JPS61116612A

JPS61116612A - ボアホ−ル方向測定装置

Info

Publication number: JPS61116612A
Application number: JP60201926A
Authority: JP
Inventors: エドワード・クリーブランド・フレーザー; ジヨン・ローリー・マーシユ; ルイス・ハロルド・ローデン
Original assignee: DEBERUKO Inc
Current assignee: DEBERUKO Inc
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1986-06-04
Also published as: NO853632L; CA1233877A; EP0175298A3; EP0175298A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の分野］この発明は、物理探鉱法および物理探鉱装置に関する。

とくに、抗弁ボアホール内のツールの瞬間的なオリエン
テーション（姿勢）の検出に関する。

［発明の背景］方向！１ＪＩｉｌ用のａｌ量をなすにあたっては、とり
わけ、かじ取り原動機運転中における開孔ディプログ（
ｄｉｐｉｏｏ）測量に対しては、正確なボアホール角の
測定が要求される。広がった穴（Ｉｎｃａｓｅｄ　ｈ。

ｌｅｓ　）におけるこのような測量では、しばしばそノ
穴にセンサパッケージが降下される。このようなセンサ
アレイは、ボアホールを通過する時点でのセンサの瞬間
的なオリエンテーションを記述するものとして局部的な
磁場および重力場を測ることにより、実際のオリエンテ
ーションをモニタする。傾き（ドリフト）、アジマス（
ボアホールの向き）、ツールフェイス角（回転）などの
有益な情報は、このようにして得ることができる。また
、伝導度計測等とセンサオリエンテーションとの相関を
許容すると°ころの、ボアホール内を降下する坑井検層
装置の現実の姿勢を決定することも、有益なことといえ
る。

ボアホール内を降下するツールの瞬間的なオリエンテー
ションを決定するのに、磁気計測器および傾斜計がよく
用いられる。ここで、磁気計測器とは、ツールに関して
のいくつかの異方向における地磁気の場の強度を計測す
るものである。一般的な３軸フラツクスゲート磁気計測
器（すなわち通常は直交する３軸おのおのの方向の磁場
強度を計測する磁気計測器）を、地磁気の場の方向に関
したツールのオリエンテーションを決定するのに用いる
ことができる。しかしながら、磁気計測器には、数々の
相異なる要因による誤差がつきまとう。これらの要因の
うちの重要なものとしては、ツールがボアホール内を降
下するときのツールの傾斜とか回転による効果と、ツー
ルそれ自体の磁性による効果とがある。その他の要因と
しては、磁気計測器のバイアス誤差、スケールファクタ
誤差、温度効果および取付は誤差等があるが、これらの
影響は少ない。とはいっても、これらはやはりオリエン
テーションの決定に不正確さをもたらす。

傾斜計は、地球の重力場に関するオリエンテーションを
計測する。その代表的なものとしては、２軸型傾斜計（
すなわち２方向に関してオリエンテーションを計測する
もの）があり、縦穴掘りに利用される。とはいっても、
横穴掘り（たとえば、採鉱とか石炭気化／メタン排出と
いった場合）には３軸型が必要とされるａ２軸型傾斜計
では、傾斜計が水平に近づくにつれて、その性能が低下
し始める。このため、精度を確保するために、その最大
傾斜角は７０度に制限される。第３の傾斜軸の採用は全
ツール角に渡って均一な誤差をもたらすが、スケールフ
ァクタの温度シフト（これは全ての軸に関して共通する
）に対してはいくらかの免疫性を与える。第３の傾斜軸
の採用はまた、温度シフトの効果に起因して信号処理回
路により誘導される誤差を減す作用を持つ。しかし、こ
のような傾斜計によってもなお、他の誤差（スケールフ
ァクタ、バイアス、温度ならびにミスアライメントとい
ったものから誘導される誤差）を避けることはむずかし
い。

