den aksiale komposant i magnetfeltet 5 målt af følerenheden, - fremgangsmåden består ydermere i bestemmelse af borehullets azimut på basis af de korrigerede størrelser Bxc, Byc, Bzc i komposanterne i magnetfeltet målt af følerenheden.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at følerio enheden omfatter et enkelt magnetometer til måling af en tværaksial komposant i magnetfeltet B ved følerenhedens placering. 15