NO342903B1 - System og fremgangsmåte for detektering av posisjon og orientering av et nedihulls legeme - Google Patents

Abstract

Denne publikasjonen angår et system og en fremgangsmåte for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy, innrettet for å bli beveget gjennom eller være stasjonært anordnet i et medium, slik som fjell, hvor orienteringsenheten (10) omfatter et ytre legeme (11) og et opphentbart, indre element (12). Systemet omfatter; - en fiksert referansepunktanordning (13) er anordnet på en del av legemet; - minst én detektor (15) for til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen (13); - minst én andre detektor (16) for avføling av jordens tyngdefelt; - én eller flere anordninger for å forbinde den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) med en prosessor eller for å hente opp innsamlede data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16), bruke slike data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den fikserte referansepunktanordningen (13) samt inklinasjonen til legemet eller orienteringen av en kjerneprøve.

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører et system og en fremgangsmåte for identifisering eller overvåkning av orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy innrettet for å bli beveget gjennom et medium eller for å være stasjonært anordnet i mediet, slik som, men ikke begrenset til, fjell, jord eller leire.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Det er tidligere kjent flere måter for å identifisere og overvåke orienteringen og posisjonen til et nedihulls-legeme eller brønnhulls-legeme. Et eksempel er å bruke en universell bunnhullsorientering-komponent (UBHO-komponent), ofte referert til som en muldyrsko (engelsk: «mule shoe sub»), det vil si en komponent med skråkant, idet komponenten kan koples til en mekanisk eller elektronisk måleenhet. Komponenten og måleenheten blir så vanligvis pumpet ned i borerørene. Når komponenten er landet, skal den låses på det legemet som skal orienteres, for å etablere et referansepunkt for måleenheten og derved gjøre det mulig å logge legemets orientering i brønnhullet. Noen ganger kan komponenten være nede i brønnhullet mens en motsvarende enhet, slik som en bolt, blir forbundet med måleenheten.

US 4094360 beskriver anvendelse av en muldyrsko for lokalisering av et retningsindikerende instrument i aksial innretning med en retningsinstrumentenhet, et avbøyningsverktøy eller en avledningsborekrone hvor den nedre aksiale bestanddelen av retningsinstrumentenheten er en muldyrsko. En slik opphentingsorienteringsenhet kan brukes til mange anvendelser og i motsetning til stasjonære orienteringssystemer, har den den fordel at den enten kan etterlates stasjonær på verktøyet eller hentes opp fra hullet. Den opphentbare muligheten er essensiell for retningsstyrte kjerneboringsrør, kilebelter og andre verktøy hvor orienteringsenheten må tas opp til overflaten.

Bruk av en såkalt muldyrsko har imidlertid flere iboende ulemper, slik som: - muldyrskoen er beroende av at skoen eller den formede enheten glir/roterer inn i et motsvarende opptak forbundet med det legeme som skal orienteres. Å fullføre tilkoplingen kan være vanskelig, og noe aksial kraft er vanligvis nødvendig for å fullføre operasjonen og oppfylle den tilsiktede virkningen. Komponenten behøver følgelig ofte en ytterligere kraft, ved hjelp av et hydraulisk trykk, for å sikre at den låses på plass.

- muldyrskoen kan bare tilkoples legemet i én spesiell stilling. Hvis skoen eller den motsvarende formen er vridd eller møtes spiss mot spiss, kan det oppstå en klemvirkning og enheten kan bli fastklemt eller kan virke feilaktig ettersom den er forbundet med legemet.

- hvis muldyrskoen brukes til orientering av retningsboreverktøy med indre rotasjonsaksel, kan en låsmekanisme eller kopling mellom akselen og den ytre legemet være nødvendig for å oppnå et referansepunkt. Disse koplingene er følsomme for feilfunksjonering og er vanligvis meget vanskelige å operere når hullet blir dypt, på grunn av det høye dreiemomentet. Dessuten er det vanskelig å vite om låseanordningen eller koplingen er i åpen eller lukket modus.

Det er derfor behov for et orienteringssystem som ikke behøver den nåværende muldyrskoen. Dessuten er det behov for et orienteringssystem som kan avføle posisjonen til et punkt på det ytre legemet i forhold til tyngdekraften, uavhengig av posisjonen til punktet på omkretsflaten til det ytre legemet til enhver tid.

Det er også behov for et system som til ethvert tidspunkt kan avføle posisjonen til et punkt på et ytre legeme i forhold til tyngdekraften, uavhengig av posisjonen på omkretsflaten til det ytre legemet.

Dessuten er det også behov for et system som ikke er avhengig av en låsemekanisme eller kopling mellom akselen og det ytre legemet på verktøy med en indre aksel. Det er også behov for et orienteringssystem som omfatter en måleenhet som kan fjernes og bringes til overflaten når orienteringsverktøyene eller legemene som ikke krever kontinuerlig orientering, slik som stasjonære verktøy som et kilebånd eller en ventil og lignende, og et orienteringssystem hvor måleenheten kan hentes tilbake til overflaten hvis det oppstår en feilfunksjon eller overhaling er nødvendig. Dessuten er det også behov for et system som kan bringes til overflaten for nedlasting av data, det vil si som ikke nødvendigvis beror på brønnkabler.

