NO322555B1 - Fremgangsmate og apparat for a bestemme banen for et borehull under boring - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for å bestemme banen for et borehull under boring.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for å bestemme banen til et borehull under boring som angitt i ingressene til patentkrav 1 og 7.

For å muliggjøre opphenting av olje og gass fra underjordiske formasjoner, blir det boret brønner med roterende borekroner festet til enden på et borsystem, som normalt betegnes BHA (bunnhullsutstyr - "bottom hole assembly"). Borehullets bane må styres nøyaktig slik at man treffer det ønskede mål, det underjordiske reservoar som inneholder hydrokarbonene som skal hentes opp, så effektivt som mulig. På samme tid er det viktig å sikre at banen til en ny borebrønn plasseres i sikker avstand fra eksisterende borebrønner i samme felt. For å oppnå disse målene er det nødvendig å kunne styre borebrønnens bane nøyaktig når den blir boret. Dette kan oppnås på forskjellige måter ved å utføre vektormålinger av jordens magnetiske felt og gravitasjonsfelt med magnetiske sensorer henholdsvis akselerasjonssensorer, for å bestemme helning, asimutretning for brønnen og boreverktøyets innretningsvinkel ("face angle"). Alternativt kan det benyttes akselerasjonssensorer og gyroskop som er i stand til å oppfatte komponenter av jordens (rotasjons-) hastighet for . å bestemme retningen av borebrønnen. Vektormålinger i kombinasjon med dybdeinformasjon, avledet for eksempel fra merker på borerøret, benyttes for å skaffe et mål for brønnbanen på kontinuerlig basis under boreprosessen.

US patent nr. 4,812,977 beskriver et såkalt "strapdown" (fast opphengt) treghets navigasjonssystem. Systemet utnytter gyroskop og akselerometere sammen med nødvendig sensoropererende elektronikk og signalbehandlingsevne. Systemet er i stand til å skaffe målinger på retning og/ elter posisjon av treghetssystemet mens boringen pågår. Disse data definerer øyeblikksverdiene for helling og asimutretning av brønnbanen i forhold til en koordinat referanseramme som er fast i forhold til jorden, og/ eller koordinatposisjonen av innretningen inne i borebrønnen i forhold til den benyttede referanseramme. Denne er som regel definert som nord, øst og vertikal retning, eller i polarkoordinater som latitude, utgangsretning ("departure") og dybde. Treghetssensorene er stivt festet til en bærende enhet som normalt og i dette dokument er betegnet "plattform". Plattformen kan i sin tur være festet til en borestreng med et stivt feste eller med et vibrasjonsdempende feste.

Internasjonal PCT patentsøknad med publiseringsnummer WO Al 9928S94 beskriver en anordning og en fremgangsmåte for å bestemme borehullsbane under boring hvor det ut ifra treghets måledata kan avledes informasjon om posisjon, hastighet og stilling. Treghetsmålesensorer er montert på en plattform som er roterbar ved hjelp av en drivmotor. Det gis ikke noen anvisning på at plattformens rotasjon er regulerbar i forhold til en jordfast referanseramme.

US patent nr. 4 987 684 omhandler et verktøy for treghetsbasert oppmåling av et borehull, hvor treghetssensorene er montert på en plattform som ved servostyring holdes i ro i forhold til jorden som referanseramme. Dette utstyret bli kalibrert ved å holde det i ro ved overflaten i ca. IS minutter. Det gis ikke noen anvisning på måling av retning og bevegelse som i sann tid er relatert til en jordfast referanseramme.

Innretningen som er gjenstand for denne patentsøknad søker å utvide anvendelsen av "fast oppheng" teknologien til et bredere område av applikasjoner ved brønnboring. Spesielt, men ikke utelukkende, tas det sikte på tillate bruk av fast opphengte treghets systemer for å fremskaffe relevante måledata under gjennomføring av en boreprosess kjent som rotasjonsboring, ved hvilken borekronen påvirkes fra overflaten ved at hele borestrengen roteres med den ønskede rotasjonshastighet for å overføre den roterende bevegelse ned til borekronen ved nedre ende av brønnen. I det tilfelle at et fast opphengt treghetssystem skal brukes i en slik sammenheng, kan rotasjonshastigheten på borestrengen komme til å overskride måleområdet for gyroskopet og gyroskopets feilskaleringsfaktor ville gi opphav til et uakseptabelt høyt måleawik under en høyhastighets boreoperasjon.

