NO170816B - Innretning for oppmaaling av et borehull - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår kartlegging eller oppmåling av borehull, og beskjeftiger seg mer spesielt med utførelse av målinger i borehull ved hjelp av en målesonde som beveges inne i et borerør som er fremstilt overveiende av magnetiserbart materiale, frem til en måleposisjon i et vektrør som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale.

Det er vanlig praksis å ta en serie kartleggings- eller oppmålingsmålinger i nærheten av enden av et borehull mens det er under boring, ved å senke en enkeltskudd- eller multiskudd-målesonde på enden av en line ned i den hule borestreng til en måleposisjon nær borkronen, og ved senere å trekke ut sonden ved å trekke den opp på innsiden av borestrengen etter at målingene er blitt tatt, idet måledataene senere gjenvinnes på overflaten. Målesonden vil vanligvis omfatte en tyngdekraftføler omfattende tre akselerometre for måling av tre innbyrdes perpendikulære komponenter av jordens gravitasjonsfelt, og tre "fluksporter"

(fluxgates) for måling av tre innbyrdes perpendikulære komponenter av jordens magnetfelt. For å sikre at det magnetiserbare materiale i borestrengen har så liten virkning som mulig på magnetfeltmålingene, er det videre vanlig at måleposisjonen er beliggende i ett eller flere vektrør som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetisk materiale.

Det er også vanlig at målesonden omfatter en posisjons-føler for å indikere når sonden har nådd frem til måleposisjonen, og for å innlede utførelsen eller tagningen av oppmålingsmålinger når denne posisjon er blitt nådd. En sådan posisjonsføler er vist i US-patentskrift 4 365 197. Denne føler inneholder en metall-detekterende anordning omfattende en spole som forsynes med en energiseringsstrøm når sonden beveges langs borestrengen, og som frembringer et varierende magnetfelt i nærheten av spolen. Så lenge sonden befinner seg i et avsnitt av borestrengen som er fremstilt av magnetiserbart materiale, vil det magnetfelt som er knyttet til spolen, være i hovedsaken avgrenset av borestrengens vegger. Når imidlertid sonden går inn i et vektrør som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale, vil hvirvelstrømmer bli indusert i vektrørets vegger på grunn av det varierende magnetfelt, og disse strømmer vil på sin side frembringe magnetfelter som i spolen vil forårsake ytterligere strømmer som er overlagret på energiseringsstrømmen. Deteksjon av en endring i strømmen gjennom spolen kan følgelig benyttes til å bestemme at sonden har passert fra et avsnitt av borestrengen som er fremstilt av magnetiserbart materiale, til det indre av det ikke-magnetiserbare vektrør.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et generelt forbedret arrangement for å detektere når en målesonde har beveget seg fra det indre av et avsnitt av borerøret som er fremstilt av overveiende magnetiserbart materiale, til det indre av et vektrør som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale, og mer spesielt et arrangement som ikke krever tilveiebringelse av en spesiell posisjonsdetekterende spole for frembringelse av hvirvelstrømmer i det ikke-magnetiserbare vektrør.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en innretning for oppmåling av et borehull, omfattende en målesonde som skal beveges inne i et borerør som er fremstilt overveiende av magnetiserbart materiale, frem til en måleposisjon i et vektrør som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale, idet sonden omfatter en omvandleranordning for avføling av jordens magnetfelt, hvilken innretning er kjennetegnet ved at sonden videre omfatter en behandlingsanordning for bestemmelse ut fra omvandleranordningens utgangssignal at sonden har beveget seg fra det indre av et avsnitt av borerøret som er fremstilt overveiende av magnetiserbart materiale, til det indre av vektrøret som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale, og en omkoplingsanordning for å innlede tagningen av én eller flere oppmålingsmålinger ved hjelp av sonden når det fra behandlingsanordningen mottas et utgangssignal som indikerer at sonden har gått inn i vektrøret som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale.

Da deteksjon utføres på basis av avføling av jordens magnetfelt, er ingen spesiell spole nødvendig for frembringelse av et separat magnetfelt for deteksjonsformål. Videre vil sonden vanligvis under alle omstendigheter inneholde magnetfeltomvand-lere for tagning av oppmålingsmålinger, slik at de samme om-vandlere kan benyttes med henblikk på posisjonsdeteksjon.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter sonden videre en tyngdekraftfølende anordning for avføling av jordens gravitasjonsfelt, og en ytterligere behandlingsanordning for ut fra den tyngdekraftfølende anordnings utgangssignal å bestemme at bevegelse av sonden har stanset, og for å styre omkoplingsanordningen slik at tagningen av én eller flere oppmålingsmålinger ved hjelp av sonden ikke innledes inntil etter mottagning fra den ytterligere behandlingsanordning av et utgangssignal som indikerer at bevegelse av sonden har stanset.

Omvandleranordningen er fortrinnsvis innrettet til å avføle tre komponenter av jordens magnetfelt langs tre innbyrdes tverrgående retninger. I dette tilfelle kan behandlingsanordningen omfatte en beregningsanordning for avledning av en verdi for det totale jordmagnetfelt ut fra de avfølte komponenter av jordens magnetfelt.