Oppsummering av oppfinnelsen

Hovedprinsippet bak foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et alternativt orienteringssystem som ikke behøver UBHOen (muldyrskoen), for å bestemme den omkretsmessige posisjonen til et referansepunkt på et ytre legeme til enhver tid eller i visse tidsperioder, og å samle inn denne informasjonen slik at posisjonen til et legeme kan bestemmes og/eller beregnes. Denne bestemmelsen eller beregningene kan være aktiviteter i sann tid eller kan logges for etterfølgende nedlasting på overflaten eller nede i hullet, og om ønsket, brukt til automatisk eller manuell justering av posisjonen til legemet.

Ifølge dette prinsippet, kan en referansepunktanordning være anordnet for eksempel på et ytre legeme eller en del av en struktur, slik som et rør, et fôringsrør eller lignende, mens sensorene eller anordningene som avføler posisjonen til referansepunktanordningen, er anordnet inne i strukturen som referansepunktanordningen er plassert i, for eksempel i forbindelse med et indre element anordnet inne i strukturen som bærer referansepunktanordningen, slik at sensorene dermed avføler i retning utover.

Det skal imidlertid bemerkes at referansepunktanordningen og sensorene kan være utformet på en slik måte at sensorene avføler i retning innover, det vil si at referansepunktanordningen er anordnet på en sentralt posisjonert utvidelse av et verktøylegeme, for eksempel anordnet på en aksel eller lignende, med sensorene anordnet på en separat sylinder, et legeme eller en ring som omgir referansepunktanordningen.

På tegningene og den etterfølgende detaljerte beskrivelse av en utførelsesform, er bare den utførelsesformen som har referansepunktanordningen anordnet på et ytre legeme vist og beskrevet, mens sensorene er anordnet på eller tilknyttet et indre element, som fortrinnsvis kan trekkes tilbake fra det ytre legemet, uten at det derved er ment å begrense oppfinnelsen og beskyttelsesomfanget til en slik utførelsesform. Utførelsesformene som omfatter en løsning hvor referansepunktanordningen er anordnet på en ytre ring som omgir en sentralt anordnet referansepunktanordning, er også ment å være innbefattet i beskyttelsesomfanget.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system som kan tilveiebringe den samme grad av fleksibilitet som muldyrskoen, det vil si enten å være stasjonær eller opphentbar for å bestemme posisjonen til et bevegelig legeme eller en del av et verktøy i forhold til jordgravitasjonen, hvor det bevegelige legemet forflytter seg gjennom et borehull eller et hull eller er stasjonært, i alle fall uten bruk av en muldyrsko.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system som kan benyttes for å finne orienteringen av en kjerneprøve.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en alternativ måte å bestemme posisjonen til et ytre legeme på, bevegelig eller stasjonært anordnet i et brønnhull.

Nok et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en løsning hvor avfølingsanordningene og elektronikken som anvendes til bestemmelse av posisjonen til et ytre legeme utgjør et system som kan være både en integrert, men likevel fjernbar del av anordningen som beveges gjennom, eller som er en stasjonær enhet i et medium, idet anordningen for eksempel kan være en borestreng eller et verktøy.

Spesielt, men ikke utelukkende, er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et opphentbart system og en fremgangsmåte for styring og/eller overvåkning av orienteringen til en verktøyflate i et brønnhull eller et borehull, basert på posisjonen til et punkt på det ytre legemet.

Det skal bemerkes at et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et system som kan benyttes i forbindelse med orientering av andre typer brønnhullsverktøy, innbefattende, men ikke begrenset til pakkere, kilebelter, ventiler, overvåknings- og styresystemer. Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte som forbedrer styringen eller overvåkningen av posisjonen til et legeme som beveger seg gjennom eller er stasjonært anordnet i en boring eller et hull, slik som en borestreng eller et verktøy, ved å bestemme posisjonen til et punkt på det ytre legemet.

Det skal bemerkes at systemet ikke er avhengig av en låsmekanisme eller en kopling mellom akselen og det ytre legemet hvis det brukes for eksempel et bor med internt roterende aksel. Dessuten kan avfølingsanordningene og elektronikken fjernes og bringes til overflaten, mens bare den forholdsvis billige referanseanordningen etterlates nede i hullet, når orienteringsverktøyet ikke lenger trenger kontinuerlig orientering slik som, men ikke begrenset til, et kilebelte.

Nok et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et orienteringssystem som gir gode avlesninger nær vertikalen, noe som er kjent å være et problem i forbindelse med eksisterende systemer basert på bevegelige vekter, kuler og lignende til å bestemme verktøyets nedre side.

Det skal også bemerkes at orienteringssystemet i henhold til oppfinnelsen i visse tilfeller kan være permanent anbragt.

