DE3200269A1

DE3200269A1 - Bohrlochmessvorrichtung

Info

Publication number: DE3200269A1
Application number: DE19823200269
Authority: DE
Inventors: Rand H. Ing. 98052 Washington Hulsing; Rex B. Ing. 98072 Washington Peters
Original assignee: Sundstrand Data Control Inc
Current assignee: Sundstrand Data Control Inc
Priority date: 1981-01-13
Filing date: 1982-01-07
Publication date: 1982-09-23
Also published as: GB2093595B; SE8107604L; CA1166844A; DE3200269C2; FR2497870A1; IT8247536A0; ZA8246B; JPS57136101A; IT1147567B; US4399692A; NL8200117A; NO820063L; AU7794581A; AU535029B2; MX151205A; FR2497870B1; GB2093595A; JPS6057007B2

Description

- Ii -

Sundstrand Data Control, Inc.

Redmond, Washington 98o52

V". St.A.

Bohr lochmeßνorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Bohrlochmeßvorrichtungen, insbesondere¹ solche mit Sonden, Wobei Träcjheits-Bezugieinheiten wie Beschleunigungsmesser eingesetzt werden.

Die Messung von Bohrlöchern, wie sie bei der geologischen Vermessung, im Bergbau und für die Ölförderung verwendet werden, erfordert eine genaue Bestimmung der Azimut- und Elevations-Koordinaten der Bohrlöcher, so daß ein genauer Plan der Richtung und Tiefe des Bohrlochs erstellt werden kann. Die Bohrlochmessung wird häufig mit einem Instrument oder einer Sonde durchgeführt, die durch das Bohrloch bewegt wird und Neigungs- und Azijnutwinkel an aufeinanderfolgenden Stellen mißt. Die Neigung, d. h. der Winkel, um den das Bohrloch von der Vertikalen abweicht, kann mit einem Pendel oder einem Beschleunigungsmesser bestimmt werden. Das Azimut, d. h. der Winkel des Bohrlochs in bezug auf eine Bezugsrichtung, etwa Nord, wird typischerweise mit einem Magnet- oder Kreiselkompaß bestimmt. Diese Winkel werden zusammen mit der Entfernung längs dem Bohrloch dazu verwendet, die Koordinaten von Punkten längs dem Bohrloch in bezug auf einen Standard auf der Erdoberfläche zu bestiiT]m§n,.

Die Bohrlochmessung wurde bisher in verschiedener Weise, ζ. B. mit Magnetometern, Kreiselgeräten und Beschleunigungsmessern, durchgeführt. Z. B. kann ein Pendel zur Bestimmung der Neigung in Form eines linearen servogeregelten Beschleunigungsmessers, der auf die Schwerkraft anspricht, ausgeführt sein. Es gibt servogeregelte Beschleunigungsmesser, die klein, robust und genau sind. Die genaue Azimutbestimmung kann jedoch sehr schwierig sein. Z. B. unterliegen Magnetkompasse oder andere Instrumente zur Bestimmung des Erdmagnetfeldes Fehlern, die durch abnormale Magnetverhältnisse im Erdboden hervorgerufen werden können. Kreiselkompasse haben ebenfalls mehrere Nachteile, z. B. sind sie großj sie unterliegen einem Verschleiß der Lager, sie sind stoßempfindlich, unterliegen Drift- und Präzessionsfehlern und erfordern eine lange Stabilisierungsperiode bei der Durchführung einer Messung. Infolgedessen isind Bohrlochme.ßinstrumente , die Kreiselkompasse verwenden, teuer und kompliziert und benötigen Sonden mit großem Durchmesser.

In der US-Patentanmeldung Nr. 200 096 ist eine Sonde angegeben, die aus zwei Sondenabschnitten besteht., die durch eine drehsteife Einheit verbunden sind; die Sonde umfaßt jeweils eine Beschleunigungsmesser-Baueinheit zur Bestimmung der· relativen Neigungs- und Azimutwinkel des Bohrlochs, während die Sonde durch das Bohrloch abgelassen wird. Diese Vorrichtung weist gegenüber bekannten Methoden den bedeutenden Vorteil auf, daßmmit erhöhter Schnelligkeit und Genauigkeit gearbeitet wird und daß ferner für die Azimutbestimmung kein Komkpaß eingesetzt wird. Da die Vorrichtung außerdem Beschleunigungsmesser verwendet, kann sie ein Sondengehäuse mit relativ kleinem Durchmesser aufweisen und ist erheblich robuster gebaut. Ein Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß das Azimut nicht bestimmt werden kann, wenn die Bohrlochrichtung nahe der Horizontalen verläuft.

Durch die Erfindung wird eine Bohrlochmeßvorrichtung geschaffen mit einer aus einem ersten und einem zweiten Abschnitt bestehenden Sonde, die in ein Bohrloch einführbar und durch dieses bewegbar ist, wobei die beiden Sondenabschnitte durch eine Verbindungseinheit flexibel miteinander verbunden sind, die eine Einheit enthält zum Bestimmen der Winkel zwischen den beiden Sondenabschnitten, wobei die Bohrlochmeßvorrichtung eine Signalverarbeitungseinheit enthält, die auf die Winkelsignale anspricht und ein die Bohrlochrichtung bezeichnendes Signal erzeugt.

Die Bohrlochmeßvorrichtung nach der Erfindung, mit einer einen ersten, eine Längsachse aufweisenden Sondenabschnitt und einen zweiten, eine Längsachse aufweisenden Sondenabschnitt umfassenden Sonde und einer Verbindungseinheit, die den ersten und den zweiten Sondenabschnitt flexibel miteinander verbindet, wobei die Sonde in ein Bohrloch einführbar und durch dieses bewegbar ist, ist gekennzeeichnet durch eine mehrere Beschleunigungsmesser umfassende Beschleunigungsmesser-Einheit innerhalb des ersten Sondenabschnitts, wobei die Beschleunigungsmesser mehrere Signale erzeugen, die die relative räumliche Orientierung des ersten Sondenabschnitts im Bohrloch in bezug auf die Schwerkraft bezeichnen, durch eine Winkelmeßeinheit, die mit der Sonde betriebsmäßig verbunden ist und Signale erzeugt, die die Winkel zwischen den Längsachsen des zweiten und des ersten Sondenabschnitts bezeichnen, durch eine betriebsmäßig mit der Beschleunigungsmesser-Einheit verbundene Einheit, die aus den Beschleunigungsmesser-Signalen ein Signal erzeugt, das die Neigung des ersten Sondenabschnitts relativ zur Schwerkraftrichtung bezeichnet, durch mit der Winkelmeßeinheit betrieLismäßig verbundene Einheiten, die aus den Winkelsignalen ein erstes Winkelsignal, das die relative Neigung der Längsachse des zweiten Sondenabschnitts in bezug auf die Längsachse des ersten Sondenabschnitts bezeichnet, und ein zweites Winkelsignal erzeugen, das das relative Azimut der Längsachse des zwei-

ten Sondenabschnitts in bezug auf die Längsachse des ersten Sondenabschnitts bezeichnet, durch eine auf das Neigungssignal und das erste Winkelsignal ansprechende Einheit, die eine horizontale Signalkomponente erzeugt, die den Sinus der Kombination des Neigungssignals und des ersten Winkelsignals repräsentiert, durch eine betriebsmäßig mit der Winkelmeßeinheit verbundene Einheit zum Erzeugen eines Signals, das den Sinus eines das zweite Winkelsignal umfassenden Signals bezeichnet, und eines Signals, das den Kosinus eines das zweite Winkelsignal umfassenden Signals bezeichnet, durch eine auf die horizontale Signalkomponente und den Kosinus des zweiten Winkelsignals ansprechende Einheit, die ein horizontales Projektionssignal erzeugt, das eine inkrementell Horizontalprojektion des Bohrlochs längs einer ersten vorbestimmten Richtung repräsentiert, und durch eine auf die horizontale Signalkomponente und den Sinus des zweiten Winkelsignals ansprechende Einheit, die ein Signal erzeugt, das eine inkrementell horizontale Projektion des Bohrlochs längs einer zweiten vorbestimmten Richtung repräsentiert .

