NL8501322A - METHOD FOR DETECTION AND CORRECTION OF MAGNETIC INTERFERENCE IN BOREHOLE MONITORING - Google Patents
METHOD FOR DETECTION AND CORRECTION OF MAGNETIC INTERFERENCE IN BOREHOLE MONITORING Download PDFInfo
- Publication number
- NL8501322A NL8501322A NL8501322A NL8501322A NL8501322A NL 8501322 A NL8501322 A NL 8501322A NL 8501322 A NL8501322 A NL 8501322A NL 8501322 A NL8501322 A NL 8501322A NL 8501322 A NL8501322 A NL 8501322A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- measured
- magnetic
- instrument
- determination
- azimuth
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims description 19
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 25
- 241001442234 Cosa Species 0.000 claims description 6
- 244000089409 Erythrina poeppigiana Species 0.000 claims description 4
- 235000009776 Rathbunia alamosensis Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 40
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000792 Monel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/02—Determining slope or direction
- E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
4 i 60.77.7964 i 60.77.796
Teleco Oilfield Services Inc., Connecticut, Ü.S.A.Teleco Oilfield Services Inc., Connecticut, Ü.S.A.
WERKWIJZE VOOR DE DETECTIE EN CORRECTIE VAN MAGNETISCHE INTERFERENTIE BIJ DE BEWAKING VAN BOORGATENMETHOD FOR DETECTION AND CORRECTION OF MAGNETIC INTERFERENCE IN BOREHOLE MONITORING
De uitvinding heeft betrekking op het gebied van boorgatbewaking of boorgatmeting. In het bijzonder betreft de uitvinding een methode voor het bepalen van de richtingsparameter van het azimut van het boorgat 5 en het corrigeren van het azimut voor fouten veroorzaakt door verstoringen in het magnetisch veld van de aarde.The invention relates to the field of borehole monitoring or borehole measurement. In particular, the invention relates to a method for determining the direction parameter of the azimuth of the borehole 5 and correcting the azimuth for errors caused by disturbances in the magnetic field of the earth.
De algemene groep van dit soort instrumenten, welke worden gebruikt voor het meten van de boorgatrichting, 10 gebruikt een drie-assige magnetometer en een twee- of drie-assige accelerometer om de componenten van het magnetisch veld en het gravitatieveld van de aarde vast te stellen in een coördinatensysteem, dat gecentreerd is op het meetinstrument. Een geometrische 15 rechttoe-rechtaan transformatie wordt toegepast om de gewenste parameters, welke de oriëntatie van het boorgereedschap definiëren, te bepalen, namelijk het azimut, de inclinatie en de referentie van het voorvlak van het boorgereedschap. Voor een referentie naar de 20 stand der techniek, waarbij gebruik wordt gemaakt van een programmeerbare rekenmachine, wordt verwezen naar "Hand-Held Calculator Assists in Directional Drilling Control", door J.L. Marsh, in Petroleum Engineer International, July & September 1982.The general group of this type of instruments, which are used to measure the borehole direction, uses a three-axis magnetometer and a two- or three-axis accelerometer to determine the components of the Earth's magnetic field and gravitational field in a coordinate system, which is centered on the measuring instrument. A geometric straightforward transformation is used to determine the desired parameters defining the drill tool orientation, namely the azimuth, inclination and reference of the front face of the drill tool. For a reference to the prior art using a programmable calculator, see "Hand-Held Calculator Assists in Directional Drilling Control", by J.L. Marsh, in Petroleum Engineer International, July & September 1982.
25 Het azimut wordt gedefinieerd als de hoek tussen het magnetische noorden en de horizontale projectie van de as van het boorgat. Meting van het magnetisch veld van de aarde is een algemeen gebruikelijke methode voor O i ^ iThe azimuth is defined as the angle between the magnetic north and the horizontal projection of the borehole axis. Measurement of Earth's magnetic field is a commonly used method for O i ^ i
ί Vί V.
-2- het bepalen van het azimut. Een eigenschap van elke bewakingsinrichting, die gebaseerd is op het magnetisch veld van de aarde voor de bepaling van het azimut, is dat een verstoring in het magnetisch veld 5 van de aarde resulteren kan in een fout in het gemeten azimut. Een dergelijke verstoring zal verder worden aangeduid als magnetische interferentie. Een oorsprong van magnetische interferentie kan zich bevinden in de boorinstallatie zelf, dat wil zeggen dat magnetische 10 interferentie kan ontstaan door de aanwezigheid van permeabele, en mogelijk gemagnetiseerde, materialen in de pijpenkolom ("drillstring"). Een andere oorsprong van magnetische interferentie kan gelegen zijn in een uitwendige oorzaak, zoals een ijzerertslichaam, 15 of een naastgelegen bron.-2- determining the azimuth. A property of any monitoring device based on the earth's magnetic field for azimuth determination is that a disturbance in the earth's magnetic field 5 may result in an error in the measured azimuth. Such a disturbance will further be referred to as magnetic interference. An origin of magnetic interference can be in the drilling rig itself, ie magnetic interference can arise from the presence of permeable, and possibly magnetized, materials in the pipe string ("drill string"). Another source of magnetic interference may be an external cause, such as an iron ore body, or an adjacent source.
Het bestaan van deze bron van fouten in de meting van het azimut en de noodzaak om te corrigeren voor de fout is in de techniek onderkend, en pogingen zijn ondernomen om dit probleem op te lossen. Echter, 20 eerdere pogingen om dit probleem op te lossen hebben gefaald, en konden in sommige gevallen zelfs resulteren in grotere fouten in de azimutmeting of een grotere onbetrouwbaarheid in de meting van het azimut; en de behoefte aan een accuraat en betrouwbaar azimut-25 fouten-correctiesysteem bestaat nog steeds.The existence of this source of errors in the azimuth measurement and the need to correct for the error has been recognized in the art, and attempts have been made to solve this problem. However, 20 previous attempts to solve this problem have failed, and in some cases could even result in larger errors in the azimuth reading or greater unreliability in the azimuth reading; and the need for an accurate and reliable azimuth-25 error correction system still exists.
De meest relevante stand der techniek op dit moment is weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift US 4,163,324 ten name van Russell et al (hierna te noemen het Russell et al octrooi). In het Russell et 30 al octrooi wordt aangenomen dat alle interferentie wordt veroorzaakt door magnetisch materiaal in de pijpenkolom, en daarom axiaal is (dat wil zeggen langs de as van de pijpenkolom). Er worden geen middelen 85 0 1 3 2 ?.The most relevant prior art at present is shown in U.S. Patent No. 4,163,324 in the name of Russell et al (hereinafter referred to as the Russell et al patent). The Russell et 30 al patent assumes that all interference is caused by magnetic material in the tubing string, and is therefore axial (i.e. along the tubing string axis). There are no resources 85 0 1 3 2?.
M k -3- aangegeven voor het verifiëren van de geldigheid van deze aanname. Indien de aanname onjuist is, dan is de aangebrachte correctie voor de azimutmeting tevens onjuist, hetgeen zelfs kan leiden tot een verslechtering 5 van de resultaten van het richtingsmeetsysteem.M k -3- indicated to verify the validity of this assumption. If the assumption is incorrect, then the correction made for the azimuth measurement is also incorrect, which can even lead to a deterioration of the results of the direction measuring system.
Het systeem van het Russell et al octrooi introduceert tevens een andere mogelijke bron van fouten, doordat er gebruik gemaakt wordt van absolute waarden van het magnetisch veld van de aarde bij het uitvoeren van de 10 azimut-correctieprocedure. Het gebruik van absolute waarden verhoogt de gevoeligheid van de methode voor schaalfactorfouten en reduceert of verzwakt de nau-keurigheid en betrouwbaarheid van de foutcorrectie.The Russell et al patent system also introduces another possible source of error by using absolute values of the Earth's magnetic field when performing the azimuth correction procedure. The use of absolute values increases the sensitivity of the method to scale factor errors and reduces or weakens the accuracy and reliability of the error correction.
