NO342849B1 - Kalibrering av borehullsinstrument under formasjonskartlegging - Google Patents

Abstract

En apparatur for sensorkalibrering i borehull inkluderer en omdreinings- eller kardang-opphengingsmekanisme for å styre en avlesningsakse for en orienteringsresponsiv sensor gjennom en tredimensjonal bane om tre ortogonale akser. En fremgangsmåte inkluderer å bruke målinger tatt over det tredimensjonale kretsløpet for å kalibrere sensoren og å fastslå andre karakteristikker for sensoren eller verktøyet.

Description

KALIBRERING AV BOREHULLSINSTRUMENT UNDER FORMASJONSKARTLEGGING

KRYSSREFERANSE TIL RELATERTE SØKNADER

Den foreliggende søknad er nasjonal fase av den internasjonale patentsøknaden PCT/US2009/064479 innlevert 13. november 2009 med tittelen “Downhole Instrument Calibration During Formation Survey” krever prioritet over amerikansk midlertidig søknad serienr. 61/114,457 innlevert 13. november 2008 med tittelen “Downhole Instrument Calibration During Formation Survey” og amerikansk midlertidig søknad serienr. 61/114,466 innlevert 14. november 2008 med tittelen “Downhole Instrument Calibration With Angled Sensors During Formation Survey”, som er inkorporert som referanse.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Under boringen og ferdigstillelsen av olje- og gassbrønner, kan det være nødvendig å koble inn tilleggsoperasjoner, så som å evaluere produksjonskapasitetene til formasjoner som gjennomskjæres av borehullet. For eksempel, etter at en brønn eller brønnintervall har blitt boret, blir interessante soner ofte testet for å fastslå ulike formasjonsegenskaper, så som permeabilitet, fluidtype, fluidkvalitet, fluiddensitet, formasjonstemperatur, formasjonstrykk, boblepunkt, formasjonstrykkgradient, mobilitet, filtratviskositet, sfærisk mobilitet, kombinert kompressibilitetsporøsitet, overflateskade (som er en indikasjon på hvordan mudfiltratet har endret permeabiliteten nær borehullet) og anisotropi (som er forholdstallet for de vertikale og horisontale permeabilitetene). Disse testene utføres for å fastslå om kommersiell utvinning av de gjennomskårne formasjonene er drivverdige og hvordan produksjonen kan optimaliseres.

Verktøy for å evaluere eller kartlegge formasjoner og fluider i et borehull kan ta mange forskjellige former, og verktøyene kan utplasseres i brønnhullet på mange forskjellige måter. For eksempel kan evalueringsverktøyet inkludere en formasjonstester som har en forlengbar prøvetakingsanordning, eller sonde, og trykksensorer. Evalueringsverktøyet kan inkludere et fluididentifikasjons (ID) -system med prøvetakingskamre eller -flasker. Sensorinstrumenter, inkludert orienteringsresponsive sensorer, så som magnetometere eller akselerometere, kan brukes for å kartlegge formasjonen og opprette en profil, modell eller et bilde av denne. Verktøyet kan transporteres ned i borehullet på en ledningstråd. Ofte kobles et evalueringsverktøy til et rør, så som et vektrør, og forbindes til en borestreng som brukes til å bore borehullet. Følgelig kan evaluering og identifikasjon av formasjoner og fluider oppnås under boreoperasjoner med verktøy for måling under boring (”measurement while drilling” (MWD)) eller logging under boring (”logging while drilling” (LWD)). De flere komponentene og systemene som nettopp er beskrevet er egnet for ulike kombinasjon, som en fagperson vil forstå. Borehullmiljøet er ulendt og dynamisk, ofte inkludert høye temperaturer (f.eks. over 175 °C), spesielt under boring. Kartleggingsinstrumenter og sensorer, så som magnetometere og akselerometere, kan være følsomme for høye temperaturer. De høye temperaturene fører til feil i sensorene, iblant kalt temperaturdrift. Følgelig er det nødvendig å kalibrere magnetometerne og akselerometerne i borehullkartleggingsinstrumentpakken kontinuerlig for å gjøre rede for den konstante temperaturdriften. Prinsippene redegjort for heri tar for seg begrensningene ved kalibrering for temperaturdrift og andre sensorfeil i kjente kartleggingsinstrumentpakker.

DETALJERT BESKRIVELSE

I tegningene og beskrivelsen som følger, er like deler typisk merket med de samme referansetallene i spesifikasjonen og tegningene fra begynnelse til slutt. Tegningsfigurene er ikke nødvendigvis i riktig målestokk. Visse trekk i redegjørelsen kan være vist i overdreven målestokk eller i noe skjematisk form, og noen av konvensjonelle elementers detaljer kan være utelatt til fordel for tydeliggjøring og kortfattethet. Den foreliggende redegjørelse er mottakelig for utførelsesformer i forskjellige former. Spesifikke utførelsesformer beskrives i detalj og vises i tegningene, med den forståelse at den foreliggende redegjørelse er å betrakte som en eksemplifisering av de omtalte prinsippene og ikke er ment å begrense redegjørelsen til den som illustreres og beskrives heri. Det skal anerkjennes fullt ut av de forskjellige teoriene tilknyttet utførelsesformene drøftet nedenfor kan brukes separat eller i hvilken som helst egnet kombinasjon for å frembringe ønskede resultater.

I den følgende drøftingen og i kravene benyttes uttrykkene "inkludert" og "innbefattende" på en åpen og upartisk måte, og skal følgelig tolkes som å bety "inkludert, men ikke begrenset til ...". Hvis ikke annet er spesifisert, er ikke hvilken som helst anvendelse av hvilken som helst form av uttrykkene "forbinde", "koble inn", "koble", "feste" eller hvilke som helst annet uttrykk som beskriver en samhandling mellom elementer ment å begrense samhandlingen til direkte samhandling mellom elementene og kan også inkludere indirekte samhandling mellom de beskrevne elementene. Referanse til opp eller ned vil bli gjort til formål for beskrivelse der "opp", "øvre", "oppover" eller "oppstrøms" betyr mot brønnens overflate og der "ned", "nedre", "nedover" eller "nedstrøms" betyr mot brønnens sluttende, uavhengig av borehullorienteringen. I tillegg kan det iblant oppgis av visse komponenter eller elementer er i fluidkommunikasjon. Med dette menes av komponentene er konstruert og innbyrdes forbundet slik at et fluid kan kommuniseres mellom dem, som via en gjennomgang, et rør eller ledningsrør. Dessuten benyttes betegnelsen "MWD" eller "LWD" for å bety all generisk måling under boring eller logging med boreapparaturer og -systemer. De ulike karakteristikkene nevnt over, så vel som andre trekk og karakteristikker beskrevet i nærmere detalj nedenfor, vil være åpenbare for fagpersonen etter å ha løst den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av utførelsesformene, og ved å referere til de vedlagte tegningene.

