DE2028335C

DE2028335C - Device for measuring the inclination and azimuth of a drill pipe

Info

Publication number: DE2028335C
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Societe dApplications Generales dElectncite et de Mecanique SAGEM, Paris
Publication date: 1972-08-31

Description

weise von einem Elektromotor angetrieben, der anwisely driven by an electric motor that commands

tv κ~λ α u · u. · , ^{10 de}m Drehteil fest ist und eine Welle antreibt, die in dertv κ ~ λ α u · u. ·, ^{10 de} m rotating part is fixed and drives a shaft, which in the

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Achse des Bohrgestänges liegt und ein Kegelrad trägt,The invention relates to a device located on the axis of the drill string and carries a bevel gear, Messung der Neigung und des Azimuts eines Bohr- das mit einem auf der die Achse des Pendels bildendenMeasurement of the inclination and azimuth of a drill with one on the axis of the pendulum

gestanges bei Erdbohrungen mit einem Pendel und Stange drehbar gelagerten Zwischenrad im Eingriffrods engaged in earth bores with a pendulum and rod rotatably mounted intermediate gear

einem KompalJ als Meßinstrumente sowie einem steht, das das Meßelement der ersten Meßeinricntunga KompalJ as measuring instruments and one that is the measuring element of the first measuring device

standig umlaufenden Antriebsmotor. _l5 treibt _und seinerseits mit einem Kegelrad im Ein-constantly revolving drive motor. _l5 drives _{and in} turn with a bevel gear in one

Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen griff steht, das das Meßelement der zweiten Meßeinrich-There are devices of this type known in which the handle is that the measuring element of the second measuring device

der Bereich der Messung der Neigung, d. h. der Ab- tung antreibt.the range of measurement of the slope, d. H. who drives the abbot.

weichung der Achse des Bohrgestänges von der Verti- An Hand der in der Zeichnung dargestellten bevor-deviation of the axis of the drill pipe from the verti- On the basis of the preferred shown in the drawing

kalen beschrankt ist, teils aus Gründen des Platz- zugten Ausführungsformen wird die Erfindung im bedarts, aber auch aus Gründen der Genauigkeit, so folgenden beispielsweise näher erläutert. Es zeigt Außerdem arbeiten diese bekannten Vorrichtungen Fig.l in perspektivischer Darstellung den prin-kalen is limited, partly for reasons of space-zugten embodiments, the invention is in bedarts, but also for reasons of accuracy, as explained in more detail below, for example. It shows In addition, these known devices Fig.l work in a perspective view of the prin-

mit optischen Mitteln und mit fotografischer Aufzeich- zipiellen Aufbau der Meßvorrichtung, nung. Uie brtmdung schafft eine Vorrichtung, die F i g. 2 einen mehr ins einzelne gehenden Schnitt inwith optical means and with photographic recordable construction of the measuring device, tion. Uie brtmdung provides an apparatus which is shown in FIG. 2 a more detailed cut in

fortlaufend elektrische Impulse liefert, die die Neigung einer vertikalen Längsebene der Meßvorrichtung, und den Azimut angeben, und die sich vor allem auch »5 F i g. 3 den Aufbau von Einrichtungen zur Messung bei Erdbohrungen verwenden läßt, die schirmartig von der Vertikalen in der in F i g. 2 gezeigten Vorrichtung, Plattformen unter verschiedenen Seitenwinkeln nieder- F ig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV incontinuously supplies electrical impulses which determine the inclination of a vertical longitudinal plane of the measuring device, and specify the azimuth, and above all also »5 F i g. 3 the construction of equipment for measurement can be used in earth bores, the umbrella-like from the vertical in the in F i g. 2 device shown, Platforms at different side angles. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG

gebracht werden, auch mit Neigungen gegen die F i g. 3 undbe brought, even with inclinations against the F i g. 3 and

Vertikale von über 60°. _F j _g 5 _den Aufbau von Einrichtungen zur MessungVertical of over 60 °. _F j _g 5 shows _the structure of means for measuring

Die Erfindung erreicht das mit einer Vorrichtung 30 des Azimuts in der in F i g. 2 gezeigten Vorrichtung, der eingangs genannten Art durch Wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt, ist das MeßgerätThe invention accomplishes this with a device 30 of the azimuth in the manner shown in FIG. 2 device shown, of the type mentioned at the outset by As shown in FIGS. 1 and 2 is the meter

eine ständig umlaufende erste Meßeinrichtung mit '^m ^^{nneren β}·^ηΜ Rohrabschnittes befestigt, der eines einem in einer durch das Pendel eingestellten ^der R°^{nre des} Bohrgestänges 1 bildet und in der Nähe senkrechten Ebene ständig umlaufenden Meß- ^{des mcnt} gezeigten Bohrkopfes liegt, element, 35 Die Vorrichtung enthält ein Drehteil 2, das durcha continuously circulating first measuring means with ^'m ^ ^{nneren β} · ^ηΜ pipe section fixed, the one a plane in a set by the pendulum ^of R ° ^{nre of the} drill pipe 1 forms and vertical near constantly rotating measuring ^the drill head ^mcnt shown is, element , 35 The device contains a rotating part 2, which by

einer auf einer durch die Rotationsachse des Meß- ^{zwei La}g^{er 3} koaxial mit der Achse XX des Bohrelements verlaufenden Parallelen zur Achse des gestanges gehalten wird. In den Lagern 3 kann sich Bohrgestänges angebrachten ersten Bezugsmarke ^das Drehteil 2 frei drehen. Es ist fest mit einem Bügel 5 und verbunden, der eine Achse ZZ bestimmt, die senkrechtone is held on a parallel to the axis of the rod running through the axis of rotation of the measuring ^two ^{bearings 3} coaxially with the axis XX of the drilling element. In the bearings 3, the first reference mark attached to the drill rods, ^the rotating part 2 can rotate freely. It is firmly connected to a bracket 5 and which defines an axis ZZ , which is perpendicular

