NO322375B1 - Fremgangsmate og anordning for oppmaling av et borehull - Google Patents

Fremgangsmate og anordning for oppmaling av et borehull Download PDF

Info

Publication number
NO322375B1
NO322375B1 NO19983366A NO983366A NO322375B1 NO 322375 B1 NO322375 B1 NO 322375B1 NO 19983366 A NO19983366 A NO 19983366A NO 983366 A NO983366 A NO 983366A NO 322375 B1 NO322375 B1 NO 322375B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
probe
borehole
navigation data
function
sensors
Prior art date
Application number
NO19983366A
Other languages
English (en)
Other versions
NO983366L (no
NO983366D0 (no
Inventor
David P Mcrobbie
John L Weston
Original Assignee
Baroid Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baroid Technology Inc filed Critical Baroid Technology Inc
Publication of NO983366D0 publication Critical patent/NO983366D0/no
Publication of NO983366L publication Critical patent/NO983366L/no
Publication of NO322375B1 publication Critical patent/NO322375B1/no

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/026Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring length of cable, band or the like, which has been paid out, e.g. from a reel
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/04Measuring depth or liquid level
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/26Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring depth
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G01C21/1652Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments with ranging devices, e.g. LIDAR or RADAR

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)

Description

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte ved oppmåling av et borehull som inneholder rørstrengseksjoner, ved bruk av en målesonde. Den gjelder også en anordning for oppmåling av et borehull og som er innrettet for å frembringe navigasjonsdata som er representative for posisjonen av en sonde som beveger seg gjennom et borehull som inneholder rørstrengseksjoner.
De fleste retningsavhengige kartleggingssystemer for borehull som for tiden brukes ved geologiske undersøkelser, gruvedrift og boring av olje- og gassbrønner utleder et borehulls bane eller banekurve ved å bestemme dets helning og asimutvinkler i forhold til en foreskrevet referanse-koordinatramme som ofte bestemmes av den lokale vertikale retning og retningen av en nordlig referanse ved mellomrom langs borehullet. Som et eksempel kan helningen bestemmes ved å utnytte målinger foretatt ved hjelp av akselerometere, mens asimut kan bestemmes ved å utnytte et gyroskop som søker mot nord og er installert i en sonde elter et verktøy som kan senkes ned eller heves i borehullet på enden av en kabel eller ledning. Vinkelinformasjonen settes så sammen med målinger av den distanse som er tilbakelagt langs borehullet, idet denne informasjon utledes ved å måle den lengde av kabelen som forløper inne i hullet. Kabellengden kan sammenholdes med magnetiske markeringer som er kodet inn på kabelens armering med kjente mellomrom langs dens lengde. De målinger av helning, asimut og kabellengde som oppnås på hvert sted blir så behandlet for å oppnå posisjonsestimater i forhold til den valgte referanseramme (typisk f.eks. nord, øst og ned, i en lokal geografisk referanseramme).
Nyere utviklinger har vært rettet mot anvendelse av fullstendige treghetsnavigasjonssystemer montert i en sonde og i stand til å gi "fortløpende" estimater på borehullets posisjon og vinkelorientering i hullet etter som sonden beveger seg gjennom det. Sådanne systemer gjør også bruk av gyroskoper og akselerometere, typisk tre av hver, montert med sine følsomhetsakser innbyrdes rettvinklet på hverandre. Gyroskopene bestemmer sondens vin kei bevegelse og ut fra denne kan dens stilling eller avstand i forhold til referanserammen utledes, mens akselerometrene måler ikke-tyngdekraft-komponentene i sondens akselerasjon. Stillingsinformasjonen som frembringes av gyroskopene brukes til å dekomponere akselerometermålingene i den utpekte referanseramme. De omgjorte akselerasjonsmålinger kompenseres i den hensikt å ta hensyn til jordens tyngdekraft-tiltrekning før de integreres to ganger i forhold til tiden, for å generere estimater på sondens hastighet og posisjon i forhold til referanserammen. Utførelsesformer av treghetsnavigasjonssystemer kan klassifiseres under to hovedtyper, nemlig plattformsystemer og fastmonterte systemer. I systemer av den første type er treghetsfølerene (gyroskoper og akselerometere) montert på en stabilisert plattform som således avkobler følerene fra mulig dreiebevegelse av befordringsmiddelet eller sonden hvor de er installert og tillater gyroskoper med forholdsvis lite dynamisk område å bli benyttet. I fastmonterte utførelser er treghetsfølerene stivt festet (eller festet via støt-dempende koblinger) til befordringsmiddelet, hvilket gjør at gyroskopene utsettes for befordringsmiddelets største dreiningsrater. Derfor fordrer gyroskoper som benyttes i fastmonterte systemer et mye større dynamisk område. Med fastmonterte systemer unngås den mekaniske kompleksitet ved plattformsystemer (den mekaniske, kardanske opphengsstruktur som understøtter en stabil plattform og gjør det mulig å isolere den fra vinkelbevegelser av befordringsmiddelet og tilhørende komponenter - sleperinger, koordinatomformere og dreiemomentmotorer) på bekostning av en betraktelig økning med hensyn til beregnlngskompleksitet.
