FR2541366A1 - Appareil de controle topographique de sondages - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE GUIDAGE INERTIEL D'UNE SONDE DESTINEE A CONTROLER UN SONDAGE. LA SONDE 18 INTRODUITE DANS LE SONDAGE PORTE DES ACCELEROMETRES 32, 34, 36 QUI PRODUISENT DES SIGNAUX REPRESENTANT L'ACCELERATION DE LA SONDE SUIVANT TROIS AXES, ET UN ENSEMBLE GYROSCOPIQUE 40 A LASER QUI PRODUIT DES SIGNAUX DE ROTATION ANGULAIRE. UN SIGNAL REPRESENTANT LA VITESSE DE LA SONDE EST UTILISE AVEC LES SIGNAUX DES ACCELEROMETRES ET DES GYROSCOPES POUR ETABLIR LA VITESSE ET LA POSITION DE LA SONDE. DES TRANSFORMATIONS DE COORDONNEES SONT DESTINEES A TRANSFORMER LES SIGNAUX INERTIELS ET LES SIGNAUX DE VITESSE EN UN SYSTEME DE COORDONNEES REFERENCE A LA TERRE. UN FILTRAGE DE KALMAN REDUIT LES EFFETS DES ERREURS INHERENTS A LA GENERATION DES DIVERS SIGNAUX D'ENTREE. DOMAINE D'APPLICATION: CONTROLE TOPOGRAPHIQUE DE SONDAGES, ETC.

Description

L'invention a trait au domaine des instruments de contrôle de sondages, et

plus particulièrement à 'des

instruments de contrôle topographique de sondages utili-

sant des capteur C d'accélération et de déplacement angu-

laire. Dans de nombreux systèmes antérieurs de contrôle

de sondages, on utilise une sonde qui renferme des instru-

ments de mesure de l'accélération ou inclinomètres, ainsi que des instruments destinés à déterminer l'azimut ou la direction, tels que des magnétomètres Des exemples de tels systèmes sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 3 862 499 et N O 4 362 054 qui concernent des

instruments de contrôle de sondages utilisant un inclino-

mètre qui comporte trois accéléromètres pour mesurer l'écart du sondage par rapport à la verticale, ainsi qu'un magnétomètre à trois axes pour déterminer l'azimut De tels systèmes sont sujets à des erreurs dues à un certain nombre de facteurs parmi lesquels les variations du champ

magnétique terrestre, dues à la nature des matières tra-

versées par le sondage On a également utilisé un certain nombre de systèmes comportant des gyroscopes mécaniques suspendus dl'aide de joints universels ou-de brides, à

la place des magnétomètres, pour la détection d'une direc-

tion ou d'une rotation Cependant, en raison de leur sensi-

bilité aux chocs et aux vibrations, les gyroscopes mécani-

ques n'apportent pas la précision et la fiabilité souhaitées dans les systèmes utilisés dans des sondages En outre, les gyroscopes mécaniques sont sujets à des erreurs de dérive et de précession et ils exigent d'importantes

périodes d'établissement pour se stabiliser Ces instru-

ments tendent aussi à être complexes du point de vue mécani-

que et coûteux.

Un essai visant à réduire les erreurs propres à la prise de mesures du type inertiel de la position d'une sonde dans un sondage a consisté à utiliser le filtre

de Kalman Cependant, jusqu'à l'heure actuelle, l'utilisa-

tion du filtre de Kalman a été limitée à l'alignement de la sonde une fois arrêtée dans le sondage et un tel filtre n'a pas été utilisé dans un sens dynamique pour réduire

les erreurs sur les mesures réalisées pendant le déplace-

ment de la sonde à l'intérieur du sondage.