Formålene blir oppnådd ved hjelp av et system og en fremgangsmåte som nærmere definert i de selvstendige krav, men utførelsesformer, varianter og alternativer er definert i de uselvstendige kravene.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et system for å identifisere eller overvåke orienteringen til og posisjonen av et legeme, slik som et verktøy.

Systemet er ment å bli beveget gjennom eller være stasjonært anordnet i et medium, slik som fjell, idet orienteringsenheten omfatter et ytre legeme og et opphentbart indre element. Systemet omfatter:

- en fast referansepunktanordning er anordnet på en del av legemet;

- minst én detektor for til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den faste referansepunktanordningen;

- minst én andre detektor for å avføle jordens tyngdefelt;

- én eller flere anordninger for å forbinde den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren med en prosessor for å innhente oppsamlede data fra den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren, ved å bruke disse dataene fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den faste referansepunktanordningen så vel som hellingen til legemet eller orienteringen til en kjerneprøve.

Ifølge én utførelsesform av systemet kan den faste referansepunktanordningen være mekanisk eller fysisk festet på det ytre legemet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren er anordnet på det opphentbare indre elementet.

Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan den fikserte referansepunktanordningen være festet på et legeme som er sentralt anordnet på verktøyet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren er anordnet på en opphentbar ring eller et opphentbart rør som omgir den sentralt anordnede, fikserte referansepunktanordningen inne i et ytre legeme.

Referansepunktanordningen kan omfatte minst én magnet, den første detektoren kan omfatte minst ett magnetometer og den andre detektoren kan omfatte minst én tyngdekraftsensor, slik som et inklinometer og/eller et treakset akselerometer.

Referansepunktanordningen kan dessuten være plassert i ett eller flere fikserte seter på legemet, innrettet for å skape et kunstig magnetfelt som kan detekteres av den første detektoren.

De første og andre detektorene kan videre være anordnet på det indre elementet for å tilveiebringe data for rotasjonsmessig posisjon for det ytre legemet og derved den rotasjonsmessige forskyvningen under drift av det ytre legemet; lokalisering av en legemsflate; og/eller posisjonen til det ytre legemet gjennom måling av posisjonen til permanentmagneten i forhold til jordens tyngdefelt.

Det indre elementet kan omfatte en separat roterbar aksel innrettet for å rotere uavhengig av det indre elementet, og at en magnet kan være festet til den separate, roterbare akselen, idet magneten alltid blir innrettet på grunn av de magnetiske kreftene med den ene eller de flere magnetene på det ytre legemet.

Det skal bemerkes at minst én magnet kan være festet til enden av en frittløpende rotasjonsaksel for å tilveiebringe et magnetfelt som blir avfølt av magnetometret, for å tillate magnetometret å avføle akselens orienteringsmessige posisjon.

Referansepunktanordningen kan dessuten velges fra én av en radioaktiv kilde, en laser, en elektromagnet og en radiofrekvensidentifikasjon (RFID).

I én utførelsesform er hele verktøyet (10) laget av et ikke-magnetisk materiale for å gjøre det mulig for magnetometret å avlese også retninger i forhold til magnetisk nord.

Foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy.

Fremgangsmåten vedrører et system innrettet for å bli beveget gjennom, eller etterlatt stasjonært i et medium, slik som fjell, idet orienteringsenheten omfatter et ytre legeme og et opphentbart indre element, og omfatter følgende:

- å etablere en fiksert referansepunktanordning mekanisk eller fysisk festet på en del av legemet;

- å arrangere detektorene eller sensorene på en annen del av legemet;

- å bruke minst én detektor til å avføle signaler utsendt av referansepunktanordningen for derved til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen;

- å bruke minst én andre detektor til å avføle jordens tyngdefelt;

- å forbinde utgangen fra minst én første detektor og en minst ene andre detektoren med en prosessor, eller å hente opp innsamlede data fra den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren for å bruke disse dataene fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den fikserte referansepunktanordningen så vel som inklinasjonen til legemet eller orienteringen av en kjerneprøve.

Ifølge én utførelsesform omfatter fremgangsmåten å feste referansepunktanordningen mekanisk eller fysisk til det ytre legemet, mens den minst ene første og minst ene andre detektoren anordnes på det opphentbare indre elementet.

Ifølge an annen utførelsesform omfatter fremgangsmåten å feste referansepunktanordningen på et legeme sentralt anordnet på verktøyet mens den minst ene første detektoren og den minst ene andre detektoren anordnes på den opphentbare ytre ringen som omgir det sentralt anordnede, fikserte referansepunktet.

Ifølge én spesiell utførelsesform omfatter fremgangsmåten:

- å etablere en fiksert referansepunktanordning i et ytre legeme;

- å anbringe sensorene som er anordnet på det indre elementet og/eller tilknyttet elementer på dette;

- å bruke magnetfeltet fra referansepunktanordningen som er mekanisk eller fysisk festet på det ytre legemet, som en referanse for å detektere posisjonen til det ytre legemet;

- å detektere i det minste magnetfeltet ved hjelp av en første detektor tilknyttet det indre elementet for å avføle og dermed identifisere posisjonen til referansepunktanordningen på det ytre legemet; og

- å bruke en andre detektor til å detektere jordens tyngdefelt;

- å kommunisere den detekterte informasjonen fra den første detektoren og den andre detektoren til en prosessor for beregning av orienteringen til det ytre legemet, også den rotasjonsmessige forskyvningen.

