NO143641B

NO143641B - DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF A DRILL EQUIPMENT BY BORN DRILLING.

Info

Publication number: NO143641B
Application number: NO742340A
Authority: NO
Inventors: Andre Delestrade; Roger Marce
Original assignee: Petroles Cie Francaise; Automatisme Cie Gle
Priority date: 1973-06-28
Filing date: 1974-06-27
Publication date: 1980-12-08
Also published as: BE816804A; NO790885L; AU6997774A; CA1052909A; NL7408716A; IE40149B1; NO143641C; DE2428278B2; JPS5647357B2; GB1448399A; NO144249C; US3891038A; NO742340L; IT1019629B; NO144249B; DE2428278A1; DK347074A; FR2235264B1; IE40149L; JPS5037602A

Description

Foreliggende opfinnelsesgjenstand er en anordning som The subject of the present invention is a device which

gjør det mulig å utføre nøyaktige målinger av forskjellige parametre som det er av betydning å kjenne ved brønn-boring, f.eks. etter olje. Sådanne parametre er f.eks. hullets dybde, verktøyets posisjon og fremføringshastighet under borearbeidet. makes it possible to carry out accurate measurements of various parameters that are important to know when drilling wells, e.g. after oil. Such parameters are e.g. the depth of the hole, the position of the tool and the advance speed during the drilling work.

Når boringen utføres på land, vil bestemmelsen av disse parametre være relativt lett, da borean<q>rdningen er anbragt i et fast referansesystem i forhold til borehullet; men når boringen utføres til sjøs fra et flytende fartøy, blir den ovenfor angitte oppgave mer komplisert, da boreanordningen befinner seg i et bevegelig referansesystem i forhold til borehullet på grunn av tidevann, bølger og ettergivende forankring av fartøyet. When the drilling is carried out on land, the determination of these parameters will be relatively easy, as the drilling rig is placed in a fixed reference system in relation to the borehole; but when the drilling is carried out at sea from a floating vessel, the above-mentioned task becomes more complicated, as the drilling device is in a moving reference system in relation to the borehole due to tides, waves and compliant anchoring of the vessel.

Anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse tar imidlertid sikte på å samle sådanne informasjoner.ombord på et flytende borefartøy at boreverktøyets posisjon i borehullet kan fastlegges med stor nøyaktighet. The device according to the present invention, however, aims to collect such information on board a floating drilling vessel that the position of the drilling tool in the borehole can be determined with great accuracy.

Det er .imidlertid allerede kjent visse anordninger for There are, however, already known certain devices for

å utlede et boreverktøys posisjon, men disse er ikke funnet å ha tilfredsstillende målenøyaktighet. DE-OS 2.254.485 omhandler således en anordning for å måle fremføringshastigheten av et boreverktøy ved brønnboring, på grunnlag av utledede øyeblikksverdier og middelverdien av borestrengens stilling i forhold til borefartøyet samt borestrengens utløpshastighet. to derive a drilling tool's position, but these have not been found to have satisfactory measurement accuracy. DE-OS 2,254,485 thus deals with a device for measuring the advancement speed of a drilling tool when drilling a well, on the basis of derived instantaneous values and the mean value of the position of the drill string in relation to the drilling vessel as well as the discharge speed of the drill string.

US-PS 2.809.436 beskriver derimot en anordning for måling av et borehulls dybde ved hjelp av en sonde som senkes ned i hullet og en måleline som er forankret i sjøbunnen. Det er imidlertid åpenbart at denne fremgangsmåte ikke bare oppviser den ulempe at målingen ikke kan finne sted under selve boringen, men også gir temmelig unøyaktig måling hvis det ikke lykkes å holde et referansepunkt på borefartøyet nøyaktig i flukt med boreaksen. Lignende ulemper oppviser også en måleanordning som er beskrevet i US-PS 3.259.371, da også i dette tilfelle bare vertikale relative bevegelser mellom borehullets munning og referansepunktet måles og kompenseres. US-PS 2,809,436, on the other hand, describes a device for measuring the depth of a borehole using a probe that is lowered into the hole and a measuring line that is anchored in the seabed. It is obvious, however, that this method not only exhibits the disadvantage that the measurement cannot take place during the actual drilling, but also provides rather inaccurate measurement if it is not successful to keep a reference point on the drilling vessel exactly in line with the drilling axis. A measuring device described in US-PS 3,259,371 also exhibits similar disadvantages, since also in this case only vertical relative movements between the mouth of the borehole and the reference point are measured and compensated for.

I et annet patentskrift, nemlig US-PS 3.716.106/er det beskrevet en anordning av lignende art, hvor det aksiale boretrykk styres ved måling av den kraft som virker på borestrengens opphengningskrok, uavhengig av borefartøyets bevegelser i sjøen. En nøyaktig bestemmelse av boreverk-tøyets posisjon er neppe mulig ved en sådan anordning. In another patent document, namely US-PS 3,716,106/, a device of a similar nature is described, where the axial drilling pressure is controlled by measuring the force acting on the suspension hook of the drill string, independent of the drilling vessel's movements in the sea. An accurate determination of the position of the drilling tool is hardly possible with such a device.

