DE2849633A1

DE2849633A1 - Vorrichtung zum messen des azimuts und deer neigung einer bohrleitung

Info

Publication number: DE2849633A1
Application number: DE19782849633
Authority: DE
Inventors: Jacques Barriac
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-11-16
Publication date: 1979-06-28
Also published as: FR2410725B1; GB2009418B; JPS5830524B2; JPS5485758A; DE2849633C2; US4244116A; NO783844L; NO162778B; GB2009418A; FR2410725A1; NO162778C

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. J. MEINKE

46OO DORTMUND 1,

WESTENHELLWEQ 67 \ 4, HOV.

TELEFON C023O 145B1O

TELEGRAMM DOPAT Dortmund TELEX 8227328 pat d

AKTEN-NR.: 39/326I

Anmelder

SOCIETE" D¹APPLICATIONS GgNgRALES D'ELECTRICITg ET DE MiCANIQUE SAGEM Societe Anonyme, 6, Avenue d'I^na₃ 75783 Paris CEDEX 16, Prankreich

Bezeichnung

"Vorrichtung zum Messen des Azimuts und der Neigung einer Bohrleitung"

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Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Azimuts und der Neigung einer Bohrleitung, insbesondere der Bohrlinie einer Ölbohrung.

Mit dem Azimut einer Bohrlinie oder Leitung bezeichnet man den Winkel, der sich durch die Projektion der Horizontalachse der Bohrlinie mit der Projektion der Horizontale des Rotationsvektors der Erde ergibt.

Mit der Neigung der Bohrlinie bezeichnet man den Winkel, der sich mit der Bohrlinie und dem Schwerkraftvektor ergibt. .

Es ist bekannt, dazu sich Vorrichtungen zu bedienen, die ein Gyroskop und einen (Erd-) Beschleunigungsmesser zur Messung des Azimuts und des Neigungswinkels einer Bohrleitung kombiniert.

Es ist ebenfalls eine Vorrichtung bekannt, die ein Gyroskop zur Messung des Azimuts und einen Beschleunigungsmesser zur Messung der Neigung trägt. Bei dieser Vorrichtung sind das Gyroskop und der Beschleunigungsmesser auf einem Träger befestigt, der sich um eine gemeinsame oder parallele Achse zu derjenigen der Bohrleitung dreht.

Die Nachteile einer solchen Vorrichtung bestehen in der Schwerfälligkeit, mit welcher die Messungen ausgeführt wer-

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-■-■-· -Jf-

den und der Kompliziertheit der Vorrichtung. Diese beiden Nachteile ergeben sich im wesentlichen aus der Notwendigkeit , den Träger des Gyroskopes und des Beschleunigungsmessers drehen zu müssen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, welche diese Nachteile vermeidet und eine Vorrichtung schafft, mit der sowohl der Azimut als auch die Neigung einer Bohrlinie schnell und genau gemessen werden können bei gleichzeitig einfachem Aufbau der Vorrichtung.

Bei einer Vorrichtung der-, eingangs bezeichneten Art wird mit einem Gyroskop und einem Beschleunigungsmeßwerk, die innerhalb eines Meßbehälters vorgesehen sind, der mit einziehbaren Zentrierungsmitteln ausgerüstet ist, derart, daß er am Ende eines Kabels in der Bohrleitung herabgelassen und in dem Bereich der Bohrleitung festgemacht werden kann, in dem die Messung ausgeführt werden soll, die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gyroskop ein Gyroskop mit zwei Empfindlichkeitsachsen ist, welches im Behälter in der Weise angeordnet ist, daß seine beiden Empfindlichkeitsachsen senkrecht zur Achse der Bohrleitung liegen. Dieses Gyroskop ist angeschlossen am Gyrometer, und daß das Beschleunigungsmeßwerk zwei Empfindlichkeitsachseη umfaßt und in dem Behälter derart angeordnet ist, daß seine beiden Empfindlichkeitsachsen rechtwinklig zur Achse der Bohrlinie verlaufen und parallel zu denen des Gyroskopes, wobei dieses

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Besenleunigungsmeßwerk aus einem Beschleunigungsmesser mit zwei Empfindlichkeitsachsen besteht oder aus zwei Beschleunigungsmessern mit je einer Empfindlichkeitsachse.