einer in der Senkrechten zur Rotationsachse des ⁴° ^lie8^{l zur Achse} ^xx ^des Bohrgestänges 1. Die Vorrich-Meßelements liegenden zweiten Bezugsmarke ^tun8 enthält ferner ein Pendel 7, das ein durch einea ^lie in the perpendicular to the axis of rotation ⁴ ° 8 ^{l to the axis} ^xx ^{of the} drill string 1. The Vorrich sensing element lying second reference mark ^do 8 further includes a pendulum 7, which is a by

und durch eine mit der ersten Meßeinrichtung ge- vertikale Stange 9 getragenes Gewicht 8 enthält. Die koppelte, gleichfalls ständig umlaufende zweite Stange 9 ist senkrecht an einer horizontalen Stange 10 Meßeinrichtung befestigt, die sich koaxial mit der Achse ZZ in zweiand weight 8 carried by a vertical rod 9 with the first measuring device. The coupled, also constantly revolving second rod 9 is attached vertically to a horizontal rod 10 measuring device, which is coaxial with the axis ZZ in two

mit einem in einer durch das Pendel eingestellten ^{45 auf dem BÜ}8^{el 5} befestigten Lagern 11 drehen kann, horizontalen Ebene ständig umlaufenden Meß- ^Ein Antriebsmotor 12, der vorteilhafterweise auscan rotate with one in a set by the pendulum ^{45 on the BÜ} 8 ^{el 5} bearings 11, horizontal plane constantly revolving measuring ^A drive motor 12, which advantageously from

element, einem Elektromotor besteht, treibt eine Motorwelle 13element, which consists of an electric motor, drives a motor shaft 13

mit einer gegenüber der Rotationsachse des Meß- ^an» ^{deren eines Ende in Höhe des BÜ}8^{els 5} abschließt elements in einer durch den Kompaß festgelegten ^{und ein Tre}'brad 14 trägt. Dieses steht im Eingriff mit Bezugsrichtung liegenden Bezugsmarke und ⁵° ^cinem Zwischenrad 15, das lose auf der horizontalen mit einer in der Projektion der Achse des Bohr- ^Stan8^{e l0} befestigt ist. Der Statoi des Motors 12 wird gestanges auf eine Horizontale Ebene liegenden ^{durch das} Drehteil 2 getragen.with respect to the axis of rotation of the measurement ^to ^{"one end at the level of BU} 8 ^{els 5} elements terminating in a specified by the compass ^{and a Tre} 'brad carries 14th This is in engagement with the reference direction lying reference mark and ⁵ ° ^Cinem intermediate wheel 15, the loose on the horizontal ^8e is fixed with a ^l0 in the projection of the axis of the drilling ^Stan. The statoi of the motor 12 is carried ^{by the} rotating part 2 rods lying on a horizontal plane.

Bezugsmarke, Durch diesen Aufbau wird die Messung der NeigungReference mark, This setup enables the measurement of the slope

wobei die Meßelemente und Bezugsmarken zur ^{nicht durch die} Winkellage und/oder eine verbleibende Erzeugung eines elektrischen Impulses beim Vor- ^ς5 Winkelgeschwindigkeit des Drehteils 2 in seinen Labeilaufer, eines Meßelements an einer zugehörigen 8^{ern 3} beeinflußt, insbesondere wenn die Achse XX Bezugsmarke ausgebildet sind. ^des Bohrgestänges 1 vertikal oder in der Nähe derwherein the measuring elements and reference marks are ^{not influenced by the} angular position and / or a remaining generation of an electrical pulse at the forward ^ς 5 angular speed of the rotating part 2 in its labeilaufer, a measuring element on an associated 8ern ³ , especially when the axis XX reference mark are formed . ^{of the} drill string 1 vertically or in the vicinity of the

Vertikalen liegt.Vertical. Der Winkel, den die Motorwelle zwischen den beiden Das umlaufende Meßelement 19 der ersten MeßThe angle that the motor shaft between the two The rotating measuring element 19 of the first measuring

elektrischen Impulsen der ersten Meßeinrichtung 60 einrichtung, das über die Motorwelle 13 angetrieben durchläuft, gibt die Neigung der Achse des Bohr- wird, gibt einen ersten elektrischen Impuls, wenn es gestanges gegen die Vertikale wieder. vor der Bezugsmarke 21 vorbeiläuft, die in der Ver-electrical pulses of the first measuring device 60 device, which is driven via the motor shaft 13 passes through, gives the inclination of the axis of the drilling, gives a first electrical impulse when there is Gestanges against the vertical again. passes in front of the reference mark 21, which in the

Der Winkel, den die Motorwelle zwischen den tikalen zur Drehachse ZZ liegt, und einen zweiten beiden elektrischen Impulsen der zweiten Meßeinrich- Impuls, wenn es vor der festen Bezugsmarke 20 vorbeitung durchläuft, gibt den Seitenwinkel bzw. den 65 läuft, die in Richtung der Achse XX des Bohrgestän-Azimut der Achse des Bohrgestänges gegen die ges 1 liegt. Die zweite Meßeinrichtung enthält eine magnetische Nord-Süd-Richtung in der Horizontalen Drehscheibe 16, die auf das Erdmagnetfeld derart anan. spricht, daß ein dritter elektrischer Impuls abgegebenThe angle that the motor shaft lies between the vertical to the axis of rotation ZZ , and a second two electrical pulses of the second measuring device pulse, when it passes in front of the fixed reference mark 20, gives the side angle or the 65 running in the direction of the axis XX of the drill string azimuth of the axis of the drill string against the tot 1 lies. The second measuring device contains a magnetic north-south direction in the horizontal turntable 16, which anan on the earth's magnetic field. speaks that a third electrical impulse is emitted

wird, wenn ihre Fühlachse YY mit der Achse des Meßelement 19 vor dem festen Meßelement 21 vorbeimagnetischen Erdfeldes übereinstimmt. Die Dreh- läuft.when its sensing axis YY coincides with the axis of the measuring element 19 in front of the fixed measuring element 21 past magnetic earth field. The shooting is running.