そのツールの温度変化に対するキャリブレイション（知
られている条件のツールによって測定）を行なうことに
より、その道具に固有の誤差のほとんどを、無くすこと
はできないが、減少させることはできる。そのツールに
よって生じた誤差のいくつかも、幾何学的キャリブレイ
ション（試験固定台で回転試ｔ、　＞によって除くこと
ができる。

残念ながら、固有の誤差は完全には除去できない。

このため、重要な測定精度に悪い影響を与える。

しかも、キャリブレイションは、強磁性体のような材料
による外部的な影響によって生じる誤差を減らすのに効
果は無い。

光行程の回転率を測定するというサグナラ、り効果（ｓ
ａｇｎａｃ効果）を利用した光学回転センサが一般に知
られている。以下は光学回転センサの開示引用例である
：１９８１年１１月１０日に発行された、キャヒル等（Ｃ
ａｈｉｌｌ　ｅｔ　ａｌ）による、″位相ゼロ光学ジャ
イロ”　（ｐｈａｓｅ　ｎｕｌｌｉｎｇ　ｏｐｔｉｃａ
ｌ　ｇｙｒｏ）”という名称の米国特許番号４，２９９
，４９０　：　１９＆３年３月１日に発行された、キャ
ヒル等（Ｃａｈｉｌｌ　ｅｔ　ａｌ）による、”光学音
響センサ”（Ｏｐｔｉｃａｌ　ａｃＯＬｌｓｔｉｃ　５
ｅｎｓｏｒ　）という名称の米国特許番号４，３７５．
６８０　：　１９８３年２月８日に発行された、ウルリ
ツチ（Ｕｌｒｉｃｈ）による、”回転の測定のための方
法と配列″（ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｒｒａｎｇｅｍ
ｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆ
　ｒｏｔａｔｔｏｎｓ　”）という名称の米国特許番＠
４，３７２．６８５　　：　１９Ｂ２年８月３日に発行
された、ジョンソン等（Ｊｏｈｎｓｏｎ　ｅｔ　ａｔ　
）による、“サグナック効果による回転の測定のための
方法と配列゛（ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｒｒａｎｇｅ
ｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏ
ｆ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓａｇｎａｃ　
ｅｆｆｅｃｔ　）という名称の米国特許番号４，３４２
．５１７　：　１９７９年３月のキャヒルとウド（Ｒ，
Ｃａｈｉｌｌ　＆　Ｅ、ＩＪｄｄ）による”位相ゼロ光
ファイバレーザジャイロ″　（ｐｈａｓｅ−ｎｕ　ｌ　
Ｉ　ｉ　ｎｇｒ；ｂｅｒ−ｏｐｔｔｃ　１ａｓｅｒ　ｇ
Ｙｒｏ）光学（Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）の４巻
Ｎｏ、３．１）９３−９５　：デイビス、Ｊ、Ｌ、とエ
ゼキエル（Ｄａｖｉｓ、Ｊ、Ｌ、　ａｎｄ　Ｅｚｅｋｉ
ｅｌ）による”マルチターンファイバのサグナック干渉
計を用いたショットノイズ制限による内部回転測定技術
”（ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　５ｈｏｔ　ｎｏｉ
ｓｅ−１ｉｍｉｔｅｄ　１ｎｅｒｔｉａｌｒｏｔａｔｉ
ｏｎ　ａ＋ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｉ
Ｕｌｔｉｔｕｒｎｆｉｂｅｒ　ｓａｇｎａｃ　ｉｎｔｅ
ｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　）レーザ内部回転センサ（ｌａ
ｓｅｒ　１ｎｅｒｔｉａｌ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　５ｅｎ
ｓｏｒｓ　）という名称の光学装置の会議（ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎａｓ　ｏｆ　ｔｈｅｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　ｐ
ｈｏｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔ
ｉｏｎｅｎ（ｌｉｎｅｅｒｓ　）　ｐ１３１−１３４　
（１９７＆）　　ニア−メト、Ｈ，Ｊ。

