NO853472L - Fremgangsmaate for aa bestemme asimut-posisjon for skraanende borehull. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder særlig måling av asimutposisjon for den dype del av et borehull når boringen tilsiktet eller utilsiktet er blitt avbøyet i en kurve. Formålet for denne måling er spesielt å fastlegge boreverktøyets posisjon og dets fremdriftsretning.

Borehullets bane er geometrisk fastlagt ved to parametere som

i prinsipp er definert i hvert punkt av hullets krumme akse,

og som forandres langs hullets lengdeutstrekning og hvis integrering over denne lengde fra hullets innløp opp til et punkt på borehullets akse faktisk gir koordinatene for dette punkt. Den første av disse parametere er aksens skråstilling i forhold til vertikalretningen i vedkommende punkt. Den annen parameter er bare definert hvis skråstillingen ikke er null. Den er nemlig boreaksens asimutposisjon, hvilket vil si orien-teringen av vertikalplanet gjennom vedkommende avsnitt av aksen i forhold til en horisontal referanseretning som vanligvis enten er magnetisk nord eller geografisk nord. Målingen fra denne parameter synes å være vanskeligere enn å måle borehullets skråretning.

Metoder for måling av asimut i forhold til geografisk nord utnytter gyroskopiske referanseinnretninger, som imidlertid har den ulempe at de er ytterst følsomme for vibrasjoner av den art som opptrer under boring av foreliggende art. Som en følge av dette må de installeres etter at boringen er opphørt og fjernes før boringen gjenopptas.

På denne bakgrunn gjelder foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for måling av asimut i forhold til magnetisk nord, hvor de kjente fremgangsmåter av denne art faktisk gjør det mulig å etterlate måleutstyret på plass mens boringen fortsetter. De magnetiske følere i sådant utstyr er imidlertid ikke bare føl-somme for det lokale jordmagnetiske felt, som de må utnytte som referanse, men også for spredefelter av den art som opprettes av nærliggende ferromagnetiske legemer. Disse måle-innretninger må anordnes i den nedre del av borerørstrengen. Denne borerørstreng forbinder boreverktøyet eller boremotoren med overflaten og utgjøres av en rekke rør som vanligvis kalles "borerør". Sådanne rør, som hver for seg normalt har en lengde av størrelseorden ni meter, fremstilles fra stål som først og fremst er utvalgt med henblikk på dets mekaniske egenskaper og markedspris. Dette stål er ferromagnetisk og frembringer magnetiske spredefelter.

Hvis man unnlater å ta spesielle forholdsregler vil således det magnetiske felt i nærheten av borestrengens nedre ende nærmere bestemt utgjøres av summen av tre feltkomponenter, nemlig: det lokale jordmagnetiske felt som skriver seg fra jordmagne-tismen og terrengets innflytende,

et magnetisk spredefelt som induseres i borerørene av det lokale jordmagnetiske felt, og som oppviser en omdreiningssym-metri om aksen av disse rør, og

et eventuelt ytterligere magnetisk spredefelt tilordnet bore-rørene og eventuelt tilsvarende en fast magnetisk asymmetri for borerørstrengen eller nærvær av en magnetisert gjenstand som f.eks. er ment å fastlegge vinkelstillingen av det plan hvor i avvikmotoren vil forsøke å krumme borehullet. Denne vinkelposisjon er kjent som "verktøyfronten" "tool face".

Kjente magnetiske asimut-målemetoder eliminerer den forstyr-rende innflytelse av sådanne spredefelter ved å erstatte to eller tre av borekravene (avsluttende borerør) av vanlig, hvilket vil si ferromagnetisk art, med spesielle ikke-magnetiske rør (monell-kraver), idet de magnetiske følere er anordnet i et av disse rør. Følerne er da forflyttet fra kilder for magnetiske spredefelter. I betraktning av de mekaniske kref-ter som disse borerør skal overføre, er imidlertid prisen for sådanne spesialrør meget høy.

Disse kjente fremgangsmåter innebærer også måling av tre magnetiske feltkomponenter langs tre tilsvarende akser som står parvis vinkelrett på hverandre, men disse metoder innebærer midlertidig tilstand, hvilket vil si midlertidig opphør av borerørstrengens rotasjon. Da sådan rotasjon vanligvis er vesentlig for boreprosessens fremdrift, vil en sådan måleprosess medføre stans av fremdriften.

En annen kjent fremgangsmåte unngår tre målinger langs tre faste akser. Denne fremgangsmåten vil nå bli skjematisk beskrevet på bakgrunn av det forhold at visse prosesser kan anses som felles for denne kjente fremgangsmåte og foreliggende oppfinnelse. Disse felles prosesser er: opprettelse av et fasereferansesignal for tyngdekraften ved anvendelse av et legeme som reagerer på tyngdekraft samt et roterende system anordnet i et rørformet avsnitt av borerør-strengen og som utgjør måleseksjon samt har en akse som lokalt faller sammen med borerørets akse, idet dette signal synkroniseres med vinkelposisjonen av nevnte system i forhold til vertikalplanet gjennom nevnte akse,

ved hjelp av et legeme festet til nevnte roterende system og som er følsomt for det foreliggende magnetiske felt i nevnte seksjon frembringes et magnetometrisk signal synkronisert med vinkelstillingen av nevnte system i forhold til det magnetiske felt, idet nevnte borerørseksjon består av et ikke-magnetisk material, således at det foreliggende magnetiske felt ikke er vesentlig forskjellig fra det lokale jordmagnetiske felt,

fasen av nevnte magnetometriske signal måles i forhold til fasereferansesignalet for tyngdekraften, og

resultatet av sistnevnte måling utnyttes for å fastlegge asimutposisjonen for måleseksjonens akse i forhold til magnetisk nord.