Videre kan behandlingsanordningen omfatte en sammenlikningsanordning for sammenlikning av en avfølt eller avledet verdi for jordens magnetfelt med en forutbestemt referanseverdi, og for styring av omkoplingsanordningen i avhengighet av resultatet av sammenlikningen.

Dessuten er den tyngdekraftfølende anordning fortrinnsvis innrettet til å avføle tre komponenter av jordens gravitasjonsfelt langs tre innbyrdes tverrgående retninger. I dette tilfelle kan den ytterligere behandlingsanordning omfatte en ytterligere beregningsanordning for avledning av en verdi for jordens totale gravitasjonsfelt ut fra de avfølte komponenter av jordens gravitasjonsfelt.

Den ytterligere behandlingsanordning kan omfatte en ytterligere sammenlikningsanordning for sammenlikning av en avfølt eller avledet verdi for jordens gravitasjonsfelt med en forutbestemt referanseverdi, og for styring av omkoplingsanordningen i avhengighet av resultatet av sammenlikningen.

Sonden kan videre omfatte en tidgiveranordning for å hindre drift av sonden inntil et forutbestemt tidspunkt etter innledning av oppmålingen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med en foretrukket utførelse under henvisning til tegningen hvis ene figur viser et blokkskjerna av en posisjons-deteksjonskrets inne i sonden.

Idet det henvises til figuren, inneholder sonden en tyngdekraftfølerenhet 2 omfattende tre akselerometre for måling av tre komponenter Gx, GY og Gz av jordens gravitasjonsfelt langs tre innbyrdes perpendikulære akser X, Y og Z som er fiksert i forhold til sonden, idet Z-aksen ligger langs sondens lengdeakse. Sonden inneholder dessuten en magnetfeltfølerenhet 4 omfattende tre fluksportenheter (fluxgates) for måling av tre komponenter Bx, By og Bz av jordens magnetfelt langs de tre innbyrdes perpendikulære akser X, Y og Z.

Målingene Gx, GY og Gz som tas av tyngdekraftføleren-heten 2, tilføres til en beregningsenhet 6 som avleder en verdi for jordens totale gravitasjonsfelt G ut fra uttrykket:

Målingene Bx, BY og B2 som tas av magnetfeltfølerenheten 4, tilføres til en beregningsenhet 8 som avleder en verdi for jordens totale magnetfelt BT ut fra uttrykket:

Verdien G undersøkes i en sammenliknerenhet 10 og sammenliknes med en referanseverdi GR = 1. Når en overensstemmelse finnes mellom verdien G og verdien GR innenfor et tillatt toleranseområde, utmates et signal av sammenliknerenheten 10 til en omkoplingsenhet 12 som indikerer at bevegelse av sonden har stanset.

Verdien BT undersøkes i en sammenliknerenhet 14 og sammenliknes med en referanseverdi BR som representerer en referanseverdi for jordens magnetfelt på stedet for borehullet og som tidligere er tilført til sonden fra en oppslagstabell eller etter en tidligere måling. Når en overensstemmelse finnes mellom verdien BT og verdien BR innenfor et tillatt toleranseområde, utmates et signal fra sammenliknerenheten 14 til omkoplingsenheten 12 som indikerer at sonden har gått inn i vektrøret som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale.

Når utgangssignalene fra sammenliknerenhetene 10 og 14 indikerer at sonden har stanset inne i det ikke-magnetiserbare vektrør, dvs. i måleposisjonen, omkoples omkoplingsenheten 12 slik at den innleder tagning av kartleggings- eller oppmålingsmålinger etter en oppvarmingsperiode som er bestemt av en tidgiver. Ved slutten av oppvarmingsperioden tas en rekke sett av målinger med mellomrom på 10 sekunder. Hvert sett av målinger inneholder vanligvis i det minste verdiene Gx, Gy, Gz, Bx, BY, Bz og temperaturen T målt ved hjelp av en passende temperaturføler.

For å spare effekt, foretrekkes det at en variabel forsinkelseskrets er tilveiebrakt, slik at effekt ikke tilføres til posisjonsdeteksjonskretsen før etter et på forhånd innstilt tidsintervall etter innføring av sonden i borerøret, hvilket forhåndsinnstilt intervall bestemmes slik at det er mindre enn den tid som det tar for sonden å nå frem til måleposisjonen.

I en variant av den foran beskrevne posisjonsdetek-sjonskrets er det tilveiebrakt en enhet for overvåkning av verdien av Gz og for utmating av et signal til omkoplingsenheten 12 når verdien GZ blir i hovedsaken stabil, hvilket indikerer at sondens bevegelse har stanset. En sådan enhet kan være tilveiebrakt i tillegg til eller i stedet for enheten 6.

