NO316336B1 - Fremgangsmåte for korrigering av avviksregistrering ved retningsbestemmelseav et borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår bestemmelse av orienteringen for et borehull ved bruk av målinger av gravitasjon og magnetfelt

Målingene som brukes for å bestemme orienteringen av borehull kommer fra registrenngspakker tatt ved forskjellige nivåer i borehullet

Registrenngspakkene som det er henvist til i denne oppfinnelsen refererer til en kombinasjon av magnetometere og akselerometere som måler henholdsvis jordens magnetfeltvektor og gravitasjonsvektor Målingene kan brukes til å bestemme orienteringen av en registrenngspakke, og dermed for det utstyret den er installert i, hvor onentenngen er asimut ("Azt") i forhold til nord, inklinasjonen ("Inc") i forhold til horisontalen, og rotasjonen ("Rot") rundt en spesifikk akse for pakken (se fig 1)

I oljeindustrien er hovedanvendelsen for registrenngspakkene boring, hvor det er viktig å overvåke retningen av borehullet mens det blir boret Fig 3 viser en typisk anordning av komponenter i en boreenhet, hvor registrenngspakken er installert i et antatt ikke-magnetisk miljø som fjerner den fra de magnetiske komponenter ovenfor og nedenfor Mens det er mange andre anvendelser og omstendigheter for bruk, er denne anvendelsen ved bonng den som den foreliggende oppfinnelse blir beskrevet i forhold til

Under boring er registrenngspakken installert i en spesiell seksjon av borerøret laget av ikke-magnetisk matenale, og kjent som et ikke-magnetisk vektrør (NMDC) Dette miljøet, nær borkronen, er sterkt utsatt for sjokk og vibrasjon, og for vinning og awmning av røret på grunn av vnmoment i forbindelse med bonng Som er vel kjent, er det målte asimut uheldig påvirket av magnetiske materialer i nærheten av måleinstrumentet Eksempler på dette er stålet i borestrengen, vektrør, stabilisatorer, motorer, turbiner og andre magnetiske materialer (permanente og magnetisk permeable)

Andre kilder for magnetiske forstyrrelser kan komme fra permanent magnetiserte punkter på det antatt ikke-magnetiske borerør, magnetiserte og/eller magnetisk permeable materialer i borefluidet eller formasjonen, og tråder som fører elektriske strømmer inne i registreringsanordnmgen Magnetisk permeable materialer omfatter forvrengninger i jordens felt Jordens felt er selv for daglig vanasjoner og magnetiske stormer, og er ofte unøyaktig kjent på borestedet

Det er ikke økonomisk å bruke ikke-magnetiske matenaler i hele boreenheten, slik at hovedkildene for magnetiske forstyrrelser alltid vil være til stede NMDC forblir kostbar, og er et mekanisk svakt matenale sammenliknet med det normalt brukte stål, så det er ønkelig å redusere dets lengde, som i sin tur gjør det nødvendig å korrigere registrenngen for økte mengder av magnetiske forstyrrelser

Det er derfor en viktig oppgave å korrigere registrer-ingsmålingene for alle disse uheldige virkninger for å gi en regtstrenng med stor nøyaktighet

Det er mange patenter i området registrermgskorreksjon, og mange av disse inneholder tilbakeblikk på tidligere teknikker og generelle aspekter ved boremiljøet Denne tidligere teknikk frembringer fremgangsmåter for å korrigere registreringer, spesielt asimutvmkefen, langs linjene av en eller flere av de følgende tilnærminger

Når en tilstrekkelig lengde av ikke-magnetisk vektrør (NMDC) blir brukt, kommer de viktigste forstyrrelser av magnetiske materialer, hovedsakelig i en avstand og på aksen (dvs langs retningen av borerøret) Flere tidligere patenter, så som US 4 819 336 og US 4 999 920, beskriver korreksjon basert på den antakelse at forstyrrelsene bare er aksielle, d v s de anser bare de aksielle magnetometer-avlesninger for å være påvirket De ignorerer denne avlesning, og bruker de umodifi-serte tverraksielle (transversale) avlesninger i forbindelse med den tidligere kunnskap om jordens magnetiske feltstyrke og/eller fall

Noen forbedringer i denne teknikken vurderer den tverr-aksielle komponent av forstyrrelser, men ignorerer fremdeles den aksielle komponent Eksempler på denne type omfatter US 4 510 696 og EP 0 387 991 De frembringer en enkelt fast tverraksiell korreksjon, og de korrigerte tverraksielle avlesninger brukes i forbindelse med en tidligere kunnskap om jordens magnetiske feltstyrke og/eller fall

EP 0 384 537 beskriver hvordan man oppnår korrigerte grunnleggende akselerometer- og manometer-målmger fra et registreringsnivå ved bruk av begrensninger for å justere disse verdiene til å møte tidligere jordmagnetfelt og falldata og en tidligere størrelse av jordens gravitasjonsvektor Disse korrigerte målingene blir så prosessert i et separat tnnn ved bruk av standard formler for å oppnå asimut osv

I denne fremgangsmåten er det ingen spesiell beregning av permanente magnetiske forspenninger, og intet middel for å sikre at de korreksjonene man oppnår er i samsvar med noen gitt fysisk modell av interferenskilder