Denne kjente fremgangsmåte er beskrevet i fransk patentskrift nr. 2 068 829 (SAGEM).

Nærmere bestemt innebærer imidlertid denne målemetode stans av borerørstrengens rotasjon og boringens fremdrift før målepro-sessene utføres. Et sammensatt roterende system bringes her til dreining om to akser av en motor. En pendelinnretning er forsynt med en vekt som bringer en av disse rotasjonsakser til å anta vertikal retning, og utgjør i dette tilfelle nevnte tyngdekraftfølsomme legeme. Et legeme som utgjør en del av det roterende system er følsomt for det lokale magnetfelt.

Det har en følsomhetsakse og avgir en elektrisk puls når komponenten av nevnte magnetfelt langs denne akse passerer en maksimalverdi under rotasjon. Denne puls utgjør et magnetometrisk signal av den art som tidligere er nevnt. Et roterende element festet til dette legeme samarbeider med et ikke roterende element forbundet med nevnte vekt for å frembringe en annen elektrisk puls, som utgjør et fasereferansesignal for tyngdekraften, slik som tidligere nevnt.

Bortsett fra det forhold at boringens fremdrift må stoppes,

har denne kjente fremgangsmåte den ulempe at den utnytter et mekanisk komplisert roterende system samt gjør det nødvendig å installere ikke-magnetiske borerør.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte som tillater nøyaktig og kontinuerlig måling av asimutposisjon i forhold til magnetisk nord for et skråstilt borehull i forhold til vertikalretningen samtidig som boringen fortsetter, uten anvendelse av kostnadskrevende ikke-magnetiske borerør eller noe som helst komplisert mekanisk spesial-utstyr .

Det er et annet formål for foreliggende oppfinnelse og kunne fastlegge posisjonen av et boreverktøy nøyaktig, kontinuerlig og lite kostnadskrevende under boreprosessens fremdrift. Foreliggende oppfinnelse gjelder således en fremgangsmåte for å måle asimutposisjon ved ikke-vertikal boring ved anvendelse av et verktøy i den nedre ende av en borerørstreng som består av en rekke borerør og som overfører kraft samt roterer under boringen, idet fremgangsmåten omfatter følgende prosesstrinn: det frembringes et fasereferansesignal for tyngdekraften ved anvendelse av et legeme som reagerer på tyngdekraft samt et roterende system anordnet i et rørformet avsnitt av borerør-strengen og som utgjør en måleseksjon samt har en akse som lokalt sammenfaller med borehullets akse, idet nevnte signal synkroniseres med vinkelposisjonen av nevnte signal i forhold til vertikalplanet gjennom nevnte akse,

ved hjelp av et legeme festet til det roterende system og som reagerer på det omgivende magnetiske felt i nevnte seksjon frembringes et magnetometrisk signal som er synkronisert med vinkelposisjonen av nevnte system i forhold til vedkommende magnetiske felt, hvor nevnte seksjon består av ikke-magnetisk material således at nevnte foreliggende magnetiske felt ikke er vesentlig forskjellig fra det lokale jordmagnetiske felt,

^>fasen av nevnte magnetometriske signal måles i forhold til fasereferansesignalet for tyngdekraften for derved å frembringe en faseanvisning, og

resultatet av denne måling utnyttes for å fastlegge asimutposisjonen for måleseksjonens akse i forhold til magnetisk nord.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har så fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at: nevnte fasereferansesignal for tyngdekraften og nevnte magnetometriske signal frembringes mens borerørstrengen befinner seg i rotasjon, således at ikke boreprosessen avbrytes, idet rotasjonen av borerørstrengen også frembringer rotasjon av måleseksjonen som derved dreies om sin akse og utgjør nevnte roterende system,

nevnte borerør utføres i ferromagnetisk stål på begge sider av nevnte måleseksjon for derved å kombinere lave omkostninger med høy mekanisk styrke samt for å tillate magnetisering fra det lokale jordmagnetiske felt og derved å opprette et indusert magnetfelt i nevnte måleseksjon, som herunder kan være magnetisk asymmetrisk i forhold til sin akse og kan omfatte permanent magnetiserte deler, således at det foreliggende magnetiske felt i måleseksjonen utgjøres av summen av det lokale jordmagnetiske felt, eventuelt magnetisk spredefelt fra nevnte deler samt nevnte magnetiske felt indusert fra bore-rørene i nærheten av nevnte seksjon, idet det induserte magnetiske felt forløper parallelt med seksjonens akse på grunn av borerørstrengens rørform, og

= frembringelsen , av. nevnte,, magnetometr iske signal finner sted ved å måle minst en komponent av nevnte foreliggende magnetiske felt langs en magnetometrisk akse tilordnet nevnte måleseksjon og som er rettet vinkelrett på seksjonens akse, for derved å bestemme variasjoner i nevnte feltkomponent med det formål å opprette minst et magnetometrisk signal som er uavhengig av nevnte spredefelt og det induserte magnetiske felt samt varierer med borestrengens rotasjonsperiode,

og oppfinnelsens fremgangsmåte videre omfatter følgende prosesstrinn: skråstillingsvinkelen av måleseksjonens akse måles i forhold til vertikalretningen for derved å frembringe en skråstillingsanvisning som representerer denne vinkel, og

faseanvisningen og borerørstrengens skråstillingsanvisning kombineres med en forut fastlagt skråstilt magnetisk felt-retning som representerer skråstillingen av det jordmagnetiske felt på borestedet for å frembringe en asimutanvisning som

representerer vinkelen mellom det vertikale plan gjennom bore-rørstrengens akse og vertikalplanet for det jordmagnetiske felt.