Skjønt et treghetsnavigasjonssystem (TNS) som er montert ombord, er i stand til å gi estimater på sondens posisjon, hastighet og stilling, som over kort tid er nøyaktige, vil feil i disse estimater drive av eller øke over tid, i hovedsak på grunn av mangler ved treghetsfølerene og systemfeil. Selv om sådanne påvirkninger kan gjøres mindre ved å utnytte mer nøyaktige treghetsfølere, idet det antas at følere av den påkrevde klasse er tilgjengelige, og nøyaktig kalibrering av følerene kan oppnås, blir den straff man pris-messig utsetter seg for, uoverkommelig, særlig for å tilfredsstille de fordringer til nøyaktighet man er ute etter i sammenheng med kartlegging av borehull. En alternativ og vanlig brukt metode for å overvinne sådanne begrensninger går ut på å drive et treghetsnavigasjonssystem i samvirke med en annen navigasjonsføler eller -system som ideelt sett har ytelseskarakteristikker som er komplementære med dem for treghetsnavigasjonssystemet, dvs. en føler med god langtidsstabilitet, men som kanskje er i stand til bare å gi intermitterende kartleggingsoppdateringer. For systemer som arbeider på eller over jordens overflate kan for eksempel forbedret navigasjonsnøyaktighet oppnås ved bruk av et posisjonsfastsettende navigasjonshjelpemiddel, slik som ved GPS-satelittoppdateringer, for således å gjøre det mulig å begrense avdriftsfeilene i treghetsnavigasjonssystemet.
Denne løsning utgjør vanligvis et mindre kostbart alternativ enn å bruke et ikke bistått treghetsnavigasjonssystem, men med treghetsfølere av en høyere klasse, skjønt en veloverveid kombinasjon av de to informasjonskilder vanligvis gjør at de resulterende navigasjonsdata blir mer nøyaktige enn dem som frembringes av det ene eller annet deltagende system når det arbeider alene. De to navigasjonsinformasjonskilder settes sammen ved å utnytte en filtreringsprosess, idet filteret er basert på en statistisk feilmodell for treghetsnavigasjonssystemet og i visse anvendelser, også på en modell av navigasjonshjelpemiddelet Den måte som de forskjellige feilkilder sprer seg ut på innenfor et treghetsnavigasjonssystem, er velkjent, og dette tillater innlemmelse i filteret av en representativ dynamisk modell av treghetsnavigasjonssystemets feilutbredelses-prosesser. Det legges vanligvis inn en prosess i form av en lukket sløyfe som har som formål å gjøre forskjellen mellom treghetsnavigasjonssystemets og hjelpemiddelets målinger så liten som mulig og gi forutsigelser om denne måledifferanse utledet fra feilmodellen(e). En spesiell og ofte benyttet manifestering av denne filtreringsprosess er kjent som Kalman-filtrering hvor filterets tilbakeførte forsterkning velges på en optimal måte i den hensikt å gjøre feilforskjellenes kovarians så liten som mulig.
For systemer som arbeider i undergrunnen, slik som borehultsnavigasjonssystemer, er mulighetene for å bistå treghetsnavigasjonssystemet noe begrenset. En mulig metode for å bistå et sonde utstyrt treghetsnavigasjonssystem innebærer at sonden stanses periodisk under sin nedsenkning/hevning i borehullet. Siden sonden er stasjonær, er mulige hastighetskomponenter som angis av det innmonterte treghetsnavigasjonssystem helt klart feilsignaler som kan utnyttes for å oppdatere treghetsnavigasjonssystemets hastighetsestimater og danne estimater på forskjellige feil i systemet og i målingene utført av treghetsfølerene. Det er blitt beskrevet ytterligere planer hvor treghetsnavigasjonssystemer bistås ved å utnytte dybde målinger (kabellengde) under bruk av et Kal man-f ilter.
Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt kartlegging eller oppmåling av borehull hvor en målesonde eller et måleverktøy senkes ned på en kabel eller ledning, eller er festet til eller plassert inne i borestre ngen heten nederst i borehullet, og brukes for å gi en kartlegging etter som borkronen senkes eller heves i borehullet, en prosess som vanligvis betegnes innkjøring og uttrekking av borehull ("tripping"). Alternativt kan oppfinnelsen helt spesielt gjelde anvendelser hvor verktøyet slippes og tillates å falle fritt inne i bore-røret i et tidligere innkjørt hull, en prosess som betegnes en rørskrapeoperasjon ("go-devil operation").
I henhold til et første aspekt av oppfinnelsen er det fremskaffet en fremgangsmåte ved oppmåling av et borehull som inneholder rørstrengseksjoner, ved bruk av en målesonde, idet fremgangsmåten omfatter trinn hvor: - det i sonden monteres et treghetsnavigasjonssystem som omfatter flere gyroskoper og akselerometere, og det ut fra gyroskop- og akselerometer-signaler genereres et sett navigasjonsdata som angir sondens tredimensjonale posisjon, hastighet og stilling i
forhold til jorden ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, og
- en følerinnretning monteres på sonden for å påvise antallet påfølgende skjøter mellom rørstrengseksjoner inne i borehullet, og denne følerinnretning brukes for å bestemme veilengden langs borehullet fra et kjent referansepunkt til sonden, som funksjon av antallet påviste skjøter.