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Bohrlochmeßvorrichtung gekennzeichnet durch eine Mehrzahl Beschleunigungsmesser, die im ersten Sondenabschnitt angeordnet sind, durch eine mit der Sonde betriebsmäßig verbundene Winke lmeßeinheit zur Erzeugung von Signalen, die die Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Sondenabschnitt an der Verbindungseinheit bezeichnen, durch eine Mehrzahl Signalauf bereitungs-Glieder innerhalb der Sonde, wobei je ein Glied betriebsmäßig mit je einem Beschleunigungsmesser verbunden ist, durch einen in der Sonde angeordneten Multiplexer, der mit der Winkelmeßeinheit und den Signalaufbereitungs-Gliedern betriebsmäßig verbunden ist, durch einen in der Sonde angeordneten Analog-Digital-Umsetzer, der mit dem Multiplexer betriebsmäßig verbunden ist, durch einen in der

Sonde angeordneten Serien-Umsetzer, der mit dem Analog-Digital-Umsetzer betriebsmäßig verbunden ist, durch ein betriebsmäßig an den Ausgang des Serien-Umsetzers angeschlossenes Datenübertragungskabel, durch eine in der Sonde angeordnete und betriebsmäßig mit dem Multiplexer verbundene Logikstufe, wobei aufgrund des Analog-Digital-Umsetzers und des Serien-Umsetzers der Multiplexer eine Bündelung des Ausgangs der Signalaufbereitungs-Glieder mit den Winkelsignalen ausführt und der Analog-Digital-Umsetzer die gebündelten Signale in ein Digitalsignal umsetzt und der Serien-Umsetzer das Digitalsignal dem Datenübertragungskabel zuführt, und durch einen außerhalb des Bohrlochs positionierten und betriebsmäßig mit dem Datenübertragungskabel verbundenen Datenempfänger, der das Digitalsignal von der Sonde empfängt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird eine Bohrlochmeßvorrichtung geschaffen, die eine Sonde mit einem ersten und einem zweiten Sondenabschnitt umfaßt, die mittels einer Verbindungseinheit flexibel miteinander verbunden sind, wobei in der Verbindungseinheit eine Winkelmeßeinheit vorgesehen ist, die aus einer Gruppe von Dehnungsmessern besteht, die Signale erzeugen, die die Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Sondenabschnitt an der Verbindungseinheit repräsentieren.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Schnitt durch ein Borhloch, wobei eine mit der Bohrlochvermessungsvorrichtung verwendete· Sonde gezeigt ist;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Längsansicht eines Sondenabschnitts, der die Anordnung von Beschleunigungsmessern in der Sonde zeigt;

Fig. 3 im Schnitt eine Längsansicht einer Verbindungseinheit zum Verbinden von zwei Sondenabschnitten;

Fig. k eine geschnittene Längsansicht einer Zentralisiermechanik, die mit der Sonde verwendbar ist;

Fig. 5 eine geschnittene Längsansicht einer anderen Ausführungsform der Verbindungseinheit, die einen flexiblen Stab mit Dehnungsmessern verwendet ;

Fig. 6 ein Diagramm einer Schaltung, die mit der

. Dehnungsmessereinheit nach Fig. 5 verwendet wird ;

Fig. 7 ein geometrisches Diagramm, das die Orientierung der Beschleunigungsmesser in einem Sondenabschnitt darstellt;

Fig. 8 ein geometrisches Diagramm, das die vertikale Orientierung der Bohrlochvermessungsvorrichtung in bezug auf die Erdoberfläche oder die Horizontalachse veranschaulicht;

Fig. 9 ein geometrisches Diagramm, das die horizontale Orientierung der Bohr'lochver messungsvorrichtung in bezug auf Azimut veranschlaulicht; und

Fig. 10 das Blockschaltbild eines Signalverarbeitungssystems, das die Signale der Sonde verarbeitet, so daß sie die Bohrlochrichtung einschließlich Neigung und Azimut bezeichnen.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Umgebung für die bevorzugte Ausführungsform der Bohrlochmeßvorrichtung. Unter der Erdoberfläche verläuft ein Bohrloch 12, das in der industriell üblichen Weise mit mehreren Futterrohren 14-, 15 und 16 ausgekleidet ist. An der Stelle 17, an der das Bohrloch 12 in den Erdboden 10 eintritt, befindet sich ein Startrohr 18, das mit dem ersten Futterrohr 14- verbunden ist. In das Bohrloch 12 ist durch dieses bewegbar eine Sonde eingeführt, die drei Sondenabschnitte 20, 22 und 24- aufweist, die mittels drehsteifer, biegsamer Verbindungseinheiten 26 und 28 verbunden sind. Die Fig. 3 und 5 zeigen Beispiele von Verbindungseinheiten, die mit der Sonde verwendbar sind. Der erste Sondenabschnitt 20 ist über ein Kabel 32, das über eine an der Erdoberfläche befindliche Scheibe 33 läuft, mit einer Kabeltrommel 30 verbunden. Das Kabel 32 dient dem Zweck, die Sonde durch das Bohrloch 12 abzulassen,und dient ferner als Übertragungsmittel zur Übertragung von Daten von der Sonde zu einem Signalprozessor 34 über ein Kabel 36 von der Trommel 30 aus. Eine weitere Signaiübertragungsleitung 37 ist zwischen die Scheibe 33 und den Signalprozessor 34 geschaltet und zeigt an, wieviel Kabel 32 in das Bohrloch 12 abgelaufen ist. An dem Startrohr 18 ist ein Durchgangsinstrument 38 befestigt, das zum Bestimmen des ursprünglichen Azimuts des Bohrlochs in bezug auf eine Richtung, z. B. Norden, einsetzbar ist. Außerdem kann durch konventionelle Niveaumeßinstrumente, die an dem Durchgangsinstrument 38 befestigt sein können, der ursprüngliche Neigungswinkel des Bohrlochs zur Vertikalen, gegeben durch das Startrohr 18, bestimmt werden.