L'invention a donc pour objet un appareil de contrôle de sondages qui comporte une sonde conçue pour être introduite dans un sondage, un mécanisme destiné à générer un signal représentant le mouvement de la sonde

dans le sondage; et des instruments de mesure d'accéléra-

tion situés à l'intérieur de la sonde pour générer trois signaux d'accélération représentant des composantes de l'accélération de la sonde par rapport à trois axes de cette dernière, et un dispositif de mesure d'une rotation

angulaire destiné à générer deux signaux de rotation -repré-

sentant la rotation angulaire de la sonde par rapport à deux axes de rotation de cette sonde L'appareil comprend également un premier circuit destiné à générer un premier signal synthétique de rotation angulaire représentant la rotation angulaire de la sonde autour d'un troisième axe de cette sonde lorsque celle-ci est en mouvement et un circuit qui, en réponse aux signaux de rotation angulaire, génère un second signal synthétique de rotation angulaire représentant la rotation angulaire de la sonde autour du troisième axe de cette dernière lorsque celle-ci n'est pas en mouvement L'invention comprend en outre un circuit qui,

sous l'effet des signaux de rotation et du signal synthéti-

que de rotation, transforme les signaux représentant le

mouvement de la sonde dans le sondage en coordonnées réfé-

rencées à la terre, et des circuits de calcul connectés au circuit de transformation et aux circuits de mesure

d'accélération afin de convertir les signaux d'accéléra-

tion en un premier groupe de signaux de vitesse et en un premier groupe de signaux de position représentant la vitesse et la position de la sonde dans le système de

coordonnées terrestres.

L'invention comprend en outre un filtre de Kalman qui utilise les contraintes dynamiques d'un mouvement zéro

perpendiculaire au sondage pour compenser les erreurs affec-

tant les données d'accélération, de rotation angulaire et d'alignement utilisées pour générer les signaux de vitesse

et de position.

L'invq<ntion sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une élévation schématique de l'appareil selon l'invention, avec coupe partielle d'un

tronçon de sondages montrant une sonde utilisée avec l'appa-

reil de contrôle de sondage selon l'invention;

la figure la est une vue en perspective des élé-

ments de la sonde; et la figure 2 est un schéma logique illustrant la logique utilisée pour le calcul de lat position de la

sonde dans le sondage.

La figure 1 représente l'environnement dais lequel la forme préférée de réalisation de l'invention est utilisée Un sondage, indiqué globalement en 12 et descendant au-dessous du niveau du sol 1, est revêtu de plusieurs tronçons de cuvelage 14 et 6 Une sonde 18, introduite dans le sondage 12, est reliée à un treuil 20

au moyen d'un câble 22 qui passe sur une poulie 24 dis-

posée au-dessus du sol Le câble 22 sert à faire descendre la sonde 18 dans le sondage 20 et il constitue également un support de transmission de données de la sondi 1 & vers

une unité 26 de traitement de signaux située à I'5 a'ir ibre.

Une autre ligne 28 de transmission de signaux enti être utilisée pour donner une indication: de la longuemr de câble 22 descendue dans le sondage 1 '2, ainsi L que pour

transmettre des données du câble 22 à l'un't, 26 de tmai-

tement de signaux Bien que dans lt forme de réalisation, illustrée sur la figure 1, les données soieat transmises vers la sonde 18 et à partir de cette dernière au moyen du câble 22, elles peuvent tre transmises vers le

haut par d'autres moyens tels que des impulsions de pres-

sion transmettant des données numériques par l' intermé-

diaire de la boue de forage, au cours d'une mesure effectuée

pendant le forage, par exemple Les données peuvent égale-

ment être enregistrées dans une mémoire située à l'inttérieur

de la sonde et extraites ultérieurement.

Comme montré sur la figure la, un bloc accéléro-

mètre triaxial, comprenant trois accéléromètres 32, 34 et

36, est fixé à li\intérieur de la sonde 18 Les accéléro-

mètres 32, 34 et 36 sont orientés de manière que leurs axes

sensibles correspondent au corps de la sonde, comme indi-

qué par le système de coordonnées 38 Dans le système de coordonnées du corps de la sonde, l'axe x, tel qu'indiqué

en xb s'étend le long du sondage et l'axe y, tel qu'in-

diqué en yb et l'axe z, tel qu'indiqué en xb, sont ortho-

b

gonaux à l'axe xb.