とヤング（＾ｈｍｅｄ、Ｈ，Ｊ、　ａｎｄ　Ｌ、Ｙｏｕ
ｎｇ）による”コンパレータのない電気光学の八〇Ｃ”
　（ｃｏｍｐａｒａｔ−ｏｒｌｅｓｓ　ｅｌｅｃｔｒｏ
ｏｐｔｉｃ　ＡＤＣ）応用光学（ａｐｐｌｉｅｄＯｐｔ
ｉｃｓ）のｖｏＪ、１９．Ｎｏ、１８．ｐ３０５０−３
０５１１９８０年９月１５日。

［発明の概要］本発明によれば、高精度でポーリングの方向を測定する
ことができる。地中のボアホールを通って伝わるように
されたハウジングは、ボアホールの中に下げられる。光
学回転センサはハウジングの位置を決定するのに有効な
信号を与える。ハウジングの位置を示す信号は表面に伝
えられる。

装置は、更に、地球の重力場に関してハウジングの位置
の信号を与える加速度計を含む。加速度計の指示値は表
面に伝えられる。

光学回転センサは、更に、ハウジングの回転率を検出す
る光ファイバ素子を含む。その光ファイバ素子は、更に
、複数の光ファイバコイルを含む。

その先ファイバコイルは、一つのコイル面が他のコイル
の面と予め決められた角度ずれるような位置で、フレー
ム上に固定して配置される。そのフレームは選択的にハ
ウジングに対して回転され、固有のバイアスの影響を減
らすために、異なる、フレームの回転位置で測定が行わ
れる。

［発明の実施例］第１図はこの発明に係る井戸方向センセングシステム１
０の一実施例のブロックダイアグラムである。システム
１０はダウンホールツール５０と表面データ収集ユニッ
ト１００を有する。ツール５０はワイヤーライン１５０
に吊下げられてボアホール（ポーリング穴）　　２００
の中に下ろされる、そして、ワイヤーラインを介して表
面ユニットにボアホール内で得られた測定値を示す信号
を送信する。

ツール５０は光学回転センサー（光学ジャイロ）５２、
機械的フリップ発振器５４、プロセッサ５６．３軸加速
度計５８、データ伝送装置６０．電源６２を含む。

光学的ジャイロ５２は地球の回転軸に関するハウジング
の長手方向の軸に直交するツール５０のハウジング（第
２図参照）５１の２つの直交軸の方向を測定し、プロセ
ッサ５６に測定結果を供給する。３軸加速度計５８はツ
ール５８がボアホール２００を移動する時、重力ベクト
ルの３つの直交成分を測定し、プロセッサ５６に測定結
果を供給する。プロセッサ５６は光ジヤイロ５２と加速
度計５８からそのプロセッサ５６に受信された情報の分
析とフォーマツチングを行なう。また、プロセッサ５６
はフリッパ５４の動作を制御する。このフリッパ５４は
後述するように、光ジヤイロ５２の光路の物理的位置を
機械的に変化する。データ伝送装置６０はジャイロ５２
と加速度計５８により測定された測定値を示すプロセッ
サ５６からのフォーマツチングされたデータを受け、ワ
イヤーライン１５０を介して、表面ユニット１００にそ
のデータを供給する。

ジャイロ５２は地球の回転軸に関するツール５０の姿勢
を測定する。ジャイロ５２はファイバ光学回転センサー
６４と、センサー６４にレーザー光線を供給する手段（
ドライバー、超発光ダイオード、ダイオードを冷却する
手段、圧電トランジスタ（ＰＺＴ）がブロック６６に示
される）、復調器６８、光検出器７０．フィルタＩ２を
含む。