Nach Fig. 3 ist in dem ersten Sondenabschnitt 20 eine dreiachsige Beschleunigungsmessereinheit mit drei Beschleunigungsmessern 40, 42 und 44 gesichert. Ein geeigneter Beschleunigungsmesser für diesen Anwendungsfall ist z. B. in

der US-PS 3 702 073 angegeben. Der erste Beschleunigungsmesser 40 ist innerhalb des ersten Sondenabschnitts 20 so positioniert, daß seine Ansprechachse oder z-Achse längs der Längsachse 41 des Sondenabschnitts 20 liegt, und die beiden weiteren Beschleunigungsmesser 4-2 und 44 sind so angeordnet, daß ihre Ansprechachsen bzw. x- und y-Achsen rechtwinklig zur z-Achse und zueinander verlaufen. Wenn also der erste Sondenabschnitt 20 in Vertikalrichtung aufgehängt ist, verläuft die z-Achse senkrecht zum Horizont,: und die x- und die y-Achse verlaufen parallel dazu.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine flexible Verbindungseinheit 26, die ein Kugelgelenk 45, 46 aufweist, zur Verbindung des ersten Sondenabschnitts 20 mit dem zweiten Sondenabschnitt 22 derart, daß sich der zweite Sondenabschnitt 22 in bezug auf den ersten Sondenabschnitt 20 winkelmäßig biegen kann. Die Kugel 45 ist mittels einer Halterung 47 am Gehäuse des Sondenabschnitts 22 gesichert. Ferner ist ein Balg 48 vorgesehen, der einerseits das Abbiegen des Sondenabschnitts 22 in bezug auf den Sondenabschnitt 20 erleichtert und andererseits den Sondenabschnitt 22 an einer Drehbewegung relativ zum Sondenabschnitt 20 hindert, so daß die beiden Sondenabschnitte 20 und 22 in bezug aufeinander drehsteif sind. Ferner ist in der biegsamen Verbindungseinheit 26 ein "Steuerknüppel"-Potentiometer 50 vorgesehen, das einen an der Kugel 45 befestigten Stab 49 aufweist, so daß Spannurigssignale .auf Linien 52 auftreten, die die Richtung und Größe der winkelmäßigen Biegung des zweiten Sondenabschnitts 22 zum ersten Sondenabschnitt 20 bezeichnen.

Zur Verbesserung der Genauigkeit der von den Beschleunigungsmessern 40, 42 und 44 im ersten Sondenabschnitt 20 und der von den biegsamen Verbindungseinheiten 26 und 28 erzeugten Signale weisen der obere und der untere Sondenabschnitt 20 und 24 Zentralisiervorrichtungen 52, 54, 56 und 58 auf, so daß die Sondenabschnitte 20, 22 und 24 jeweils mittig in

den Futterrohren (vgl. 14- und 16) gehalten sind. Fig. h zeigt im einzelnen die Mechanik für die Zcn er alisierer 52, 5h , 56 und 58. In dem Zentralisierer sind zwei Rollen 60 und 62 vorgesehen, die an der Innenseite der Bohrlochfutterrohre IA- und 16 abrollen. Die Rollen 60 und 62 springen an einem Paar Schenkel 63 und 64- aus dem Gehäuse des Sondenabschnitts 20 mittels einer Mechanik vor, die von einer Zugfeder 67 beaufschlagte Ausfahr organe 65 und 66 aufweist. Die Ausfahrorgane 65 und 66 sind an einem Drehpunkt 70 an einer zusammenschiebbaren Haltestange 68 befestigt. Das andere Ende der teleskopartig zusammenschiebbaren Haltestange 68 und der Schenkel 63 und 6h ist schwenkbar an einer Haltebasis 71 befestigt. Die Ausfahrorgane 65 und 66 sind an Drehpunkten 72 bzw. 73 mit den Schenkeln 63 bzw. 6h verbunden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt jedoch der Zentralisierer drei oder mehr Rollen, die an gleichbeabstandeten Schenkeln positioniert sind, so daß die Sonde 20 in der Mitte des Futterrohrs gehalten wird. Die Mechanik nach Fig. h weist zum leichteren Verständnis nur zwei Schenkel auf.

Da jeder Schenkel 63 und 6h des Zentralisierers gemäß Fig. h den gleichen Abstand wie die anderen Schenkel von der Sonde aufweisen muß, wird die Sonde genau länge der Mittenlinie des Bohrlochs positioniert, wodurch der Zentralisierer nach Fig. h einen bedeutenden Genauigkeitsvorsprung gegenüer Zentralisierern mit unabhängig gefederten Rollen aufweist. Die Feder 67 kann so ausgelegt sein, daß die jeden Schenkel beaufschlagenden Kräfte von der Feder überwunden werden können. Damit kann das Gewicht des Sondenabschnitts 20 oder die Kraft des Kabels 32 die Sonde nicht aus der Bohrlochmitte herausbewegen. Wenn die Zugfeder 67 keine ausreichende Festigkeit hat, um die die Rollen beaufschlagenden Kräfte zu überwinden, können die Kräfte die Feder überwinden, und ein Schenkel löst sich von der Bohrlochseitenwandung, wodurch die Sonde dezentralisiert wird. Mit unabhän-

gig wirkenden Federn erfolgt schon durch die geringste Krafteinwirkung eine Dezentralisierung der Sonde um einen gewissen Betrag, und es werden Schwingungen der Sonde relativ zur Mittenlinie hervorgerufen, wenn die Kraft nicht mehr einwirkt. Dieses Problem tritt nicht auf, wenn die Schenkel gemeinsam wirksam sind und die Feder so ausgelegt ist, daß sie größer ist als die Summe der Kräfte, die jeden Schenkel beaufschlagen.

Eine andere Ausführungsform der Mechanik nach Fig. 3 zum Messen der Winkel zwischen zwei Sondenabschnitten ist in Fig. 5 gezeigt. Bei dieser Winkelerfassungsmechanik ist an jedem Sondenabschnitt 20 und 22 ein Element 74, das ein biegsamer Viereckstab ist, befestigt. Auf jeder Fläche des Stabs ist ein Halbleiterdehnungsmesser 76, 78, 79 und 80 vorgesehen. Zwei Dehnungsmesser auf der entfernten Seite des biegsamen Stabs 74 sind in Fig. 5 nicht sichtbar, aber ihre jeweiligen Positionen sind mit 79 und 80 bezeichnet. Im vorliegenden Anwendungsfall haben Halbleiterdehnungsmesser einen erheblichen Vorteil gegenüber metallischen Dehnungsmessern, weil für geringe Winkelabweichungen ein großes Signal erzeugbar ist, z. B. für 2,5° oder weniger, da der K-Faktor eines Halbleiterdehnungsmessers 150 im Gegensatz zu einem K-Faktor 2 von Metalldehnungsmessern beträgt. Durch elektrisches Verbinden eines Paars von Dehnungsmessern auf gegenüberliegenden Flächen, z. B. der Dehnungsmesser 76 und 80 in Form einer halben Brückenschaltung (vgl. Fig. 6) wird ein Spannungssignal erzeugt, das die Winkelabweichung eines Sondenabschnitts in bezug auf den anderen bezeichnet. Das andere Paar Dehnungsmesser auf dem Stab 74 wird in ähnlicher Weise zusammengeschaltet. Wie das schematische Diagramm von Fig. 6 zeigt, ist ein Dehnungsmesser 76 an eine Spannungsversorgung angeschlossen, und der Dehnungsmesser 80 auf der gegenüberliegenden Fläche des biegsamen Stabs 74 ist mit dem Dehnungsmesser reihengeschaltet, wobei zwischen beide ein Spannungsausgang

geschaltet ist. Bei dieser Anordnung wird nur durch eine Differenzänderung infolge einer Winkelmaßigeη Ablenkung zwischen den Sondenabschnitten 20 und 22 eine Ausgangsspannung Vqijj erzeugt. Eine Querachsen-Biegung wird neutralisiert, da die Dehnungsmesser 76 und 80 auf gegenüberliegenden Seiten die gleichen Querachsenbiegesignale erzeugen. Außerdem erfolgt bei dieser Schaltung ein Ausgleich von Temperatur-Auswirkungen sowie von Gleichtakt-Dehnungen und -Kompressionen. Im vorliegenden Fall ersetzt das biegsame Element 74 das Kugelgelenk nach Fig. 3 für die mechanische Verbindung des ersten mit dem zweiten Sondenabschnitt.