La sonde 18 renferme également un ensemble gyros-

copique à laser 40 qui comprend deux gyroscopes à laser

42 et 44 Le premier gyroscope 42 est orienté à l'inté-

rieur de la sonde de manière à mesurer la rotation angu-

laire de la sonde autour de l'axe yb la rotation angulaire ainsi mesurée étant désignée y OY De façon similaire, le second gyroscope à laser 44 est fixé à l'intérieur de la

sonde 18 de manière à mesurer la rotation de cette der-

nière autour de l'axe zb, cette mesure étant désignée %z.

Etant donné que le diamètre de la sonde-18 est relativement

faible, on ne dispose pas d'une place suffisante pour pré-

voir un gyroscope à laser mesurant efficacement une rota-

tion autour de l'axe xb.

La forme préférée de réalisation de la sonde 18 renferme également un micro-ordinateur 46 ainsi qu'une

mémoire 48 Des lignes 50, 52 et 54, reliant les accéléro-

mètres 32, 34 et 36 au microprocesseur, servent à trans-

mettre des signaux d'accélération ax, ay et az représen-

tant l'accélération de la sonde le long, respectivement, bb b

des axes xb, y et zb De façon similaire, le micropro-

cesseur 46 est connecté à l'ensemble de gyroscopes à laser au moyen de lignes 56 et 58 qui servent à transmettre b le signal de rotation angulaire wy provenant du gyroscope 42 d'axe y et le signal de rotation angulaire wz provenant du gyroscope 44 d'axe z. Dans la forme de réalisation de l'invention illustrée sur la figure la, un signal de vitesse V Pest indiqué comme étant transmis au moyen d'une ligne 60 au microprocesseur 46 Comme montré sur la figure 1, ce signal est produit en fonction de la vitesse de rotation de la poulie 24, donnant ainsi une mesure de la vitesse de la sonde dans le sondage 12, la ligne 60 étant incorporée

au câble 22 Cependant, il se peut, dans certaines condi-

tions, que le signal VP puisse être produit plus avanta-

geusement d'une manière différente, par exemple par

comptage des tronçons de tubes 14 et 16 pendant la des-

cente.

Pour déterminer la position de la sonde et donc la position du sondage, qui est évidemment le but ultime de l'invention, il est nécessaire de transformer les signaux des divers capteurs, qui sont générés dans le

système 38 decoordonnées du corps, en signaux d'un sys-

tème de coordonnées référencé à la terre Un tel système de coordonnées est illustré globalement en 62 sur la figure 1 o l'axe x, tel qu'indiqué en x L, est parallèle au vecteur gràvité g L et les autres axes y et z sont orthogonaux à l'axe x L et parallèles au sol Ce système

de coordonnées 62 peut être appelé le système de coordon-

nées de surface,-les axes z L et y L représentant des direc-

tions telles que le Nord et l'Est.

La logique au moyen de laquelle le microproces-

seur 46 convertit les signaux d'accélération passant par les lignes 50, 52 et 54, les signaux de vitesse angulaires passant par les lignes 56 et 58 et le signal de vitesse passant par la ligne 60 en signaux de localisation est illustrée sur la figure 2 Il convient cependant de noter

qu'une certaine partie de ce traitement peut être effec-

tuée dans l'ordinateur 26 situé à l'air libre Comme indi-

qué précédemment, l'un des problèmes principaux posés par la génération de signaux représentant la position de la sonde 18 par rapport au système de coordonnées terrestres

L L L

x, y et z est de convertir avec précision les signaux représentant l'orientation et le mouvement de la sonde 18 du système de coordonnées du corps x b, yb et zb au système de coordonnées terrestres ou de surface L'un des objets principaux de la logique représentée sur la figure 2 est d'effectuer la transformation de coordonnées avec autant de précision que possible en utilisant un filtrage de Kalman pour compenser lés erreurs propres aux diverses sources de signaux. Les définitions des divers symboles utilisés

sur la figure 2 sont données dans le tableau ci-dessous.