På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra US-patent nr. 4 717 875, 4 799 391 og 4 945 775, har da fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, endres navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte veilengde, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
I henhold til oppfinnelsen kan påvisningen av skjøter mellom rørstrengseksjoner gå ut på at det avføles fysiske uregelmessigheter langs den rørformede streng eller endringer i den magnetiske fluks.
For å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet kan det i utførelsesformer av oppfinnelsen sørges for at dataene endres som funksjon av den hastighet som bestemmes ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, ved at: - det monteres to følere på sonden i en aksial innbyrdes avstand som er kjent, som begge påviser skjøter mellom rørstrengseksjoner, slik at hastigheten av sonden kan bestemmes mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av den samme skjøt
mellom rørstrengseksjoner, eller
- det monteres to følere på sonden i en aksial innbyrdes avstand som er kjent, som begge påviser et fluidtrykk i den rørformede streng, slik at hastigheten av sonden kan bestemmes mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av det samme fluidtrykk i den rørformede streng, eller - det alternativt monteres en strømningsmåler på sonden, slik at hastigheten av sonden kan bestemmes mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av strømningsmålerens måling.
I henhold til et annet aspekt av oppfinnelsen er det fremskaffet en anordning for oppmåling av et borehull og som er innrettet for å frembringe navigasjonsdata som er representative for posisjonen av en sonde som beveger seg gjennom et borehull som inneholder rørstrengseksjoner, idet anordningen omfatter: - et treghetsnavigasjonssystem montert på sonden og som omfatter flere gyroskoper og akselerometere for å avgi et sett navigasjonsdata som angir sondens tredimensjonale posisjon, hastighet og stilling i forhold til jorden ettersom sonden beveger seg
gjennom borehullet,
- en følerinnretning montert på sonden for å påvise antallet påfølgende skjøter mellom rørstrengseksjoner inne i borehullet, og - en signalprosessor montert på sonden for å motta signaler fra nevnte følerinnretning og avgi et veilengdesignal fra et kjent referansepunkt til sonden, som funksjon av
antallet skjøter påvist av følerinnretningen,
idet anordningen på denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk har som særtrekk at ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, endrer signalprosessoren navigasjonsdataene som funksjon av veilengdesignalet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
I henhold til oppfinnelsen kan følerinnretningen være et akselerometer for avføling av slike fysiske uregelmessigheter langs den rørformede streng, som angir skjøter mellom rørstrengseksjoner. Alternativt kan følerinnretningen være et magnetfeltfølende utstyr for avføling av slike endringer i den magnetiske fluks, som angir skjøter mellom rørstreng-seksjoner.
For å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet kan det i utførelsesformer av oppfinnelsen sørges for at dataene endres som funksjon av den hastighet som bestemmes ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, ved at følerinnretningen omfatter to følere montert på sonden i en aksial innbyrdes avstand som er kjent, idet: - hver av de to følere er innrettet for å påvise skjøter mellom rørstrengseksjoner, mens signalprosessoren er innrettet for å bestemme hastigheten av sonden mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av den samme skjøt mellom rørstreng-seksjoner, eller
- hver av de to følere er innrettet for å påvise et fluidtrykk i den rørformede streng, mens signalprosessoren er innrettet for å bestemme hastigheten av sonden mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av det samme fluidtrykk i den rørformede streng.
For det samme formål kan anordningen i henhold til oppfinnelsen alternativt omfatte en strømningsmåler montert på sonden, idet signalprosessoren er innrettet for å bestemme hastigheten av sonden mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av et strømningsmålesignal fra strømningsmåleren. Strømningsmåleren kan være et løpehjul.
Dataene som representerer veilengden eller hastigheten kan settes sammen med data frembragt av et treghetsnavigasjonssystem ved å utnytte et filter, typisk et Kalman-filter, for å redusere feilene i dataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
Med foreliggende oppfinnelse frembringes det slike måledata som kan bistå et treghetsnavigasjonssystem, eventuelt et referansesystem for stilling og styre kurs, for å begrense veksten i feil som øker over tid i sådanne systemer når de arbeider selvstendig. Derved kan banen for borehull i undergrunnen bestemmes kontinuerlig og mer nøyaktig.
Ved hjelp av et eksempel skal nå oppfinnelsen beskrives mer detaljert med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 viser et snitt gjennom en sonde i et borerør eller en rørstreng inne i et borehull, fig. 2 er en oppstykket skisse som viser en del av sonden i fig. 1 mer detaljert,