Volgens de uitvinding wordt voorzien in een werkwijze 15 voor het bepalen van een correctie, welke dient te worden toegepast bij een azimutmeting van een in-trument in een boorgat ter compensatie van magnetische interferentie. Deze werkwijze omvat daartoe de volgende stappen: 20 - bepaling van de gemeten azimuthoek van het in strument; - bepaling van de gemeten inclinatiehoek van het instrument; bepaling van de gemeten magnetische hellingshoek 25 (dip angle); - vaststelling van de ware magnetische hellingshoek op de plaats van het boorgat; en Λ J' __According to the invention, there is provided a method of determining a correction to be used in an azimuth measurement of an implant in a borehole to compensate for magnetic interference. To this end, this method comprises the following steps: - determination of the measured azimuth angle of the instrument; - determination of the measured angle of inclination of the instrument; determination of the measured magnetic angle of inclination (dip angle); - determining the true magnetic angle of inclination at the location of the borehole; and Λ J '__
H “·’* ‘ VH "·" "V
V t > i> - o' 4 ♦ -4- - bepaling van de fout in de meting van het azimut welke het gevolg is van magnetische interferentie als een functie van het verschil tussen de gemeten magnetische hellingshoek en de ware 5 magnetische hellingshoek.V t> i> - o '4 ♦ -4- - determination of the error in the azimuth measurement due to magnetic interference as a function of the difference between the measured magnetic slope and the true magnetic slope.
In het geval van interne interferentie, wordt de waarde van de door deze interferentie geïntroduceerde fout in het azimut bepaald en gebruikt om het gemeten azimut te corrigeren. Volgens de uitvinding is de 10 correctie gebaseerd op de magnetische hellingshoek- grootheden, welke functie zijn van de verhoudingen van gemeten en bekende waarden. Het gebruik van de magnetische hellingshoek reduceert het probleem van fouten in sensor-schaalfactoren. Indien de interferentie 15 afkomstig is van een uitwendige oorsprong, dan wordt geen azimutcorrectie toegepast. Dit systeem is echter betrouwbaarder dan de bekende stand der techniek, omdat de uitvoerder van de boring weet dat: 1. azimutmetingen onbetrouwbaar zijn; 20 2. geen azimutfout-correctie kan worden toegepast; en 3. er een uitwendige oorsprong van magnetische interferentie is.In the case of internal interference, the value of the azimuth error introduced by this interference is determined and used to correct the measured azimuth. According to the invention, the correction is based on the magnetic angle of inclination quantities, which are a function of the ratios of measured and known values. The use of the magnetic slope reduces the problem of errors in sensor scale factors. If the interference 15 comes from an external origin, no azimuth correction is applied. However, this system is more reliable than the prior art, because the operator of the bore knows that: 1. azimuth measurements are unreliable; 2. No azimuth error correction can be applied; and 3. there is an external origin of magnetic interference.
In deze situatie, kunnen alternatieve middelen, zoals 25 een gyroscopische bewaking, worden toegepast voor azimutmeting.In this situation, alternative means, such as gyroscopic monitoring, can be used for azimuth measurement.
Zoals hierboven aangegeven, worden in de onderhavige uitvinding geen vooronderstellingen gedaan aangaande de oorsprong of de grootte van het verstorende veld.As indicated above, no assumptions are made in the present invention regarding the origin or magnitude of the disturbing field.
8501322 * « -5-8501322 * «-5-
Metingen worden gedaan aan drie componenten van het omgevend magnetisch veld en tenminste twee componenten van het gravitatieveld in coördinaatassen, welke gerelateerd zijn aan het boorgereedschap. Het is 5 gebruikelijk dat deze assen dezelfde zijn voor beide groepen van metingen, dat zij orthogonaal zijn, en verder, dat een van deze assen (in het algemeen benoemd als Z-as) langs de as van het boorgereedschap ligt en een andere (de Y-as) in de richting van een 10 referentie of merklijn ligt. Op grond van deze oriëntaties, kunnen de drie boorhoeken ("drillers' angles"), azimut, inclinatie en stand van boorvlak worden vastgesteld, ofwel aan het oppervlak, danwel door een zich in het boorgat bevindende microprocessor. In de 15 aanwezigheid van magnetische interferentie (en in het bijzonder de oost-west component van een dergelijke interferentie) zal er een fout optreden in de gemeten azimut. Volgens de uitvinding worden tenminste twee en in de voorkeursuitvoering drie grootheden bepaald, 20 welke karakteristiek zijn voor het gemeten magnetisch veld van het boorgereedschap. Indien de drie grootheden bepaald zijn, zal één van deze grootheden redundant zijn (dat wil zeggen een algebraïsche combinatie van de andere). Wanneer de bepaling in het boorgat plaats-25 vindt, bijvoorbeeld in een "meet-tijdens-boren"-systeem (measurement-while-drilling: MWD), waarbij een microprocessor in het boorgat wordt gebruikt, staat deze redundantie toe dat de datatransmissie en decodering wordt gecontroleerd door het verifiëren van de con-30 sistentie van alle resultaten. De verschillen tussen de gemeten waarden van het magnetisch veld van de aarde en de nominale (dat wil zeggen in kaart gebrachte) waarde voor het specifieke gebied van de aarde staan toe dat de grootte van het interfererende £· v i 0 2 d.Measurements are made on three components of the surrounding magnetic field and at least two components of the gravitational field in coordinate axes, which are related to the drilling tool. It is common that these axes are the same for both groups of measurements, that they are orthogonal, and further that one of these axes (generally referred to as Z axis) lies along the axis of the drilling tool and another (the Y axis) is in the direction of a reference or mark line. Based on these orientations, the three drill angle angles, azimuth, inclination, and bore plane position can be determined either at the surface or by a downhole microprocessor. In the presence of magnetic interference (and in particular the east-west component of such interference), an error in the measured azimuth will occur. According to the invention, at least two, and in the preferred embodiment, three quantities are determined, which are characteristic of the measured magnetic field of the drilling tool. If the three quantities are determined, one of these quantities will be redundant (i.e. an algebraic combination of the others). When the downhole determination is made, for example, in a measurement-while-drilling (MWD) system using a downhole microprocessor, this redundancy allows the data transmission and decoding is checked by verifying the consistency of all results. The differences between the measured values of the Earth's magnetic field and the nominal (ie, mapped) value for the specific region of the Earth allow the magnitude of the interfering £ v i 0 2 d.
« i -6- veld langs de boorgereedschapsas wordt bepaald. In plaats van aan te nemen dat dit de enige interferentie is, zoals wordt gedaan in de stand der techniek, test de onderhavige uitvinding de geldigheid van deze hypo-5 these door het controleren naar zelfconsistentie van alle metingen. Indien de gemeten waarden niet consistent zijn met het bestaan van puur axiale interferentie, wordt een schatting van de grootte van de uitwendige interferentie gegenereerd. Indien de test 10 bepaalt dat enkel interne interferentie bestaat, wordt de azimutfout, welke het gevolg is van deze interferentie, bepaald. Deze foutbepaling is gebaseerd op verschillen tussen gemeten en nominale magnetische hellingshoeken, welke hoeken alle volgen uit de ver-15 houdingen van de metingen, waardoor één bron van potentiële fout, namelijk een variatie in schaalfac-toren in de sensor in het boorgat, wordt gereduceerd.The field along the drilling tool axis is determined. Rather than assume that this is the only interference, as is done in the prior art, the present invention tests the validity of this hypothesis by checking all measurements for self-consistency. If the measured values are inconsistent with the existence of pure axial interference, an estimate of the magnitude of the external interference is generated. If the test 10 determines that only internal interference exists, the azimuth error resulting from this interference is determined. This error determination is based on differences between measured and nominal magnetic inclination angles, all of which follow from the ratios of the measurements, thereby reducing one source of potential error, namely a variation in scale factors in the downhole sensor. .