WO 94/16196 beskriver hvordan man beregneren permanent magnetisk interferens-korreksjon for alle tre komponenter av det målte magnetfelt ved bruk av registreringer fra to eller tre dybdenivåer og tidligere data og jordens felt Formulerin-gen balanserer et likt antall målinger med ukjente En dertil egnet fremgangsmåte brukes til å sjekke samsvar mellom resultatene, etter at sinus og cosinus for asimut først er beregnet som uavhengig variable istedenfor forskjellige funksjoner av en vanabel

US 92/01804 beskriver hvordan man kan kombinere utgangen av flere fremgangsmåter, noen av dem patentert i seg selv, på en slik måte at man kan gi en asimut som man mener er et godt estimat De individuelle fremgangsmåter eliminerer den aksielle magnetometeravlesning, og er forskjellig idet den anses bedre ved forskjellige orienteringer i forhold til magnetisk nord og inklinasjonen fra vertikal retningen

Det er et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte for å forbedre nøyaktigheten av awiksregistrennger og deres feilkilder, deriblant permanente, induserte og elektriske magnetiske fostyrrelser, ved bruk av en eller flere registreringsmåiinger for å utlede et konsekvent estimat og parametre for feilmodellen Et videre mål for den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en kvafitets-siknngsbedømmelse av de anslåtte parametere

Et videre mål for den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en kvalitetssiknngs-bedømmelse av de anslåtte parametere

Enda et mål for oppfinnelsen er å redusere antallet av nødvendige tidligere parametere, totalt magnetfelt og magnetisk fall, når tilstrekkelige registrenngsdata er tilgjengelige

Et annet mål for oppfinnelsen er å bruke begrensninger på parametrene som ikke gir ut skjevt svar når begrensningene ikke er begrensende faktorer, og for å

tillate kombinenng av registrenngsdata fra flere turer i hullet for å forbedre nøyaktigheten

ifølge den foreliggende oppfinnelse er det anordnet en fremgangsmåte for å beregne retningen av et borehull, bestående av trinn med å ta målinger av gravitasjon og magnetfelt, for dermed å frembringe en anslått vektor for jordens gravi-tasjonsfelt og magnetfelt ved målepunktet, og

å forutsi magnetfeltvektoren, basert på et flertall forutsette magnetfeltkomponenter, ment til å bli tilnærmet liknende for å tilsvare virkelige komponenter i magnetfeltet, hvor summen av de virkelige komponenter blir tilnærmet lik det totale magnetfelt,

å anslå gravitasjonsfeltvektoren på basis av målinger tatt og forutsigelse av gravitasjonsfeltet generert ved en matematisk modell,

å beregne et mål for forskjellen mellom de målte og forutsette magnet- og gravitasjonsfeltvektorer,

å minimalisere de nevnte forskjellsmålinger ved å oppdatere de modeller som de forutsette komponenter er basert på, for å generere nye forutsigelser,

å oppdatere retningen og de anslåtte parametere for borehullet for bruk med

et senere sett av målinger

Denne fremgangsmåten frembnnger fordeler som overvinner de forskjellige - svakheter ved tidligere teknikk Teknikken har sin hovedanvendelse i registrenngspakker som føres med et borerør, men kan brukes i mange andre situasjoner, så som en registrenngspakke som brukes under vaierlogging

En spesiell utførelse av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives gjennom eksempler, og under henvisning til tegningene, hvor

Fig 1 illustrerer koordinatsystemer som brukes under boring,

Fig 2 viser avlesninger tatt med forskjellige teknikker for avvik av et borerør,

Fig 3 viser en typisk borehodeanordmng,

Fig 4 illustrerer virkningen av de forskjellige magnetkilder i boremiljø,

Fig 5 viser utlegget av borerøret,

Fig 6 illustrerer fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

Fig 7 er en graf som viser hvordan den beregnede magnetfeltstyrke sammenliknes med referanseverdien, Fig 8 er en graf som viser hvordan det beregnede magnetfeltfall sammenliknes med referanseverdien, Fig 9 er en graf som viser et eksempel på den permanente magnetisme beregnet ved den foreliggende oppfinnelse, Fig 10a er en graf som viser et eksempel på den induserte magnetfeltstyrke anslått ved den foreliggende oppfinnelse, Fig 10b er en graf som viser et eksempel på indusert magnetfelt-retning anslått ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