fig. 3 er en skisse av en annen sonde utstyrt med to eller flere følere i innbyrdes
avstand i et borerør eller en rørstreng,
fig. 4 viser typiske utgangssignaler fra de to følere montert på sonden vist i fig. 3,
fig. 5 viser typiske utgangssignaler fra to alternative følere, slik som trykkfølere montert
på sonden vist i fig. 3,
fig. 6 er et blokkskjema for en typisk krets som brukes i sammenheng med en sonde utstyrt med en eneste posisjonsføler,
fig. 7 er et blokkskjema for en typisk krets som brukes i sammenheng med en sonde utstyrt med to følere i innbyrdes avstand og som er i stand til å måle sondens
hastighet, og
fig. 8 er et blokkskjema for et typisk treghetsnavigasjonssystem, som viser hoved-komponentene og beregningsblokkene i et sådant system samt anvendelsen av korreksjonsuttrykk ved forskjellige modi eller tilstander i treghetsberegnings-kjeden for å korrigere eller tilbakestille sådanne beregningstilstander.
Det henvises først til fig. 1 og 2 på tegningene hvor det er vist en rørstreng 10 inne i et borehull. Rørstrengen 10 er dannet ved å sette sammen stålrørseksjoner av kjent fast lengde eller forhåndsmålt fast lengde for å skape et fortløpende rør. Skjøter mellom seksjonene av stålrør eller i rørledningen er vist ved henvisningstallet 11. Ytre kraver 12 kan være til stede avhengig av den spesifikke skjøtkonstruksjon. Rørstrengen 10 kan alternativt være et borerør.
En undersøkelsessonde 13 er midtstilt inne i rørstrengen 10. Armer 14 på en midtstill-ende anordning midtstiller sonden når den beveger seg opp og ned i borehullet. En føler i form av et akselerometer 15 er montert inne i sonden for å påvise fysiske avbrudd i rørformen ved skjøtene 11. Disse avbrudd vil utsette sonden 13 for en forstyrrelse som vil bli påvist av akselerometeret 15.
Det er således mulig å bestemme veilengden langs borehullet fra et kjent referansepunkt til sonden 13 ut fra antallet skjøter 11 som påvises av akselerometeret 15 og den kjente lengde av hver rør- eller rørledningsseksjon 10.
Akselerometeret 15 kan være montert i en av armene 14 som brukes til å midtstille sonden 13 når den beveger seg opp/ned i borehullet, eller det kan være installert i selve sonden.
Det henvises nå til fig. 6 på tegningene hvor utgangssignalet fra føleren 15 mates til en behandlingskrets 17 som frembringer et signal som representerer veilengden ut fra antallet påviste skjøter og den kjente lengde av hver borerør- eller rørstrengseksjon. Signalet som representerer veilengden kombineres så med data frembragt av et treghetsnavigasjonssystem 18 montert i sonden ved å bruke et Kalman-filter 19 for å begrense eller redusere feilene i dataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet. I hovedsak er Kalman-filteret 19 en anordning for statistisk veiing av feilutbredelsen. Filterets hovedfunksjonskomponeriter er vist i fig. 6. Forskjellen mellom treghetsnavigasjonssystemets estimater på brønndybde og det veilengdesignal som frembringes av føleren utgjør inngangssignalet til filteret og betegnes vanligvis "målingen". Denne sammenlignes med et estimat på den samme størrelse generert ved å bruke en analytisk modell 21 av måleprosessen. Målemodellen skapes på grunnlag av dynamiske modeller av feilprosessene innenfor treghetsnavigasjonssystemet 20 og feil i dybde-målingsprosessen. Den resulterende måleforskjell multipliseres med et sett 22 av forsterkningsfaktorer som utgjør oppdateringer i treghetsnavigasjonens feilmodell. Virkningen av tilbakeføringsprosessen innenfor filteret er å oppdatere feilmodellen inntil måleforskjellen nærmer seg null, slik at treghetsnavigeringens feilestimater generert innenfor filteret på dette tidspunkt med rimelig sikkerhet kan forventes å være nær lik de faktiske feil i treghetsnavigasjonssystemet. Disse feilestimater kan derfor utnyttes for å korrigere både det tilstedeværende treghetsnavigasjonssystem og treghetsnavigasjonens feilmodell via en tilbakestill i ngssty ring 23.
Faktisk finnes estimatene på treghetsnavigasjonssystemets feil ved å ta en veiet middel-verdi av målingen og utgangssignalet fra filtermålemodellen. Filterets forsterkningsfaktorer gjenspeiler de relative veiefaktorer. Med et Kalman-filter velges spesielt disse forsterkningsfaktorer på en "optimal" måte i den hensikt å gjøre variansen i modellens feil så liten som mulig. Fig. 8 viser de viktigste funksjonsblokker i et fastmontert treghetsnavigasjonssystem av den type som brukes i sammenheng med denne oppfinnelse. Systemet omfatter en følerblokk 25 som inneholder en gruppe på tre lineære akselerometre 26 og rategyro-skoper 27 sammen med en signalprosessor 28 hvor navigasjonsberegningen er realisert. Beregningen innebærer behandling av gyroskopsignaler 29 som representerer sondens vinkelrater, for å bestemme stillingen og styrekursen for gruppen på tre akselerometere i den valgte navigasjons referansekoordinatramme som typisk vil være sammenfallende med retningen for den sanne nord, øst og lokale vertikale retning. Denne informasjon brukes for å omgjøre akselerometermålingene til referanserammen 30. De omgjorte akselerasjoner utgjør inngangssignaler for navigasjonsberegningen 31 hvor disse signaler kombineres med kunnskap om den lokale tyngdekraftvektor 32 og Coriolis-korreksjoner 33 for å beregne sondens hastighet og posisjon i forhold til en jordfast referanseramme. Fig. 8 viser også oppdateringssignalene for treghetsnavigasjonssystemet, som genereres ved hjelp av Kalman-filteret 34 og som brukes til å korrigere treghetsnavigasjonens estimater på posisjonen, hastigheten og stillingen, så vel som målingene utført av gyroskopene og akselerometrene.