scheibe 16 ist auf der vertikalen Stange 9 drehbar ge- Bei der in F i g. 2 ebenfalls angedeuteten und inDisk 16 is rotatable on the vertical rod 9. 2 also indicated and in

lagert und über ein Rad 17 angetrieben, das wiederum F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform umfaßt dieand driven by a wheel 17, which in turn F i g. 3 and 4 includes the embodiment shown

durch das Zwischenrad 15 angetrieben wird. Wenn das 5 erste Meßeinrichtung ein bewegliches Meßelement 190,is driven by the intermediate gear 15. If the 5 first measuring device has a movable measuring element 190,

umlaufende Meßelement 23, das über die Drehscheibe das die Form einer Kugel oder Rolle 191 besitzt undrotating measuring element 23, which has the shape of a ball or roller 191 via the turntable and

16 angetrieben wird, vor der festen Bezugsmarke 24 aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Es be-16 is driven, in front of the fixed reference mark 24 consists of an electrically conductive material. It is

vorbeiläuft, die in Richtung 25 der Projektion der wegt sich auf zwei ringförmigen Führungen 192 undthat passes in the direction 25 of the projection of the moves on two annular guides 192 and

Achse XX des Bohrgestänges 1 auf einer horizontalen 193, die durch die Motorwelle 13 um die horizontaleAxis XX of the drill pipe 1 on a horizontal 193, which by the motor shaft 13 to the horizontal Ebene liegt, wird ein vierter elektrischer Impuls ab- io Achse angetrieben werden. Die eine der beiden Füh-Is on the level, a fourth electrical impulse will be driven from the axis. One of the two leaders

gegeben. rungen, die Führung 192, besteht aus einem elektrischgiven. rungen, the guide 192, consists of an electrical

Der Bewegungswinkel der Motorwelle 13 zwischen leitenden Material, die Führung 193 zum Teil ausThe angle of movement of the motor shaft 13 between conductive material, the guide 193 in part

dem ersten und zweiten elektrischen Impuls gibt die einem elektrisch leitenden und zum Teil aus einemThe first and second electrical impulses are electrically conductive and partly from one

Neigung der Achse XX des Bohrgestänges 1 gegenüber elektrisch nichtleitenden Material,Inclination of the axis XX of the drill pipe 1 in relation to electrically non-conductive material,

der Vertikalen wieder. Läuft die Motorwelle 13 mit 15 Die beiden Führungen 192 und 193 liegen an unter-the vertical again. If the motor shaft 13 runs at 15 The two guides 192 and 193 are

konstanter^Drehzahiüm, so kann dieser Winkel durch schiedlichen elektrischen Spannungen. Passiert dabeiconstant speed, this angle can be achieved by different electrical voltages. Happened there

Messung der Zeit zwischen dem ersten und zweiten eine der beiden Verbindungen zwischen beiden TeilenMeasure the time between the first and second one of the two connections between both parts

elektrischen Impuls bestimmt werden. der Führung 193 die Vertikale zur Drehachse derelectrical impulse can be determined. the guide 193 the vertical to the axis of rotation

Analog gibt die Winkelbewegung der Motorwelle 13 beiden Führungen 192 und 193, so ändert die KugelSimilarly, the angular movement of the motor shaft 13 gives both guides 192 and 193, so the ball changes

zwischen dem dritten und vierten elektrischen Impuls ao oder Rolle 191 die elektrische Verbindung zwischenbetween the third and fourth electrical impulses ao or role 191 the electrical connection between

den Seitenwinkel bzw. Azimut der Achse XX des Bohr- den beiden Führungen, wodurch der erste elektrischethe lateral angle or azimuth of the axis XX of the drill the two guides, whereby the first electrical

gestänges gegenüber der horizontalen magnetischen Impuls ausgelöst wird.rod against the horizontal magnetic pulse is triggered.

Nord-Süd-Richtung an. Läuft die Motorwelle 13 mit Vorteilhafterweise besitzt der Teil der beiden Fühkonstanter Drehzahl um, so kann der Winkel durch rungen 192 und 193, der die nutzbare Verbindungs-Messung des Zeitabschnitts zwischen dem dritten und »5 stelle der Führung 193 umgibt, die Form eines Kreises vierten elektrischen Impuls bestimmt werden. mit großem Durchmesser, während der restliche Teil Zur Anzeige der Winkellage der Motorwelle 13 der beiden Führungen 192 und 193 eine beliebige, vorgegenüber dem Bohrgestänge 1 ist ein umlaufendes zugsweise stetige Form besitzt Meßelement 26 vorgesehen, das über die Motorwelle Durch diesen Aufbau der ersten Meßeinrichtung 13 angetrieben wird und vor einer Bezugsmarke 27 30 wird die Genauigkeit der Vorrichtung vergrößert, wenn vorbeiläuft, die am Bohrgestänge 1 fest ist und dabei die Abweichung zwischen der Vertikalen und der einen fünften elektrischen Impuls abgibt. Dieser Achse XX des Bohrgestänges gering ist (zwischen 0 und fünfte elektrische Impuls kennzeichnet die Winkellage einigen Grad).North-South direction. If the motor shaft 13 advantageously rotates the part of the two constant speeds, the angle by stanchions 192 and 193, which surrounds the useful connection measurement of the time segment between the third and »5 position of the guide 193, can be in the shape of a circle fourth electrical impulse can be determined. with a large diameter, while the remaining part to display the angular position of the motor shaft 13 of the two guides 192 and 193 any, opposite to the drill rod 1, a circumferential, preferably continuous, measuring element 26 is provided, which over the motor shaft by this structure of the first measuring device 13 is driven and in front of a reference mark 27 30, the accuracy of the device is increased when it passes that is fixed to the drill pipe 1 and thereby emits the deviation between the vertical and the fifth electrical pulse. This axis XX of the drill pipe is small (between 0 and fifth electrical impulse indicates the angular position of a few degrees).