光ジヤイロ５２は２軸に関する回転を測定する。

このジャイロは良く知られたサグナック効果（Ｓａｇｎ
ａｃ　Ｅｆｆｅｃｔ　）を用いることによりそれに敏感
である。このサグナック効果は例えば１９８１年１１月
１０日に発行されたキャヒル（Ｃａｈｉｌｌ）等による
米国特許番号４．２９９．４９０に開示されている。超
発光ダイオード（ブロック６６）はエネルギーを発生し
、そのエネルギーをビームスプリッタ（センサー６４の
一部分）に送る。光線の一部は反射され、光検出器に入
力される。この光検出器はレーザー出力の振幅の変動を
モニターし、電気的フィードバックシステム（図示せず
）に供給する。このフィードバックシステムはダイオー
ドの出力を調整するとともに、ジャイロ５２の出力を平
均化するように動作する。ビームの第２の部分は他のビ
ームスプリッタにより遮られ、そして、各々に２つの対
向方向に伝播するビームが存在するように、２つに分割
され、２つのファイバ光コイル（センサー６４）の終端
に向けられる。

センサ６４（その構成は詳細に後述する）の２つの光学
ファイバコイルの夫々にとって、対向方向伝播ビームの
互いの通路長はコイルがある平面に直交する軸のまわり
をコイルが回転するとき変えられる。例えば、コイルが
時計方向に回転するとき、時計方向に進むビームの通路
長は延長され、反時計方向ビームの通路長は短縮される
。従って、２つのビームは互いに位相がずれながら伝播
され、２つのビームが第２のビームスプリッタによって
結合される時、２つのビームの位相差は光検出器７０に
よって強さの変化として記録される。

光検出器７０によって検出された強さの変化は非常に小
さいものであり、直ちにはそれ白身では検出できない。

上記ＰｚＴトランスジューサ（センサ６４の一端に位置
されている）は対向回転ビームの両者に対してざらに周
期的位相変調を行なわせ、光検出器γ０によって検出さ
れた強さの変化は位相変調のそれと等しい基本周波数を
有する周期的な波形になる。上記強さを表わす波形の各
奇数高周波弁の大きさはファイバコイル回転の速度に正
比例する。

光検出器７０は検出した強さの変化を電気信号に変換し
、フィルタ１０は奇数調波の１つ（好ましい実施例では
第３調波）のみを選択し、復調器６８に供給する。復調
器６８はツール５０の回転によって生じたセンサ６４の
回転にいくらかのバイアスを加えたものに比例する第３
調波信号の振幅を決める。

好ましい実施例は上述したように直接測定開ループ回転
速度測定回路を使用するが、もし望むならばかわりに無
位相形閉ループ回路を使用することもできる。このタイ
プの回路構成は米国特許第４、２９９．４９０号カーヒ
ル（Ｃａｈｉｌｌ　ｅｔ　ａｌ、）に記載されている。

また、デービス著「ファイバーオブティックセンサテク
ノロジイハンドブック」（Ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ　５ｅ
ｎｓｏｒｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ
）のページ５の１４乃至２３行のダイナミックシステム
（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）に記載されている
。測定される回転速度は比較的遅いので、開ループ回路
によるでもたらされる応答時間はツール５０の回転速度
の測定には十分である。それにもかかわらず、他の観点
から閉ループを使用することが望まれている。このよう
な閉ループ回路においてＰＺＴトランスジューサはセン
サ６４の一端に配置され、それによって時計方向及び反
時計方向ビームは周波数変調される。ＰＺＴトランスジ
ューサによって行なわれる周波数シフトの像は制御され
、その結果、センサ６４の回転によって生じたどんな位
相シフトもオフセットするように反相互位相シフトがお
こなわれる。光検出器７０は反相互位相シフトがセンサ
６４の回転によって生じた位相シフトを無にするとき決
めることができ、その時要求される周波数シフト量はツ
ール５０の回転を測定することによって知ることができ
る。

第３図はセンサ６４の側面図である。光ファイバ回転セ
ンサ６４は第１光ファイバコイル１４および第２光ファ
イバコイル１６を有している。コイル７４および７６は
互いに９０°回転して共通取付フレーム１８に一緒に固
定されている。従って、コイル７４が検知する回転方向
はコイル７６が検知する回転方向と直交している（各コ
イルはコイルが置かれている面の直交軸の回転を検知す
る）。従って、図示したコイルの幾何学的関係から、ジ
ャイロ５２はツール５０の長軸に直交する軸に対するツ
ール５０の回転を測定することができる。

