DE3708444A1

DE3708444A1 - Method and device for the exact determination of the position of a drilling head in well-drilling

Info

Publication number: DE3708444A1
Application number: DE19873708444
Authority: DE
Inventors: Elisabeth Kopineck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1988-09-29

Abstract

For the exact determination of the position of the drilling head in well-drilling, the property of directionally sensitive sensors of being capable of recording deviations from a predetermined direction with great accuracy is utilised. The exact position of the drilling head is continuously or discontinuously determined from these changes in direction, in conjunction with the lowering of the drilling head, and is indicated.

Description

Beim Tiefbohren, d. h. beim Einbringen eines Bohrloches in z. B. ca. 100 m bis 1000 m Tiefe durchläuft der Bohrkopf mehrere geolo gische Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung, unterschied licher Orientierung und Härte. Da der Durchmesser des den Bohr kopf führenden Gestänges klein gegen seine Länge ist, so beein flußt die genannte geologische Struktur der Schichten den Lauf der Bohrung. Es ist von großer Bedeutung für die Aussagen der je weiligen Bohrergebnisse zu wissen, ob die Bohrung senkrecht er folgt ist, oder ob der Bohrkopf seitlich verlaufen ist, und wenn das letztere der Fall ist, wie weit dieser Verlauf ist, welche Position der Bohrkopf relativ zu seinem Ausgangspunkt erreicht hat.When deep drilling, i.e. H. when drilling a borehole in z. B. about 100 m to 1000 m depth, the drill head passes through several geolo layers of different composition orientation and hardness. Because the diameter of the drill head guide rod is small against its length, so influenced the geological structure of the layers flows down the course the hole. It is of great importance for the statements of each time boring results to know if the hole is vertical follows, or whether the drill head has run sideways, and if the latter is the case, how far is this course, which Position of the drill head reached relative to its starting point Has.

Versuche, über Sender mechanischer Wellen diese Position zu er mitteln, sind nicht erfolgreich gewesen, da die Ortung nicht sehr genau sein kann, weil mechanische Wellen beim Durchlaufen mancher Schichtgrenzen gebrochen werden.Try to get this position using mechanical wave transmitters averages have not been successful since the location is not very can be accurate because some mechanical waves pass through it Layer boundaries are broken.

Die vorliegende Erfindung will Abhilfe schaffen. Sie geht davon aus, daß es mit richtungsempfindlichen Detektoren möglich ist, detaillierte Richtungsänderungen in bezug auf zwei Koordinaten zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen der Posi tion eines Bohrkopfes beim Tiefbohren ist daher dadurch gekenn zeichnet, daß ein richtungsempfindlicher Detektor, ein Richtungs sensor, mit dem Bohrkopf gekoppelt abgesenkt wird und daß aus der vom Sensor zweidimensional angegebenen Richtungsänderung - z. B. in bezug auf die N-S- und O-W-Richtungen und der Absenkgeschwin digkeit die jeweilige Position des Bohrkopfes errechnet und ange zeigt wird. Das Errechnen und Anzeigen des jeweiligen Positions wertes kann dabei kontinuierlich oder auch diskontinuierlich in Schritten erfolgen, die z. B. jeweils 1% der insgesamt zu durchboh renden Strecke betragen.The present invention seeks to remedy the situation. She goes away from the fact that it is possible with direction-sensitive detectors detailed changes in direction with respect to two coordinates determine. The method according to the invention for determining the posi tion of a drill head during deep drilling is therefore known records that a direction sensitive detector, a direction sensor, coupled with the drill head, and that from the change of direction indicated by the sensor in two dimensions - e.g. B. with respect to the N-S and E-W directions and the lowering speed the respective position of the drill head is calculated and displayed shows. Calculating and displaying the respective position values can be continuous or discontinuous Steps take place, the z. B. 1% of the total to be drilled distance.

Es gehört mit zum Bereich der Erfindung, daß dieses Verfahren der Positionsbestimmung des Bohrkopfes auch beim Tiefbohren in Werk stücken Anwendung finden kann. Dies gilt insbesondere bei Werk stücken, bei denen aufgrund der unterschiedlichen Materialzusam mensetzung oder der Materialeigenschaften, wie z. B. bei Korngrö ße, Härte bei metallischen Werkstücken, vorzugsweise Eisenwerk stoffen, und der Länge der Bohrung in bezug auf ihren dazu sehr kleinen Bohrungsdurchmesser mit einem Verlauf des Bohrkopfes zu rechnen ist. Die frühzeitige Feststellung des Verlaufbeginns hat dabei technische und wirtschaftliche Bedeutung.It is part of the scope of the invention that this method of Positioning of the drill head also during deep drilling in the factory pieces can find application. This applies particularly to the factory pieces, where due to the different material together composition or the material properties, such as. B. at grain size ß, hardness for metallic workpieces, preferably ironworks fabrics, and the length of the hole with respect to it small bore diameter with a course of the drill head to calculate. The early determination of the beginning of the course has thereby technical and economic importance.