Das Gyroskop gibt die Angaben jc_x und ac γ, die die beiden Komponenten gemäß den Empfindlichkeitsachsen XX und YY des Gyroskopes des irdischen Rotationsvektors E darstellen, von dem man den Modul (15,O4l°/h) kennt.

Von diesen Indikatoren ac _γ und it _v kann man die Komponen-

Λ X

teac„ des irdischen Rotationsvektors E in Übereinstimmung mit der Achse ZZ der BohrMtung ableiten.

Die Messung von Sc _v und ad _v und die Berechnung vonic „ ergeben daher den Azimut der Bohrleitung.

Das Beschleunigungsmeßwerk gibt die Angaben von Αχ und Αγ, welches die Komponenten gemäß den Empfindlichkeitsachsen XX und YY des Gyroskopes des irdischen Schwerkraft vektors G, dessen Modul man kennt (98I cm/s²).

Man kann aus diesen Angaben die Neigung der Bohrleitung ableiten, d.h. den Winkel, welchen die Achse ZZ dieser Bohrleitung mit dem Schwerkraftvektor G bildet.

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Dieser Inclinationswinkel I ist derjenige nachfolgender Bedingung:

sin

Die Erfindung besteht außer aus den in Frage kommenden Vorrichtungen noch aus gewissen anderen Vorrichtungen, die man bevorzugt zur gleichen Zeit benutzen kann und die, wie weiter unten beschrieben, ausdrücklich auch in Frage kommen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise aufgebrochen, einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 einen Aufriß der Erfindung entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1, die die Elemente zeigt, die mit der einen Empfindlichkeitsachse des Gyroskopes zusammenarbeiten und in

Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 mit den Elementen, die mit der anderen Empfindlichkeitsachse des Gyroskopes zusammenarbeiten.

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Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus einem Gyroskop (Kreisel) und einer Beschleunigungsmeßvorrichtung, die in einem Behälter 1 angeordnet sind, welcher an einem Kabel 2 hängend an einem Ort einer Bohrleitung 3 herabgelassen werden kann, wo man die Messung des Azimuts und des Neigungswinkels ausführen möchte.

Der Behälter 1 ist mit einziehbaren Zentrierungsmitteln 4 versehen, wie sich besonders aus Fig. 2 ergibt.

Das Gyroskop dieser Vorrichtung ist ein Gyroskop 5 mit zwei Empfindlichkeitsachsen XX und YY und ist im Behälter 1 derart angeordnet, daß die beiden Empfindlichkeitsachsen XX und YY rechtwinklig zur Achse ZZ der Bohrleitung ausgerichtet sind.

Das Gyroskop 5 trägt, wie sich aus Fig. 3 und 4 ergibt, ein Schwungrad 6, welches von einem Motor 7 unter Zwischenschaltung eines Cardangelenkes des Typs eines Hooke-Gelenkes 8 angetrieben wird. Die sich drehenden Teile des Gyroskops, die auf der anderen Seite der Schwungscheibe 6 in Bezug auf das Cardangelenk 8 gelagert sind, sind in einem Gehäuse 9 unter Zwischenschaltung von Lagern 10 gehalten .

Das Herausfinden der Position der Schwungscheibe 6 um die Empfindlichkeitsachse XX vollzieht sich durch die Detek-

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-i-

toren Dq_x (Fig· 3) und die Wahrnehmung der Position der Schwungscheibe 6 um die Empfindlichkeitsachse YY vollzieht sich durch die Detektoren Dq_y (Fig. 4).

In Fig. 3 ist die Ebene, auf welcher sich die Detektoren Dq_x befinden, in die Zeichenebene umgeschlagen, d.h. in Wirklichkeit befinden sich die Anzeigegeräte Dq_x in einer Ebene zu 90° zu der Zeichenebene.