Fig 11 er en graf som illustrerer overlappende løp, og

Fig 12a og 12b er polare grafer som viser indusert magnetisme-inklinasjon og retning mot rotasjon Magnetiske registrenngspakker omfatter generelt et triaksialt akselerometer og et triaksialt magnetometer Akselerometeret måler tre uavhengige komponenter av jordens gravitasjonsvektor G pluss forstyrrelser, og magnetometrene måler tre uavhengige komponenter av jordens magnetfelt H pluss forstyrrelser Det er således seks uavhengige avlesninger til enhver tid, og hvert slikt sett av avlesninger er generelt kalt en "registrenng" Fig 1 viser anordning og betegnelse for en registrer-ingspakke De lokale akser x, y, z danner et høyrehånds koordinatsystem hvor z-aksen peker i boreretningen, og x-aksen er innrettet med borerøret til en posisjon for røret som er kjent som verktøyoverflaten Akselerometer- og magnetometer- aksene er innrettet langs x-y og z Sensorene er kalibrert til å frembringe en positiv avlesning når komponenten for gravitasjon eller magnetfelt måler punkter langs tilsvarende akse - Akselerometrene produserer en vektor av avlesninger gmil - (gx ,gy, gz) og magnetometrene produserer en vektor av fluksavlesninger b<mAI->(bXl by, bz) I fravær av feilkilder ville disse måle henholdsvis G og B For en person som står på jorden, er det et høyrehånds verdenskoordinatsystem X, Y, Z, hvor Z peker ned i jorden og er innrettet med gravitasjonsvektoren og X peker mot magnetisk nord Jordens magnetiske fluks i fravær av forstyrrelsesmatenale er gitt i disse koordinatene uttrykt med størrelsen B og fallvinkelen MDip,

(hvor B=u0H og H er jordens magnetfeltstyrke) Som kjent er det ofte vanskelig å vite den nøyaktig retning av magnetisk nord og dens forhold til det sanne nord Dette betyr at hullets asimut er utsatt for en usikkerhet uansett hvilket middel som brukes til å korrigere for feil i borehullet, og dette må tas i betraktning som en separat faktor På liknende måte kan x-aksens innretning være til et ripet merke på borerøret, hvis rotasjonen i forhold til verktøyoverflaten er fast, men målt separat

I praktiske registrenngspakker er det mulig at sensor-aksene ikke er nøyaktig ortogonale eller kalibrert til å lese positivt som nevnt ovenfor Ved kalibrering er det mulig å utlede en matrise av koeffisienter som når de anvendes på avlesningene omformer dem til ekvivalente ortogonale avlesninger Borerøret kan ha en liten nedhengmng eller tilsiktet bøy, slik at z-aksen for pakken ikke er nøyaktig innrettet med hullets akse

Disse detaljene er uviktige for den foreliggende oppfinnelse, og påvirker ikke dens omfang eller brukbarhet De er nevnt for å gi en ide om de ytterligere faktorer som må tas i betraktning når man realiserer en nøyaktig registrering For den matematiske analysen nedenfor, skal vi anta at x- og X- aksene hver er innrettet som først nevnt ovenfor og at sensoraksene er virkelig ortogonale selv om den kjente teknikken er mer generelt anvendelig

I tillegg er det enkelte ganger tilfelle at en eller flere av målekanalene feiler, og i det tilfelle er det ønskelig å fremdeles være i stand til å utlede registrenngs-vinkler Det vil fremgå nedenfor at dette er mulig i den foreliggende oppfinnelse ved ganske enkelt å utelate de tilsvarende målelikninger Korrekt bruk av oppfinnelsen vtl da frembringe indikasjoner om hvorvidt de resterende målinger har gitt tilstrekkelig data til å utlede registrenngsvinklene, og indikasjon av den resulterende nøyaktighet Derfor vil det ikke være nødvendig å vurdere behandlingen av feilede kanaler videre

i denne beskrivelsen

Det primære mål for en awiksregistrering er å beregne hullets asimut Azi, hullets inklinasjon Inc og verktøyoverflatens rotasjon Rot fra den høye siden av hullet I fravær av målefeil, er disse vinklene gitt ved de velkjente formlene

hvor atan2p(y,x) er en funksjon definert til å returnere en vinkel i området 0 til 360 grader, hvor vinkelen er for en vektor (x,y) målt mot klokkeretningen fra x-aksen til y-aksen Det vil være beleilig å referere jordens magnetiske fluks B og gravitasjonen G til registrenngspakkens koordinatsystem Ved bruk av den velkjente rotasjonsmatnse følger det at disse vektorene har lokale komponenter og

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er å sammenlikne registrenngspakkens målinger med de som er forutsett ved en modell som tar i betraktning kjente typer av forstyrrelser, og å justere parametrene i modellen på en slik måte at man reduserer de resterende forskjeller til et minimum Som en første indikasjon, vil små rester vise at modellen med antatte parametere faktisk har passet godt med målingene Som en annen indikasjon, følsomheten av restene for små endringer i de tenkte parametere indikerer hvorvidt dataene og modellen er tilpassset, d v s at resultatene er pålitelige

Fig 2 frembnnger et eksempel på asimut som er korrigert ved bruk av fremgangsmåten som beskrevet her, sammenliknet med ukorrigert asimut og to forskjellige typer av gyroregistrennger over lange seksjoner av hull (1 400 meter) Hullets inklinasjon var 40-50 grader Gyroer har tidlig vært ansett å være av stor nøyaktighet, men det er nå forstått i teknikken at de er meget utsatt for feil i horisontal referanse og feihnnretning, for underjordisk bruk Den adskillelse man ser mellom gyrokurvene er typisk, og likeledes deres korrekte følging av endringer i hullets asimut

Registrenngspakke-korreksjonsmetoden som beskrevet her har både

korrigert den klart feilaktige ukorrekte asimut, men like viktig, den følger detaljene av endringer i hullets retning (Gyroene ble kjørt i hullet etter magnetometrene og etter rengjøring av rømming som glattet ut hullenes retningsendnnger) Denne følging av detaljer er ikke mulig når bare aksiell eller enkel tverrakstell permanent magnetisk interferens tas i betraktning, som i tidligere teknikk

