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Verfahren und Vorrichtung zum Messen
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der Richtung eines Bohrloches Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Messen der Richtung eines Bohrloches gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 5.
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Bei der Bestimmung der Orientierung eines Bohrloches wird dessen Richtung
entweder ständig oder bei einer Mehrzahl von Beobachtungsstationen in Bohrlochlängsrichtung
gemessen.
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Die Überwachung der räumlichen Orientierung des Verlaufs eines Bohrloches
wird üblicherweise aus einem Satz von Meßwerten für einen Azimuthwinkel und einen
Elevationswinkel ermittelt.
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Messungen, aus denen Werte für diese beide Winkel abgeleitet werden
können, werden bei aufeinanderfolgenden Beobachtungsstationen längs des Bohrloches
gemacht, wobei die Abstände zwischen benachbarten Überwachungsstationen genau bekannt
sind.
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Hat man mit einem Bohrloch zu tun, bei dem das Magnetfeld der Erde
durch die Gegenwart des Bohrloches nicht geändert wird, so können die Messungen
der Schwerkraftkomponenten und der Magnetfelder in Richtung der gehäusefesten Achsen
dazu verwendet werden, Werte für den Azimuthwinkel und den Elevationswinkel abzuleiten.
Der Azimuthwinkel wird dabei bezüglich eines erdfesten~ma Vergleichsnormals gemessen,
z.B. bezüglich
der magnetischen Nordrichtung. Es kommen jedoch auch
Fälle vor, bei denen das magnetische Erdfeld durch die lokal angetroffenen Zustände
in einem Bohrloch geändert werden. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn das Bohrloch
mit einer Verkleidung aus Stahl abgestützt wird. In diesem Falle können zur Bestimmung
eines Azimuthwinkels bezüglich eines erdfesten Vergleichsnormals keine Magnetfeldmessungen
mehr verwendet werden. In diesem Falle müssen einen Kreisel enthaltende Geräte verwendet
werden.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, einen Kreiselkompaß zu verwenden,
bei dem die Kreiselachse beim offenen Ende des Bohrloches auf eine erdfeste Bezugslinie
eingestellt wird und - soweit dies möglich ist - im Inertialraum stationär gehalten
wird. Dieses Verfahren hat jedoch viele Nachteile, die zum größten Teil darauf zurückzuführen
sind, daß man ein derartiges Überwachungsgerät so auslegen muß, daß es innerhalb
eines schmales Bohrlochrohres arbeiten kann. Die Größe des Kreiselrotors, der mit
transversal zum Rohr verlaufender Achse angeordnet werden muß, ist sehr stark begrenzt.
Damit ist es in der Praxis sehr schwierig, zufriedenstellende Driftgeschwindigkeiten
der Präzessionsbewegung zu erhalten, da die Reibung in den Lagern der Lagerbügel
sehr klein sein muß, um einen Ausgleich für die fehlende Trägheit des Kreiselspins
zu erhalten.
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Wird ein derartiges Überwachungsgerät verwendet, so treten auch die
üblichen Probleme bei der Wahl der Geometrie für die Lagerbügel auf.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird einç;Vorrichtung
zum
Messen der Richtung eines Bohrloches geschaffen mit einem Gehäuse, dessen Längsachse
im Einsatz mit der Achse des Bohrloches zusammenfällt, die gekennzeichnet ist durch
einen einen Freiheitsgrad aufweisenden Kreisel mit einem äußeren Lagerbügel, der
im Gehäuse so angeordnet ist, daß seine Achse mit der Längsachse des Gehäuses zusammenfällt,
mit einem inneren Lagerbügel, der in dem äußeren Lagerbügel so angeordnet ist,daß
seine Achse senkrecht auf der Achse des äußeren Lagerbügels steht, und mit einem
in dem inneren Lagerbügel angeordneten Rotor; durch einen Fühler zum Bestimmen der
Winkelbewegung des inneren Lagerbügels bezüglich des äußeren Lagerbügels; durch
einen Antrieb zum Ausüben eines Drehmomentes auf den äußeren Lagerbügel und zum
Drehen desselben um seine Achse, derart, daß der innere Lagerbügel durch Präzession
in seine Ausgangslage zurückkehrt; durch eine Einrichtung zum Messen des Drehwinkels
des Gehäuses um seine Längsachse bezüglich des äußeren Lagerbügels; und durch eine