In Fig. 4 ist die Ebene, in welcher sich die Detektoren D(jy befinden, in die Zeichenebene geklappt, in Wirklichkeit befinden sich die Detektoren bzw. Anzeigegeräte Dq_y in einer Ebene zu 90° zur Zeichenebene.

Ein Drehmomentenmotor bzw. Fortschreitmomentenmotor als Dauermagneten 11, die auf dem Schwungrad 6 befestigt sind und aus festen Wicklungen, erlaubt gegenüber dem Schwungrad 6, ein Drehmoment aufzubringen.

Das Drehmoment wird aufgebracht

- um die Achse XX, wenn die Wicklungen Βχ erregt sind

(Fig. 3),

- um die Achse YY, wenn die Wicklungen Bγ erregt sind (Fig. 4).

Das Beschleunigungsmeßwerk bei dieser Vorrichtung weist zwei Empfindlichkeitsachsen auf und ist im Behälter 1 so

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angeordnet, daß seine beiden Empfindlichkeitsachsen rechtwinklig zur Achse ZZ der Bchrleitung verlaufen., die beiden Empfindlichkeitsachsen sind daher mit XX und YY bezeichnet. Man wird erkennen ₃ daß dieses BeschIeunigungsmeßwerk vorteilnaft von einem Beschleunigungsmesser 12 mit zwei Empfindlichkeitsachsen gebildet ist.

Dieser Beschleunigungsmesser 12 besteht, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, aus einer Pendelmasse 13, die um einen reibungsfreien Gelenkpunkt lh montiert ist.

Das Peststellen der Lage der Pendelmasse 13 um die Empfindlichkeitsachse XX wird mit den Detektoren D^„ (Fig. 3) und das Feststellen der Position der Pendelmasse 13 um die Empfindlichkeitsachse YY wird mit den Detektoren D^y (Fig. 4) aus pe führt.

V/ie in Fig. 3 dargestellt, werden die Fehlerinformationen der Stabilisation von den Detektoren Oq^ des Gyroskopes 5 in Bezug auf seine Empfindlichkeitsachse XX geliefert und zu einem Synchrondemodulator 21 geschickt, der ein einheitliches Signal liefert, welches dann in einem Stetigverstärker 22 verstärkt wird, der dann das SignalQ X liefert.

Das Signal Sc X wird dann in die Spulen Βχ des Drehmomentenmotors zu den Dauermagneten 11 geschickt.

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Wie in Fig. 4 dargestellt, werden die Pehlerinformationen der Stabilisation, die von den Detektoren Dq_y des Gyroskops 5 in seiner Sensibilitätsachse YY in einen Synchrondemodulator 31 geschickt j der ein einheitliches Signal liefert, welches dann in einem Stetigverstärker 32 verstärkt wird, der dann das Signal bc γ liefert.

Das Signal Sc γ wird dann in die Spulen Βγ des Drehmomentenmotors zu den Permanentmagneten 11 geschickt.

Diese Signale JCy undSitfY werden darüber hinaus in einem Rechner 40 ausgewertet, um die Komponentejc _z des irdischen Rotationsvektors gemäß der Achse der Bohrleitung ZZ zu ermitteln.

Dieser Rechner 40 führt die Operation

E ist dabei der Modul des irdischen Rotationsvektors.

Der Azimut der Bohrleitung wird daher durch die Meßwerte « und ac γ und durch den errechneten Wertet „ erhalten, die einem Anzeigegerät 4l zugeführt werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die Informationen, die durch die Detektoren D^ des Beschleunigungsmessers 12 entsprechend

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- atf -

seiner Sensibilitätsachse XX in einem Verstärker 23 verstärkt, der dann ein Signal Αχ liefert. Wie sich aus Fig. ergibt, werden die Informationen, die von den Detektoren DAy des Beschleunigungsmessers 12 entsprechend seiner Sensibilitätsachse YY geliefert, in einem Verstärker 33 verstärkt und liefern dann das Signal Ay.