Føleren som er vist i fig. 1 og 2 behøver nødvendigvis ikke foreligge i form av et akselerometer 15. Den kan for eksempel alternativt ha form av en magnetfeltfølende innretning, slik som et magnetometer 15a (se fig. 2). Når magnetometeret beveger seg forbi en uregelmessighet 23 ved en rørs kjøt 11 vil den magnetiske fluksbane endre seg eller bli forstyrret av metallstrukturen og påkjenninger ved skjøten, og således forårsake en endring i reluktansen som derved modifiserer den magnetiske signatur som avføles av instrumentet.
Det henvises nå til fig. 3 hvor to følere 24, typisk magnetometre, er montert i en kjent avstand D fra hverandre i sonden 13. Den tid t2 -11 som forløper mellom påfølgende endringer i den magnetiske signatur (se fig. 4) avfølt av de to følere 24, måles og ut fra denne måling er det mulig å utlede hastigheten av sonden 13 i rørformen nede i hullet ved ganske enkelt å dividere føleradskillelsen med målingen av den medgåtte tid. En kontroll av hastighetsmåiingen kan oppnås ved å benytte et ytterligere magnetometer 24a installert i kjent avstand fra andre lignende innretninger.
En annen alternativ metode ved hjelp av hvilken estimater på sondens hastighet i forhold til rørformen nede i hullet kan bestemmes, innebærer bruk av to eller flere trykkfølere montert i kjent innbyrdes avstand langs sonden. Typiske utgangssignaler fra to sådanne følere er vist i fig. 5. Antas det at det medium som sonden beveger seg igjennom er ideelt homogen, vil en måling av den forløpte tid t2 -11 mellom påfølgende avlesninger av det samme trykk P1 gjøre det mulig å utføre et estimat på hastigheten som skal oppnås, ved å dividere føleradskillelsen med målingen av den medgåtte tid. Det skal bemerkes at denne teknikk ikke kan benyttes i høyvinkelanvendelser fordi det ikke vil være noen vesentlig eller målbar hydrostatisk trykkforskjell mellom de to følere.
Som vist i fig. 7 settes, ved bruk av et Kalman-filter 19, sondehastigheten bestemt ved hjelp av de to følere 24 sammen med et estimat på hastigheten generert ved hjelp av treghetsnavigasjonssystemet.
Det filter som her foreslås har en lignende utforming som dybdeoppdateringsfilteret beskrevet med henvisning til fig. 6. Det skal imidlertid bemerkes at hastighetsoppdateringer alene ikke kan fjerne posisjonsfeil. Skjønt hastighetsoppdateringer vil gjøre opp-hopningen av posisjonsfeil mindre, vil innledningsvise posisjonsfeil bibeholdes etter anvendelse av hastighetsoppdateringer.
Følerene vist i fig. 1 og 2 kan også erstattes med en strømningsmålerinnretning, slik som et løpehjul, som når det antas at det medium som sonden beveger seg igjennom er homogent, vil måle hastigheten av sonden (eller verktøyet) gjennom borerøret eller den rørformede streng.
Utførelsesformene ovenfor gjelder generelt bruk av treghetsnavigasjonssystemer som er fastmontert eller er av plattformtype og beregnet på borehullkartlegging, og kan anvend-es på systemer som inneholder konvensjonelle gyroskoper med roterende masse, optiske gyroskoper eller vibrasjonsgyroskoper, samt mikromaskinerte faststoffølere.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte ved oppmåling av et borehull som inneholder rørstrengseksjoner, ved bruk av en måtesonde, idet fremgangsmåten omfatter trinn hvor: - det i sonden (13) monteres et treghetsnavigasjonssystem (18) som omfatter flere gyroskoper (27) og akselerometere (26), og det ut fra gyroskop- og akselerometer-signaler genereres et sett navigasjonsdata som angir sondens tredimensjonale posisjon, hastighet og stilling i forhold til jorden ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, og - en følerinnretning (24, 25) monteres på sonden (13) for å påvise antallet påfølgende skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner inne i borehullet, og denne følerinnretning brukes for å bestemme veilengden langs borehullet fra et kjent referansepunkt til sonden, som funksjon av antallet påviste skjøter, karakterisert ved at ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, endres navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte veilengde, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor påvisningen av skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner (10) omfatter at slike fysiske uregelmessigheter (23) langs den rørformede streng avføles, som angir skjøter mellom rørstrengseksjoner.
3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor påvisningen av skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner (10) omfatter at slike endringer i den magnetiske fluks avføles, som angir skjøter mellom rørstrengseksjoner.