TABLEAU

CL Matrice de transformation des coordonnées du b o corps de la sonde en coordonnées de surface

cb Transformée des coordonnées du tube en coordon-

p nées du corps de la sonde ab = Accélération suivant l'axe x du corps ab y

ab-

z 1- = Accélération suivant l'axe y du corps Accélération suivant l'axe z du corps a( 1) = Vecteurs accélération dans les coordonnées du corps de lasonde à un premier instant a( 2) Vecteurs accélération dans les coordonnées du corps de la sonde à un second instant òbx = Rotation angulaire autour de l'axe x du corps de la sonde b xby = Rotation angulaire autour de l'axe y du corps de la sonde Wb = Rotation angulaire autour de l'axe z du corps de la sonde = Vitesse de la sonde le long du tube Vt Vitesse de la sonde en coordonnées de surface telle que mesurée v L Vitesse de la sonde en coordonnées de surface, établie par calcul inertiel = Rotation angulaire de la terre RN = Rotation angulaire de la terre composante Nord QD= Rotation angulaire de la terre composante descendante p = Vitesse angulaire de la surface par rapport à la terre

Vecteur position avec trois composantes sui-

vantes: = Coordoinées de position Nord = Coordonnées de postion Est = Coordonnées de position descendante = Latitude Erreur dans la transformation corps/surface CL b = Défaut d'alignement du corps de la sonde dans le tube = Coefficients de gain Kalman sous-optionnels Vecteur gravité g L(RD) = Ws(RE-RD) = Matrice d'identité = Rayon de la terre = Erreurs de vitesse en coordonnées de surface = Erreurs des accéléromètres = Erreurs des gyroscopes = Erreurs non centrées des gyroscopes = Bruit blanc de mesure = Densité spectrale de puissance de,bruit blanc du gyroscope y, en (degrés/racine heure)2 = Densité spectrale de puissance du bruit blanc du gyroscope z en Pegrés;/racine heure)2 b -= Incertitude de torsion (roulis W) de la sonde À le long du sondage pendant que la sonde est en mouvement = Matrice de variance de cheminement aléatoire des gyroscopes en coordonnées de surface = Etats d'erreur = Dynamique d'erreur entre des mesures distinctes = Représentation du'temps pour les équations d'erreur = Matrice de modèle d'erreur dynamique = Matrice de mesure de vitesse = -Covariance des états d'erreur = Covariance de montée de mesure à blanc R RN RE RD x y K g L I RE 6 VL a q q 1 q 2 q 3 QL Xe Xe F H p R Ws = Fréquence d'oscillation ff (environ 1/34 minute s

T = Constante de temps de défaut d'alignement corps-

trajectoire {} = Désigne la représentation de la matrice symétri-

que gauche du vecteur contenu.

La logique pour la mise à jour de la matrice L Cb de transformation des coordonnées est indiquée dans le bloc 64 de la figure 2 Les signaux d'entrée de cette logique comprennent les signaux de rotation angulaire b e >b ỳ et wb empruntant les lignes 56 et 58 Etant donné qu'il est nécessaire de disposer d'un signal représentant la rotation de la sonde b autour de l'axe x pour mettre à x

jour la logique de transformation du bloc 64, il est néces-

b saire de générer un signal synthétique W Ceci est réalisé, lorsque la sonde 18 est arrêtée dans le sondage 12, au moyen de la logique contenuedans le bloc 66 Deux des signaux d'entrée de la-logique du bloc 66 sont les-signaux de rotation angulaire wy et b empruntant les lignes 56 et 58 et la troisième entrée reçoit un signal représentant

la-rotation N de la terre L'origine du signal N est indi-

quée dans le bloc 68 o, comme représenté, le signal N est

composé de trois vecteurs comprenant QN et RD qui repré-

sentent, respectivement, la rotation-de la terre par rapport au Nord et dans une direction descendante Comme également dans le bloc 68, la valeur de 6 dépend de la

latitude de À de la sonde 18 Pour faciliter le fonction-

nement de la logique de la figure 2 du microprocesseur 46 de la sonde, la latitude X du sondage peut être enregistrée dans la mémoire 48 et transmise au bloc 68 au moyen d'une ligne 69 Le signal 6 est ensuite transmis par une ligne

à la logique 66 qui génère un premier signal synthéti-

que wb sur une ligne 72 Lorsque la sonde est arrêtée dans le sondage, un signal logique indiquant que V est égal à zéro est transmis par une ligne 74 indiquée en trait pointillé, cette ligne transmettant en fait le signal présent sur la ligne 72 à la logique 64 par l'intermédiaire

d'une ligne 73.

