NO781747L - Apparat for undersoekelse av borehull - Google Patents

Description

"Apparat for undersøkelse av borehull"

Denne oppfinnelse angår undersøkelse av borehull og mer spesielt et apparat for frembringelse av signalindikasjonér med hensyn til inklinasjon og asimut for en instrumentpakke eller

-sonde i et borehull.

For borehullsundersøkelser er det kjent instrumentering for å oppnå geofysiske og andre data for olje- og gruvevirksomhet. Det er vanligvis nødvendig å kjenne orienteringen av instrumentpakken i brønnen for retningsavhengig undersøkelse eller retnings-bestemt boring. I apparatur av kjent konstruksjon blir informasjon vedrørende orienteringen tilveiebrakt ved hjelp av gyro-eller magnetkompass i instrumentpakken og tilforordnet en fotografisk registreringsinnretning eller skriver som tjener til å lagre og gi en registrering av kompassavlesningene for bruk efter at instrumentpakken er hevet fra brønnen. Informasjon ved-rørende inklinasjon blir vanligvis tilveiebrakt ved hjelp av et pendel-instrument tilforordnet en fotografisk registreringsinnretning for å gi en registrering som kan brukes efter at instrumentpakken er fjernet fra brønnen.

Det er også kjent instrumentering for fjernmåling og

-overføring av prienteringsdata til overflaten fra en brønn.

Det har vært brukt gyrokompasser for å gi asimut-informasjon med en elektrisk signalindikasjon på denne overført til overflaten. Gyrokompasser er imidlertid forholdsvis kostbare og krever energi-sering ved hjelp av en kraftforsyning for å drive gyrorotoren. Andre transduser-konstruksjoner har vært brukt for å tilveiebringe et elektrisk signal eller en indikasjon på orienteringen for overføring til overflaten. For eksempel er det i U.S.-patent 3.622.971 beskrevet en magnetisk transduser for bruk ved retnings-bestemt boring, og hvor et magnetisk referanse-element blir holdt i stasjonær posisjon under boreoperasjoner og frigjort under opphold i boringen for å søke en annen og forskjellig orientering og gi en signalindikasjon på denne. En slik transduser-konstruksjon er forholdsvis komplisert og krever selektiv fastlåsning og løsgjøring for bruk sammen med en tilhørende borestreng.

I henhold til denne oppfinnelse blir det tilveiebrakt et apparat for undersøkelse av borehull ved anvendelse av fjern-avlesende elektro-optiske følere for å tilveiebringe digitale signaler som representerer asimut og fler-akset inklinasjon for direkte overføring til overflaten for registrering eller anvendelse, eller for registrering in situ. I en umagnetisk kapsling, så som et vektrør, er det opptatt et digitalt magnetisk kompass, som avgir et digitalt signal som representerer kompass-avlesningen, og ett eller flere digitale inklinometere som avgir digitale signaler som representerer inklinasjonen i forhold til én eller flere akser.

Det digitale kompass og de digitale inklinometere omfatter hvert en skive med en optisk følbar kode i form av et flertall kodede konsentriske spor som hvert inneholder et særskilt antall vekslende lyspåvirkbare og ikke-påvirkbare segmenter, idet hvert spor representerer en bit i en fler-bits digital kode. En fotocelle-gruppe er anordnet i tilknytning til de kodede spor på skiven og en lyskilde er plassert slik at de kodede spor belyses, idet lys fra disse blir mottatt av fotocelle-gruppen for å tilveiebringe et flertall digitale signaler som representerer skive-posisjonen i forhold til fotocelle-gruppen. Disse signaler blir behandlet i tilhørende strømkretser for å avstedkomme et hensiktsmessig utgangssignal med et format tjenlig for overføring til overflaten. I et typisk eksempel blir kompass- og inklinometer-signalene multiplekset for å danne et sammensatt signal for over-føring til overflaten hvor det sammensatte signal kan dekodes og gi de respektive signalindikasjoner på asimut og inklinasjon. Orienteringssignalene kan også lagres in situ ved hjelp av en dataregistrerings-innretning.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 skjematisk viser en borehullsinstrumentering i henhold til denne oppfinnelse;

fig. 2 skjematisk viser et digitalt magnetisk kompass som anvendes i forbindelse med denne oppfinnelse;

fig. 3 viser skjematisk et digitalt inklinometer som anvendes i denne forbindelse; og

fig. 4 viser skjematisk en elektro-optisk føler basert på refleksjon, for anvendelse ved denne oppfinnelse.