4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og som omfatter at: - to følere (24, 24a) monteres på sonden (13) i en aksial innbyrdes avstand (0) som er kjent, idet hver av de to følere påviser skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner (10), - hastigheten av sonden bestemmes mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av den samme skjøt mellom rørstrengseksjoner, og - ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet endres navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte sondehastighet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og som omfatter at: - to følere (24, 24a) monteres på sonden (13) i en aksial innbyrdes avstand (D) som er kjent og et fluidtrykk i den rørformede streng påvises av hver av de to følere, - hastigheten av sonden bestemmes mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av det samme fluidtrykk i den rørformede streng, og - ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet endres navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte sondehastighet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og som omfatter at: - en strømningsmåler monteres på sonden (13), - hastigheten av sonden bestemmes mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av strømningsmålerens måling, og - ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet endres navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte sondehastighet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
7. Anordning for oppmåling av et borehull og som er innrettet for å frembringe navigasjonsdata som er representative for posisjonen av en sonde (13) som beveger seg gjennom et borehull som inneholder rørstrengseksjoner (10), idet anordningen omfatter: - et treghetsnavigasjonssystem (18) montert på sonden (13) og som omfatter flere gyroskoper (27) og akselerometere (26) for å avgi et sett navigasjonsdata som angir sondens tredimensjonale posisjon, hastighet og stilling i forhold til jorden ettersom sonden beveger seg gjennom borehullet, - en følerinnretning (24, 25) montert på sonden (13) for å påvise antallet påfølgende skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner inne i borehullet, og - en signalprosessor (28) montert på sonden (13) for å motta signaler fra nevnte føler-innretning og avgi et veilengdesignal fra et kjent referansepunkt til sonden, som funksjon av antallet skjøter påvist av følerinnretningen, karakterisert ved at ettersom sonden (13) beveger seg gjennom borehullet, endrer signalprosessoren (28) navigasjonsdataene som funksjon av veilengdesignalet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
8. Anordning som angitt i krav 7, og hvor følerinnretningen er et akselerometer (26) for avføling av slike fysiske uregelmessigheter (23) langs den rørformede streng, som angir skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner (10).
9. Anordning som angitt i krav 7, og hvor følerinnretningen er et magnetfeltfølende utstyr (15a) for avføling av slike endringer i den magnetiske fluks, som angir skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner (10).
10. Anordning som angitt i krav 7, og hvor følerinnretningen omfatter to følere (24, 24a) montert på sonden (13) i en aksial innbyrdes avstand (D) som er kjent, idet: - hver av de to følere er innrettet for å påvise skjøter (11) mellom rørstrengseksjoner (10), og - signalprosessoren (28) er innrettet for å bestemme hastigheten av sonden (13) mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av den samme skjøt mellom rørstrengseksjoner og endre navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte sondehastighet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
11. Anordning som angitt i krav 7, og hvor følerinnretningen omfatter to følere (24, 24a) montert på sonden (13) i en aksial innbyrdes avstand (D) som er kjent, idet: - hver av de to følere er innrettet for å påvise et fluidtrykk i den rørformede streng, og - signalprosessoren (28) er innrettet for å bestemme hastigheten av sonden (13) mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av den tid som går mellom hver av de to følerenes påvisning av det samme fluidtrykk i den rørformede streng og endre navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte sondehastighet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
12. Anordning som angitt i krav 7, og som omfatter en strømningsmåler montert på sonden (13), og hvor signalprosessoren (28) er innrettet for å bestemme hastigheten av sonden mens den beveger seg gjennom den rørformede streng, som funksjon av et strømningsmålesignal fra strømningsmåleren og endre navigasjonsdataene som funksjon av den bestemte sondehastighet, for å redusere feil i navigasjonsdataene frembragt av treghetsnavigasjonssystemet.
13. Anordning som angitt i krav 7, og hvor strømningsmåleren er et løpehjul.
NO19983366A 1997-07-22 1998-07-21 Fremgangsmate og anordning for oppmaling av et borehull NO322375B1 (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9715287A GB2327501B (en) 1997-07-22 1997-07-22 Improvements in or relating to aided inertial navigation systems