I henhold til et første aspekt av oppfinnelsen, jfr. patentkrav 1, er det tilveiebrakt et apparat for å bestemme banen til et borehull under boring, omfattende en treghets måleinnretning for å tilveiebringe de relevante data med hensyn til posisjon, hastighet og stilling, idet måleinnretningen omfatter et flertall av treghetssensorer montert på en plattform som i bruk er posisjonert inne i en borestreng, og en drivenhet for å rotere plattformen for å kunne kontrollere vinkelhastigheten av plattformen i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden.

Betegnelsen "referanseramme som er fast i forhold til jorden" er typisk en kartesisk koordinatramme hvis akser sammenfaller med jordens sanne nordlig og østlig retninger, samt den lokale gravitasj onsvektor.

Fortrinnsvis omfatter treghetssensorene akselerometere og gyroskop og treghets måleinnretningen omfatter dessuten midler for å integrere utdata fra akselerometrene en gang for å skaffe informasjon om den aktuelle hastighet og to ganger for å skaffe informasjon om den aktuelle posisjon, samt midler som kan reagere på de utgående signaler fra gyroskopet for å omregne akselerometersignalene til en referanseramme som er fast i forhold til jorden, og til å generere estimater av helning, asimut og retningsvinkel for boreverktøyet.

Andre og foretrukne og/ eller optimale trekk av det første aspekt av oppfinnelsen fremgår av kravene 3 til 6.

I henhold til et andre aspekt av oppfinnelsen, jfr. patentkrav 7, er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å bestemme banen til et borehull under rotasjonsboring ved bruk av apparatet ifølge det første aspekt av oppfinnelsen, samt ved å rotere plattformen slik at denne forblir i en stasjonær eller tilnærmet stasjonær vinkel i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å bestemme banen til en borebrønn under rotasjonsboring ved bruk av apparatet ifølge det første aspekt av oppfinnelsen, samt ved å rotere plattformen med en fast vinkelhastighet i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden.

I henhold til en ytterligere foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å anvende apparatet ifølge det første aspekt av oppfinnelsen, hvorved plattformen ved hjelp av en drivmotor roteres med en langsom vinkelhastighet i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden, for å eliminere virkningen av gjenværende biasfeil i gyroskopene.

I henhold til nok en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å anvende apparatet ifølge det første aspekt av oppfinnelsen, hvorved drivenheten benyttes for å frakoble og beholde kontrollen over rotasjonen av plattformen i forhold til borestrengrotasjonen, for å redusere virkningene av feilskaleringseffekter i gyroskopene.

Oppfinnelsen er spesielt anvendelig ved rotasjonsboring, men systemet som beskrives kan også benyttes til å tilveiebringe data for brønnbanen når det benyttes en boremetode kjent som slammotor boring. I dette tilfellet drives borkronen gjennom sirkulering av borevæske eller "slam" som pumpes fra overflaten ned gjennom borestrengen til motoren ved brønnens bunn, før det returnerer til overflaten gjennom det ringformede rom som finnes mellom borestrengen og veggen av borebrønnen. Energi blir tilført borkronen via et hjul eller "monoinnretning" som bevirker at borkronen roterer. Ved denne boremetoden skjer det ingen nominell rotasjon av borestrengen. Imidlertid er det likevel fordeler som kan oppnås i form av systemnøyaktighet og robusthet ved å installere en treghets måleinnretning på en stabil plattform som beskrevet ovenfor.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere i form av et eksempel, med referanse til de vedlagte tegninger, hvor: Figur la viser skjematisk et snitt gjennom et borehull med en utførelsesform av apparatet ifølge det første aspekt av oppfinnelsen, innplassert i borestrengen for konvensjonell rotasjonsboring. Figur lb viser skjematisk et snitt gjennom et borehull med en annen utførelsesform av apparatet ifølge det første aspekt av oppfinnelsen, innplassert i borestrengen for motorisert awiksboring. Figur 2 viser et lengdesnitt gjennom en måleinnretning av apparatet vist på figurene la og lb, og viser de viktigste elementer av måleinnretningen.

