NL8501322A - Werkwijze voor de detectie en correctie van magnetische interferentie bij de bewaking van boorgaten. - Google Patents

Description

4 i 60.77.796

Teleco Oilfield Services Inc., Connecticut, Ü.S.A.

WERKWIJZE VOOR DE DETECTIE EN CORRECTIE VAN MAGNETISCHE INTERFERENTIE BIJ DE BEWAKING VAN BOORGATEN

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.

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.

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 ^ i

ί 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.

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.

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 ?.

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.

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.

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' __

H “·’* ‘ 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.

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 deze situatie, kunnen alternatieve middelen, zoals 25 een gyroscopische bewaking, worden toegepast voor azimutmeting.

Zoals hierboven aangegeven, worden in de onderhavige uitvinding geen vooronderstellingen gedaan aangaande de oorsprong of de grootte van het verstorende veld.

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.

« 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.

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 onderlinge

Q 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

λ — *i ί. Ό ‘D

♦ % -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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Het symbool H geeft het magnetische veld aan. 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.

. rj £ . * »12-

Het symbool G refereert aan de zwaartekracht. 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.

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.

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.

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.

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)_\

l Hz* (Gx2 + Gy2) + Gz* (Hx Gx+Hy Gy)J

(0°£AZ £360°) 10 waarin: 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°.

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 = 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.

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.

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 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.

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)

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.

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.

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.

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.

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) 1/2

De vergelijkingen 17 en 18 geven voorspelde waarden, gebaseerd op getabelleerde velden en gemeten hoeken.

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.

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.

(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:

30 (23) AZ* = AZ - dAZ

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.

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.

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.

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.

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.

De correctiebepaling volgens de uitvinding kan met de hand of met een computer worden uitgevoerd.

9 8p» λ t; -T ^ *λ - i*» * - <v y y 'dr - ·'=-* -»

Claims (9)

1. Werkwijze voor het bepalen van een correctie, welke dient te worden toegepast op een azimut-bepaling van een instrument in een boorgat ter compensatie van magnetische interferentie, met 5 het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: - bepaling van de gemeten azimuthoek van het instrument? bepaling van de gemeten inclinatiehoek van 10 het instrument; - bepaling van de gemeten magnetische hellings- hoek; - vaststelling van de ware hellingshoek op de plaats van het boorgat? en 15. bepaling van de fout in de azimutmeting, welke het gevolg is van magnetische interferentie als functie van het verschil tussen de gemeten magnetische hellingshoek en de ware magnetische hellingshoek.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, verder gekenmerkt door: * bepaling van de gemeten azimuthoek ter plaatse van het instrument in Jhet boorgat en 8501322 • * -23- transmissie van deze azimuthoekmeting naar de· oppervlakte? bepaling van de gemeten magnetische hellings-hoek ter plaatse van het instrument in het 5 boorgat en transmissie van deze magnetische hellingshoekmeting naar de oppervlakte; bepaling van de sterkte van het gemeten magnetisch veld en transmissie van deze magnetische veldsterkte naar de oppervlakte; 10. bepaling van de sterkte van de gemeten component van het magnetische veld langs de as van het instrument en transmissie van deze gemeten componentsterkte naar de oppervlakte ? 15. bepaling van de inclinatiehoek van het instrument ter plaatse van het instrument in het boorgat en transmissie van deze incli-natiemeting naar de oppervlakte? berekening van de verwachte waarde van de 20 component van het magnetische veld langs de as van het instrument uit de gemeten waarde van azimut, inclinatie, magnetische veldsterkte en magnetische hellingshoek? en vergelijking van de berekende en gemeten 25 waarden van de component van het magnetische veld langs de as van het instrument ter controle van de consistentie van de datatransmissie naar de oppervlakte. 5 5 Π 1 3 5 ? «*.· V '0 * Yr *--a* vn -24-

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fout dAZ wordt bepaald uit: dAZ = (A -λ o) (sin INC sin AZ)_ cosA o (sin INC cos AZ sinA o-cos INC cosA o) waarin:

4. Werkwijze voor het bepalen van een correctie, welke dient te worden toegepast op een azimut-berekening van een instrument in een pijpenkolom in een boorgat om te compenseren voor magnetische interferentie, met het kenmerk, dat de werkwijze 15 de volgende stappen omvat: bepaling van de gemeten azimuthoek van het instrument; bepaling van de gemeten inclinatiehoek van het instrument? 20. bepaling van de gemeten magnetische hellings hoek; vaststelling van de ware magnetische hellingshoek ter plaatse van het boorgat? bepaling of de oorsprong van magnetische 25 interferentie van de pijpenkolom of van een uitwendige oorzaak afkomstig is; en 8501322 -25- bepaling van de fout in de azimutmeting, welke veroorzaakt is door magnetische interferentie als functie van het verschil tussen de gemeten magnetische hellingshoek 5 en de ware magnetische hellingshoek, enkel in het geval, waarbij de magnetische interferentie bepaald wordt als zijnde afkomstig van de pijpenkolom.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, 10 dat de stappen ter bepaling van de oorzaak van magnetische interferentie omvatten: - bepaling van de gemeten waarde van de component van het magnetisch veld, loodrecht op de as van het instrument; 15. bepaling van de verwachte waarde van de component van het magnetisch veld van de aarde, loodrecht op de as van het instrument; en - bepaling van het verschil tussen de ver- 20 wachte en de gemeten waarde van de component van het magnetisch veld van de aarde, loodrecht op de as van het instrument om de oorsprong van de magnetische interferentie aan te geven.

5 AZ = azimut (gemeten) dAZ = azimutfout A » magnetische hellingshoek (gemeten) A o = magnetische hellingshoek (waar) INC = inclinatie

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het verschil tussen de gemeten en verwachte waarde van de component van het magnetisch veld van de aarde loodrecht op de as van het instrument gebruikt wordt als 30 maatstaf voor de grootte van de magnetische 3 v 1 3 2 2 -26- interferentie, welke afkomstig is van een uitwendige oorsprong.

7. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk/ dat de werkwijze verder de volgende stappen 5 omvat: - bepaling van de gemeten azimuthoek ter plaatse van het instrument in het boorgat en transmissie van deze azimuthoekmeting naar de oppervlakte; 10. bepaling van de gemeten, magnetische hellings- hoek ter plaatse van het instrument in het boorgat en transmissie van deze magnetische hellingshoekmeting naar de oppervlakte; bepaling van de sterkte van het gemeten 15 magnetisch veld en transmissie van deze magnetische veldsterkte naar de oppervlakte; - bepaling van de sterkte van de gemeten component van het magnetische veld langs de as van het instrument en transmissie van 20 deze gemeten componentsterkte naar de oppervlakte; bepaling van de inclinatiehoek van het instrument ter plaatse van het instrument in het boorgat en transmissie van deze incli-25 natiemeting naar de oppervlakte; berekening van de verwachte waarde van de component van het magnetisch veld langs de 8501322 -27- as van het instrument uit de gemeten waarden van azimut, inclinatie, magnetische veldsterkte en magnetische hellingshoek; en vergelijking van de berekende en de gemeten 5 waarden van de component van het magnetisch veld langs de as van het instrument ter controle van de consistentie van de datatransmissie naar de oppervlakte.

8. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, 10 dat de verhouding wordt gegeven door: dAZ = (A - A o) (sin INC sin AZ) cos A o (sin INC cos AZ sin A o-cos INC cos/A o) waarin: AZ = azimut (gemeten) 15 dAZ = azimutfout A = magnetische hellingshoek (gemeten) A o = magnetische hellingshoek (waar) INC = inclinatie

9. Werkwijze voor het controleren van de consi- 20 stentie van de datatransmissie van een instru ment, dat zich in een boorgat bevindt, naar de oppervlakte, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: - bepaling van de gemeten azimuthoek ter 25 plaatse van het instrument in het boorgat en transmissie van deze azimuthoekmeting naar de oppervlakte; 8501322 -28- bepaling van de gemeten magnetische hellings-hoek ter plaatse van het instrument in het boorgat en transmissie van deze magnetische hellingshoekmeting naar de oppervlakte; 5. bepaling van de sterkte van het gemeten magnetisch veld en transmissie van deze magnetische veldsterkte naar de oppervlakte? bepaling van de sterkte van de gemeten component van het magnetisch veld langs de 10 as van het instrument en transmissie van deze gemeten componentsterkte naar de oppervlakte; bepaling van de inclinatiehoek van het instrument ter.plaatse van het instrument in 15 het boorgat en transmissie van deze inclina- tiemeting naar de oppervlakte; berekening van de verwachte waarde van de component van het magnetisch veld langs de as van het instrument uit de gemeten waarden 20 van azimut, inclinatie, magnetische veldsterk te en magnetische hellingshoek; en vergelijking van de berekende en gemeten waarden van de component van het magnetisch veld langs de as van het instrument ter 25 controle van de consistentie van de data transmissie naar de oppervlakte. 85Ö1322