Først, med referanse til figur 1, vises et boreapparatur inkludert formasjonstestings- og kartleggingsinstrumenter. Et elektronisk borehullverktøy 10, så som en formasjonskartleggingsinstrumentpakke med magnetometere og/eller akselerometere, en formasjonstester, et formasjonsfluididentifikasjonsverktøy, et MWD-verktøy, et LWD-verktøy, et loggeverktøy, en boresonde, et rørtransportert verktøy, et ledningstrådverktøy, et slickline-verktøy, et fullføringsverktøy eller annet elektronisk verktøy, vises forstørret og skjematisk som en del av en bunnhullmontasje 6 inkludert en under- 13 og en borekrone 7 i dens mest distale ende. Bunnhullmontasjen 6 sendes fra en boreplattform 2, så som et skip eller annen konvensjonell landplattform, via en borestreng 5. Borestrengen 5 utplasseres gjennom et stigrør 3 og et brønnhode 4. Konvensjonelt boreutstyr (vises ikke) holdes oppe inne i et boretårn 1 og dreier borestrengen 5 og borekronen 7, og får kronen 7 til å tilforme et borehull 8 gjennom formasjonsmateriale 9. Borekronen 7 kan også dreies ved hjelp av andre midler, så som en borehullsmotor. Borehullet 8 penetrerer underjordiske soner eller reservoarer, så som reservoar 11, som antas å inneholde hydrokarboner i en kommersielt drivverdig mengde, og som også inkluderer jordens magnetfelt. Et ringrom 15 tilformes derved. Det er også i overensstemmelse med teoriene heri at det elektroniske verktøyet 10 brukes i andre bunnhullmontasjer og med andre boreapparaturer i landbasert boring med landbaserte plattformer, så vel som offshoreboring som vist i figur 1. I alle andre tilfeller, i tillegg til det elektroniske verktøyet 10, inneholder bunnhullmontasjen 6 ulike konvensjonelle apparaturer og systemer, så som en borehullboremotor, et dreiende styrbart verktøy, mudpulstelemetrisystem, MWD- eller LWD-sensorer og -systemer og andre kjent i teknikken.

I noen utførelsesformer kan verktøyet og bunnhullmontasjen være en del av et telemetri- og/eller elektromagnetisk nettverk 50 med kablede rør, som vist i figur 1B. Formasjonstest- eller kartleggingsutstyr 60 kobles til en borestreng 52 tilformet av en serie kablede borerør 54 forbundet for kommunikasjon på tvers av sammenføyninger ved anvendelse av kommunikasjonselementer som beskrevet nedenfor. Vær oppmerksom på at arbeidsstrengen 52 kan være andre former for transport, så som spiralrørstreng eller kablet spiralrørstreng. Andre komponenter i nettverket 50 kan inkludere en kelly 56, en topphulls forsterkerenhet 58 for å samordne nettverket 100 med borestyreoperasjoner og med resten av verden, en datamaskin 64 i riggkontrollsenteret for å fungere som en server og en opplink 108. Testeverktøyet 60 med sensorer 62 vises koblet inn i nettverket 100 like over borekronen 51 for kommunikasjon langs dens ledningsbane og langs den kablede borestrengen 52. Som vist i figur 1C inkluderer et rørstykke 54 på den kablede borestrengen 52 ledere 70 som krysser hele rørstykkets lengde. Kommunikasjonselementer 72 tillater overføringen av effekt og/eller data mellom rørstykket 54 og andre rørkomponenter 74 så som delstykker, koblinger og andre rør. Et data-/effektsignal kan overføres lang røret fra én ende av verktøyet gjennom lederen/lederne 150 til den andre enden gjennom kommunikasjonselementene 155.

Nå, med referanse til figurene 2–4, vises grafiske fremstillinger på ulike måter utstabilitet i borehullsensorer ved høye temperaturer. For eksempel, ved omtrent 150–175 °C, endres stigningene til kurvene som representerer ulike sensorer dramatisk som en funksjon av temperatur. Som vist endres de samlede sensorforsterkningene og -avvikene meget raskt ved høye temperaturer. Derfor kan en liten feil i den målte temperaturen resultere i en stor feil i den temperaturkompenserte avlesningen hentet fra en sensor ved anvendelse av konvensjonelle oppslagstabeller eller polynomisk basert temperaturkompensasjon. I tillegg er det en stor uforutsigbarhet for en kalibrering av sensorene ved høye temperaturer, fordi det ofte er tilfelle at kalibreringskurven ikke er en repeterbar funksjon for temperaturen. Derfor er det, i noen utførelsesformer, nødvendig å kalibrere sensorene in situ, eller "i full fart" eller "sanntid", og i meget nær tidsnærhet til tiden for hver måling.

I noen utførelsesformer, er en orienteringsresponsiv sensor dreibar rundt verktøyet eller arbeidsstrengaksen mens den også samtidig er dreibar om én eller flere ytterligere akser som er ortogonale til verktøyet eller arbeidsstrengaksen. Med referanse til figurene 5–7, vises en sensorinstrumentpakke 100. I figur 5 viser et delvis snittperspektiv av pakken 100 et ytre hus eller hoveddel 102, en aksel 104 koblet til et bevegelsesoverføringselement 106 og et andre bevegelsesoverføringselement 116 koblet inn i det første bevegelsesoverføringselementet 106. I noen utførelsesformer er bevegelsesoverføringselementene tannhjulspar og formtilpassede tannhjul, eller koniske tannhjul. Tannhjulet 116 er del av et sensorchassis 110 som inkluderer en sensor 114 koblet til en holder 112 og sylinderformede, dreibare holdeelementer 118 for å tillate tannhjulet 116 å dreie sensorchassiset 110. Sensoren 114 inkluderer en avsøkings- eller avlesningsakse 115. I noen utførelsesformer er avlesningsaksen 115 aksen med sensorens 114 maksimale følsomhet. Sensorchassiset 110 er dreibart anordnet i en ytre ramme 108, der den ytre rammen 108 er dreibart holdt oppe av huset 102. Den ytre rammen er dreibar relativt til huset 102, og sensorchassiset 110 er dreibart relativt til den ytre rammen og huset 102.

Med referanse til figur 6 vises pakken 100 i et fantom- og perspektivriss. Akselen 104 er dreibar om en Z akse som vist med en pil 122. Akselen 104 er også dreibar i retningen motsatt av pilen 122. Den ytre rammen 108 er også dreibar om Z aksen, i begge retninger og uavhengig av akselens 104 omdreining. Sensorchassiset 110 er dreibart om en X akse som vist av en pil 124. Sensorchassiset 110 er også dreibart i retningen motsatt av pilen 124. Sensorchassiset 110 og akselen 104 er opererbart koblet gjennom inngrepsmontasjen 106, 116. Når den ytre rammen 108 dreies, beveges sensorchassiset 110, og derved sensoren 114, i et XY plan for å innvirke på X og Y retningene. Hvis akselen 104 holdes stasjonær mens den ytre rammen 108 dreies, vil det ha til følge at sensorchassiset 110 dreies og vippes, som vil bli beskrevet ytterligere nedenfor. I noen utførelsesformer kan akselen 104 inkludere en andre sensor 120 anordnet på den.

I ett trekk er montasjen tilformet av den ytre rammen 108 og sensorchassiset 110 en flerakslet omdreiningsmekanisme for sensoren 114. Den ytre rammen 108 er i stand til å dreie eller "spinne" om verktøy- eller borestrengaksen mens sensorchassiset 110 er dreibart festet i den ytre rammen 108 for å dreie eller "slingre" om en annen akse relativ til den ytre rammen 108 og verktøyaksen. I noen utførelsesformer er slingreaksen ortogonal til verktøyaksen. Sensorchassiset kan også refereres til som en sensorkurv. I et annet trekk er montasje en slingremekanisme eller -apparatur hvori den ytre rammen 108 er en ytre slingrebøyle og sensorchassiset 110 er en indre slingrebøyle. Tannhjulsparmontasjen 106, 116 er del av drivmekanismen for å operere de separat bevegelige slingrebøylekomponentene.

