NO840482L - DEVICE FOR BOREHOLE MEASUREMENT - Google Patents
DEVICE FOR BOREHOLE MEASUREMENTInfo
- Publication number
- NO840482L NO840482L NO840482A NO840482A NO840482L NO 840482 L NO840482 L NO 840482L NO 840482 A NO840482 A NO 840482A NO 840482 A NO840482 A NO 840482A NO 840482 L NO840482 L NO 840482L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- probe
- signals
- signal
- rotation
- representing
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 100
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 35
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 19
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 14
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- 101150007919 Gper1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/02—Determining slope or direction
- E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
Landscapes
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Navigation (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører instrumenter for oppmåling av borehull og angår spesielt slike instrumenter som benytter akselerasjons- og vinkel-forskyvningsfølere. The present invention relates to instruments for measuring boreholes and particularly relates to such instruments which use acceleration and angular displacement sensors.
I mange tidligere kjente oppmålingssystemer for borehullIn many previously known borehole surveying systems
blir det brukt en sonde som omfatter akselerasjons- eller inklinometer-målende instrumenter i kombinasjon med azimut- eller retnings-bestemmende instrumenter, slik som magnetometere. Eksempler på slike systemer er gitt i US-patentene nr. 3.862.499 og 4.362.054 som beskriver oppmålingsinstrumenter for borehull som benytter et inklinometer som omfatter tre akselerometre til å måle borehullets avvik fra vertikalen sammen med et magneto-meter med tre akser for azimut bestemmelse. Slike systemer er utsatt for feil som skyldes et antall faktorer innbefattet variasjoner i jordens magnetiske felt forårsaket av beskaffen-heten av det materiale borehullet passerer gjennom. Det har også vært et antall systemer som har brukt mekaniske gyroer med slingrebøyler eller kardangopphengning i stedet for magnetomet-rene til retnings- eller rotasjons-avføling. På grunn av føl-somhet for støt og vibrasjon gir imidlertid mekaniske gyroskoper ikke den ønskede nøyaktighet og pålitelighet i borehullssystemer. Videre er mekaniske gyroer utsatt for drift og presesjonsfeil og krever betydelige perioder for stabilisering. Disse instrumenter har også en tendens til å være mekanisk kompliserte samt kostbare. a probe is used which includes acceleration or inclinometer measuring instruments in combination with azimuth or direction determining instruments, such as magnetometers. Examples of such systems are given in US Patent Nos. 3,862,499 and 4,362,054 which describe borehole surveying instruments that use an inclinometer comprising three accelerometers to measure the borehole's deviation from the vertical along with a three-axis magnetometer for azimuth decision. Such systems are subject to errors due to a number of factors including variations in the earth's magnetic field caused by the nature of the material the borehole passes through. There have also been a number of systems that have used mechanical gyros with sway bars or gimbal suspension instead of the magnetometers for direction or rotation sensing. Due to sensitivity to shock and vibration, however, mechanical gyroscopes do not provide the desired accuracy and reliability in borehole systems. Furthermore, mechanical gyros are subject to drift and precession errors and require significant periods for stabilization. These instruments also tend to be mechanically complicated as well as expensive.
En metode til å redusere de iboende feil ved målinger av treghetstypen av sondeposisjonen i et borehull har vært bruken av Kalman-filtrering. Til nå har bruken av Kalman-filtrering vært begrenset til innretting av sonden når den har stoppet i borehullet, og har ikke blitt brukt i dynamisk forstand for feilreduksjon i målinger foretatt mens sonden beveger seg inne i borehullet. One method to reduce the inherent errors in inertial-type measurements of probe position in a borehole has been the use of Kalman filtering. Until now, the use of Kalman filtering has been limited to aligning the probe when it has stopped in the borehole, and has not been used in a dynamic sense for error reduction in measurements made while the probe is moving inside the borehole.
Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringeIt is therefore an object of the invention to provide
et apparat for oppmåling av borehull som innbefatter en sonde egnet for innføring i et borehull, en mekanisme for generering av et signal som representerer sondens bevegelse i borehullet og instrumenter for akselerasjonsmåling i sonden for generering av tre akselerasjonssignaler som representerer komponenter av sondens akselerasjon med hensyn til tre sondeakser og en anordning for måling av vinkelrotasjon til generering av to rotasjons- a borehole surveying apparatus comprising a probe suitable for insertion into a borehole, a mechanism for generating a signal representing the movement of the probe in the borehole and acceleration measurement instruments in the probe for generating three acceleration signals representing components of the probe's acceleration with respect to three probe axes and a device for measuring angular rotation to generate two rotational
signaler som representerer sondens vinkelrotasjon med hensyn til to rotasjonsakser for sonden. Det omfatter også en første krets for generering av et første syntetisk vinkelrotasjonssignal som representerer sondens vinkelrotasjon omkring en tredje sondeakse når sonden beveger seg, og en krets som reagerer på vinkelrotasjonssignalene ved å generere et annet syntetisk vinkelrotasjonssignal som representerer sondens vinkelrotasjon omkring den tredje sondeaksen når sonden ikke beveger seg. Oppfinnelsen omfatter videre en krets som reagerer på rotasjonssignalene og det syntetiske rotasjonssignalet ved å omforme de signaler som representerer sondens bevegelse i borehullet til koordinater som refererer seg til jorden, og beregningskretser koblet til omformings-kretsen og akselerasjonsmålingskretsene for å omforme akselerasjonssignalene til et første sett med hastighetssignaler og et første sett med posisjonssignaler som representerer hastigheten og posisjonen av sonden i jord-koordinatsystemet. signals representing the angular rotation of the probe with respect to two axes of rotation of the probe. It also includes a first circuit for generating a first synthetic angular rotation signal that represents the angular rotation of the probe about a third probe axis when the probe moves, and a circuit that responds to the angular rotation signals by generating a second synthetic angular rotation signal that represents the angular rotation of the probe about the third probe axis when the probe not moving. The invention further comprises a circuit that responds to the rotation signals and the synthetic rotation signal by converting the signals representing the probe's movement in the borehole into coordinates that refer to the Earth, and calculation circuits connected to the conversion circuit and the acceleration measurement circuits to convert the acceleration signals into a first set of velocity signals and a first set of position signals representing the velocity and position of the probe in the Earth coordinate system.