der Motorwelle 13 gegenüber dem Bohrgestänge 1 und Die sich ergebende Änderung der elektrischen Ver-of the motor shaft 13 compared to the drill rod 1 and The resulting change in the electrical

außerdem im Vergleich mit dem vierten elektrischen 35 bindung zwischen den beiden Führungen 192 und 193also in comparison with the fourth electrical 35 connection between the two guides 192 and 193

Impuls die Winkelstellung der Bezugsmarke 27 gegen ergibt eine genau lokalisierte SpannungsänderungImpulse against the angular position of the reference mark 27 results in a precisely localized voltage change

die magnetische Nord-Süd-Richtung. zwischen den jeweiligen Spannungen der beiden Füh-the magnetic north-south direction. between the respective voltages of the two

Wie in F i g. 2 gezeigt, besitzt das Drehteil 2 vor- rungen mit steiler Vorderflanke.As in Fig. As shown in FIG. 2, the rotating part 2 has protrusions with a steep front flank.

zugsweise die Form eines geschlossenen Gehäuses, das Die beiden Führungen 192 und 193 können vonpreferably in the form of a closed housing, which The two guides 192 and 193 can be of

das Pendel 7 den elektrischen Antriebsmotor 12 und 40 einem Gehäuse 194 umschlossen sein, das aus Isolier-the pendulum 7 the electric drive motor 12 and 40 be enclosed in a housing 194 made of insulating

die Meßeinrichtungen umschließt. Das Drehteil 2 be- material besteht und auf dem Zwischenrad 15 befestigtencloses the measuring devices. The rotating part 2 consists of material and is attached to the intermediate wheel 15

sieht dann aus einem usrnagnetischen Material wie sein kann.looks then from a usrnagnetischen material as can be.

Jj_13n Wie in Fi g. 5 gezeigt, enthält die die zweite Meß-Jj _13n As in Fig. 5, contains the second measurement Unter diesen Umständen liegt das umlaufende Meß- einrichtung bildende Drehscheibe einen sich um dieUnder these circumstances, the rotating measuring device forming turntable lies around the

element 26 innerhalb und das feste Meßelement 27 45 vertikale Stange 9 drehenden und aus magnetischelement 26 inside and the fixed measuring element 27 45 vertical rod 9 rotating and off magnetically

außerhalb des Drehteils 2. durchlässigem Material bestehenden torusförmigenoutside of the rotating part 2. permeable material existing toroidal

Da die Meßvorrichtung vorwiegend zur Messung Kern Sl mit mehreren identischen und gleichmäßigSince the measuring device is mainly used to measure core Sl with several identical and uniform

einer Neigung zwischen der Vertikalen und der auf seinem Umfang verteilten Einschnitten 52, die, wiean inclination between the vertical and the notches 52 distributed on its circumference, which, like

Achse XX des Bohrgestänges dienen soll, deren Wert in F i g. 5 gezeigt, nach außen oder auch nach innenAxis XX of the drill pipe is to serve, the value of which in F i g. 5 shown, outwards or inwards

maximal um einige Grad unterhalb 90° liegt, besitzen 50 offen sein können, und eine aus einer Wicklung umis a maximum of a few degrees below 90 °, have 50 can be open, and one from a winding around

das Antriebsrad 14 und das angetriebene Rad 17 den den torusförmigen Kern bestehende Erregerspule 53,the drive wheel 14 and the driven wheel 17 the excitation coil 53 consisting of the toroidal core,

gleichen Durchmesser und stehen über das einfache die über den Grund jedes Einschnittes 52 läuft und der-same diameter and stand over the simple one that runs over the bottom of each incision 52 and the-

Zwischenrad 15 miteinander in Verbindung (F i g. 2). art aufgebaut ist, daß der derart hergestellte MagnetIntermediate gear 15 in connection with one another (FIG. 2). art is constructed that the magnet produced in this way Soll die Meßvorrichtung aber zur Messung einer regelmäßig und geschlossen ist, wobei jeder EinschnittHowever, if the measuring device is intended to measure a regular and closed, each incision

Neigung zwischen der Vertikalen und der Achse XX Inclination between the vertical and the XX axis 55 wenigstens eine Windung der Erregerspule 53 auf-55 at least one turn of the excitation coil 53

des Bohrgestänges 1 dienen, deren Wert 90° erreichen nimmt Ih F i g. 5 sind zwei Windungen gezeigtof the drill rod 1, whose value reach 90 °, Ih F i g. 5 two turns are shown

kann, so besitzen das Antriebsrad 14 und das angetrie- Der torusförmige Kern besteht vorteilhafterweisecan, so have the drive wheel 14 and the driven The toroidal core is advantageously

beneRad 17 unterschiedliche Durchmesser und stehen aus einem Paket übereinandergescbichteter Bleche,beneRad 17 different diameters and are made up of a package of laminated sheets,

über ein Zwischenrad 15 mit einem doppelten Zahn- die aus einem Material erhöhter magnetischer Perme-via an intermediate wheel 15 with a double tooth - which is made of a material of increased magnetic permeability

krariz miteinander in Verbindung (F i g. 1). 60 abflität bestehen.krariz in connection with each other (Fig. 1). 60 abflicity exist.