Nå, med referanse til figur 7, viser et enderiss av pakken 100 at sensorchassiset 110 roteres litt om X aksen for å vippe holderen 112, sensoren 114 og avlesningsaksen 115. I noen utførelsesformer kan tannhjulet 106 dreies for på sin side å dreie tannhjulet 116 og dreie sensorchassiset 110 om X aksen. I andre utførelsesformer holdes tannhjulet 106 stasjonert eller fast av akselen 104 mens den ytre rammen eller slingrebøylen 108 dreies om verktøyet eller Z aksen for deretter å få det formtilpassede tannhjulet 116 til å bevege seg langs det stasjonære tannhjulet 106 og dreie sensorchassiset 110 om den indre slingrebøyleaksen.

I ulike utførelsesformer inkluderer aktuatorene for de ulike bevegelsene beskrevet heri aktuatorer med lav effekt, lav varmeutvikling og lav magnetisk signatur. For eksempel kan aktuatorene inkludere en effektskrue, en lineærmotor, tannhjul, en pinjong og en piezoelektrisk motor med nanoposisjonering. I noen utførelsesformer er en slingremekanisme inkludert én eller flere piezoelektriske motorer koblet til én eller flere slingrebøyler, så som sensorchassiset 110 og den ytre rammen, koblet til kretsteknikk for å aktivere de piezoelektriske motorene. Styrekretsteknikk er også tilveiebrakt for å styre aktiveringsstrømkretsen for slingrebøylen. I en ytterligere utførelsesform inkluderer slingremekanismen en inngrepsmontasje mellom en enkelt piezoelektrisk motor og et flertall slingrebøyler. I andre utførelsesformer inkluderer en slingremekanisme en formminneanordning som er i stand til å være i minst to former koblet til én eller flere slingrebøyler, så som sensorchassiset 110, for å drive slingrebøylene til minst to orienteringer. I en ytterligere utførelsesform tilveiebringes midler for å få formminneanordningen til å endre former. I andre utførelsesformer er slingrebøylenes drivmekanisme en trinnmotor.

I noen utførelsesformer er sensorene 114, 120 orienteringsresponsive sensorer med akser med maksimal følsomhet. I noen utførelsesformer inkluderer sensorene et akselerometer, et inklinometer, et magnetometer eller et gyroskop.

For å illustrere hvordan sensoren 114 dreies om tre ortogonale akser, eller i tre ortogonale plan, refereres det nå til figurene 8–13. I figur 8 vises et perspektivriss av en instrumentkartleggingspakke 200 med delvise utsnitt og noen komponenter i fantom for tydeliggjøring. Et hus 202 holder oppe pakkens 200 komponenter, inkludert en dreibar indre aksel 204 som har et tannhjul 206 koblet inn med et tannhjul 216 i et sensorchassis, en kurv eller indre slingrebøyle 210. Sensorchassiset 210 inkluderer en sensor 214 koblet til en holder 212, og dreibare holdeelementer 218 for å tillate tannhjulet 216 å dreie holderen 212 og sensoren 214 om en X akse. En ytre ramme eller slingrebøyle er dreibar om en Z akse uavhengig av den dreibare akselen 204. Sensoren 214 er plassert i en Y+ retning, hvori sensorens 214 avlesningsakse er innrettet med Y+ retningen.

Nå, med referanse til figur 9, mens den indre akselen 204 holdes stasjonær, drives en aktuator for å dreie den ytre rammen 208 om Z aksen som vist. Når den ytre rammen 208 dreies, beveger tannhjulet seg langs det faste tannhjulet 206 for samtidig å dreie sensorchassiset 210. Denne dobbelte dreiningen plasserer sensoren 214 i en ny posisjon i en Z- retning, hvori sensorens 214 avlesningsakse innrettes med Z aksen.

Videre, med referanse til figur 10, fortsetter den ytre rammen 208 å dreie, mens akselen 204 og tannhjulet 206 står fast. Tannhjulet 216 fortsetter å bevege seg langs det faste tannhjulet 206, og plasserer nå sensoren 214 i en ny posisjon i en X+ retning som vist. Sensorens 214 avlesningsakse innrettes med X+ aksen. Videre, med referanse til figur 11, fortsetter den ytre rammen 208 å dreie, mens akselen 204 og tannhjulet 206 står fast. Tannhjulet 216 fortsetter å bevege seg langs det faste tannhjulet 206 for å plassere sensoren 214 i en ny posisjon i en Z+ retning som vist. Sensorens 214 avlesningsakse innrettes med Z+ aksen.

Nå, med referanse til figur 12, fortsetter den ytre rammen 208 å dreie, mens akselen 204 og tannhjulet 206 står fast. Tannhjulet 216 fortsetter å bevege seg langs det faste tannhjulet 206 for å plassere sensoren 214 i en ny posisjon i en Y- retning som vist. Sensorens 214 avlesningsakse innrettes med Y- aksen.

Endelig, med referanse til figur 13, fortsetter den ytre rammen 208 å dreie, mens akselen 204 og tannhjulet 206 står fast. Tannhjulet 216 fortsetter å bevege seg langs det faste tannhjulet 206 for nå å plassere sensoren 214 i en posisjon i en X-retning som vist. Sensorens 214 avlesningsakse innrettes med X- aksen.

I noen utførelsesformer vil et forhold på 1:1 mellom tannhjulene 106, 116 få sensorchassiset 110 til å vippe mellom innretting med Y aksen og Z aksen. Hvis den ytre rammen 108 dreies mens den indre akselen holdes stasjoner, som redegjort i detalj heri, vil et større utvekslingsforhold tillate sensorchassiset å orientere seg i flere retninger. I noen utførelsesformer vil å dreie den ytre rammen 108 og akselen 104 sammen innrette sensoren 114 med X aksen eller Y aksen, eller dreie sensoren 114 i XY-planet. I andre utførelsesformer vil å dreie kun én av enten den ytre rammen 108 eller akselen 104 vippe sensorchassiset for innrettes med Z aksen og være i XZ eller YZ planet (eller ganske enkelt Z planet).

I noen utførelsesformer varieres tannhjulenes 206, 216 utvekslingsforhold for å frembringe ønskede resultater. I noen utførelsesformer er utvekslingsforholdet 2:1 for å styre sensoren 214 og dens avlesningsakse i alle de positive og negative orienteringene langs de tre ortogonale aksene X, Y og Z som beskrevet. Med referanse til figur 13B, vil et utvekslingsforhold på 2:1 styre sensorens 214 avlesningsakse gjennom tredimensjonale kretsløp 232, 234 på en tredimensjonal kule 230. I andre utførelsesformer, og med referanse til figur 13C, justeres utvekslingsforholdet til 6:5 for å få den slingrebøylede sensoren 214 til å styre den avlesningsakse langs flere tredimensjonale kretsløp, så som en serie tredimensjonale kretsløp 242 på en tredimensjonal kule 242. I andre utførelsesformer justeres utvekslingsforholdet ytterligere for å justere antall og typer tredimensjonale kretsløp gjennom hvilke avlesningsaksen beveges på den imaginære tredimensjonale kulen.