Figur 3 viser et detaljert lengdesnitt gjennom apparatet.

Figur 4 er et blokkdiagram som viser en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Brønnboring gjøres normalt enten som rotasjonsboring (fig. la) eller som boring med slammotor (fig. lb), skjønt i de senere år har ofte en kombinasjon av disse blitt tatt i bruk for å oppnå ønsket kontroll over brønnbanen.

Ved rotasjonsboring roteres boresammenstillingen ved overflaten av et drivsystem. Denne rotasjonen overføres naturligvis til borkronen ved enden av borestrengen. Boring av borehullet

(brønnen) forløper ved hjelp av vekten av borestrengen etter hvert som ytterligere lengder av borestreng føyes til. Boring med slammotor vil si at en slammotor/ turbin plasseres ved den nedre ende av borestrengen (BHA), hvor også borkronen er festet. Ved denne fremgangsmåten forløper boringen ved at en strøm av boreslam inne i sammenstillingen bevirker at senterakslingen som borkronen er festet til, roterer. Ved denne fremgangsmåten kan borestrengen forbli i ro mens boringen forløper ved hjelp av vekten av utstyret.

Figur la viser et lengdesnitt gjennom en borebrønn 1 i grunnen 2 i hvilken brønn en borestrengsammenstilling 3 er innplassert. Ved overflaten 4 er det vist et drivsystem 5 og en tilhørende reguleringsenhet 7. Drivsystemet 5 bevirker roterende bevegelse til en borestreng 6 som strekker seg langs borestrengens akse 8. Ved nedre ende av borestrengen 6 er det anordnet en bunnsammenstilling (BHA) inneholdende en måleinnretning 12 som er lokalisert i og stivt festet til bunnsammenstillingen. Nedenfor denne befinner borkronen 10 seg. Figur lb viser et tilsvarende arrangement, men med tillegg av en vinklet motoranordning 9 festet til nedre ende av bunnsammenstillingen.

Ved normal boring kan borestrengen bli rotert med opp til 300 omdreininger pr. minutt for å forlenge borebrønnen langs den planlagte brønnbanen. Ved denne boremetode blir også måleinnretningen 12 utsatt for den samme rotasjon. Ved avviksboring blir den planlagte avbøyning av hullet normalt gjennomført med en vinklet motor for å opprettholde den avbøyde BHA i den foretrukne retning, som bestemt av måleinnretningen 12. Graden av avbøyning av borebrønnen kan begrenses og reguleres ved å operere borestrengsammenstillingen i roterende modus for å tilveiebringe den ønskede stilling/ avbøyning på borebrønnen. Under denne fremgangsmåten roterer borestrengen/ BHA med en hastighet som kan variere mellom 0 og 150 omdreininger pr. minutt.

Måleinnretningen 12 i sitt kabinett 16, er installert i og stivt festet til borestrengen 6 med staver 14.

Figur 2 viser de viktigste komponentene av måleinnretningen 12. Måleinnretningen 12 er anordnet inne i et sylindrisk kabinett 16 som er anordnet koaksialt med borestrengaksen 8. Måleinnretningen, i den spesielle utførelsesform som er vist her, omfatter fem treghetssensorer, herunder tre sensorer/ akselerometere 17 for langsgående bevegelse og to toakse rotasjonssensorer eller gyroskoper 18. Akselerometrene 17 er orientert i kartesiske koordinater, som normalt sammenfaller med de prinsipielle akser av måleinnretningen (x, y og z-retninger), idet borestrengaksen 8 sammenfaller med z-aksen av måleinnretningen. Gyroskopene er montert med deres spinnakser 19 gjensidig vinkelrett i forhold til hverandre og på borestrengaksen 8, og med deres følsomme akser 20 sammenfallende med x, z- henholdsvis y, z-aksene av måleinnretningen.

For formålet av den følgende beskrivelse antas gyroskopene å være mekaniske, spinnende massesensorer. I en alternativ mekanisering av systemet, kan tre enakse gyroskoper erstatte de to toakse gyroskoper. Som et alternativ til mekaniske sensorer kan måleinnretningen omfatte Coriolis vibrasjonsgyroskoper, så som et halvkuleresonator gyroskop, eller optiske gyroskoper så som ringlaser gyroskop eller fiberoptisk gyroskop.