I en ytterligere variant av posisjonsdeteksjonskretsen er det tilveiebrakt en enhet for beregning av fallvinkelen (dip angle) ut fra magnetfeltfølerens 4 utgangssignaler, og en sammenliknerenhet er tilveiebrakt for å sammenlikne den beregnede fallvinkel med en referanseverdi og for å utmate en verdi til omkoplingsenheten 12 når en overensstemmelse finnes mellom de to verdier innenfor et tillatt toleranseområde, hvilket indikerer at sonden befinner seg i det ikke-magnetiserbare vektrør. Denne enhet og den tilknyttede sammenliknerenhet kan være tilveiebrakt i tillegg til eller i stedet for enheten 8 og sammenliknerenheten 14.

Fallvinkelen X beregnes ut fra uttrykket:

hvor hvor 9 og <j> er henholdsvis hellingsvinkelen og høysidevinkelen beregnet ut fra uttrykkene: hvor

I en annen variant kan tyngdekraftfølerenheten 2, beregningsenheten 6 og sammenliknerenheten 10 alle sløyfes, slik at sondens posisjon bestemmes i sin helhet ut fra magnetfeltmålingene.

Det foretrekkes imidlertid at kretsen suksessivt skal utføre følgende trinn:

(i) bestemme hvorvidt Gz er i hovedsaken stabil,

(ii) dersom Gz er i hovedsaken stabil, bestemme hvorvidt G tilfredsstiller betingelsen 1,2>G>0,8, (iii) dersom G tilfredsstiller denne betingelse, bestemme hvorvidt BT i hovedsaken svarer til BR, (iv) dersom BT i hovesaken svarer til BR, bestemme hvorvidt den beregnede fallvinkel svarer til en referanseverdi, og (v) dersom den beregnede fallvinkel i hovedsaken svarer til referanseverdien, innlede tagningen av oppmålingsmålinger etter en passende forsinkelse.

Claims (9)

1. Innretning for oppmåling av et borehull, omfattende en målesonde som skal beveges inne i et borerør som er fremstilt overveiende av magnetiserbart materiale, frem til en måleposisjon i et vektrør som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale, idet sonden omfatter en omvandleranordning for avføling av jordens magnetfelt, KARAKTERISERT VED at sonden videre omfatter en behandlingsanordning (8, 14) for bestemmelse ut fra omvandleranordningens (4) utgangssignal at sonden har beveget seg fra det indre av et avsnitt av borerøret som er fremstilt overveiende av magnetiserbart materiale, til det indre av vektrøret som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale, og en omkoplingsanordning (12) for å innlede tagningen av én eller flere oppmålingsmålinger ved hjelp av sonden når det fra behandlingsanordningen (8, 14) mottas et utgangssignal som indikerer at sonden har gått inn i vektrøret som er fremstilt av i hovedsaken ikke-magnetiserbart materiale.

2. Innretning ifølge krav 1, hvor sonden omfatter en tyngdekraftfølende anordning for avføling av jordens gravitasjonsfelt, KARAKTERISERT VED at sonden også omfatter en ytterligere behandlingsanordning (6, 10) for ut fra den gravitasjons-følende anordnings (2) utgangssignal å bestemme at bevegelse av sonden har stanset, og for å styre omkoplingsanordningen (12) slik at tagningen av én eller flere oppmålingsmålinger av sonden ikke innledes før etter mottagning fra den ytterligere behandlingsanordning (6, 10) av et utgangssignal som indikerer at bevegelse av sonden har stanset.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at omvandleranordningen (4) er innrettet til å avføle tre komponenter av jordens magnetfelt langs tre innbyrdes tverrgående retninger .

4. Innretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at behandlingsanordningen (8, 14) omfatter en beregningsanordning (8) for avledning av en verdi for jordens totale magnetfelt ut fra de avfølte komponenter av jordens magnetfelt.

5. Innretning ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at behandlingsanordningen (8, 14) omfatter en sammenlikningsanordning (14) for sammenlikning av en avfølt eller avledet verdi for jordens magnetfelt med en forutbestemt referanseverdi, og for styring av omkoplingsanordningen (12) i avhengighet av resultatet av sammenlikningen.

6. Innretning ifølge krav 2 eller ett av kravene 3-5 i direkte eller indirekte tilknytning til krav 2, KARAKTERISERT VED at den tyngdekraftfølende anordning (2) er innrettet til å avføle tre komponenter av jordens gravitasjonsfelt langs tre innbyrdes tverrgående retninger.

7. Innretning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at den ytterligere behandlingsanordning (6, 10) omfatter en ytterligere beregningsanordning (6) for avledning av en verdi for jordens totale gravitasjonsfelt ut fra de avfølte komponenter av jordens gravitasjonsfelt.

8. Innretning ifølge krav 2 eller ett av kravene 3-7 i direkte eller indirekte tilknytning til krav 2, KARAKTERISERT VED at den ytterligere behandlingsanordning (6, 10) omfatter en ytterligere sammenlikningsanordning (10) for sammenlikning av en avfølt eller avledet verdi for jordens gravitasjonsfelt med en forutbestemt referanseverdi, og for styring av omkoplingsanordningen (12) i avhengighet av resultatet av sammenlikningen.

9. Innretning ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at sonden videre omfatter en tidgiveranordning for hindring av drift av sonden inntil en forinnstilt tid etter innledning av oppmålingen.