Bei der Ausfühnmgsfonn der F i g. 1 besitzt die Die Erregerspule 53 wird bei 54 mit einer Wechsel-In the embodiment of FIG. 1 has the The excitation coil 53 is at 54 with an alternating

erste Meßeinrichtung ein umlaufendes Meßelement 19, spannung beliebiger Frequenz gespeist, die smus-first measuring device a rotating measuring element 19, voltage of any frequency fed, the smus-

das durch die Motorwelle 13 angetrieben wird und vor formig sein kann, und deren Amplitude so hoch ist,which is driven by the motor shaft 13 and can be shaped before, and the amplitude of which is so high

einer festen Bezugsmarke vorbeiläuft das in Richtung daß der torusförmige Kern 51 bei jeder Halbwelle ina fixed reference mark that passes in the direction that the toroidal core 51 in each half-wave in

der Vertikalen liegt ⁶5 die Sättigung getrieben wird.the vertical is ⁶ 5 the saturation is driven.

Das umlaufende Meßelement 19 und die Bezugs- Die Meßvorriehtung ist vorzugsweise, wie in F i g. 5The rotating measuring element 19 and the reference The measuring device is preferably, as in FIG. 5

marke 21 sind derart angeordnet daß der erste elek- gezeigt, einphasig und trägt eine einzige Gruppe A Mark 21 are arranged in such a way that the first elek- is shown, single-phase and carries a single group A.

irische Impuls abgegeben wird, wenn das umlaufende von Meßspuien 55a, 56a; 510a, 5Ha, 515a, 516a. DieIrish pulse is emitted when the circumferential of Meßspuien 55a, 56a; 510a, 5Ha, 515a, 516a. the

(ο(ο

Gruppe A wird gebildet durch abgeflachte oder kreis- steht jedes Lager 3 aus einem mit dem Drehteil 2 fest förmiee torusförmige Wicklungen, deren jeweilige verbundenen Teil und einem nicht umlaufenden Teil, mittlere Ebenen A_&, A_t; A₁₀, A₁₁; A_n, A_u zueinander das mit einem hin- und hergehenden Teil 100 verparallel und zur mittleren Ebene des torusförmigen bunden ist. . ,...,„., , , Kerns 51 senkrecht liegen. Jede Wicklung bildet eine 5 Dieses hm- und hergehende Teil 100 ist auf normalen Meßspule die über eine Gruppe von Einschnitten 52 Lagern 101 befestigt und mit einem Arm 102 versehen, läuft die gegenüber der diametralen Symmetrie- der an seinem Ende eine Gabel 103 trägt. In der Gabel achse Da des torusförmigen Kerns 51 symmetrisch 103 dreht sich ein auf einer Steuerwelle 105 befestigter liegen Die Symmetrieachse Da Hegt senkrecht zu den Nocken 104. Die Steuerwelle 105 wird durch den mittleren Ebenen A₆ ... A₁₉ der torusförmigen Wick- ίο elektrischen Hilfsmotor Ue angetrieben,
luneen ^'^e be'den jeweils zu den beiden Schwingarmen 192 Die Meßspulen 55a .. 516a der Gruppe A liegen gehörenden Nocken 104 sind identisch, jedoch um elektrisch miteinander in Reihe. 180° versetzt, so daß sie jeweils jedes der beiden Die an den Klemmen der Meßspulen 55a ... 516a Lager 3 in entgegengesetzter Richtung antreiben. Darder Gruppe A (miteinander in Reihe geschaltete 15 über hinaus trägt jedes hin- und hergehende Teil 100 S«u!"P.^ induzierte Spannung wird bei 520 abgenora- die Bürsten der umlaufenden Kontakte 107.
men wobei der dritte elektrische Impuls ausgelöst Aus konstruktiver Sicht ist es vorteilhaft, die Steuerwird wenn diese Spannung auf einem Minimalwert welle 105 in die Nähe der Innenwand des rohrförmigen liegt und sich in der Phase ändert. Die Winkellage des Abschnittes des Bohrgestänges 1 zu legen,
torusförmigen Kerns 51 ist in diesem Augenblick der- ao Je nach der Ausführungsform der Vorrichtung ist es art daß seine diametrale Symmetrieachse Da senk- vorzuziehen, die sie bildenden Elemente dicht in einem recht ist zur Richtung des magnetischen Feldes. Die rohrförmigen Abschnitt des Bohrgestänges 1 oder in Frequenz der induzierten Spannung ist doppelt so einem Zwischenbehälter einzuschließen, in dem die groß wie die Frequenz der die Erregerspule 53 speisen- einzelnen Elemente in öl liegen, durch das sie geden Spannung. Die Fühl- oder Meßachse YY der as schmiert werden, das die Lebensdauer der bewegten EIe-Drehscheibe 16 ist damit senkrecht zur diametralen mente erhält und die auftretenden Drücke ausgleicht. Symmetrieachse/>4. , , P^ie erfindungsgemäße Vorrichtung weist wesent-Group A is formed by flattened or circular- each bearing 3 consists of a toroidal windings fixed to the rotating part 2, their respective connected part and a non-rotating part, middle planes A _& , A _t ; A ₁₀ , A ₁₁ ; A _n , A _u are mutually parallel with a reciprocating part 100 and bound to the middle plane of the toroidal. . , ..., ".,,, Core 51 are perpendicular. Each winding forms a 5 This reciprocating part 100 is mounted on a normal measuring coil which is fastened to bearings 101 via a group of incisions 52 and is provided with an arm 102, which carries a fork 103 at its end opposite the diametrical symmetry. In the fork axis Since the toroidal core 51 rotates symmetrically 103 is a fixed on a control shaft 105. The axis of symmetry Da lies perpendicular to the cam 104. The control shaft 105 is through the middle planes A ₆ ... A _{19 of} the toroidal winding ίο electric auxiliary motor Ue driven,
luneen ^ ' ^e be'den each to the two oscillating arms 192 The measuring coils 55a .. 516a of group A are associated cams 104 are identical, but electrically in series with one another. 180 ° offset, so that they drive each of the two die at the terminals of the measuring coils 55a ... 516a bearings 3 in opposite directions. Darder group A (15 connected in series with one another also carries each reciprocating part 100 S "u!" P. ^ induced voltage is abgenora- the brushes of the circumferential contacts 107 at 520.
men where the third electrical impulse is triggered From a structural point of view, it is advantageous to control when this voltage is at a minimum value wave 105 near the inner wall of the tubular and changes in phase. To lay the angular position of the section of the drill string 1,
The toroidal core 51 is at this moment the- ao Depending on the embodiment of the device, it is preferable that its diametrical axis of symmetry Da is perpendicular, and the elements forming it are close in a right direction to the direction of the magnetic field. The tubular section of the drill rod 1 or the frequency of the induced voltage is to be enclosed twice as an intermediate container in which the individual elements, as large as the frequency of which the excitation coil 53 feeds, are in oil, through which they generate the voltage. The sensing or measuring axis YY of the as lubricated that the life of the moving EIe turntable 16 is thus perpendicular to the diametrical elements and compensates for the pressures occurring. Axis of symmetry /> 4. ,, P ^he device according to the invention has essential