Slingringen i de orienteringsresponsive sensorene som beskrevet over oppretter visse geometrier, definisjoner, informasjon og responser som kan anvendes til å kalibrere sensorene og samle inn ytterligere kartleggingsinformasjon. Med referanse til figurene 13D og 13E, inkluderer sensorpakken 200 den ytre slingrebøylen 208 og den indre slingrebøylen 210 med sensor 214. Pakkens 200 posisjon samsvarer med en verktøyorientering ved en bestemt kartleggingsstasjon i. Videre, θ = hellingsvinkel ved orienteringen i, ζ = vinkel mellom akselerometerets følsomhetsakse 215 og verktøyaksen Z ved orientering i, ζ 0 = forskyvning iζ, Γ = det ytre husets 202 dreiningsvinkel og måles i forhold til X aksen og Γ0 = verktøyfront, som er vinkelen som avlesningsaksen 215 ligger i på planet som inneholder Z aksen og g-vektoren. For den bestemte slingrebøyle- og sensororienteringen som vises, ζ= π/2 når Γ= Γ0 i fraværet av forskyvning. Følgelig kan et eksempel på en responsmodell være en hellingsresponsmodell som følger:

Som vist i figur 13E kan ytterligere geometrier defineres med N-, B-, E- og V akser og en forlengelse 215' av avlesningsaksen på NE-planet.

I alternative utførelsesformer kan følsomhetsaksen til sensoren som skal kalibreres, eller sensorens X akse, orienteres i følge prinsippene beskrevet heri ved å anvende andre mekanismer. For eksempel, med referanse til figurene 14–24, innbefatter en sensorkartleggingspakke 300 en treakset omdreiningsmekanisme for å styre en orienteringsresponsiv sensor om tre ortogonale akser. Sensorpakken 300 inkluderer et innvendig helisk spor 302 for å styre en sensor gjennom mange forskjellige Z-avlesningsakseorienteringer. Med referanse til figur 20, inkluderer en hoveddel 301 av pakken 300 det innvendige heliske sporet 302. En åpen ende 306 mottar en sensor 304 som har styreskinner 308 som pares med riller. Sensoren inkluderer en Z akseorientering som vist.

Nå, med referanse til figur 21, drives eller presses sensoren 304 langs skinnen 302. Trykket kan tilveiebringes av drivmidler som beskrevet heri, eller av den bærende borestrengens bevegelser. I sensorens 304 nye posisjon, har Z aksens orientering endret seg som vist. I figur 22 har sensoren 304 beveget seg til en ny posisjon i sporet 302 med den nye Z akseorienteringen som vist. I figur 23 har sensoren beveget seg ytterligere til en annen Z akseorientering. Endelig, i figur 24, stanser sensoren 304 i en slisse 312 som har Z akseorienteringen som vises. I noen utførelsesformer kjører sensoren 304 tilbake gjennom det heliske sporet 302. I disse utførelsesformene etterligner sensorens 304 spiralbevegelse gjennom sporet 302 ulike av orienteringene i de tre ortogonale planene som beskrevet heri i forhold til slingremekanismene. Målinger kan tas ved de ulike orienteringene og kalibrering kan utføres som også beskrevet heri.

For tydeliggjøring i den følgende drøftingen, vil det bli referert til sensorpakken 200 med forståelse av at prinsippene gjelder i samme grad for pakken 100 (eller pakken 300). I eksempler på utførelsesformer fastslås dreining eller slingring av sensorens 214 avlesningsakse 215 slik at avlesningsaksens tredimensjonale kretsløp krysser tre innbyrdes ortogonale retninger. I ytterligere utførelsesformer velges tredimensjonale kretsløp som krysser de tre innbyrdes ortogonale retningene i orienteringer som er 180 grader fra hverandre. I én utførelsesform tilsvarer disse tre retningen en retning langs borestrengen og verktøyaksen, og to retninger ortogonalt til borestrengen og verktøyaksen. I et eksempel på en utførelsesform, frembringer et utvekslingsforhold for tannhjulmontasjene omtalt heri på 2N/(2N-1), hvor N er større enn eller lik 1, kretsløp som inneholder minst undersett med punkter som definerer tre innbyrdes ortogonale akser og kontakter disse aksene minst to ganger, med par med kontaktpunkter som vender mot hverandre (dvs.

180 grader fra hverandre).

I et eksempel på en utførelsesform, dreies eller slingres sensoren 214 (som, for eksempel kan være et magnetometer eller et akselerometer eller en kombinasjon av begge) slik at dens følsomhetsakse 215 er lokalisert ortogonalt til borestrengens og pakkens 200 Z akse (så som posisjonene i figurene 8, 10, 12, 13). Deretter dreies eller spinnes den ytre rammen 208 for å dreie den ortogonalt orienterte avlesningsaksen 215 om borestrengen og verktøyets Z akse. Målinger tas med sensoren 214. I tillegg kan den ytre rammen 208 spinnes mens den indre slingrebøylen 210 dreies av tannhjulmontasjen, som tidligere beskrevet, for å styre avlesningsaksen 215 gjennom flere tredimensjonale kretsløp som vist og beskrevet med referanse til figurene 13B og 13C, og som krysser de tre innbyrdes ortogonale retningene. Målinger tas igjen med sensoren 214.

I noen utførelsesformer tas målingene ved å anvende en dreiende check-shotfremgangsmåte, hvori målingene utføres i diskrete omdreiningsvinkler med borestrengen stasjonær i hver vinkel og ved en konstant dybde. Ytterligere detaljer om denne fremgangsmåten finnes i amerikansk patent nr. 4,682,412. I andre utførelsesformer gjøres målingene i diskrete omdreiningsvinkler med borestrengen stasjonær i hver vinkel, men ved forskjellige dybder. Ytterligere detaljer om denne fremgangsmåten finnes i amerikansk patent nr. 5,806,194. I noen utførelsesformer gjøres målingene kontinuerlig mens borestrengen dreier, som omtalt i amerikansk patentsøknadspublikasjon nr. 2006/0106587.

Målingene som tas akkurat som beskrevet kan benyttes til å fastslå normaliseringsfaktor og avvik. Normaliseringsfaktor og avvik (så vel som feilinnstillingsbetingelser) kan beregnes. I noen utførelsesformer tilpasses målingene som tas av sensoren 214 til en sinusbølge med en forskyvning. Forskyvningen tilveiebringer avviket, og amplituden tilveiebringer normaliseringsfaktoren. I tillegg tillater kretsløps- og kryssortogonalmålingene tatt med systemet 200 å fastslå avvik og normaliseringsfaktor med en kompensert måling av én vektor (dvs. magnetfelt, gravitasjonsfelt eller jordens rotasjonsakse).

I noen utførelsesformer vippes sensorens 214 avlesningsakse 215 med 180° for å tillate en måling av avvik. For eksempel representerer sensorens 214 posisjon i figur 8 sammenlignet med posisjonen i figur 12 en 180° vipp av sensoren 214. Likeledes, figur 9 versus figur 11 og figur 10 versus figur 13. I noen utførelsesformer beregnes avviket ved å anvende digital prosessteknikk.

