NO162778B - Anordning til maaling av azimut og helning av et borehull. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning til måling av azimut og helning av et borehull av den art som omfatter et gyroskop og en akselerometerstasjon anordnet i en beholder, utstyrt med tilbaketrekkbare sentreringsmidler slik at den kan senkes ned i borehullet ved hjelp av en kabel og settes fast i den del av borehullet der målingen skal utføres og der gyroskopet er et gyroskop med to følsomhetsakser, samt er opphengt som gyrometer i beholdere, mens akselerometerstasjonen også har to følsomhetsakser.

Med azimut for et borehull, menes den vinkel som dannes mellom den horisontale projeksjon av borehullets akse og den horisontale projeksjon av vektoren for jordrotasjonen.

Med borehullets helning menes den vinkel som dannes mellom borehullets akse og tyngdekraftvektoren.

Det er tidligere kjent anordninger som kombinerer et gyroskop og et akselerometer for måling av azimut og helning av et borehull. Blandt annet er det kjent en anordning der gyroskop og akselerometer er montert på en bærer som roterer om en akse, der aksen faller sammen med eller er parallell med aksen for borehullet.

En ulempe ved de tidligere kjente anordninger er at målingene er langsomme å utføre og at anordningen har en komplisert oppbygning.

Formålet med oppfinnelsen er å oppheve denne og andre ulemper, noe som ifølge oppfinnelsen er oppnådd ved at gyroskopets to følsomhetsakser står loddrett på aksen for borehullet og ved at akselerometerstasjonens to følsomhets-akser både står loddrett på aksen for borehullet og strekker seg parallelt med gyroskopets følsomhetsakser.

Ved en fordelaktig utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen er den også utstyrt med midler til beregning av komponentene av jordens rotasjonsvektor langs aksen for borehullet og midler til beregning av helningen av borehullets akse i forhold til tyngdekraftvektoren.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene som gjengir en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen og der

fig. 1 viser en anordning utført ifølge oppfinnelsen, i perspektiv og med deler fjernet,

fig. 2 viser anordningen på fig. 1, sett fra siden,

fig. 3 viser anordningen på fig. 1 forenklet med de kom-ponenter som samvirker med en av følsomhetsaksene for gyroskopet og

fig. 4 viser anordningen på fig. 1 forenklet med de kom-ponenter som samvirker med en annen følsomhetsakse for gyroskopet.

Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter et gyroskop og en akselerometerstasjon som er anbragt i en beholder 1 og denne henger i en kabel 2 slik at den kan senkes på plass i et borehull 3, der det er ønskelig å måle azimut og helning.

Beholderen 1 har en sentreringsanordning 4 som særlig er vist på fig. 2 og denne anordning kan trekkes sammen mot midt-linjen.

Gyroskopet i denne anordning har to følsomhetsakser X-X og Y-Y som står slik i beholderen 1 at følsomhetsaksene X-X og Y-Y er perpendikulære på Z-Z aksen for borehullet.

Gyroskopet 5 omfatter som vist på fig. 3 og 4, et svinghjul som drives av en motor 7 over et universalledd 8. Gyroskopets roterende deler, som ligger på den annen side av svinghjulet 6 i forhold til unlversalleddet 8, holdes i et hus 9 ved hjelp av et lager 10.

Måling av stillingen av svinghjulet 6 om følsomhetsaksen X-X foregår ved hjelp av detektorer Dqx (fig- 3) og angivelse av svinghjulets 6 posisjon om følsomhetsaksen Y-Y, foregår med detektorer Dqy (fig- 4)-

På fig. 3 er det plan som detaktorene Dqx befinner seg i senket ned i tegningsplanet, mens de i virkeligheten ligger i et plan som står i 90° på tegningens plan.

På fig. 4 er på samme måte det plan som detektorene Dgy befinner seg i lagt ned i tegningens plan, mens også dette plan i virkeligheten står i en vinkel på 90° på tegningen.

En presesjonsmomentmotor med permanentmagneter 11 som er montert på svinghjulet 6 og har faste viklinger, gjør det mulig å utøve et presesjonsmoment på svinghjulet 6.

Dette presesjonsmoment blir utøvet om aksen X-X hvis viklingene Bx tilføres energi (fig. 3), og om aksen Y-Y hvis viklingene By tilføres strøm (fig. 4).

Akselerometerstasjonen i anordningen har to følsomhetsakser og er plassert slik i beholderen at de to følsomhetsakser er perpendikulære på Z-Z aksen for borehullet. Disse to følsomhetsakser er betegnet med X-X og Y-Y. Man vil se at denne akselerometerstasjon med fordel kan dannes av et akselerometer 12 med to følsomhetsakser.

Akselerometeret 12 omfatter, som vist på fig. 3 og 4, en pendelmasse som er opphengt i et friksjonsløst leddpunkt 14.