Das beschriebene Verfahren kann auch bei Systemen angewendet wer den, bei denen anstelle eines Bohrwerkes eine Fräsanlage einge setzt ist.The method described can also be applied to systems those in which a milling machine is used instead of a boring machine sets is.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mit ei ner Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der mit dem Bohrkopf gekoppelte richtungsempfindliche Detektor nach dem Prinzip eines Kreiselkompasses mit elektrischer Richtungsangabe arbeitet bzw. daß der richtungsempfindliche Detektor ein auf Richtungsänderungen gegenüber dem magnetischen Erdfeld reagieren der Sensor, z. B. eine entsprechende Spulenkombination ist.The method according to the invention is carried out using egg ner device, which is characterized in that the with the Drill head coupled direction sensitive detector after the Principle of a gyro compass with electrical direction indication works or that the direction sensitive detector on Changes in direction react to the magnetic earth field the sensor, e.g. B. is a corresponding coil combination.

Die mit diesen Sensoren ermittelten sehr genauen Winkelangaben der Richtungsänderungen können in Verbindung mit der genau be stimmten Absenkung oder Absenkgeschwindigkeit, z. B. über einfache Rechenelemente verarbeitet werden, die als Ergebnis kontinuier lich oder diskontinuierlich die jeweils ermittelten Positionen des Bohrkopfes angeben. The very precise angle information determined with these sensors the changes in direction can be combined with the exact be agreed lowering or lowering speed, e.g. B. about simple Computing elements are processed, which as a result are continuous Lich or discontinuously the positions determined in each case of the drill head.

Die Abb. 1 zeigt ein Beispiel der Durchführung und Wir kungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bei diskontinuier licher Positionsermittlung. Fig. 1 shows an example of the implementation and mode of operation of the method according to the invention with discontinuous position determination.

Über jeweils eine vorgegebene Absen kungsstrecke wird die mittlere Winkeländerung in bezug auf die Normale zur Erdoberfläche bzw. in bezug auf die magnetische Erd achse ermittelt. Daraus werden die Koordinaten x _i, y _i des neuen Lagepunktes errechnet. Aus der Summe dieser Schritte folgt am Ende die endgültige Position des Bohrkopfes in der vorgegebe nen Tiefe. Aus der Abbildung ist beispielsweise zu ersehen, wo der im 8. Schritt erreichte Positionswert (x ₈, y ₈) liegt, und daß danach eine Winkeländerung eintritt, die zu verringerten neu en Positionskoordinaten führen. Eine solche Winkeländerung kann entweder durch die vorliegenden Materialstrukturen bedingt sein oder aber Folge eines von "oben" erfolgten steuernden Eingriffs sein.The average change in angle with respect to the normal to the surface of the earth or with respect to the magnetic axis of the earth is determined over a predetermined reduction distance. The coordinates x _i , y _{i of} the new position are calculated from this. The sum of these steps ultimately results in the final position of the drill head at the specified depth. The figure shows, for example, where the position value (x ₈ , y ₈ ) reached in step ₈ is, and that an angle change then occurs, which leads to reduced new position coordinates. Such an angle change can either be caused by the material structures present or else be the result of a control intervention carried out from "above".

Claims

1. A method for determining the position of a drill head during deep drilling, characterized in that a direction-sensitive detector, a direction sensor, coupled with the drill head is lowered and that from the two-dimensionally indicated direction change - z. B. in relation to the NS and OW Rich lines - and the lowering speed, the respective position of the drill head with respect to the starting point is continuously calculated and displayed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the posi tion calculation discontinuously, e.g. B. after every 1% of total distance to be drilled.

3. Device for performing the method according to claim 1 and 2, characterized in that the direction sensitive detector a sensor working on the principle of the gyro compass electrical direction is.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1 and 2, characterized in that the direction sensitive detector one on changes of direction with respect to the magnetic earth field responding sensor is.