Fremgangsmåten kan omfatte å anordne én eller flere naturlige magneter eller elektromagneter på en frittrullende aksel på det indre elementet, konfigurere én av magnetene innrettet med en naturlig magnet eller elektromagnet på det ytre legemet, og å anordne en magnet eller et elektromagnetisk felt på en ende av akselen, og å bruke magnetfeltet som en kilde for overvåkning og identifisering av posisjonen og orienteringen til akselen, ved å bruke et magnetometer og en tyngdekraftsensor, slik som et akselerometer eller et inklinometer.

Dessuten kan fremgangsmåten også omfatte å bestemme, eller beregning kan utføres i sann tid eller logges for senere nedlastinger, på overflaten eller nede i hullet.

Tyngdekraftsensorer slik som akselerometre eller inklinometre blir brukt sammen med en hvilken som helst av detektorene for avføling av den rotasjonsmessige posisjonen til det ytre legemet for registrering av verktøyflaten.

Det skal dessuten også bemerkes at systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er innrettet for å tilveiebringe et forbedret orienteringssystem som kan erstatte den nåværende bruken av en muldyrsko, og ved operasjon av et system med en intern, roterende aksel er det ikke nødvendig å innbefatte en låseanordning for å innrette muldyrskoen som er plassert i en kjent posisjon i forhold til det ytre legemet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan sensoren, for å identifisere den rotasjonsmessige posisjonen i stedet for et magnetometer, være anordnet ved den frie ende av den ytterligere andre roterende akselen med forskjellig atskilte, aksialt orienterte sektorer anordnet omkring omkretsen til akselen, for å virke sammen med børster eller sko, maken til det systemet som er brukt på kommutatoren på en elektrisk motor, hvor posisjonen til forskjellige sektorer i forhold til posisjonen til den tilsvarende magneten på en ytterligere andre aksel blir kjent.

Kort beskrivelse av tegningene

I det følgende skal prinsipper og en utførelsesform av oppfinnelsen beskrives mer detaljert under henvisning til tegningene, hvor:

Figur 1 skjematisk viser et prinsipp for en orienteringsenhet ifølge foreliggende oppfinnelse, for å indikere en passende posisjon for en utførelsesform som utgjør referansepunktet og utformingen av den første og andre detektoren;

Figur 2 viser skjematisk et prinsipp for en orienteringsenhet som bruker en andre utførelsesform av oppfinnelsen, som viser anordningen som utgjør referansepunktet, de anvendte detektorene og én eller flere andre magneter festet til en roterende aksel;

Figur 3 viser skjematisk et retningsboreverktøy for kjerneboring med orienteringsenheten i henhold til foreliggende oppfinnelse for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et boreverktøy;

Figur 4 viser skjematisk en del av boreverktøyet som er vist på figur 3, for å indikere en mulig posisjon av orienteringsenheten og referansepunktanordningen;

Figur 5 viser skjematisk en skisse av utsiden av en slam-motor med en orienteringsenhet ifølge oppfinnelsen;

Figur 6 viser skjematisk et snitt gjennom en opphentbar orienteringsenhet for et brønnhullsverktøy, slik som en slam-motor vist på figur 5, eller et kilebelte eller lignende verktøy, alle i henhold til oppfinnelsen;

Figur 7 viser skjematisk og i forstørret skala snittet gjennom en orienteringsenhet brukt i et kjerneboringsverktøy for retningsboring som vist på figur 3 og 4, som viser referansepunktanordningen og det opphentbare instrumenteringsrøret ifølge oppfinnelsen;

Figur 8 viser skjematisk en skisse av en opphentbar indre rørenhet som omfatter et indre element ifølge foreliggende oppfinnelse og et kjernerør for kjernetakning.

Detaljert beskrivelse av utførelsesformer som er vist på figurene

Den følgende beskrivelse av utførelseseksempler refererer til de vedføyde tegningene. Samme henvisningstall på forskjellige tegninger identifiserer de samme eller lignende elementer. Den følgende detaljerte beskrivelse er ikke ment, eller har til hensikt, å begrense oppfinnelsen. Omfanget av oppfinnelsen er derimot definert i de vedføyde patentkravene. Utførelsesformene som skal diskuteres i det etterfølgende, er dessuten ikke begrenset til disse utformingene, men kan utvides til andre arrangementer som diskutert senere.