På fig. 1 er det vist en umagnetisk kapsling 10 som kan være et rør, f.eks. et vektrør, inneholdende undersøkelses-instrumentene og med egnet konstruksjon for bruk i et borehull. En umagnetisk varmeisolerendé "termosflaske"-beholder eller et hus 12 av kjent konstruksjon er anordnet for å skjerme instru-mentene termisk fra omgivelsene, og dette hus 12 er anbrakt inne i kapslingen 10 og inneholder apparatet ifølge oppfinnelsen for måling av orientering og kan også inneholde andre komponenter i en komplett instrumenteringspakke for spesielle undersøkelses-eller bore-formål. Et digitalt magnetisk kompass 14 er plassert i huset 12 understøttet av en kardan-opphengning og tjener til ved hjelp av en dekoder 18 å levere et utgangssignal som representerer kompassavlesningen. Videre er det i huset 12 montert et første og et annet inklinometer henholdsvis 20 og 22 plassert i rett vinkel i forhold til hverandre, for, ved hjelp av respektive dekodere 24 og 26, å avgi digitale utgangssignaler som representerer inklinasjon i forhold til de respektive akser, her betegnet henholdsvis X-aksen og Y-aksen. De utgangssignaler som skriver seg fra kompassdekoderen 18 og inklinometer-dekoderne 24 og 26 påtrykkes en multiplekser 28 som tjener til å gi et sammensatt signal som påtrykkes en kabel 30 for overføring til overflaten med sikte på registrering og/eller anvendelse. Dekodernes utgangssignaler kan også leveres til en magnetisk eller annen passende dataregistrerings-innretning 32 i huset 12 for in situ registrering av orienterings- eller vinkel-data.

Det kan være anordnet en klokke 33 for tidsbestemmelsen av dataoverføring og -registrering. Det vil innsees at data som representerer kompass-stilling og flér-akset inklinasjon, blir levert i digital signalform for direkte overføring til overflaten' uten at det er nødvendig å fjerne instrumentpakken fra borehullet når det skal innsamles slike orienterings-data, slik som i konven-sjonelle apparater som anvender fotografisk registreringsteknikk foretatt i borehullet. De aktuelle orieriteringsdata blir korrelert med den dybde på hvilken dataene ble generert, og en dybdeindikasjon kan tilveiebringes ved hjelp av hvilken som helst velkjent metode for påfølgende behandling av undersøkelsesdataene.

Det digitale kompass som anvendes ved foreliggende oppfinnelse er vist skjematisk på fig.. 2. Dette kompass er for-trinnsvis av den type som er vist i U.S.-patent 3.888.016, men kan også ha forskjellige andre konstruksjoner for tilpasning til særskilte formål.

En skive 40 er montert på en aksel 42 som understøttes av øvre og nedre lagre 44 og 46 for rotasjon om en normalt vertikal akse, definert ved akselen 42. Lagrene er beliggende på en første kardan-ring 48 som er dreibart festet til en annen kardan-ring 50, hvilke ringer sørger for relativ bevegelse om akser som står vinkelrett på hverandre slik at det fremkommer en velkjent universal-opphengning av kompasset for å holde dette i det vesent-lige horisontalt. En kompassmagnet 52 er plassert på akselen 42 under skiven 40 og innretter seg efter det jordmagnetiske felt for å avstedkomme en relativ vinkelstilling av skiven 40 som an-gir kompassavlesningen.

Skiven 40 har et flertall konsentriske kodespor 54 som hvert har et særskilt antall avvekslende lysgjennomslippende og -sperrende segmenter som representerer en bit i en fler-bits digital kode. En fotocellegruppe 56 er anordnet langs en radius på skiven 40 og omfatter et flertall fotofølsomme elementer som hvert er innrettet i flukt med et tilhørende spor 54 på skiven. En lys-emitterende diode 58 eller en annen passende lyskilde blir energisert for å belyse sporene 54 på skiven, idet lys som går gjennom kodesporene blir mottatt av fotocellegruppen 56 for å gi et flertall digitale signaler som representerer rotasjonsstillingen av skiven 40 i forhold til den stasjonære gruppe 56. Disse digitale signaler blir behandlet i dekoder-kretsene 18 som avgir et utgangssignal som representerer kompass-posisjonen og har et egnet format for overføring til overflaten. Som beskrevet i forannevnte U.S.-patent 3.888.016 kan kompass-utgangssignalet bestå av seriepulser av et antall som representerer kompass-posisjonen eller -stillingen.

Det digitale inklinometer er vist på fig. 3 og omfatter en optisk kodet skive 70 som kan være den samme som skiven 40 i det ovenfor beskrevne digitale kompass, og er montert for rotasjon om en normalt horisontal akse definert ved akselen 72 med passende understøttelse i lagre 73 og 75 for å tillate fri rotasjon av skiven 70. Det er anbrakt en vekt 74 på det nedre parti av skiven 70 for å opprettholde en normal stilling eller hvile- stilling når huset 12 befinner seg vertikalt. En lys-emitterende diode 76 er anbrakt på den ene side av skiven, og lys som passerer gjennom kodesporene på skiven blir mottatt av en fotocellegruppe 78 som leverer et flertall digitale signaler til de tilhørende dekodere 24 eller 26 som behandler signalene for å gi et serie-pulstog eller et annet hensiktsmessig signalformat for overføring til overflaten eller for lokal registrering, for å representere inklinasjonen av huset 12 i forhold til vedkommende akse.