Det bør forstås at ordet "signal" er anvendet i sin mest om-fattende betydning, således at vedkommende signal ikke bare kan utgjøres av elektrisk spenning eller strøm i en leder, eller eventuelt trykk i et rør og lignende, men også av fre-kvensen for et elektrisk, hydraulisk eller mekanisk svingende system, posisjonsforskjellen mellom to mekaniske deler og så videre. Dette begrep gjelder således enhver fysisk størrelse som varierer i tid i samsvar med variasjonene av den størrelse som skal anvises og som kan anvendes som et uttrykk for denne sistnevnte størrelse. Signaler av mer vanlig art, nemlig elektriske signaler av den type som føres av elektriske ledere synes imidlertid lettest å anvende for nærværende.

Anvendelse av et roterende "system som ganske enkelt utgjøres av en seksjon av borerørstrengen for å frembringe det magnetometriske signal og fasereferansesignalet gjør anvendelse av en spesiell mekanisk rotasjonsinnretning overflødig, hvilket er gunstig da en sådan ekstra anordning nødvendigvis må ha en komplisert oppbygning og dessuten i en viss grad vil være

ømtålig, da borerørstrengen i alle tilfeller må drives i rotasjon for fremdrift av boreverktøyet. En sådan løsning har således den åpenbare ulempe at rotasjonshastigheten for et roterende system av denne art er fastlagt av ytre forhold og ikke kan velges fritt for å gi best mulig betingelser for måling av asimutposisjon. Rotasjonshastigheten for borerørene vil som kjent være utsatt for hyppige variasjoner i samsvar med boringens fremdrift og vil således åpenbart med høy sannsynlighet kunne forstyrre målingen av relativ vinkelfase under rotasjonen. Det er i henhold til foreliggende oppfinnelse kjent at denne ulempe kan overvinnes ved hjelp av enkle midler som ikke i vesentlig grad øker omkostningene ved asimutmålinger av foreliggende art. Disse midler vil bli nærmere beskrevet i det følgende.

Skråstillingen av måleseksjonens akse i forhold til vertikalretningen kan måles på forskjellige måter som kan være kjent eller ikke kjent for fagfolk på området. En av disse målemetoder vil bli beskrevet i det følgende.

Faseinformasjon om borestrengens skråstilling og informasjon om skråstillingen av det magnetiske felt kan kombineres i overflatestasjonen ut i fra fase- og skråstillingsmålinger. Resultatene av disse målinger kan overføres fra bunnen av borehullet, f.eks. ved utnyttelse av den kjente slampulspro-sess. Disse resultater kan også kombineres på bunnen av borehullet ved hjelp av en passende programmert datamaskin anordnet i måleseksjonen, og hvis register inneholder feltretnings-informasjon som er innskrevet i overflatestasjonen før boringen begynner. Kombinasjonen utføres ved hjelp av trigono-metriske beregninger som ligger innenfor kunnskapene for fagfolk på dette.område. Resultatet av beregninger av denne art vil bli angitt nedenfor.

Lengden av den ikke-magnetiske del av borerørstrengen, hvilket vil si den faktiske måleseksjon samt eventuelle koblingsområd-er for tilpassing av denne, kan være av samme utstrekning som et standard borerør, nemlig av størrelseorden 9 m, mens den tilsvarende seksjon ved tidligere kjente fremgangsmåter hadde en lengde på flere dusin"meter. Denne lengde kan imidlertid med fordelbg i samsvar med foreliggende oppfinnelse bli ned-satt til f.eks. av størrelseorden 2 m, for derved å oppnå lettere montering. Den kan også reduseres ytterligere, men bør ikke gjøres meget mindre enn borerørenes diameter. I dette tilfelle ville nemlig den direkte innflytelse av det lokale jordmagnetiske felt på magnetometerne i måleseksjonen bli for små i forhold til påvirkningen fra det felt som induseres av de nærmeste ferromagnetiske deler i borerørstrengen.

I samsvar med oppfinnelsen kan følgende tiltak med fordel iverksettes: Nevnte måling av minst en komponent av det magnetiske fele går ut på måling av en første og en annen komponent, Hx og Hy, langs henholdsvis en første og en annen magnetometrisk akse, nemlig Ox og Oy, vinkelrett på aksen Oz for måleseksjonen, idet nevnte første og annen akse fortrinnsvis står vinkelrett på hverandre. Denne måling innebærer bestemmelse av en middelverdi for hver komponent, nemlig Hx = (Hxm + HxM)/2 og Hy = (Hym + HyM)/2, idet symbolene HxM og Hym henholdsvis angir største og minste verdi for komponenten Hx, og tilsvarende symboler anvender for komponenten Hy. Første og annet magnetometriske vekselstrømsignal utgjøres henholdsvis av forskjellen Hx - Hx mellom den første komponent og dens middelverdi og av forskjellen Hy - Hy mellom den annen komponent og dens middelverdi. Nevnte fasereferansesignal for tyngdekraften frembringes på sådan måte at den direkte markerer en spesiell tid. Et signal av denne art kan bestå av en