Les erreurs des accéléromètres sont étalonnées tandis que la sonde est arrêtée et l'accélération due à la gravité est tablie de façon à être égale et opposée

à l'accélération\détectée.

En variante, lorsque la sonde est en mouvement dans le sondage 12, un second signal synthétique wb est généré sur une ligne 78 au moyen de la logique indiquée dans le bloc 80 Lorsque la sonde est en mouvement dans le sondage 12, le signal logique présent sur la ligne 74 sert à fermer un interrupteur 76 connectant ainsi la ligne à la ligne 73 Comme montré sur la figure 2, des signaux d'accélération présents sur les lignes 50, 52 et 54 et représentant l'accélération du corps a sont transmis par

un bus 82 à la logique 78 et à un circuit 84 de temporisa-

tion Le premier signal d'entrée appliqué à la logique 78 b

par le bus 82 peut être appelé a 1) qui représente l'accé-

( 1)' u erset 'c

lération du corps de la sonde 18 à un premier instant.

Le circuit de temporisation 84 produit un second signal b d'accélération du corps a 2) qui est transmis par un bus 86 à la logique 78 Une temporisation acceptable pour le circuit 84 est égale à 1/600 ème de seconde De cette -manière, les signaux synthétiques de rotation angulaire autour de l'axe x de la sonde sont produits tous les deux dans le cas o la sonde 18 est en mouvement et lorsqu'elle

est arrêtée.

En même temps que le signal N arrivant par la ligne 70, la logique de transformation de changement du bloc 64 reçoit par une ligne 90 un signal qui -représente la vitesse angulaire de la sonde par rapport à la terre, comme indiqué par le bloc 92 Le signal de sortie C de

la logique 64 sur un bus 94 représente le rythme de varia-

tion de la transformation des coordonnées du corps de la sonde en coordonnées de surface résultant des signaux d'accélération ab et des signaux de rotation angulaire b, Ce signal est alors intégré comme indiqué en 96 afin L de produire sur un bus 98 un signal Cb qui représente la

matrice de transformation nécessaire pour convertir, dans.

le système 62 de coordonnées de surface, les signaux générés dans le système 38 de coordonnées du corps Les signaux présents sur la ligne 98, qui représentent la matrice C de transformation de coordonnées, sont transmis

par une jonction 100 de sommation à un bus 102.

Les accélérations ab sont converties de coordon- nées du corps en coordonnées de surface au moyen d'une

logique 104 qui a reçu par le bus 102 la matrice de trans-

formation de coordonnées mise à jour Le signal de sortie résultant sur un bus 106 représente l'accélération de la sonde 18 en coordonnées de surface et il est transmis à une jonction 108 de sommation Un signal g L, présent sur une ligne 110 et représentant l'accélération due à la gravité, ce signal résultant d'un signal présent sur un bus 112 et représentant l'accélération 'L de la sonde

18 en coordonnées de surface, est soustrait dans la jonc-

tion 108 de sommation Comme indiqué par le bloc 113, g L est une fonction de la profondeur Rd de la sonde 18 Ce signal est ensuite intégré comme indiqué en 114 pour produire sur une ligne 116 un-signal représentant la vitesse V Le signal VL de vitesse résultant est ensuite renvoyé au moyen d'une ligne 118 à une-logique 120 qui, par suite, génère sur un bus 122 des signaux représentant l'accélération centripète résultant- de la force de Coriolis générée par la rotation de la terre Le signal résultant

sur le bus 122 est par suite soustrait des signaux d'accé-

lération a L dans la jonction 108 de sommation En consé-

quence, on peut apprécier que le signal résultant sur le bus 122 représente l'accélération de la sonde 18 dans le sondage en tenant compte de la gravité de l'accélération

engendrée par la rotation de la terre.