Oppfinnelsen omfatter videre et Kalman-filter som bruker de dynamiske begrensninger for null bevegelse normalt til borehullet til å kompensere for feil i akselerasjons-, vinkelrotasjons- og innrettings-data som brukes til å generere hastighets- og posi-sj ons-signalene. The invention further includes a Kalman filter that uses the dynamic constraints of zero motion normal to the borehole to compensate for errors in the acceleration, angular rotation, and alignment data used to generate the velocity and position signals.
Det vises til de vedføyde tegninger der:Reference is made to the attached drawings where:
figur 1 er en illustrasjon av et apparat som rommer oppfinnelsen, innbefattet et snitt gjennom et borehull som viser en sonde brukt i forbindelse med apparatet for oppmåling av borehullet; figure 1 is an illustration of an apparatus embodying the invention, including a section through a borehole showing a probe used in connection with the apparatus for surveying the borehole;
figur 1a er en perspektivtegning av sondekomponentene; og figure 1a is a perspective drawing of the probe components; and
figur 2 er et logisk skjema som illustrerer logikken for beregning av sondens posisjon i borehullet. Figure 2 is a logic diagram illustrating the logic for calculating the position of the probe in the borehole.
På figur 1 er vist representative omgivelser for den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen. Under bakken 10 strekker det seg et borehull som generelt er betegnet med henvisningstal-let 12, som er foret med en rekke foringsrør 14 og 16. Innsatt i borehullet 12 er en sonde 18 forbundet med en kabelspole 20 ved hjelp av en kabel 22 som løper over en trinse 24 over bakken. Kabelen 22 tjener til å senke sonden 18 gjennom borehullet 12 og utgjør i tillegg et overføringsmedium for overføring av data fra sonden 18 til en signalprosessor 26 over bakken. En annen sig-naloverføringslinje 28 kan brukes for å tilveiebringe en indika- sjon på mengden kabel som føres ned i borehullet 12, samt data fra kabelen 22 til signalprosessoren 26. Selv om data i den oppfinnelsen som er illustrert på figur 1, blir sendt til og fra sonden 18 ved hjelp av kabelen 22, kan data overføres til utstyret over bakken ved hjelp av andre anordninger, slik som trykkpuls-overføring av digitale data gjennom boreslam som f.eks. brukes ved måling under boring. Dataene kan også lagres i en hukommelse i sonden og hentes frem på et senere tidspunkt. Figure 1 shows representative surroundings for the preferred embodiment of the invention. Beneath the ground 10 extends a borehole which is generally denoted by the reference number 12, which is lined with a series of casing pipes 14 and 16. Inserted in the borehole 12 is a probe 18 connected to a cable coil 20 by means of a cable 22 which runs over a pulley 24 above the ground. The cable 22 serves to lower the probe 18 through the borehole 12 and also constitutes a transmission medium for transmitting data from the probe 18 to a signal processor 26 above ground. Another signal transmission line 28 can be used to provide an indication of the amount of cable being fed down the borehole 12, as well as data from the cable 22 to the signal processor 26. Although data in the invention illustrated in Figure 1 is sent to and from the probe 18 using the cable 22, data can be transferred to the equipment above ground using other devices, such as pressure pulse transmission of digital data through drilling mud such as used when measuring during drilling. The data can also be stored in a memory in the probe and retrieved at a later time.
Som vist på figur 1a er det i sonden 18 en akselerometer-enhet med tre akser som omfatter tre akselerometre 32, 34 og 36. Akselerometrene 32, 34 og 36 er orientert med sine følsomme akser svarende til sondelegemet som antydet ved hjelp av det korodinat-system som er vist ved 38. I sondelegemets koordinatsystem strekker x-aksen seg som antydet ved hjelp av x langs borehullet og y-aksen som antydet ved y b og z-aksen som antydet ved z Ider ortogonale med hensyn til x -aksen. As shown in Figure 1a, in the probe 18 there is an accelerometer unit with three axes comprising three accelerometers 32, 34 and 36. The accelerometers 32, 34 and 36 are oriented with their sensitive axes corresponding to the probe body as indicated by means of the co-ordinate system shown at 38. In the probe body coordinate system, the x-axis as indicated by x extends along the borehole and the y-axis as indicated by y b and the z-axis as indicated by z Ider orthogonal with respect to the x-axis.
I sonden 18 er også en lasergyroanordning 40 som omfatterIn the probe 18 is also a laser gyro device 40 which comprises
to lasergyroer 42 og 44. Den første lasergyroen 42 er orientert i sonden slik at den måler sondens vinkelrotasjon omkring y-aksen, idet denne målte vinkelrotasjon med (Jj^,. Likeledes er den andre lasergyroen 44 festet inne i sonden 18 slik at den vil måle sonden rotasjon om z -aksen som betegnes med <t>z. Fordi sondens 18 diameter er forholdsvis liten, er det ikke tilstrekkelig plass til å tilveiebringe en lasergyro som effektivt vil måle rotasjo-nen om x -aksen. two laser gyros 42 and 44. The first laser gyro 42 is oriented in the probe so that it measures the angular rotation of the probe around the y-axis, as this measured angular rotation with (Jj^,. Likewise, the second laser gyro 44 is fixed inside the probe 18 so that it will measure the probe's rotation about the z -axis which is denoted by <t>z. Because the diameter of the probe 18 is relatively small, there is not enough space to provide a laser gyro which will effectively measure the rotation about the x -axis.
