DE4016437C2 - Bohrlochmeßverfahren zur Bestimmung des Azimuts des Bohrlochverlaufes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochmeßverfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspru­ ches.

In der Praxis sind Verfahren zur Bestimmung des Azimuts eines Bohrlochverlaufes bekannt, wobei beispielsweise ein hochgenauer Kompaß in eine Meßsonde eingebaut und nach einer voreingestellten Zeit fotographisch registriert wird. Die ermittelten Daten stehen leider erst bei der Entwicklung des Filmes - also am Ende der Messung - zur Verfügung und müssen dann noch einen Interpretations- und Inter­ polationsprozeß durchlaufen. Diese Prozesse sind sehr arbeitsintensiv (Firmendruckschrift der INTERFELS-EASTMAN INSTRUMENTS GmbH, Bad Bentheim: "Single-Shot Instrument Type EK mit elektronischem Timer oder Motion-Sensor", 1983).

Es existieren auch Spulensysteme, welche auf elektronische Art ein eindeutiges Richtungssignal produzieren. Solche Systeme sind aber entweder sehr störanfällig oder sehr teuer und daher für bestimmte praktische Verhältnisse nicht zufriedenstellend (Firmendruckschrift der INTERFELS-EASTMAN INSTRUMENTS GmbH, Bad Bentheim: "DIGI COURSE I", 1983; Zeitschrift "Wireless Word", Oktober 1982, S. 49-54).

Aus der US-PS 33 69 626 ist ein Bohrlochmeßverfahren bekannt, das mit einer von einem Kabel gehaltenen Sonde arbeitet, wobei die Sonde eine Längsachse hat, deren Neigung von der Vertikalen mit Hilfe eines Inklinometers gemessen werden kann. Die geographische Bezugsrichtung wird mit einem drehbaren Magnetfeldsensor erfaßt, der um die Gerätelängsachse rotierend angeordnet ist. Das Signal von diesem Magnetfeldsensor wird aber nicht nach oben geführt, sondern wird nur auf eine besondere Kennung untersucht, wie z. B. ein Maximalwert, ein Minimalwert oder ein Polaritätswechsel (Nulldurchgang). Da diese besondere Kennung im Moment wo der Magnetfeldsensor in Richtung Nord-Süd steht auftritt, kann dieses Moment als Orientierungspuls verwendet werden. Dieser Puls startet einen neuen Zyklus des Abtasten der Bohrlochwandung. Die gewonnene Information über das durchbohrte Gestein wird über das Bohrlochkabel nach oben gegeben.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges und mit preiswerten Sensoren arbeitendes Verfahren zur genauen Bestimmung des Azimuts eines Bohrlochverlaufes zu schaffen.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches gelöst.

Mit anderen Worten ausgedrückt wird vorgeschlagen, daß ein Magnetfeldsensor um die Gerätelängsachse rotierend angeordnet ist und in das Bohrloch hinabgelassen wird. Dieser rotierende Magnetfeldsensor, der relativ preiswert hergestellt werden kann, liefert dabei ein durch den vorhandenen Erdmagnetismus induziertes Signal.

Dieses Signal ist bei einer Drehung des Sensors eine Sinuslinie, wobei das sinusförmige Signal einen Extremwert erreicht, wenn der Magnetfeldsensor die Erdmagnetismuslinie durchläuft.

Der Verdrehwinkel zwischen dem rotierenden Sensor und den Neigungsebenen des im Gerät fest eingebauten Inklinometers wird mit Hilfe eines optischen Kodiersystemes erfaßt, d. h. z. B. eine sich mit dem Sensor drehende im bestimmten Abstand voneinander vorgesehene Löcher aufweisende Scheibe wird durchleuchtet, wobei der durchfallende Lichtstrahl einen elektrischen Impuls erzeugt. Dieses optische Kodiersystem hat eine Auflösung von z. B. 500 Schritten, d. h. 500 Löchern auf der sich drehenden Scheibe, so daß eine rein statische Auflösung von 360/500=0,7° gegeben ist. Diese erfaßten Daten werden über ein Bohrlochkabel zur Erdoberfläche geleitet, wo sie vorzugsweise einer rechnerunterstützten mathematischen Modellierung zugeführt werden. Hier wird aus dem mit Fehlern behafteten Signal eine hochgenaue Winkelbestimmung bezogen auf den magnetischen Norden errechnet. Die auftretenden Fehler, wie magnetische Störfelder des Motors, Temperaturabhängigkeit von Sensor oder Schaltung, Schwankungen in der Drehgeschwindigkeit und Signalabhängigkeit von der Intensität des Magnetfeldes werden durch die rechnerunterstützte Berechnung ausgeglichen.

Da der Meßvorgang beliebig oft wiederholt werden kann, ist im Prinzip jeder Grad von Genauigkeit erreichbar. Der Kompromiß ist die Meßdauer. So sind innerhalb weniger Sekunden schon Genauigkeit von ca. 0,1° erreichbar.

Mit rein analogen Hilfsmitteln wäre ein solches Signal nicht verwertbar, wenn hohe Qualitätsansprüche gestellt werden. Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht aber das Signal statistisch zu bearbeiten, weil eben durch die dynamische Abtastung eine Vielzahl von Daten zur Verfügung steht.

Claims (6)

1. Bohrlochmeßverfahren mit einer von einem Kabel gehaltenen Sonde, wobei die Sonde eine Längsachse hat, deren Neigung von der Vertikalen mit Hilfe eines zweiachsigen Inklinometers gemessen wird und die geographische Richtung der Neigung mit einem drehbaren Magnetfeldsensor erfaßt wird, der um die Gerätelängsachse rotierend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Magnetfeldsensor erfaßte, durch den vorhandenen Erdmagnetismus induzierte Signal über ein Bohrlochkabel zur Erdoberfläche geleitet wird und einer rechnergestützten mathematisch-statistischen Modellierung zugeführt wird.

2. Bohrlochmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrehwinkel zwischen dem rotierenden Sensor und den Neigungsebenen des Inklinometers mit Hilfe eines optischen (incrementalen oder absoluten) Kodiersystems erfaßt wird.

3. Bohrlochmeßverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Kodiersystem aus einer mit dem rotierenden Sensor umlaufenden Scheibe besteht, die Lichtdurchtrittsöffnungen aufweist und der durchtretende Lichtstrahl elektrische Impulse erzeugt, die zur Erdoberfläche geleitet werden.

4. Meßverfahren wenigstens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kodiersystem eine Auflösung von z. B. 500 Schritten aufweist, so daß eine rein statische Auflösung von 360/500=ca. 0,7° gegeben ist.

5. Meßverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmessung über eine genaue Zeitmessung erfolgt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Sensors konstant ist.

6. Meßverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Magnetfeldsensor nur hin- und hergehende Rotationsbewegungen um eine Position, welche für die Azimutbestimmung ausreichend ist, z. B. in der das maximale, vom lokalen Erdmagnetismus induzierte Signal geliefert wird, ausführt.