En plus des signaux de vitesse générés par les moyens inertiels tels que décrits ci-dessus, des signaux de vitesse sont également produits par mesure réelle du mouvement de la sonde 18 dans le sondage Comme décrit précédemment, le signal VP présent sur la ligne 60 peut

représenter la vitesse du câble de la sonde dans le son-

dage Ce signal est transformé au moyen de la logique indiquée dans le bloc 124 en un signal de vitesse appliqué à un bus 126 et représentant la vitesse de la sonde Vb en coordonnées de corps Comme indiqué dans le bloc 124, la matrice de transformation C comprend une matrice d'identité I et une matrice g qui représente, sous forme matricielle, le défaut d'alignement de la sonde dans les tubes 14 et 16 Le signal de vitesse Vb qui en résulte sur le bus 126 est ensuite transformé au moyen de la matrice Cb de transformation de coordonnées, indiquée

en 128, en signaux de vitesse V dans le système de coor-

données de surface, ces signaux étant appliqués à un bus Ces signaux de vitesse sont ensuite transmis par l'intermédiaire d'une jonction 132 de sommation à un bus 134 et intégrés, comme indiqué en 136, pour générer sur un bus 138 des signaux représentant les coordonnées R de position de la sonde par rapport au Nord, à l'Est et à la direction descendante, comme exprimé dans les

coordonnées de surface 62.

Ainsi qu'on peut le prévoir, les signaux de vitesse présents sur le bus 134 et résultant de mesures réelles effectuées sur le câble et les signaux de vitesse

présents sur la ligne 118 et résultant des sources iner-

tielles de signaux, sont sujets à diverses sources d'erreur.

Pour produire un signal 6 V 1 représentant l'erreur relative entre les signaux de vitesse présents sur les bus 118 et 134, les signaux des bus 118 et 134 sont appliqués à une jonction 140 de sommation, ce qui a pour résultat, sur

un bus 141, un signal d'erreur de vitesse 6 Vd en coordon-

nées de surface Pour compenser les diverses sources d'erreur présentes dans la génération des signaux de vitesse et donc les signaux de position, on utilise un filtrage

Kalman pour estimer les signaux de correction d'erreur.

L'un des objets principaux de l'utilisation d'un filtre Kalman d'ordre réduit est de compenser les données inertielles manquantes ou dégradées Cette technique utilise le fait que, sur une distance notable à l'intérieur du sondage, la sonde 18 est obligée de suivre l'axe du sondage, ce qui peut être traduit en une information de vitesse équivalente améliorant ainsi la précision du contrôle topographique du sondage L'utilisation de contraintes dynamiques de cette nature présente un avantage notable

par rapport aux systèmes décrits dans l'art antérieur.

La charge de calcul dans l'opération de filtrage de Kalman est réduite par le fait que seuls les états d'erreur les plus significatifs sont modélisés Par exemple, l'attitude

de la sonde 18 est utilisée pour résoudre la vitesse exté-

rieure v en coordonnées de niveau afin de produire des

coordonnées de position.

Le processus à filtre de Kalman est indiqué par le bloc logique 142 qui reçoit, en entrée, le signal d'erreur de vitesse 6 VL par un bus 141 Comme indiqué dans le bloc logique, les coefficients K de gain de Kalman sont multipliés par le signal d'erreur de vitesse 6 V et additionnés aux quantités indiquées dans la matrice 144 Les valeurs révisées, indiquées dans une matrice 146, sont ensuite appliquées à diverses parties de la

logique montrée sur la figure 2 afin de produire une com-

pensation d'erreur Par exemple, les termes de la compen-

sation d'erreur pour les coordonnées de position R sont apliqués au moyen d'un bus 148 à une jonction 150 de sommation pour produire des coordonnées de position mises à jour, comme indiqué en 152 De façon similaire, les termes d'erreur de vitesse sont appliqués par un bus 154 à une jonction 156 de sommation et à la jonction 132 de sommation pour produire une compensation d'erreur pour les signaux de vitesse Vm et v Des termes d'erreur v pour la matrice Cb de transformation de coordonnées de corps en coordonnées de surface sont appliqués par un bus 158 à la jonction 100 de sommation et des termes d'erreur sont transmis par une ligne 160 pour corriger le défaut

d'alignement g de la logique 124 de transformation.

