NO342903B1 - System and method for detecting position and orientation of a downhole body - Google Patents
System and method for detecting position and orientation of a downhole body Download PDFInfo
- Publication number
- NO342903B1 NO342903B1 NO20140989A NO20140989A NO342903B1 NO 342903 B1 NO342903 B1 NO 342903B1 NO 20140989 A NO20140989 A NO 20140989A NO 20140989 A NO20140989 A NO 20140989A NO 342903 B1 NO342903 B1 NO 342903B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- detector
- reference point
- orientation
- magnet
- shaft
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 23
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 claims 1
- 241001331845 Equus asinus x caballus Species 0.000 description 14
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/02—Determining slope or direction
- E21B47/024—Determining slope or direction of devices in the borehole
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
- E21B25/16—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors for obtaining oriented cores
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/02—Determining slope or direction
- E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
- E21B47/0228—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism using electromagnetic energy or detectors therefor
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/02—Determining slope or direction
- E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
- E21B47/0236—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism using a pendulum
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
Landscapes
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Denne publikasjonen angår et system og en fremgangsmåte for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy, innrettet for å bli beveget gjennom eller være stasjonært anordnet i et medium, slik som fjell, hvor orienteringsenheten (10) omfatter et ytre legeme (11) og et opphentbart, indre element (12). Systemet omfatter; - en fiksert referansepunktanordning (13) er anordnet på en del av legemet; - minst én detektor (15) for til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen (13); - minst én andre detektor (16) for avføling av jordens tyngdefelt; - én eller flere anordninger for å forbinde den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) med en prosessor eller for å hente opp innsamlede data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16), bruke slike data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den fikserte referansepunktanordningen (13) samt inklinasjonen til legemet eller orienteringen av en kjerneprøve.This publication relates to a system and a method for identifying or monitoring the orientation and position of a body, such as a tool, adapted to be moved through or stationary in a medium, such as a rock, wherein the orientation unit (10) comprises a outer body (11) and a retrievable inner member (12). The system includes; - a fixed reference point device (13) is arranged on a part of the body; - at least one detector (15) for sensing at any one time and thereby identifying the position of the fixed reference point device (13); - at least one second detector (16) for sensing the earth's gravitational field; - one or more devices for connecting the at least one first detector (15) and the at least one second detector (16) to a processor or for retrieving collected data from the at least one first detector (15) and the at least one second detector (16), use such data from the at least one first detector (15) and the at least one second detector (16) to calculate the rotational orientation of the fixed reference point device (13) and the inclination of the body or the orientation of a core sample.
Description
Teknisk område Technical area
Foreliggende oppfinnelse vedrører et system og en fremgangsmåte for identifisering eller overvåkning av orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy innrettet for å bli beveget gjennom et medium eller for å være stasjonært anordnet i mediet, slik som, men ikke begrenset til, fjell, jord eller leire. The present invention relates to a system and a method for identifying or monitoring the orientation and position of a body, such as a tool designed to be moved through a medium or to be stationary arranged in the medium, such as, but not limited to, rocks , soil or clay.
Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention
Det er tidligere kjent flere måter for å identifisere og overvåke orienteringen og posisjonen til et nedihulls-legeme eller brønnhulls-legeme. Et eksempel er å bruke en universell bunnhullsorientering-komponent (UBHO-komponent), ofte referert til som en muldyrsko (engelsk: «mule shoe sub»), det vil si en komponent med skråkant, idet komponenten kan koples til en mekanisk eller elektronisk måleenhet. Komponenten og måleenheten blir så vanligvis pumpet ned i borerørene. Når komponenten er landet, skal den låses på det legemet som skal orienteres, for å etablere et referansepunkt for måleenheten og derved gjøre det mulig å logge legemets orientering i brønnhullet. Noen ganger kan komponenten være nede i brønnhullet mens en motsvarende enhet, slik som en bolt, blir forbundet med måleenheten. There are previously known several ways to identify and monitor the orientation and position of a downhole body or wellbore body. An example is to use a universal downhole orientation component (UBHO component), often referred to as a mule shoe sub, i.e. a component with a beveled edge, as the component can be connected to a mechanical or electronic measuring unit . The component and measuring unit are then usually pumped down into the drill pipes. When the component is landed, it must be locked onto the body to be oriented, in order to establish a reference point for the measuring unit and thereby make it possible to log the body's orientation in the wellbore. Sometimes the component can be down the wellbore while a corresponding unit, such as a bolt, is connected to the measuring unit.
US 4094360 beskriver anvendelse av en muldyrsko for lokalisering av et retningsindikerende instrument i aksial innretning med en retningsinstrumentenhet, et avbøyningsverktøy eller en avledningsborekrone hvor den nedre aksiale bestanddelen av retningsinstrumentenheten er en muldyrsko. En slik opphentingsorienteringsenhet kan brukes til mange anvendelser og i motsetning til stasjonære orienteringssystemer, har den den fordel at den enten kan etterlates stasjonær på verktøyet eller hentes opp fra hullet. Den opphentbare muligheten er essensiell for retningsstyrte kjerneboringsrør, kilebelter og andre verktøy hvor orienteringsenheten må tas opp til overflaten. US 4094360 describes the use of a mule shoe for locating a directional indicating instrument in axial arrangement with a directional instrument assembly, a deflection tool or a diversion drill bit where the lower axial component of the directional instrument assembly is a mule shoe. Such a pick-up orientation unit can be used for many applications and unlike stationary orientation systems, it has the advantage that it can either be left stationary on the tool or picked up from the hole. The retrievable capability is essential for directional core drill pipes, wedge belts and other tools where the orienting device must be brought to the surface.
Bruk av en såkalt muldyrsko har imidlertid flere iboende ulemper, slik som: - muldyrskoen er beroende av at skoen eller den formede enheten glir/roterer inn i et motsvarende opptak forbundet med det legeme som skal orienteres. Å fullføre tilkoplingen kan være vanskelig, og noe aksial kraft er vanligvis nødvendig for å fullføre operasjonen og oppfylle den tilsiktede virkningen. Komponenten behøver følgelig ofte en ytterligere kraft, ved hjelp av et hydraulisk trykk, for å sikre at den låses på plass. However, using a so-called mule shoe has several inherent disadvantages, such as: - the mule shoe is dependent on the shoe or the shaped unit sliding/rotating into a corresponding recording connected to the body to be oriented. Completing the connection can be difficult and some axial force is usually required to complete the operation and fulfill the intended effect. Consequently, the component often needs an additional force, by means of a hydraulic pressure, to ensure that it is locked in place.
- muldyrskoen kan bare tilkoples legemet i én spesiell stilling. Hvis skoen eller den motsvarende formen er vridd eller møtes spiss mot spiss, kan det oppstå en klemvirkning og enheten kan bli fastklemt eller kan virke feilaktig ettersom den er forbundet med legemet. - the mule shoe can only be attached to the body in one special position. If the shoe or the corresponding mold is twisted or meets tip to tip, a pinching effect may occur and the unit may become jammed or may malfunction as it is connected to the body.
- hvis muldyrskoen brukes til orientering av retningsboreverktøy med indre rotasjonsaksel, kan en låsmekanisme eller kopling mellom akselen og den ytre legemet være nødvendig for å oppnå et referansepunkt. Disse koplingene er følsomme for feilfunksjonering og er vanligvis meget vanskelige å operere når hullet blir dypt, på grunn av det høye dreiemomentet. Dessuten er det vanskelig å vite om låseanordningen eller koplingen er i åpen eller lukket modus. - if the mule shoe is used to orient directional drilling tools with an internal rotary shaft, a locking mechanism or coupling between the shaft and the outer body may be necessary to achieve a reference point. These couplings are sensitive to malfunction and are usually very difficult to operate when the hole becomes deep, due to the high torque. Also, it is difficult to know whether the locking device or coupling is in open or closed mode.
Det er derfor behov for et orienteringssystem som ikke behøver den nåværende muldyrskoen. Dessuten er det behov for et orienteringssystem som kan avføle posisjonen til et punkt på det ytre legemet i forhold til tyngdekraften, uavhengig av posisjonen til punktet på omkretsflaten til det ytre legemet til enhver tid. There is therefore a need for an orientation system that does not need the current mule shoe. Furthermore, there is a need for an orientation system that can sense the position of a point on the outer body in relation to gravity, regardless of the position of the point on the peripheral surface of the outer body at any given time.