Für die Bestimmung der geometrischen Beziehungen des Bohrlochs 12 und der Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 zusammen mit den Winkelsignalen von den Winkelverbindungseinheiten 26 und 28 wird auf die Fig. 7, 8 und 9 Bezug genommen. Die Definition der Verbindungsstellen-Winkel £ und θ erfolgt unter Bezugnahme auf die Beschleunigungsmesser achsen χ, y und z, wobei 6. als eine vertikale Winkeländerung in bezug auf die y-Achse definiert ist unter der Annahme, daß die y-Achse in der durch die z-Achse definierten Ebene liegt und wirklich vertikal verläuft entsprechend der Linie 82 in Fig. 7. Gleichermaßen sind die Q-Winkel in bezug auf die x-Achse definiert unter der Annahme, daß die x-Achse horizontal verläuft. Die £-Winkel und die Horizontalprojektionen der 0-Winkel können als relative Neigungs- bzw. Azimut-Winkel angesehen werden, da sie relative Änderungen der Neigung und des Azimuts eines Sondenabschnitts in bezug auf einen anderen Sondenabschnitt bezeichnen. Der Sonden-Rollwinkel φ gemäß Fig. bezeichnet die Rotation der Sonrlenabschnitte 20, 22 und im Bohrloch 12 entsprechend Fig. 7. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Sondenwinkel 6. und 0 vom vorhergehenden Sondenabschnitt gemessen und sind direkte Messungen der Winkel zwischen zwei Sondenabschnitten, z. B. 20 und 22. In der folgenden Tabelle I sind die in der Definition der vorliegenden Beschreibung verwendeten verschiedenen Symbole erläutert.

TABELLE

A = Azimutwinke 1 von Norden (0 ;= Norden, 90 = Osten,

180° = Süden, 270° = Westen)
I = Neigung zur Vertikalen (0 = gerade nach unten,

90° = horizontal)
£ =' Neigungsänderung des"SondenverbindungsstellenwinkeIs

(Vertikalebene)
9 = Änderung des Sondenverbindungsstellenwinkels in der xz-Ebene

φ = Sonden-Rollwinkel (um die z-Achse) N = Kompaßkurs Nord (rechtweisend Nord) E = Kompaßkurs Ost
D = Tiefe vertikal
L = Länge von Sondenabschnitten
C = Länge des abgelaufenen Kabels χ = Horizontalkomponente der Sonde (senkrecht zu z) y = Vertikalkomponente der Sonde (senkrecht zu z) ζ = Längskomponente der Sonde (Tangente zur Bohrlochachse) a = χ-Beschleunigungsmesser-Ausgang (längs der x-Achse

bei (6 = 0°)
a = y-Beschleunigungsmesser-Ausgang (längs der y-Achse

bei φ = 0°)

a = z-Beschleunigungsmesser-Ausgang längs der z-Achse P , = Potentiometer ausgang proportional dem Winkel längs

χ-Beschleunigungsmesser an erster Verbindungsstelle P - = Potentiometer ausgang proportional dem Winkel längs

x-Beschleunigiingsmesser an zweiter Verbindungsstelle P , = Potentiometerausgang proportional dem Winkel längs y-Beschleunigungsmesser an erster Verbindungsstelle Potentiometerausgang proportional dem Winkel längs y-Beschleunigungsmesser an zweiter Verbindungsstelle

Die folgende Gleichung (1) definiert den Neigungswinkel I als Beschleunigungsmesser-Ausgänge a , a und a .

I = tan ^x l\^Qx ^T ^ay / (1)

Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Sonden-Rollwinkel & nicht mechanisch im Bohrloch kontrolliert ist, ist die zur Sondenlängsachse senkrechte vertikale Schwerkraftkomponente eine Kombination der Messungen des x- und des y-Beschleunigungsmessers. Wenn der x-Beschleunigungsmesser ή-O als horizontal angenommen wird, ist I gleich tan" (a /a ), wie aus Fig' ^ ersichtlich ist. Oie'Gleichung (1) definierte '' '

t. i (ti ο i J :., . Μα ,Π'ϊ π ! ;■ 1 ! ,

Eine Transformation der Beschleunigungsmesser-Ausgänge und d£r WiSkeläöiläJige' in OberPläeüenkoördinaten^; Wird zuerst unter Bezugnahme auf den einfachen Fall erläutert, in dem das Azimut A gleich 9, und 9- ist, was wiederum.gleich Null ist. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, kann die horizontale Projektion der Sonde auf der Erdoberfläche - angenommen diese ist eben - in drei Segmente aufgeteilt werden, und zwar jeweils ein Segment für jeden Sondenabschnitt. Die Hörizontalkomkponenten jeder Sonde Hq, N, und N- sind:

N₀ = L₀ sin I (2)

N₁ = L₁ sin (I + ^₁) (3)

N₂ = L₂ sin (I + €_χ + ^₂) · (*).

Die vorstehenden Gleichungen (2), (3) und (4) können als horizontale Projektionen angesehen werden, weil sie die Projektionen der Sondenabschnitte 20, 22 und 2k auf der Erdoberfläche repräsentieren,,

Aus dem gleichen Grund kann die Tiefenprojektion jedes Sondenabschnitts wie folgt dargestellt werden:

L₀ cos I (5)

L₁ cos (I + ^₁) (6)

D₂ .-. L₂ cos (I + ^₁ + £₂) (7)

In dem allgemeinen Fall, daß der Azimutwinkel A nicht gleich Null' ist, wird die Kurslänge N der Sonde insgesamt durch den Kosinus des Azimutwinkels A wie folgt modifiziert

^Ni ^{= N}o ^{COS A + N}l ^cos <^{A +} ΙΤΤΓτ> ^{+ 1}S ^cos <^A + ^i₁ + _πΕί_ΪΪΕ-₎ ) (8)

oder

Θ, Bin I cos A + L₁ sin (I +E₁) cos (A + ) +

L₂ sin (I + E₁ + e₂) cos (A ₊ J^₁ + i^ETf+e^)) ⁽⁹⁾

mit M. --- die i-te Messung in einer Meßreihe, während die Sonde in qanzzahligen VLeJ fachen üer Sonden länge durch das Bohrloch vorwärtsbewegt wird.

In den Gleichungen (8) und (9) ist zu beachten, daß O^ durch den Sinus von I und O- durch den Sinus von I plus €. dividiert ist. Dies dient dem Ausgleich der Neigungsauswirkungen auf die Azimutwerte (vgl. Fig. 9).