Som et ytterligere alternativ til systemmekaniseringen beskrevet her og vist på figur 2, kan gyroskopene være montert med deres følsomme akser skråstilt, for eksempel 45 grader, i forhold til x, y og z-aksene av måleinnretningen.

Treghetssensorene er installert på en sylindrisk plattform som kan være drevet rundt lengdeaksen av måleinnretningen, som normalt sammenfaller med borestrengaksen 8, ved hjelp av en motor 22.

Videre er en vinkeldetektor eller -tolker 23 inkludert for å måle vinkelrotasjonen av plattformen 21 på hvilken treghets måleinnretningen 12 er montert, relativt til kabinettet 16 av måleinnretningen.

Figur 3 viser mer detaljert et lengdesnitt av måleinnretningen 12 i kabinettet 16. På denne figuren er gyroskopene vist med deres følsomme akser 20 ved en vinkel på 45 grader i forhold til borestrengaksen 8 mens deres spinnakser er vinkelrett på borestrengaksen.

Endene 25,33 av akslingen på plattformen 21 for måleinnretningen 12 er støttet ved hver ende av forspente kulelagre 26 og 34 i en bæreflens. Bæresammenstillingen holdes av festeflenser 27, 35 som i sin tur er festet på støtdempende fester 32, 37 til ytterligere flensenheter 31, 38 ved hver ende av plattformen. Enhetene 31, 38 er stivt festet til kabinettet 16 for måleinnretningen. De støtdempende fester 32, 37 kreves for å ta opp støt og vibrasjoner som påføres måleinnretningen eksternt under boring, for å beskytte treghetssensorene på plattformen.

Ved nedre akslingende, enden nærmest borkronen, er en vinkeldetektor 23 anordnet koaksialt med akslingenden 25. Ved akslingens øvre ende, enden rettet mot overflaten 4, er drivmotoren 22 lokalisert mellom bæreflens 35 og akslingende 33.

Sleperingkonstruksjoner 28, 36 er anordnet ved hver ende av plattformen for å muliggjøre overføring av elektriske signaler og kraft mellom treghetssensorene på den roterende plattformen og den faste del av måleinnretningen som huser elektronikkenheten. Sleperingkonstruksjonen ved øvre ende av plattformen tillater signaler å overføres mellom sensorene og elektronikkenheten via en elektrisk leder. Den nedre sleperingkonstruksjon tillater signaler å overføres mellom tolkeren 23 ved nedre ende av plattformen og elektronikkenheten over plattformen.

Et sylindrisk, magnetisk deksel 39 er montert koaksialt rundt måleinnretningen 12 mellom nevnte festeflenser 31, 38 og kabinettet av måleinnretningen.

Endene av kabinettet 16 er forseglet med deksler.

Figur 4 viser skjematisk en utførelsesform av framgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Referansenumrene benyttet for hvert element eller komponent av systemet er felles for hver av figurene og tillater at henvisning gis til forutgående forklaring hvor det er nødvendig.

Gyroskopene 18 benyttet i systemet beskrevet, er mekaniske gyroskoper i hvilke hver sensor gir to signaler ti en målekontrollenhet 40. Disse signalene svarer til rotasjon rundt hver av gyroskopets to følsomme akser. Målekontrollenheten har form av et feedback system, betegnet som gyroskopets låsesløyfe, som tillater gyroskopmålingene å sendes via egnede formende nettverk til den aktuelle vrimotor, for å bevirke at gyroskopets rotor dreier med samme hastighet som rotasjonshastigheten for sensorkabinettet for å opprettholde rotoren i en nullstilling eller "låst" stilling. Operert i denne modus gir strømmen som tilføres til hver vrimotor for å oppnå denne nullstillingen, et mål på rotasjonshastigheten som gyroskopet har om hver av sine følsomme akser.

Gyroskopmålingene av vinkelhastighet sendes til en analog til digital konverter 42. Likeledes sendes signaler som representerer langsgående bevegelse av måleinnretningen i kartesiske retninger x, y og z fra akselerometere 17 til analog til digital konverteren 42.