Avviksberegningen brukes til å kalibrere sensoren 214. I noen utførelsesformer fastslås normaliseringsfaktoren ved å normalisere summen av alle tre målinger tatt av sensoren 214 langs de forskjellige kretsløpbanen eller kryssortogonale retningene. Summen av kvadratet av alle tre målinger er lik kvadratet av den bestemte feltverdien som skal kalibreres (f.eks. kvadraten av den lokale tyngdeakselerasjonen eller kvadraten av størrelsen på den lokale magnetfeltverdien).

I ytterligere utførelsesformer tas målinger ved kontinuerlig manipulering av avlesningsaksen om et kretsløp. I noen utførelsesformer er sensoren 214 et akselerometer, og å kalibrere akselerometeret langs kretsløpet tillater å fastslå en verktøyhellingsvinkel og en verktøyfrontverdi samtidig med sensorkalibreringsparameterne (dvs. normaliseringsfaktor, avvik og feilinnstillinger). I noen utførelsesformer inkluderer sensoren 214 både et akselerometer og et magnetometer, og å kalibrere sensorene langs kretsløpet tillater også å fastslå en verktøyasimut samtidig med helling, verktøyfront og magnetometerkalibreringsparameterne (dvs. normaliseringsfaktor, avvik og feilinnstilling av magnetometeret). Følgelig, i enda ytterligere utførelsesformer, kan kalibreringsparameterne anvendes som kvalitetskontrollparametere. En plutselig diskontinuitet i hvilke som helst av kalibreringsparameterne fra en observert tendens kan tilveiebringe en advarsel om nær forestående sensorsvikt eller muligheten for at en måling inneholder feil. I eksempler på utførelsesformer anvendes en lineær tendens for kalibreringsparameterne som en funksjon av tid for å konstatere punkter som faller utenfor tendensen med mer enn en spesifisert mengde (f.eks. 3 standardavvik). Den lineære tendensen oppnås enten ved å benytte en minste kvadrattilpasning eller et kalmanfilter, eller på andre måter for andre utførelsesformer.

I eksempler på utførelsesformer inkluderer en fremgangsmåte for å kalibrere den orienteringsresponsive sensoren å orientere sensoren med aksen for maksimal følsomhet ortogonalt til verktøyaksen, hvoretter minst to målinger tast i orienteringer som er ortogonale til verktøyaksene, der de to målingene er 180 grader fra hverandre. Videre orienteres sensoren med aksen for maksimal følsomhet enten parallelt til verktøyaksen eller antiparallelt til verktøyaksen. Minst én måling gjøres i denne orienteringen. De to målingene i den første ortogonale posisjonen er kryssaksiale målinger, og kan anvendes for å fastslå sensorens avvik. Den aksiale målingen kan rettes ved å anvende dette avviket. Deretter kan normaliseringsfaktoren fastslås hvis størrelsen på det totale feltet som sensoren måler er kjent, som er tilfelle med jordens gravitasjonsfelt, magnetfelt eller jordens rotasjonsvektor. De tre målingene kan deretter anvendes i en kartlegging (eller tilleggsmålinger kan tas).

I eksempler på utførelsesformer som inkluderer et system med både et akselerometer og et magnetometer i slingreapparaturens kurv, anvendes sensormålinger og kretsløpskalibreringer for å fastslå hellings- og kalibreringsparameterne samtidig. En ytterligere fremgangsmåte inkluderer å fastslå hellingen, verktøyfronten og kalibreringsparameterne samtidig. En ytterligere fremgangsmåte inkluderer å fastslå hellingen, verktøyfronten, asimuten og kalibreringsparameterne samtidig. I eksempler på utførelsesformer som inkluderer et system med kun et akselerometer i slingreapparaturens kurv, anvendes sensormålinger og kretsløpskalibreringer for å fastslå hellingen og kalibreringsparameterne samtidig. En ytterligere fremgangsmåte inkluderer å fastslå hellingen, verktøyfronten og kalibreringsparameterne samtidig.

I eksempler på utførelsesformer inkluderer et sensorpakkesystem kun et akselerometer i slingreapparaturens kurv og et treakset magnetometer i en fastanordnet (konvensjonell MWD-kartlegging) konfigurasjon. En fremgangsmåte inkluderer å fastslå akselerometerets helling, verktøyfront og kalibreringsparametere samtidig og å fastslå asimuten ved å anvende magnetometeravlesningene, hellingen og asimuten som i konvensjonell MWD-kartlegging.

I eksempler på utførelsesformer inkluderer et system kun et akselerometer i slingreapparaturens kurv og et magnetometer 120 på en dreibar aksel atskilt fra den indre slingrebøylen. I en ytterligere utførelsesform inkluderer apparaturen minst én orienteringsfølsom sensor 125 anordnet på den ytre rammen 108 (figur 6), som er dreibar om hoveddelsaksen. I en ytterligere utførelsesform inkluderer apparaturen minst to orienteringsfølsomme sensorer 125 anordnet på den ytre rammen 108, og som har avlesningsakser ortogonalt til hverandre. I noen utførelsesformer er de(n) orienteringsfølsomme sensoren(e) 125 anordnet på den ytre rammen 108 et magnetometer. I noen utførelsesformer er de(n) orienteringsfølsomme sensoren(e) 125 anordnet på den ytre rammen 108 et gyroskop. En fremgangsmåte inkluderer å måle helling, verktøyfront og akselerometerkalibreringsparametere samtidig, og å kalibrere magnetometernes avvik ved å gjøre minst to målinger ved forskjellige orienteringer av den ytre rammen 108. I noen utførelsesformer er de to målingene 180 grader fra hverandre. I noen utførelsesformer tas målingene med magnetometeret ved to orienteringer atskilt av 90 grader. Disse målingene anvendes med hellingen og verktøyfronten for å konkludere asimuten som beskrevet i amerikansk patent nr. 4,510,696.

I eksempler på utførelsesformer inkluderer systemet et magnetometer atskilt fra akselerometeret i den indre slingrebøylen, og orientert hvor som helst i sensorpakkemontasjen (unntatt den indre slingrebøylen). Magnetometeret er utplassert i en slingrebøyle som er stilt slik at magnetometeravlesningsaksen er enten langs borestrengaksen eller antiparallell til borestrengaksen. Et avvik oppnås med parallelle og antiparallelle målinger og anvendes med hellings-, verktøyfront- og de andre magnetometermålingene for å konkludere asimut.

I ytterligere utførelsesformer for å fastslå kalibreringsparametere samtidig, for eksempel, med å fastslå helling, defineres en responsmodell for systemet, gjøres et sett med målinger langs et kretsløp og utføres et iterativt binærsøk for avviket, normaliseringsfaktorfeilinnstillingen og hellingen som gir den beste overenskomsten innenfor en forhåndsspesifisert korrekthet med de observerte dataene. Ytterligere utførelsesformer inkluderer verktøyfrontberegning med magnetometerparameterberegninger og en asimutberegning.

Omtalt heri er utførelsesformer med in situ-kalibrering av kryssaksiale sensorer (inklinometere eller magnetometere eller gyroer) via de beskrevne omdreiningsog slingremekanismene. Slike teknikker kan brukes på inklinometere, magnetometere, gyroer og akselerometere som benyttes til vibrasjons- og støtmålinger i borehull.