Eine Messung des Ostkurses E oder Azimuts ergibt sich durch die folgende Gleichung (10):

E. = L sin I sin A + L₁ sin (I +ε,) sin (A +

sin I'

+ ε₂) sin (A +

Die Kursmessungen in den Gleichungen (9) und (10) resultieren aus direkten Ablesungen der Instrumente in der Sonde für jeden längenmäßigen Vorschub der Sonde nach unten durch das Bohrloch, und es ist mögLich, durch Hinzufügen weiterer Terme zu den obigen Gleichungen weitere Sondenabschnitte zu berücksichtigen.

Die Arbeitsweise der Bohrlochmeßvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die erste Messung erläutert, die mit dem ersten Sondenabschnitt 20, beginnend im Startrohr 18, durchgeführt wird (vgl. Fig. 1). 3ede folgende Messung oder Ablesung von den Beschleunigungsmessern und Winkelverbindungseinheiten erfolgt, nachdem die Sonde um 2/3 der Gesamtsondenlänge vorwärtsbewegt wurde, so daß der erste Sondenabschnitt 20, der

die Beschleunigungsmesser 4-0, kl und 4Λ enthält, den gleichen Abschnitt dei> Bohrloch-Futterrohrs einnimmt, den der dritte Sondenabschnitt 24 während der vorhergehenden Messung eingenommen hat.

Die Berechnung der Azimutwinkel 0, und 0_? kann mit den vorher gemessenen Winkeln summiert werden, ohne daß eine Messung übersprungen wird. Die folgenden Gleichungen (11), (12), (13) und (.14) repräsentieren die Berechnung der Inkremente der Projektion der Sondenabschnitte 20, 22 und 24 auf einem Nord- und einem Ostkurs sowie die Tiefe und Länge des abgelassenen Kabels, wenn sich die Sonde im Startrohr 18 befindet.

N₁ = L sin I₁ cos A₁ 4 L₁ sin (I, +ε.) cos (A₁ + --= -) +

Io 1 11 11 1 sin I

sin (I, +ε, +ε-) cos (A₁ +

1 sin I sin (1+ ε_η)

- L_o sin I sin A + L. sin (I_{1 +ε } sin}

sin (i + ε + ε j _{sin (A} , _J±_ ¹ I · 2 1 _sin j

^Θ2

^Di = L_o cos I₁ + L₁ cos (Ι_χ + _Εχ) + L,, cos (Ι_χ + E₁ +.^) ₍₁₃₎

^Cl ^{= L}o ^{+ L}l ^{+ L}2

Der nächste Schritt bei dem Vorgang der Bohrlochmessung besteht darin, die Sonde durch das Bohrloch um 2/3 ihrer Länge vorvvär t-^zube wegen, so daß der erste Sondenabschnitt 20 die gleiche Lage einnimmt, die bei der vorhergehenden Messung der dritte Sondenabschnitt 2A- eingenommen hat. Der Azimutwinkei für die zweite Messung ist dann durch die folgende Gleichung (15) definiert:

θ θ

^{= A}l ⁺ ΙϊϊΓΪ ⁺ I(I^)

Da die in dem ersten Sondenabschnitt 20 enthaltenen Beschleunigungsmesser 4-0, 4-2 und 4Λ für eine direkte Messung der Neigung I verwendbar sind, ist es nicht erforderlich, I₂ - I, + £, + έ zu berechnen, dies kann jedoch ausgeführt werden, um eine weitere Genauigkeitsprüfung zu erhalten. Das nächste Inkrement der Sondenbewegung unter der Erdoberfläche durch das Bohrloch wird mittels der Gleichungen (16), (17), (18) und (19) berechnet:

- ά ο -

₊ L₁ sin (I₂ + C₁) cos (A₂ + ^

sin (T + ε + ε ). cos (A, + -^—γ -__- ) (16)

E₂ - E₁ f L₁ sin (I₂ +C₁) _sin (A_{2 +}

sin (I₂ + E₁ + e₂) sin (A₂ + ^_{1 +ΈΙ}^—-₎) (17)

+ L₁ cos (I₂ +.C₁) + L₂ cos (I₃ + ^ε _χ + ^ε ₂> (18)

= C + L + L₂

¹^ (19).

Für die dritte Messung wird der Azimutwinkel A^ wiederum durch Gleichung (20) wie folgt definiert:

^{= A}2 ⁺ iTrTT

^Θ2

und das dritte Increment des Sondenvorschubs durch das Bohrloch wird unter Anwendunq der Gleichungen (21), (22), (23) und (24·) berechnet:

N₂ + L₁ sin (I₃ + T₁) cos (A₃ + J

sin (I₃ -·■ C₁ + C₂) cos (A₃ * j^-j + )) (21

^E3 ^{= E}2 ^{+ L}l

⁶I ^Θ2

sin (I- + ρ, + ε^> sin (A, + ^fTTT ⁺ ein ίτ+ε. } ^ ^²

j_ SXn VX-, Tg-T- En/ ?■··" V"O

2 i x. £■ ->

D = D₂ + L₁ cos (I₃ + ε _χ) + L₂ cos (I₃ + ε _χ + ε₂>

(23)

^C3 ^{= C}2 ^{+ L}l ^{4 L}2 ⁽²⁴⁾·

Die allgemeine Form jedes Schritts des Bohr lochme.ßvorgangs ist durch die folgenden Gleichungen (25), (26), (27) und (28) definiert:

^υ1 (25)

+ L₁ sin (I₁ + C₁) cos (A₁ + —r- ^v ■

L₂ sin (I_{1 +} E₁ + e₂) cos (A. + ^₁ + ) ' L_Q sin Ι_χ cos

⁶I ^Ei ^{= E}i-1 ^{+ L}l ^{Bin U}i ⁺ "^ ^{Sin (A}i ⁺ ϋ^ϊ"^>
+ ' ⁽²⁶⁾

sin (I₁ + E₁ + C₂) sin (A₁ + J^ + _sin'_I4._£-) ) ~ ^L _o ^{sil1 1}I ^sin

_D. = D. . + L₁ cos (I +c) +L₂ cos (I₁ + ε _χ + ε ₂>

χ 1 — 1 1 ■'■■'■

- L cos I₁
ο 1

^Ci ^{= C}i-1 ^{+ L}l ^{+ L}2 - ^Lo (28).

Das vorstehende Beispiel der Bohrlochmessung wurde erläutert, ohne daß dabei eine eventuelle Rotation der Sonde im Bohrloch, definiert durch den Winkel φ, berücksichtigt wurde. Der Sonden-Rollwinkel φ kann vom χ-Beschleunigungsmesser k 2 und dem y-Be sch leun iijungsmesser kk im ersten Sondenabschnitt 20 mittels der folgenden Beziehung bestimmt werden:

φ = tan"¹ / "x \ (29).

Der tatsächliche Wert von φ, ausgedrückt in Grad , hängt von der Polarität der Ausgänge des x- und des y-Beschleunigungsmessers 4-2 und ^^ entsprechend der folgenden Tabelle II ab:

TABELi E

Polarität Bed ingung

Gleichung

^-Bereich

a I < I a
χ I — ι y

-45° < ψ < 45'

χ' - ' y -1 /a

45° < φ < 90'

a ι > I a
x I _ I y ^ly λ -90° £ ΦΙ -4 5'

a ι , la

χ I 1 I y -1 / a

χ λ 135°5Φ1180°

-180° < Φ1-135

90° £ φ £180°

> |a_y -1 / a.