Schwerkraftfühleranordnung, welche die drei Komponenten der Schwerkraft in drei
nichtkoplanaren Richtungen mißt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein angegeben
Verfahren zum Überwachen eines Bohrloches, bei dem ein Überwachungsgerät längs des
Bohrloches bewegt wird, das ein Gehäuse aufweist, dessen Längsachse mit der Achse
des Bohrloches zusammenfällt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Überwachungsgerät
einen einen Freiheitsgrad aufweisenden Kreisel hat, der seinerseits aufweist: Einen
äußeren Lagerbügel, der so im Gehäuse des Überwachungsgerätes angeordnet ist, daß
seine
Achse mit der Längsachse des Gehäuses zusammenfällt, einen
inneren Lagerbügel, der im äußeren Lagerbügel so angeordnet ist, daß seine Achse
senkrecht auf der Achse des äußeren Lagerbügels steht, und einen Kreiselrotor, der
im inneren Lagerbügel angeordnet ist; daß die Winkelbewegung des inneren Lagerbügels
bezüglich des äußeren Lagerbügels ständig gemessen wird, während das Oberwachungsgerät
längs des Bohrlochs bewegt wird und auf den äußeren Lagerbügel ein Drehmoment ausgeübt
wird, so daß dieser um seine Achse gedreht wird, derart, daß der innere Lagerbügel
durch Präzession wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt; Ermitteln eines Satzes
von drei Schwerkraftkomponenten in drei nichikoplanaren Richtungen bezüglich des
äußeren Lagerbügels bei einer jeden einer Reihe von Beobachtungsstationen, die längs
des Bohrloches in Abstand angeordnet sind; Berechnen des Elevationswinkels des Bohrloches
und des nicht umlaufenden hochseitigen Winkels des Überwachungsgerätes bezüglich
einer Referenzrichtung, die nicht um die Längsachse des Gerätes umläuft, wenn dieses
längs des Bohrloches zu einer jeden der Beobachtungsstationen bewegt wird aus den
gemessenen Schwerkraftkomponenten bei einer jeden der Überwachungsstationen; und
Berechnen des Azimuthwinkels des Bohrloches bei einer jeden der Überwachungsstationen
aus dem Elevationswinkel und dem nicht umlaufenden hochseitigen Winkel.
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Verwendet man eine kreiselstabilisierte einachsige Blattform, so hat
man den Vorteil, daß an den Lagern des äußeren Lagerbügels auftretende Reibungskräfte
nicht kritisch sind, da auf
den äußeren Lagerbügel ein Drehmoment
ausgeübt wird. Beim inneren Lagerbügel ist die Reibung bei den Lagern kritisch,
die Winkelbewegung ist jedoch auf kleine Werte beschränkt. Damit wird der Bereich
von beim Konstruieren der Lager verwendbaren Techniken vergrößert. Z.B. kann der
innere Lagerbügel schwimmend innerhalb des äußeren Lagerbügels angeordnet sein und
es können Litzen verwendet werden, um dem Antriebsmotor für den Kreiselrotor die
Energie zuzuführen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Figur
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen der Richtung
eines Bohrloches; Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht des Bohrloches
und eines erdfesten Koordinatensystems und eines vorrichtungseigenen Koordinatensystems
(diese Figur wird später zur Behandlung der Transformation eines Koordinatensystems
in das andere verwendet), Figuren Diagramme, in denen in zwei Dimensionen die ver-3
- 5 schiedenen Stadien der Transformation zwischen den beiden in Figur 2 gezeigten
Koordinatensystemen gezeigt sind;
Figur 6 eine graphische Darstellung,
in der der Effekt der Drehung der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung um ihre Achse
dargestellt ist; Figur 7 ein Blockschaltbild des die Informationen speichern den
Abschnittes der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung; Figur 8 ein Blockschaltbild der
auf der Erdoberfläche angeordneten Einheit zum Verarbeiten von Information, die
zusammen mit der in den Figuren 1 und 7 gezeigten Vorrichtung verwendet wird; und
Figur 9 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform für den Informationsspeicherabschnitt
für ein unten im Bohrloch befindliches Überwachungsgerät mit ähnlichem Aufbau wie
in Figur 1 gezeigt.
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In Figur 1 ist ein Gerät zum Messen der Richtung eines Bohrloches
dargestellt, das ein zylindrisches Gehäuse 10 hat. In zwei Lagerbügeln 14 und 16
ist ein Kreiselrotor 12 angeordnet.