Referanse gjennom beskrivelsen til «én utførelsesform» eller «en utførelsesform» betyr at et spesielt trekk, en struktur eller en karakteristikk som er beskrevet i forbindelse med en utførelsesform, er innbefattet i minst én utførelsesform av det beskrevne innholdet. Forekomsten av frasene «i én utførelsesform» eller «i en utførelsesform» på forskjellige steder i beskrivelsen, refererer ikke nødvendigvis til den samme utførelsesformen. De spesielle trekkene, strukturene eller karakteristikkene kan videre kombineres på enhver passende måte i én eller flere utførelsesformer.

Figur 1 viser skjematisk en orienteringsenhet som viser det prinsippet som brukes ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, som indikerer en passende posisjon for anordningen som utgjør referansepunktet, og utformingen av den første og den andre detektoren. Figuren indikerer skjematisk en orienteringsenhet 10 anordnet med et ytre legeme 11 og et opphentbart indre element 12 anordnet inne i det ytre legeme 11. Orienteringsenheten 10 utgjør en separat, men likevel integrert del av orienteringsverktøyet og er anordnet nede i hullet sammen med det indre elementet 12. Ifølge det viste elementet, er en magnet 13 anordnet i en fiksert posisjon på det ytre legemet 11, for å tilveiebringe et magnetfelt. Det ytre legemet 11 kan ha en sylindrisk tverrsnittsform med en senterlinje 14. Et magnetometer 15 kan være inkorporert i det indre elementet 12 og er fortrinnsvis posisjonert konsentrisk i forhold til det indre elementet 12. Magnetometret 15 kan være av en hvilken som helst kjent type for å måle retningen av magnetfeltet til magneten 13 som er anordnet på det ytre legemet 11, og dermed den omkretsmessige posisjonen til magneten 13 i forhold til magnetfeltet til enhver tid. Orienteringsenheten 10 omfatter dessuten også et treakset akselerometer 16 anordnet på det indre elementet 12, hvis formål er å avføle jordens tyngdefelt.

Systemet ifølge utførelsesformen som er vist på figur 1, virker på følgende måte:

- Posisjonen til magneten 13 som er festet til det ytre legemet 11, er kjent i forhold til for eksempel den eksentriske mekanismen, eller andre trekk eller elementer ved systemet er også kjent siden posisjonen til magneten 13 er fysisk og mekanisk fiksert på det ytre legemet 11 som igjen er fiksert i forhold til verktøyet.

- Posisjonen til akselerometret 16 avføler jordens tyngdefelt, og begge sensorene er forbundet med en prosessor (ikke vist) som beregner posisjonen til magneten 13 i forhold til jordens tyngdefelt. Informasjon fra sensorene kan enten kommuniseres i sann tid ned i hullet eller gjennom et ledningssystem til overflaten, eller kan avleses når det indre elementet 12 blir hentet opp til overflaten. Kjennskap til magnetens posisjon i forhold til jordens tyngdefelt gjør det mulig ved hjelp av prosesseringsmidler å identifisere posisjonen til for eksempel den eksentriske mekanismen i forhold til jordens tyngdefelt, det vil si verktøyflaten.

Figur 2 viser skjematisk og i prinsippet en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, som viser et andre prinsipp for en orienteringsenhet, omfattende den anordningen som utgjør referansepunktanordningen 13, de to detektorene 15, 16 som er festet til et indre element 12. Det skal bemerkes at magneten 13 er mekanisk fiksert til et ytre legeme 11, og at det indre elementet 12 omfatter en roterbar aksel 19. Magnetometret 15 og akselerometre 16 er festet til det indre elementet 12 slik at magnetometret 15 avføler orienteringsposisjonen til den roterende akselen 19, mens akselerometret 16 avføler jordens tyngdefelt. Orienteringen av akselen 19 har en relevans til posisjonen av referansepunktanordningen 13.

Det indre elementet 12 omfatter en aksel 19 som er roterbart opphengt i det indre elementet 12’, for å muliggjøre rotasjon av akselen 19 i forhold til det indre elementet 12. Lagrene 20, 20’ kan for eksempel være rullelagre. Ifølge den utførelsesformen som er vist på figur 2, er den roterbart anordnede akselen 19 forsynt med en magnet 17. Magneten 17 er anordnet på en slik måte at magneten 17 alltid vil innrette seg med magneten 13 som er festet til det ytre legemet 11, på grunn av magnetfeltet til magneten 13.

Ifølge den utførelsesformen som er vist på figur 2, er den frittløpende akselen 19 anordnet med en forlengelse 21, som strekker seg gjennom kulelageret 20’. Ved endeflaten til enden av forlengelsen 21 er det anordnet en magnet 18, der magneten 18 er på linje med magnetometret som er anordnet i det indre elementet 12. Siden magneten 17 alltid vil innrette seg med magneten 13 som er festet til det ytre elementet 11, vil magnetfeltet til magneten 18 rotere tilsvarende, for derved å gjøre det mulig for magnetometret å avføle orienteringen til akselen 19, noe som gir orienteringen eller plasseringen av referansepunktanordningen 13, som sammen med tyngdekraften gir orienteringen av verktøyet 10.