På denne bakgrunn av kjent teknikk er det et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret anordning av ovenfor angitt art og hvor ulempene ved det tidligere kjente utstyr er overvunnet og tilfredsstillende målenøyaktighet kan oppnås. On this background of known technology, it is an object of the present invention to produce an improved device of the type indicated above and where the disadvantages of the previously known equipment are overcome and satisfactory measurement accuracy can be achieved.

Oppfinnelsen gjelder således en anordning for bestemmelse av et boreverktøys posisjon ved brønnboring, f.eks. etter olje, idet boreverktøyet er anordnet ved enden av en borestreng opphengt i en krok på en talje anordnet ved toppen av et boretårn ombord i et flytende fartøy, og nevnte borestreng hele tiden fremføres gjennom et fast referansepunkt på fartøyet ved hjelp av en kabel som er ført gjennom taljen, samt har en første ende forbundet med en kabelvinsj og en annen ende forbundet med et fast punkt på fartøyet, mens et kompensasjonselement for utligning av vertikale variasjoner i fartøyets stilling i forhold til bunnen av den vannmasse fartøyet flyter på, forbinder taljen med boretårnet og et stigerør for bor-spyling er anordnet rundt borestrengen mellom brønn-åpningen og fartøyet samt er forankret til bunnen, sam-tidig som dets øvre del fastholdes ved hjelp av minst to ytterligere kabler som holdes stramme av vinsjer anbragt i fast stilling på fartøyet. The invention thus relates to a device for determining the position of a drilling tool when drilling a well, e.g. for oil, as the drilling tool is arranged at the end of a drill string suspended in a hook on a hoist arranged at the top of a derrick on board a floating vessel, and said drill string is constantly advanced through a fixed reference point on the vessel by means of a cable which is passed through the hoist, and has a first end connected to a cable winch and a second end connected to a fixed point on the vessel, while a compensating element for equalizing vertical variations in the vessel's position in relation to the bottom of the body of water on which the vessel floats, connects the hoist with the derrick and a riser pipe for drill flushing are arranged around the drill string between the well opening and the vessel and are anchored to the bottom, while its upper part is held by means of at least two additional cables which are kept taut by winches placed in a fixed position on the vessel .

Anordningens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består herunder i at anordningen omfatter en første måleenhet innrettet for å avgi et signal som angir den kabellengde som er gitt ut fra kabelvinsjen; en annen måleenhet innrettet for å avgi et signal som angir forlengelsen av kompensasjonselementet; en innretning for måling av den kraft som utøves på taljens krok og tilordnet en tredje måleenhet som er anordnet for å motta informasjon om den totale lengde av borestrengen og avgi et utgangssignal som angir den forlengelse av borestrengen som frembringes av resultanten av strengens egenvekt og reaksjonskraften mot boreverktøyet fra bunnen av hullet; samt en krets for måling av den avstand som skiller toppen av stigerøret fra det faste referansepunkt som borestrengen føres gjennom, i kombinasjon med en fjerde måleenhet innrettet for å avgi et signal som angir denne avstand; og en signalbehandlingskrets som tilføres de fire nevnte avgitte signaler og er innrettet for å regne ut en verdi proporsjonal med den algebraiske sum av forandringen av den utgitte lengde av den første kabel fra kabelvinsjen, forlengelsen av borestrengen, forlengelsen av kompensasjons-elementet samt den avstand som skiller toppen av stigerøret fra nevnte referansepunkt, idet denne verdi representerer verktøyets posisjon. The special feature of the device according to the invention consists in the fact that the device comprises a first measuring unit designed to emit a signal indicating the cable length that has been released from the cable winch; another measuring unit adapted to output a signal indicating the extension of the compensating element; a device for measuring the force exerted on the hook of the hoist and associated with a third measuring unit which is arranged to receive information about the total length of the drill string and give an output signal indicating the extension of the drill string produced by the resultant of the string's own weight and the reaction force against the drilling tool from the bottom of the hole; as well as a circuit for measuring the distance that separates the top of the riser from the fixed reference point through which the drill string is passed, in combination with a fourth measuring unit arranged to emit a signal indicating this distance; and a signal processing circuit which is fed to the four aforementioned transmitted signals and is arranged to calculate a value proportional to the algebraic sum of the change in the released length of the first cable from the cable winch, the extension of the drill string, the extension of the compensating element and the distance separates the top of the riser from said reference point, as this value represents the position of the tool.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av The invention will now be explained in more detail with the help of

et utførelseseksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: an exemplary embodiment and with reference to the attached drawings, whereupon:

Fig. 1 viser skjematisk et oppriss av et anlegg for boring til sjøs og som omfatter oppfinnelsens anordning; Fig. 2 viser en utførelsesdetalj ved anordningen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 er et blokkdiagram av anordningens elektroniske regnekretser i det tilfelle de omfatter pulsgeneratorer samt frem- og tilbaketellingsenheter. Fig. 1 viser skjematisk et boreanlegg som omfatter en flytende plattform 10 hvorpå det hviler en konstruksjon som danner et boretårn eller en derrick 11. Toppblokken 12 i en talje 13 er opphengt i denne konstruksjon ved hjelp av en kompensator 14 som gjør det mulig å kompensere for de vertikale bevegelser av det flytende fartøy, således av taljens toppblokk bibeholdes i mer eller mindre konstant høyde i forhold til bunnen 15 av den vannmasse 16 som fartøyet flyter på. Løpeblokken 17 i taljen 13, bærer en krok 18, hvori det er opphengt en borestreng 19 bestå-ende av en rekke borestenger med et boreverktøy 20 ved strengens nedre ende. En kabel 21 er ført over taljeblokkene og festet ved sin ene ende til en vinsj 22 samt ved sin annen ende til et fast punkt 23 på borefartøyet. Fig. 1 schematically shows an elevation of a plant for drilling at sea and which includes the device of the invention; Fig. 2 shows an embodiment detail of the device according to the invention. Fig. 3 is a block diagram of the device's electronic calculation circuits in the event that they comprise pulse generators and forward and backward counting units. Fig. 1 schematically shows a drilling installation which comprises a floating platform 10 on which rests a construction which forms a derrick or a derrick 11. The top block 12 in a hoist 13 is suspended in this construction by means of a compensator 14 which makes it possible to compensate for the vertical movements of the floating vessel, thus of the hoist's top block is maintained at a more or less constant height in relation to the bottom 15 of the body of water 16 on which the vessel floats. The running block 17 in the hoist 13 carries a hook 18, in which is suspended a drill string 19 consisting of a number of drill rods with a drilling tool 20 at the lower end of the string. A cable 21 is led over the pulley blocks and attached at one end to a winch 22 and at the other end to a fixed point 23 on the drilling vessel.

Den brønn 24 som utgjøres av borehullet er kunstig for-lenget opp til innsiden av det flytende fartøy ved å The well 24 formed by the borehole is artificially extended up to the inside of the floating vessel by

feste vertikalt til sjøbunnen og i forlengelse av borehullet en rørformet del 25 som danner et stigerør og utgjør føring for borestrengen, idet den øverste del av stigerøret er festet til to kabler 26, 27 eller ståltau, hvorav kabelen 26 er tilsluttet en vinsj 28 med konstant stramning og kabelen 27 er tilsluttet en annen vinsj 29, likeledes med konstand stramning. De to vinsjer er anordnet innbyrdes symmetrisk i forhold til aksen for stigerøret 25, mens en betongmasse 30 holder røret 25 fast ved bunnen 15.Rørstrengen 19 drives i rotasjonsbevegelse ved hjelp av f.eks. et rotasjonsbord 31 som danner et fast punkt som strengen føres gjennom i forhold til fartøyet. attach vertically to the seabed and in extension of the borehole a tubular part 25 which forms a riser and constitutes a guide for the drill string, the upper part of the riser being attached to two cables 26, 27 or steel rope, of which the cable 26 is connected to a winch 28 with constant tension and the cable 27 is connected to another winch 29, likewise with constant tension. The two winches are arranged mutually symmetrically in relation to the axis of the riser 25, while a concrete mass 30 holds the pipe 25 firmly at the bottom 15. The pipe string 19 is driven in rotational motion by means of e.g. a rotary table 31 which forms a fixed point through which the string is passed in relation to the vessel.

Utstyret for måling av de driftsparametre som er av interesse omfatter følgende måleinnretninger. The equipment for measuring the operating parameters that are of interest includes the following measuring devices.

1) En innretning 32 for måling av den lengde som gis ut av kabelen 21. Denne innretning er av kjent type, f.eks. av den art som er beskrevet i FR-PS 2.104.907. Denne innretning omfatter en pulsgenerator 42 som avgir 1) A device 32 for measuring the length given out by the cable 21. This device is of a known type, e.g. of the kind described in FR-PS 2.104.907. This device comprises a pulse generator 42 which emits

en tellepuls hver gang kabelen 21 er gitt ut med en gitt lengde i en viss retning samt en tilbaketellingspuls når kabelen er trukket inn i motsatt retning. Denne lengde, som er vilkårlig valgt, er et multipel av den tilsvarende hevning eller senkning av verktøyet og forholdet mellom disse verdier avhenger direkte av antallet trinser i taljeblokkene. 2) En innretning 33 for måling av stillingen av akslen for skivene i toppblokken. Denne innretning omfatter f.eks. et stativ som er festet i fast stilling i forhold til det flytende fartøy og er kombinert med et tannhjul. a counting pulse every time the cable 21 is released with a given length in a certain direction and a countdown pulse when the cable is pulled in in the opposite direction. This length, which is arbitrarily chosen, is a multiple of the corresponding raising or lowering of the tool and the ratio between these values depends directly on the number of pulleys in the pulley blocks. 2) A device 33 for measuring the position of the shaft for the disks in the top block. This facility includes e.g. a stand which is fixed in a fixed position in relation to the floating vessel and is combined with a gear.