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Die Achse des äußeren Lagerbügels 16 fällt mit der Gehäuseachse zusammen.
Der innere Lagerbügel 14 hat Lager 18 mit niederer Reibung, welche nur eine Bewegung
über einen begrenzten Winkelbereich zulassen. Ein Stellungsgeber 20 stellt an seinem
Ausgang ein Fehlersignal bereit, das der Abweichung des inneren Lagerbügels 14 aus
der Senkrechtstellung zum äußeren Lagerbügel 16 entspricht. Das vom Stellungsgeber
20 des inneren Lagerbügel
14 bereitgestellte Fehlersignal wird
zur Ansteuerung eines Drehmomenten-Stellmotors 22 verwendet, der mit einer Welle
24 des äußeren Lagerbügels 16 verbunden ist und auf diesen ein Drehmoment ausübt.
Auf diese Weise wird der äußere Lagerbügel 16 so gedreht, daß der innere Lagerbügel
14 durch Präzession wieder in die Senkrechtstellung zum äußeren Lagerbügel 16 zurückbewegt
wird.
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Die Welle 24 des äußeren Lagerbügels trägt ferner einen Winkelgeber
26. Der Winkelgeber 26 hat einen Stator mit zwei Spulen, deren Achsen senkrecht
aufeinander stehen, und einen Rotor mit zwei entsprechenden, senkrecht aufeinanderstehenden
Spulen.
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Die Spulen des Rotors sind magnetisch mit den Spulen des Stators gekoppelt.
Auf eine der Spulen des Rotors wird ein Bezugssignal gegeben, die andere Rotorspule
ist geerdet. Werden die Ausgangs signale von den beiden Spulen des Stators mit a
bzw. b bezeichnet, so ist der Quotient a/b gleich dem Tangens des Drehwinkels zwischen
Rotor und Stator. Dieser Drehwinkel 1 ist der Winkel zwischen einer Bezugsrichtung
auf dem Gehäuse, die senkrecht zu dessen Achse verläuft, und einer entsprechenden
Vergleichsrichtung auf dem äußeren Lagerbügel 16.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Schwerkraftfühleranordnung 28 auf,
die aus drei Schwerkraftfühlern besteht. Diese Anordnung ist auf dem äußeren Lagerbügel
angeordnet und mißt die Schwerkraftkomponenten gx " g, und gz, in drei zueinander
senkrecht Richtungen OX', OY' und OZ', wie unten noch genauer beschrieben wird.
Dabei fällt die Richtung OZ' mit der Achse des Bohrloches
zusammen.
Bei einer jeden der Stationen, bei der Messungen beim Absenken der Vorrichtung in
einem Bohrloch nach unten durchgeführt werden, gibt der Satz von Werten (gx,, gy,,
gz,, 81) genügend Informationen zum Berechnen eines Satzes von Werten (#, e), wobei
t der Azimuthwinkel des Bohrloches ist und e der Elevationswinkel des Bohrloches
ist. Dies wird nachstehend ebenfalls noch genauer beschrieben. Werden stattdessen
die drei Schwerkraftfühler auf dem Gehäuse 10 vorgesehen anstatt auf dem äußeren
Lagerbügel 16, so enthält der erhaltene Wertesatz (gx,gy,gz,1) ebenfalls ausreichend
Information zur Berechnung des Wertesatzes #,#).
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In Figur 2 ist ein Bohrloch 30 schematisch dargestellt. Dort sind
ferner die verschiedenen Bezugsachsen wiedergegeben, bezüglich deren die Orientierung
des Bohrloches 30 angegeben werden kann. Es ist ferner ein Satz von erdfesten Achsen
(ON, OE, oV) gezeigt, wobei OV in vertikaler Richtung nach unten verläuft und ON
eine horizontale Bezugsrichtung darstellt. Ein entsprechender gehäusefester Satz
von Achsen (OX, OY, OZ) ist ebenfalls gezeigt, wobei OZ der Längsachse des Bohrloches
(und damit des Meßgerätes) entspricht und OX und OY in einer Ebene liegen, die senkrecht
auf der Achse des Bohrloches steht, welch letztere durch eine strichpunktierte Linie
angedeutet ist. Der erdfeste Satz von Achsen läßt sich durch die nachstehenden drei
Drehungen im Uhrzeigersinne in den gerätefesten Satz von Achsen überführen:
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Drehung um die Achse OV um den Azimuthwinkel #, wie in Figur 3 gezeigt; - Drehung
um die Achse OE1 um den Elevationswinkel e, wie in Figur 4 gezeigt; und - Drehung
um die Achse OZ um den oberhalb der X-Y-Ebene liegenden (hochseitigen) Winkel O,
wie in Figur 5 gezeigt.