Sammenlignet med den utførelsesformen som er vist på figur 1, vil den utførelsesformen som er vist på figur 2, funksjonere på følgende måte:

- Magneten 13 skaper et magnetfelt, og siden den andre magneten 17 er festet til den fritt roterende akselen 19 på grunn av kulelagerunderstøttelsene 20, 20’, vil rotasjonen til akselen 19 bli rotert slik at magnetene 13 og 17 vil være innrettet med hverandre til enhver tid. Som en følge av rotasjonen av akselen 19, vil magneten 18 ved enden av akselen 19 rotere tilsvarende, slik at en mulig endring i retningen til magnetfeltet til magneten 18 vil bli avfølt av magnetometret 15 som er plassert ved enden av akselen 19. På en slik måte vil posisjonen til magneten 13 i det ytre legemet 11 dermed bli avfølt.

- Akselerometret 16 vil avføle orienteringen til det indre elementet 12 i forhold til jordens tyngdefelt og ved hjelp av en prosessor vil orienteringsenheten bli i stand til å identifisere og overvåke verktøyorienteringen, for eksempel posisjonen til en eksentrisk mekanisme, eller enhver verktøyflate i forhold til jordens tyngdefelt.

- Når det gjelder utførelsesformen som er vist på både figur 1 og 2, kan data avleses direkte i sann tid eller lagres og lastet til overflaten i et senere trinn. Figur 3 viser skjematisk et retningsboreverktøy for kjerneboring med en orienteringsenhet i henhold til foreliggende oppfinnelse innbefattet, for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til boreverktøyet. Verktøyet er forsynt med en borkrone 22 forbundet med en internt anordnet drivaksel 28 (se figur 7). Ved den motsatte enden er verktøyet forsynt med en kopling 25 for å forbinde drivakselen 28 med en borestreng (ikke vist) for å overføre rotasjon til drivakselen 28 og borkronen 22.

Figur 4 viser skjematisk en ytre, forstørret skisse av en del av boreverktøyet som er vist på figur 3, for å indikere en mulig posisjon av orienteringsenheten 10 og referansepunktanordningen 13 som i den viste utførelsesformen er i form av en magnet 13. Figuren indikerer også en pakning 24, for å holde det ytre legemet 11 fiksert under boreoperasjonen.

Figur 5 viser skjematisk en skisse av utsiden av en slammotorenhet med orienteringsenheten i henhold til oppfinnelsen. Som vist, omfatter verktøyet en avbøyningsmekanisme 23 for å endre boreretningen. Verktøyet omfatter dessuten en orienteringsenhet som innbefatter et indre element 12 (ikke vist) ifølge foreliggende oppfinnelse og en slammotor.

Figur 6 viser skjematisk et snitt gjennom en stasjonær eller opphentbar orienteringsenhet for et brønnhullsverktøy, slik som en slammotor, et kilebelte eller lignende verktøy, alle i samsvar med oppfinnelsen.

Figur 7 viser skjematisk og i forstørret skala et snitt gjennom den anordningen som er vist på figur 4, og viser den opphentbare instrumentrørenheten 26 (det indre elementet) ifølge oppfinnelsen. Som vist, er det ytre legemet 11 i form av et rør og er forsynt med en fiksert referansepunktanordning 13, som i utførelsesformen er vist som en magnet festet til veggen i det ytre legemet 11. Sensorene kan være av en type og en utforming som diskutert ovenfor på figurene 1 og 2, det vil si ett eller flere magnetometre 15 og et treakset akselerometer 16, eller av andre sensortyper som diskutert ovenfor i oppsummeringen av oppfinnelsen. Som diskutert ovenfor, er hensikten med de aktuelle sensorene å avlese og om nødvendig logge rotasjonsmessig forskyvning og verktøyflaten til et stasjonært system ved å måle posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen, det vil si i den utførelsesformen som er vist med en permanentmagnet, i forhold til jordens tyngdefelt.

På både figur 6 og 7 representerer det legemet som er betegnet A elektronikken, prosessorene og avfølingsanordningene for avføling av posisjonen til referansepunktet 13 på det ytre legemet og tyngdekraften, for eksempel i form av et magnetometer og et akselerometer som diskutert i forbindelse med enten figur 1 eller figur 2, eller som nærmere definert i den foregående beskrivelse. Avfølingsanordningene kan være anordnet på samme konfigurasjon som diskutert i forbindelse med figur 1 eller figur 2.