第２図に示すように、はとんどのボアホール２００の直
径は相対的に小さいのでツール５０のハウジング５１は
、相対的に小さな直径を有するシリンダとして最も便宜
的な形状を有している。しかしながら、良く知られてい
るように、センサ６４の感度はコイル（ならびに巻線数
）が占有する面積に比例している。好適実施例では、各
コイル７４および１６は“レーシングトラック”のよう
な形状を有している（すなわち、各コイルは相対的に長
い平行な延伸部８０を有し、この延伸部８０は相対的に
小ざな半径の端部８２に結合されている）。従って、コ
イルはツール５Ｇのハウジング５１内（従ってボアホー
ル２００内）に物理的に適合することができる。

コイル７４および７６は、適切なフオームに十分゛な長
ざの光ファイバを巻付けることにより形成される。

各端部８２の屈曲の最小半径は使用する光フフイバの性
質により制限される。端部８２の屈曲の半径が非常に小
ざい場合には、ファイバは破損する。

端部８２の屈曲の半径が非常に小さい場合、破損による
短絡により、ファイバの光伝導特性が劣化する。特に、
光ファイバが非常に小さな半径の屈曲に曲げられたとき
に起こるファイバ微視緊張によりファイバ壁面の全体の
内部反射が減少し、ファイバ光損失が増大する。屈曲の
半径がざらに減少すると、ファイバに微視割目が起こる
。このような微視割目はファイバ内に反射源を作り、フ
ァイバ内の光を逆反射させ進入してきた方向に戻してし
まう。それゆえ、与えられたファイバには（ファイバ自
身の特性に依存した）最小許容半径の屈曲がある。コイ
ル７２および７４の端部８２の屈曲半径はこの最小半径
以上でなければならない。

各コイル７４および７６は共通取付フレーム７８に取付
けられている。発振器５４は機械的に且つ選択的に、ツ
ール５Ｇのハウジング５１の中心軸に（すなわちツール
の長軸に）対して往復動的に（すなわち前後に）フレー
ム７８を回転させる。ある動作モードでは、発振器は最
初にフレーム７８を時計方向（円筒状のツール５Ｇの周
りに対して）に回転し、次にフレーム７８を反時計方向
（すなわち、第１回転方向と反対の第２回転方向）に回
転する。フレーム１８は各最端揺動位置で測定できるよ
うに他方向へ回転する前に所定期間、際端位置（すなわ
ち時計方向又は反時計方向それぞれの際端位置）に留ま
る。

前述したように、光学的ジャイロ５２の精度は、このジ
ャイロに固有の測定偏倚により劣化してしまう。このよ
うな固有の偏倚による影響を減少させるために、機械的
フリッパ発振器５４が使用される。この光学的ジャイロ
５２はその方位に応じて定められる測定偏倚を生ずる。

このように、この光学的ジャイロ５２により得られたい
かなる測定値にも偏倚量の成分が含まれることになる。

コイル７４および７６がハウジング５１に対して静止し
た位置、即ちフリッパ発振器５４により時計方向または
反時計方向に完全に回転し終わった位置にある時に、光
学的ジャイロ５２による測定が実行される１発振器５４
はコイル７４および７６を、予め定められた所望速度で
、最初はツール５０に対して一方向に回転し、その後、
反対方向へと回転する。時計方向における終端位置にお
いて、例えばコイル７４により、第１測定値×１が得ら
れ、プロセッサ５Ｇ内に格納され、次式が与えられる。

ｘ　ｌ−ｘ＋ｂ　　　　　　　−−−（１）ここで、Ｘ
はジャイロ５２により測定されたところの、ツール５０
の回転速度で、ｂは、このジャイロ５２により生じた偏
倚量を示す。