Fremgangsmåten som beskrevet her kan ses å være i stand til å bevirke en verdifull forbedring i nøyaktighet, til det nivå hvor gyro og korrigerte registrennger må undersøkes like grundig for å finne grunnen for deres forskjeller

Flere parametere er nødvendige for en realistisk modell, og det er vanligvis nødvendig å bruke målinger utført ved flere registrenngsnivåer for å sikre mer data enn ukjente parametere

Det er mange mekanismer for de forstyrrelser som kan påvirke magnetometer- og akselerometeravlesninger sammen eller uavhengig Det er et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en systematisk anordning for å inkludere modeller av slike forstyrrelsesmekanismer når de finnes viktige, og derfor - skal de eksempler som er beskrevet nedenfor, tas som illustrerende og viktige, men ikke utelukkende, og de begrenser ikke oppfinnelsens omfang

Man vil også forstå at en kombinasjon av mekanismer kan ligge t de numeriske beregninger av de totale forstyrrelser i et dataprogram for å hindre deres separate evaluering, men som en kombinert modell er ment å falle innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse

Forstyrrelsesmodellen som beskrevet her skal nå beskrives separat for magnetometrene og akselerometrene

De typer av magnetometer-forstyrrelser som skal modelleres, er de som kommer av permanent magnetisme, indusert magnetisme og elektriske strømmer I tillegg er jordens magnetfelt og den magnetiske fallvinkel utsatt for lokale forskjeller fra publiserte tabeller, og solstormer og regelmessige variasjoner, som er velkjent, det er derfor ønskelig å være istand til å behandle disse feltene i seg selv som parametere som skal bestemmes, for eksempel ikke å bruke mistenkelige tidligere verdier av magnetisk fallvinkel og totalt magnetfelt, skjønt ingen spesiell modell for deres opprinnelse eller vanasjon er nødvendig

Summer av jordens egentlige magnetfelt og disse forstyrrelsene er den forutsagte verdi for den målte vektor, og kan uttrykkes i det lokale koordinatsystem som følger

hvor de foretrukne fonner for leddene og deres parametere skal beskrives nedenfor

Dette vektoruttrykk forutsier de tre komponentene av feltet som virkelig blir målt av registrenngspakken Fig 4 illustrerer vektorsammensetmngen av de modellerte ledd, skjønt man vil forstå at de relative størrelser og retninger av leddene kan vanere meget

Det første ledd på høyre side er jordens magnetfelt, som avhenger av de fem parametrene B, MDip, Azi, Inc, Rot, B og MDip Det andre ledd representerer nettovektoren på grunn av permanent magnetisme, og er uavhengig av hullets retning og jordens felt Det tredje ledd er en tilnærming til virkningen av indusert magnetisme Siden dette er på grunn av jordens magnetfelt, varierer det med hullets retning og verktøyets rotasjonsendnnger mellom registrennger Det siste leddet er - virkningen av elektriske strømmer

Den forutsagte måling avhenger derfor av mange parametere, samlet som en liste av argumenter på venstre side av uttrykket I den tidligere teknikk har bare den permanente magnetiske interferens vært spesielt vurdert Når de andre leddene er viktige, kan man se at å ignorere dem vil forårsake feilaktige estimater for permanent magnetisme

Det vil være klart at det er mange flere parametere i modellen enn de tre komponentene av en registrenngsmåling I den foreliggende oppfinnelse er dette fortrinnsvis håndtert ved å kombinere målinger fra flere registreringer, i hvilke man innser at de fleste parametrene er i det vesentlige de samme for hver registrering Azi og Inc kan endre seg langsomt, men bare Rot er forventet å være effektivt tilfeldig mellom registreringer

Skjønt hver registrering øker med seks målinger, blir antallet parametere typisk øket med bare en til tre Det vil fremgå at hvis ingen av vinklene Azi, Inc eller Rot endrer seg målbart mellom registrennger, blir ingen ny informasjon (i motsetning til støy) lagt til, og de parameterverdier som er anslått kan være upålitelige Et videre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er at det er en anordning for å bedømme stabiliteten av de anslåtte parameterverdier, istedenfor et ad hoc-sett av regler for minimale endringer i vinklene som er nødvendige for å anvende fremgangsmåten

Det vil være klart i denne formasjonen at jordfeltets størrelser B og MDip anses som parametere som skal finnes, gitt tilstrekkelige målinger, det vil si oppfinnelsen når den anvendes i sin helhet, krever ikke tidligere informasjon, i motsetning til tidligere teknikk

PERMANENT MAGNETISME

Den mest velkjente kilde for forstyrrelse er på grunn av permanent magnetisme i nærliggende magnetiske matenaler så som det magnetiske stål i de tunge vektrør og stabilisatorer (se fig 3) Det er imidlertid mulig for de såkalte ikke-magnetiske vektrør (NMDC) som ligger rundt registrenngspakken å lide under punkter av permanent magnetisme på grunn av feilaktig metallurgi og/eller spenning-utløsningseffekt Alle disse magnetiske polene resulterer i et forstyrrende magnetfluks ved magnetometeret Dette er i det vesentlige konstant under etterfølgende registrennger, og er generelt bare forventet å endre seg vesentlig når bunnhullenheten skiftes ut mellom turer i hullet eller når det er et større mekanisk sjokk i hullet