De digitaliserte signaler fra akselerometrene 17 sendes til en feilrettingsenhet 43 som kompenserer

feil i disse data som følger av bias ved målingene, feilskalering og temperaturfølsomhet for innretningene. Den kompenserer også for det faktum at akselerometrene eventuelt ikke er nøyaktig montert på plattformen 21 med deres akser orientert i 90 grader i forhold til hverandre.

De digitaliserte signaler avledet ved bruk av gyroskopene 18 i tilknytning til låsesløyfer 40 blir også ledet til en feilrettingsenhet 44 i hvilken tilsvarende korrigeringer gjøres for målefeil i gyroskopene, inkludert temperaturkompensasjon og avvik ved montering forbundet med disse sensorene.

De kompenserte signaler fra enhetene 43 og 44 sendes så til stillingsomformende enheter 46 og 45. I disse omformende enheter blir de målte langsgående hastigheter og rotasjonshastigheter hver tolket inn i det kartesiske koordinatsystem som er fast til plattformen, i hvilken en av aksene sammenfaller med aksen av borestrengen.

Signalene generert av de omformende enheter 45,46 er tre signaler som representerer langsgående bevegelse i x, y og z-aksene av plattformen. Disse signalene sendes så til en behandlingsenhet 47 i hvilken "strapdown" beregninger implementeres, beregning av plattformens orientering i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden kan spesifiseres i form av asimut, helning og "roll" eller "high side" vinkel av måleinnretningen 12. Denne informasjon kombinert med dybdedata for brønnen kan benyttes for å beregne den nøyaktige stillingen til måleinnretningen i borebrønnen i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden.

Et signal fra omformingsenheten 45 representerer rotasjonshastigheten av måleinnretningen rundt en akse som sammenfaller med borestrengaksen 8 relativt til koordinater som er faste i forhold til plattformen. Denne rotasjonshastigheten 49 kan sendes via en plattform servoenhet 51 til plattformens drivmotor 22 for å regulere og stabilisere bevegelsen av plattformen.

Valgfritt kan en fast verdi 54 leveres fra kontrollenheten 7 til servoenheten 51 for å muliggjøre at plattformen roteres med en fast hastighet i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden, svarende til den ønskede, satte verdien 54.

Vinkeldetektoren/ -tolkeren 23 tilknyttet den bevegelige plattformen avføler den vinkelendring som rotasjonen av borestrengen 6 forårsaker og leverer dette signalet til en analog til digital konverter 52, hvis utsignal kan sendes via en bryter 50 til plattformens servoenhet 51.

Valgfritt kan rotasjonshastighetkomponenten 49 eller rotasjonen relativt til borestrengen leveres til plattformens servoenhet 51, og drivmotoren 22 kan reguleres tilsvarende etter behov.

Dette systemet inkorporerer også en summeringsenhet 53 som summerer utsignalene fra "strapdown" prosessenheten 55, som representerer rollvinkel for plattformen og det digitaliserte signal fra tolkeren til digitalkonverter enheten 52, for å generere et mål på boreverktøyets innretningsvinkel.

Måleinnretningen 12 er lokalisert inne i borestrengen 6, så tett inntil borkronen som mulig. Når den opereres under rotasjonsboring, roterer borestrengen hurtig under boring av brønnen ved hjelp av borkronen 10. Denne rotasjonshastigheten kan komme opp i 300 omdreininger pr. minutt i forhold til jorden. Under slike betingelser vil enhver rotasjon av plattformen som måtte forekomme som et resultat av glidende friksjon i lagringen som bærer plattformen, bli påvist av gyroskopene og gi opphav til et utsignal som ender opp hos drivmotoren 22. Drivmotoren 22 bevirker at plattformen roterer i motsatt retning til den påførte rotasjon, og forårsaker at måleinnretningen 12 forblir stasjonær i forhold til jorden.

Alternativt kan en fastsatt verdi for vinkelendring sendes til plattformens servoenhet 52 ved hjelp av reguleringsenheten 7, for å tillate en hvilken som helst kontinuerlig rotasjonshastighet av måleinnretningen 12 i forhold til jorden under boringen eller brønninspeksjonsprosessen. Under en langsom rotasjon av plattformen kan enhver feilretting i de målte vinkelhastigheter tilveiebrakt av gyroskopene bli kalibrert, eller virkningen av feil i de målte hastigheter kan midles for å minimere deres virkning på den totale nøyaktighet av systemet. Dette er mulig fordi gyroskopene roterer i forhold til den med jorden faste referanseramme, i hvilken utsignalene fra systemet, det vil si målinger av asimut, helning og "high side" vinkel, blir referert. Effekten av biasene (feilkildene) virker derfor i ulike retninger i den i forhold til jorden faste referanseramme når plattformen roteres.