また、反時計方向における終端位置（おいて、コイル１
４により、第２測定値×２が得られ、次式％式％この２回目の測定時における光学的ジャイロ５２の方位
は１回目の測定時におけるこの光学的ジャイロの方位か
ら正確に１８０°だけずれているので、この２回目の測
定において得られたｆ１ｉ×は負となる。プロセッサ５
６は第１測定値から第２測定値を差し引いて最終測定値
ｘＦを次式に示すように棹出する。

ｘＦ＝ｘ１−ｘ２　　　　−−−　（３ａ）＝＋ｘ＋ｂ
−（−ｘ＋ｂ）　　（３ｂ）＝ｘ＋ｘ＋ｂ−ｂ　　　　
　　（３ｃ）−２ｘ　　　　　　　　　　　　（３ｄ＞
上式から明らかなように、最終測定値Ｘにおいては、偏
倚量の項は除去される。

同様に、コイル１６を使用して、このコイル７６を含む
平面に対して直行する軸に対するこのコイルの回転に関
する情報を得るための測定が実行される。

フリッパ発振器５４は、式（１）および（２）における
Ｘが等しくなるように、測定すべき回転の速度に比して
、光学的ジャイロ５２を十分高速で回転させることが要
求される。また、このフリッパ発振器５４は、光学的ジ
ャイロ５２の回転を、相互に１８０°離れた位百におい
て、確実に繰返して停止させることが要求される。この
ような要求は、現時点において入手可能な非常に高精度
のステップモータを使用することにより、特に、比較的
ゆっくりした回転速度を測定する場合に、はぼ充分満足
される。

上述の実施例においては、発振器５４がフレーム１８を
各方向に回転する角度は１８０°であったが、必要に応
じて別の回転角度を使用することが可能である。例えば
、ある動作モードにおいて、フリッパ発振器５４により
フレーム７８を３６０°回転させ、１２０°の回転毎に
フレームの回転を停止させて、測定を実行させることが
可能である。こうして１２０°の回転毎に得られた３つ
の測定値から最終測定１ｘＦを算出することにより、光
学的ジャイロ５２により生じた固有の偏倚ｍｂおよびこ
の偏倚吊しの第１微分値による影響を共に除去すること
が可能である。

加速度計５８は３つの直交方向の各々において地球の重
力場の密度を決定する。加速度計５８が必要となる。何
故ならば、光学ジャイロ５２がツール５０の長手軸に直
交する軸に対してだけの回転を測定する（即ち、ジャイ
ロは地球の回転軸に対するツールの姿勢が得られる情報
を発生する）。しかし、それはツールの垂直姿勢を測定
できない。加速計５８がツール垂直姿勢を示す信号を発
生するために使用される。

プロセッサ５６はフリッパ発振器５４の動作のタイミン
グを制御し、（フレーム７８が静止している間だけ測定
が行われるように）測定を前期タイミングに同期させる
。プロセッサ５６は通常のシングルチップマイクロプロ
セッサ集積回路により構成されてもよい。このマイクロ
プロセッサ集積回路に。

はプロセッサによって実行されるべきマイクロインスト
ラクションの１セツトを記憶している内部ＲＯＭが設け
られる。プロセッサ５６はまた内部レジスタ、内部クロ
ック発生器、内部ＲＡＭを含んでいる。プロセッサ５６
は（必要なＡ／Ｄ変換の後に）光学ジャイロ５２及び加
速度計５８によって得られる測定値をその入力ボートで
受け、内部ＲＯＭによって記憶されたマイクロインスト
ラクションに従って入力情報を処理する。プロセッサ５
６は測定情報をフォーマット化し、それを表面ユニット
１００に理解できる形態にコード化する。プロセッサ５
６は必要なら、エラー訂正のような他のデータに対する
他の通常の処理を行なっても良い。プロセッサ５６は受
信するデータを表わす直列データ列を発生し、このデー
タストリームをデータ送信機６０に供給する。