Innbefattet i den foretrukne utførelsesform av sonden 18 er også en mikrodatamaskin 46 sammen med en hukommelse 48. Fra akselerometrene 32, 34 og 36 er det koblet linjer 50, 52 og 54 til mikroprosessoren som tjener til å overføre akselerasjonssignaler a , a og a som representerer sondens akselerasjon langs x b -, y b - og z b -aks^ene. På lignende måte er mikroprosessoren 46 koblet til alsergyroanordningen 40 ved hjelp av linjer 56 og 58 som tjener til å overføre vinkelrotasjonssignalet cj fra y-akse-b y Included in the preferred embodiment of the probe 18 is also a microcomputer 46 together with a memory 48. From the accelerometers 32, 34 and 36 are connected lines 50, 52 and 54 to the microprocessor which serves to transmit acceleration signals a , a and a which represent the probe's acceleration along the x b -, y b - and z b -axes. Similarly, the microprocessor 46 is connected to the alsergyro device 40 by means of lines 56 and 58 which serve to transmit the angular rotation signal cj from the y-axis-b y
gyroen 42 og vinkelrotasjonssignalet u)zfra z-aksegyroen 44.the gyro 42 and the angular rotation signal u)z from the z-axis gyro 44.
I den utførelsesform av oppfinnelsen som er illustrert på figur 1a, er et hastighetssignal V"<P>antydet overført ved hjelp av en linje 60 til mikroprosessoren 46. Som vist på figur 1 ville dette signalet være generert ved hjelp av rotasjonshastigheten til trinsen 24 for derved å gi et mål på sondens fart eller hastighet i borehullet 12 med linje 60 innbefattet i kabelen 22. Det kan imidlertid være tilfeller da V^-signalet mer hensikts-messig kan genereres på en annen måte, som f.eks. ved å telle rørseksjoner 14 og 16 ned gjennom hullet. In the embodiment of the invention illustrated in Figure 1a, a speed signal V"<P> is implied to be transmitted by means of a line 60 to the microprocessor 46. As shown in Figure 1, this signal would be generated by means of the rotational speed of the pulley 24 for thereby providing a measure of the speed or speed of the probe in the borehole 12 with line 60 included in the cable 22. However, there may be cases when the V^ signal can be more appropriately generated in another way, such as by counting pipe sections 14 and 16 down through the hole.
Ved bestemmelsen av sondens posisjon og dermed borehullets posisjon, noe som selvsagt er det egentlige formål med oppfinnelsen, er det nødvendig å omforme de forskjellige følersignaler som genereres i sondelegeme-koordinatsystemet 38 til et koordinatsystem som refererer seg til jorden. Et slikt koordinatsystem er illustrert på figur 1 som vist generelt ved 62 hvor x-aksen som antydet ved x<L>, er parallell med gravitasjonsvektoren gL og de gjenværende akser y og z er ortogonale med x^-aksen og paral-lelle med bakken. Dette koordinatsystemet 62 kan kalles nivå-koordinatsystemet der z<L->og y<L->aksene representerer retninger slik som nord og øst. When determining the position of the probe and thus the position of the borehole, which is of course the real purpose of the invention, it is necessary to transform the various sensor signals generated in the probe body coordinate system 38 into a coordinate system that refers to the earth. Such a coordinate system is illustrated in figure 1 as shown generally at 62 where the x-axis as indicated by x<L>, is parallel to the gravity vector gL and the remaining axes y and z are orthogonal to the x^-axis and parallel to the ground . This coordinate system 62 can be called the level coordinate system where the z<L-> and y<L-> axes represent directions such as north and east.
De logiske kretser ved hjelp av hvilke mikroprosessoren 48 omformer akselerasjonssignalene på linjene 50, 52 og 54, vinkel-hastighetssignalene på linjene 56 og 58 og hastighetssignalet på linje 60 til posisjonssignaler, er illustrert på figur 2. Man vil imidlertid forstå at noe av denne behandlingen kan utføres i den datamaskinen 26 som befinner seg på bakken. Som antydet ovenfor er et av hovedproblemene ved generering av signaler som representerer sondens 18 posisjon i forhold til jordkoordinat-systemet x^, y^ og z^, nøyaktig å omforme signaler som representerer orienteringen og bevegelsen av sonden fra sondelegeme-korodinatsystemet x Id , y Id og z b til nivå- eller jord-koordinatsystemet. Et av hovedformålene med den logiske kretsen som er vist på figur 1, er å utføre koordinattransformasjonen så nøyak-tig som mulig ved å benytte Kalman-filtrering til å kompensere for de feil som er iboende de forskjellige signalkilder. The logic circuits by which the microprocessor 48 converts the acceleration signals on lines 50, 52 and 54, the angular velocity signals on lines 56 and 58 and the velocity signal on line 60 into position signals are illustrated in Figure 2. However, it will be understood that some of this processing can be carried out in the computer 26 which is located on the ground. As indicated above, one of the main problems in generating signals representing the position of the probe 18 relative to the Earth coordinate system x^, y^ and z^ is to accurately transform signals representing the orientation and motion of the probe from the probe body coordinate system x Id , y Id and z b to the level or ground coordinate system. One of the main purposes of the logic circuit shown in Figure 1 is to perform the coordinate transformation as accurately as possible by using Kalman filtering to compensate for the errors inherent in the various signal sources.
Definisjoner av de forskjellige symboler som brukes på figur 2, er angitt i tabell 1 nedenfor. Definitions of the various symbols used in Figure 2 are given in Table 1 below.