Figur 8 viser skjematisk en skisse av en tilbaketrekkbar indre rørenhet for retningskjerneboring. Den tilbaketrekkbare indre rørenheten som omfatter et indre element 12 i henhold til foreliggende oppfinnelse, er ment å være tilbaketrekkbart anordnet inne i et ytre legeme 11 eller et hus (ikke vist). Den indre rørenheten 11 omfatter et kjernerør 30, et indre rør 29 innrettet for å romme en kjerneprøve. Ved én ende er den indre rørenheten 12 forsynt med en seteanordning, hvor seteanordningen er utformet for å gjøre det mulig å låse og frigjøre den indre rørenheten. Instrumentrøret 12 som kan innbefatte de sensorsystemene som er beskrevet på enten figur 1 eller 2, kan enten være plassert i en fiksert posisjon i forhold til det indre røret 12 ved hjelp av en kopling 31, eller i en fritt roterende posisjon i forhold til det indre røret 29. Hvis instrumentrøret 12 er i en fiksert posisjon i forhold til det indre røret 29, vil det være mulig å bestemme den rotasjonsmessige orienteringen av kjerneprøven som er bragt til overflaten. Som påpekt ovenfor er det på ingen måte nødvendig i henhold til foreliggende oppfinnelse å være avhengig av et muldyrskosystem eller en kommunikasjonskabel som fører opp til overflaten. En alternativ måte å bestemme posisjonen til det ytre legemet på til enhver tid under boring, er dessuten oppnådd.

Hvis den fikserte referansepunktanordningen er i form av én eller flere permanentmagneter, kan det være foretrukket, men ikke nødvendig, at de er plassert i fikserte seter i rørveggen i det ytre legemet eller elementet, for å skape et kunstig magnetfelt som kan avføles og avleses ved hjelp av et magnetometer Det skal bemerkes at referansepunktanordningen kan enten være anordnet som en del av den indre eller ytre overflaten til det ytre elementet. Alternativt kan referansepunktanordningen være innbefattet som en integrert del av veggen i det ytre elementet. Som en variant kan hele eller en del av det ytre elementet være av et magnetisert materiale.

Det skal bemerkes at de algoritmene som anvendes for å detektere en posisjon og en orientering av flaten til brønnhullsverktøyet og for å skape et bilde av posisjonen og/eller orienteringen, er basert på standard matematikk.

Patentkrav

1. System for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til et legeme, slik som et verktøy, innrettet for å bli beveget gjennom eller være stasjonert anordnet i et medium, slik som fjell, idet orienteringsenheten (10) omfatter et ytre legeme (11) og et opphentbart indre element (12),

k a r a k t e r i s e r t ved at

- en fiksert referansepunktanordning (13) er anordnet på en del av legemet; - minst én detektor (15) for til enhver tid å avføle og dermed identifisere posisjonen til den fikserte referansepunktanordningen (13);

- minst én andre detektor (16) for å avføle jordens tyngdefelt;

- anordninger for å forbinde den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) med en prosessor eller for å innhente innsamlede data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16), bruke slike data fra den minst ene første detektoren (15) og den minst ene andre detektoren (16) til beregning av den rotasjonsmessige orienteringen til den fikserte referansepunktanordningen (13), samt inklinasjonen til legemet eller orienteringen av en kjerneprøve,

- bruke slik data levert av systemet som inntak for automatisk eller manuelt å identifisere, styre eller justere posisjonen til et ytre legeme eller en avbøyningsmekanisme.

2. System ifølge krav 1, hvor den fikserte referansepunktanordningen (13) er mekanisk eller fysisk festet på det ytre legemet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren (15, 16) er anordnet på det opphentbare indre elementet (12).

3. System ifølge krav 1, hvor den fikserte referansepunktanordningen (13) er festet på et legeme sentralt anordnet på verktøyet, mens den minst ene første og den minst ene andre detektoren er anordnet på en opphentbar ring eller et opphentbart rør som omgir det sentralt arrangerte, fikserte referansepunktet (12) anordnet inne i et ytre legeme (11).

Claims (11)

Patentkrav

1. System for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til en nedihulls boreanretning, slik som et retningsstyrt bor eller en kile, idet systemet omfatter en orienteringsenhet (10) innbefattende et referansepunktelement (13) festet til et ytre legeme (11) og et indre legeme (12) som er anordnet inne i det ytre legeme (11),

k a r a k t e r i s e r t ved at

- det indre legemet helt eller delvis omslutter i det minste en første og en andre detektor, hvor den første detektor (15) kan når som helst direkte- eller indirekte måle den rotasjonsmessige posisjonen til referansepunktelement (13), og den andre detektoren (16) måle retningen til jordens gravitasjonsfelt, hvor systemet videre omfatter:

- en prosessor (32) tilpasset for å hente innsamlede data fra nevnte første detektor (15) og den andre detektor (16) og å bruke dataene til å beregne og bestemme den rotasjonsmessige posisjonen til referansepunktelementet (13) i forhold til jordens tyngdekraft,

- hvor det indre legemeelementet (12) er uttrekbart, uavhengige av det ytre legeme(11), og

- en eller flere anordninger som anvender data levert av prosessoren (32) til å identifisere, kontrollere og/eller justere posisjonen til en nedihulls boreanretning eller styreanordningen til en boreanretning.

2. System ifølge krav 1, hvor referansepunktelementet (13) er montert på et legeme sentralt anordnet i anordningen, idet legemet er forbundet med det ytre legeme (11), mens den første detektoren (15) og den andre detektor (16) er anordnet på en uttrekkbar ring eller et rør som omslutter referansepunktelementet (13).