kort puls, f.eks. en firkantpuls, idet det tidspunkt som skal 'markeres 'utgjøres -av pulsens stigende eller fallende kant

eller av en kombinasjon av to signaler som markerer det tidspunkt hvor signalene er like store, etc. Dette står i motset-ning til f.eks. et sinuslignende signal, som faktisk ville inneholde en ukjent likestrømskomponent og som riktignok kunne gjøres til gjenstand for synkronisering for å fastlegge et spesielt tidspunkt ved anvendelse av en hjelpekrets, men ikke vil kunne markere dette tidspunkt direkte.

Nevnte fasemåling utføres så ved å måle forholdet (Hy^- Hy)/(HxQ - Hx) som er forholdet mellom øyeblikksverdien av den annen av nevnte magnetometriske vekselstrømsignaler og den tilsvarende verdi for den første av disse signaler ved et tidspunkt tg som er markert ved fasereferansesignalet for tyngdekraften, og denne faseangivelse representeres da av en vinkel a^fastlagt ved dette forhold mellom annet og første magnetometriske signal. Denne vinkel er den vinkelverdi hvor tangens til a^ er lik det angitte forhold, i det tilfelle de to magnetometriske akser er innbyrdes perpendikulære. Den vinkel som er fastlagt ved dette forhold reduseres av en forut fastlagt eventuell forskyvningsvinkel av den førsle magnetometriske akse omkring måleseksjonens akse og i forhold til et plan som er tilordnet denne seksjon og passerer gjennom dens akse, samt ved vertikalretningen ved det tidspunkt som markeres av fasereferansesignalet. Faseangivelsen vil da ikke være påvirket av noen som helst variasjoner i borerørstrengens rotasjonshastighet.

Vinkelen a^er deffinert innenfor nærmeste 180° ved lig-ningen :

tg a1= (HyQ- Hy)/(HxQ- Hx)

Skjønt denne fremgangsmåte for beregning av vinkelen a^

synes å være og foretrekke med hensyn til det formål å unngå at variasjoner i borestrengens rotasjonshastighet skal gi grunnlag for målefeil, bør det forstås at det som er vesentlig i henhold til foreliggende 'oppfinnelse er at vinkelen a^fastlegges ved måling av et forhold mellom magnetiske verdier og ikke ved måling av en tid eller eventuelt et tidsforhold.

Hvis ytterligere unøyaktige informasjoner om vinkelen a^er tilgjengelig, er det spesielt mulig å utlede den nøyaktig ved hjelp av dens cosinus bare ved å - måle komponenten Hx å beregne uttrykket:

2(HxQ- Hx)/(HxM - Hxm)

Forøvrig er den eventuelt forut fastlagte vinkel fortrinnvis null, idet fasereferansesignalet for tyngdekraften med andre ord fortrinnsvis markerer det tidspunkt hvor den første magnetometriske akse passerer gjennom det vertikalplan som måleseksjonens akse ligger i.

Utledning av et fasereferansesignal for tyngdekraften går fortrinnsvis ut på å måle den totale akselerasjon i et punkt innvendig i måleseksjonen og fast i forhold til denne, langs minst en akselerometerakse som også er fast i forhold til måleseksjonen, men skråstilt i zorhold til dens akse, således at denne totale akselerasjon er summen av akselerasjonen på grunn av tyngdekraften og eventuell sentrifugalakselerasjon på grunn av borerørstrengens akselerasjon, og slik at den målte akselerasjon omfatter en akselerometerkomponent som varierer med borestrengens rotasjonsperiode. Dette fasereferansesignal for tyngdekraften er da synkronisert med denne varierende akselerometerkomponent, således at nevnte faseanvisning representerer en forover-rettet vinkelforskyvning av det magnetometriske vekselsignal i forhold til dette referansesignal. Denne forskyvningsvinkel må naturligvis reduseres med en eventuell forskyvningsvinkel for den magnetomeriske akse i forhold til den akselerometriske akse regnet omkring måleseksjonens akse, samt reduseres med en eventuelt etterslepende forskyvningsakse for tyngdekraftens fasereferansesignal i forhold til et tidspunkt hvor nevnte akselerometriske veksel-..komponent,-når,,en .ekstrem verdi .

Nevnte akselerometerakse står fortrinnsvis vinkelrett på måleseksjonens akse. Etter måling av variasjonene av en akselerasjonskomponent langs denne akse er det i dette tilfelle mulig å beregne forholdet mellom en akselerometrisk verdi som vil bli definert i det følgende og den forut fastlagte lokale tyngdekraftakselerasjon. Denne akselerometriske verdi er halvparten av variasjonsamplityden for en akselerasjonskomponent kjent fra denne måling. Som en følge av dette er dette forhold lik sinus til skråstillingsvinkelen for måleseksjonens akse i forhold til vertikalretningen og den måleprosess som fullføres ved denne beregning utgjør nevnte måling av måle-seks jonsaksens skråningsvinkel.