-180° £ Φ 1 -90'

Nach Bestimmung des Sonden-Rollwinke Is $ unter Anwendung der Beziehungen entsprechend der Tabelle II können die Winkelausgänge der Verbindungseinheiten in bezug auf den Rollwinkel ausgeglichen werden, so daß die Neigungsänderung des Sondenverbindungswinkels und die Azimutänderung des Sondenverbindungswinkels B bzw. 0 die tatsächlichen Neigungs und Az imutd'nder unqen bezeichnen. Dies wird erreicht unter Anwendung der Beziehungen entsprechend den Gleichungen (30) und (31):

θ . = P . cos Φ - P . sin Φ (30)

ι κι yi

= P_yi cos Φ + P_x. sin

Bei der vorstehend erläuterten Arbeitsweise der Bohrlochmeßvorrichtung wird angenommen, daß die Sonde vom Oberende des Bohrlochs ausgeht; das erläuterte Verfahren ist jedoch ebenso gut anwendbar, wenn die Sonde zum Grund des Bohrlochs abgelassen wird und die Messung von unten nach oben vor sich geht. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, die tatsächlichen Werte für N., E. und D. zu berechnen, nachdem die Sonde das Startrohr erreicht hat, so daß der ursprüngliche Ausgangs-Azimutwinke 1 A_fi bestimmt werden "kann.

Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild eines Signalverarbeitungssystems für die Erzeugung von Signalen, die die Bohrlochrichtung darstellen, aus den Ausgängen der Beschleunigungsmesser ifO, 4-2 und 4-4 sowie den Wlnkelsignalen fc, und (L~ und 9, und Q- der Verbindungseinheiten 26 und 28. Wie Fig. 10 zeigt, werden die Winkelsignale £., , €_ , 0. und 9_? über Lei-

tungen 82, 84, 86 und 88 einem Multiplexer 90 zugeführt. Die Ausgangssignale a , a und a der Beschleunigungsmesser

χ y ζ

werden über Leitungen 92, 94 und 96 Filtergliedern 98, 100 und 102 zugeführt. Die Ausgänge der Filterglieder 98, 100 und 102 werden dann über Leitungen 104, 106 und 108 Abtast- und Haltekreisen 110, 112 und 114 zugeführt, die ihrerseits mit dem Multiplexer MPX 90 über Leitungen 116, 118 und 120 verbunden sind. Das Ausgangssignal des Multiplexers MPX 90 wird einem Analog-Digital-Umsetzer ADU 122 über eine Leitung 124 zugeführt, und das resultierende digitale Ausgangssignal des ADU 122 wird über eine Leitung 128 einem Serienumsetzer 126 zugeführt. An den Ausgang des Serienumsetzers 126 ist ein Datenübertragungskabel 130 angeschlossen, das einen Teil des Kabels 32 nach Fig. 1 bildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die verschiedenen vorstehend genannten Schaltungsteile einschließlich der Filterglieder 98, 100 und 102, der Abtast- und Haltekreise 110, 112 und 114, des MPX 90, des ADU 122 und des Serienumsetzers 126 innerhalb der Sonde untergebracht. Ebenso wie die Beschleunigungsmesser 42, 40 und 44 können diese Schaltungsbauteile in dem ersten Sondenabschnitt 20 untergebracht sein.

Zusätzlich zu den vorstehend genannten Schaltungsbauteilen ist im ersten Sondenabschnitt 20 eine Taktgeber- und Logikstufe 131 angeordnet und ist über Leitungen 132, 133, 134 und 136 mit dem MPX 90, den Abtast- und Haltekreisen 110, 112 und 114, dem ADU 128 und dem Serienumsetzer 126 verbunden Die Taktgeber- und Logikstufe 131 bewirkt eine Bündelung der Ausgänge der Abtast- und Haltekreise 110, 112 und 114 durch den MPX 90, so daß das gefilterte Ausgangssignal der Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 an den MPX 90 geführt wird. Die Logiksignale der Taktgeber- und Logikstufe 131 werden über die Leitung 138 den Abtast- und Haltekreisen 110, 112 und 114 zugeführt. MuItiplexsignale vom MPX 90 werden dann vom ADU 122 in Digitalformat umgesetzt und dann vom Serienumsetzer in einen seriellen Bitstrom umgesetzt, der über die Leitung 130 dem Datenempfänger 34 zugeführt wird.

Ein Differenzverstärker 140 empfängt den seriellen Bitstrom, der die Beschleunigungsmesser- und Winkelsignalausgänge repräsentier¹", von der Datenübertragungsleitung 130 und führt diesen Bitstrom einem Ser ien-Paralle 1-Umsetzer 142 über eine Leitung 144 zu. Eine Synchronisiereinheit 146 in Kombination mit einer Zeitsteuereinheit 148 bewirkt über eine Leitung 150, daß der Serien-Paralle 1-Umsetzer 142 den seriellen Bitstrom in ein Parallelsignal auf Leitungen 152 umsetzt. Die Digitaldaten auf den Leitungen 152 werden dann einem Computer zugeführt, der entweder ein Analog- oder ein Digital-Computer ist und Signale erzeugt, die die Bohrlochrichtung entsprechend den vorher erläuterten Beziehungen repräsentieren.

Ferner umfaßt der Signalverarbeiter 34 eine Stromversorgung 156, die die verschiedenen Bauteile der Sonde über ein Energieübertragungskabel 158 sowie die Komponenten des Signalverarbeiters 34 speist. Das Energieübertragungskabel bildet ebenfalls einen Teil des Kabels 32 von Fig. 1 und speist einen Umformer 160 in der Sonde, der die verschiedenen Schaltungsbauteile und Instrumente wie die Beschleunigungsmesser 40, 42 und 44 innerhalb der verschiedenen Sondenabschnitte speist.

Die Annahme, daß die Sonde in Inkrementen von genau 2/3 der Sondenlänge abwärts oder aufwärts bewegt wird, ist nicht unbedingt ein starres Betriebserfordernis. Intermittierende Messungen mit kürzere.n Inkrementen oder asynchrone Messungen mit kontinuierlich bewegter Sonde sind leicht durchführbar, vorausgesetzt, daß die Länge des Startrohrs 18 mindestens 2L beträgt und daß Bereehnungsalgorithmus irgendein Interpolationsschema aufweist. Ein geeignetes Verfahren ist z. B. in der US-Patentanmeldung Nr. 200 096 angegeben.

Claims

BEETZ & PARTNER '■*' : **-* --"Patentanwälte 3200269 Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 European Patent Attorneys Telefon (0 89) 22 72 01 - 22 72 44 - 29 5910 Telex 522 048 - Telegramm Allpat München . Dipl.-Ing. ^ BEETZ Sen. Dr.-Ing. R. BEETZ jun. 2-T3.2o5P Dr.-Ing. W. TIMPE ■ Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED Priv.-Doz. Dipl.-Che, n. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT 11981 . 7. Jan. 1982 Ansprüche

1. Bohrlochmeßvorrichtung mit

einer aus einem ersten und einem zweiten Abschnitt bestehenden Sonde, die in ein Bohrloch einführbar und durch dieses bewegbar ist, und

einer Verbindungseinheit, die den ersten Sondenabschnitt flexibel mit dem zweiten Sondenabschnitt verbindet, gekennzeichnet durch

- eine Winkelmeßeinheit (49, 50; 74), die mit der Sonde (20, 22, 24) betriebsmäßig verbunden ist und Signale erzeugt, die den Winkel zwischen dem zweiten (22) und dem ersten (20) Sondenah^chnitt an der Verbindungseinheit (26) repräsentieren;

- eine auf die Winkelsignale ansprechende Signalverarbeitungseinheit (34), die die Bohrlochrichtung repräsentierende Signale erzeugt; und

- eine auf die Winkelsignale ansprechende Einheit zum Messen der Bohrlochtiefe.