Onder verwijzing naar de tekeningen, waarbij gelijke elementen gelijk genummerd zijn in de verschillende 20 figuren, toont: figuur 1 een gegeneraliseerd schematisch aanzicht van een boorgat en een boortorenopstelling, waarin de context van de onderhavige uitvinding wordt getoond; 25 figuur 2 een aanzicht van een deel van een pijpenkolom volgens figuur 1, waarin schematisch het deel van de pijpenkolom met van de onderhavige uitvinding wordt getoond; en figuur 3 een perspectivisch aanzicht van een segment 30 van de pijpenkolom, waarin het onderlingeReferring to the drawings, where like elements are numbered alike in the different figures, Figure 1 shows a generalized schematic view of a borehole and a derrick arrangement, showing the context of the present invention; Figure 2 shows a view of a part of a pipe column according to figure 1, schematically showing the part of the pipe column with the present invention; and figure 3 shows a perspective view of a segment 30 of the pipe column, in which the mutual
Q pt -i 7 9 «JQ pt -i 7 9 «J
W 'J Ü ia, -7- verband van de verschillende assen, hoeken en belangrijke vectoren van de onderhavige uitvinding wordt getoond.The relationship of the various axes, angles and major vectors of the present invention is shown.
De uitvinding zal worden beschreven onder verwijzing 5 naar en in de omgeving van een "meet-tijdens- boren" (MWD= measurement-while-drilling) -systeem. Het is echter duidelijk, dat de uitvinding niet beperkt is tot een MWD-systeem; zo kan de uitvinding ook worden toegepast in een draadlijn- (wire line) of ander rich-10 tingsmetingssysteem.The invention will be described with reference to and in the vicinity of a "measurement-while-drilling" (MWD) system. It is clear, however, that the invention is not limited to an MWD system; thus the invention can also be applied in a wireline (wire line) or other direction measurement system.
Onder eerste verwijzing naar de figuren 1 en 2 wordt de algemene conceptie van de onderhavige uitvinding getoond. Het zal echter ingezien worden, dat deze gegeneraliseerde afbeeldingen alleen dienen voor het 15 tonen van een representatieve uitvoeringsvorm, waarin de onderhavige uitvinding kan worden toegepast, en dat deze niet zijn bedoeld om de toepasbaarheid van de uitvinding te beperken tot de specifieke configuratie van de figuren 1 en 2.Referring first to Figures 1 and 2, the general conception of the present invention is shown. However, it will be appreciated that these generalized images serve only to show a representative embodiment in which the present invention may be practiced, and are not intended to limit the applicability of the invention to the specific configuration of the figures 1 and 2.
20 De boorinstallatie, getoond in figuur 1, heeft een boortoren 10, welke de pijpenkolom of boorstang 12 draagt, welke boorstang eindigt in een boorkop 14. Zoals bekend, kan de gehele pijpenkolom roteren of kan de pijpenkolom stilgehouden worden, en kan alleen de 25 boorkop roteren; bij beide mogelijkheden kan de onderhavige uitvinding worden toegepast. De pijpenkolom 12 is samengesteld uit een aantal onderling verbonden segmenten, waarbij nieuwe segmenten worden toegevoegd naar mate de diepte van het boorgat toe-30 neemt. De pijpenkolom is opgehangen aan een beweegbaar blok 16 van een lier 18, en de gehele boorketen kan ? i 3 ‘P 9 tf * -8- roterend worden aangedreven door een vierkante "kelly" 20, die glijdend kan bewegen, maar roterend wordt t aangedreven door de roterende boortafel 22 aan de voet van de boortoren. Een motoropstelling 24 is verbonden 5 om zowel de lier 18 als de roterende boortafel 22 aan te drijven.The drilling rig, shown in Figure 1, has a derrick 10, which carries the pipe string or drill rod 12, which drill rod ends in a drill bit 14. As is known, the entire pipe string can rotate or the pipe string can be kept still, and only the rotate drill chuck; the present invention can be applied to both possibilities. The tubing string 12 is composed of a number of interconnected segments, with new segments being added as the depth of the borehole increases. The tubing string is suspended from a movable block 16 of a winch 18, and the entire drill string can 3 "P 9 tf * -8- are rotatably driven by a square" kelly "20, which can slide, but rotatively is driven by the rotary drilling table 22 at the base of the derrick. A motor arrangement 24 is connected to drive both the winch 18 and the rotary drilling table 22.
Het onderste gedeelte van de pijpenkolom kan één of meerdere segmenten 26 omvatten, welke een grotere diameter en dikkere wanden hebben dan andere segmenten 10 van de pijpenkolom (ook wel: boorkragen (drill collars) genoemd). Zoals bekend, kunnen deze boorkragen sensoren bevatten benevens electronische circuits voor sensoren, en krachtbronnen, zoals door boorspoeling aangedreven turbines, welke de boorkoppen aandrijven en/of gene-15 ratoren, en de electrische energie leveren voor de sensorelementen.The lower section of the pipe string may comprise one or more segments 26, which have a larger diameter and thicker walls than other segments 10 of the pipe string (also referred to as drill collars). As is known, these drill collars may contain sensors in addition to electronic circuits for sensors, and power sources, such as drilling fluid powered turbines, which drive the drill bits and / or generators, and provide the electrical energy for the sensor elements.
De boorfragmenten, welke ontstaan bij het roteren van de boorkop 14, worden afgevoerd door een stroomboorspoeling, die omhoog stroomt door de vrije ringvormige ruimte 28 20 tussen de pijpenkolom en de wand 30 van het boorgat.The drill bits, which arise when the drill bit 14 is rotated, are discharged by a flow drilling mud, which flows upwards through the free annular space 28 between the pipe string and the wall 30 of the borehole.
De boorspoeling wordt getransporteerd door een pijp 32 naar een filter en decanteersysteem, schematisch weergegeven als tank 34. De gefilterde boorspoeling wordt dan opgezogen door een pomp 36, welke is voor-25 zien van een pulsatie-absorberende inrichting 38, en wordt via een leiding 40 onder druk toegevoerd aan een draaiende injectorkop 42, en vandaar naar het inwendige van de pijpenkolom 12, om zodoende aan de boorkop 14 te worden toegevoerd, en aan de boorspoelingtur-30 bines, indien een boorspoelingturbine in het systeem is opgenomen.The drilling mud is transported through a pipe 32 to a filter and decanting system, schematically shown as tank 34. The filtered drilling mud is then aspirated by a pump 36, which is equipped with a pulsation absorbing device 38, and is supplied via a conduit 40 is supplied under pressure to a rotating injector head 42, and from there to the interior of the pipe string 12, so as to be supplied to the drill bit 14, and to the drilling fluid turbines, if a drilling fluid turbine is included in the system.
λ — *i ί. Ό ‘Dλ - * i ί. Ό D D
♦ % -9-♦% -9-
De boorspoelingkolom in de pijpenkolom 12 kan tevens dienen als transmissiemedium voor het overbrengen van signalen van de parameters in het boorgat naar de oppervlakte. Deze signaaltransmissie wordt bereikt met 5 de bekende boorspoeling-pulsgeneratietechniek, waarbij drukpulsen worden opgewekt in de boorspoelingkolom in de pijpenkolom 12, welke pulsen de waargenomen parameters in het boorgat representeren. De boorparameters worden waargenomen in een sensoreenheid 44 (zie figuur 10 2) in een boorkraag 26 vlakbij of naast de boorkop.The drilling mud in the tubing 12 can also serve as a transmission medium for transmitting signals from the parameters in the borehole to the surface. This signal transmission is accomplished by the well-known drilling mud pulse generation technique, in which pressure pulses are generated in the drilling mud column in the tubing column 12, which pulses represent the observed parameters in the borehole. The drilling parameters are observed in a sensor unit 44 (see Figure 10 2) in a drill collar 26 near or next to the drill bit.
Drukpulsen worden opgewekt in de stroomboorspoeling binnen de pijpenkolom 12 en deze drukpulsen worden ontvangen door een drukomzetter 46 en daarna gezonden naar een signaalontvangende eenheid 48, die de sig-15 nalen kan registeren, weergeven en/of rekenkundig bewerken, teneinde informatie te verstrekken omtrent de verschillende condities in het boorgat.Pressure pulses are generated in the flow drilling mud within the tubing string 12, and these pressure pulses are received by a pressure transducer 46 and then sent to a signal receiving unit 48, which can record, display and / or arithmetically process the signals to provide information about the different conditions in the borehole.