En pulsgenerator 43 sender ut en tellepuls hver gang avstanden mellom akslen for skivene i toppblokken 12 og et fast punkt på fartøyet har forandret seg med en viss verdi i den ene retning samt en tilbaketellingspuls i det motsatte tilfelle. Denne avstand varierer faktisk av følgende grunner: Toppblokken i taljen er festet til derricken ved hjelp av et kompensasjonssystem som omfatter sylindere med konstant indre trykk. Når fartøyet etter en hevning av en bølge atter senkes vil belastningen på kroken 18 ha en tendens til å avta på grunn av den tiltakende reaksjonskraft fra omgivelsene mot verktøyet. A pulse generator 43 sends out a counting pulse every time the distance between the axis of the discs in the top block 12 and a fixed point on the vessel has changed by a certain value in one direction and a countdown pulse in the opposite case. This distance actually varies for the following reasons: The top block in the hoist is attached to the derrick by means of a compensation system comprising cylinders with constant internal pressure. When the vessel is lowered again after a wave has risen, the load on the hook 18 will tend to decrease due to the increasing reaction force from the surroundings against the tool.

Sylindrene virker da slik at de hever toppblokken for å bringe påkjenningen på kroken tilbake til sin opprinnelige verdi. Sylindrene virker i,motsatt retning når fartøyet har en tendens til å heves. 3) En innretning 34 for måling av forlengelsen av borestrengen på grunn av resultanten av strengens vekt og reaksjonen fra borehullet mot verktøyet. The cylinders then act to raise the top block to bring the stress on the hook back to its original value. The cylinders act in the opposite direction when the vessel tends to rise. 3) A device 34 for measuring the extension of the drill string due to the resultant of the weight of the string and the reaction of the drill hole against the tool.

Denne innretning omfatter en føler som avføler belastningen på kroken 18 og kan utgjøres av en strekkmåler anbragt enten på kroken eller ved den faste ende 21a av kablen 21. Føleren er kombinert med en analog/digital-omformer som gjør den avfølte måleverdi om til en digital verdi. En pulsgenerator 44 frembringer en tellepuls hver gang forlengelsen av borestrengen når en viss verdi. Generatoren tar i henhold tilHooks lov hensyn til borestrengens fysiske parametre (tverrsnitt, Young's modul, etc.) i den ovenfor angitte digitalverdi, som representerer påkjenningen på kroken og den totale lengde av borestrengen. I henhold til en foretrukket utførelse utledes nevnte datauttrykk angående den totale lengde i selve signalbehandlingkretsen, slik det vil bli angitt i det følgende. En tilbaketellingpuls frembringes hver gang borestrengen forkortes med en tilsvarende lengde. 4) En innretning 35 som måler den avstand som skiller toppen av stigerøret 25 fra rotasjonsbordet 31. Denne innretning omfatter to følere for uttrekket av kablene 26 og 27 samt en funksjonsgenerator som beregner den søkte avstand på grunnlag av lengdene av kablene 26 og 27 mellom vinsjen og stigerøret, de avviklede lengder av hver av disse avsnitt samt de respektive plasseringer av vinsjene 28, 29 og rotasjonsbordet 31. Innretningen 35 er tilkoblet en pulsgenerator45 som avgir henholdsvis tellepulser eller tilbake-tellingspulser hver gang nevnte avstand varierer med en gitt verdi i den ene eller annen retning, alt etter bevegelsene av fartøyet i forhold til borehullets akse under påvirkning av bl.a. sjøgang, tidevann samt forandringer i forankringsstillingen. This device comprises a sensor which senses the load on the hook 18 and can be constituted by a strain gauge placed either on the hook or at the fixed end 21a of the cable 21. The sensor is combined with an analogue/digital converter which converts the sensed measurement value into a digital value. A pulse generator 44 produces a counting pulse every time the extension of the drill string reaches a certain value. According to Hook's law, the generator takes into account the physical parameters of the drill string (cross-section, Young's modulus, etc.) in the digital value indicated above, which represents the stress on the hook and the total length of the drill string. According to a preferred embodiment, said data expression is derived regarding the total length in the signal processing circuit itself, as will be indicated in the following. A countdown pulse is generated each time the drill string is shortened by a corresponding length. 4) A device 35 that measures the distance that separates the top of the riser 25 from the rotary table 31. This device includes two sensors for the extension of the cables 26 and 27 as well as a function generator that calculates the sought distance on the basis of the lengths of the cables 26 and 27 between the winch and the riser, the wound lengths of each of these sections as well as the respective locations of the winches 28, 29 and the rotary table 31. The device 35 is connected to a pulse generator 45 which respectively emits counting pulses or countdown pulses each time said distance varies by a given value in one or another direction, depending on the movements of the vessel in relation to the axis of the borehole under the influence of e.g. sea flow, tides and changes in the anchoring position.