Ved å ta i bruk disse tilnærminger er det mulig å regulere retningen av borebrønnen under boring, selv med rask rotasjon av borestrengen slik det må forventes ved rotasjonsboring. Ved denne tilnærming kan det oppnås en målenøyaktighet som det hittil ikke har vært mulig å nå.

Som et ytterligere alternativ til de ovenfor beskrevne systemmodus, kan rotasjonen av måleinnretningen 12 i forhold til borestrengen 6 bli målt av vinkeldetektoren 23 som tillater at vinkelposisjonen av plattformen i forhold til måleinnretningens kabinett blir kontrollert. I dette tilfelle sendes utsignalet fra vinkeldetektoren til drivmotoren 22 via servoenheten 51. Denne operasjonsmodus kan benyttes til å gjennomføre kalibrering av måleinnretningen forut for en bore-eller brønninspeksjonsoperasjon. Ved å rotere måleinnretningen på plattformen til forskjellige retninger er det mulig å utlede estimater av enhver gjenværende feilkilde (bias) ved gyroskopene og akselerometerene, samt å kompensere for disse før oppstart av den aktuelle boring eller brønninspeksjon.

I et system av den type som er beskrevet her, genereres informasjon om posisjon ved å gjennomføre en prosess av matematisk integrasjon med hensyn til tid av de målte signaler for vinkelendring generert av gyroskopene. Som ved enhver integrasjon er det nødvendig å initialisere denne prosessen ved å definere startposisjonen for systemet. Prosessen for å etablere den initielle orientering av treghets måleinnretningen, betegnes som systeminnstilling, og kan oppnås på mange forskjellige måter. For eksempel kan et grovt estimat av systemets asimut bestemmes ved metoden for mekanisk indeksering i hvilken treghets måleinnretningen roteres på plattformen til forskjellige vinkelposisjoner og målinger av jordens hastighetsvektor tas i hver posisjon. Ved å summere og subtrahere målinger tatt med 180 graders forskjell er det mulig å sette til side virkningen av gjenværende bias for gyroskop og bestemme måleinnretningens retning i forhold til sann nordlig retning. Alternativt kan slik informasjon tilveiebringes ved en ekstern kilde og inndata til systemet, en triade av magnetometere festet til eller nær måleinnretningen vil tilveiebringe et mål på magnetisk asimut som kan korrigeres for magnetisk avvik for å estimere rem ing i forhold til sann nord. Med tilstrekkelig tid og forutsatt at måleinnretningen vil være stasjonært i dette trinn av operasjonen, kan en mer presis beregning av asimut oppnås ved å implementere en gyrokompassprosedyre på linje med standard praksis for treghetssystemer av den her beskrevne type.

Konstruksjonen av systemet i hvilket treghetssensorene er frakoblet fra enhver høy rotasjonshastighet av borestrengen og beskyttet av støtdempende fester, er vesentlig mindre utsatt for mekaniske slag og vibrasjoner enn tidligere systemer, og tillater at høy nøyaktighet opprettholdes i målinger under borebetingelser. Videre unngås ved denne plattformkonstruksjonen risikoen for tilfeldig å komme utenfor gyroskopenes måleområde gjennom for rask rotasjon av borestrengen, hvilket adderer til systemets robusthet.