Logikk for oppdatering av koordinat-trsnformasjonsmatrisen Logic for updating the coordinate array information matrix
clfo" geikr kean ntyomdeft attiennr evnfinokr erlurotten asj6o4 npså sigfnigauler ne 2. co foInong gatuknz )gper å tliinl jdenenene 56 og 58. Siden det er nødvendig å ha et signal som representerer sondens rotasjon om x-aksen, w , for å oppdatere transformasjonslogikken i rute 64, er det nødvendig å generere et syntetisk wxfø-signal. Dette blir utført når sonden 18 er stoppet i borehullet 12 ved hjelp av logikken i rute 66. To av inngangene til logikken i boks 66 er vinkelrotasjonssignalene æ fø og u)føz på linjene 56 og 58, og den tredje inngangen er et signal som representerer jordrotasjonen Q. Opprinnelsen til fi-signalet er antydet i rute 68 hvor signalet som vist er sammensatt av tre vektorer innbefattet Q^, og fiDsom representerer jordrotasjonen om henholdsvis en nord-retning og en ned-retning. Også som vist i rute 68 er verdien av fi avhengig av sondens 18 breddegrad X. clfo" geikr kean ntyomdeft attiennr evnfinokr erlurotten asj6o4 npså sigfnigauler ne 2. co foInong gatuknz )gper to tliinl the jdenens 56 and 58. Since it is necessary to have a signal representing the rotation of the probe about the x-axis, w , to update the transformation logic in box 64, it is necessary to generate a synthetic wxfø signal. This is done when the probe 18 is stopped in the borehole 12 by means of the logic in box 66. Two of the inputs to the logic in box 66 are the angular rotation signals æ fø and u)føz on lines 56 and 58, and the third input is a signal representing the earth's rotation Q. The origin of the fi signal is indicated in line 68 where the signal as shown is composed of three vectors including Q^, and fiD representing the earth's rotation about a north direction respectively and a down direction.Also as shown in box 68, the value of fi depends on the probe's 18 latitude X.
For å lette driften av logikken på figur 2 i sondens mikroproses-sor 46, kan borehullets lengdegrad X lagres i hukommelsen 48 og overføres til rute 68 ved hjelp av linje 69. ft-signalet blir så sendt over linje 70 til logikkretsen 66 som genererer et første syntetisk co føsignal på linje 72. Når sonden er stoppet i bore- To facilitate the operation of the logic of Figure 2 in the probe's microprocessor 46, the borehole longitude X can be stored in memory 48 and transferred to route 68 by means of line 69. The ft signal is then sent over line 70 to logic circuit 66 which generates a first synthetic CO feed signal on line 72. When the probe is stopped in drill-
x P xP
hullet, blir et logisk signal som indikerer at V er lik null, overført ved hjelp av en prikket linje 74 som virker til å forbinde signalet på linje 72 med logikken 64 over linje 73. hole, a logic signal indicating that V is equal to zero is transmitted by means of a dotted line 74 which acts to connect the signal on line 72 to the logic 64 above line 73.
Akselerometerfeilene blir kalibrert mens sonden er stoppet, og den akselerasjon som skyldes gravitasjonen blir tilbakestilt til å være lik og motsatt avfølt akselerasjon. The accelerometer errors are calibrated while the probe is stopped, and the acceleration due to gravity is reset to equal and opposite the sensed acceleration.
Når sonden er i bevegelse gjennom borehullet 12, blir alter-nativt et annet syntetisk co^-signal generert på linje 78 ved hjelp av logikken som er vist i rute 80. Når sonden er i bevegelse i borehullet 12, vil det lokiske signal på linje 74 tjene til å lukke bryteren 76 for derved å forbinde linje 80 med linje 73. Som vist på figur 2 blir akselerasjonssignalene på linje 50, Alternatively, when the probe is in motion through the borehole 12, another synthetic co^ signal is generated on line 78 using the logic shown in line 80. When the probe is in motion in the borehole 12, the logic signal on line 74 serve to close the switch 76 to thereby connect line 80 with line 73. As shown in Figure 2, the acceleration signals on line 50,
52 og 54 som representerer legemets akselerasjon a, overført over 52 and 54 which represent the body's acceleration a, transferred above
en samleledning eller buss 82 til logikken 78 og en forsinkelses-krets 84. Den første inngangen til logikken 78 over en samleledning 82 kan benevnes fø som representerer sondelegemets 18 akselerasjon ved et første tidspunkt. Forsinkelseskretsen 84 tilveiebringer et annet akselerasjonssignal afø(<2>) ^or le9emet over en samleledning 86 til logikken 78. En akseptabel tids-forsinkelse for forsinkelseskretsen 84 er 1/600 av et sekund. a common line or bus 82 to the logic 78 and a delay circuit 84. The first input to the logic 78 over a common line 82 can be called fø which represents the acceleration of the probe body 18 at a first point in time. The delay circuit 84 provides another acceleration signal afø(<2>) ^or le9em over a collector line 86 to the logic 78. An acceptable time delay for the delay circuit 84 is 1/600 of a second.
På denne måten kan syntetiske vinkelrotasjons-signaler omkring sondens x-akse frembringes både for det tilfelle da sonden 18 er i bevegelse og når den er stoppet. In this way, synthetic angular rotation signals about the x-axis of the probe can be produced both for the case when the probe 18 is in motion and when it is stopped.