Boreslam kan også innholde magnetiserte partikler som stadig sirkulerer gjennom og rundt borerøret Disse partiklene kan vise en affinitet for borerøret, og bygge opp et belegg Den kombinerte effekt over etterfølgende registreringer er en i det vesentlige konstant magnetisenng

Siden alle disse kilder for interferensfluks kommer fra boreenheten eller er konstant rundt den, og er uavhengig av jordens felt, kan de modelleres som en enkelt vektor m som produserer en fluksforskyvning ved magnetometeret

INDUSERT MAGNETISME

Magnetisk permeable matenaler forvrenger også jordens felt direkte ved indusert magnetisme Mengden av forvrengning sett ved magnetometeret avhenger av størrelse, form, orientering, relativ posisjon og permeabilitet for disse materialene

Et videre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er at slik indusert magnetisk forvrengning blir modellert Det ville være mulig å produsere en komplett modell som tar i betraktning detaljene av bunnhullenheten i vilkårlig detalj, for hvilket betydelig datamaskm-modellenng ville være nødvendig I praksis er det generelt tilstrekkelig å bruke tilnærmingsmodeller med eksplisitte formler

Som et eksempel, kan magnetfelt indusert i en permeabel ellipsoide bli uttrykt som Legendre funksjoner Prolate ellipsoider nærmer seg den sylindriske form av de høyt permeable (magnetiske) vektrør ovenfor og nedenfor magnetometeret

Som et videre eksempel, de såkalte ikke-magnetiske vektrør i hvilke registrenngspakken er plassert kan faktisk være svakt permeable, det kan også selve pakkebeholderen, og det sirkulerende slam kan inneholde permeable materialer som illustrert på figur 5 Virkningen av disse er delvis å skjenne registrenngspakken fra jordens felt, som man kan merke i et verksted ved forskjellen i avlesninger sett mellom registrer-ingspakkehuset og ikke-huset i såkalte ikke-magnetiske vektrør

Den relative påvirkning av induksjon rundt registrer-ingspakken og fra et fjernt men høyt permeabelt matenale avhenger av den spesielle konstruksjon av en bunn-hullenhet For eksempel er det ønskelig å redusere lengden av ikke-magnetisk vektrør, siden det er kostbart, forholdsvis svakt i mekanisk styrke og øker avstanden mellom registrenngspakken og borkronen Ved å redusere lengden blir "endeeffekten" av permeable materialer øket, mens med lange ikke-magnetiske vektrør blir endeeffektene svake

De foretrukne formler for induksjonseffekt avhenger av flere parametere, en - effektiv skalafaktor Kp for induksjon nær pakken, og en effektiv skalafaktor Ks og effektiv retningsvektor v5 for endeeffekt induksjon

Dette induserte uttrykk er eksplisitt avhengig gjennom be av B, MDip, Azi, Inc

og Rot

En generell induksjonskorreksjon vil omfatte en 3 x 3 matrise av koeffisienter som multipliserer jordens felt Dette er imidlertid unødvendig i praksis, og innfører mange parametere som må finnes Det ovenstående foretrukne uttrykk passer vel til forholdene med færre parametere Jordfeltet som krysser registrenngspakken blir til den første tilnærming bare modifisert i sine transversale komponenter, og om man antar at registrenngspakkens umiddelbare omgivelser er aksesymmetnske, vil disse transversale komponenter bli modifisert på samme måte Dette er reflektert t den første term i det ovenstående uttrykk hvor Kp er en enkelt skalaparameter Den andre del av uttrykket representerer forvrengning på grunn av et fjernt permeabelt objekt som ligger i en retning Vs, med en skalefaktor Kp Generelt resulterer det i en korreksjon langs hver akse, som hver avhenger av alle feltkomponentene i be Hvis, som ofte er tilfelle, vs finnes å være aksiell, er det ingen blanding av feltkomponentene I dette tilfelle kan hele korreksjonen best forstås ved å skrive den i formen

som klart viser en indusert differensial korreksjon av det aksielle og tverraksielle felt

Verdier av magnetfeltets inklinasjon og asimut mot borekronens rotasjon ved forskjellige punkter i et borehull er vist i grafene på fig 12a og 12b Disse grafene viser at det induserte magnetfelt avhenger i stor del av rotasjon av vektrøret, og funksjonen er ganske glatt

Verdien av å inkludere induksjon i modellen kan best forstås ved å realisere - at den modellerer skjermingseffekten av permeable matenaler, det vil si en effektiv endring i jordens magnetfelt Ved bruk av tidligere verdier av jordfeltet som i en del av den tidligere teknikk, uten å ta i betraktning skjerming, vil effektivt forårsake feil i registrenngsberegningene De fremgangsmåtene som avhenger av disse tidligere verdier for å beregne registrermgsvinkler, eller å bruke dem til å korrigere for permanent magnetisme alene, kan ikke tilsvare alle fordelene med den foreliggende oppfinnelse