Vorzugsweise sind die Meßspulen55a ...516a auf liehe, unter anderem folgende Vorteile auf:
zwei Reihen verteilt, von denen jede in den beiden der Die Genauigkeit ist unabhängig von der NeigungThe measuring coils 55a ... 516a are preferably available, including the following advantages:
two rows distributed, each of which in the two of the The accuracy is independent of the slope

diametralen Symmetrieachse D_A zunächst liegenden 30 der Achse des Bohrgestänges gegenüber der Vertikalen. Reihen der Einschnitte 52 liegt Bei Neigungen zwischen 0 und 90° ergibt sich eine Ge-diametrical axis of symmetry D _A initially lying 30 of the axis of the drill rod relative to the vertical. Rows of incisions 52 is located at inclinations between 0 and 90 ° there is a ge

Vorzugsweise ist der so ausgebildete und bewickelte nauigkeit von ± 15'. Die Genauigkeit der Seitentorusförmige Kern 51 mit zwei Polstücken 521 bzw. 522 winkelmessung (über 3«Π Hegt bei Neigungen über versehen, die aus einem Material erhöhter magne- 5° bei ± 2°. Diese Genauigkeit verschlechtert sich bei tischer Permeabilität bestehen. Die beiden Polstücke 35 Neigungen unter 5° langsam. Der Seitenwinkel ver-521 und 522 sind gegenüber der Symmetrieachse Da Uert jede Bedeutung, wenn das Bohrgestänge nicht gesymmetrisch angeordnet, neigt is^d. £ vertikal Hegt Preferably, the so designed and wound accuracy of ± 15 '. The accuracy of the side toroidal core 51 with two pole pieces 521 and 522 angle measurement (over 3 "Π is provided with inclinations that consist of a material of increased magnetic 5 ° at ± 2 °. This accuracy worsens with table permeability. The two Pole pieces 35 slopes slowly below 5 ° The side angles 521 and 522 are opposite to the axis of symmetry Since it is of any importance if the drill pipe is not arranged symmetrically, it is inclined vertically

Die Einschnitte, die oben beschriebene Verteilung Die Funktionsweise ist überaus einfach und zu-The incisions, the distribution described above The mode of operation is extremely simple and easy to use.

der Meßspulen und die eventuelle Anordnung der verlässig. Dies ist bei den überaus harten Bedingungen, beiden Polstücke ergeben in den Meßspulen durch die 40 denen die Vorrichtung unterworfen ist, überaus wich-Flußänderung einer Anzahl magnetischer Kraftlinien tig. Während des Bohrens wird sie sehr starken Winkeleine gegenüber bekannten, auf das magnetische Feld beschleunigungen und -Verzögerungen unterworfen, ansprechenden umlaufenden Vorrichtung wesentUch Die Zuverlässigkeit ergibt sich insbesondere aus der erhöhte Spannung. Dadurch kann die Genauigkeit der Winkelentkopplung der kinematischen Kette gegen-Vorrichtung weiter verbessert werden. 45 über dem Bohrgestänge.the measuring coils and the possible arrangement of the reliable. This is with the extremely harsh conditions Both pole pieces result in the measuring coils through the 40 to which the device is subjected, extremely deviating flux changes a number of magnetic lines of force tig. During drilling, it becomes a very sharp angle compared to known accelerations and decelerations due to the magnetic field, appealing revolving device essential The reliability results in particular from the increased tension. This can reduce the accuracy of the angular decoupling of the kinematic chain against the device to be further improved. 45 above the drill pipe.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfin- Sämtliche Ungenauigkeitsursachen auf Gund vonIn an advantageous embodiment of the invention, all causes of inaccuracy on the ground of

dungsgemäßen Vorrichtung (F i g. 2) werden die das Reibung und Gegenwirkungen können vermieden Drehteil 2 haltenden Lager 3 über eine mechanische werden.According to the device (FIG. 2) the friction and counter-effects can be avoided Rotary part 2 holding bearings 3 via a mechanical one.