Måling av variasjonene av minst en komponent av den totale akselerasjon innebærer fortrinnsvis måling av en første, annen og tredje komponent av denne akselerasjon i tre punkter i like stor avstand fra borerørstrengen langs en første, annen og tredje akselerometerakse vinkelrett på måleseksjonsaksen, med utgangspunkt fra denne ak'je og i innbyrdes vinkelavstand på 120°. På denne måte opprettes første, annen og tredje akselerometersignal som representerer hver sin av nevnte komponenter. Et totalt akselerometrisk signal beregnes så som lik det første akselerometersignal redusert med halvparten av summen av de øvrige to, og dette signal er da uavhengig av sentrifugalakselerasjonen og utgjøres av et periodisk signal som veksler med rotasjonsperioden for borerørstrengen. En tredjedel av amplityden av dette totale signal utgjør nevnte akselerometriske verdi som anvendes for å frembringe nevnte anvisning av borerørstrengens skråstilling. Fasereferansesignalet for tyngdekraften utledes da fortrinnsvis fra annen og tredje akselerometersignal og markerer en av de fire tidspunkter innenfor hver rotasjonsperiode hvor forskjellen mellom absoluttverdiene av disse signaler oppheves.

Det bør forstås at et annet antall akselerasjonskomponenter enn tre -■ kan - måles f or.-å .utlede ■ f aseref eransesignalet for tyngdekraften.

I det tilfelle dette antall er lik tre, vil det være mulig å anvende resultatet av disse målinger på en måte som er forskjellig fra det som er beskrevet ovenfor. Hvis de utnyttes på denne måte, markerer fasereferansesignalet innenfor hver omdreining av måleseksjonen f.eks. det tidspunkt t^hvor samtidig forskjellen F2- F^oppheves (hvilket finner sted to ganger pr. omdreining) og det første akselerometersignal F^er positivt og derfor maksimalt. Nevnte eventuelle etterslepningsvinkel av fasereferansesignalet er da null.

Med hensyn til en eventuell forsprangsvinkel for den magnetometriske akse som anvendes for å frembringe nevnte faseanvisning, er dette en vinkel med forsprang i forhold til den første akselerometerakse, og den er null hvis denne akse er parallell med og forløper i samme retning som magnetometer-aksen.

I det tilfelle målingen av en magnetisk feltkomponent utføres ved anvendelse av et magnetometer som har uønsket følsomhet for magnetiske feltkomponenter vinkelrett på nevnte magnetometerakse, er det på hver side av målepunktet anordnet to kompenseringsspoler som forsynes med passende strøm for å opprette et kompensasjonsfelt som er hovedsakelig homogent og forløper parallelt med måleseksjonens akse. Komponenten av det resulterende magnetiske felt langs denne akse måles på dette punkt, og den elektriske strøm gjennom spolene reguleres i samsvar med resultatet av denne måling og således at det opprettes et kompensasjonsfelt som er proporsjonalt med og meget høyere enn denne komponent, samt i motsatt retning, for derved å effektivt redusere vedkommende komponent til hovedsakelig nullverdi.

En annen mulighet er ganske enkelt å redusere det aksiale magnetfelt til en tilstrekkelig lav verdi til å oppnå korrekt arbeidsfunksjon'for'magnetometerne langs aksene Ox og Oy, ved f.eks. å opprette et forut bestemt fast magnetfelt.

Et annet formål for foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for kontinuerlig måling av posisjonen for et boreverktøy som arbeider i den nedre ende av en roterende og bøyelig bore-rørstreng. Denne fremgangsmåte har som særtrekk at: skråstillingen måles kontinuerlig for aksen av en måleseksjon som utgjør en del av borerørstrengen og befinner seg i nærheten av boreverktøyet, etterhvert som boringen skrider frem,

asimut for denne akse måles kontinuerlig ved anvendelse av den ovenfor angitte asimutmålemetode samt ved hjelp av en automatisk datamaskin, og

verktøyets posisjon beregnes kontinuerlig i en automatisk datamaskin under utnyttelse av tidligere og foreliggende resultater av de ovenfor angitte målinger.

Verktøyets posisjon beregnes vanligvis ved digital integrasjon av de tre bevegelsekomponenter langs tre akser som står parvis vinkelrett på hverandre og har origo i toppen av borehullet, idet en av disse akser er vertikal og en annen er rettet mot magnetisk nord.

Hvorledes oppfinnelsen kan bringes til praktisk anvendelse vil nå bli beskrevet ved ikke begrensende utførelseeksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser i tverrsnitt et borehull hvor fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er utnyttet. Fig. 2 viser en uttrukket perspektivskisse av en sammenstil-ling av magnetometer og akselerometer innrettet for å anbrin-ges inne i en borerørseksjon som vist i fig. 1 med det formål å utføre oppfinnelsens fremgangsmåte for måling av asimutposi-s-jon.