データ送信ｌ１１６０はプロセッサ５６によるデータス
トリームをワイヤライン１５０を介してサーフェイスユ
ニット１００に送信するに適した信号に変換する。デー
タ送信機６Ｇはデータ信号を調整してもよく、データ信
号を通常の方法でキャリア信号で変調し、変調信号をサ
ーフェイスに送信されるに十分なレベルに増幅する。ツ
ール５０の種々の他のブロックに対してだけでなくデー
タ送信機６０に対する電力が電源６２によって供給され
る。この電源は所望によりバッテリ電源により構成して
も良い。

表面データ収集ユニット１００が表面（通常ではボアホ
ール２００の開口近くのウェルヘッド）に設けられる。

サーフェイスユニット１００はワイヤライン１５０を介
して送信機６Ｇによって送信されたデータを受信し、受
信データを復調し、ツールの姿勢を決定するためにデー
タを処理し、決定した情報を表示する。プロセッサ１０
６は通常のジャイロコンパスまたは他の通常のデータ減
縮技術を用いて姿勢を決定しても良い。データ減縮技術
は石油エンジニャドリリング会議のドリリング契約者／
協会の１９８３年国際会で提出され、Ｇ、Ｗ、ラッテハ
ト及びＪ、Ｐ、デバルトによる“小径の３等級ジャイロ
スコープへの適用はボアホール位置の不確実性を著しく
減少する”ＩＡＤＣ／５ＰＥｒＧ、Ｉｆ、　Ｕｔｔｅｃ
ｈｔ　ａｎｄ　Ｊ、Ｐ、　ｄｅＷａｒｄｔ、　”＾ｐｐ
ｌｉ−ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｍａｌｌ　Ｄｉａｍｅｔ
ｅｒ　Ｉｎｔｅｒｔｉａｌ　ＧｒａｄｅＧｙｒｏｓｃｏ
ｐｅｓ　５１ｇｎ１ｆｉｃａｎｔｌｙ　Ｒｅｄｕｃｅｓ
　ＢｏｒｅｈｏｌｅＰｏｓｉｔｉｏｎ　Ｕｎｃｅｒｔａ
ｉｎｔｙ”、ＩＡＤＣ／ＳＰＥ　１１３５８．　ｐｒｅ
ｓ−ｅｎｔｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　１９８３　Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎｏｆ　Ｄｒ
ｉｌｌｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒａｃｔｏｒｓ／！５ｏｃｉｅ
ｔｙ　ｏｆ　ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎ９ｉｎｅｅｒＳ　
Ｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｒｅｒｅｎｃｅ」に開示されて
いる。サフエイスユニット１００は受信機１０２、復調
器１０４、プロセッサ１０６及びディスプレイ１０８を
含んでいる。受信＠１０２は送信［３６０によってワイ
ヤライン１５０を介して送信される信号を受信する普通
の受信機である。受信機１０２及び送信機６０は所望な
らラジオ周波数帯域でと動作される（むろん、ツールか
らサフエイスユニット１００に情報を送信する適当な手
段を用いることができる）。

復調器１０４はこの復調器の出力がツール５０のプロセ
ッサ５６のデータ出力ストリームの複製となるように受
信機１０２によって発生される信号を変調する。変調器
１０４の出力は（所望なら適当な信号調整及び変換の後
）プロセッサ１０６に供給される。

プロセッサ１０６は、シリアルデータストリームをパラ
レルフォーマットに変換し、変換されたデータについて
在来の手法による解析を実行する。

例えば、プロセッサ１０６は、地球の重力場に関する姿
勢を決定するため、加速度計５８の３つの軸の各々につ
いての出力にあられれるデータを解析する。同様に、プ
ロセッサ１０６は、ジャイロ５２の出力にあられれるデ
ータを解析し、且つジャイロ５２の出力によって示され
るツール５０の回転率からツール５０のアジマス（従っ
てボアホールの方向）を決定する。これに代えて、単に
、受信データを人間の理解できる形態に変換するために
のみプロセッサ１０６を用いることができ、そして後に
解析するために該データを（不揮発性メモリ素子または
チャートレコーダにおけるハードコピーその他のような
）格納するようにすることができる。プロセッサ１０６
は、その出力を在来の表示装置に供給し、該表示装置は
ユーザにより解釈させるための表示を生成する。プロセ
ッサ５６は、内容および機能において完全に在来のソフ
トウェアを実行する在来のマイクロプロセッサ、ミニコ
ンピユータ、マイクロコンピュータ等で構成されていて
もよい。