Fig. 2 viser anordningens geometriske konfigurasjon som gjør det mulig å beregne den avstand som skiller toppen Fig. 2 shows the device's geometric configuration which makes it possible to calculate the distance separating the top

av stigerøret 25 fra det faste punkt som borestrengen 31 føres gjennom, ved måling av de utgitte lengder av kablene 26 og 27 og på grunnlag av de konstante verdier i systemet of the riser 25 from the fixed point through which the drill string 31 is passed, by measuring the released lengths of the cables 26 and 27 and on the basis of the constant values in the system

idet stigerøret er forbundet med fartøyet over de to kabler 26 og 27 som strammes av vinsjer som gjør det mulig å forlenge eller forkorte disse kabler i overens-stemmelse med fartøyets bevegelser, idet lengdevariasjonene for nevnte kabler frembringer et signal som representerer forandringer i avstanden mellom et fast punkt på fartøyet og toppen av brønnen på sjøbunnen. as the riser is connected to the vessel via the two cables 26 and 27 which are tightened by winches which make it possible to extend or shorten these cables in accordance with the vessel's movements, as the length variations for said cables produce a signal that represents changes in the distance between a fixed point on the vessel and the top of the well on the seabed.

Kablene strekkes f.eks. under konstant strekk og føres over føringstrinser. Disse trinser omfatter signalgeneratorer som avgir kodede pulser eller signaler til en funksjonsgenerator, hvis utgangssignal utgjør det nevnte signal som representerer variasjonene i avstanden. Virke-måten er som beskrevet nedenfor i det tilfelle det foreligger to kabler, men det kan også benyttes flere kabler. The cables are stretched e.g. under constant tension and guided over guide pulleys. These pulleys comprise signal generators which emit coded pulses or signals to a function generator, whose output signal constitutes the aforementioned signal representing the variations in the distance. The way it works is as described below in the event that there are two cables, but several cables can also be used.

Fig. 2 viser to trinser hvis respektive senterakser Q og K i praksis er innbyrdes adskilt med en avstand på ca. 4 meter. Trinsenes radius R er av størrelsesorden 0,5 m. Borestrengen er ført gjennom et fast punkt P, som vanligvis er sentrum for rotasjonsbordet og befinner seg vertikalt i forhold til midtpunktet O for avstanden QK og om-trent 2 m fra dette punkt. De kabler som er ført frem til trinsene iunktene C og E forløper rettlinjet over avsnittene CC og E E<1>, idet punktene C og E' befinner seg diametralt på hver sin side av stigerøret og midtpunktet for avstanden C E<1>er betegnet med O'. I praksis overskrider den vinkel som dannes mellom PO1 og P O, 4° bare under mindre enn 4% av driftstiden og når aldri verdien 8°. Da avstanden E' C på den annen side har en verdi av størrelsesorden 0,8 m, kan det antas at borestrengens akse. aldri føres langt fra punktet O'. Avstanden 00' varierer normalt mellom 6 og 14 m. Under disse forhold kan det vises at det er mulig å gjøre de følgende tilnærmede antagelser': PO' kan erstattes med summen PO" + 0"0', idet 0" betegner Fig. 2 shows two pulleys whose respective center axes Q and K are in practice mutually separated by a distance of approx. 4 meters. The radius R of the pulleys is of the order of 0.5 m. The drill string is guided through a fixed point P, which is usually the center of the rotary table and is located vertically in relation to the center point O for the distance QK and approximately 2 m from this point. The cables that have been brought to the pulleys atpoints C and E run in a straight line over the sections CC and E E<1>, the points C and E' being located diametrically on opposite sides of the riser and the midpoint of the distance C E<1> is denoted by O'. In practice, the angle formed between PO1 and PO exceeds 4° only during less than 4% of the operating time and never reaches the value 8°. As the distance E' C, on the other hand, has a value of the order of 0.8 m, it can be assumed that the axis of the drill string. is never carried far from the point O'. The distance 00' normally varies between 6 and 14 m. Under these conditions, it can be shown that it is possible to make the following approximate assumptions': PO' can be replaced by the sum PO" + 0"0', where 0" denotes

midtpunktet av avstanden CE og fordi vinkelen P0"0' er tilnærmet 180°. the midpoint of the distance CE and because the angle P0"0' is approximately 180°.

Bevegelsen av punktene C og E på trinsene neglisjeres, hvilket nærmere bestemt innebærer at de sirkelinvoluter som beskrives av C og E' erstattes med sirkler, idet trinsene antas å være ubevegelige. The movement of points C and E on the pulleys is neglected, which more precisely means that the circular envelopes described by C and E' are replaced by circles, as the pulleys are assumed to be stationary.