Onder een korte verwijzing naar figuur 2, wordt een schematisch systeem getoond van een segment van de 20 pijpenkolom 26, waarin de boorspoelingpulsen gegenereerd worden. De boorspoeling stroomt door een variabele doorstroomopening 50 en wordt aangevoerd om de turbine 52 aan te drijven. De turbine 52 drijft een generator 54 aan, welke de electrische energie levert 25 aan de sensoren in de sensoreenheid 44 (via de electrische leidingen 55). De uitvoer van de sensoreenheid 44, welke de vorm kan hebben van electrische, hydraulische of dergelijke signalen, bedient een plunjer 56, welke de afmeting van de variabele opening 30 50 varieert, en welke plunjer 56 een klepbedieningsor- gaan 57 heeft, die hydraulisch of electrisch bediend kan worden. Variaties in de afmeting van de opening 50 veroorzaken drukpulsen in de stroomboorspoeling, welke worden, doorgezonden naar en waargenomen aan de opper-35 vlakte, om indicaties te geven van de verschillende ,λ V t* w « Λ „ * - ** y ψ ~ -J V.- 3 -10- condities, die waargenomen zijn door de sensoreenheid 44. De stroomboorspoeling is aangegeven met pijlen.Referring briefly to Figure 2, a schematic system of a segment of the pipe string 26 in which the drilling mud pulses are generated is shown. The drilling mud flows through a variable flow opening 50 and is supplied to drive the turbine 52. The turbine 52 drives a generator 54, which supplies the electrical energy to the sensors in the sensor unit 44 (via the electrical lines 55). The output of the sensor unit 44, which may take the form of electrical, hydraulic or the like signals, operates a plunger 56, which varies the size of the variable opening 50, and which plunger 56 has a valve actuator 57, which is hydraulic or can be operated electrically. Variations in the size of the opening 50 cause pressure pulses in the flow drilling mud, which are transmitted to and sensed on the surface, to give indications of the different λ V t * w «Λ" * - ** y ψ ~ -J V.- 3 -10- conditions observed by the sensor unit 44. The flow drilling fluid is indicated by arrows.
Daar de sensoren in de sensoreenheid 44 magnetisch gevoelig zijn, dient het specifieke segment van de 5 pijpenkolom 26, waarin de sensorelementen zijn ondergebracht, te bestaan uit een niet-magnetische sectie van de pijpenkolom, bij voorkeur roestvrij staal of monel. De sensoreenheid 44 is verder aangebracht in een niet-magnetisch drukvat 59, om de sensoreenheid te 10 beschermen tegen en te isoleren van de druk in het boorgat.Since the sensors in the sensor unit 44 are magnetically sensitive, the specific segment of the pipe string 26, in which the sensor elements are housed, should consist of a non-magnetic section of the pipe string, preferably stainless steel or monel. The sensor unit 44 is further arranged in a non-magnetic pressure vessel 59 to protect and isolate the sensor unit from the downhole pressure.
Hoewel de sensoreenheid 44 andere sensoren kan bevatten dan voor de richtings- of andere metingen, zullen er een triaxiale magnetometer 58 (met drie orthogonale 15 "X-", "Y-" en "Z-" windingen) en een biaxiale (X, Y) of een triaxiale (X, Y, Z) accelerometer 60 opgenomen zijn. De gevoelige assen van de sensoren 58 en 60 zijn zodanig gericht, dat zij samenvallen, waarbij de Z-assen langs of parallel aan de Z-assen van de 20 pijpenkolom liggen, en de Y-as loodrecht op de Z-as in de richting van een referentie- of merklijn 62 op de pijpenkolom staat. De X-assen staan orthogonaal op de Y- en Z- assen in een zodanige richting, dat een rechtsdraaiend coördinatensysteem ontstaat. De eenheid 25 44 bevat een middel voor het waarnemen van rotatie, welk middel een rotatiesensor kan zijn (zoals bekend uit het Amerikaanse octrooi 4,013,945, dat hier is opgenomen als referentie), of een software-middel dat gebruikmaakt van een processor in het boorgat, 30 waarbij richtingsmetingen alleen worden uitgevoerd in de niet-roterende toestand.Although the sensor unit 44 may contain sensors other than for the direction or other measurements, there will be a triaxial magnetometer 58 (with three orthogonal 15 "X-", "Y-" and "Z-" turns) and a biaxial (X, Y) or a triaxial (X, Y, Z) accelerometer 60 are included. The sensitive axes of the sensors 58 and 60 are oriented to coincide, the Z axes being along or parallel to the Z axes of the pipe string, and the Y axis perpendicular to the Z axis in the direction of a reference or brand line 62 on the pipe string. The X axes are orthogonal to the Y and Z axes in such a direction that a clockwise rotating coordinate system is created. Unit 25 44 includes a means of detecting rotation, which means may be a rotation sensor (as known from U.S. Patent 4,013,945, which is incorporated herein by reference), or a software means using a downhole processor, 30 with direction measurements being made only in the non-rotating state.
Ö 0 'd “ ώ· -11-Ö 0 'd “ώ · -11-
De sensoreenheid 44 bevat tevens een temperatuursensor 64 om te voorzien in temperatuurcompensatie voor de uitvoer van de sensoren 58 en 60, een analoog-digitaal converter 68 (ADC) en een microprocessor 66 voor het 5 analyseren van de uitvoer van de sensoren 58 en 60 (alsmede van andere sensoren). De ADC 68 ontvangt de signalen van de sensoren 58 en 60 en levert deze signalen in digitale vorm aan de microprocessor 66, waar de signalen tevens voor de temperatuur gecom-10 penseerd worden door de uitvoer van de sensor 64. De microprocessor 66 berekent vervolgens de verschillende waarden, zoals de boorhoeken (azimut, inclinatie, zwaartekracht-referentie van het boorvlak (GTF = gravity tool face reference) of magnetische referen-15 tie van het boorvlak (MTF = magnetic tool face reference) (zie figuur 3)) en de parameters, die het gemeten magnetisch veld karakteriseren. De uitvoer van de microprocessor 66 wordt dan toegevoerd aan het klep-bedieningsorgaan 57 om de klep 56 te bedienen, ten-20 einde boorspoeling-pulssignalen te doen ontstaan voor de uiteindelijke weergave en/of bewerking door een eenheid 48.The sensor unit 44 also includes a temperature sensor 64 to provide temperature compensation for the output of the sensors 58 and 60, an analog-to-digital converter 68 (ADC), and a microprocessor 66 for analyzing the output of the sensors 58 and 60 ( as well as other sensors). The ADC 68 receives the signals from the sensors 58 and 60 and delivers these signals in digital form to the microprocessor 66, where the signals are also temperature compensated by the output of the sensor 64. The microprocessor 66 then calculates the different values, such as the drilling angles (azimuth, inclination, gravity reference of the drilling surface (GTF = gravity tool face reference) or magnetic reference of the drilling surface (MTF = magnetic tool face reference) (see figure 3)) and the parameters that characterize the measured magnetic field. The output from the microprocessor 66 is then fed to the valve actuator 57 to operate the valve 56 to generate drilling mud pulses for final display and / or processing by a unit 48.
In de volgende bespreking, wordt een uitleg gegeven van de werkwijze volgens de uitvinding, waarin (1) de 25 aard van de magnetische interferentie wordt bepaald en (2) een azimutfout-correctie wordt uitgevoerd, indien de interferentie ligt langs de Z-as. Voor een beter begrip van deze bespreking, zullen de diverse uitdrukkingen eerst worden gedefinieerd, soms onder verwij-30 zing naar figuur 3.In the following discussion, an explanation is given of the method according to the invention, in which (1) the nature of the magnetic interference is determined and (2) an azimuth error correction is performed if the interference lies along the Z axis. For a better understanding of this discussion, the various terms will be defined first, sometimes referring to Figure 3.
Het symbool H geeft het magnetische veld aan. Hx, Hy,The symbol H indicates the magnetic field. Hx, Hy,
Hz zijn de componenten van H in het coördinatensysteem van het boorgereedschap en corresponderen met de drievoudige uitvoer van de triaxiale magnetometer 58.Hz are the components of H in the coordinate system of the drilling tool and correspond to the triple output of the triaxial magnetometer 58.