ELEKTROMAGNETISK FELT

Registrenngspakker er forbundet med elektroniske systemer som krever elektrisk kraft, og dermed ledninger, generatorer og andre komponenter som fører elektriske strømmer Den netto konstante eller langsomt varierende strøm i en hvilken som helst del av systemet vil generere et magnetisk felt som kan være detekterbart med magnetometeret Den modellerte forstyrrelse fra en slik del av systemet er produktet av en retningsvektor vc skalert ved Kc og strømmen I, og for hele systemet er summen av slike deler

Størrelsene vc og Kc kan bestemmes ved et eksperiment ved å anvende strømmene etter tur, det er viktig å bemerke at vc ikke er retningen til den del av systemet som fører strømmen, men den vektor som besknver det resulterende magnetfelt ved magnetometeret Man kan se at i modellen kan strømmene enten behandles som parametere eller måles og behandles som tidligere kjente verdier

GRAVITASJONSMODELL

På grunn av sjokk, vibrasjon og sentripetalkrefter, blir registreringer normalt tatt mens boringen er midlertidig stoppet

Ikke desto mindre, når borerøret blir stasjonært ved overflaten, kan det opplagrede vrimoment i borerøret bli utløst ved registrenngsdybden under registreringen, i tillegg til endringer i moment forårsaket ved reaksjon fra boreenheten når boreslam sirkulerer

Det er derfor et mål for den foreliggende oppfinnelse å tillate en modell for akselerometer-forstyrrelser En slik modell er for en liten, men konstant mengde av omdreininger og av longitudinal forskyvning Da vil x- og y-akselerometrene hver se sentripetalkomponenter av akselerasjonen, og z-akse- akselerometeret vil se en forskyvning Istedenfor et enkelt tidsgjennomsnitt, kan de individuelle tids-samplede-måhnger bli behandlet som en separat registrenng med parametere for mengden av omdreining og longitudinal bevegelse De viktigste fordeler med en slik modell kan imidlertid oppnås uavhengig av magnetfeltmodellen, det vil si forbedringer i akselerometer- avlesningene kan oppnås med midler som er uavhengige av den foreliggende oppfinnelse eller ved midler som er beskrevet i den foreliggende oppfinnelse hvor uttrykk som angår magnetometeret er strøket ut

Følgelig, for det formål å beskrive den foreliggende oppfinnelse, er det tilstrekkelig å ha den enklest mulige modell, nemlig

I beskrivelsen av anordningen for å anslå parametrene som gitt nedenfor, vil man se at akselerometer-avlesningene er helt integrert med magnetometer-avlesningene, skjønt ingen spesielle kilder for akselerometer-forstyrrelser er tatt i betraktning av modellen Det vil fremgå at i situasjoner hvor akselerometer-forstyrrelser, andre enn støy eller usikkerhet i G er viktig, og hvor de skal behandles som et separat problem, kan man ved å inkludere dem i det ovenstående uttrykk, anvende fremgangsmåtene ifølge det foreliggende patent, og det er ment at omfanget av det foreliggende patent skulle omfatte slike utvidelser

REGISTRERINGSKORREKSJON

Når det er det samme antall parametere som skal bestemmes som det er målinger, er det mulig å løse problemet med parameteranslag ved å kreve at de forutsagte målinger skal være lik de virkelige målinger De resulterende, ikke-lineære samtidige likninger kan løses på hvilket som helst av et antall måter som er kjent i teknikken for numerisk algebra

Dessverre er det ofte tilfelle med virkelige (ikke perfekt utførte) målinger at store variasjoner i de eksakt bestemte løsninger kan bli et resultat av små endnnger i målingene For eksempel i tidligere teknikk, er B og MDip enkelte ganger gitt som tidligere kjente verdier, for å redusere antallet ukjente Når disse verdier har bare små feil, kan den resulterende løsning for Azi ha betydelige feil Dette er spesielt tilfelle når hullets retning er nær horisontalen langs øst-vest aksen, mens når man borer nord-syd, vil feilen sannsynligvis være liten

I den foreliggende oppfinnelse er en minimalisenngsmetode foretrukket, i hvilken parametrene er valgt til å minimalisere forskjellen mellom de virkelige målinger og de forutsagte målinger Metoden for måling av denne forskjellen er fortrinnsvis metoden med summen av kvadrater av forskjellene mellom hver måling og den forutsagte verdi Forskjellene blir individuelt skalert for å gjøre dem sammenliknbare med hverandre

Anslagsproblemet blir da å finne de parametere som minimaliserer

Her løper indeksen j over n forskjellige registreringer som brukt i målingene, og indeksen løper over de tre måleakser Med kjente nivåer av mstrumentstøy er det rimelig å bruke standard avvik for støy for magnetometer- og akselerometer-skalafaktorer, henholdsvis ob og o<9> I fravær av troverdige støystatistikker, er det tilfredsstillende å bruke tilnærmede verdier av B og G, i hvilke tilfelle kvadratroten av Fit er rot-middelkvadrat av normalisert Fit, hvor

Fit<0,5> = 0,0005 som indikerer et avvik mellom målte forutsagte data på omkring 0,05% av de totale feltverdier