Apparatet beskrevet ovenfor kan benytte en lavytelses reguleringsenhet og likevel oppnå nøyaktig posisjon, hastighet og stillingsinformasjon. Dette fører til den ytterligere fordel at lite elektrisk strøm kreves for å operere systemet i forhold til kjente systemer. Dette kan verdsettes når det tas i betraktning at et konvensjonelt plattformsystem avhenger av at følsomhetsaksene blir opprettholdt svært nøyaktig i en bestemt orientering, hvilket medfører et behov for en feedbacksløyfe med høy grad av forsterkning (stiv) for å tilfredsstille typiske ytelseskriterier. Ingen slike krav trengs for å oppnå tilsvarende nivåer av ytelse med systemet ifølge oppfinnelsen. Plattformmekanismen er implementert utelukkende for å avkoble gyroskopene fra de høye (rotasjons) hastigheter som de ville blitt utsatt for under vanlig rotasjonsboring. Siden den gjenværende lave hastighet ikke vil forårsake noe avvik i systemet, kan toleransen på plattformens feedbacksløyfe, og dermed kraftbehovet, reduseres uten å gå på bekostning av systemets ytelse.

Det skal forstås at oppfinnelsen beskrevet ovenfor kan modifiseres innen rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims (11)

1. Apparat for å bestemme banen til et borehull (1) under boring, omfattende en borestreng (3) anordnet i borehullet (1) idet borestrengen (3) har en første vinkelhastighet rundt sin lengdeakse (8), en plattform (21) anordnet inne i borestrengen (3) idet plattformen (21) er anordnet roterbar om lengdeaksen (8) til borestrengen (3),karakterisert vedogså å omfatte en måleinnretning (12) omfattende flere treghetssensorer (17,18) montert på plattformen (21) og tilpasset til å tilveiebringe data fra hvilke posisjon, hastighet og stilling kan utledes, samt en drivmotor (22) for å rotere plattformen (21) rundt lengdeaksen med en andre vinkelhastighet for å kunne regulere vinkelhastigheten av plattformen (21) i forhold til en jordfast referanseramme.

2. Apparat som angitt i patentkrav 1,karakterisert vedat treghetssensorene omfatter akselerometere (17) og gyroskoper (18), samt at treghets måleinnretningen videre omfatter midler for å integrere utdata signaler fra akselerometerne én gang for å tilveiebringe informasjon som representerer hastighet og to ganger for å tilveiebringe informasjon som representerer posisjon, samt midler mottakelige for utdata signaler fra gyroskopene for å tolke akselerometernes utdata inn i en referanseramme som er fast i forhold til jorden, samt for å generere estimater av helning, asimut og måleinnretningens stillings- eller retningsvinkel.

3. Apparat som angitt i patentkrav 2,karakterisert vedat det videre omfatter en reguleringsenhet (40) som er mottakelig for utdata fra gyroskopene for å regulere hastigheten på plattformens (21) drivmotor (22).

4. Apparat som angitt i patentkrav 2 eller 3,karakterisert vedat treghets måleinnretningen omfatter to toakse gyroskoper eller tre énakse gyroskoper.

5. Apparat som angitt i et hvilket som helst av de foregående patentkrav,karakterisert vedat plattformen (21) er montert inne i et kabinett (16) for rotasjon relativt til dette, i hvilket støtdempende fester (32, 37) finnes mellom plattformen (21) og kabinettet (16).

6. Apparat som angitt i patentkrav S,karakterisert vedat treghets måleinnretningen videre omfatter en vinkeldetektor eller -tolker for å registrere stillingen til plattformen (21) i forhold til kabinettet (16).

7. Fremgangsmåte for å bestemme banen til et borehull under rotasjonsboring ved anvendelse av apparatet i følge et hvilket som helst av de foregående patentkrav,karakterisert vedat plattformen (21) roteres i forhold til borestrengen (3) på en slik måte at den forblir stasjonær eller tilnærmet stasjonær hva angår vinkelendringer i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden.

8. Fremgangsmåte som angitt i patentkrav 7,karakterisert vedat plattformen roteres med en fast rotasjonshastighet i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden.

9. Fremgangsmåte som angitt i patentkrav 7,karakterisert vedat plattformen (21) roteres med drivmotoren (22) ved en langsom vinkelhastighet i forhold til en referanseramme som er fast i forhold til jorden, for å eliminere gjenværende effekter av biasfeil i gyroskopene.

10. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat drivmotoren (22) benyttes til å frakoble og opprettholde kontroll over rotasjonen til plattformen i forhold til borestrengrotasjonen, for å redusere virkningen av skaleringsfeil i gyroskopene.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 eller 8,karakterisert vedat den videre omfatter det trinn å kalibrere apparatet forut for oppstart av en boreoperasjon.