Utførelsesformer heri tilveiebringer evnen til å dreie eller slingre slike orienteringsresponsive sensorer over et bredt område med vinkler i et borehullmiljø, for derved å gjøre det mulig å tilveiebringe en in situ-kalibrering av sensorene, selv i nærvær av magnetisk interferens eller magnetisk skjerming av kartleggingssensoren, som iblant forekommer på grunn av nærvær av magnetiske materialer, så som jernfilspon, magnetitt, ilmenitt eller hematitt i boremuden.

Under sensorkalibreringen er størrelsen og retningen på omgivelsesfeltet nøyaktig kjent, og det utvises forsiktighet for å sikre at det ikke finnes magnetisk interferens eller vibrasjon under kalibreringen. Når det forventes at kalibreringen vil avvike betydelig med tiden, selv ved en fast temperatur, som kan skje ved operasjon i høy temperatur (f.eks. høyere enn omlag 190<o>C), er nøyaktige kartlegginger kun mulig hvis sensorene kan kalibreres in situ, og i nær tidsnærhet til tiden når en kartlegging tas.

Utførelsesformene omtalt heri gjør det mulig å orientere en spesifikk sensor over et bredt område med vinkler for å kalibrere et enkeltakse (eller flerakse) akselerometer i borehullet. I noen utførelsesformer anvendes et enkeltakseakselerometer med sensorpakkene og slingremekanismene beskrevet heri for i realiteten å konstruere et 3 akse akselerometer. I dette tilfellet er det kun nødvendig å fastslå én forsterkning og ett avvik, og to feilinnstillingsvinkler fastslås. Dette er feilinnstillingene for enkeltakseakselerometeret ved dets to kryssaksiale orienteringer. I noen utførelsesformer fastslå en tredje feilinnstillingsvinkel, nemlig feilinnstillingen mellom enkeltakseakselerometerets og borestrengaksens avsøkingsakse når sensorchassiset har orientert sensoren til posisjonen det har utpekt som borestrengaksen (som faktisk kan være noe utenfor borestrengaksen). Ettersom størrelsen på jordens gravitasjonsfelt er kjent, er minimum to målinger ved forskjellige orienteringer nødvendig for å fastslå sensorens forsterkning og avvik, og er minimum to ytterligere målinger ved ytterligere forskjellige orienteringer nødvendig for å fastslå feilinnstillingsvinklene.

I eksempler på utførelsesformer inkluderer en apparatur for sensorkalibrering i borehull en hoveddel som har en akse, og en omdreiningsmekanisme holdt oppe av hoveddelen, der mekanismen inkluderer minst én sensor, hvori omdreiningsmekanismen er opererbar for å dreie sensoren relativt til tre ortogonale akser. Omdreiningsmekanismen kan være opererbar for å dreie sensoren i tre ortogonale plan. Omdreiningsmekanismen kan inkludere en ytre ramme som er dreibar om hoveddelsaksen og et sensorchassis holdt oppe i den ytre rammen, og som er dreibart om en akse ortogonal til hoveddelsaksen. Omdreiningsmekanismen kan inkludere en slingremekanisme. Slingremekanismen kan inkludere en indre slingrebøyle dreibart holdt oppe i og relativt til en ytre slingrebøyle. Den ytre slingrebøylen kan være dreibart holdt oppe av og relativt til hoveddelen. Den indre slingrebøylen kan inkludere en kurv som inneholder den minst én sensor. Sensoren kan inkludere en orienteringsresponsiv sensor. Sensoren kan inkludere et akselerometer, et magnetometer, et inklinometer, et gyroskop eller en kombinasjon av disse. Omdreiningsmekanismen kan inneholde en andre sensor. Den første sensoren kan inkludere et akselerometer og den andre sensoren kan inkludere et magnetometer. En andre sensor kan monteres på utsiden av omdreiningsmekanismen. En andre sensor kan monteres på den ytre rammen og dreibart om hoveddelsaksen. En tredje sensor kan monteres på den ytre rammen og dreibart om hoveddelsaksen, hvori de andre og tredje sensorene inkluderer orienteringsfølsomme sensorer som hver har en avlesningsakse ortogonalt til hverandre. De andre og tredje sensorene kan inkludere magnetometere, gyroskoper eller kombinasjoner av disse. En andre sensor kan monteres på den ytre slingrebøylen og dreibart om hoveddelsaksen. En tredje sensor kan monteres på den ytre slingrebøylen og dreibart om hoveddelsaksen, hvori de andre og tredje sensorene inkluderer orienteringsfølsomme sensorer som hver har en avlesningsakse ortogonalt til hverandre. De andre og tredje sensorene kan inkludere magnetometere, gyroskoper eller kombinasjoner av disse. Sensorchassiset kan inkludere dreibare holdeelementer for å dreie en avlesningsakse for sensoren om den ortogonale aksen. Sensorchassiset kan inkludere et tannhjul, hvori tannhjulet er dreibart koblet til et andre tannhjul, hvori tannhjulene inkluderer formtilpassede, koniske tannhjul, hvori det andre tannhjulet er koblet til en aksel og hvori akselen inkluderer en andre sensor anordnet på denne, hvori akselen holdes dreibart oppe av relativt til hoveddelens langs hoveddelsaksen. Tannhjulene kan inkludere et utvekslingsforhold på 2:1 for å tilveiebringe et korresponderende, tredimensjonalt kretsløp for en avlesningsakse for sensoren. Det kan være flere forskjellige tredimensjonale kretsløp. Tannhjulene kan inkludere et utvekslingsforhold på 6:5 for å tilveiebringe et korresponderende, tredimensjonalt kretsløp for en avlesningsakse for sensoren. Omdreiningsmekanismen kan inkludere et innvendig helisk spor for å motta sensoren. Sensoren kan inkludere styreskinner for å pares med riller i det heliske sporet. Sensoren kan være bevegelig langs det heliske sporet. Den heliske sporet kan styre en avlesningsakse for sensoren om tre ortogonale akser, i tre ortogonale plan, langs et tredimensjonalt kretsløp eller en kombinasjon av disse. Omdreiningsmekanismen kan være opererbar for å bevege en avlesningsakse for sensoren langs et tredimensjonalt kretsløp. Det tredimensjonale kretsløpet kan være justerbart som respons på et utvekslingsforhold.

I eksempler på utførelsesformer inkluderer en apparatur for sensorkalibrering i borehull en verktøyhoveddel som har en akse, og en slingremekanisme som kobler en første sensor dreibart i og relativt til verktøyhoveddelen, der slingremekanismen videre inkluderer en ytre slingrebøylen koblet til verktøyhoveddelen og dreibart relativt til verktøyhoveddelen om verktøyhoveddelsaksen, og en indre slingrebøyle som holder den første sensoren og dreibart relativt til verktøyhoveddelen og den ytre slingrebøylen for å dreie en avlesningsakse for den første sensoren om en akse ortogonalt til verktøyhoveddelsaksen. De indre og ytre slingrebøylene kan være dreies samtidig. Den første sensorens avlesningsakse kan beveges langs et tredimensjonalt kretsløp som respons på dreining av de indre og ytre slingrebøylene. Formtilpassede tannhjul kan kobles mellom de indre og ytre slingrebøylene. Det tredimensjonale kretsløpet kan være justerbart som respons på et utvekslingsforhold for de formtilpassede tannhjulene. En andre sensor kan monteres på den ytre slingrebøylen. En andre sensor kan monteres atskilt fra slingremekanismen. Den andre sensoren monteres på en aksel koblet til slingremekanismen.