I fig. 1 er det vist et borehull som bores ved hjelp av et verktøy 100 som roterer med høy hastighet. Dette verktøy befinner seg i den nedre ende av en borerørstreng. Denne streng utgjøres på vanlig måte av en rekke røravsnitt eller "bore-rør" 102, som er fremstilt i stål og skrudd sammen samt drevet i rotasjon med lav hastighet fra en installasjon 106 på jordoverflaten.. Disse rør overfører høyt dreiemoment og store aksialkrefter. Slam innføres under trykk i en aksial kanal i borerørstrengen. Dette slam gir drivkraft til en underjordisk motor 104 som driver verktøyet 100. Slammet vil så atter stige til overflaten gjennom den del av borehullet som ligger utenfor borerørstrengen. Slammet utgjør også et kontinuerlig medium for overføring av trykkpulser som frembringes av en senderinnretning (ikke vist) som er anbragt i nærheten av verktøyet 100. Disse pulser representerer resultatene av målinger som er utført i borehullets bunn og overføres ved hjelp av den kjente slampuls-prosess. Det anvendte slam ut-fører også de øvrige vanlige funksjoner for sådant boreslam. Den øvre del 108 av borehullet er vertikalt. Hullets nedre del 110 er imidlertid avbøyd til skråretning ved hjelp av kjente midler som ikke angår foreliggende oppfinnelse, idet dette oppnås ved at borerørene til en viss grad er elastisk bøyelige. Denne nedre del er f.eks. rettlinjet, og det er viktig å kjenne dens skråstilling i forhold til vertikalretningen samt dens asimutposisjon av grunner som er angitt ovenfor. For dette formål er måleutstyr som er følsomt for tyngdekraft og magnetiske felt anordnet i nærheten av verktøyet 100. Dette utstyr er anbragt inne i et borerør som utgjør et avsnitt av borerørstrengens lengdeutstrekning og kan betegnes som en "måleseksjon". I henhold til foreliggende oppfinnelse er bare det røravsnitt som utgjør vedkommende seksjon fremstilt fra et ikke magnetisk stål. I samsvar med foreliggende oppfinnelse kan dette røravsnitt 112 være adskilt fra motoren 104 ved et avstandsrør 114. På grunn av rørenes sylinderform vil den induserte magnetisering av rørstengene frembringe et indusert magnetisk spredefelt i måleseksjonen 112 parallelt med seksjonens akse, forutsatt at kombinasjonen av måleseksjonen og de to borerør 114 og 116 på hver side av denne ikke er deformert av borehullets krumning.

I den indre aksiale passasje i måleseksjonen 112 er det festet en måleanordning som vist i fig. 2, samt en datamaskin (ikke vist) og en senderenhet.(også ikke vist) innrettet for signal-overføring til jordoverflaten ved hjelp av f.eks. slampuls-prosessen, idet disse signaler er frembragt av regnemaskinen og representerer asimutposisjon og skråstilling av måleseksjonens akse, samt eventuelt også boreverktøyets posisjon ut-regnet ved integrering.

Denne måleanordning vil nå bli beskrevet. Den omfatter et magnetometer 1 med tre målehoder som er i stand til å måle i hovedsakelig samme punkt O de magnetiske feltkomponenter langs tre akser Ox, Oy og Oz som forløper parvis vinkelrett på hverandre. Aksen Oz er aksen for måleseksjonen 112, som roterer omkring denne akse, hvorpå målepunktet 0 også befinner seg. To kompensasjonsspoler 4 og 5 er anordnet koaksialt med aksen Oz samt plassert på hver sin side av målepunktet 0 for derved hovedsakelig å eliminere feltkomponenten Hz langs Oz-aksen. I fravær av disse spoler, vil denne komponent være meget større enn komponentene Hx og Hy langs aksene Ox og Oy og vil derved forstyrre målingen av de sistnevnte komponenter. Den innret-ning (ikke vist) som strømforsyner disse spoler styres, som tidligere nevnt, i samsvar med resultatet av å måle Hz, og inngår således i en reguleringssløyfe.

Koaksialt med disse spoler er det anordnet to mykjerns- eller ferrittkjerner 6 og 7 med meget stort tverrsnitt, således at disse kjerner mellom sine innbyrdes motstående ytterender av-grenser et sylinderformet område hvor det magnetiske felt langs Oz-aksen overalt er like stort og forløper parallelt med Oz-aksen, samt i kraft av reguleringssløyfen er innstilt på 0 eller en meget lav verdi.

De to øvrige målehoder befinner seg meget nær Oz-aksen og befinner seg i alle tilfeller avgjort innenfor det sirkulære område mellom spolene 6 og 7 hvor feltet i Oz-retningen er hovedsakelig null.

Sammenstillingen av spoler, kjerner og målehoder er ubevegelig innleiret i en ikke-magnetisk og temperaturbestandig harpiks 8, samt derpå orientert på og festet til en ikke-magnetisk plate 9.

På den annen side av denne plate er det festet en bærer 10 for tre akselerometere 11, 12 og 13. Måleaksene for disse tre akselerometere ligger i samme plan og står vinkelrett på aksen Oz. Et av akselerometerne (11) er rettet parallelt med ovenfor nevnte akse Ox, mens de øvrige to (12 og 13) er vinkel-forskjøvet 120° i forhold til akselerometeret 11.

En kommersielt tilgjengelig 3-akset akselerometerenhet kan eventuelt anvendes, forutsatt naturligvis at den er korrekt orientert og låst i stilling samt at vedkonmende beregnings-program er modifisert tilsvarende.

I praksis kan målepunktene for de tre akselerometere anses som sammenfallende med punktet 0, idet aksen Ox da utgjør den første magnetometerakse samt også den første akselerometerakse som tidligere er nevnt.