. rj £ . * »12-. rj £. * »12-
Het symbool G refereert aan de zwaartekracht. Gx, Gy,The symbol G refers to gravity. Gx, Gy,
Gz zijn de componenten van G in het coördinatensysteem van het boorgereedschap en corresponderen met de drievoudige uitvoer van de triaxiale accelerometer 60.Gz are the components of G in the drilling tool coordinate system and correspond to the triple output of the triaxial accelerometer 60.
5 In alle gevallen geeft de index "0" een onverstoorde, dat wil zeggen nominale, waarde aan (zoals op verkrijgbare karteringen). De afwezigheid van een index geeft een gemeten waarde aan. Een overstreept symbool (bijvoorbeeld H) verwijst naar een vector; eenzelfde 10 symbool zonder overstreping (bijvoorbeeld H) geeft de grootte van de vettor aan.In all cases, the index "0" indicates an undisturbed, ie nominal, value (as on available surveys). The absence of an index indicates a measured value. An outlined symbol (e.g. H) refers to a vector; the same 10 symbol without any crossing (for example H) indicates the size of the vettor.
Verwezen naar figuur 3, kan men de verhouding tussen de gereedschaps-gerelateerde assen en de aard-gerela-teerde assen inzien. Voor de duidelijkheid is de 15 oorsprong van de aan het boorgereedschap gerelateerde as verplaatst van 0 naar O' en de Z-as (van het boorgereedschap) getoond als een dubbele lijn. De inclina-tiehoek INC wordt gedefinieerd als de hoek tussen de verticale lijn OD en de boorgereedschapsas OZ. De GTF-20 hoek wordt gedefinieerd als de hoek tussen het verticale vlak van OD en OZ en het vlak van O'Z en O'Y.Referring to Figure 3, one can see the relationship between the tool-related shafts and the earth-related shafts. For clarity, the origin of the drilling tool related axis has been moved from 0 to 0 'and the Z axis (of the drilling tool) is shown as a double line. The inclination angle INC is defined as the angle between the vertical line OD and the drilling tool axis OZ. The GTF-20 angle is defined as the angle between the vertical plane of OD and OZ and the plane of O'Z and O'Y.
Bij lage waarden van de inclinatie wordt de MTF-hoek (niet getoond) gebruikt, welke hoek ligt tussen het verticale vlak door OD en ON en het vlak door O'Z en 25 O'Y. De azimuthoek AZ wordt gedefinieerd als de hoek tussen het verticale vlak OD en ON en het verticale vlak door OD en OZ. De relaties tussen de sensor-waarden en de hoeken INC, AZ, GTF (of MTF) zijn bekend uit de literatuur.At low inclination values, the MTF angle (not shown) is used, which is between the vertical plane through OD and ON and the plane through O'Z and 25 O'Y. The azimuth angle AZ is defined as the angle between the vertical plane OD and ON and the vertical plane through OD and OZ. The relationships between the sensor values and the angles INC, AZ, GTF (or MTF) are known from the literature.
30 De volgende relaties bestaan: 35 C13 2 2 -13- -1 1/2 (1) INC = TAN ((Gx2 + Gy2) / Gz) (0o_£INC £.180°) (2) GTF = TAN-1 (Gx / Gy) (0° £-GTF ^360°) 5 (3) MTF = TAN”1 (Hx / Hy) (0°£MTF £360°) (4) AZ = TAN-1/ _G* (Hx Gy - Hy Gx)_\30 The following relationships exist: 35 C13 2 2 -13- -1 1/2 (1) INC = TAN ((Gx2 + Gy2) / Gz) (0o_ £ INC £ .180 °) (2) GTF = TAN-1 (Gx / Gy) (0 ° £ -GTF ^ 360 °) 5 (3) MTF = TAN ”1 (Hx / Hy) (0 ° £ MTF £ 360 °) (4) AZ = TAN-1 / _G * ( Hx Gy - Hy Gx) _ \
l Hz* (Gx2 + Gy2) + Gz* (Hx Gx+Hy Gy)Jl Hz * (Gx2 + Gy2) + Gz * (Hx Gx + Hy Gy) J
(0°£AZ £360°) 10 waarin: G = (Gx2 + Gy2 + Gz2)1/2(0 ° £ AZ £ 360 °) 10 where: G = (Gx2 + Gy2 + Gz2) 1/2
Bij de evaluatie van de vergelijkingen, is de hoek INC genomen tussen 0° en 180° en liggen de waarden van GTF, 11TF en AZ tussen 0° en 360°.In the evaluation of the comparisons, the angle INC is taken between 0 ° and 180 ° and the values of GTF, 11TF and AZ are between 0 ° and 360 °.
15 Er dient te worden opgemerkt, dat, hoewel de zwaarte-krachtvector G langs een van de aan de aarde gerelateerde assen OD ligt, het magnetische veld H in het algemeen niet zal samenvallen met de as ON (dat wil zeggen, het magnetisch veld zal niet in het horizon-20 tale vlak van ON en OE liggen). De hoek, die het magnetisch veld maakt met het horizontale vlak van ON en OE is de magnetische hellingshoek /\ . Deze hoek heeft een positieve waarde op het noordelijk halfrond Q i) : λ : > ) -14- (dat wil zeggen, dat de verticale component van H naar beneden gericht is) en een negatieve waarde op het zuidelijke halfrond. In de voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding worden de drie grootheden, die 5 het locaal magnetisch veld karakteriseren, bepaald door de microprocessor 18, welke zich in het boorgat bevindt. Dit zijn de magnetische hellingshoek^ , de grootte van de magnetische veld - vector H en de axiale veldsterkte H . De vergelijkingen voor deze grootheden z 10 zijn uitgedrukt in de symbolen van de zes sensoruit-lezingen: (6) λ = SIN “-1 / Gx Hx + Gy Hy + Gz Hz \ \ G H / (-90°^ λ £. 90°) (7) H = (Hx2 + Hy2 + Hz2)1/2 15 (8) Hz = HzIt should be noted that although the gravity vector G lies along one of the earth-related axes OD, the magnetic field H will generally not coincide with the ON axis (ie, the magnetic field will are not in the horizontal plane of ON and OE). The angle that the magnetic field makes with the horizontal plane of ON and OE is the magnetic inclination angle / \. This angle has a positive value in the Northern Hemisphere Q i): λ:>) -14- (that is, the vertical component of H faces down) and a negative value in the Southern Hemisphere. In the preferred embodiment of the invention, the three variables characterizing the local magnetic field are determined by the microprocessor 18 located in the borehole. These are the magnetic slope angle ^, the magnitude of the magnetic field vector H and the axial field strength H. The equations for these quantities z 10 are expressed in the symbols of the six sensor readings: (6) λ = SIN “-1 / Gx Hx + Gy Hy + Gz Hz \ \ GH / (-90 ° ^ λ £. 90 °) (7) H = (Hx2 + Hy2 + Hz2) 1/2 15 (8) Hz = Hz
Bij afwezigheid van magnetische interferentie, zijn de eerste twee van deze grootheden onafhankelijk van de oriëntatie van het boorgereedschap. Verder is de vergelijking (4) voor de azimuthoek, zoals hierboven 20 gegeven, niet afhankelijk van de magnetische hellingshoek danwel de totale veldsterkte. Zij hangt enkel af van de aanname, dat de horizontale component van het magnetisch veld van de aarde naar het noorden wijst.In the absence of magnetic interference, the first two of these quantities are independent of the orientation of the drilling tool. Furthermore, the equation (4) for the azimuth angle, as given above, does not depend on the magnetic angle of inclination or the total field strength. It depends only on the assumption that the horizontal component of the Earth's magnetic field points north.
De nominale waarden voor de totale veldsterkte, de 25 magnetische hellingshoek en de magnetische declinatie (dat wil zeggen, het verschil in oriëntatie tussen het ware geografische noorden en geomagnetische noorden) zijn getabelleerd voor elke lengte- en breedtegraad.The nominal values for the total field strength, the magnetic slope and the magnetic declination (ie, the difference in orientation between true geographic north and geomagnetic north) are tabulated for each latitude and longitude.