Sammen med fi-signalet på linje 70 mottar forandringen i transformasjonslogikken i boks 64 et signal på linje 90 som representerer sondens vinkelhastighet i forhold til jorden, som antydet ved hjelp av rute 92. Utgangen fra den logiske kretsen 64 på samleledningen 94 representerer tidsforandringshastig-heten av sondelegemet til nivå-koordinattransformasjonen som et resultat av akselerasjonssignalene a<*3>og vinkelrotasjonssignalene w . Dette signalet blir så integrert som antydet ved 96 for derved å frembringe et signal på samleledning 98 som representerer den transformasjonsmatrise som er nødvendig for å omforme signaler generert i sondelegeme-koordinatsystemet 38 til nivå- koordinatsystemet 62. Signalene på linje 98 som representerer koordinat-transformasjonsmatrisen C, blir overført gjennom et summeringsknutepunkt 100 til en samleledning 102. Along with the fi signal on line 70, the change in transformation logic in box 64 receives a signal on line 90 representing the angular velocity of the probe relative to the earth, as indicated by route 92. The output of the logic circuit 64 on bus 94 represents the time rate of change of the probe body to the level-coordinate transformation as a result of the acceleration signals a<*3>and the angular rotation signals w . This signal is then integrated as indicated at 96 to thereby produce a signal on bus 98 representing the transformation matrix necessary to transform signals generated in the probe body coordinate system 38 into the level coordinate system 62. The signals on line 98 representing the coordinate transformation matrix C, is transmitted through a summation node 100 to a bus line 102.
Akselerasjonene a fø blir omformet fra sondelegeme-koordinater til nivå-koordinater ved hjelp av en logisk krets 104 som har mottatt den oppdaterte koordinat-transformasjonsmatrise over samleledning 102. Den resulterende utmatning på samleledning 106 representerer sondens 18 akselerasjon i nivå-koordinater og blir overført til et summerende knutepunkt 108. I det summerende knutepunktet 108 blir et signal gL på linje 110, som representerer den akselerasjon som skyldes gravitasjonen, subtrahert fra, noe som resulterer i et signal på en samleledning 112 som representerer sondens 18 akselerasjon v<L>i nivå-koordinater. Som antydet ved hjelp av rute 113, er gL en funksjon av sondens 18 dybde R^. Dette signalet blir så integrert som antydet ved 114, for å frembringe et signal på linje 116 som representerer hastigheten vL på sameledning 116. The accelerations a fø are transformed from probe body coordinates to level coordinates by means of a logic circuit 104 which has received the updated coordinate transformation matrix over busbar 102. The resulting output on busbar 106 represents the acceleration of the probe 18 in level coordinates and is transferred to a summing node 108. In the summing node 108, a signal gL on line 110 representing the acceleration due to gravity is subtracted, resulting in a signal on a bus 112 representing the probe 18 acceleration v<L>i level -coordinates. As indicated by route 113, gL is a function of probe 18 depth R^. This signal is then integrated as indicated at 114 to produce a signal on line 116 representing the velocity vL on common line 116.
Det resulterende hastighetssignal V<L>blir så matet tilbake ved hjelp av en linje 118 til den logiske kretsen 120 som så genererer signaler på samleledning 122 som representerer sentri-petalakselerasjonen som er et resultat av coriolis-kraften som genereres av jordrotasjonen. Det resulterende signal på samleledning 122 blir så subtrahert fra akselerasjonssignalene aL i summeringsknutepunktet 108. Som man vil forstå, er resultatet et det resulterende signal på samleledning 112 representerer sondens 18 akselerasjon i borehullet tatt i betraktning gravita-sjon og akselerasjon som genereres på grunn av jordrotasjonen. The resulting velocity signal V<L> is then fed back via line 118 to logic circuit 120 which then generates signals on bus line 122 representing the centripetal acceleration resulting from the coriolis force generated by the earth's rotation. The resulting signal on header 122 is then subtracted from the acceleration signals aL in the summing node 108. As will be understood, the result is a The resulting signal on header 112 represents the acceleration of the probe 18 in the borehole taking into account gravity and acceleration generated due to the earth's rotation .
I tillegg til de hastighetssignaler som genereres ved hjelp av treghetsanordningene som beskrevet ovenfor, frembringes hastighetssignaler også ved virkelig å måle sondens 18 bevegelse i borehullet. Som tidligere beskrevet kan signalet V<P>på linje 60 representere sondens kabelhastighet i borehullet. Dette signalet blir transformert ved hjelp av logikken som er vist i rute 124, til et hastighetssignal på en samleledning 126 som representerer sondens hastighet i sondelegeme-koordinater V . Som antydet i rute 24, inbefatter transformeringsmatrisen C en identitets- In addition to the speed signals generated by means of the inertia devices as described above, speed signals are also generated by actually measuring the movement of the probe 18 in the borehole. As previously described, the signal V<P> on line 60 may represent the probe cable speed in the borehole. This signal is transformed by the logic shown in block 124 into a velocity signal on a bus line 126 representing the velocity of the probe in probe body coordinates V . As indicated in box 24, the transformation matrix C includes an identity
P P
matrise I pluss en matrise £ som i matriseform representerer sondens misinnretting i rørene 14 og 16. Det resulterende hastighetssignal V<b>på samleledning 126 blir så transformert ved matrix I plus a matrix £ which in matrix form represents the probe misalignment in tubes 14 and 16. The resulting velocity signal V<b>on header 126 is then transformed by
hjelp av koordinat-transformeringsmatrisen C, som er vist ved 128, til hastighetssignaler mi nivå-koordinatsystemet på samleledning 130. Disse hastighetssignaler blir så sendt gjennom et summeringsknutepunkt 132 til en samleledning 134 og integrert som vist ved 136, for på samleledning 138 å generere signaler som representerer sondens posisjonskoordinater R med hensyn til nord, øst og ned som uttrykt i nivå-koordinatene 62. using the coordinate transformation matrix C, shown at 128, to velocity signals in the level coordinate system on busbar 130. These velocity signals are then sent through a summing node 132 to a busbar 134 and integrated as shown at 136, to generate signals on busbar 138 which represent the position coordinates R of the probe with respect to north, east and down as expressed in the level coordinates 62.