Pour améliorer l'efficacité du processus, les coefficients K de Kalman peuvent être enregistrés dans la mémoire 48 située à l'intérieur de la sonde plutôt que

calculés en fond de trou, comme indiqué par un bloc 162.

En plaçant les coefficients K de Kalman dans la mémoire 48, il est possible de corriger dynamiquement les processus de transformation à l'intérieur de la sonde 18 alors que

cette dernière se trouve dans le sondage 12.

Dans uxf,iltre linéaire discret de Kalman, des calculs effectués au niveau de covariance donnent finale- ment les coefficients K de gain de Kalman qui sont ensuite utilisés pour le calcul des valeurs prévues des états d'erreur Xe Ces états d'erreur comprennent

6 RÈ

ô V Eq-(l) Xe t J Dans le modèle du système, les états d'erreur sont une fonction de À qui est la représentation du temps pour les équations d'erreurs Le terme O est égal à: q I + F At Eq( 2) o la matrice'F représente la dynamique d'erreurs entre des mesures distinctes: l A 1 lR 1 6 TI = F 6 V + bruit Eq( 3) L'équation ( 3) est détaillée comme suit: 6 R = {VL} d V + b I l} + Cb V Eq( 4) -W 02 * O o 630= O W 20 2O 6 R-{ 2 n} 6 V-{A}Y+Cbca Eq( 5) 0O -w 2 Y=} b + Cg Eq( 6)

=

Eg ( 7) Le modèle de mesure peut être exprimé de la façon suivante: = H Xe + V Eq( 8) < o H représente la matrice de mesure de vitesse: àv = Cb{VP}Y {V} +Cbd V + v Eq( 9) Les coefficients K de gain de Kalman peuvent être représentés de la façon suivante K = P(-)HT/-HP(-)HT + R T 1 Eq( 10) o la mise à jour de la covariance d'erreur est: P(+) = /-I-KH_ 7 P Eq( 11) La matrice de covariance de bruit de traitement gyroscopique est définie de la façon suivante gl o 1 I b QL = C Loq 2 o Eq( 12) 0 O q La variance q 3 et l'erreur non centrée L 3 des gyroscopes, sur la base de la reconstruction non linéaire du gyroscope manquant xx' sont données ci-dessous: q 3 = 3,6 q 1 Eq( 13) 3 = -4,5 Vq

o q q = q 2-

En cours de mouvement, q 3 devient la varianôe

associée à la logique du bloc 78.

Ainsi qu'il ressort de la description précédente,

les contraintes propres à un système de contrôle topogra-

phique de sondage, dans lequel la sonde 18 présente un mouvement pratiquement nul perpendiculairement au tubage 14 et 16 de la figure 1, sont utilisées pour faciliter l'estimation et la correction des erreurs Par exemple, un signal d'erreur est généré pour corriger l'attitude en roulis de la sonde par différenciation des signaux

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d'accélération prévus sur les axes Z et z du corps avec les accélérations détectées ay et az sur les lignes 52 et 54. De plu, lorsque les signaux d'erreur sont traités avec le temps, l'estimation du défaut d'aligne-

ment g entre le corps et la trajectoire s'améliore.

Le modèle 113 de gravité enregistrée peut être rétabli pour annuler l'accélération détectée a=, ay et azi à l'aide de la relation suivante g (R (l R Eq( 14) D S e D>q< 4

o WS représente les oscillations de Schuler.