Påvisning av pendelmassens 13 stilling om følsomhetsaksen X-X foregår ved hjelp av detektorer A^x (fig- 3) og påvisning av pendelmassens 13 stilling om følsomhetsaksen Y-Y foregår med detektorer DAY (fig<-> 4)<!>-

Som vist på fig- 3 blir den informasjon om stabiliseringsfeil som avgis av detektorene Dqx ved gyroskopet 5 svarende til gyroskopets følsomhetsakse X-X, matet til en synkron demodulator 21 som avgir et enkelt signal, og dette signal forsterkes i en kontinuerlig forsterker 22 som så avgir signalet ^x-

Signalet f?x mates til viklingene Bx for permanentmag-netmotoren 11 som utøver presesjonsmomentet.

Som vist på fig. 4 blir informasjonen av stabiliseringsfeil som avgis av detektorene Dqy for gyroskopet 5 svarende til dets følsomhetsakse Y-Y, matet til en synkron demodulator 31 som avgir et enkelt signal, og dette signal blir så forsterket i en kontinuerlig forsterker 32 som avgir signalet

V

Signalet fly mates til viklingene By for presesjonsmomentmo-toren 11.

Signalene nx og fly blir videre benyttet i en datamaskin 40 for beregning av nz komponentene for jordens rotasjonsvektor E langs aksen Z-Z for borehullet.

Datamaskinen 40 foretar beregningen

der E er modulen for jordens rotasjonsvektor.

Azimut for borehullet blir dermed gitt av de målte verdier nx og fly og den beregnede verdi nz som mates til en av-lesningsanordning 41.

Som vist på fig. 3 blir den informasjon som avgis av detektorene D^x for akselerometeret 12 langs dets følsom-hetsakse X-X forsterket i en forsterker 23 som så avgir signalet Ax.

Som vist på fig. 4 blir den informasjon som avgis av detektoren D^y for akselerometeret 12 langs dets .følsom-hetsakse Y-Y forsterket i en forsterker 33 som så avgir signalet Av.

Signalene Ax og Ay benyttes i en datamaskin 42 som i henhold til den nedenstående formel beregner helningen I for borehullet, det vil si den vinkel som ligger mellom borehullets akse Z-Z og tyngdekraftvektoren G, nemlig slik:

der G er modulen for jordens tyngdekraftvektor.

Det er fordelaktig å ha to detektoranordninger som hver analyserer variasjonene i signalene Ax og Ay under gyrome-triske målinger, idet disse detektoranordninger eventuelt ville kunne korrigere verdiene av signalene fJx og fly.

Hvis derfor beholderen 1 under en måleperiode har sving om aksen X-X eller aksen Y-Y, (noe som alltid er mulig i et borehull også når beholderen er stillestående), vil denne svingning bli påvist av akselerometeret 12 og en korreksjon blir foretatt i signalene f?x og/eller fly.

Delene 40 (datamaskinen), 41 (avlesningsanordningen), 42 (datamaskin) og 43 og 44 (detektorene) befinner seg ved overflaten og mottar signalene f2x, fly, Ax og Ay ved hjelp av elektriske forbindelser som er innbygget i den kabel 2 som beholderen 1 henger i.

Claims (6)

1. Anordning til måling av azimut og helning av et borehull (3) omfattende et gyroskop (5) og en akselerometerstasjon (12) anordnet i en beholder (1),. utstyrt med tilbaketrekkbare sentreringsmidler slik at den kan senkes ned i -borehullet -ved hjelp av en kabel (2) og: settes fast i den del av borehullet der målingen skal utføres, der gyroskopet er et gyroskop med to følsomhetsakser (X-X, Y-Y) og er. opphengt som gyrometer i beholderen, mens akselerometerstasjonen har to følsomhets-akser , karakterisert ved at gyroskopets (5) to følsomhetsakser (X-X, Y-Y) er loddrette på aksen (Z-Z) for borehullet (3), og ved at de to følsomhetsakser (X-X, Y-Y) for akselerometerstasjonen (12) står loddrett på aksen for borehullet (3) og forløper parallelt med gyroskopets følsomhetsakser (X-X, Y-Y).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved midler (40) til beregning av komponentene (fiz) av jordens rotasjonsvektor langs aksen (Z-Z) for borehullet og midler (42) til beregning av helningen (I) av aksen (Z-Z) for borehullet (3) i forhold* til tyngdekraftvektoren.

3.. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved midler (DGx, 21, 22; DGy31, 32; 40) til bestemmelse av komponentene (fix, ^y °S ^z) f°r jordens rotasjonsvektor i forhold til aksene (X-X, Y-Y og Z-Z) for borehullet med hensyn på bestemmelse av borehullets azimut.

4. Anordning som angitt i' et av kravene 1-3, karakterisert ved midler (43, 44) til bestemmelse av forandringer i signaler (Ax og Ay) som er avledet fra akselerometerstasjonen til korrigering av verdiene av signaler (fix og/eller fiv) som er avledet fra gyroskopet.

5. Anordning som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at akselerometerstasjonen (12) har et akselerometer med to følsomhetsakser.

6. Anordning som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at akselerometerstasjonen (12) dannes av to akselerometere med hver sin følsomhetsakse.