Projeksjonen av CE' på CE settes lik CE<1>. The projection of CE' on CE is set equal to CE<1>.

På grunnlag av disse tilnærmelser kan lengden PO' be-regnes ganske enkelt ved å regne ut lengden av midtlinjen 0'0" for firkanten CC E'E og addere en konstant størrelse PO". Den annen tilnærmelse angitt ovenfor rettferdig-gjør videre en erstatning av de direkte oppmålte lengder CC og EE' med en måling av rotasjonen for de tilsvarende trinser. Som et resultat av sådanne beregninger oppnås følgende formel: On the basis of these approximations, the length PO' can be calculated simply by calculating the length of the center line 0'0" of the square CC E'E and adding a constant quantity PO". The second approximation indicated above justifies further a replacement of the directly measured lengths CC and EE' with a measurement of the rotation of the corresponding pulleys. As a result of such calculations, the following formula is obtained:

I stedet for å måle lengdene av de kabler som holder stigerøret , kan separate kabler uten noen holdefunksjon anvendes. Følerne for avvikling av kablene 26 og 27 måler rotasjonsvinklene a og b for føringstrinsene med respektive midtpunkter Q og K, og hvis R er trinsenes radius vil det foreligge følgende sammenheng: Instead of measuring the lengths of the cables that hold the riser, separate cables without any holding function can be used. The sensors for unwinding the cables 26 and 27 measure the rotation angles a and b for the guide pulleys with respective midpoints Q and K, and if R is the radius of the pulleys, the following relationship will exist:

I det tilfelle stigerøret holdes av mer enn to kabler, vil beregningen av avstanden PC være mer komplisert, men likevel kunne utføres på prinsippielt tilsvarende måte som angitt ovenfor ved hjelp av lignende tilnærmede antagelser. Fig. 3 viser et blokkdiagram for den elektroniske krets som anvendes ved målingene. Denne krets omfatter pulsgeneratorer 42, 43, 44 og 45 idet hver av disse generatorer er utstyrt med to utganger, hvorav den ene avgir tellepulser og den annen avgir tilbaketéllingspulser. In the event that the riser is held by more than two cables, the calculation of the distance PC will be more complicated, but can nevertheless be carried out in a fundamentally similar way as stated above using similar approximate assumptions. Fig. 3 shows a block diagram for the electronic circuit used in the measurements. This circuit comprises pulse generators 42, 43, 44 and 45, each of these generators being equipped with two outputs, one of which emits counting pulses and the other emits countdown pulses.

Den ene utgang er derfor merket med plustegn, mens den annen er forsynt med minustegn. Utgangene fra generatorene 42 til 44 er hver tilsluttet en første inngang for en 0G-krets, hvis annen inngang er tilsluttet en innretning som avgir et signal 46, når borestrengen 19 er effektivt forbundet med kroken 18. Ved forskjellige arbeidsprosesser, som f.eks. når nye stenger skal skjøtes på borestrenger, festes strengen direkte til fartøyet og frigjøres fra kroken. Det vil da være innlysende at boreverktøyets stilling hverken påvirkes av vinsjen eller kompensasjons-innretningen. Den forblir på den anne side avhengig av fartøyets stilling i forhold til bunnen, målt langs stigeren. Disse arbeidsprosesser utføres vanligvis når verktøyet er noe hevet og ikke lenger er i berøring med bunnen av borehullet. Den generator som angir forlengelsen av borestrengen, kan da også utkobles. One output is therefore marked with a plus sign, while the other is equipped with a minus sign. The outputs from the generators 42 to 44 are each connected to a first input for an 0G circuit, the second input of which is connected to a device that emits a signal 46, when the drill string 19 is effectively connected to the hook 18. In various work processes, such as e.g. when new rods are to be spliced onto drill strings, the string is attached directly to the vessel and released from the hook. It will then be obvious that the position of the drilling tool is neither affected by the winch nor the compensation device. On the other hand, it remains dependent on the vessel's position in relation to the bottom, measured along the riser. These work processes are usually carried out when the tool is somewhat raised and is no longer in contact with the bottom of the borehole. The generator that indicates the extension of the drill string can then also be switched off.

De frem- og tilbaketellende utgangssignaler avgis til en antikoinsidenskrets 47, som også har to utganger, nemlig den ene for tellepulser fremover og den annen for tilbaketéllingspulser. The up and down counting output signals are given to an anticoin side circuit 47, which also has two outputs, namely one for forward counting pulses and the other for counting down pulses.

Utgangssignalene for kretsen 47 avgis til en telle- og tilbaketellingsenhet 48. En anvisningsinnretning 50 er tilsluttet" telleren 48. The output signals for the circuit 47 are sent to a counting and counting back unit 48. An indication device 50 is connected to the counter 48.