3. System ifølge krav 1 eller 2, hvor referansepunktelementet (13) omfatter minst en magnet, den første detektoren (15) omfatter minst en magnetfeltdetektor, fortrinnsvis et magnetometer eller en Hall-effekt detektor, og den andre detektoren (16) omfatter minst en gravitasjonsdetektor, fortrinnsvis en hellingsmåler og/eller et akselerometer.

4. System ifølge krav 3, hvor anordningen for å detektere den rotasjonsmessige posisjonen til referansepunktelementet (13) omfatter en roterbar aksel (19) festet til det indre legeme (12) på en slik måte at den roterbare akslingen (19) kan rotere fritt uavhengig av det indre legeme (12), og hvor en eller flere magneter (17) er festet til den roterbare akslingen (19), eller at selve akslingen er magnetisk eller en magnet, hvorpå den rotasjonsmessige posisjonen til akslingen (19) vil stille seg inn slik at magneten (17) peker mot referansepunktmagneten (13) på grunn av de magnetiske kreftene dem i mellom, og i det minste en akselreferansemagnet (18) som er festet til en ende av den roterbare aksel (19), eller at akselen selv er magnetisk eller en magnet, som avgir et magnetfelt som detekteres av en magnetfeltdetektor (15), slik at detektoren (15) kan måle den rotasjonsmessige orienteringen til den roterbare akselen (19).

5. System ifølge krav 1, hvor referansepunktelementet (13) kan alternativt kan bestå av en radioaktiv kilde, laser, elektromagnet eller Radio Frequency Identification (RFID).

6. Fremgangsmåte for å identifisere eller overvåke orienteringen og posisjonen til en enhet, slik som et verktøy som er ment å beveges gjennom eller stå stasjonært i et medium, slik som stein, hvor metoden tar i bruk en orienteringsenhet (10) som omfatter et ytre element (11) og et indre element (12),

k a r a k t e r i s e r t ved at det omfatter følgende trinn:

- etablere et fast referansepunktselement (13) på en del av enheten (10);

- anordne minst en første detektor (15) og minst en andre detektor (16) på en annen del av enheten (10);

- å bruke minst én første detektor (15) til å til enhver tid gjenkjenne posisjonen til den faste referansepunktselement (13);

- bruk av minst én andre detektor (16) for å detektere jordens tyngdekraft;

- koble data fra minst én første detektor (15) og minst én andre detektor (16) med en prosessor eller henting av innsamlede data fra minst én første detektor (15) og den nevnte minst én andre detektor (16), og bruke slike data fra nevnte minst én første detektor (15) og minst én andre detektor (16) for å beregne og bestemme rotasjonsorientering til det faste referansepunktselement (13) og

- bruk av data levert av prosessoren for å identifisere, kontrollere og / eller justere posisjonen til enheten eller avbøyningsmekanismen til enheten.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at referansepunktelementet (13) er mekanisk eller fysisk festet til det ytre elementet (11) og minst en første og minst en andre detektor (15, 16) er anordnet på det uttrekkbare indre elementet (12).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at referansepunktelementet (13) er fikset til et legeme sentralt anordnet på anordningen mens nevnte minst en første detektor (15) og minst en andre detektor (16) er anordnet på en uttrekkbare ytre ring som omslutter det sentralt anordnede faste referansepunktelementet (13).

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 6 til 8, hvor

- et fast referansepunktelement (13) er etablert på et ytre element (11);

- detektorer (15, 16) er anordnet på det indre elementet (12) og/eller tilknyttet elementer derpå;

- magnetfeltet fra referansepunktet (13), som er mekanisk eller fysisk festet på det ytre elementet (11), brukes som referanse for å detektere det ytre elementets (11) posisjon; - i det minste detekteres magnetfeltet av en første detektor (15) assosiert med det indre elementet (12) for å måle og således identifisere posisjonen til referansepunktelement (13) på det ytre elementet,

- en andre detektor (16) brukes til å detektere jordens tyngdekraft; og

- den detekterte informasjonen fra den første detektoren (15) og den andre detektoren (16) kommuniseres til en prosessor for å beregne og bestemme orienteringen av det ytre elementet (11), også rotasjonsorienteringen.

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 6 til 9, ved å anordne en eller flere magneter (17, 18) på en fritt opplagret aksel (19) eller at akselen i seg selv er magnetisk eller er en magnet, på det indre elementet (12), hvorpå magnetfeltet til akselen (19) vil innrette akselen (19) i forhold til posisjonen til en referansepunktmagnet (13) festet på det ytre elementet (11), og videre anordne en magnet (18) på en ende av akselen (19) eller at akselen i seg selv er magnetisk eller er en magnet, og bruke magnetfeltet fra akselreferensmagneten (18) som en referanse for å overvåke og identifisere posisjon og orientering av referansepunktmagneten (13) ved bruk av en magnetfeltdetektor og en gravitasjonssensor, slik som et akselerometer eller inklinometer.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 6 til 10, hvor beregningene og bestemmelser kan være real-time aktiviteter eller logget for senere nedlastinger, på overflaten eller nede i borehullet.