Fig 6 illustrerer forholdet av delene i dette uttrykket, parametrene og registrenngsdataene Den viser hvordan registrenngsmålingene er sammenliknet med de forutsagte felter, forskjellene blir kvadrert og summert for å beregne Fit, som så føres til minimalisereren Sistnevnte utfører et gjentakende estimat av parametrene, beregner de forventede felter i fravær av forstyrrelser, og bruker disse med de resterende parametere til å oppdatere de forutsagte felter Gjentakelsene stopper når Fit bedømmes som god Mens det er foretrukket å arbeide i lokale koordinater, er det ingenting i fremgangs-

måten som krever dette valg, hvilket kunne være en blanding av koordinatsystemer anvendt konsekvent Dessuten kan illustrasjonen av kildene for interferens forfines på mange måter som beskrevet tidligere, uten å påvirke minimaliseringsprosessen

Det er flere fremgangsmåter som er velkjent i teknikken for numerisk optimalisenng som kan brukes til å løse dette minimalisermgsproblem, så som Leverberg-Marquardy-tekmkken, og den valgte fremgangsmåte er ikke viktig for denne oppfinnelsen

Det er også andre målinger av Fit som kunne brukes, som ikke påvirker naturen av den foreliggende oppfinnelse Det kunne for eksempel være fordelaktig å bruke de absolutte verdier for forskjellene istedenfor kvadratene av forskjellene i det ovenstående uttrykk, siden dette legger mindre vekt på inkonsekvente data I slike tilfeller er generell numensk minimalisenng nødvendig, siden de minste kvadraters struktur er tapt

Det er velkjent i teknikken for numensk minimalisenng at det normalt ikke er noen garanti for at det absolutte minimum - den beste tilpasning - vil bli funnet Det er mulig at for flere valg av parametere, små verdier i deres verdier alltid vil øke Fit-verdien og gi forskjellige minima For å hjelpe med å sikre at valget av parametere som vurderes alltid er rimelig, vil den foretrukne implementering av minimaliser-ingsrutinen benytte den teknikk som er kjent i teknikken for numensk minimalisenng som styringer Disse styringene går rundt områder av parameterverdier som minimaliseringen vil vurdere

I den foreliggende oppfinnelse omfatter stynngen at det er nødvendig

a) at Kp og Ks er positive, og at de er mindre enn empmsk bestemte grenseverdier,

b) at vs må være nær aksial,

c) at suksessive verdier av Azi og Inc ikke varierer mer enn det som er i

samsvar med boreenhetens emner,

d) B, G, og MDip må være nær deres tilnærmede tidligere kjente verdier, hvis de er tilgjengelige

Når en Fit-verdi er funnet hvor noen av parametrene B, G eller MDip er funnet å være styrt, er dette en indikasjon på at det har vært en feil i registrenngspakken, eller at det har oppstått en større endring, så som en magnetisk storm

Det er viktig å bemerke at uansett om G, B, eller MDip er gitt tidligere kjente verdier eller beregnet i minimaliseringen, vil de forutsagte felter implisitt inkludere et konsekvent forhold til dem, og det er ikke noe behov for å utøve ytterligere styring i den sammenheng For eksempel, i den ovennevnte enkle modell for gravitasjon, vil det forutsagte felt alltid ha mengden G

KVALITETSSIKRING

Når datakvaliteten er dårlig er det imidlertid mulig for et område av parametere å gi liknende nivåer av Fit For å detektere dette tilfelle beregner den foreliggende oppfinnelse den endring i Rot-middel-kvadrat Fit som er et resultat av små endringer i hver parameter

En stor endring i Fit indikerer at parameteren er godt oppløst, mens en liten endring i Fit indikerer at valget av parameter er for eksempel en av de induserte magnetisme-koeffisienter, indikerer dette bare at indusert magnetisme er uviktig for den gitte registrenng På den annen side, hvis vedkommende parameter er en av størrelsene Azi, Inc, Rot, B, MDip eller G, er dataene utilstrekkelig til å gi pålitelige registrenngsresultater

Det er en ekspenmentsak med typiske registreringer for å bedømme hvilken verdi Fit kan anses som god, og hvilke endringer i Fit for en gitt parameterendring er akseptabel

MULTIPPELREGISTRERINGER

Bruken av multippelregistrennger skal nå beskrives Tilstrekkelige registrennger må brukes for å gi mer data enn ukjente hvis en korreksjon av god kvalitet skal oppnås I motsatt fall, hvis for mange registrennger blir brukt, kan antakelsen om konstante parametere være ugyldig Det foretrukne antall registreringer er fem, men hvor mer enn en kilde for forvrengning finnes å være stor, bør antallet registrennger økes til syv eller ni Kvahtetssiknngsprosedyren som nevnt ovenfor indikerer når antallet registrennger må økes

Hvis det imidlertid er store endringer i parametrene, som fra en tilsynelatende endring i tilsynelatende magnetisme, eller en stor variasjon i jordens magnetfelt, eller ved begynnelsestnnnet for bonng, kan det være umulig å bruke så mange nivåer som ønsket I dette tilfelle må antallet parametere som skal finnes bli redusert, muligens ved bruk av en enklere versjon av den induserte modell, eller ved å innføre tidligere kjente verdier for noen av parametrene, og å velge å ikke bruke dem i minimalisenngsprosessen