Som ventet er hastighetssignalene på samleledning 134 somAs expected, the speed signals on busbar 134 are as
er et resultat av virkelige kabelmålinger, og hastighetssignalene på linje 118 som er et resultat fra treghets-signalkilder, utsatt for forskjellige feilkilder. For å tilveiebringe et signal 6V<L>som representerer den relative feil mellom hastighetssignalet på samleledningene 118 og 134, blir signalene på samleledningene 118 og 134 tilført et summeringsknutepunkt 140 som resulterer i hastighets-feilsignalet 6V<L>i nivå-koordinater på samleledning 141. For å kompensere for de forskjellige feilkilder som er til stede ved genereringen av hastighetssignalene og dermed posisjonssignalene, blir Kalman-filtrering brukt for å anslå feilkorreksjonssignalene. is the result of real cable measurements, and the velocity signals on line 118 which are the result of inertial signal sources, are subject to various sources of error. To provide a signal 6V<L> that represents the relative error between the velocity signal on busbars 118 and 134, the signals on busbars 118 and 134 are applied to a summing node 140 which results in the velocity error signal 6V<L> in level coordinates on busbar 141 In order to compensate for the various error sources present in the generation of the velocity signals and thus the position signals, Kalman filtering is used to estimate the error correction signals.
Et av hovedformålene ved å bruke et Kalman-filter av redusert orden er å kompensere for de manglende eller reduserte treghetsdata. Denne teknikk gjør bruk av det faktum at over en betydelig avstand i borehullet, er sonden 18 tvunget til å følge borehullsaksen som kan omsettes til ekvivalent hastighetsinfor-masjon og derved forsterke nøyaktigheten av borehulls-oppmålingen. Bruken av dynamiske begrensninger av denne beskaffenhet tilveiebringer en betydelig fordel i forhold til de systemer som er beskrevet i teknikkens stand. Beregningsbyrden i Kalman-filt-reringsoprasjonen blir redusert ved å modellere bare de mest betydelige feiltilstander. For eksempel blir stillingen av sonden 18 brukt til å oppløse den eksterne hastighet VP i nivå-koordinater for frembringelse av posisjons-koordinater. One of the main purposes of using a reduced-order Kalman filter is to compensate for the missing or reduced inertial data. This technique makes use of the fact that over a considerable distance in the borehole, the probe 18 is forced to follow the borehole axis which can be translated into equivalent velocity information and thereby enhance the accuracy of the borehole survey. The use of dynamic constraints of this nature provides a significant advantage over the systems described in the prior art. The computational burden in the Kalman filtering operation is reduced by modeling only the most significant fault conditions. For example, the position of the probe 18 is used to resolve the external velocity VP into level coordinates to produce position coordinates.
Kalman-filterprosessen er antydet ved hjelp av en logisk blokk 142 som mottar som inngang hastighets-feilsignalet 6V<L>The Kalman filter process is indicated by means of a logic block 142 which receives as input the velocity error signal 6V<L>
over samleledning 141. Som antydet i den logiske blokken, blir Kalman-forsterkningskoeffisientene K multiplisert med hastighets-feilsignale 6V<L>og addert til de størrelser som er indikert i matrisen 144. De reviderte verdier som indikeres i matrisen 146, blir så tilført forskjellige deler av den logikk som er vist på across busbar 141. As indicated in the logic block, the Kalman gain coefficients K are multiplied by velocity error signals 6V<L> and added to the quantities indicated in array 144. The revised values indicated in array 146 are then applied to various parts of the logic shown on
figur 2, for å sørge for feilkompensering. For eksempel blir feilkompenserende uttrykk for posisjons-koordinatene R tilført ved hjelp av en samleledning 148 til et summerende knutepunkt 150 for å tilveiebringe oppdaterte posisjons-koordinater som vist ved 152. Likeledes blir uttrykk for hastighetsfeil tilført over samleledning 154 til et summerende knutepunkt 156 og det summerende knutepunkt 132 for å tilveiebringe feilkompensering for hastighetssignalene v^ og v^. Feiluttrykk W for sondelegeme- figure 2, to ensure error compensation. For example, error-compensating expressions for the position coordinates R are fed by means of a bus line 148 to a summing node 150 to provide updated position coordinates as shown at 152. Similarly, expressions for velocity errors are fed via bus line 154 to a summing node 156 and the summing node 132 to provide error compensation for the velocity signals v^ and v^. Error expression W for probe body-
til nivå-transformasjonsmatrisen C, blir tilveiebrakt på samleledning 158 til det summerende knutepunkt 100, og feiluttrykk blir tilført over linje 160 for å korrigere for misinnretning i transformasjonslogikken 124. to the level transform matrix C, is provided on bus 158 to summing node 100, and error expression is applied across line 160 to correct for misalignment in transform logic 124.
For å forsterke prosessens effektivitet kan Kalman-koeffisientene K være lagret i hukommelsen 48 i sonden i stedet for å beregnes nede i hullet, som antydet ved hjelp av blokk 162. To enhance the efficiency of the process, the Kalman coefficients K may be stored in the memory 48 of the probe instead of being calculated downhole, as indicated by block 162.
Ved å anbringe Kalman-koeffisientene K i hukommelsen 48 kan transformerings-prosessene korrigeres dynamisk inne i sonden 118 mens den er i borehullet 12. By placing the Kalman coefficients K in the memory 48, the transformation processes can be dynamically corrected inside the probe 118 while it is in the borehole 12.