Asimutposisjonen aQ kan beregnes på forskjellige måter som vil være kjent for fagfolk på området ut i fra fasevinkelen a1, skråvinkelen i for Oz-aksen i forhold til vertikalretningen samt helningsvinkelen b for det jordmagnetiske felt i retning nedover fra et horisontalplan. Spesielt er det mulig å beregne: og anvende følgende formel for tg aQ:

hvor j har verdien +1 eller -1 alt ettersom produktet tg b cos a1 er positivt eller negativt. Verdien av a er definert bare innenfor de nærmeste 180° ved denne formel, men det er kjent at aQ ligger innenfor området -90° til +90° hvis cos a^er positiv samt ligger utenfor dette område hvis cos a^ er negativ.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å bestemme asimutposisjon ved ikke vertikal boring ved anvendelse av et verktøy anordnet ved den nedre ende av en borerø rstreng bestående av en rekke borerø r og som overfører kraft samt roterer under boreprosessen, idet fremgangsmåten går ut på at: det anvendes et fasereferansesignal for tyngdekraften ved anvendelse av et legeme som reagerer på tyngdekraft samt et roterende system anordnet i et rø rformet avsnitt av borerør-strengen som utgjør en måleseksjon og har en akse som lokalt sammenfaller med borehullaksen, således at dette signal synkroniseres med vinkelstillingen av nevnte system i forhold til vertikalplanet gjennom nevnte akse, ved hjelp av et legeme festet til nevnte roterende system og fø lsomt for det foreliggende magnetiske felt i nevnte seksjon frembringes et magnetometersignal synkronisert med vinkelstillingen for nevnte system i forhold til det magnetiske felt, idet vedkommende seksjon består av et ikke-magnetisk material således at det foreliggende magnetiske felt ikke vil være vesentlig forskjellig fra det lokale jordmagnetiske felt, fasen av nevnte magnetometriske signal måles i forhold til fasereferansesignalet for tyngdekraften for derved å frembringe en faseanvisning, og resultatet av denne måling utnyttes for å fastlegge asimutposisjonen for måleseksjonens akse i forhold til magnetisk nord, karakterisert ved at: nevnte fasereferansesignal for tyngdekraften og nevnte magnetometriske signal frembringes mens borerørstrengen roterer, således at ikke boreprosessen avbrytes idet borerø rstrengens rotasjon også setter nevnte måleseksjon (112) i rotasjon om sin akse (Oz), således at den utgjør nevnte roterende system, borerørene utføres i ferromagnetisk stål på begge sider av måleseksjonen for derved å kombinere lave omkostninger med høy mekanisk styrke, samt for å kunne magnetiseres av det lokale jordmagnetiske felt for å frembringe et indusert magnetfelt i nevnte måleseksjon, som kan være magnetisk asymmetrisk i forhold til sin akse samt omfatte permanentmagnetiserte deler, således at det foreliggende magnetiske felt i nevnte måleseksjon utgjøres av summen av det lokale jordmagnetiske felt, eventuelt magnetisk spredefelt fra nevnte deler samt det induserte magnetiske felt fra nevnte borerør i nærheten av måleseksjonen, idet det induserte magnetiske felt forløper parallelt med måleseksjonens akse på grunn av borerørstrengens rør-formede utformning, og frembringelsen av nevnte magnetometriske signal går ut på å måle minst en komponent (Hx) av nevnte foreliggende magnetfelt langs en magnetometrisk akse (Ox) tilordnet nevnte måleseksjon og perpendikulær på dens akse (Oz), for derved å bestemme variasjoner i nevnte komponent med det formål å frembringe minst et magnetometrisk signal som er uavhengig av nevnte induserte magnetfelt og det magnetiske spredefelt og som varierer med borestrengens rotasjonsperiode, mens fremgangsmåten videre går ut på: å måle skråningsvinkelen (i) av måleseksjonens akse (Oz) i forhold til vertikalretningen for derved å frembringe en skråningsanvisning som representerer denne vinkel, og å kombinere faseanvisningen og borerø rstrengens skråstillingsanvisning med en forut definert skråstillingsanvisning for magnetisk felt og som representerer skråstillingen av det jordmagnetiske felt på borestedet, for derved å frembringe en asimutanvisning som angir vinkelen mellom vertikalplanet gjennom borerørstrengens akse og vertikalplanet for det jordmagnetiske felt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fasen av nevnte magnetometriske signal må bestemmes ved å måle forholdet mellom to størrelser som hver tilsvarer et magnetisk felt og på sådan måte at resultatet av denne måling ikke påvirkes av noen som helst variasjoner i borerørstrengens rotasjonshastighet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte måling av minst en komponent av det magnetiske felt utføres ved å måle en første (Hx) og en annen (Hy) feltkomponent langs henholdsvis en første (Ox) og en annen (Oy) magnetometerakse vinkelrett på måleseksjonens akse (Oz) og fortrinnsvis også innbyrdes, idet denne måling går ut på å bestemme en middelverdi for hver av nevnte feltkomponenter, idet første og annet magnetometriske vekselstrø msignal oppnås henholdvis ved forskjellen mellom øyeblikksverdien av den første f eltkomponent; og dens middelverdi samt tilsvarende forskjell for den annen feltkomponent, mens fasereferansesignalet for tyngdekraften markerer et spesielt tidspunkt (t^ ), og nevnte fasemåling går ut på å bestemme forholdet mellom øyeblikksverdien av det annet magnetometriske vekselstrømsignal og tilsvarende verdi for det første vekselstrømsignal ved det tidspunkt (t^ ) som markeres ved fasereferansesignalet for tyngdekraften, i det nevnte faseanvisning utgjø res av en vinkel (a^ ) fastlagt ved dette forhold mellom annet og første magnetometriske signal, og nevnte vinkel er den hvis tangens er lik det angitte forhold i det tilfelle de to magnetometriske akser står vinkelrett på hverandre,mens den vinkel som er definert ved nevnte forhold reduseres ved en eventuell forut bestemt forsprangsvinkel for den første magnetiske akse omkring måleseksjonens akse og i forhold til et plan som er fastlagt i forhold til denne seksjon samt passerer gjennom dens akse og vertikalretningen ved nevnte tidspunkt som markeres av fasereferansesignalet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte frembringelse av et fasereferansesignal for tyngdekraften går ut på måling av den totale akselerasjon i et punkt inne i måleseksjonen og som er fast i forhold til denne, langs minst en akselerometerakse som også er fast i forhold til måleseksjonen samt skråstilt i forhold til dens akse, således at denne totale akselerasjon utgjøres av summen av tyngdekraftens akselerasjon og en eventuell sentrifugalakselerasjon på grunn av borestrengens rotasjon, hvorved den målte akselerasjon vil omfatte en akselerometrisk komponent som varierer med perioden av nevnte rotasjon, idet nevnte fasereferansesignal for tyngdekraft synkroniseres med den akselerometriske vekselkomponent, og nevnte faseanvisning representerer en forsprangsvinkel for nevnte magnetometriske vekselsignal i forhold til tyngdekraftens referansesignal, idet nevnte forsprangsvinkel reduseres med en eventuell forsprangsvinkel for nevnte magnetiske akse i forhold til akselerometeraksen og regnes omkring måleseksjonens akse, samt redusert med en eventuell etterslepningsvinkel for tyngdekraftens fasereferansesignal i forhold til et tidspunkt hvor nevnte akselerometriske vekselkomponent når en ekstrem verdi.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte fasereferansesignal for tyngdekraften markerer det tidspunkt hvor den målte komponent av den totale akselerasjon passerer gjennom en ekstrem verdi, således at en eventuell etterslepningsvinkel for tyngdekraftens fasereferansesignal gjøres lik null.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte akselerometerakse står vinkelrett på måleseksjonens akse, og at etter målingen av nevnte variasjoner av minst en akselerasjonskomponent beregnes forholdet, mellom en akselerometerverdi og den forut bestemte lokale tyngdekraftakselerasjon (g), således at nevnte akselerometerverdi utgjør halvparten av amplitydevariasjonene for en akselerasjonskomponent kjent fra denne måling, idet nevnte forhold tilsvarer sinus til skråningsvinkelen for måle seksjonens akse i forhold til vertikalretningen, og den måleprosess som fullføres ved denne beregning utgjør nevnte måling av skråstillingen av måleseksjonens akse.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at nevnte variasjoner i minst en komponent av den totale akselerasjon måles ved å bestemme en første (F^ ), en annen (F2 ) og en tredje (F3 ) komponent av denne akselerasjon i tre punkter i like stor avstand fra borerørstrengens akse langs en første, en annen og en tredje akselerometerakse vinkelrett på aksen (Oz) for måleseksjonen med utgangspunkt fra denne akse samt innbyrdes vinkelforskjøvet med vinkler på 120°, således at det dannes et første, et annet og et tredje akselerometrisk signal som representerer hver av nevnte komponenter, mens et totalt akselerometrisk signal beregnes lik det første akselerometriske signal (F^ ) redusert med halvparten av summen av de to øvrige signaler (F^ , F^ ), således at dette signal er uavhengig av sentrifugalakselerasjonen og varierer med borerør-strengens rotasjonsperiode, og en tredjedel av amplityden av dette signal utgjør nevnte akselerometriske verdi som anvendes for å utlede borerørstrengens skråstillingsanvisning, mens nevnte fasereferansesignal for tyngdekraften utledes fra annet ( F^) og tredje (F^ ) akselerometriske signal og markerer en av de fire tidspunkter under hver rotasjonsperiode hvor forskjellen mellom absoluttverdiene av disse signaler oppheves.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor målingen av en komponent av det magnetiske felt utføres ved hjelp av et magnetometer (1) som oppviser uø nsket fø lsomhet for magnetiske spredefeltkomponenter vinkelrett på vedkommende magnetometerakse (Ox), karakterisert ved at to kompensasjonsspoler (4, 5) er anbragt på hver sin side av målepunktet (0) og til-føres elektrisk strøm for å frembringe i nevnte punkt et magnetisk kompensasjonsfelt som er hovedsakelig homogent og for-løper parallelt med aksen (Oz) for måleseksjonen.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at det punkt hvor den totale akselerasjon måles befinner seg hovedsakelig på aksen (Oz) av måleseksjonen (112), således at sentrifugalakselerasjonen i vedkommende punkt er hovedsakelig lik null.

10. Fremgangsmåte for kontinuerlig måling av posisjonen for et boreverktø y som arbeider i den nedre ende av en roterende og bøyelig borerørstreng, karakterisert vedat: skråstillingen av aksen for en måleseksjon som utgjør en del borerørstrengen og er anordnet i nærheten av boreverktøyet, måles kontinuerlig under boringens fremdrift, asimut for nevnte måleseksjonsakse måles kontinuerlig og ved anvendelse av den angitte fremgangsmåte i krav 1 og ved hjelp av en automatisk regnemaskin, og boreverktøyets posisjon beregnes kontinuerlig i en automatisk regnemaskin på grunnlag av såvel tidligere som iø yeblikket foreliggende måleresultater av ovenfor angitt art.