I eksempler på utførelsesformer inkluderer en fremgangsmåte for å kalibrere en orienteringsresponsiv sensor å senke en verktøyhoveddel, inkludert en slingremekanisme som dreibart holder oppe den orienteringsresponsive sensoren, inn i et underjordisk reservoar; og å dreie sensoren relativt til tre ortogonale akser ved å anvende slingremekanismen. Fremgangsmåten inkluderer videre å anvende slingremekanismen for å dreie sensoren i tre ortogonale plan. Fremgangsmåten inkluderer videre å anvende slingremekanismen for å bevege en avlesningsakse for sensoren langs et tredimensjonalt kretsløp. Det tredimensjonale kretsløpet kan krysse tre innbyrdes ortogonale retninger. Flere tredimensjonale kretsløp kan krysse de tre innbyrdes ortogonale retningene i orienteringer som er 180 grader fra hverandre. De tre innbyrdes ortogonale retningene kan inkludere en verktøyhoveddelsakse og to retninger ortogonalt til verktøyhoveddelsaksen. Fremgangsmåten inkluderer videre å justere det tredimensjonale kretsløpet ved å anvende et utvekslingsforhold. Fremgangsmåten inkluderer videre å dreie en ytre slingrebøyle relativt til verktøyhoveddelen, og å dreie en indre slingrebøyle relativt til den ytre slingrebøylen og verktøyhoveddelen for å dreie sensoren. Å dreie den indre slingrebøylen kan inkludere å bevege et indre slingrebøyletannhjul langs et stasjonært tannhjul. Fremgangsmåten inkluderer videre å bevege sensoren langs et helisk spor. Fremgangsmåten inkluderer videre å orientere en avlesningsakse for sensoren ortogonalt til en verktøyhoveddelsakse, å ta en første måling med sensoren ved den første orienteringen, omorientere avlesningsaksen til en andre orientering ortogonalt til verktøyhoveddelsaksen ved å dreie sensoren ved å anvende slingremekanismen og å ta en andre måling med sensoren ved den andre orienteringen. Fremgangsmåten inkluderer videre å fastslå sensorens avvik ved å anvende de første og andre kryssaksiale målingene. De første og andre kryssaksiale målingene kan være 180 grader fra hverandre. Fremgangsmåten inkluderer videre å omorientere avlesningsaksen til en tredje orientering parallelt til verktøyhoveddelsaksen ved å dreie sensoren ved å anvende slingremekanismen, å ta en tredje måling med sensoren ved den tredje orienteringen og å korrigere den tredje målingen ved å anvende avviket. Fremgangsmåten inkluderer videre å fastslå en normaliseringsfaktor ved å anvende en kjent størrelse for et totalt felt målt av sensoren. Feltet kan inkludere minst ett av jordens gravitasjonsfelt, jordens magnetfelt og jordens rotasjonsvektor. Fremgangsmåten inkluderer videre å ta målinger med sensoren mens sensoren dreies ved å anvende slingremekanismen. Fremgangsmåten inkluderer videre å ta målinger med sensoren mens avlesningsaksen beveges langs det tredimensjonale kretsløpet. Fremgangsmåten inkluderer videre å ta målinger kontinuerlig med sensorene mens avlesningsaksen beveges langs det tredimensjonale kretsløpet. Fremgangsmåten inkluderer videre å ta målinger med sensorene mens avlesningsaksen flyttes trinnvis til diskrete posisjoner langs det tredimensjonale kretsløpet. Fremgangsmåten inkluderer videre hvori å dreie sensoren inkluderer å dreie et akselerometer og et magnetometer ved å anvende slingremekanismen, å ta målinger med akselerometeret og magnetometeret og å samtidig fastslå en helling og kalibreringsparametere ved å anvende målingene. Fremgangsmåten inkluderer videre å fastslå en verktøyfront samtidig som hellingen og kalibreringsparameterne fastslås. Fremgangsmåten inkluderer videre å fastslå en asimut samtidig som hellingen, kalibreringsparameterne og verktøyfronten fastslås. Fremgangsmåten inkluderer videre hvori å dreie sensoren inkluderer å dreie et akselerometer ved å anvende slingremekanismen, å ta målinger med akselerometeret og å samtidig fastslå en helling og kalibreringsparametere ved å anvende målingene. Fremgangsmåten inkluderer videre å fastslå en verktøyfront samtidig som hellingen og kalibreringsparameterne fastslås. Fremgangsmåten inkluderer videre hvori å dreie sensoren inkluderer å dreie et akselerometer ved å anvende slingremekanismen, å ta målinger med akselerometeret, å ta målinger med et treakset magnetometer anordnet atskilt fra slingremekanismen og å samtidig fastslå en helling, verktøyfront og kalibreringsparametere for akselerometeret ved å anvende målingene. Fremgangsmåten inkluderer videre å fastslå en asimut ved å anvende magnetometeret samtidig som hellingen og kalibreringsparameterne fastslås. Fremgangsmåten inkluderer videre hvori å dreie sensoren inkluderer å dreie et akselerometer ved å anvende slingremekanismen og å ta målinger med akselerometeret. Fremgangsmåten inkluderer videre å ta målinger med et magnetometer anordnet på en aksel koblet til slingremekanismen. Slingremekanismen kan inkludere en indre slingrebøyle som holder akselerometeret og en ytre slingrebøylen som inkluderer en orienteringsfølsom sensor. Den orienteringsfølsomme sensoren kan inkludere ett av et magnetometer og et gyroskop. Den ytre slingrebøylen kan inkludere minst to orienteringsfølsomme sensorer som har avlesningsakser ortogonalt til hverandre. Fremgangsmåten inkluderer videre å dreie den ytre slingrebøylen og å ta minst to målinger ved forskjellige orienteringer for de orienteringsfølsomme sensorene. De forskjellige orienteringene kan være 180 grader fra hverandre. Fremgangsmåten inkluderer videre å fastslå en helling, en verktøyfront og akselerometerkalibreringsparametere samtidig ved å anvende målingene. Fremgangsmåten inkluderer videre å kalibrere de orienteringsfølsomme sensorenes avvik ved å anvende målingene.

Fremgangsmåten inkluderer videre å konkludere en asimut ved å anvende de orienteringsfølsomme sensormålingene, hellingen og verktøyfronten.

Selv om spesifikke utførelsesformer har blitt vist og beskrevet, kan modifikasjoner gjøres av en fagperson uten å avvike fra denne oppfinnelsens ånd eller teori. De beskrevne utførelsesformene er kun ment som eksempler og er ikke begrensende. Mange variasjoner og modifikasjoner er mulig, og er innenfor oppfinnelsens omfang.

Claims (35)

Patentkrav

1.

Apparatur for sensorkalibrering i borehull innbefattende:

en hoveddel som har en akse; og

en omdreiningsmekanisme støttet av hoveddelen, der mekanismen inkluderer minst én sensor;

hvori omdreiningsmekanismen er opererbar for å dreie sensoren relativt til tre ortogonale akser.