In de volgende besprekingen, wordt met de uitdrukking 8501322 -15- "noord** bedoeld de richting naar de geomagnetische noordpool; daarna kan een correctie worden toegepast voor de magnetische declinatie.In the following discussions, the term 8501322-15 "north **" refers to the direction to the geomagnetic north pole, after which a correction can be made for the magnetic declination.
In de aanwezigheid van magnetische interferentie kan 5 een enkele of kunnen alle van de bovengenoemde grootheden (bijvoorbeeld (6) - (8)) worden beïnvloed. De enige component van het interfererende veld, dat het gemeten azimut beïnvloedt, is die in de oost-west richting, dat wil zeggen langs de as OE. De aanwezig-10 heid van zulk een component is in strijd met de aanname dat het plaatselijke veld naar het noorden wijst. In de voorkeursuitvoering volgens de uitvinding wordt met een dergelijke interferentie afgerekend in de volgende stappen, nadat de drie groot-15 heden, zoals hierboven aangegeven, zijn bepaald door de microprocessor in het boorgat en ze naar de oppervlakte zijn doorgezonden.In the presence of magnetic interference, some or all of the above parameters (eg (6) - (8)) may be affected. The only component of the interfering field that affects the measured azimuth is that in the east-west direction, that is, along the axis OE. The presence of such a component contradicts the assumption that the local field points north. In the preferred embodiment of the invention, such interference is dealt with in the following steps after the three magnitudes, as indicated above, are determined by the downhole microprocessor and transmitted to the surface.
1) De verwachte waarde van het axiale veld Hzc wordt bepaald op basis van de gemeten waarden van AZ, 20 INC, H enA uit de volgende vergelijking: (9) Hzc = H1 (sinA cos INC + cos A cos AZ sin INC)1) The expected value of the axial field Hzc is determined based on the measured values of AZ, 20 INC, H and A from the following equation: (9) Hzc = H1 (sinA cos INC + cos A cos AZ sin INC)
Deze grootheid zou moeten overeenkomen met de gemeten waarde van Hz, zonder rekening te houden met de aard en grootte van de interferentie, daar 25 deze alleen de geometrische verhouding weergeeft tussen de verschillende metingen en afgeleide grootheden. Daar alle grootheden in het boorgat zijn bepaald, gebaseerd op dezelfde groep sensor-uitvoer, kunnen alle verschillen tussen Hz en Hzc, 30 anders dan die welke geïntroduceerd zijn door de minste telling van de gedigitaliseerde signalen, worden toegeschreven aan een fout in de sig- is r·, ·?. :·! ‘} V ‘ V - ^ -16- naalcodering, -transmissie of -decodering.This quantity should correspond to the measured value of Hz, without taking into account the nature and magnitude of the interference, since it only represents the geometric relationship between the different measurements and derived quantities. Since all downhole quantities have been determined based on the same group of sensor output, any differences between Hz and Hzc, other than those introduced by the least count of the digitized signals, can be attributed to an error in the signal. is r ·, · ?. : ·! "V" V - ^ -16- needle encoding, transmission or decoding.
Derhalve maakt de transmissie van een redundante grootheid, welke afgeleid kan worden uit de andere vijf parameters, een consistentiecontrole 5 mogelijk van het transmissiesysteem. Er wordt met name opgemerkt, dat deze consistentiecontrole nuttig is en kan worden uitgevoerd, onafhankelijk van de wenselijkheid of uitvoering van een azimutcorrectie. Indien in een andere uitvoerings-10 vorm volgens de uitvinding de uitvoer van de individuele sensoren overgezonden wordt (door een kabel of door MWD-telemetrie), is zulk een controle niet mogelijk, daar de uitvoer van de sensoren lineair onafhankelijk is.Therefore, the transmission of a redundant quantity, which can be deduced from the other five parameters, allows a consistency check of the transmission system. In particular, it is noted that this consistency check is useful and can be performed regardless of the desirability or performance of an azimuth correction. If in another embodiment according to the invention the output of the individual sensors is transmitted (by cable or by MWD telemetry), such a check is not possible, since the output of the sensors is linearly independent.
15 2) De verwachte waarde Hzo van het axiale veld wordt bepaald, gebaseerd op de getabelleerde waarden van het totale veld en de magnetische hellingshoek en de gemeten waarden van het azimut en de inclinatie. Het verschil tussen deze waarde Hzo 20 en de gemeten waarde van Hz zal in eerste orde de waarde geven van de axiale component van de magnetische interferentie dHz. Derhalve geldt: (10) Hzo = Ho * (sinA o cos INC + cosA o cos AZ sin INC) (11) dHz = Hz - Hzo 25 Enige afwijking zal worden geïntroduceerd, vanwege het feit, dat het gemeten eerder dan het ware (maar onbekende) azimut wordt gebruikt in de berekening. In het geval van pure inwendige interferentie kan de berekening worden herhaald, 30 nadat de eerste orde correctie is toegepast op de azimutbepaling, waardoor een betere schatting 8501322 -17- van de azimutfout wordt verkregen. Voor de meeste interferentieniveaus, zoals deze normaliter voorkomen, zal op zijn hoogst één dergelijke iteratie nodig zijn.2) The expected value Hzo of the axial field is determined based on the tabulated values of the total field and the magnetic angle of inclination and the measured values of the azimuth and the inclination. The difference between this value Hzo 20 and the measured value of Hz will initially give the value of the axial component of the magnetic interference dHz. Therefore: (10) Hzo = Ho * (sinA o cos INC + cosA o cos AZ sin INC) (11) dHz = Hz - Hzo 25 Some deviation will be introduced, due to the fact that it measured earlier than it was ( but unknown) azimuth is used in the calculation. In the case of pure internal interference, the calculation can be repeated after the first order correction has been applied to the azimuth determination, giving a better estimate 8501322 -17- of the azimuth error. Most levels of interference, as they normally occur, will require at most one such iteration.
5 3) Indien de interferentie alleen te wijten is aan het magnetische materiaal in de pijpenkolom, en derhalve axiaal van aard, zal de component (Hp) van het magnetisch veld van de aarde, die loodrecht op de as van het boorgat staat, hierdoor 10 niet beïnvloed worden. Dit zal niet het geval zijn, indien de interferentie afkomstig is van een uitwendige oorsprong. De onderhavige uitvinding bepaalt de aard (dat wil zeggen inwendig of uitwendig) van de interferentie, door de grootte 15 van het gemeten loodrechte veld te vergelijken met het verwachte volgens de nominale waarden van het geomagnetische veld. Elk verschil, anders dan hetwelk kan worden toegeschreven aan de resolutie van de sensoren en het transmissiesysteem, wordt 20 geacht het gevolg te zijn van externe interfe rentie. Derhalve geldt: (12) Hp = (Hx2 + Hy2)1/2 = (H2 -Hz2)1/2 (13) Hpo = (Ho2 - Hzo2)1/2 (14) dHp = Hp - Hpo 25 De waarde Hp (vergelijking 12) wordt bepaald uit de gemeten waarden. De waarde Hpo (vergelijking 13) wordt afgeleid door gebruik te maken van de gemeten waarde van het azimut, en is derhalve ook slechts een eerste orde benadering. Ook verge-30 lijking 14 voor dHp representeert een ondergrens voor de externe interferentie, omdat het geomagne- 8501322 -18- tische veld en de externe interferentie vectorgroot-heden zijn, welke gecombineerd kunnen worden in verschillende richtingen. In bepaalde gevallen kan een eindige uitwendige interferentie samen-5 gaan met het geomagnetische veld, om zodoende de gemeten waarde van Hp te geven, terwijl nog steeds een component loodrecht op het boorgat aanwezig is. Derhalve moet de feitelijke loodrechte interferentie dHp gelijk of groter zijn 10 dan Hp - Hpo.5 3) If the interference is due only to the magnetic material in the tubing string, and therefore axial in nature, the component (Hp) of the earth's magnetic field, which is perpendicular to the borehole axis, will cause 10 not be affected. This will not be the case if the interference comes from an external origin. The present invention determines the nature (i.e. internal or external) of the interference by comparing the magnitude of the measured perpendicular field with the expected according to the nominal values of the geomagnetic field. Any difference, other than that which can be attributed to the resolution of the sensors and the transmission system, is believed to be due to external interference. Therefore: (12) Hp = (Hx2 + Hy2) 1/2 = (H2 -Hz2) 1/2 (13) Hpo = (Ho2 - Hzo2) 1/2 (14) dHp = Hp - Hpo 25 The value Hp (equation 12) is determined from the measured values. The value Hpo (equation 13) is derived using the measured value of the azimuth, and is therefore also only a first order approximation. Also equation 14 for dHp represents a lower limit for the external interference, because the geomagnetic field and the external interference are vector quantities, which can be combined in different directions. In some instances, finite external interference may coincide with the geomagnetic field to give the measured value of Hp while still having a component perpendicular to the borehole. Therefore, the actual perpendicular interference dHp must be equal to or greater than Hp - Hpo.