Det er også behov for et system som til ethvert tidspunkt kan avføle posisjonen til et punkt på et ytre legeme i forhold til tyngdekraften, uavhengig av posisjonen på omkretsflaten til det ytre legemet. There is also a need for a system which can at any time sense the position of a point on an external body in relation to gravity, regardless of the position on the peripheral surface of the external body.
Dessuten er det også behov for et system som ikke er avhengig av en låsemekanisme eller kopling mellom akselen og det ytre legemet på verktøy med en indre aksel. Det er også behov for et orienteringssystem som omfatter en måleenhet som kan fjernes og bringes til overflaten når orienteringsverktøyene eller legemene som ikke krever kontinuerlig orientering, slik som stasjonære verktøy som et kilebånd eller en ventil og lignende, og et orienteringssystem hvor måleenheten kan hentes tilbake til overflaten hvis det oppstår en feilfunksjon eller overhaling er nødvendig. Dessuten er det også behov for et system som kan bringes til overflaten for nedlasting av data, det vil si som ikke nødvendigvis beror på brønnkabler. In addition, there is also a need for a system that does not depend on a locking mechanism or coupling between the shaft and the outer body of tools with an inner shaft. There is also a need for an orientation system comprising a measuring unit that can be removed and brought to the surface when the orientation tools or bodies that do not require continuous orientation, such as stationary tools such as a wedge band or a valve and the like, and an orientation system where the measuring unit can be retrieved to surface if a malfunction occurs or overhaul is required. In addition, there is also a need for a system that can be brought to the surface for downloading data, that is, which does not necessarily depend on well cables.
Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention
Hovedprinsippet bak foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et alternativt orienteringssystem som ikke behøver UBHOen (muldyrskoen), for å bestemme den omkretsmessige posisjonen til et referansepunkt på et ytre legeme til enhver tid eller i visse tidsperioder, og å samle inn denne informasjonen slik at posisjonen til et legeme kan bestemmes og/eller beregnes. Denne bestemmelsen eller beregningene kan være aktiviteter i sann tid eller kan logges for etterfølgende nedlasting på overflaten eller nede i hullet, og om ønsket, brukt til automatisk eller manuell justering av posisjonen til legemet. The main principle behind the present invention is to provide an alternative orientation system that does not require the UBHO (mule shoe), to determine the circumferential position of a reference point on an external body at any time or for certain periods of time, and to collect this information so that the position of a body can be determined and/or calculated. This determination or calculations can be activities in real time or can be logged for subsequent download at the surface or downhole, and if desired, used for automatic or manual adjustment of the position of the body.
Ifølge dette prinsippet, kan en referansepunktanordning være anordnet for eksempel på et ytre legeme eller en del av en struktur, slik som et rør, et fôringsrør eller lignende, mens sensorene eller anordningene som avføler posisjonen til referansepunktanordningen, er anordnet inne i strukturen som referansepunktanordningen er plassert i, for eksempel i forbindelse med et indre element anordnet inne i strukturen som bærer referansepunktanordningen, slik at sensorene dermed avføler i retning utover. According to this principle, a reference point device can be arranged, for example, on an external body or part of a structure, such as a pipe, a feeding pipe or the like, while the sensors or devices that sense the position of the reference point device are arranged inside the structure that the reference point device is placed in, for example in connection with an internal element arranged inside the structure which carries the reference point device, so that the sensors thus sense in the outward direction.
Det skal imidlertid bemerkes at referansepunktanordningen og sensorene kan være utformet på en slik måte at sensorene avføler i retning innover, det vil si at referansepunktanordningen er anordnet på en sentralt posisjonert utvidelse av et verktøylegeme, for eksempel anordnet på en aksel eller lignende, med sensorene anordnet på en separat sylinder, et legeme eller en ring som omgir referansepunktanordningen. However, it should be noted that the reference point device and the sensors can be designed in such a way that the sensors sense in an inward direction, that is to say that the reference point device is arranged on a centrally positioned extension of a tool body, for example arranged on an axle or the like, with the sensors arranged on a separate cylinder, body or ring surrounding the datum device.
På tegningene og den etterfølgende detaljerte beskrivelse av en utførelsesform, er bare den utførelsesformen som har referansepunktanordningen anordnet på et ytre legeme vist og beskrevet, mens sensorene er anordnet på eller tilknyttet et indre element, som fortrinnsvis kan trekkes tilbake fra det ytre legemet, uten at det derved er ment å begrense oppfinnelsen og beskyttelsesomfanget til en slik utførelsesform. Utførelsesformene som omfatter en løsning hvor referansepunktanordningen er anordnet på en ytre ring som omgir en sentralt anordnet referansepunktanordning, er også ment å være innbefattet i beskyttelsesomfanget. In the drawings and the subsequent detailed description of an embodiment, only the embodiment which has the reference point device arranged on an outer body is shown and described, while the sensors are arranged on or associated with an inner element, which can preferably be withdrawn from the outer body, without it is thereby intended to limit the invention and the scope of protection to such an embodiment. The embodiments which include a solution where the reference point device is arranged on an outer ring that surrounds a centrally arranged reference point device are also intended to be included in the scope of protection.
Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system som kan tilveiebringe den samme grad av fleksibilitet som muldyrskoen, det vil si enten å være stasjonær eller opphentbar for å bestemme posisjonen til et bevegelig legeme eller en del av et verktøy i forhold til jordgravitasjonen, hvor det bevegelige legemet forflytter seg gjennom et borehull eller et hull eller er stasjonært, i alle fall uten bruk av en muldyrsko. An object of the present invention is to provide a system which can provide the same degree of flexibility as the mule shoe, that is to say either being stationary or retrievable to determine the position of a moving body or part of a tool in relation to the earth's gravity, where the movable body moves through a bore or hole or is stationary, in any case without the use of a mule shoe.
Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system som kan benyttes for å finne orienteringen av en kjerneprøve. One purpose of the present invention is to provide a system that can be used to find the orientation of a core sample.
Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en alternativ måte å bestemme posisjonen til et ytre legeme på, bevegelig eller stasjonært anordnet i et brønnhull. Another object of the present invention is to provide an alternative way of determining the position of an external body, mobile or stationary arranged in a wellbore.
Nok et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en løsning hvor avfølingsanordningene og elektronikken som anvendes til bestemmelse av posisjonen til et ytre legeme utgjør et system som kan være både en integrert, men likevel fjernbar del av anordningen som beveges gjennom, eller som er en stasjonær enhet i et medium, idet anordningen for eksempel kan være en borestreng eller et verktøy. Yet another purpose of the present invention is to provide a solution where the sensing devices and the electronics used to determine the position of an external body constitute a system which can be both an integrated, yet removable part of the device that is moved through, or which is a stationary unit in a medium, as the device can for example be a drill string or a tool.
Spesielt, men ikke utelukkende, er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et opphentbart system og en fremgangsmåte for styring og/eller overvåkning av orienteringen til en verktøyflate i et brønnhull eller et borehull, basert på posisjonen til et punkt på det ytre legemet. In particular, but not exclusively, an object of the present invention is to provide a retrievable system and a method for controlling and/or monitoring the orientation of a tool surface in a well hole or a borehole, based on the position of a point on the outer body.
Det skal bemerkes at et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et system som kan benyttes i forbindelse med orientering av andre typer brønnhullsverktøy, innbefattende, men ikke begrenset til pakkere, kilebelter, ventiler, overvåknings- og styresystemer. Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte som forbedrer styringen eller overvåkningen av posisjonen til et legeme som beveger seg gjennom eller er stasjonært anordnet i en boring eller et hull, slik som en borestreng eller et verktøy, ved å bestemme posisjonen til et punkt på det ytre legemet. It should be noted that another purpose of the invention is to provide a system that can be used in connection with orientation of other types of downhole tools, including but not limited to packers, V-belts, valves, monitoring and control systems. Another object of the present invention is to provide a system and method that improves the control or monitoring of the position of a body moving through or stationary in a borehole or hole, such as a drill string or a tool, by determining the position of a point on the outer body.