Les techniques décrites ci-dessus peuvent être

utilisées dans un certain nombre d'applications différen-

tes de sondages Par exemple, lors d'une mesure effectuée en-cours de forage, le procédé de contrôle topographique décrit peut être utilisé pour le guidage du forage sans qu'il soit nécessaire de transmettre des données à la

surface Dansce cas, l'attitude de la sonde 18 est déter-

minée à l'aide de la logique illustrée en 66-pour établir le nivellement, l'azimut et l'information concernant la

face de l'outil.

Par ailleurs, un bon contrôle topographique peut utiliser les données d'attitude développées pendant que la sonde 18 est en mouvement, cesdonnées étant produites -par la logique du bloc 78, en même temps que les données d'attitude produites pendant que la sonde est arrêtée, ces dernières données étant produites par la logique du

bloc 66.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

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Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Appareil de contrôle de sondages, caractérisé

en ce qu'il comporte une sonde ( 18) destinée à être intro-

duite dans un sondage ( 12), un dispositif ( 20) de commande du mouvement de la sonde dans le sondage, un dispositif ( 26) relié fonctionnellement au dispositif de commande et à la sonde afin de produire un signal représentant le

mouvement de la sonde dans le sondage, des moyens d'accé-

lération ( 32, 34, 36) fixés à l'intérieur de la sonde et

1 o destinés à générer trois signaux d'accélération représen-

tant les composantes-de l'accélération de la sonde par rapport à trois axes, des premiers moyens angulaires ( 40) fixés à l'intérieur de la sonde pour générer deux signaux de rotation représentant la rotation angulaire de la sonde par rapport à deux axes de rotation, des moyens ( 66) qui, en-réponse aux signaux d'accélération et au signal de mouvement, produisent, lorsque la sonde est en mouvement,

un premier signal synthétique de rotation angulaire repré-

sentant la rotation angulaire de la sonde autour d'un troisième axe de rotation différent des deux axes de rotation précités, des moyens qui, en réponse aux signaux

de rotation angulaire et au signal de mouvement, produi-

sent, lorsque la sonde n'est pas en mouvement, un second signal de rotation angulaire représentant la rotation

angulaire de la sonde autour dudit troisième axe de rota-

tion, des moyens ( 124) -de transformation qui, en réponse

aux signaux de rotation et au signal synthétique de rota-

tion, transforment les signaux représentant le mouvement de la sonde d'un système de coordonnées référencé à la sonde en un système de coordonnées référencé à la terre,

et des premiers moyens ( 46) de calcul reliés fonctionnelle-

ment aux moyens de transformation et aux moyens d'accéléra-

tion afin de convertir les signaux d'accélération en un premier groupe de signaux de vitesse représentant la vitesse-de la sonde et en un premier groupe de signaux de position représentant la position-de la sonde dans le

système de coordonnées référencé à la terre.

2 Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre des seconds moyens

de calcul reliés fonctionnellement aux moyens de transforma-

tion afin de con>ertir le signal de mouvement en un second groupe de signaux de vitesse représentant la vitesse de la sonde et en un second groupe de signaux de position représentant la position de la sonde dans le système de

coordonnées référencé à la terre.

3 Appareil selon la revendication 2, carac-

térisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à comparer le premier groupe de signaux de vitesse au second groupe

de signaux de vitesse et à générer un signal d'erreur.

4 Appareil selon la revendication 3, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un filtre ( 142) de

Kalman relié fonctionnellement aux moyens de -transforma-

tion et aux premier et second moyens de calcul pour corriger

lesdits signaux de vitesse.

Appareil selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la sonde comprend une mémoire ( 48) destinée à mémoriser les coefficients de gain de Kalman

destinés au filtre de Kalman.

6, Appareil selon la revendication 4, carac-

térisé en ce que la sonde comporte des moyens ( 162) destinés à calculer les coefficients de gain de Kalman

destinés au filtre de Kalman.

7 Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que les moyens destinés à produire un second signal synthétique de rotation angulaire comprennent une source ( 68) de signaux représentant la rotation angulaire

de la terre.

8 Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que les moyens de transformation comprennent une source ( 68) de signaux représentant la rotation

angulaire de la terre.