Een manier om dergelijke onzekerheden te voorkomen is het vergelijken van gemeten waarden Hx en Hy op zich met die, welke voorspeld worden uit het nominale geomagnetisch veld. In de uitvoerings-15 vorm, waarbij de uitvoer van elke individuele sensor naar de oppervlakte wordt gestuurd, zijn de waarden Hx en Hy direct voorhanden. Wanneer de boorhoeken overgezonden worden, worden Hx en Hy als volgt berekend: 20 (15) Hx = H * (cos A (cos AZ cos INC sin GTF+sin AZ cos GTF) -sin λ sin INC sin GTF) (16) Hy = H * (cos X (cos AZ cos INC cos GTF-sin AZ sin GTF) -sin A sin INC cos GTF) (17) Hxo=Ho * (cos ^ o (cos AZ cos INC sin GTF+sin AZ cos GTF) 25 -sinAo sin INC sin GTF) (18) Hyo=Ho * (cosA o (cos AZ cos INC cos GTF-sin AZ sin GTF) -sinA o sin INC cos GTF) (19) dHx = Hx - Hxo 8501322 —19— (20) dHy = Hy - Hyo (21) dHp = (dHx2 + dHy2) 1/2One way to avoid such uncertainties is to compare measured values Hx and Hy per se with those predicted from the nominal geomagnetic field. In the embodiment, where the output of each individual sensor is sent to the surface, the values Hx and Hy are readily available. When the drilling angles are transferred, Hx and Hy are calculated as follows: 20 (15) Hx = H * (cos A (cos AZ cos INC sin GTF + sin AZ cos GTF) -sin λ sin INC sin GTF) (16) Hy = H * (cos X (cos AZ cos INC cos GTF-sin AZ sin GTF) -sin A sin INC cos GTF) (17) Hxo = Ho * (cos ^ o (cos AZ cos INC sin GTF + sin AZ cos GTF) ) 25 -sinAo sin INC sin GTF) (18) Hyo = Ho * (cosA o (cos AZ cos INC cos GTF-sin AZ sin GTF) -sinA o sin INC cos GTF) (19) dHx = Hx - Hxo 8501322 - 19— (20) dHy = Hy - Hyo (21) dHp = (dHx2 + dHy2) 1/2
De vergelijkingen 17 en 18 geven voorspelde waarden, gebaseerd op getabelleerde velden en gemeten hoeken.Equations 17 and 18 give predicted values based on tabulated fields and measured angles.
5 Terwijl de hierboven gegeven methode een bepaling geeft, eerder dan enkel een ondergrens voor de loodrechte (en derhalve externe) interferentie, zijn de berekende grootheden allen tamelijk gevoelig voor fouten in de waarden van de azimut- en de boorvlak-. 10 referentie. Derhalve kan, voor typisch voorkomende waarden van de externe interferentie, de ondergrens, zoals hierboven afgeleid, nauwkeuriger zijn dan deze berekening.While the method given above gives a determination, rather than just a lower limit for the perpendicular (and therefore external) interference, the calculated quantities are all quite sensitive to errors in the values of the azimuth and the drilling plane. 10 reference. Therefore, for typically occurring values of the external interference, the lower limit as derived above may be more accurate than this calculation.
4) Indien de hierboven genoemde controles aangeven, 15 dat de loodrechte component van het interfere rende veld verwaarloosbaar is, dan wordt het effect van de axiale interferentie op het gemeten azimut, dat wil zeggen de fout dAZ in het azimut bepaald, 20 In eerste orde kan de verandering in het gemeten azimut worden gerelateerd aan het verschil d λ tussen de gemeten hellingshoek A en de getabelleerde waarde A o.4) If the above-mentioned checks indicate that the perpendicular component of the interfering field is negligible, then the effect of the axial interference on the measured azimuth, ie the error dAZ in the azimuth, is determined. the change in the measured azimuth can be related to the difference d λ between the measured angle of inclination A and the tabulated value A o.
(22) dAZ =_d A sin INC sin AZ_ 25 cosA o (sin INC cos AZ sin A o-cos INC cos A o)(22) dAZ = _d A sin INC sin AZ_ 25 cosA o (sin INC cos AZ sin A o-cos INC cos A o)
Daar in de vergelijking 22 dAZ genomen is om het verschil tussen het gemeten azimut AZ het ware. azimut AZo weer te geven, wordt het gecorrigeerde azimut AZ* gegeven door:Since 22 dAZ has been taken in the equation because of the difference between the measured azimuth AZ. azimuth AZo, the corrected azimuth AZ * is given by:
30 (23) AZ* = AZ - dAZ30 (23) AZ * = AZ-dAZ
λ r* n * ft ft 8öu3 oci -20-λ r * n * ft ft 8öu3 oci -20-
Daar het gemeten azimut voorkomt in de vergelijking voor dAZ, zal deze waarde enigszins onzuiver zijn. Deze fout kan worden gereduceerd door in de vergelijking AZ te vervangen door AZ ’; 5 het proces kan herhaald worden tot een consis tente waarde voor dAZ is gegenereerd. In de meeste gevallen zal iteratie niet noodzakelijk zijn, daar de waarde van dAZ klein zal zijn.Since the measured azimuth appears in the equation for dAZ, this value will be somewhat impure. This error can be reduced by replacing AZ with AZ in the equation; The process can be repeated until a consistent value for dAZ is generated. In most cases, iteration will not be necessary as the value of dAZ will be small.
5) Indien de axiale magnetische interferentie het 10 gevolg is van remanente, eerder dan geïnduceerde magnetisatie van de componenten in de pijpenkolom, kan de grootte van dHz constant blijven tijdens het boren. Dit zal correct zijn, wanneer er geen ruwe schokken optreden in de pijpenkolom, zoals 15 door stoten of bij het roterend boren in harde rots. Een beschouwing van de vergelijkingen onthult, dat zelfs bij constante dHz, de gemeten waarden H, Hz en A zullen variëren met- het azimut en de inclinatie. Waar geen grote discontinuïteit 20 blijkt in dHz, kunnen de waarden voor een boorkop- werktijd gemiddeld worden om een accurate schatting van de interferentie te verkrijgen.5) If the axial magnetic interference results from remanent, rather than induced, magnetization of the components in the tubing string, the magnitude of dHz may remain constant during drilling. This will be correct if there are no rough shocks in the pipe string, such as from impacts or from rotary drilling into hard rock. A consideration of the equations reveals that even at constant dHz, the measured values H, Hz and A will vary with azimuth and inclination. Where no large discontinuity 20 is found in dHz, the chuck working time values can be averaged to obtain an accurate estimate of the interference.
Als eenmaal zulk een schatting gemaakt is, is het mogelijk de berekening van de azimutfout te 25 verfijnen. De volgens de uitvinding toegepaste vergelijking voor het bepalen van de azimutfout is sterk afhankelijk van de nauwkeurigheid van de getabelleerde waarden van het geometrische veld.Once such an estimate has been made, it is possible to refine the calculation of the azimuth error. The equation used to determine the azimuth error according to the invention is highly dependent on the accuracy of the tabulated values of the geometric field.