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Die Beziehung zwischen diesem hochseitigen Winkel O und dem vom Winkelgeber
26 des Gerätes gemessenen Winkel 1 ist in Figur 6 gezeigt. OX', OY' und OZ' sind
die auf den äußeren Lagerbügel bezogenen Achsen, längs derer die drei Schwerkraftkomponenten
gx,, gY' und gz' gemessen werden. 2 ist der hochseitige Winkel, der erhalten würde,
wenn das Meßgerät zu einem Beobachtungspunkt bewegt würde, ohne um die gehäusefeste
Achse Z bewegt zu werden.
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Sind die Schwerkraftfühler auf dem Gehäuse angeordnet, so läßt sich
der Schwerkraftvektor schreiben zu g = gx Ux + gy.Uy + Uz wobei Ux, U und Uz Einheitsvektoren
in den gehäusefesten Richy tungen OX, OY bzw. OZ sind. Sind die Schwerkraftfühler
auf dem äußeren Lagerbügel angeordnet, so läßt sich der Schwerkraftvektor schreiben
als g = gx' ux' + gy'uy' + gz'uz'
wobei Ux,, Uy und Uz' die Einheitsvektcren
in den durch den äußeren Lagerbügel vorgegebenen Richtung OX', OY' bzw. OZ' sind.
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Somit gilt: gx: = gxcos ç1 - gysin #1 ..........(A) gy: = gxsin ç1
+ gycos #1 ..........(B) gz: = gz ..........(C) Sind UN, UE und Uv Einheitsvektoren
in den erdfesten Achsenrichtungen ON, OE bzw. OV, so erhält man für die Vektortransformation
vom einen Koordinatensystem in das andere unter Berücksichtigung der Definitionen
für die Winkel und e die nachstehende Transformationsgleichung:
wobei die verschiedenen Transformationsmatrizen gegeben sind durch:
Die umgekehrte Vektortransformation genügt der Gleichung
Die Anwendung des Operators
auf den Schwerkraftvektor g . Uv ergibt gx = g . sin# cos# ...............(i) gy
= g . sin# sin# ...............(ii) gz = = g . cose (iii) Damit erhält man gx, =
-g . sine cos cos#1 - g . sine sina sin#1 = -g . sine . cos(#-#1) gx' = -g . sin#
cos# sin#1 + g. sin# sin# cos#1 = g . sin# . sin(#-#).
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Fallen die erdfesten Achsen, die gehäusefesten Achsen und die auf
den äußeren Lagerbügel bezogenen Achsen bei der Bohrlochöffnung zusammen, unmittelbar
bevor eine Inspektion des Bohrloches durchgeführt wird, so gilt ° = 1 + 2 und man
hat gx' = -g . sin # . cos#2 ..........(iv) gy' = g . sin# . sin# ...........(v)
gz' = g . cos# ...........(vi)
werden somit die Sätze (gz'' gy''
gz') bei einem jeden Beobachtungspunkt aufgezeichnet so können die entsprechenden
Werte für e und 2 für einen jeden Beobachtungspunkt aus den nachstehenden Gleichungen
berechnet werden:
Es soll nun beim Beobachtungspunkt (#2, #, # ) ein Vektor V - x . Ux + y . Uy +
z . Uz betrachtet werden, der um kleine Drehwinkel # α. Ux + # ß. Uy. gedreht
werden soll, wobei ein Vektor V1 + x. . Ux1 + y . Uy1 + z. Uz1 erhalten wird, wobei
Uz1, Uy1 und Uz1 Einheitsvektoren im gehäusefesten Koordinatensystem bei dem Beobachtungspunkt
(2 + ##2, e + #e, # + sind. Der Index 2 ist hier zulässig, da keine Drehung des
Vektors um die Achse OZ zwischen zwei benachbarten Beobachtungspunkten erfolgt.