Die Signale Αχ und Ay werden in einem Rechner 42 ausgewertet, der dann nach der nachfolgend wiedergegebenen Formel die Neigung I der Bohrleitung errechnet, d.h. den Winkel, den deren Achse ZZ mit dem Schwerkraftvektor G bildet:

α A?

sin. I =V—£—-—i—

wobei G der Modul des irdischen Schwerkraftvektors bedeutet.

Es ist vorteilhaft, zwei Anzeigegeräte 43 und 44 vorzusehen, die die entsprechenden Schwankungen der Signale Αχ und Αγ während der gyrometrischen Messungen analysieren, diese Vorrichtungen werden herangezogen, um evtl. die Vierte der Signale Ώ X undJcY zu korrigieren. Unter diesen Bedingungen wird, wenn während einer Meßperiode der Behälter 1 um die Achse XX oder die Achse YY geschwungen hat, was immer möglich ist in. einer Rohrleitung, selbst in Ruhe, diese Schwenkbewegung durch das Beschleunigungsmeßgerät 12 auf-

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gespürt und es kann eine Korrektur aufgrund der Signale Q X und/oder ic y erreicht werden.

Die Elemente 40 (Rechner), 41 (Anzeigegerät), 42 (Rechner), 43, und 44 (Detektoren bzw. Anzeigegeräte) sind auf dem Erdboden aufgestellt und empfangen die Signale ac X und Ω Y, Ay und Αχ durch elektrische Leitungen, die innerhalb des Kabels 2, welches den Behälter 1 hält, eingebettet sind.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So können die unterschiedlichen Zentrierungsmittel am Behälter 1 vorgesehen sein, auch können vergleichsweise elektrische Meßgeräte mit/den entsprechenden Schaltungen die jeweilige Relativbewegung des Behälters 1, ermittelt durch die Vorrichtungsteile und 12, übertragen.

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Claims

Ansprüche : 2843633

1. Vorrichtung zum IVessen des Azimuts und der Neigung einer Bohrleitung mit einem Gyroskop und einem Beschleunigungsmeßwerk, die innerhalb eines Behälters vorgesehen sind, der mit einziehbaren Zentrierungsmitteln ausgerüstet ist, derart, daß er am Ende eines Kabels in der 3ohrleitung herabgelassen und in dem Bereich der Bohrleitung festgemacht werden kann, in dem die Messung ausgeführt werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß das Gyroskop ein Gyroskop mit zwei Empfindlichkeitsachsen ist, welches im Behälter so angeordnet ist, daß seine beiden Empfindlichkeitsachsen senkrecht zur Achse der Bohrleitung liegen, wobei das Gyroskop an ein Gyrometer gekoppelt ist, und daß das Beschleunigungsmeßwerk zwei Empfindlichkeitsachsen aufweist, und in dem Behälter derart angeordnet ist., daß seine beiden Empfindlichkeitsachsen rechtwinklig zur Achse der Bohrlinie und parallel zu denen des Gyroskops verlaufen

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Berechnung der Komponente jc 2 des irdischen Rotationsvektors gemäß der Achse ZZ der Bohrleitung vorgesehen sind, wobei diese Mittel die folgende Rechenoperation ausführen

Ω_ζ ^² -Q/ -Ω/,

und daß Mittel vorgesehen sind, um die Neigung I der Achse ZZ der Rohrleitung gegenüber dem Schwerkraft vektor zu be-

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ORIGiNAL INSPECTED

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rechnen, wobei diese Mittel die folgende Operation ausführen:

Sm. ι =m-x- + V

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Komponenten he X, Sie Y und Ώ Z des irdischen Rotationsvektors gemäß den Achsen XX, YY und ZZ zu ermitteln, im Hinblick auf die Bestimmungen des Azimuts der 3ohrleitung.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 - 3> dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Ermittlung der Veränderung der Signale Αχ und Αγ zur Korrektur der Werte der SignäleScX und/oder je Y.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungsmeßwerk von einem.
Beschleunigungsmesser mit zwei Sensibilitätsachsen gebildet wird.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 - k, dadurch gekennzeichnet , daß das Beschleunigungsmeßwerk von zwei
Beschleunigungsmessern mit je einer Sensibilitätsachse
gebildet wird.

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