Det datauttrykk som anvises av denne innretning 5 0 angir stillingen for boreverktøyet. For at dette skal være tilfelle, er det f.eks. nødvendig at: Generatoren 42 avgir tellepulser når føleren 32 angir en The data expression indicated by this device 50 indicates the position of the drilling tool. For this to be the case, it is e.g. necessary that: The generator 42 emits counting pulses when the sensor 32 indicates one

utgivelse av kabelen 21, release of cable 21,

Generatoren 43 avgir tellepulser når toppblokken 12 i taljen senkes i forhold til boretårnet; The generator 43 emits counting pulses when the top block 12 in the hoist is lowered in relation to the derrick;

Generatoren 44 avgir tilbaketellingspulser når påkjenningen på kroken 18 avtar; The generator 44 emits countdown pulses when the stress on the hook 18 decreases;

Generatoren' 45 avgir tilbaketellingspulser når avstanden mellom toppen av stigerøret 25 og rotasjonsbordet 31 øker. The generator' 45 emits countdown pulses when the distance between the top of the riser 25 and the rotary table 31 increases.

Det vil være innlysende at kompensasjonselementet 14, i stedet for å forbinde toppblokken i taljen med boretårnet, like godt kunne forbinde kroken 18 med løpeblokken 17 i taljen. I dette tilfelle ville da generatoren 43 avgi tellepulser når løpeblokken heves i forhold til kroken, hvilket vil si når det foreligger en forlengelse av kompensasjonselementet. It will be obvious that the compensation element 14, instead of connecting the top block in the hoist with the derrick, could just as well connect the hook 18 with the running block 17 in the hoist. In this case, the generator 43 would emit counting pulses when the running block is raised in relation to the hook, which means when there is an extension of the compensation element.

Ved en utførelse som ikke omfatter pulsgeneratorer, men signalgeneratorer som avgir et målesignal som representerer den målte størrelse, vil det med hensyn til kompensasjons-elementet være klart at dets forlengelse alltid kan adderes algebraisk, forutsatt at det anvendes riktig fortegn. Hvis kompensasjonselementet forbinder topblokken med boretårnet, vil det positive tegn tilsvare senkning av blokken i forhold til tårnet. Hvis den imidlertid i motsetning til dette forbinder løpeblokken med kroken, vil det positive tegn tilsvare hevning av blokken i forhold til kroken. In the case of an embodiment that does not include pulse generators, but signal generators that emit a measurement signal that represents the measured quantity, it will be clear with regard to the compensation element that its extension can always be added algebraically, provided that the correct sign is used. If the compensation element connects the topblock with the derrick, the positive sign will correspond to lowering of the block relative to the derrick. If, however, in contrast to this, it connects the running block with the hook, the positive sign will correspond to elevation of the block in relation to the hook.

Utgangssignalet fra telleren 48 tilføres en inngang for generatoren 44 for å forsyne denne med datauttrykket for den totale lengde av borestrengen, hvilket er påkrevet for bestemmelse av strengens forlengelse. The output signal from the counter 48 is supplied to an input for the generator 44 to supply it with the data expression for the total length of the drill string, which is required for determining the string's extension.

Den positive utgang for kretsen 47 er tilsluttet en teller 51 utstyrt med en anvisningsinnretning 58 gjennom en OG-krets med to innganger, og hvis annen inngang mottar et signal 52 når verktøyet er i drift, således at dybden av det borede hull permanent anvises. The positive output of the circuit 47 is connected to a counter 51 equipped with an indication device 58 through an AND circuit with two inputs, the other input of which receives a signal 52 when the tool is in operation, so that the depth of the drilled hole is permanently indicated.

En teller 53 innrettet for telling både fremover og bakover er tilkoblet utgangene for anti-koinsidenskretsen 47. Utgangen fra denne teller er tilsluttet en divisjonskrets 54, som også mottar en tidsangivelse fra en klokke 55. Divisjonskretsen kan således frembringe en verdi som representerer verktøyets vertikale bevegelseshastighet. A counter 53 arranged for both forward and backward counting is connected to the outputs of the anti-coincidence circuit 47. The output of this counter is connected to a division circuit 54, which also receives a time indication from a clock 55. The division circuit can thus produce a value representing the tool's vertical movement speed .

For å muliggjøre flere påfølgende målinger av denne hastighet under sammenlignbare forhold, er det anordnet utstyr for å få klokken til å sende ut sine tidsangivelser bare ved tidspunkter hvor en gitt måleverdi passeres i bestemt retning med hensyn til den lengde som bestemmes av regneutstyret i kombinasjon med generatoren 45. In order to enable several consecutive measurements of this speed under comparable conditions, equipment is provided to cause the clock to send out its time indications only at times when a given measurement value is passed in a certain direction with respect to the length determined by the calculating equipment in combination with the generator 45.

For dette formål er det anordnet en synkroniseringskrets 56 som ved de angitte tidspunkter sørger for at det avgis styrepulser til klokken. For this purpose, a synchronizing circuit 56 is arranged which, at the specified times, ensures that control pulses are emitted to the clock.