Under boring kan den korrigerte hullretmng ved siste registrenngsdybde, for eksempel K, nødvendigvis bare kombineres med grunnere registrennger K-1, K-2 osv Når imidlertid den neste registrering K+1 tas, kan hullretmngen ved K revurderes ved bruk av dataene K+1, K, K-1 Denne foretrukne fremgangsmåte har den fordel at den tar i betraktning den senere tilstand av registreringssystemet, og hjelper til å bekrefte at det ikke har skjedd noe galt Generelt er det ønskelig å beregne en korrigert hullretmng ved bruk av omliggende registrennger I det uttrykk for Fit som gitt ovenfor, bør fortrinnsvis bare den parameter som tilsvarer den sentrale registrering bli brukt

Under normale boreoperasjoner blir bunnhullenheten utskiftet ofte, før man utvider hullet videre på en separat kjøring Registrennger blir således gjort ved liknende dybder, men med forskjellige bunnhullenheter, og derfor forskjellige modellparametere Når registreringer fra hver kjøring er korrigert tilfredsstillende ved hjelp av oppfinnelsen som forklart hittil, eller eventuelt på andre måter, er det mulig å oppnå en ytterligere men utglattet forbedring i hullets retmngsestimat Det er et videre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse at registreringer fra separate kjøringer kan kombineres tit en minimalisering, hvor bare de parametere som kan nmelig anses konstante mellom turer er de samme i de forutsatte felter for to kjøringer For eksempel, Azi og Inc vil bli gjort det samme, og ofte G, B og MDip

ILLUSTRERENDE RESULTATER

Fig 7-11 illustrerer forskjellige aspekter ved oppfinnelsen, oppnådd ved bruk av virkelige registrenngsdata over en kontinuerlig boret seksjon på 1 400 meter På fig 7 og 8 er de anslåtte verdier av B og MDip sammenliknet med tidligere kjente referansedata oppnådd fra den velkjente IGRF modell Forskjellene er mindre enn den forventede lokale variasjon for vedkommende geografiske område, og er i det vesentlige konstante over hele boreseksjonen Fig 9 viser tre komponenter av permanent magnetisk fluks, viser først den større aksielle komponent, og deretter at de tverraksielle komponenter ikke kan neglisjeres Fig 10a viser vinkelen ut av aksen for vektoren vs og Ks i korreksjonen for endeeffektindusert magnetisme, hvilket som ventet er liten Alle de magnetiske parametere for boreenheten er i det vesentlige konstante som forventet i formulenngen av oppfinnelsen Fig 10b viser hvordan asimut for den induserte magnetisme vanerer med dybden, hvilket som ventet er rimelig konstant, siden de magnetiske parametere for boreenheten er i det vesentlige konstant som forventet Fig 11 viser resultatet av to kjøringer med forskjellige boreenheter, korngert separat over en overlappende seksjon av hull Mens de korrigerte asimutverdier er meget like, er permanent magnetisme og ukorngerte asimutverdier markert forskjellige Fig 12a viser hvordan inklinasjonen av indusert magnetisme vanerer med rotasjonen av boreenheten, og fig 12b viser hvordan den induserte magnetismes retning varierer med rotasjonen av boreenheten

Claims (7)

1 Fremgangsmåte for å beregne retningen av et borehull, hvilken fremgangsmåte omfatter trinn for å ta målinger av gravitasjons- og magnetfelt, for dermed å frembringe en estimert vektor for jordens gravitasjonsfelt og magnetfelt ved målepunktet, og forutsigelse av magnetfeltvektoren basert på et flertall forutsagte magnetfeltkomponenter, ment for å være hovedsakelig like de tilsvarende virkelige komponenter av magnetfeltet, hvor summen av de virkelige komponenter er hovedsakelig lik det totale magnetfelt, beregning av gravrtasjonsfeltvektoren på basis av de målinger som er tatt og forutsigelse av gravitasjonsfeltet generert ved en matematisk modell, beregning av et mål for forskjellen mellom de målte og forutsagte magnet- og gravitasjonsfeltvektorer, karakterisert ved følgende ytterligere trinn minimalisering av de nevnte forskjellsmål ved å oppdatere de modeller på hvilke de forutsagte komponenter er basert, for dermed å generere nye forutsigelser, og oppdatering av retningen og de beregnede parametre for borehullet for bruk med et senere sett av målinger

2 Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forskjellsmålene som skal minimaliseres, omfatter borehullparametere fra alle målinger som er utført under boreoperasjonen, hvor endnnger av forskjellige matematiske modeller forårsaker forskjellige endringsmønstrer på settene av forutsigelser

3 Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den minimalisenng som brukes til å minimalisere forskjellen mellom forutsagte og virkelige parametere ved borehullmålingene, er basert på en minste kvadraters hypotese

4 Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at en av magnetfeltkomponentene er jordens magnetfelt

5 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en av magnetfeltkomponentene er permanent magnetisme

6 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en av magnetfeltkomponentene er et indusert magnetfelt

7 Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en av magnetfeltkomponentene er generert ved elektrisk strøm