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Die Komponenten des Vektors V1 im erdfesten Koordinatensystem können
dann der nachstehenden Vektorgleichung entnommen werden:
Man erhält nun V1 = (x Ux + y . Uy + z. Uz) + #α. Ux x(x
. Ux + y . Uy + z. Uz) + #ß. Uy x(x . Ux + y. Uy + z. Uz); ist #α und #ßklein,
so vereinfacht sich diese Gleichung zu V1 = (x+z . #ß) . Ux + (y-z. #α). Uy
+ (z + y . #α - x. #ß). Uz Die Komponenten des Vektors V1 im erdfesten Koordinatensystem
können also aus der nachstehenden Vektorgleichung ermittelt werden
Werden die in den Gleichungen (vii) und(viii) angegebenen Matrixoperatoren auf den
Vektor (0,0,1) angewandt, so erhält man bei geeigneter Wahl der betrachteten Matrixelemente
die Gleichungen; #ß(sin#2. cos#. cos# + cos#2 . sin#) + #ß (cos#2 cos# . cos# -
sin#2 . sin#) - - ##. sin#. sin# + ## . cos# . cos# . cos # .......(ix) #α(-sin
#2. sin#) + #ß(-cos#2.sin#) + ##. sin# ....(x)
Werden die Matrixoperatoren
der Gleichungen (vii) und (viii) auf den Vektor (1,0,0) angewandt so erhält man
durch geeignete Auswahl aus den entsprechenden Matrixelementen die nachstehenden
Gleichungen: #ß. cos# = ##2 . sin#2. sin# -##. cos#2.cos# ........ (xi) Aus Gleichung
(x) folgt ## = #ß. cos#2 + #α. sin#2 ........ (xii) en Aus den Gleichung (x)
und(xi) erhält man ##2 + co@#. (- #ß. sin#2 + #α. cos#2) ...... (xiii) Die
Gleichungen (ix) und (x) ergeben ## = 1 (#ß. sin#2 - #ß. cos#20 ..... (xiv) sine
Schließlich erhält man aus den Gleichungen (xiii) und (xiv) = - 1 . ##2 ......(E)
cose Ist somit bei einem jeden der Beobachtungspunkte in Längsrichtung des Bohrloches
der Satz von Werten (gx' gy' #1) bekannt, 80 können enteprechende Sätze von werten
(gx,, gy'' gz') aus den obenstehenden Gleichungen (A), (B) und (C) berechnet werden.
Entsprechende Sätze von Werten (#. #2) können dann unter Verwendung der Gleichung
(D) abgeleitet werden, und die
Zunahme des Azimuthwinkels # P zwischen
zwei beliebigen benachbarten Beobachtungspunkten kann aus der Zunahme##2 zwischen
diesen zwei Beobachtungspunkten unter Verwendung der Gleichung (E) berechnet werden.
Fallen die auf den äußeren Lagerbügel bezogenen Koordinatenachsen und die erdfesten
Koordinatenachsen beim Mund des Bohrloches zusammen, unmittelbar bevor ein Abfahren
des Bohrloches zur Ermittlung seines Verlaufes durchgeführt wird, so kann man den
Azimuthwinkel bei einem jeden Beobachtungspunkt längs des Weges, der bezüglich der
ON-Richtung gemessen wird, dadurch ermitteln, daß man die Inkremente des Azimuthwinkels
längs des Weges bei einem jeden Beobachtungspunkt kontinuierlich aufsummiert. In
der Praxis läßt sich jedoch ein Ausrichten der Kreiselachse auf die ON Richtung
am Mund des Bohrloches erübrigen, wenn nur der Anfangswinkel #0 zwischen der OX'-Richtung
und der ON-Richtung bekannt ist. Der Azimuthwinkel läßt sich dann unter Berücksichtigung
einer Korrektur ç 0 ermitteln, so daß « #0 + £(a y) ist, wobei die Summation längs
des Weges zu dem betrachteten Beobachtungspunkt erfolgt.
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Neben der kreiselstabilisierten einachsigen Plattform und der Schwerkraftfühleranordnung,
die oben schon beschrieben worden sind, enthält das in das Bohrloch abgesenkte Gerät
ferner noch einen Abschnitt zum Speichern von Information, der in Figur 7 gezeigt
ist. Da die Schwerkraftfühleranordnung 28 auf dem äußeren Lagerbugel angeordnet
ist, wobei die Meßachsen der Fühler auf die OX-, OY- und OZ-Richtung ausgerichtet
sind, sind die Ausgangssignale dieser Fühler direkt gleich gx,, gy,
Diese
Ausgangssignale werden direkt auf ein Aufzeichnungsgerät 32 gegeben. Damit brauchen
die Gleichungen (A), (B) und (C) nicht verwendet zu werden. Die Ausgangssignale
des Winkelgebers 26 werden ebenfalls auf das Aufzeichnungsgerät 32 gegeben und dienen
dazu, den Anfangswert des Winkel 1 zwischen der Spinachse des Kreiselrotors 12 und
der erdfesten Bezugsrichtung ON zu Beginn eines jeden Abfahrens des Bohrloches zu
bestimmen.