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO983366D0 NO983366D0 (no) 1998-07-21
NO983366L NO983366L (no) 1999-01-25
NO322375B1 true NO322375B1 (no) 2006-09-25

Family

ID=10816158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO19983366A NO322375B1 (no) 1997-07-22 1998-07-21 Fremgangsmate og anordning for oppmaling av et borehull

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6145378A (no)
CA (1) CA2243756C (no)
GB (1) GB2327501B (no)
NO (1) NO322375B1 (no)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE9704398L (sv) * 1997-11-28 1998-12-14 Spectra Precision Ab Anordning och förfarande för att bestämma läget för bearbetande del
US6815946B2 (en) 1999-04-05 2004-11-09 Halliburton Energy Services, Inc. Magnetically activated well tool
US6411084B1 (en) * 1999-04-05 2002-06-25 Halliburton Energy Services, Inc. Magnetically activated well tool
DE19950340B4 (de) * 1999-10-19 2005-12-22 Halliburton Energy Services, Inc., Houston Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Verlaufs eines Bohrlochs
US6360823B1 (en) * 2000-07-20 2002-03-26 Intevep, S.A. Apparatus and method for performing downhole measurements
WO2002058992A2 (en) 2001-01-26 2002-08-01 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Miniature attitude sensing suite
US7002484B2 (en) * 2002-10-09 2006-02-21 Pathfinder Energy Services, Inc. Supplemental referencing techniques in borehole surveying
US6882937B2 (en) * 2003-02-18 2005-04-19 Pathfinder Energy Services, Inc. Downhole referencing techniques in borehole surveying
US6937023B2 (en) * 2003-02-18 2005-08-30 Pathfinder Energy Services, Inc. Passive ranging techniques in borehole surveying
GB0313281D0 (en) * 2003-06-09 2003-07-16 Pathfinder Energy Services Inc Well twinning techniques in borehole surveying
US7234539B2 (en) * 2003-07-10 2007-06-26 Gyrodata, Incorporated Method and apparatus for rescaling measurements while drilling in different environments
US7020557B2 (en) * 2003-12-31 2006-03-28 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for correcting the depth index for well-log data using pressure measurements
US6957580B2 (en) * 2004-01-26 2005-10-25 Gyrodata, Incorporated System and method for measurements of depth and velocity of instrumentation within a wellbore
US7117605B2 (en) * 2004-04-13 2006-10-10 Gyrodata, Incorporated System and method for using microgyros to measure the orientation of a survey tool within a borehole
US20050241835A1 (en) * 2004-05-03 2005-11-03 Halliburton Energy Services, Inc. Self-activating downhole tool
US7168174B2 (en) * 2005-03-14 2007-01-30 Trimble Navigation Limited Method and apparatus for machine element control
US7890260B2 (en) * 2005-11-01 2011-02-15 Honeywell International Inc. Navigation system with minimal on-board processing
US7302346B2 (en) * 2005-12-19 2007-11-27 Schlumberger Technology Corporation Data logging
US8065085B2 (en) 2007-10-02 2011-11-22 Gyrodata, Incorporated System and method for measuring depth and velocity of instrumentation within a wellbore using a bendable tool
US7823661B2 (en) * 2008-06-24 2010-11-02 Mintchev Martin P In-drilling alignment
US8255161B2 (en) * 2008-10-03 2012-08-28 Honeywell International Inc. System and method of auto-calibration of inertial sensors
US8095317B2 (en) 2008-10-22 2012-01-10 Gyrodata, Incorporated Downhole surveying utilizing multiple measurements
US8185312B2 (en) 2008-10-22 2012-05-22 Gyrodata, Incorporated Downhole surveying utilizing multiple measurements
US8082099B2 (en) * 2009-01-09 2011-12-20 Universal Avionics Systems Corporation Aircraft navigation using the global positioning system and an attitude and heading reference system
US8065087B2 (en) * 2009-01-30 2011-11-22 Gyrodata, Incorporated Reducing error contributions to gyroscopic measurements from a wellbore survey system
US8215252B1 (en) * 2009-07-14 2012-07-10 Lockheed Martin Corporation System and method for dynamic stabilization and navigation in high sea states
CN101936726B (zh) * 2010-07-05 2012-04-25 河海大学 滑动式测斜仪防水防卡便携探头
CN101936728B (zh) * 2010-07-05 2012-04-25 河海大学 滑动式智能测斜仪电缆导向探头定位装置
US9181796B2 (en) * 2011-01-21 2015-11-10 Schlumberger Technology Corporation Downhole sand control apparatus and method with tool position sensor
WO2013126054A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-29 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole telemetry systems and methods with time-reversal pre-equalization
BR112015000859A2 (pt) 2012-07-16 2017-06-27 Halliburton Energy Services Inc sistema e método para operações de bombeamento de ferramenta de cabo de aço
AU2012385502B2 (en) 2012-07-16 2015-01-29 Halliburton Energy Services, Inc. A system and method for correcting the speed of a downhole tool string
US20140288824A1 (en) * 2013-03-22 2014-09-25 Qualcomm Incorporated Method and/or system for selective application of direction of travel
US9316758B2 (en) 2013-05-29 2016-04-19 Liquid Robotics Oil and Gas LLC Earth surveying for improved drilling applications
US9863236B2 (en) * 2013-07-17 2018-01-09 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Method for locating casing downhole using offset XY magnetometers
US9587477B2 (en) 2013-09-03 2017-03-07 Schlumberger Technology Corporation Well treatment with untethered and/or autonomous device
US9631468B2 (en) 2013-09-03 2017-04-25 Schlumberger Technology Corporation Well treatment
AU2014353871B2 (en) 2013-11-19 2018-10-25 Minex Crc Ltd Borehole logging methods and apparatus
US10231337B2 (en) 2014-12-16 2019-03-12 Inertial Sense, Inc. Folded printed circuit assemblies and related methods
BR112017020011A2 (pt) * 2015-04-29 2018-06-19 Halliburton Energy Services Inc método e aparelho para realizar detecção de posição de passagem de entrada em tempo real
ES2709036R1 (es) 2016-09-09 2019-06-13 Mosaic Co Sistema de dirección inercial de la máquina de minería de perforación rotaria
CN107386340B (zh) * 2017-08-04 2019-11-12 河海大学 袋装砂井深度的检测装置及检测方法
CN112285751A (zh) * 2020-10-14 2021-01-29 深圳市城安物联科技有限公司 一种利用定位系统监控钻孔作业的方法
CN112578369B (zh) * 2020-12-29 2024-04-12 上海商汤临港智能科技有限公司 一种不确定性的估计方法、装置、电子设备及存储介质