Det skal bemerkes at systemet ikke er avhengig av en låsmekanisme eller en kopling mellom akselen og det ytre legemet hvis det brukes for eksempel et bor med internt roterende aksel. Dessuten kan avfølingsanordningene og elektronikken fjernes og bringes til overflaten, mens bare den forholdsvis billige referanseanordningen etterlates nede i hullet, når orienteringsverktøyet ikke lenger trenger kontinuerlig orientering slik som, men ikke begrenset til, et kilebelte. It should be noted that the system does not rely on a locking mechanism or a coupling between the shaft and the outer body if, for example, a drill with an internally rotating shaft is used. Also, the sensing devices and electronics can be removed and brought to the surface, leaving only the relatively inexpensive reference device downhole, when the orientation tool no longer needs continuous orientation such as, but not limited to, a V-belt.
Nok et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et orienteringssystem som gir gode avlesninger nær vertikalen, noe som er kjent å være et problem i forbindelse med eksisterende systemer basert på bevegelige vekter, kuler og lignende til å bestemme verktøyets nedre side. Yet another object of the invention is to provide an orientation system which gives good readings close to the vertical, which is known to be a problem in connection with existing systems based on moving weights, balls and the like to determine the lower side of the tool.
Det skal også bemerkes at orienteringssystemet i henhold til oppfinnelsen i visse tilfeller kan være permanent anbragt. It should also be noted that the orientation system according to the invention can in certain cases be permanently placed.
Formålene blir oppnådd ved hjelp av et system og en fremgangsmåte som nærmere definert i de selvstendige krav, men utførelsesformer, varianter og alternativer er definert i de uselvstendige kravene. The purposes are achieved by means of a system and a method as further defined in the independent claims, but embodiments, variants and alternatives are defined in the non-independent claims.
Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et system for å identifisere eller overvåke orienteringen til og posisjonen av et legeme, slik som et verktøy. According to the present invention, a system is provided for identifying or monitoring the orientation and position of a body, such as a tool.
Systemet er ment å bli beveget gjennom eller være stasjonært anordnet i et medium, slik som fjell, idet orienteringsenheten omfatter et ytre legeme og et opphentbart indre element. Systemet omfatter: The system is intended to be moved through or to be stationary arranged in a medium, such as rock, the orientation unit comprising an outer body and a retrievable inner element. The system includes:
- en fast referansepunktanordning er anordnet på en del av legemet; - a fixed reference point device is arranged on a part of the body;
- minst én detektor for til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den faste referansepunktanordningen; - at least one detector to sense and thus identify the position of the fixed reference point device at all times;
- minst én andre detektor for å avføle jordens tyngdefelt; - at least one second detector to sense the Earth's gravity field;
- én eller flere anordninger for å forbinde den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren med en prosessor for å innhente oppsamlede data fra den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren, ved å bruke disse dataene fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den faste referansepunktanordningen så vel som hellingen til legemet eller orienteringen til en kjerneprøve. - one or more devices for connecting the at least one first detector and the at least one second detector with a processor to obtain collected data from the at least one first detector and the at least one second detector, using this data from the at least one first the detector (15) and the at least one other detector for calculating the rotational orientation of the fixed reference point device as well as the inclination of the body or the orientation of a core sample.
Ifølge én utførelsesform av systemet kan den faste referansepunktanordningen være mekanisk eller fysisk festet på det ytre legemet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren er anordnet på det opphentbare indre elementet. According to one embodiment of the system, the fixed reference point device can be mechanically or physically attached to the outer body, while the at least one first and the at least one second detector are arranged on the retrievable inner element.
Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan den fikserte referansepunktanordningen være festet på et legeme som er sentralt anordnet på verktøyet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren er anordnet på en opphentbar ring eller et opphentbart rør som omgir den sentralt anordnede, fikserte referansepunktanordningen inne i et ytre legeme. According to another embodiment of the invention, the fixed reference point device can be fixed on a body that is centrally arranged on the tool, while the at least one first and the at least one second detector are arranged on a retrievable ring or a retrievable tube that surrounds the centrally arranged, fixed the reference point device inside an external body.
Referansepunktanordningen kan omfatte minst én magnet, den første detektoren kan omfatte minst ett magnetometer og den andre detektoren kan omfatte minst én tyngdekraftsensor, slik som et inklinometer og/eller et treakset akselerometer. The reference point device may comprise at least one magnet, the first detector may comprise at least one magnetometer and the second detector may comprise at least one gravity sensor, such as an inclinometer and/or a three-axis accelerometer.
Referansepunktanordningen kan dessuten være plassert i ett eller flere fikserte seter på legemet, innrettet for å skape et kunstig magnetfelt som kan detekteres av den første detektoren. The reference point device can also be located in one or more fixed seats on the body, arranged to create an artificial magnetic field which can be detected by the first detector.
De første og andre detektorene kan videre være anordnet på det indre elementet for å tilveiebringe data for rotasjonsmessig posisjon for det ytre legemet og derved den rotasjonsmessige forskyvningen under drift av det ytre legemet; lokalisering av en legemsflate; og/eller posisjonen til det ytre legemet gjennom måling av posisjonen til permanentmagneten i forhold til jordens tyngdefelt. The first and second detectors may further be arranged on the inner element to provide data for the rotational position of the outer body and thereby the rotational displacement during operation of the outer body; localization of a body surface; and/or the position of the outer body by measuring the position of the permanent magnet in relation to the Earth's gravitational field.
Det indre elementet kan omfatte en separat roterbar aksel innrettet for å rotere uavhengig av det indre elementet, og at en magnet kan være festet til den separate, roterbare akselen, idet magneten alltid blir innrettet på grunn av de magnetiske kreftene med den ene eller de flere magnetene på det ytre legemet. The inner member may comprise a separate rotatable shaft adapted to rotate independently of the inner member, and that a magnet may be attached to the separate rotatable shaft, the magnet always being aligned due to the magnetic forces with the one or more the magnets on the outer body.
Det skal bemerkes at minst én magnet kan være festet til enden av en frittløpende rotasjonsaksel for å tilveiebringe et magnetfelt som blir avfølt av magnetometret, for å tillate magnetometret å avføle akselens orienteringsmessige posisjon. It should be noted that at least one magnet may be attached to the end of a freewheeling rotary shaft to provide a magnetic field sensed by the magnetometer, to allow the magnetometer to sense the orientational position of the shaft.
Referansepunktanordningen kan dessuten velges fra én av en radioaktiv kilde, en laser, en elektromagnet og en radiofrekvensidentifikasjon (RFID). The reference point device can also be selected from one of a radioactive source, a laser, an electromagnet and a radio frequency identification (RFID).
I én utførelsesform er hele verktøyet (10) laget av et ikke-magnetisk materiale for å gjøre det mulig for magnetometret å avlese også retninger i forhold til magnetisk nord. In one embodiment, the entire tool (10) is made of a non-magnetic material to enable the magnetometer to also read directions relative to magnetic north.
Foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy. The present invention also relates to a method for identifying or monitoring the orientation and position of a body, such as a tool.
Fremgangsmåten vedrører et system innrettet for å bli beveget gjennom, eller etterlatt stasjonært i et medium, slik som fjell, idet orienteringsenheten omfatter et ytre legeme og et opphentbart indre element, og omfatter følgende: The method relates to a system designed to be moved through, or left stationary in, a medium, such as rock, the orientation unit comprising an outer body and a retrievable inner element, and comprising the following:
- å etablere en fiksert referansepunktanordning mekanisk eller fysisk festet på en del av legemet; - to establish a fixed reference point device mechanically or physically attached to a part of the body;
- å arrangere detektorene eller sensorene på en annen del av legemet; - arranging the detectors or sensors on another part of the body;
- å bruke minst én detektor til å avføle signaler utsendt av referansepunktanordningen for derved til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen; - to use at least one detector to sense signals emitted by the reference point device in order to thereby at all times sense and thus identify the position of the fixed reference point device;
- å bruke minst én andre detektor til å avføle jordens tyngdefelt; - using at least one second detector to sense the Earth's gravity field;
- å forbinde utgangen fra minst én første detektor og en minst ene andre detektoren med en prosessor, eller å hente opp innsamlede data fra den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren for å bruke disse dataene fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den fikserte referansepunktanordningen så vel som inklinasjonen til legemet eller orienteringen av en kjerneprøve. - to connect the output from at least one first detector and at least one second detector with a processor, or to retrieve collected data from the at least one first detector and the at least one second detector in order to use this data from the at least one first detector (15 ) and the at least one other detector for calculating the rotational orientation of the fixed reference point device as well as the inclination of the body or the orientation of a core sample.