2.

Apparaturen i følge krav 1, hvori omdreiningsmekanismen er opererbar for å dreie sensoren i tre ortogonale plan.

3.

Apparaturen i følge krav 1, hvori omdreiningsmekanismen inkluderer en ytre ramme som er dreibar om hoveddelsaksen og et sensorchassis holdt oppe i den ytre rammen, og som er dreibart om en akse ortogonal til hoveddelsaksen.

4.

Apparaturen i følge krav 1, hvori omdreiningsmekanismen innbefatter en slingremekanisme.

5.

Apparaturen i følge krav 1, hvori den minst én sensor innbefatter en orienteringsresponsiv sensor.

6.

Apparaturen i følge krav 5, hvori minst én sensor innbefatter et akselerometer, et magnetometer, et inklinometer, et gyroskop eller kombinasjoner av disse.

7.

Apparaturen i følge krav 1, hvori omdreiningsmekanismen omfatter en andre sensor.

8.

Apparaturen i følge krav 1, hvori en andre sensor er anordnet på utsiden av omdreiningsmekanismen.

9.

Apparaturen i følge krav 3, hvori sensorchassiset inkluderer dreibare holdeelementer for å dreie en avlesningsakse for sensoren om den ortogonale aksen, og et tannhjul;

der tannhjulet er dreibart anordnet til et andre tannhjul;

der tannhjulene omfatter formtilpassing, koniske tannhjul; og

der det andre tannhjulet er anordnet på en rotasjonsaksel.

10.

Apparaturen i følge krav 9, hvori, tannhjulene innbefatter et utvekslingsforhold på 2:1 eller 6:5 for å tilveiebringe et korresponderende, tredimensjonalt kretsløp for en avlesningsakse for sensoren.

11.

Apparaturen i følge krav 1, hvori omdreiningsmekanismen er opererbar for å bevege en avlesningsakse for sensoren langs et tredimensjonalt kretsløp.

12.

Apparaturen i følge krav 11, hvori det tredimensjonale kretsløpet er justerbart som respons på et utvekslingsforhold.

13.

Apparatur for sensorkalibrering i borehull innbefattende:

en verktøyhoveddel som har en akse; og en slingremekanisme som kobler en første sensor dreibart i og relativt til verktøyhoveddelen, der slingremekanismen videre innbefatter:

en ytre slingrebøyle koblet til verktøyhoveddelen og dreibart relativt til verktøyhoveddelen om verktøyhoveddelsaksen; og

en indre slingrebøyle som holder den første sensoren og dreibart relativt til verktøyhoveddelen og den ytre slingrebøylen for å dreie en avlesningsakse for den første sensoren om to akser ortogonalt til verktøyhoveddelsaksen.

14.

Apparaturen i følge krav 13, hvori de indre og ytre slingrebøylene kan dreies samtidig.

15.

Apparaturen i følge krav 14, hvori den første sensorens avlesningsakse beveges langs et tredimensjonalt kretsløp som respons på dreining av de indre og ytre slingrebøylene.

16.

Apparaturen i følge krav 15, hvori formtilpassede tannhjul er koblet mellom de indre og ytre slingrebøylene.

17.

Apparaturen i følge krav 16, hvori det tredimensjonale kretsløpet er justerbart som respons på et utvekslingsforhold for de formtilpassede tannhjulene.

18.

Fremgangsmåte for å kalibrere en orienteringsresponsiv sensor innbefattende:

å senke en verktøyhoveddel, inkludert en slingremekanisme som dreibart holder oppe den orienteringsresponsive sensoren, inn i et underjordisk reservoar; og

å dreie sensoren relativt til tre ortogonale akser ved å anvende slingremekanismen.

19.Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende å anvende slingremekanismen for å dreie sensoren i tre ortogonale plan.

Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende å anvende slingremekanismen for å bevege en avlesningsakse for sensoren langs et tredimensjonalt kretsløp.

21.

Fremgangsmåten i følge krav 20, hvori det tredimensjonale kretsløpet krysser tre innbyrdes ortogonale retninger.

22.

Fremgangsmåten i følge krav 21, hvori de tre innbyrdes ortogonale retningene innbefatter en verktøyhoveddelsakse og to retninger ortogonalt til verktøyhoveddelsaksen.

23.

Fremgangsmåten i følge krav 21, videre innbefattende å justere det tredimensjonale kretsløpet ved å anvende et utvekslingsforhold.

24.

Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende:

å dreie en ytre slingrebøyle relativt til verktøyhoveddelen; og å dreie en indre slingrebøyle relativt til den ytre slingrebøylen og verktøyhoveddelen for å dreie sensoren.

25.

Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende:

å orientere en avlesningsakse for sensoren ortogonalt til en verktøyhoveddelsakse;

å ta en første måling med sensoren ved den første orienteringen;

å omorientere avlesningsaksen til en andre orientering ortogonalt til verktøyhoveddelsaksen ved å dreie sensoren ved å anvende slingremekanismen; og

å ta en andre måling med sensoren ved den andre orienteringen.

26.

Fremgangsmåten i følge krav 25, videre innbefattende å fastslå sensorens avvik ved å anvende de første og andre kryssaksiale målingene.

27.

Fremgangsmåten i følge krav 26, videre innbefattende:

å omorientere avlesningsaksen til en tredje orientering parallelt til verktøyhoveddelsaksen ved å dreie sensoren ved å anvende slingremekanismen;

å ta en tredje måling med sensoren ved den tredje orienteringen; og

å korrigere den tredje målingen ved å anvende avviket.

28.

Fremgangsmåten i følge krav 27, videre innbefattende:

å fastslå en normaliseringsfaktor ved å anvende en kjent størrelse for et totalt felt målt av sensoren.

29.

Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende:

hvori å dreie sensoren innbefatter å dreie et akselerometer og et magnetometer ved å anvende slingremekanismen;

å ta målinger med akselerometeret og magnetometeret; og å samtidig fastslå en helling og kalibreringsparametere ved å anvende målingene.

30.

Fremgangsmåten i følge krav 29, videre innbefattende å fastslå en verktøyfront samtidig som hellingen og kalibreringsparameterne fastslås.

31.

Fremgangsmåten i følge krav 30, videre innbefattende å fastslå en asimut samtidig som hellingen, kalibreringsparameterne og verktøyfronten fastslås.

32.

Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende:

hvori å dreie sensoren innbefatter å dreie et akselerometer ved å anvende slingremekanismen;

å ta målinger med akselerometeret; og

å samtidig fastslå en helling og kalibreringsparametere ved å anvende målingene.

33.

Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende:

hvori å dreie sensoren innbefatter å dreie et akselerometer ved å anvende slingremekanismen;

å ta målinger med akselerometeret;

å ta målinger med et treakset magnetometer anordnet atskilt fra slingremekanismen; og

å samtidig fastslå en helling, verktøyfront og kalibreringsparametere for akselerometeret ved å anvende målingene.

34.

Fremgangsmåten i følge krav 18, videre innbefattende:

hvori å dreie sensoren innbefatter å dreie et akselerometer ved å anvende slingremekanismen; og

å ta målinger med akselerometeret.

35.

Fremgangsmåten i følge 34, videre innbefattende å ta målinger med et magnetometer anordnet på en aksel koblet til slingremekanismen.