本発明について、いくらかの典型的な実施例のみを参照
して説明されているが、本発明はその要旨に含まれる新
規で且つ有利な特徴を変更しない範囲内でこれら実施例
の多くの変形が当業者により考えられるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はシ
ステム１０の断面の側面図、第３図は第２図に示される
位置から９０度回転した光学的回転センサーの光ファイ
バー光路の側面の透視図である。５０・・・ダウンホールツール、　５２・・・光学回転
センサ、　５４・・・機械的フリップ発振器、　５６・
・・プロセッサ、５８・・・３軸加速度計、　６０・・
・データ伝送装置、６２・・・電源、　６４・・・回転
センサ、　６８・・・復調器、７０・・・光検出器、　
７２・・・フィルタ、１００・・・表面データ収集ユニ
ット、１０２・・・受信器、　１０４・・・変調器、１
０６・・・プロセッサ、１０Ｂ・・・ディスプレー、　
１５０・・・ワイヤー。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦手続補１ｔ：、
書（１幻昭、　　１０．１苓１２、特許庁長官　　宇　賀　遭　部　　殿１、事件の表示！＃鮪昭ｔｉｏ−２０１９２ｔｉ号２、発明の名称Ｍ７ホール方向測定装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人デペルコ・インコーポレーテンド４、代理人５、補正命令の日付昭和６０年１１月２６日６、補正の対象

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ボアホールの内部を移動可能なハウジングと、地
球の回転軸に関する前記ハウジングの姿勢を示す第１信
号を発生する光学的回転センサ手段と、前記第１信号を
表面ユニットに伝送する手段を具備するボアホール方向
測定装置。
（２）前記光学的回転センサ手段は地球引力に関する前
記ハウジングの姿勢を示す第２信号を発生する加速度セ
ンサをさらに具備し、前記伝送手段は前記第２信号をも
表面ユニットに伝送することを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載のボアホール方向測定装置。
（３）前記光学的回転センサ手段は第１、第２光ビーム
を発生する光源手段と、前記光源手段に接続され前記光
源手段から発生される第１、第２光ビームを所定の軸に
ついて相対向する方向に伝播させる光ファイバ手段と、
前記対向伝播された第２光ビームに対する前記第２光ビ
ームの位相差に応じて少なくとも１つの所定の軸のまわ
りの前記ハウジングの回転を検出するセンサ手段を具備
することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のボ
アホール方向測定装置。
（４）前記光ファイバ手段はフレームと、前記フレーム
に設けられた第１、第２コイルを具備し、前記第１コイ
ルが設けられている平面は前記第２コイルが設けられて
いる平面に対して所定角度回転されていることを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載のボアホール方向測定
装置。
（５）前記光学的回転センサ手段はフレームと、前記フ
レームに設けられた第１、第２光ファイバコイルを具備
し、前記第１光ファイバコイルが設けられている平面は
前記第２コイルが設けられている平面に対して所定角度
回転されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載のボアホール方向測定装置。
（６）前記光学的回転センサに接続され前記ハウジング
の姿勢を示す第１信号から測定バイアスを除去するフリ
ッパ手段を具備することを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のボアホール方向測定装置。
（７）前記フリッパ手段は前記ハウジングに関する複数
の位置の間で前記回転センサを回転させる手段を具備す
ることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のボア
ホール方向測定装置。
（８）前記複数の位置は１２０°ずつ離れた３つの位置
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の
ボアホール方向測定装置。