Ifølge én utførelsesform omfatter fremgangsmåten å feste referansepunktanordningen mekanisk eller fysisk til det ytre legemet, mens den minst ene første og minst ene andre detektoren anordnes på det opphentbare indre elementet. According to one embodiment, the method comprises fixing the reference point device mechanically or physically to the outer body, while the at least one first and at least one second detector are arranged on the retrievable inner element.
Ifølge an annen utførelsesform omfatter fremgangsmåten å feste referansepunktanordningen på et legeme sentralt anordnet på verktøyet mens den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren anordnes på den opphentbare ytre ringen som omgir det sentralt anordnede, fikserte referansepunktet. According to another embodiment, the method comprises attaching the reference point device to a body centrally arranged on the tool while the at least one first detector and the at least one second detector are arranged on the retrievable outer ring which surrounds the centrally arranged, fixed reference point.
Ifølge én spesiell utførelsesform omfatter fremgangsmåten: According to one particular embodiment, the method comprises:
- å etablere en fiksert referansepunktanordning i et ytre legeme; - to establish a fixed reference point device in an external body;
- å anbringe sensorene som er anordnet på det indre elementet og/eller tilknyttet elementer på dette; - placing the sensors arranged on the inner element and/or associated elements on it;
- å bruke magnetfeltet fra referansepunktanordningen som er mekanisk eller fysisk festet på det ytre legemet, som en referanse for å detektere posisjonen til det ytre legemet; - using the magnetic field from the reference point device mechanically or physically attached to the outer body, as a reference to detect the position of the outer body;
- å detektere i det minste magnetfeltet ved hjelp av en første detektor tilknyttet det indre elementet for å avføle og dermed identifisere posisjonen til referansepunktanordningen på det ytre legemet; og - to detect at least the magnetic field by means of a first detector associated with the inner element to sense and thus identify the position of the reference point device on the outer body; and
- å bruke en andre detektor til å detektere jordens tyngdefelt; - using a second detector to detect the Earth's gravity field;
- å kommunisere den detekterte informasjonen fra den første detektoren og den andre detektoren til en prosessor for beregning av orienteringen til det ytre legemet, også den rotasjonsmessige forskyvningen. - to communicate the detected information from the first detector and the second detector to a processor for calculating the orientation of the outer body, also the rotational displacement.
Fremgangsmåten kan omfatte å anordne én eller flere naturlige magneter eller elektromagneter på en frittrullende aksel på det indre elementet, konfigurere én av magnetene innrettet med en naturlig magnet eller elektromagnet på det ytre legemet, og å anordne en magnet eller et elektromagnetisk felt på en ende av akselen, og å bruke magnetfeltet som en kilde for overvåkning og identifisering av posisjonen og orienteringen til akselen, ved å bruke et magnetometer og en tyngdekraftsensor, slik som et akselerometer eller et inklinometer. The method may include disposing one or more natural magnets or electromagnets on a free-rolling shaft of the inner member, configuring one of the magnets aligned with a natural magnet or electromagnet on the outer body, and disposing a magnet or electromagnetic field on an end of the shaft, and using the magnetic field as a source for monitoring and identifying the position and orientation of the shaft, using a magnetometer and a gravity sensor, such as an accelerometer or an inclinometer.
Dessuten kan fremgangsmåten også omfatte å bestemme, eller beregning kan utføres i sann tid eller logges for senere nedlastinger, på overflaten eller nede i hullet. Moreover, the method may also include determining, or calculation may be performed in real time or logged for later downloads, at the surface or downhole.
Tyngdekraftsensorer slik som akselerometre eller inklinometre blir brukt sammen med en hvilken som helst av detektorene for avføling av den rotasjonsmessige posisjonen til det ytre legemet for registrering av verktøyflaten. Gravity sensors such as accelerometers or inclinometers are used in conjunction with any of the detectors for sensing the rotational position of the outer body for recording the tool face.
Det skal dessuten også bemerkes at systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er innrettet for å tilveiebringe et forbedret orienteringssystem som kan erstatte den nåværende bruken av en muldyrsko, og ved operasjon av et system med en intern, roterende aksel er det ikke nødvendig å innbefatte en låseanordning for å innrette muldyrskoen som er plassert i en kjent posisjon i forhold til det ytre legemet. Furthermore, it should also be noted that the system of the present invention is designed to provide an improved orientation system that can replace the current use of a mule shoe, and when operating a system with an internal rotating shaft, it is not necessary to include a locking device to align the mule shoe which is placed in a known position relative to the outer body.
Ifølge foreliggende oppfinnelse kan sensoren, for å identifisere den rotasjonsmessige posisjonen i stedet for et magnetometer, være anordnet ved den frie ende av den ytterligere andre roterende akselen med forskjellig atskilte, aksialt orienterte sektorer anordnet omkring omkretsen til akselen, for å virke sammen med børster eller sko, maken til det systemet som er brukt på kommutatoren på en elektrisk motor, hvor posisjonen til forskjellige sektorer i forhold til posisjonen til den tilsvarende magneten på en ytterligere andre aksel blir kjent. According to the present invention, the sensor, to identify the rotational position instead of a magnetometer, can be arranged at the free end of the further second rotating shaft with differently spaced, axially oriented sectors arranged around the circumference of the shaft, to act together with brushes or shoes, similar to the system used on the commutator of an electric motor, where the position of different sectors relative to the position of the corresponding magnet on a further second shaft is known.
Kort beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings
I det følgende skal prinsipper og en utførelsesform av oppfinnelsen beskrives mer detaljert under henvisning til tegningene, hvor: In the following, principles and an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the drawings, where:
Figur 1 skjematisk viser et prinsipp for en orienteringsenhet ifølge foreliggende oppfinnelse, for å indikere en passende posisjon for en utførelsesform som utgjør referansepunktet og utformingen av den første og andre detektoren; Figure 1 schematically shows a principle of an orientation unit according to the present invention, to indicate a suitable position for an embodiment which constitutes the reference point and the design of the first and second detector;
Figur 2 viser skjematisk et prinsipp for en orienteringsenhet som bruker en andre utførelsesform av oppfinnelsen, som viser anordningen som utgjør referansepunktet, de anvendte detektorene og én eller flere andre magneter festet til en roterende aksel; Figure 2 schematically shows a principle of an orientation unit using a second embodiment of the invention, showing the device that constitutes the reference point, the detectors used and one or more other magnets attached to a rotating shaft;
Figur 3 viser skjematisk et retningsboreverktøy for kjerneboring med orienteringsenheten i henhold til foreliggende oppfinnelse for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et boreverktøy; Figure 3 schematically shows a directional drilling tool for core drilling with the orientation unit according to the present invention to identify or monitor the orientation and position of a drilling tool;
Figur 4 viser skjematisk en del av boreverktøyet som er vist på figur 3, for å indikere en mulig posisjon av orienteringsenheten og referansepunktanordningen; Figure 4 schematically shows part of the drilling tool shown in Figure 3, to indicate a possible position of the orientation unit and reference point device;
Figur 5 viser skjematisk en skisse av utsiden av en slam-motor med en orienteringsenhet ifølge oppfinnelsen; Figure 5 schematically shows a sketch of the outside of a mud engine with an orientation unit according to the invention;
Figur 6 viser skjematisk et snitt gjennom en opphentbar orienteringsenhet for et brønnhullsverktøy, slik som en slam-motor vist på figur 5, eller et kilebelte eller lignende verktøy, alle i henhold til oppfinnelsen; Figure 6 schematically shows a section through a retrievable orientation unit for a wellbore tool, such as a mud motor shown in Figure 5, or a V-belt or similar tool, all according to the invention;
Figur 7 viser skjematisk og i forstørret skala snittet gjennom en orienteringsenhet brukt i et kjerneboringsverktøy for retningsboring som vist på figur 3 og 4, som viser referansepunktanordningen og det opphentbare instrumenteringsrøret ifølge oppfinnelsen; Figure 7 shows schematically and on an enlarged scale the section through an orienting unit used in a coring tool for directional drilling as shown in Figures 3 and 4, showing the reference point device and the retrievable instrumentation tube according to the invention;
Figur 8 viser skjematisk en skisse av en opphentbar indre rørenhet som omfatter et indre element ifølge foreliggende oppfinnelse og et kjernerør for kjernetakning. Figure 8 schematically shows a sketch of a retrievable inner tube unit which comprises an inner element according to the present invention and a core tube for core taking.