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Das Auf zeichnungsgerät 32 zeichnet auch die Ausgangssignale eines
Taktgebers 34 auf, so daß man den Zeitpunkt kennt, zu dem jeweils die Ausgangssignale
der Schwerkraftfühleranordnung 28 aufgezeichnet worden sind.
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Figur 8 zeigt die entsprechende an der Oberfläche angeordnete Ausrüstung
für den in Figur 7 gezeigten Vorrichtungsabschnitt zum Speichern von Information,
der selbst in das Bohrloch abgesenkt wird. Die Ausgangssignale eines oberflächenseitigen
Taktgebers 36 und eines Kabellängenmessers 38 werden von einem oberflächenseitigen
Auf zeichnungsgerät 40 während eines jeden Abfahrens des Bohrloches zu Meßzwecken
aufgezeichnet. Der Kabellängenmesser 38 mißt die Länge des Kabels oder Seiles, an
dem das ins Bohrloch abgesenkte Gerät hängt.
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Nach Beendigung eines jeden Abfahrens des Bohrloches werden die von
dem abgesenkten Aufzeichnungsgerãt 32 gemachten Aufzeichnungen an eine Signalverarbeitungseinheit
42 überspielt, wo die Aufzeichnungen simultan mit den Aufzeichnungen des oberflächenseitigen
Aufzeichnungsgerates 40 wieder abgespielt werden. Die aufgezeichneten Ausgangssignale
des abgesenkten Taktgebers 34 werden zusammen mit den Taktsignalen und den den
Kabellängen
entsprechenden Ausgangssignalen des oberflächenseitigen Aufzeichnungsgerätes 40
auf einen Zeitvergleicher 44 gegeben. Dieser erzeugt ein Signal zum Identifizieren
des Beobachtungspunktes, das aus dem Kabellängensignal besteht und auf das Abspielen
der aufgezeichneten Werte für die Ausgangssignale der Schwerkraftfühleranordnung
28 synchronisiert ist. Dieses Signal zur Identifizierung des Beobachtungspunktes
wird auf eine Eingangsklemme eines Druckers 46 gegeben. Die Ausgangssignale gx''
gy'' gz' und #1 werden auf eine an der Erdoberfläche angeordnete Recheneinheit 48
gegeben, die den Elevationswinkel 9 und den Azimuthwinkel 't berechnet und diese
Winke +arstellendenSignale auf den Drucker 46 gibt. Auf diese Weise erhält man eine
Aufzeichnung des Elevationswinkels 9 und des Azimuthwinkels wobei einem jeden der
Beobachtungspunkte, und diese Aufzeichnung erscheint zusammen mit der Information
zum Identifizieren des jeweils betrachteten Beobachtungspunktes.
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Die von dem äußeren Lagerbügel 16 getragene Schwerkraftfühleranordnung
(vergleiche Figur 1) kann durch drei Schwerkraftfühler ersetzt werden, die auf dem
Gehäuse 10 des Gerätes so angeordnet sind, daß ihre Meßachsen sich längs der OX-,
OY-und OZ-Richtung erstrecken. Die Ausgangssignale der Schwerkraftfühler sind somit
proportional zu gx, 9y und gz. Figur 9 zeigt einen ins Bohrloch absenkbaren Geräteabschnitt,
der unter diesen Umständen verwendbar ist. Das Ausgangssignal des Winkelgebers 26
und des Taktgebers 34 werden wie vorher auf das Aufzeichnungsgerät 32 gegeben. Das
gz-Ausgangssignal einer
auf dem Gehäuse 10 angeordneten Schwerkraftfühlereinheit
50 wird ebenfalls direkt auf das Aufzeichnungsgerät 32 gegeben; die gx- und gy-Ausgangssignale
der Schwerkraftfühleranordnung 50 werden jedoch auf eine zugeordnete der Statorwicklungen
eines zweiten Drehmelders 52 gegeben, der ebenfalls zwischen dem äußerer. Lagerbügel
16 und dem Gehäuse 10 angeordnet ist. Die Ausgangs. le von den Rotorspulen des Drehmelders
52 steller die Signale gy, und gx,, und diese Signale werden auf das Aufzeichnungsgerät
32 gegeben. Die aufgezeichneten Signale sind somit dieselben wie bei dem Geräteabschnitt,
der in Figur 7 gezeigt ist.