Einrichtung von einem elektrischen Hilfsmotor 12a Der Einfluß der verbleibenden Abweichungen derInstallation of an electric auxiliary motor 12a The influence of the remaining deviations of the

hin- und-herbewegt so Neigung der vertikalen Stange, die sich bei einemreciprocated so inclination of the vertical rod, which is at one

Die mechanische Antriebseinrichtung speist eben- Fehler der Beweglichkeit der Drehscheibe ergebenThe mechanical drive device also feeds errors in the mobility of the turntable

falls die umlaufenden Kontakte 107, die die elek- . können, ist begrenzt auf einen Einfluß zweiter Ordtrische Verbindung für die vom Drehteil 2 getragenen nung bei den den Seitenwinkel betreffenden Anzeigen.if the circumferential contacts 107, which the elec-. can is limited to an influence of a second ordinal connection for the voltage carried by the rotating part 2 in the displays relating to the side angle.

elektrischen Elemente bilden. Die Bestimmung der Neigung ist bei sämtlichen Wer-form electrical elements. The determination of the inclination is

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform be- 55 ten zwischen 0 und 90° konstant.In the case of the in FIG. The embodiment shown in FIG. 2 should be constant between 0 and 90 °.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

\ 'Claims:

1. Vorrichtung, zur Messung von Neigung und Azimut eines Bohrgestänges, mit einem Pendel S und einem Kompaß als Meßinstrumente sowie einem ständig umlaufenden Antriebsmotor,, gekennzeichnet durch eine ständig umlaufende erste Meßeinrichtung1. Device for measuring inclination and Azimuth of a drill pipe, with a pendulum S and a compass as measuring instruments as well a continuously rotating drive motor, characterized by a continuously rotating first measuring device

mit einem in einer durch das Pendel (7) eingestellten senkrechten Ebene ständig umlaufenden Meßclement (19), einer auf einer durch die Rotationsachse des Meßelements (19) verlaufenden Parallelen zur Achse (XX) des Bohrgestänges angebrachten *⁵ ersten Bezugsmarke (20) und einer in der Senkrechten zur Rotationsachse des Meßelements liegenden zweiten Bezugsmarke (21)first with a constantly circulating in a set by the pendulum (7) vertical plane Meßclement (19), one mounted on a plane passing through the axis of rotation of the measuring element (19) parallel to the axis (XX) of the drill string * ⁵ reference mark (20) and a second reference mark (21) perpendicular to the axis of rotation of the measuring element

und durch eine mit der ersten Meßeinrichtung gekoppelte, gleichfalls ständig umlaufende zweite Meßeinrichtungand by a likewise continuously rotating one coupled to the first measuring device second measuring device

mit einem in einer durch das Pendel eingestellten horizontalen Ebene ständig umlaufenden Meßelement (23), ^a5 ^{with a measuring element (23), a} 5, which continuously revolves in a horizontal plane set by the pendulum

mit einer gegenüber der Rotationsachse des Meßelements (23) in einer durch den Kompaß festgelegten Bezugsrichtung (YY) liegenden Bezugsmarke undwith a reference mark lying opposite the axis of rotation of the measuring element (23) in a reference direction (YY) determined by the compass and

mit einer in der Projektion der Achse (XX) des Bohrgestänges auf eine horizontale Ebene liegenden Bezugsmarke (24), wobei die Meßelemente (19,23) und Bezugsmarken (20, 21, 24) zur Erzeugung eines elektrischen Impulses beim Vorbeilaufen eines Meßelements (19, 23) an einer zugehörigen Bezugsmarke (20, 21, 24) ausgebildet sind.with a reference mark (24) lying in the projection of the axis (XX) of the drill pipe on a horizontal plane, the measuring elements (19, 23) and reference marks (20, 21, 24) for generating an electrical pulse when a measuring element (19 , 23) are formed on an associated reference mark (20, 21, 24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (ZZ) des Pendels (7) von einer Stange (10) gebildet ist, deren Enden in zwei Lagern (U) an einem Bügel (6) gelagert sind, der seinerseits an einem Drehteil (2) fest ist, das um die Achse (XX) des Bohrgestänges drehbar ge· lagert ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the axis (ZZ) of the pendulum (7) is formed by a rod (10), the ends of which are mounted in two bearings (U) on a bracket (6) which in turn is attached to a rotating part (2) is fixed, which is mounted rotatably about the axis (XX) of the drill rod.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ständig umlaufende Meßelement (19) der ersten Meßeinrichtung und das ständig umlaufende Meßelement (23) der zweiten Meßeinrichtung von einem Elektromotor (12) angetrieben werden, der am Drehteil (2) fest ist und eine Welle (13) antreibt, die in der Achse (XX) des Bohrgestänges liegt und ein Kegelrad (14) trägt, das mit einem auf der Stange (10) drehbar gelagerten Zwischenrad (15) im Eingriff steht, das das Meßelement (19) der ersten Meßeinrichtung antreibt und seinerseits mit einem Kegelrad (17) im Eingriff steht, das das Meßelement (23) der zweiten Meßeinrichtung antreibt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the continuously rotating measuring element (19) of the first measuring device and the continuously rotating measuring element (23) of the second measuring device are driven by an electric motor (12) which is fixed to the rotating part (2) and drives a shaft (13) which lies in the axis (XX) of the drill rod and carries a bevel gear (14) which meshes with an intermediate gear (15) which is rotatably mounted on the rod (10) and which the measuring element (19) drives the first measuring device and in turn engages a bevel gear (17) which drives the measuring element (23) of the second measuring device.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelräder (14, 15, 17) gleiche Durchmesser haben.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the bevel gears (14, 15, 17) have the same diameter.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenrad (15) zwei konzentrische Zahnkränze von verschi.denem Durch- messer aufweist und der Zahnkranz mit kleinerem Durchmesser mit dem Kegelrad (17) von demselben kleinen Durchmesser im Eingriff steht, daß das5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the intermediate wheel (15) has two concentric ring gears of different diameter has knife and the ring gear with smaller diameter with the bevel gear (17) of the same small diameter is engaged that the Meßelement (23) der zwdten Meßeinrichtung antreibt.The measuring element (23) of the second measuring device drives.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Motorwelle (13) ein Meßelement (26) fest angeordnet ist, dem eine am Bohrgestänge (1) angebrachte feste Bezugsmarke (27) zugeordnet ist und diis zur Erzeugung eines elektrischen Impulses beim Vorbeilaufen an der Bezugsmarke (27) ausgebildet ist.6. Apparatus according to claim 3, characterized in that a measuring element (26) is fixedly arranged on the motor shaft (13) to which a fixed reference mark (27) attached to the drill rod (1) is assigned and diis to generate an electrical pulse when walking past the Reference mark (27) is formed.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung ein bewegliches Meßelement (190) umfaßt, das die Form einer Kugel oder Rolle hat, aus einem elektrisch leitenden Material besteht und sich auf zwei ringförmigen Führungen (192, 193) bewegt, die durch die Motorwelle (13) angetrieben werden, wobei die eine d :r beiden Führungen (192) aus einem elektrisch IeM enden Material und die andere der beiden Führungen (193) zum Teil aus einem elektrisch leitenden und zum Teil aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht und die beiden Führingen an unterschiedlichen elektrischen Spannungen liegen.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first Measuring device comprises a movable measuring element (190) which has the shape of a ball or roller, consists of an electrically conductive material and is supported on two ring-shaped guides (192, 193) moved, which are driven by the motor shaft (13), the one d: r two guides (192) made of an electrically IeM material and the other of the two guides (193) partially an electrically conductive and partly made of an electrically non-conductive material and the both guide rings are at different electrical voltages.