I et lineært, diskret Kalman-filter tilveiebringer bereg-ninger ved kovarians-nivået til slutt Kalman-forsterkningskoeffisientene K, som så blir brukt ved beregningen av forventede In a linear discrete Kalman filter, calculations at the covariance level eventually provide the Kalman gain coefficients K, which are then used in the calculation of expected
verdier av feiltilstandene y • Disse feiltilstander omfatter:values of the error states y • These error states include:
^e ^e
I systemmodellen er feiltilstandene en funksjon av $, det vil si tidskartleggingen for feilligninger. Uttrykket $ er lik: hvor F-matrisen representerer feildynamikkene mellom diskrete målinger: In the system model, the error states are a function of $, that is, the time mapping for error equations. The expression $ is equal to: where the F matrix represents the error dynamics between discrete measurements:
Ligning (3) kan spesifiseres som følger: Equation (3) can be specified as follows:
Målemodellen kan uttrykkes som: hvor H representerer matrisen av hastighetsmålinger: The measurement model can be expressed as: where H represents the matrix of speed measurements:
Kalman-forsterkningskoeffisientene K kan representeres ved: hvor den oppdaterte feil-kovarians er: The Kalman gain coefficients K can be represented by: where the updated error covariance is:
Matrisen for støy-kovarians ved gyroprosessen defineres som: The matrix for noise covariance in the gyro process is defined as:
Variansen q_ og gyroforspenningen på grunnlag av den ikke-lineære rekonstruksjon av den manglende oo^-gyroen er gitt nedenfor som: The variance q_ and gyro bias based on the non-linear reconstruction of the missing oo^ gyro is given below as:
Under bevegelse blir q^variansen tilordnet logikken i blokk 78. During motion, the q^variance is assigned to the logic in block 78.
Som man kan se av diskusjonen ovenfor, blir de begrensninger som finnes i et system for oppmåling av et borehull hvor sonden 18 har hovedsakelig ingen bevegelse perpendikulært til forings-røret 14 og 16 på figur 1, brukt til å lette feil-estimering og -korreksjon. For eksempel blir det generert et feilsignal for å korrigere sondens rulleorientering ved å differensiere de forventede akselerasjonssignaler på sondelegemets y- og z-akser med de avfølte akselerasjoner a og a på linjene 52 og 54. As can be seen from the discussion above, the limitations found in a wellbore surveying system where the probe 18 has substantially no movement perpendicular to the casing 14 and 16 of Figure 1 are used to facilitate error estimation and correction. . For example, an error signal is generated to correct the probe's roll orientation by differentiating the expected acceleration signals on the probe body's y- and z-axes with the sensed accelerations a and a on lines 52 and 54.
y z y z
Ettersom feilsignalene blir behandlet over tid, forbedresAs the error signals are processed over time, they improve
i tillegg anslaget over sondelegeme-til bane-misinnretningen £. in addition, the estimate of the probe body-to-orbit misalignment £.
Den lagrede gravitasjonsmodell 113 kan tilbakestilles forThe saved gravity model 113 can be reset for
å kansellere den avfølte akselerasjon a , a og a ved å bruke to cancel the sensed acceleration a , a and a by using
x' y zx' y z
følgende relasjon:following relation:
hvor Wg representerer Schuler-oscillasjonene. where Wg represents the Schuler oscillations.
De teknikker som er beskrevet ovenfor, kan brukes i et antall forskjellige borehulls-anvendelser. For eksempel ved måling under boring kan den beskrevne oppmålingsmetode brukes til styring av boringen uten at det er nødvendig å sende data til over-flaten. I dette tilfelle blir orienteringen av sonden 18 bestemt ved å bruke den logikk som er vist ved 66, til å tilveiebringe informasjon om nivellering, azimut og apparatfront. The techniques described above can be used in a number of different downhole applications. For example, when measuring during drilling, the described measurement method can be used to control the drilling without it being necessary to send data to the surface. In this case, the orientation of the probe 18 is determined using the logic shown at 66 to provide level, azimuth, and device face information.
Brønnoppmåling kan på den annen side gjøre bruk av de orien-teringsdata som utvikles mens sonden 18 er i bevegelse, som vist ved hjelp av logikken i blokk 78 sammen med de stillings- eller orienterings-data som genereres når sonden stoppes som vist ved logikken i blokk 66. Well surveying, on the other hand, can make use of the orientation data that is developed while the probe 18 is in motion, as shown by the logic in block 78 together with the position or orientation data that is generated when the probe is stopped as shown by the logic in block 66.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US46872583A | 1983-02-22 | 1983-02-22 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO840482L true NO840482L (en) | 1984-08-23 |
Family
ID=23860988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO840482A NO840482L (en) | 1983-02-22 | 1984-02-09 | DEVICE FOR BOREHOLE MEASUREMENT |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59159012A (en) |
AU (1) | AU545831B2 (en) |
BE (1) | BE898973A (en) |
CA (1) | CA1211506A (en) |
CH (1) | CH658296A5 (en) |
DE (1) | DE3406096C2 (en) |
FR (1) | FR2541366B1 (en) |
GB (1) | GB2135783B (en) |
HK (1) | HK64487A (en) |
IL (1) | IL70901A (en) |
IT (1) | IT1208671B (en) |
NL (1) | NL8400558A (en) |
NO (1) | NO840482L (en) |
SE (1) | SE8400800L (en) |