Detaljert beskrivelse av utførelsesformer som er vist på figurene Detailed description of embodiments shown in the figures
Den følgende beskrivelse av utførelseseksempler refererer til de vedføyde tegningene. Samme henvisningstall på forskjellige tegninger identifiserer de samme eller lignende elementer. Den følgende detaljerte beskrivelse er ikke ment, eller har til hensikt, å begrense oppfinnelsen. Omfanget av oppfinnelsen er derimot definert i de vedføyde patentkravene. Utførelsesformene som skal diskuteres i det etterfølgende, er dessuten ikke begrenset til disse utformingene, men kan utvides til andre arrangementer som diskutert senere. The following description of exemplary embodiments refers to the attached drawings. The same reference numerals on different drawings identify the same or similar elements. The following detailed description is not intended, or intended, to limit the invention. The scope of the invention, on the other hand, is defined in the appended patent claims. Furthermore, the embodiments to be discussed in the following are not limited to these designs, but can be extended to other arrangements as discussed later.
Referanse gjennom beskrivelsen til «én utførelsesform» eller «en utførelsesform» betyr at et spesielt trekk, en struktur eller en karakteristikk som er beskrevet i forbindelse med en utførelsesform, er innbefattet i minst én utførelsesform av det beskrevne innholdet. Forekomsten av frasene «i én utførelsesform» eller «i en utførelsesform» på forskjellige steder i beskrivelsen, refererer ikke nødvendigvis til den samme utførelsesformen. De spesielle trekkene, strukturene eller karakteristikkene kan videre kombineres på enhver passende måte i én eller flere utførelsesformer. Reference throughout the description to "one embodiment" or "an embodiment" means that a particular feature, structure or characteristic described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment of the described content. The occurrence of the phrases "in one embodiment" or "in one embodiment" in different places in the specification do not necessarily refer to the same embodiment. The special features, structures or characteristics may further be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
Figur 1 viser skjematisk en orienteringsenhet som viser det prinsippet som brukes ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, som indikerer en passende posisjon for anordningen som utgjør referansepunktet, og utformingen av den første og den andre detektoren. Figuren indikerer skjematisk en orienteringsenhet 10 anordnet med et ytre legeme 11 og et opphentbart indre element 12 anordnet inne i det ytre legeme 11. Orienteringsenheten 10 utgjør en separat, men likevel integrert del av orienteringsverktøyet og er anordnet nede i hullet sammen med det indre elementet 12. Ifølge det viste elementet, er en magnet 13 anordnet i en fiksert posisjon på det ytre legemet 11, for å tilveiebringe et magnetfelt. Det ytre legemet 11 kan ha en sylindrisk tverrsnittsform med en senterlinje 14. Et magnetometer 15 kan være inkorporert i det indre elementet 12 og er fortrinnsvis posisjonert konsentrisk i forhold til det indre elementet 12. Magnetometret 15 kan være av en hvilken som helst kjent type for å måle retningen av magnetfeltet til magneten 13 som er anordnet på det ytre legemet 11, og dermed den omkretsmessige posisjonen til magneten 13 i forhold til magnetfeltet til enhver tid. Orienteringsenheten 10 omfatter dessuten også et treakset akselerometer 16 anordnet på det indre elementet 12, hvis formål er å avføle jordens tyngdefelt. Figure 1 schematically shows an orientation unit showing the principle used according to one embodiment of the present invention, which indicates a suitable position for the device constituting the reference point, and the design of the first and second detectors. The figure schematically indicates an orientation unit 10 arranged with an outer body 11 and a retrievable inner element 12 arranged inside the outer body 11. The orientation unit 10 forms a separate, yet integrated part of the orientation tool and is arranged down in the hole together with the inner element 12 According to the element shown, a magnet 13 is arranged in a fixed position on the outer body 11, to provide a magnetic field. The outer body 11 can have a cylindrical cross-sectional shape with a center line 14. A magnetometer 15 can be incorporated in the inner element 12 and is preferably positioned concentrically with respect to the inner element 12. The magnetometer 15 can be of any known type for to measure the direction of the magnetic field of the magnet 13 which is arranged on the outer body 11, and thus the circumferential position of the magnet 13 in relation to the magnetic field at all times. The orientation unit 10 also includes a three-axis accelerometer 16 arranged on the inner element 12, the purpose of which is to sense the earth's gravity field.
Systemet ifølge utførelsesformen som er vist på figur 1, virker på følgende måte: The system according to the embodiment shown in figure 1 works in the following way:
- Posisjonen til magneten 13 som er festet til det ytre legemet 11, er kjent i forhold til for eksempel den eksentriske mekanismen, eller andre trekk eller elementer ved systemet er også kjent siden posisjonen til magneten 13 er fysisk og mekanisk fiksert på det ytre legemet 11 som igjen er fiksert i forhold til verktøyet. - The position of the magnet 13 which is attached to the outer body 11 is known in relation to, for example, the eccentric mechanism, or other features or elements of the system are also known since the position of the magnet 13 is physically and mechanically fixed on the outer body 11 which is again fixed in relation to the tool.
- Posisjonen til akselerometret 16 avføler jordens tyngdefelt, og begge sensorene er forbundet med en prosessor (ikke vist) som beregner posisjonen til magneten 13 i forhold til jordens tyngdefelt. Informasjon fra sensorene kan enten kommuniseres i sann tid ned i hullet eller gjennom et ledningssystem til overflaten, eller kan avleses når det indre elementet 12 blir hentet opp til overflaten. Kjennskap til magnetens posisjon i forhold til jordens tyngdefelt gjør det mulig ved hjelp av prosesseringsmidler å identifisere posisjonen til for eksempel den eksentriske mekanismen i forhold til jordens tyngdefelt, det vil si verktøyflaten. - The position of the accelerometer 16 senses the earth's gravity field, and both sensors are connected to a processor (not shown) which calculates the position of the magnet 13 in relation to the earth's gravity field. Information from the sensors can either be communicated in real time down the hole or through a line system to the surface, or can be read when the inner element 12 is brought up to the surface. Knowledge of the magnet's position in relation to the earth's gravitational field makes it possible, with the help of processing means, to identify the position of, for example, the eccentric mechanism in relation to the earth's gravitational field, i.e. the tool surface.
Figur 2 viser skjematisk og i prinsippet en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, som viser et andre prinsipp for en orienteringsenhet, omfattende den anordningen som utgjør referansepunktanordningen 13, de to detektorene 15, 16 som er festet til et indre element 12. Det skal bemerkes at magneten 13 er mekanisk fiksert til et ytre legeme 11, og at det indre elementet 12 omfatter en roterbar aksel 19. Magnetometret 15 og akselerometre 16 er festet til det indre elementet 12 slik at magnetometret 15 avføler orienteringsposisjonen til den roterende akselen 19, mens akselerometret 16 avføler jordens tyngdefelt. Orienteringen av akselen 19 har en relevans til posisjonen av referansepunktanordningen 13. Figure 2 shows schematically and in principle a further embodiment of the invention, which shows a second principle for an orientation unit, comprising the device which constitutes the reference point device 13, the two detectors 15, 16 which are attached to an internal element 12. It should be noted that the magnet 13 is mechanically fixed to an outer body 11, and that the inner element 12 comprises a rotatable shaft 19. The magnetometer 15 and accelerometers 16 are attached to the inner element 12 so that the magnetometer 15 senses the orientation position of the rotating shaft 19, while the accelerometer 16 senses the earth's gravitational field. The orientation of the shaft 19 has a relevance to the position of the reference point device 13.