8. Vorrichtung nach uinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem in einer durch das Pendel (7) eingestellten horizontalen Ebene ständig um die das Pendel tragende Stange(9) umlaufende Meßelement(23) folgende Merkmale umfaßt:8. Device according to one of the preceding Claims, characterized in that the one set in one by the pendulum (7) horizontal plane constantly around the pendulum-bearing rod (9) rotating measuring element (23) includes the following features:

einen aus magnetisch durchlässigem Material bestehenden torusförmigen Kern (51) mit mehreren identischen und gleichmäßig auf seinen Umfang verteilten Einschnitten (52), eine aus einer Wicklung um den torusförmigen Kern bestehende Erregerspule (53), die über den Grund jedes Einschnittes (52) läuft und derart aufgebaut nst, daß der derart hergestellte Magnet regelmäßig und geschlossen ist, wobei jeder Einschnitt (52) wenigstens eine Windung der Erregerspule (53) aufnimmt und die Erregerspule (53) durch eine Wechselspannung gespeist wird, deren Amplitude so hoch ist, daß der torusförmige Kern (51) bei jeder Halbwelle in die Sättigung getrieben wird,a made of magnetically permeable material toroidal core (51) with several identical and uniform on its Circumferentially distributed incisions (52), an excitation coil (53) consisting of a winding around the toroidal core, which over the base of each incision (52) runs and is constructed in such a way that the magnet produced in this way is regular and closed is, wherein each incision (52) receives at least one turn of the excitation coil (53) and the excitation coil (53) is fed by an alternating voltage, the amplitude of which is as follows it is high that the toroidal core (51) is driven into saturation at each half-wave will,

und eine Gr-ppe (A) von Meßspulen (55a ... 516a), deren jeweilige mittlere Ebenen zueinander parallel und zur mittleren Ebene des torusförmigen Kctns (51) senkrecht liegen, wobei jede Wicklung eine Meßspule bildet, die über eine Gruppe der Einschnitte (52) läuft, die gegenüber der diametralen Symmetrieachse (Da) des torusförmigen Kerns (51), die ihrerseits senkrecht liegt zu den mittleren Ebenen (A_h ... A_n) der torusförmigen Wicklungen liegen.and a group (A) of measuring coils (55a ... 516a), the respective middle planes of which are parallel to one another and perpendicular to the middle plane of the toroidal core (51), each winding forming a measuring coil which extends over a group of the incisions (52) runs opposite the diametrical axis of symmetry (Da) of the toroidal core (51), which in turn is perpendicular to the central planes (A _h ... A _n ) of the toroidal windings.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das Drehteil (2) haltenden Lager (3) mechanisch hin- und herbewegbar sind.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Rotary part (2) holding bearings (3) can be moved back and forth mechanically.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil (2) die Form eines geschlossenen Gehäuses besitzt, das die Hängeeinrichtung (7), den Antriebsmotor (12), die erste, zweite, dritte und vierte Meßeinrichtung umschließt und aus einem unmagnetischen Material besteht.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Rotary part (2) has the shape of a closed housing, which the hanging device (7), the Drive motor (12) which encloses the first, second, third and fourth measuring device and consists of one non-magnetic material.

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λ a ^^{aCh e}'^{nem dtir vorner}gehenden Vorzugsweise wird die Achse des Pendels von einer λ a ^ ^{aCh e} ' ^{nem dtir preceding} Preferably, the axis of the pendulum is from a

co_mtn»,t „„,A- ^U ν ^ß.^ekeiinzeichnet, daß die Ge- Stange gebildet, deren Enden in zwei Lagern an einem Γ™' ^die Vomchtung bildenden Elemente Bügel gelagsrt sind, der seinerseits an einem Drehteil dicht in einem rohrförmigen Abschnitt des Bohr- fest ist, das um die Achse des Bohrgestänges drehbar gestanges (1) eingeschlossen ist und die einzelnen 5 gelagert ist.co _m tn », t« ", A- ^U ν ^ß . ^ekeiinzeichn et that the Ge rod is formed, the ends of ^{which are} stored in two bearings on a '™' the elements forming the device bracket, which in turn is tight on a rotating part in a tubular section of the drill, which is around the axis of the drill pipe rotatable rod (1) is included and the individual 5 is mounted.

Elemente in OI hegen. _{Das ständig umlaufende} Meßelement der erstenKeep elements in OI. _{The constantly rotating} measuring element of the first

Meßeinrichtung und das ständig umlaufende Meß-Measuring device and the constantly rotating measuring

— — element der zweiten Meßeinrichtung werden vorzugs- - Element of the second measuring device are preferred