Dé elektro-optiske sensorer kan også være av den reflekterende type, slik at lyskilden og fotocellene kan være plassert på en og samme side av kodeskiven. En utførelse av en slik reflekterende elektro-optisk føler er vist på fig. 4 og omfatter en skive 80 med et flertall konsentriske kodespor 82 som hvert har et særskilt antall alternerende lysreflekterende og ikke-reflekterende segmenter som representerer en bit i en fler-bits kode. En lys-emitterende diode 84 eller en annen passende lyskilde er koblet til de respektive spor 82 ved hjelp av optiske fibre 86. Et flertall optiske fibre 88 er anordnet mellom de respektive spor 82 og tilhørende fotofølsomme elementer 90 eller en fotocellegruppe 92. Hver optisk fiber 88 tjener til å over-føre lys reflektert fra et tilhørende spor til vedkommende foto-følsomme element 90 under påvirkning av innfallende lys fra kilden 84. Gruppen 92 avgir et flertall digitale signaler som representerer rotasjonsstillingen av skiven 80 i forhold til den stasjonære anordning av optiske fibre. Det kan eventuelt anordnes andre optiske grupper eller anordninger for å belyse kodesporene 82 og for å avføle lys reflektert fra disse.

Som omtalt ovenfor blir orienteringsdata korrelert med dybden av undersøkelsesapparatet i borehullet, hvor de aktuelle data fremkommer. En dybdemåler av hvilken som helst kjent form kan anordnes som en del av undersøkelsesapparatet, eller dybden kan bestemmes ut fra posisjonen av apparatet i borehullet, f.eks. ved hjelp av lengden av borestrengen. Asimut- og inklinasjons-data kan registreres med en dybdeindikasjon, i registrerings-innretningen 32, eller overføres til overflaten for registrering og/eller anvendelse.

Selv om oppfinnelsen har spesiell anvendelse ved under-søkelse av borehull, vil det innsees at den også kan anvendes ved andre installasjoner hvor asimut- og inklinasjonsdata er ønsket. Oppfinnelsen kan for eksempel anvendes i marine bøyer for å levere signaler eller indikasjoner vedrørende orienteringen av bøyen.

Claims (9)

1. Apparat for undersøkelse av borehull, karakterisert ved at det omfatter: et umagnetisk hus innrettet til å anbringes i et borehull, et digitalt magnetisk kompass montert i huset for å avgi et utgangssignal som representerer asimut-orienteringen av huset, i det minste ett digitalt inklinometer montert i huset for å avgi et utgangssignal som representerer inklinasjonen av huset i forhold til et forutbestemt vertikalt plan, og en anordning i huset for å overføre utgangssignalene fra det digitale magnetiske kompass og fra det nevnte digitale inklinometer til overflaten.

2. Apparat ifølge krav 1,. karakterisert ved at det digitale magnetiske kompass og hvert digitalt inklinometer omfatter: en skive som er optisk kodet med et flertall konsentriske spor som hvert har et særskilt antall alternerende lys-påvirkbare og ikke-påvirkbare segmenter som representerer respektive bits i en fler-bits kode, en anordning for belysning av kodesporene på skiven, og en fotocelle-anordning som mottar lys fra kodesporene på skiven, og i avhengighet av dette avgir et flertall digitale signaler 'som representerer den relative rotas j onsstilling av skiven i forhold til fotocelle-anordningen.

3. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen for overføring av utgangssignaler omfatter en multiplekser som tjener til å kombinere utgangssignalene fra det digitale kompass og i det minste ett digitalt inklinometer til et sammensatt signal for overføring til overflaten.

4. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det digitale magnetiske kompass omfatter en kompass-skive som er forsynt med optisk følbare kodespor og en fotocelle-anordning for avgivelse av et digitalt utgangssignal under påvirkning av den avfølte kode på skiven og som representerer kompassavlesningen.

5. Apparat ifølge krav 4, hvor hvert digitalt inklinometer omfatter en kodeskive med optisk avfølbare kodespor og en fotocelle-anordning til å avgi et digitalt utgangssignal under påvirkning av den avfølte kode på skiven og som representerer inklinasjonen av huset i forhold til et forutbestemt vertikalt plan.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert Ved et flertall digitale inklinometere som hvert er anordnet for skiverotasjon i et plan vinkelrett på de øvrige slik at de resul-terende utgangssignaler er representative for inklinasjonen av huset i forhold til et tilsvarende vertikalt plan.

7. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at huset er varmeisolerende.

8. Undersøkelsesapparat, karakterisert ved at det omfatter: et umagnetisk hus, et digitalt magnetisk kompass plassert i huset for å tilveiebringe et utgangssignal som representerer asimut-'orienteringen av huset, i det minste ett digitalt inklinometer plassert i huset for å avgi et utgangssignal som representerer inklinasjonen av huset i forhold til et forutbestemt vertikalt plan, og en anordning i huset for å levere utgangssignaler fra det digitale magnetiske kompass og fra hvert digitalt inklinometer.

9. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved en anordning for registrering av asimut-data fra det digitale magnetiske kompass og inklinasjons-data fra det digitale inklinometer i forhold til dybden av apparatet i borehullet.