In het bijzonder kan een afwijking van een tiende 30 van een graad in de nominale magnetische hellings- hoek λ o resulteren in een afwijking .van enkele tienden van een graad in de azimutfout (vergelijking 22), bij bijzondere inclinaties en azimut-hoeken. Bij gebruik van de gemiddelde waarde van 8501322 -21- dHz voor een gegeven boorkop, kan de verwachte waarde van dA berekend worden: (24) dA = dHz (cos INC cosA o-sin INC cos AZ sinA 1) 180 Ho ^ 5 Door de berekende waarde d A voor elk bewakingspunt te vergelijken met de gemeten waarde, kan een kleine correctie op A o gevonden worden, die consistente waarden zullen geven voor de gehele boorkopwerktijd.In particular, a deviation of one-tenth of a degree in the nominal magnetic slope angle λ o can result in a deviation of several tenths of a degree in the azimuth error (equation 22), at particular inclinations and azimuth angles. Using the mean value of 8501322 -21- dHz for a given drill bit, the expected value of dA can be calculated: (24) dA = dHz (cos INC cosA o-sin INC cos AZ sinA 1) 180 Ho ^ 5 By comparing the calculated value d A for each monitoring point with the measured value, a small correction on A o can be found, which will give consistent values for the entire drill bit working time.
De hierboven beschreven stappen volgend, wordt de aard 10 van de interferentie bepaald (dat wil zeggen of deze wordt veroorzaakt door de pijpenkolom of door uitwendige oorzaken). Als de oorzaak ligt in de pijpenkolom, wordt de azimutfout dAZ bepaald, en het gecorrigeerde azimut AZ* vastgesteld. Indien de oorzaak van de 15 interferentie bepaald is als zijnde van externe oorsprong, wordt geen correctie toegepast.Following the steps described above, the nature of the interference is determined (ie whether it is caused by the tubing string or by external causes). If the cause lies in the tubing string, the azimuth error dAZ is determined, and the corrected azimuth AZ * is determined. If the cause of the interference has been determined to be of external origin, no correction is made.
De correctiebepaling volgens de uitvinding kan met de hand of met een computer worden uitgevoerd.The correction determination according to the invention can be carried out manually or with a computer.
9 8p» λ t; -T ^ *λ - i*» * - <v y y 'dr - ·'=-* -»9 8p »λ t; -T ^ * λ - i * »* - <v y y 'dr - ·' = - * -»
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60836584A | 1984-05-09 | 1984-05-09 | |
| US60836584 | 1984-05-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8501322A true NL8501322A (en) | 1985-12-02 |
Family
ID=24436165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8501322A NL8501322A (en) | 1984-05-09 | 1985-05-09 | METHOD FOR DETECTION AND CORRECTION OF MAGNETIC INTERFERENCE IN BOREHOLE MONITORING |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1240499A (en) |
| DK (1) | DK197185A (en) |
| FR (1) | FR2564135B1 (en) |
| GB (1) | GB2158587B (en) |
| NL (1) | NL8501322A (en) |
| NO (1) | NO851823L (en) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4510696A (en) * | 1983-07-20 | 1985-04-16 | Nl Industries, Inc. | Surveying of boreholes using shortened non-magnetic collars |
| GB8601523D0 (en) * | 1986-01-22 | 1986-02-26 | Sperry Sun Inc | Surveying of boreholes |
| DE4101348C2 (en) * | 1991-01-18 | 1994-07-14 | Bergwerksverband Gmbh | Device for determining the direction of a target boring bar with respect to the magnetic north direction |
| US5155916A (en) * | 1991-03-21 | 1992-10-20 | Scientific Drilling International | Error reduction in compensation of drill string interference for magnetic survey tools |
| US5321893A (en) * | 1993-02-26 | 1994-06-21 | Scientific Drilling International | Calibration correction method for magnetic survey tools |
| CA2134191C (en) * | 1993-11-17 | 2002-12-24 | Andrew Goodwin Brooks | Method of correcting for axial and transverse error components in magnetometer readings during wellbore survey operations |
| US5452518A (en) * | 1993-11-19 | 1995-09-26 | Baker Hughes Incorporated | Method of correcting for axial error components in magnetometer readings during wellbore survey operations |
| GB9518990D0 (en) * | 1995-09-16 | 1995-11-15 | Baroid Technology Inc | Borehole surveying |
| GB2314163A (en) * | 1996-06-14 | 1997-12-17 | Western Atlas Int Inc | Orientation measurement instruments |
| EP1126129A1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-08-22 | Brownline B.V. | Guidance system for horizontal drilling |
| US6539639B2 (en) * | 2000-12-06 | 2003-04-01 | Honeywell International Inc. | Monitoring accuracy of an electronic compass |
| GB2415446B (en) * | 2004-06-21 | 2009-04-08 | Halliburton Energy Serv Inc | Wellbore surveying |
| US9863783B1 (en) | 2016-10-12 | 2018-01-09 | Gyrodata, Incorporated | Correction of rotation rate measurements |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1578053A (en) * | 1977-02-25 | 1980-10-29 | Russell Attitude Syst Ltd | Surveying of boreholes |
-
1985
- 1985-05-02 DK DK197185A patent/DK197185A/en not_active Application Discontinuation
- 1985-05-02 FR FR8506655A patent/FR2564135B1/en not_active Expired
- 1985-05-08 NO NO851823A patent/NO851823L/en unknown
- 1985-05-08 CA CA000481069A patent/CA1240499A/en not_active Expired
- 1985-05-09 GB GB08511706A patent/GB2158587B/en not_active Expired
- 1985-05-09 NL NL8501322A patent/NL8501322A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2158587A (en) | 1985-11-13 |
| NO851823L (en) | 1985-11-11 |
| DK197185A (en) | 1985-11-10 |
| DK197185D0 (en) | 1985-05-02 |
| GB2158587B (en) | 1988-01-27 |
| GB8511706D0 (en) | 1985-06-19 |
| CA1240499A (en) | 1988-08-16 |
| FR2564135A1 (en) | 1985-11-15 |
| FR2564135B1 (en) | 1989-01-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4761889A (en) | Method for the detection and correction of magnetic interference in the surveying of boreholes | |
| US6651496B2 (en) | Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment | |
| US20180266237A1 (en) | Utilization of dynamic downhole surveying measurements | |
| US10066475B2 (en) | Back up directional and inclination sensors and method of operating same | |
| CA1295125C (en) | Method and apparatus for measurement of azimuth of a borehole while drilling | |
| CA1332471C (en) | Method for measurement of azimuth of a borehole while drilling | |
| EP0646696B1 (en) | Motion compensation apparatus and method for determining heading of a borehole | |
| CA2912472C (en) | Method and apparatus for detecting gamma radiation downhole | |
| US7168507B2 (en) | Recalibration of downhole sensors | |
| US9273547B2 (en) | Dynamic borehole azimuth measurements | |
| GB2415049A (en) | Determining borehole azimuth from tool face angle measurements | |
| NO301184B1 (en) | Method and apparatus for directional drilling of a relief well borehole | |
| EP1933171B1 (en) | Magnetometers for measurement-while-drilling applications | |
| NO338415B1 (en) | Measurement-Under-Drilling Unit and Method Using Real-Time Tool Area Oriented Measurements | |
| NO320927B1 (en) | Method and apparatus for directional painting during drilling of boreholes by means of a gyroscope rotatably mounted in paint assembly | |
| NO320907B1 (en) | Procedure for Correcting Painting Errors and Estimating Malay Safety in Magnetic Field and Gravity Painting While Drilling a Borehole | |
| NL8501322A (en) | METHOD FOR DETECTION AND CORRECTION OF MAGNETIC INTERFERENCE IN BOREHOLE MONITORING | |
| WO2008030982A2 (en) | Casing detection | |
| US6854192B2 (en) | Surveying of boreholes | |
| GB2374940A (en) | Surveying of boreholes | |
| GB2251078A (en) | Method for the correction of magnetic interference in the surveying of boreholes | |
| CA2500382C (en) | Measurement-while-drilling assembly using real-time toolface oriented measurements | |
| GB2603081A (en) | Azimuth determination while rotating | |
| NO339844B1 (en) | Device and method for determining fall characteristics in a foundation formation | |
| Inglis | Directional Surveying |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA | A request for search or an international-type search has been filed | ||
| BB | A search report has been drawn up | ||
| BC | A request for examination has been filed | ||
| BV | The patent application has lapsed |