Det indre elementet 12 omfatter en aksel 19 som er roterbart opphengt i det indre elementet 12’, for å muliggjøre rotasjon av akselen 19 i forhold til det indre elementet 12. Lagrene 20, 20’ kan for eksempel være rullelagre. Ifølge den utførelsesformen som er vist på figur 2, er den roterbart anordnede akselen 19 forsynt med en magnet 17. Magneten 17 er anordnet på en slik måte at magneten 17 alltid vil innrette seg med magneten 13 som er festet til det ytre legemet 11, på grunn av magnetfeltet til magneten 13. The inner element 12 comprises a shaft 19 which is rotatably suspended in the inner element 12', to enable rotation of the shaft 19 in relation to the inner element 12. The bearings 20, 20' can for example be roller bearings. According to the embodiment shown in Figure 2, the rotatably arranged shaft 19 is provided with a magnet 17. The magnet 17 is arranged in such a way that the magnet 17 will always align with the magnet 13 which is attached to the outer body 11, on due to the magnetic field of the magnet 13.
Ifølge den utførelsesformen som er vist på figur 2, er den frittløpende akselen 19 anordnet med en forlengelse 21, som strekker seg gjennom kulelageret 20’. Ved endeflaten til enden av forlengelsen 21 er det anordnet en magnet 18, der magneten 18 er på linje med magnetometret som er anordnet i det indre elementet 12. Siden magneten 17 alltid vil innrette seg med magneten 13 som er festet til det ytre elementet 11, vil magnetfeltet til magneten 18 rotere tilsvarende, for derved å gjøre det mulig for magnetometret å avføle orienteringen til akselen 19, noe som gir orienteringen eller plasseringen av referansepunktanordningen 13, som sammen med tyngdekraften gir orienteringen av verktøyet 10. According to the embodiment shown in Figure 2, the free-running shaft 19 is provided with an extension 21, which extends through the ball bearing 20'. At the end surface of the end of the extension 21, a magnet 18 is arranged, where the magnet 18 is in line with the magnetometer which is arranged in the inner element 12. Since the magnet 17 will always align with the magnet 13 which is attached to the outer element 11, the magnetic field of the magnet 18 will rotate accordingly, thereby enabling the magnetometer to sense the orientation of the shaft 19, which provides the orientation or location of the reference point device 13, which together with gravity provides the orientation of the tool 10.
Sammenlignet med den utførelsesformen som er vist på figur 1, vil den utførelsesformen som er vist på figur 2, funksjonere på følgende måte: Compared to the embodiment shown in Figure 1, the embodiment shown in Figure 2 will function as follows:
- Magneten 13 skaper et magnetfelt, og siden den andre magneten 17 er festet til den fritt roterende akselen 19 på grunn av kulelagerunderstøttelsene 20, 20’, vil rotasjonen til akselen 19 bli rotert slik at magnetene 13 og 17 vil være innrettet med hverandre til enhver tid. Som en følge av rotasjonen av akselen 19, vil magneten 18 ved enden av akselen 19 rotere tilsvarende, slik at en mulig endring i retningen til magnetfeltet til magneten 18 vil bli avfølt av magnetometret 15 som er plassert ved enden av akselen 19. På en slik måte vil posisjonen til magneten 13 i det ytre legemet 11 dermed bli avfølt. - The magnet 13 creates a magnetic field, and since the second magnet 17 is attached to the freely rotating shaft 19 due to the ball bearing supports 20, 20', the rotation of the shaft 19 will be rotated so that the magnets 13 and 17 will be aligned with each other at any time. As a result of the rotation of the shaft 19, the magnet 18 at the end of the shaft 19 will rotate accordingly, so that a possible change in the direction of the magnetic field of the magnet 18 will be sensed by the magnetometer 15 which is placed at the end of the shaft 19. On such way, the position of the magnet 13 in the outer body 11 will thus be sensed.
- Akselerometret 16 vil avføle orienteringen til det indre elementet 12 i forhold til jordens tyngdefelt og ved hjelp av en prosessor vil orienteringsenheten bli i stand til å identifisere og overvåke verktøyorienteringen, for eksempel posisjonen til en eksentrisk mekanisme, eller enhver verktøyflate i forhold til jordens tyngdefelt. - The accelerometer 16 will sense the orientation of the inner element 12 in relation to the earth's gravity field and with the help of a processor the orientation unit will be able to identify and monitor the tool orientation, for example the position of an eccentric mechanism, or any tool surface in relation to the earth's gravity field .
- Når det gjelder utførelsesformen som er vist på både figur 1 og 2, kan data avleses direkte i sann tid eller lagres og lastet til overflaten i et senere trinn. Figur 3 viser skjematisk et retningsboreverktøy for kjerneboring med en orienteringsenhet i henhold til foreliggende oppfinnelse innbefattet, for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til boreverktøyet. Verktøyet er forsynt med en borkrone 22 forbundet med en internt anordnet drivaksel 28 (se figur 7). Ved den motsatte enden er verktøyet forsynt med en kopling 25 for å forbinde drivakselen 28 med en borestreng (ikke vist) for å overføre rotasjon til drivakselen 28 og borkronen 22. - In the case of the embodiment shown in both figures 1 and 2, data can be read directly in real time or stored and loaded to the surface in a later step. Figure 3 schematically shows a directional drilling tool for core drilling with an orientation unit according to the present invention included, to identify or monitor the orientation and position of the drilling tool. The tool is provided with a drill bit 22 connected to an internally arranged drive shaft 28 (see figure 7). At the opposite end, the tool is provided with a coupling 25 to connect the drive shaft 28 to a drill string (not shown) to transmit rotation to the drive shaft 28 and the drill bit 22.
Figur 4 viser skjematisk en ytre, forstørret skisse av en del av boreverktøyet som er vist på figur 3, for å indikere en mulig posisjon av orienteringsenheten 10 og referansepunktanordningen 13 som i den viste utførelsesformen er i form av en magnet 13. Figuren indikerer også en pakning 24, for å holde det ytre legemet 11 fiksert under boreoperasjonen. Figure 4 schematically shows an external, enlarged sketch of a part of the drilling tool shown in Figure 3, to indicate a possible position of the orientation unit 10 and the reference point device 13 which in the embodiment shown is in the form of a magnet 13. The figure also indicates a packing 24, to keep the outer body 11 fixed during the drilling operation.
Figur 5 viser skjematisk en skisse av utsiden av en slammotorenhet med orienteringsenheten i henhold til oppfinnelsen. Som vist, omfatter verktøyet en avbøyningsmekanisme 23 for å endre boreretningen. Verktøyet omfatter dessuten en orienteringsenhet som innbefatter et indre element 12 (ikke vist) ifølge foreliggende oppfinnelse og en slammotor. Figure 5 schematically shows a sketch of the outside of a mud motor unit with the orientation unit according to the invention. As shown, the tool includes a deflection mechanism 23 to change the drilling direction. The tool also comprises an orientation unit which includes an inner element 12 (not shown) according to the present invention and a mud motor.
Figur 6 viser skjematisk et snitt gjennom en stasjonær eller opphentbar orienteringsenhet for et brønnhullsverktøy, slik som en slammotor, et kilebelte eller lignende verktøy, alle i samsvar med oppfinnelsen. Figure 6 schematically shows a section through a stationary or retrievable orientation unit for a wellbore tool, such as a mud motor, a V-belt or similar tools, all in accordance with the invention.
Figur 7 viser skjematisk og i forstørret skala et snitt gjennom den anordningen som er vist på figur 4, og viser den opphentbare instrumentrørenheten 26 (det indre elementet) ifølge oppfinnelsen. Som vist, er det ytre legemet 11 i form av et rør og er forsynt med en fiksert referansepunktanordning 13, som i utførelsesformen er vist som en magnet festet til veggen i det ytre legemet 11. Sensorene kan være av en type og en utforming som diskutert ovenfor på figurene 1 og 2, det vil si ett eller flere magnetometre 15 og et treakset akselerometer 16, eller av andre sensortyper som diskutert ovenfor i oppsummeringen av oppfinnelsen. Som diskutert ovenfor, er hensikten med de aktuelle sensorene å avlese og om nødvendig logge rotasjonsmessig forskyvning og verktøyflaten til et stasjonært system ved å måle posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen, det vil si i den utførelsesformen som er vist med en permanentmagnet, i forhold til jordens tyngdefelt. Figure 7 shows schematically and on an enlarged scale a section through the device shown in Figure 4, and shows the retrievable instrument tube unit 26 (the inner element) according to the invention. As shown, the outer body 11 is in the form of a tube and is provided with a fixed reference point device 13, which in the embodiment is shown as a magnet attached to the wall of the outer body 11. The sensors can be of a type and design as discussed above in Figures 1 and 2, that is, one or more magnetometers 15 and a three-axis accelerometer 16, or of other sensor types as discussed above in the summary of the invention. As discussed above, the purpose of the sensors in question is to read and, if necessary, log rotational displacement and the tool face of a stationary system by measuring the position of the fixed reference point device, that is, in the embodiment shown with a permanent magnet, relative to the Earth's gravity field.