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In weiterer Abwandlung der in Figur 9 gezeigten Anordnung können auch
die drei Ausgangssignale gx, gy und g z der Schwerkraftfühleranordnung 50 auf das
Auf zeichnungsgerät 32 gegeben werden.
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In diesem Falle werden die von dem Winkelgeber 26 bereitgestellten
Signale dazu verwendet, den Winkel zwischen dem äußeren Lagerbügel und dem Gehäuse
für die gesamte Dauer des Durchfahrens des Bohrloches zu Meßzwecken anzugeben und
nicht nur den Anfangswinkel anzugeben. Berechnungen unter Verwendung der Gleichungen
(A), (B) und (C) werden an der Oberfläche durchgeführt.
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Steht in dem Kabel, an dem das abgesenkte Gerät aufgehängt ist, ein
geeigneter Signalübertragungskanal zur Verfügung, so kann das Ausgangs signal von
dem abgesenkten Gerät direkt an die Oberfläche übermittelt werden, man braucht dann
kein abgesenktes Zeitnormal im Bohrloch. Die Einrichtungen an der Erdoberfläche,
wie
sie in Figur 8 gezeigt sind, werden dann so abgewandelt, daß der oberflächenseitige
Taktgeber 36, das oberflächenseitige Aufzeichnungsgerät 40 und der Zeitvergleicher
44 entfallen und daß das Ausgangssignal des Kabellängenmessers 38 direkt auf den
Drucker 46 gegeben wird. Auch die Signalverarbeitungseinheit 42 ist so abgewandelt,
daß sie direkt die vom abgesenkten Gerät übermittelten Signale erhält anstatt von
einem Aufzeichnungsgerät abgespielter Signale.
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Wird das Gerät in der Form verwendet, daß die Information während
eines Durchfahrens des Bohrloches aufgezeichnet wird, bevor sie dann beim Ende eines
vollständigen Befahrens des Bohrloches ausgewertet wird, so können Speicher für
die Meßwerte vorzugsweise die Form von integrierten Speicherkreisanordnungen haben.
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Das abgesenkte Gerät läßt sich bei dieser Ausführungsform dann aus
einer Batterie betreiben, die innerhalb des Gehäuses eingebaut ist.
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Die Erfindung läßt sich auch beim Richtungsbohren verwenden, bei dem
unter bekanntem Azimuthwinkel ausgehend von einem zuvor gebohrten, wenig tiefen,
fast vertikalen und mit einer Auskleidung versehenen Bohrloch mit zunehmendem Elevationswinkel
gebohrt werden soll. Unter derartigen Umständen ist die Verwendung eines herkömmlichen
hochseitigen Steuerwerkzeuges wegen des nahezu vertikalen Verlaufes des Bohrlochendes
nicht möglich, die Auskleidung erlaubt auch nicht die Verwendung eines herkömmlichen,
magnetischen Steuerwerkzeuges. Wird ein erfindungsgemäßes Gerät mit einer einachsigen
stabilisierten Plattform ver
wendet, um die Richtung der Drehachse
des Kreisel bezüglich einer horizontalen Bezugslinie ON beim Mund des Bohrloches
festzulegen, so bleibt die Kreiseldrehachse im wesentlichen bezüglich der Bezugsrichtung
ON ausgerichtet, wenn das Instrument durch den fast vertikalen Bohrlochabschnitt
abgesenkt wird. Wird das Instrument abgesenkt, um eine Schrägbohr-Abteuf /Schlammotor-Einheit
(bent-sub/mud-motor arrangement) zu lokalisieren, wie dies mit einem herkömmlichen
Steuerwerkzeug der Fall ist, so kann die Drehung des Gerätegehäuses um die Kreiseldrehachse
dazu verwendet werden, die Richtung der Schrägbohr-Abteuf/ Schlammotoranordnung
bezüglich der erdfesten Bezugsrichtung ON ob festzustellen.