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717875A (en) * 1986-02-19 1988-01-05 Atlantic Richfield Company Method and system for determining curvature in fluid transmission pipelines
GB2195023B (en) * 1986-09-04 1990-03-14 Sperry Sun Inc Improvements in or relating to the surveying of boreholes
US4799391A (en) * 1986-12-18 1989-01-24 Atlantic Richfield Company Method for surveying fluid transmission pipelines
US4835876A (en) * 1987-06-26 1989-06-06 Atlantic Richfield Company Instrument chassis and body supports for pipeline survey pig
GB2211994A (en) * 1987-06-27 1989-07-12 Solinst Canada Ltd Probe for detecting magnetic material in a ground hole
CA1327403C (en) * 1988-12-30 1994-03-01 John R. Adams Inertial based pipeline monitoring system
GB9025394D0 (en) * 1990-11-22 1991-01-09 Hunt Hugh E M Pipeline pig and method of pipeline inspection

Also Published As

Publication number Publication date
CA2243756C (en) 2003-12-09
US6145378A (en) 2000-11-14
CA2243756A1 (en) 1999-01-22
GB2327501A (en) 1999-01-27
GB2327501B (en) 2002-03-13
NO983366L (no) 1999-01-25
NO983366D0 (no) 1998-07-21
GB9715287D0 (en) 1997-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO322375B1 (no) Fremgangsmate og anordning for oppmaling av et borehull
EP1222361B1 (en) The method of and apparatus for determining the path of a well bore under drilling conditions
US8781744B2 (en) Downhole surveying utilizing multiple measurements
US6816788B2 (en) Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment
EP2906782B1 (en) Attitude reference for tieback/overlap processing
MX2010001603A (es) Inspección pozo abajo utilizando mediciones múltiples.
CN110792430B (zh) 一种基于多传感器数据融合的随钻测斜方法及装置
EP2694914B1 (en) Method and apparatus for determining orientation using a plurality of angular rate sensors and accelerometers
EP0295297A1 (en) Apparatus and method for gravity correction in borehole survey systems
CN110285810B (zh) 一种基于惯性导航数据的采煤机自主定位方法及装置
EP0296204A1 (en) Borehole survey system utilizing strapdown inertial navigation
EP3221665B1 (en) Inertial carousel positioning
US20130090848A1 (en) North finder
US20150052988A1 (en) Apparatus for single degree of freedom inertial measurement unit platform rate isolation
Wang et al. Rotary in-drilling alignment using an autonomous MEMS-based inertial measurement unit for measurement-while-drilling processes
GB2351807A (en) Reverse inertial navigation method for high precision wellbore surveying
CN105134171B (zh) 一种两轴光纤陀螺连续测斜系统的实现方法
US20220107180A1 (en) An inertial measurement unit and method of operation
EP2800870B1 (en) Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions
CA3170970A1 (en) System and method for using a magnetometer in a gyro-while-drilling survey tool
Chao et al. An innovative MEMS-based MWD method for directional drilling
Binder et al. High-rate precision directional surveys in small-diameter wellbores: Results from practical implementation
de Bruin et al. Most accurate drilling guidance by dead-reckoning using high precision optical gyroscopes

Legal Events

Date Code Title Description
MK1K Patent expired