På både figur 6 og 7 representerer det legemet som er betegnet A elektronikken, prosessorene og avfølingsanordningene for avføling av posisjonen til referansepunktet 13 på det ytre legemet og tyngdekraften, for eksempel i form av et magnetometer og et akselerometer som diskutert i forbindelse med enten figur 1 eller figur 2, eller som nærmere definert i den foregående beskrivelse. Avfølingsanordningene kan være anordnet på samme konfigurasjon som diskutert i forbindelse med figur 1 eller figur 2. In both Figures 6 and 7, the body designated A represents the electronics, processors and sensing devices for sensing the position of the reference point 13 on the outer body and gravity, for example in the form of a magnetometer and an accelerometer as discussed in connection with either Figure 1 or Figure 2, or as further defined in the preceding description. The sensing devices may be arranged in the same configuration as discussed in connection with figure 1 or figure 2.
Figur 8 viser skjematisk en skisse av en tilbaketrekkbar indre rørenhet for retningskjerneboring. Den tilbaketrekkbare indre rørenheten som omfatter et indre element 12 i henhold til foreliggende oppfinnelse, er ment å være tilbaketrekkbart anordnet inne i et ytre legeme 11 eller et hus (ikke vist). Den indre rørenheten 11 omfatter et kjernerør 30, et indre rør 29 innrettet for å romme en kjerneprøve. Ved én ende er den indre rørenheten 12 forsynt med en seteanordning, hvor seteanordningen er utformet for å gjøre det mulig å låse og frigjøre den indre rørenheten. Instrumentrøret 12 som kan innbefatte de sensorsystemene som er beskrevet på enten figur 1 eller 2, kan enten være plassert i en fiksert posisjon i forhold til det indre røret 12 ved hjelp av en kopling 31, eller i en fritt roterende posisjon i forhold til det indre røret 29. Hvis instrumentrøret 12 er i en fiksert posisjon i forhold til det indre røret 29, vil det være mulig å bestemme den rotasjonsmessige orienteringen av kjerneprøven som er bragt til overflaten. Som påpekt ovenfor er det på ingen måte nødvendig i henhold til foreliggende oppfinnelse å være avhengig av et muldyrskosystem eller en kommunikasjonskabel som fører opp til overflaten. En alternativ måte å bestemme posisjonen til det ytre legemet på til enhver tid under boring, er dessuten oppnådd. Figure 8 schematically shows a sketch of a retractable inner pipe unit for directional core drilling. The retractable inner tube unit comprising an inner element 12 according to the present invention is intended to be retractably arranged inside an outer body 11 or a housing (not shown). The inner tube unit 11 comprises a core tube 30, an inner tube 29 arranged to accommodate a core sample. At one end, the inner tube unit 12 is provided with a seat device, where the seat device is designed to make it possible to lock and release the inner tube unit. The instrument tube 12, which can include the sensor systems described in either figure 1 or 2, can either be placed in a fixed position in relation to the inner tube 12 by means of a coupling 31, or in a freely rotating position in relation to the inner the tube 29. If the instrument tube 12 is in a fixed position in relation to the inner tube 29, it will be possible to determine the rotational orientation of the core sample that has been brought to the surface. As pointed out above, it is in no way necessary according to the present invention to depend on a mule shoe system or a communication cable leading up to the surface. An alternative way of determining the position of the outer body at any time during drilling has also been achieved.
Hvis den fikserte referansepunktanordningen er i form av én eller flere permanentmagneter, kan det være foretrukket, men ikke nødvendig, at de er plassert i fikserte seter i rørveggen i det ytre legemet eller elementet, for å skape et kunstig magnetfelt som kan avføles og avleses ved hjelp av et magnetometer Det skal bemerkes at referansepunktanordningen kan enten være anordnet som en del av den indre eller ytre overflaten til det ytre elementet. Alternativt kan referansepunktanordningen være innbefattet som en integrert del av veggen i det ytre elementet. Som en variant kan hele eller en del av det ytre elementet være av et magnetisert materiale. If the fixed reference point means is in the form of one or more permanent magnets, it may be preferred, but not necessary, that they are placed in fixed seats in the pipe wall of the outer body or element, to create an artificial magnetic field which can be sensed and read by using a magnetometer It should be noted that the reference point device may either be provided as part of the inner or outer surface of the outer element. Alternatively, the reference point device can be included as an integral part of the wall in the outer element. As a variant, all or part of the outer element can be made of a magnetized material.
Det skal bemerkes at de algoritmene som anvendes for å detektere en posisjon og en orientering av flaten til brønnhullsverktøyet og for å skape et bilde av posisjonen og/eller orienteringen, er basert på standard matematikk. It should be noted that the algorithms used to detect a position and orientation of the surface of the downhole tool and to create an image of the position and/or orientation are based on standard mathematics.
Patentkrav Patent claims
1. System for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy, innrettet for å bli beveget gjennom eller være stasjonert anordnet i et medium, slik som fjell, idet orienteringsenheten (10) omfatter et ytre legeme (11) og et opphentbart indre element (12), 1. System for identifying or monitoring the orientation and position of a body, such as a tool, arranged to be moved through or to be stationed in a medium, such as rock, the orientation unit (10) comprising an external body (11) and a retrievable inner member (12),
k a r a k t e r i s e r t ved at c a r a c t e r i s e r t in that
- en fiksert referansepunktanordning (13) er anordnet på en del av legemet; - minst én detektor (15) for til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen (13); - a fixed reference point device (13) is arranged on a part of the body; - at least one detector (15) to sense and thus identify the position of the fixed reference point device (13) at all times;
- minst én andre detektor (16) for å avføle jordens tyngdefelt; - at least one second detector (16) for sensing the earth's gravity field;
- anordninger for å forbinde den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) med en prosessor eller for å innhente innsamlede data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16), bruke slike data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den fikserte referansepunktanordningen (13), samt inklinasjonen til legemet eller orienteringen av en kjerneprøve, - devices for connecting the at least one first detector (15) and the at least one second detector (16) with a processor or for obtaining collected data from the at least one first detector (15) and the at least one second detector (16), use such data from the at least one first detector (15) and the at least one second detector (16) to calculate the rotational orientation of the fixed reference point device (13), as well as the inclination of the body or the orientation of a core sample,
- bruke slik data levert av systemet som inntak for automatisk eller manuelt å identifisere, styre eller justere posisjonen til et ytre legeme eller en avbøyningsmekanisme. - use such data provided by the system as input to automatically or manually identify, control or adjust the position of an external body or deflection mechanism.
2. System ifølge krav 1, hvor den fikserte referansepunktanordningen (13) er mekanisk eller fysisk festet på det ytre legemet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren (15, 16) er anordnet på det opphentbare indre elementet (12). 2. System according to claim 1, where the fixed reference point device (13) is mechanically or physically fixed on the outer body, while the at least one first and the at least one second detector (15, 16) are arranged on the retrievable inner element (12) .
3. System ifølge krav 1, hvor den fikserte referansepunktanordningen (13) er festet på et legeme sentralt anordnet på verktøyet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren er anordnet på en opphentbar ring eller et opphentbart rør som omgir det sentralt arrangerte, fikserte referansepunktet (12) anordnet inne i et ytre legeme (11). 3. System according to claim 1, where the fixed reference point device (13) is fixed on a body centrally arranged on the tool, while the at least one first and the at least one second detector is arranged on a retrievable ring or a retrievable tube that surrounds the centrally arranged , fixed the reference point (12) arranged inside an outer body (11).