Resultatet fremvises visuelt på utgangssiden av divisjonskretsen ved hjelp av en anvisningsinnretning 57. The result is displayed visually on the output side of the division circuit by means of a display device 57.

Claims

1. Device for determining the position of a drilling tool when drilling a well, e.g. for oil, the drilling tool (10) being arranged at the end of a drill string (19) suspended from a hook (18) on a hoist (13) arranged at the top of a derrick (11) on board a floating vessel (10) and said drill string is constantly advanced through a fixed reference point (31) on the vessel by means of a cable (21) which is passed through the hoist, and has a first end connected to a cable winch (22) and a second end connected to a fixed point (23) on the vessel, while a compensating element (14) for equalizing vertical variations in the vessel's position in relation to the bottom (15) of the body of water (16) on which the vessel floats, connects the hoist (13) with the derrick and a riser (25) ) for drill flushing is arranged around the drill string between the well opening and the vessel and is anchored to the bottom, while its upper part is held by means of at least two additional cables (26, 27) which are kept taut by winches (28, 29) ) placed in a fixed position on the vessel, characterized in that the device includes a f first measuring unit (32) arranged to emit a signal indicating the cable length issued from the cable winch (22); another measuring unit (33) arranged to emit a signal indicating the extension of the compensating element (14); a device (34) for measuring the force exerted on the hook of the hoist and associated with a third measuring unit which is arranged to receive information about the total length of the drill string and give an output signal indicating the extension of the drill string produced by the resultant of the string's own weight and the reaction force against the drilling tool from the bottom of the hole; as well as a circuit (35) for measuring the distance that separates the top of the riser (25) from the fixed reference point (31) through which the drill string is guided, in combination with a fourth measuring unit arranged to emit a signal indicating this distance; and a signal processing circuit which is supplied to said four emitted signals and is arranged to calculate a value proportional to the algebraic sum of the change of the released length of the first cable (21) from the cable winch (22), the extension of the drill string (19), the extension of the compensation element (14) as well as the distance that separates the top of the riser (25) from said reference point (31), this value representing the position of the tool.

2. Device as specified in claim 1, characterized in that said measuring units comprise signal generators.

3. Device as stated in claim 1, characterized in that said measuring units comprise pulse generators (42, 43, 44, 45).

4. Device as stated in claim 3, characterized in that the first pulse generator (42) is arranged to emit a countdown pulse when the cable (21) above the hoist (13) is released from the cable winch (22) with a given length, as well as a countdown pulse when the same given length of cable is pulled onto the cable winch , the second pulse generator (43) is arranged to emit a countdown pulse when the hoist's top block (12) is lowered a given distance, as well as a countdown pulse in the opposite case; the third pulse generator (44), which is assigned to said device (34) for measuring the force exerted by the drill string on the hook of the hoist (18), receives information about the total length of the drill string and emits a countdown pulse when the force exerted on the hook increases by a given value corresponding to a given extension of the drill string (19) produced by the resultant of the string's own weight and the reaction force against the "drilling tool (20) from the bottom of the borehole (24), as well as a countdown pulse when the force exerted on the hook (18) decreases by the same value; and the fourth pulse generator (45) emits a countdown pulse when the distance between the top of the riser (25) and the fixed reference point (31) decreases by a given value and a countdown pulse in the opposite case; and said signal processing circuit comprises a forward and reverse trap (48) arranged to receive the counting pulses from the four mentioned pulse generators (42, 43, 44, 45) so that the counter's count indication corresponds to the position of the drilling tool.

5. Device as stated in claim 4, characterized in that it comprises another counter (51) which receives all counting pulses through a first input for an AND gate, whose second input receives a signal (52) when the tool is put into operation, so that the count value in this counter corresponds to the depth of the borehole.

6. Device as stated in claim 4 or 5, characterized in that it comprises a third counter (53) which receives the counting pulses from the pulse generators (42, 43, 44, 45) and is connected to a division circuit (54) which receives a time information , so that the generated resulting count instruction represents the tool's movement speed.

7. Device as stated in claim 6, characterized in that said time information is produced by a clock transmitter (55) which emits its clock values under the influence of pulses produced by a synchronizing element (56), which produces a pulse at the times the distance that separates the top of the riser (25) from the reference point (31) passes a predetermined value in a certain direction.

8. Device as specified in one of claims 3-7, characterized in that the first, second and third pulse generator (42, 43, 44) are connected to said counters through a first input for each AND gate, and whose second input receives a signal indicating that the string (19) is suspended in the hook (18).

9. Device as stated in claim 1, characterized in that the third measuring unit (44) receives said information about the total length of the drill string from the signal processing circuit.

10. Device as specified in one of claims 1-9, characterized in that said circuit (35) is arranged and arranged to determine the distance between the top of the riser (25) and said fixed reference point (31) on the vessel (10) by measuring the unwinding of said cables (26, 27) which hold the riser, from the winches (28, 29).