ZA (1) | ZA841151B (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4542647A (en) * | 1983-02-22 | 1985-09-24 | Sundstrand Data Control, Inc. | Borehole inertial guidance system |
JPH0434405Y2 (en) * | 1985-07-26 | 1992-08-17 | ||
JPH02118810U (en) * | 1989-03-13 | 1990-09-25 | ||
JPH03285111A (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-16 | Agency Of Ind Science & Technol | Position measuring apparatus |
DE4131673C2 (en) * | 1991-09-24 | 1995-05-04 | Bodenseewerk Geraetetech | Control device for a tunnel boring machine |
JPH06347264A (en) * | 1993-06-10 | 1994-12-20 | Hitachi Cable Ltd | Angle-of-inclination sensor |
GB2315866B (en) * | 1996-08-01 | 2001-01-10 | Radiodetection Ltd | Position detection |
DE19807891A1 (en) | 1998-02-25 | 1999-08-26 | Abb Research Ltd | Fiber-laser sensor for measurement of elongation, temperature or especially isotropic pressure in oil well |
DE19950340B4 (en) * | 1999-10-19 | 2005-12-22 | Halliburton Energy Services, Inc., Houston | Method and device for measuring the course of a borehole |
JP2010281693A (en) * | 2009-06-04 | 2010-12-16 | Tamagawa Seiki Co Ltd | Hole bentness measuring device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3862499A (en) * | 1973-02-12 | 1975-01-28 | Scient Drilling Controls | Well surveying apparatus |
FR2410725A1 (en) * | 1977-12-02 | 1979-06-29 | Sagem | IMPROVEMENTS MADE TO DEVICES FOR MEASURING THE AZIMUT AND THE INCLINATION OF A DRILL LINE |
FR2466607B1 (en) * | 1979-09-27 | 1985-07-19 | Schlumberger Prospection | METHOD FOR DETERMINING STEERING PARAMETERS OF A CONTINUOUS WELL |
AU533909B2 (en) * | 1980-10-23 | 1983-12-15 | Sundstrand Data Control, Inc. | Bore-hole survey apparatus |
-
1984
- 1984-01-05 CA CA000444746A patent/CA1211506A/en not_active Expired
- 1984-01-23 FR FR8400979A patent/FR2541366B1/en not_active Expired
- 1984-02-08 AU AU24269/84A patent/AU545831B2/en not_active Ceased
- 1984-02-08 IL IL70901A patent/IL70901A/en not_active IP Right Cessation
- 1984-02-09 NO NO840482A patent/NO840482L/en unknown
- 1984-02-15 SE SE8400800A patent/SE8400800L/en not_active Application Discontinuation
- 1984-02-16 ZA ZA841151A patent/ZA841151B/en unknown
- 1984-02-17 CH CH788/84A patent/CH658296A5/en not_active IP Right Cessation
- 1984-02-20 IT IT8447718A patent/IT1208671B/en active
- 1984-02-20 GB GB08404440A patent/GB2135783B/en not_active Expired
- 1984-02-20 DE DE3406096A patent/DE3406096C2/en not_active Expired
- 1984-02-21 JP JP59029693A patent/JPS59159012A/en active Pending
- 1984-02-21 BE BE0/212431A patent/BE898973A/en not_active IP Right Cessation
- 1984-02-22 NL NL8400558A patent/NL8400558A/en not_active Application Discontinuation
-
1987
- 1987-09-03 HK HK644/87A patent/HK64487A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE8400800D0 (en) | 1984-02-15 |
NL8400558A (en) | 1984-09-17 |
SE8400800L (en) | 1984-08-23 |
FR2541366A1 (en) | 1984-08-24 |
ZA841151B (en) | 1984-09-26 |
BE898973A (en) | 1984-08-21 |
GB2135783B (en) | 1986-09-10 |
IT1208671B (en) | 1989-07-10 |
DE3406096A1 (en) | 1984-08-30 |
GB8404440D0 (en) | 1984-03-28 |
IL70901A0 (en) | 1984-05-31 |
AU545831B2 (en) | 1985-08-01 |
CH658296A5 (en) | 1986-10-31 |
JPS59159012A (en) | 1984-09-08 |
CA1211506A (en) | 1986-09-16 |
FR2541366B1 (en) | 1988-05-27 |
IT8447718A0 (en) | 1984-02-20 |
DE3406096C2 (en) | 1986-10-30 |
GB2135783A (en) | 1984-09-05 |
AU2426984A (en) | 1984-08-30 |
HK64487A (en) | 1987-09-11 |
IL70901A (en) | 1987-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4542647A (en) | Borehole inertial guidance system | |
US6853947B1 (en) | Dynamic attitude measurement method and apparatus | |
US7216055B1 (en) | Dynamic attitude measurement method and apparatus | |
US7418364B1 (en) | Dynamic attitude measurement method and apparatus | |
CN110792430B (en) | While-drilling inclination measurement method and device based on multi-sensor data fusion | |
US4399692A (en) | Borehole survey apparatus utilizing accelerometers and probe joint measurements | |
CA1166843A (en) | Borehole survey apparatus and method | |
US5728935A (en) | Method and apparatus for measuring gravity with lever arm correction | |
CN110886606A (en) | Characteristic quantity-while-drilling assisted inertial inclinometry method and device | |
US9714548B2 (en) | Apparatus for single degree of freedom inertial measurement unit platform rate isolation | |
CA2505292A1 (en) | Method for computation of differential azimuth from spaced-apart gravity component measurements | |
US10317196B2 (en) | Navigation systems and methods using fiber optic shape sensors and localized position sensors | |
WO1988005113A1 (en) | Apparatus and method for gravity correction in borehole survey systems | |
US4819336A (en) | Method of determining the orientation of a surveying instrument in a borehole | |
CN201955092U (en) | Platform type inertial navigation device based on geomagnetic assistance | |
EP0294811A2 (en) | High speed well surveying and land navigation | |
CN116147624B (en) | Ship motion attitude calculation method based on low-cost MEMS navigation attitude reference system | |
NO840482L (en) | DEVICE FOR BOREHOLE MEASUREMENT | |
CN115574815B (en) | Non-visual environment navigation system, method, computer equipment and storage medium | |
US4734860A (en) | Simplified bore hole surveying system by kinematic navigation without gyros | |
CA2440907C (en) | Borehole surveying | |
Rios et al. | Low cost solid state GPS/INS package | |
CA2271156C (en) | Method of correcting wellbore magnetometer errors | |
Liu et al. | Accelerometer optimization based on real-time measurement of Hole Deviation INS with While-Drilling | |
RU2098763C1 (en) | Method for development of navigational parameters and vertical of place |