Claims (11)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140989A NO342903B1 (en) | 2014-08-14 | 2014-08-14 | System and method for detecting position and orientation of a downhole body |
| CA2956836A CA2956836C (en) | 2014-08-14 | 2015-08-14 | System and method for position and orientation detection of a downhole device |
| AU2015302416A AU2015302416C1 (en) | 2014-08-14 | 2015-08-14 | System and method for position and orientation detection of a downhole device |
| PCT/NO2015/050134 WO2016024867A1 (en) | 2014-08-14 | 2015-08-14 | System and method for position and orientation detection of a downhole device |
| EP15832382.4A EP3180496B1 (en) | 2014-08-14 | 2015-08-14 | System and method for position and orientation detection of a downhole device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140989A NO342903B1 (en) | 2014-08-14 | 2014-08-14 | System and method for detecting position and orientation of a downhole body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20140989A1 NO20140989A1 (en) | 2016-02-15 |
| NO342903B1 true NO342903B1 (en) | 2018-08-27 |
Family
ID=55304399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20140989A NO342903B1 (en) | 2014-08-14 | 2014-08-14 | System and method for detecting position and orientation of a downhole body |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3180496B1 (en) |
| AU (1) | AU2015302416C1 (en) |
| CA (1) | CA2956836C (en) |
| NO (1) | NO342903B1 (en) |
| WO (1) | WO2016024867A1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2526824B (en) * | 2014-06-03 | 2019-02-20 | Statoil Petroleum As | Determination of initial tool orientation |
| NO342901B1 (en) * | 2016-04-08 | 2018-08-27 | Huygens As | A core drilling system and method for obtaining an orientated rock core sample using said core drilling system |
| GB2567225B (en) * | 2017-10-06 | 2020-02-26 | Priority Drilling Ltd | Directional drilling |
| NO346195B1 (en) * | 2021-01-12 | 2022-04-11 | Devico As | Orientation system for downhole device |
| NO20210892A1 (en) * | 2021-07-09 | 2023-01-10 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030034178A1 (en) * | 2001-06-28 | 2003-02-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drilling direction control device |
| WO2008004999A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-10 | Baker Hughes Incorporated | Closed loop drilling assembly with electronics outside a non-rotating sleeve |
| US20090056938A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | Baker Hughes Incorporated | Apparatus And Method For Estimating Orientation Of A Liner During Drilling Of A Wellbore |
| WO2013028075A1 (en) * | 2011-08-22 | 2013-02-28 | Devico As | Adjustable eccentric bushing assembly for wireline-operated directional core barrel drill |
| US20130140087A1 (en) * | 2011-06-01 | 2013-06-06 | Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg | Dual pipe rod assembly section, horizontal drilling device and probe housing |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2207505A (en) | 1935-04-05 | 1940-07-09 | Carl St J Bremner | Drill pipe orienting tool |
| US2120670A (en) | 1935-07-05 | 1938-06-14 | Sperry Sun Well Surveying Co | Method and apparatus for orienting tools |
| US2327658A (en) | 1939-12-12 | 1943-08-24 | Eastman Oil Well Survey Co | Method of and means for orienting tools in well bores |
| US2419468A (en) | 1941-10-08 | 1947-04-22 | Sperry Sun Well Surveying Co | Apparatus for orienting drill stems |
| US2425319A (en) | 1942-12-23 | 1947-08-12 | Sperry Sun Well Surveying Co | Tool orienting method and apparatus |
| US2711879A (en) | 1952-10-08 | 1955-06-28 | Sperry Sun Well Surveying Co | Apparatus for orienting tools in a bore hole |
| US4094360A (en) | 1977-07-01 | 1978-06-13 | Wilson Industries, Inc. | Self-locking mule shoe |
| EP2645057B1 (en) | 2005-08-03 | 2018-12-05 | Halliburton Energy Services, Inc. | An orientation sensing apparatus for determining an orientation |
| WO2010128959A1 (en) * | 2009-05-07 | 2010-11-11 | Halliburton Energy Services, Inc | Device orientation determination |
| JP5357065B2 (en) | 2010-01-08 | 2013-12-04 | 前田建設工業株式会社 | Deviation direction detecting device and drilling method of tip bit in drilling machine |
| US8689903B2 (en) * | 2010-04-14 | 2014-04-08 | Baker Hughes Incorporated | Coring apparatus and methods |
| WO2014007796A1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-09 | Halliburton Energy Services, Inc. | Angular position sensor with magnetometer |
-
2014
- 2014-08-14 NO NO20140989A patent/NO342903B1/en active IP Right Review Request
-
2015
- 2015-08-14 CA CA2956836A patent/CA2956836C/en active Active
- 2015-08-14 EP EP15832382.4A patent/EP3180496B1/en active Active
- 2015-08-14 WO PCT/NO2015/050134 patent/WO2016024867A1/en active Application Filing
- 2015-08-14 AU AU2015302416A patent/AU2015302416C1/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030034178A1 (en) * | 2001-06-28 | 2003-02-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drilling direction control device |
| WO2008004999A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-10 | Baker Hughes Incorporated | Closed loop drilling assembly with electronics outside a non-rotating sleeve |
| US20090056938A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | Baker Hughes Incorporated | Apparatus And Method For Estimating Orientation Of A Liner During Drilling Of A Wellbore |
| US20130140087A1 (en) * | 2011-06-01 | 2013-06-06 | Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg | Dual pipe rod assembly section, horizontal drilling device and probe housing |
| WO2013028075A1 (en) * | 2011-08-22 | 2013-02-28 | Devico As | Adjustable eccentric bushing assembly for wireline-operated directional core barrel drill |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO20140989A1 (en) | 2016-02-15 |
| AU2015302416B2 (en) | 2020-08-20 |
| AU2015302416A1 (en) | 2017-02-23 |
| EP3180496A4 (en) | 2018-03-14 |
| EP3180496B1 (en) | 2020-11-04 |
| CA2956836A1 (en) | 2016-02-18 |
| CA2956836C (en) | 2019-11-12 |
| WO2016024867A1 (en) | 2016-02-18 |
| EP3180496A1 (en) | 2017-06-21 |
| AU2015302416C1 (en) | 2022-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO342903B1 (en) | System and method for detecting position and orientation of a downhole body | |
| US10533412B2 (en) | Phase estimation from rotating sensors to get a toolface | |
| AU2008100249A4 (en) | A core orientation tool | |
| NO341766B1 (en) | Instant measurement of drill string orientation | |
| CA2796049C (en) | Coring apparatus and methods | |
| US20140224538A1 (en) | Borehole surveying tool deployment | |
| NO326228B1 (en) | Device for continuous well drilling with stationary sensor paints | |
| US10890683B2 (en) | Wellsite sensor assembly and method of using same | |
| US20160298448A1 (en) | Near bit measurement motor | |
| US20150060141A1 (en) | Downhole motor sensing assembly and method of using same | |
| WO2018112560A9 (en) | Method and system for determining core orientation | |
| US20230008095A1 (en) | Method and apparatus for measuring a wellbore | |
| US9951562B2 (en) | Method and apparatus for orienting a downhole tool | |
| US20240060414A1 (en) | Orientation system for downhole device | |
| US20240271522A1 (en) | System and method for position and orientation detection of a downhole device | |
| ES1280689U (en) | DEVICE AND SYSTEM FOR ORIENTATION OF CORE SAMPLES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) | |
| CA3014270A1 (en) | A core drilling system and method for obtaining an orientated rock core sample using said core drilling system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: HUYGENS AS, NO |
|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: OSLO PATENTKONTOR AS, POSTBOKS 7007 MAJORSTUA, 030 |
|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: BRYN AARFLOT AS, STORTINGSGATA 8, 0161 OSLO, NORGE |
|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: PROTECTOR INTELLECTUAL PROPERTY |
|
| Filing an opposition |
Opponent name: DEVICO AS, INDUSTRIVEIEN 43 A, 7080 HEIMDAL, NORGE Effective date: 20190314 |
||
| AAAD | Corrected patent specification | ||
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) | ||
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: AZIWELL AS, NO |
|
| BDEC | Board of appeal decision |
Free format text: KLAGEN FORKASTES Filing date: 20210210 Effective date: 20230301 |