2. Bohrlochmeßvorrichtung mit

einer aus ei iem ersten und einem zweiten Abschnit¹ bestehenden Sonde, die in ein Bohrloch einführbar und durch dieses bewegbar ist, und

einer Verbindungseinheit, die d'jn ersten Sondenabschnitt flexibel mit dem zweiten Sondenabschnitt verbindet, gekennzeichnet durch

WP-I)O t400-Schö

- eine Winkelmeßeinheit (49, 50; 74), die mit der Sonde (20, 22, 24) betriebsmäßig verbunden ist und Signale erzeugt, die den Winkel zwischen dem zweiten (22) und dem ersten (20) Sondenabschnitt an der Verbindungseinheit (26) repräsentieren;

- eine Signalverarbeitungseinheit (34), die aufgrund der Winkelsignale die Bohrlochrichtung repräsentierende Signale erzeugt;

- eine Einheit zum Erzeugen eines Neigungssignals, das die Neigung des ersten Sondenabschnitts (20) relativ zur Vertikalen repräsentiert;

- eine Einheit, die ein erstes Winkelsignal, das die relative Neigung des zweiten Sondenabschnitts (22) in bezug auf den ersten Sondenabschnitt (20) bezeichnet, und ein zweites Winkelsignal erzeugt, das das relative Azimut des zweiten Sondenabschnitts (22) in bezug auf den ersten Sondenabschnitt (20) bezeichnet; und

- Mittel, die aus dem Neigungssignal eine horizontale Signalkomponente erzeugt, die den Sinus der Kombination aus Neigungssignal und relativem Neigungssignal repräsentiert .

3. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (34) Mittel aufweist zum Erzeugen eines Azimut-Sinussignals, das den Sinus eines das relative Azimutsignal umfassenden Signals repräsentiert, und eines Azimut-Kosinussignals, das den Kosinus eines das relative Azimutsignal umfassenden Signals repräsentiert.

4. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (34) Mittel aufweist zum Verknüpfen des horizontalen Projektionssignals mit dem Azimut-Kosinussignal zwecks Erzeugens eines Signals,

das ein Inkrement der horizontalen Projektion-des Bohrlochs in einer ersten Richtung bezeichnet.

5. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (34·) Mittel aufweist zum Verknüpfen des horizontalen Projektionssignals mit dem Äzimut-Sinussignal zwecks Erzeugens eines Signals, das ein Inkrement der horizontalen Projektion des Bohrlochs in einer zweiten Richtung bezeichnet.

6. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungseinheit (3A-) Mittel aufweist zum Verknüpfen des Neigungssignals mit dem relativen Neigungssignais zu einem Neigungs-Verbundsignal, und ferner Mittel aufweist zum Erzeugen eines Signals, das den Kosinus des Neigungs-Verbundsignals, das ein Inkrement der Bohrlochtiefe darstellt, repräsentiert.

7. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zum Erzeugen des Azimut-Sinussignals und des Azimut-Kosinussignals eine Einheit zum Erzeugen eines Signals, das den Sinus eines mindestens zum Teil das Neigungssignal enthaltenden Signals bezeichnet, und eine Einheit zum Teilen des relativen Azimutsignals durch das Neigungs-Sinussignal aufweisen.

8. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungseinheit (26 oder 28) Mittel aufweist, die eine Rotation des ersten Sondenabschnitts (20) in bezug auf den zweiten Sondenabschnitt (22) verhindern.

9. Bohrlochmeßvorrichtung mit

einer einen ersten, eine Längsachse aufweisenden Sondenabschnitt und einen zweiten, eine Längsachse aufweisenden Sondenabschnitt umfassenden Sonde und einer Verbindungseinheit, die den ersten und den zweiten Sondenabschnitt flexibel miteinander verbindet, wobei die Sonde in ein Bohrloch einführbar und durch dieses bewegbar ist, gekennzeichnet durch

- eine mehrere Beschleunigungsmesser (4-0, 42, 44) umfassende Beschleunigungsmesser-Einheit innerhalb des ersten Sondenabschnitts (20), wobei die Beschleunigungsmesser mehrere Signale erzeugen, die die relative räumliche Orientierung des ersten Sondenabschnitts (20) im Bohrloch in bezug auf die Schwerkraft bezeichnen;

- eine Winkelmeßeinheit (49, 50; 74), die mit der Sonde (20, 22, 24) betriebsmäßig verbunden ist und Signale erzeugt, die die Winkel zwischen der Längsachse des zweiten Sondenabschnitts (22) und der Längsachse des ersten Sondenabschnitts (20) bezeichnen;

- eine betriebsmäßig mit der Beschleunigungsmesser-Einheit (40, 42, 44) verbundene Einheit, die aus den Beschleunigungsmesser-Signalen ein Signal erzeugt, das die Neigung des ersten Sondenabschnitts (20) relativ zur Schwerkraftrichtung bezeichnet;

- mit der Winkelmeßeinheit (49, 50; 74) betriebsmäßig verbundene Einheiten, die aus den Winkelsignalen ein erstes Winkelsignal, das die relative Neigung der Längsachse des zweiten Sondenabschnitts (22) in bezug auf die Längsachse des ersten Sondenabschnitts (20) bezeichnet, und ein zweites Winkelsignal erzeugen, das das relative Azimut der Längsachse des zweiten Sondenabschnitts (22) in bezug auf die Längsachse des ersten Sondenabschnitts· (20) beze ichnet;

- eine auf das Neigungssignal und das erste Winkelsignal ansprechende Einheit, die eine horizontale Signalkomponente erzeugt, die den Sinus der Kombination des Neigungssignals und des ersten Winkelsignals repräsentiert;

- eine betriebsmäßig mit der Winkelmeße.inheit (49, 50; 74) verbundene Einheit zum Erzeugen eines Signals, das den Sinus eir.os das zweite Winkelsignal umfassenden Signals bezeichnet, und eines Signals, das des Kosinus eines das zweite Winkelsignal umfassenden Signals bezeichnet;

- eine auf die horizontale Signalkomponente und den Kosinus des zweiten Winkelsignals ansprechende Einheit, die ein horizontales Projektionssignal erzeugt, das eine inkrementelle horizontale Projektion des Bohrlochs längs einer ersten vorbestimmten Richtung repräsentiert; und

- eine auf die horizontale Signalkomponente und den Sinus des zweiten Winkelsignals ansprechende Einheit, die ein Signal erzeugt, das eine inkrementelle horizontale Projektion des Bohrlochs längs einer zweiten vorbestimmten Richtung repräsentiert.

10. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

eine Tiefenbestimmungseinheit, die mit der Beschleunigungsmesser-Einheit (40, 42, 44) und der Winkelmeßeinheit (49, 50; 74) betriebsmäßig verbunden ist und ein die Bohrlochtiefe bezeichnendes Signal erzeugt.

11. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

eine Tiefenbestimmungseinheit, die auf das Neigungssignal und das erste Winkelsignal anspricht und ein Signal erzeugt, das ein Inkrement der Bohrlochtiefe repräsentiert, und die Mittel zum Verknüpfen des Neigungssignals mit dem ersten Winkelsignal und Mittel zum Erzeugen eines Signals aufweist, das den Kosinus des kombinierten Neigungssignals und des ersten Winkelsignals bezeichnet.

- * t> W <J V

12. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einheit zum Erzeugen des ersten und des zweiten Winkelsignals aufweist:

mit der Beschleunigungsmesser-Einheit (40, 42, 44) betriebsmäßig verbundene Mittel zum Erzeugen eines Signals, das den Rollwinkel (φ) der Sonde (20, 22, 24) im Bohrloch bezeichnet, und

Mittel zum Ausgleich des ersten und des zweiten Winkelsignals in bezug auf den Rollwinkel (j4).

13. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

- einen dritten, eine Längsachse aufweisenden Sondenabschnitt (24);

- eine Einheit (28) zum flexiblen· Verbinden des dritten Sondenabschnitts (24) mit dem zweiten Sondenabschnitt (22);

- eine betriebsmäßig mit der Sonde verbundene Winkelmeßeinheit für den dritten Sondenabschnitt (24), die Signale erzeugt, die die Winkel zwischen der Längsachse des dritten (24) und derjenigen des zweiten Sondenabschnitts (22) bezeichneede Signale erzeugt;

- eine betriebsmäßig mit der Winkelmeßeinheit für den dritten Sondenabschnitt (24) verbundene Einheit zum Erzeugen eines dritten Winkelsignals, das die Neigung der Längsachse des dritten Sondenabschnitts (24) in bezug auf die Längsachse des zweiten Sondenabschnitts (22) bezeichnet, und eines vierten Winkelsignals, das das Azimut der Längsachse des dritten Sondenabschnitts (24) in bezug auf die Längsachse des zweiten Sondenabschnitts (22) bezeichnet; und

- eine auf das Neigungssignal, das dritte Winkelsignal und das vierte Winkwlsignal ansprechende Einheit zum Erzeugen eines Signals, das eine dem dritten Sondenab-

schnitt (2A-) entsprechende inkrementell horizontale Projektion des Bohrlochs längs der ersten vorbestimmten Richtung bezeichnet, und eines Signals, das eine inkrementelle horizontale Projektion des Bohrlochs entsprechend dem dritten Sondenabschnitt (24) längs der zweiten vorbestimmten Richtung bezeichnet.

14. Bohrlochmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungseinheit (26 oder 28) Organe (45, 46, 48) aufweist, die eine Rotation des ersten Sondenabschnitts (20) in bezug auf den zweiten Sondenabschnitt (22) verhindern .

15. Bohrlochmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einheit zum Erzeugen der Signale, die den Sinus und den Kosinus des zweiten Winkelsignals repräsentieren, Mittel zum Teilen des zweiten Winkelsignals durch den Sinus des Neigungssignals aufweist.

16. Bohrlochmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13,. dadurch gekennzeichnet,

daß die Beschleunigungsmesser-Einheit drei Beschleunigungsmesser (40, 42, 44) aufweist.

17. Bohrlochmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Winkelmeßeinheit eine Mehrzahl Halbleiter-Dehnungsmesser (76, 78, 79, 80) aufweist.

18. Bohrlochmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Winkelmeßeinheit eine Mehrzahl Dehnungsmesser (76, 78, 79, 80) aufweist, die auf eine winkelmäßige Auslenkung der Verbindungseinheit (26 oder 28) ansprechen.

19. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Sonde (20, 22, 24 ) weiterhin einen Zentralisierer (52, 54, 56, 58) aufweist, so daß der erste Sondenabschnitt (20) in der Bohrlochmitte gehalten wird.

20. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zentralisierer aufweist:

eine Mehrzahl Rollen (60, 62);

jeweils einen an jeder Rolle (60, 62) befestigten Schenkel (63, 64); und

eine betriebsmäßig mit den Schenkeln (63, 64) verbundene Ausfahrmechanik (65-68, 70-73), die die Rollen (60, 62) in Anlage an den Bohrlochseiten bringt und den ersten Sondenabschnitt (20) in der Bohrlochmitte hält.

21. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausfahrmechanik eine innerhalt des ersten Sondenabschnitts (20) gesicherte Zugfeder (67) und je ein an jedem Schenkel (63, 64) und an der Zugfeder (67) gesichertes Ausfahrorgan (65, 66) aufweist, wobei jedes Ausfahrorgan (65, 66) aufgrund der Einwirkung der Zugfeder (67) das Ausfahren jedes Schenkels (63, 64) um einen gleichen Betrag vom ersten Sondenabschnitt (20) bewirkt.

22. Bohrlochmeßvorrichtung mit

einer Verbindungseinheit, die den ersten Sondenabschnitt mit dem zweiten Sondenabschnitt flexibel verbindet, gekennzeichnet durch

eine Mehrzahl Beschleunigungsmesser (^ώ Q, 42, 44) , die im ersten Sondenabschnitt (20) angeordnet sind; eine mit der Sonde (20, 22, 24-) betriebsmäßig verbundene Winkelmeßeinheit (4-9, 50; 7A-) zur Erzeugung von Signalen,' die die Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Sondenabschnitt (20 und 22) an der Verbindungseinheit (26) bezeichnen;

eine Mehrzahl Signalaufbereitungs-Glieder (98, 100, 102, 110, 112, 114) innerhalb der Sonde, wobei je ein Glied betriebsmäßig mit je einem Beschleunigungsmesser verbunden ist;

einen in der Sonde (20, 22, 24) angeordneten Multiplexer (90), der mit der Winkelmeßeinheit und den Signalauf bereitungs-Gliedern betriebsmäßig verbunden ist; einen in der Sonde angeordneten Analog-Digital-Umsetzer (122), der mit dem Multiplexer (90) betriebsmäßig verbunden ist;

einen in der Sonde angeordneten Serien-Umsetzer (126), der mit dem Analog-Digital-Umsetzer (122) betriebsmäßig verbunden ist;

ein betriebsmäßig an den Ausgang des Serien-Umsetzers' (126) angeschlossenes Datenübertragungskabel (130); eine in der Sonde angeordnete und betriebsmäßig mit dem Multiplexer (90) verbundene Logikstufe (131), wobei aufgrund des Analog-Digital-Umsetzers (122) und des Serien-Umsetzers (126) der Multiplexer (90) eine Bündelung des Ausgangs der Signalaufbereitungs-Glieder (98, 100, 102, 110, 112,114) mit den Winkelsignalen ausführt und der Analog-Digital-Umsetzer (122) die gebündelten Signale in ein Digitalsignal umsetzt und der Serien-Umsetzer (126) das Digitalsignal dem Datenübertragungskabel (130) zuführt; und einen außerhalb des Bohrlochs positionierten und betriebsmäßig mit dem Datenüber.tragungskabel (130) verbundenen Datenempfänger (34), der das Digitalsignal von der Sonde (20, 22, 24) empfängt.

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23. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalaufbereitungs-Glieder Filter (98, 100, 102) und Abtast- und Haltekreise (111, 112, 114) umfassen, wobei die Abtast- und Haltekreise (110, 112, 114) betriebsmäßig mit der Logikstufe (131) verbunden sind.