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Einrichtung in verrohrten Bohrlöchern mit einer Messsonde zur Feststellung der Lage der Rohrmuffen auf Grund des magnetischen Widerstandes
Wie bekannt, führt die Erschliessung der Öl und Gas speichernden Schichten in tiefen Ölschurfbohrungen bei Anwendung der im allgemeinen benutzten Tiefenmessungstechnik unvermeidlich zu Messfehlern.
Bis zu einer Tiefe von etwa 3000 m ist das relative Ausmass dieses Fehlers nicht grösser als 0, 110 was in einer Tiefe von 2500 m bloss 2,5 m bedeutet, jedoch in Tiefen über 3000 m steigt dieses Ausmass stark an. Dieser Tiefenmessfehler verhindert in vielen Fällen die industrielle Nutzbarmachung der in grosser Tiefe liegenden dünnen, Öl und das Gas speichernden Schichten.
Zur Sicherung der erforderlichen Genauigkeit der Tiefenmessung ist folgendes Verfahren bekannt :
Die Tiefenlage der Schichten wird im. Verhältnis zur Lage der Verbindungsmuffen des zementierten, d. h. raumfestenFutterrohres festgestellt. Nach der Verrohrung wird ein mit einer radioaktiven Karottagesonde zusammengebautes Futterrohrmuffenindikationsgerät in das Bohrloch hinabgelassen, und die radioaktiven Profile (in erster Linie das natürliche Gammaprofil) und die Indikationen der Muffensondé werden gleichzeitig registriert.
Die durch. das Futterrohr aufgenommenen Profile können verlässlich mit den vor der Verrohrung registrierten radioaktiven Profilen oder mit den Elektrokarottageprofilen identifiziert werden, daher kann die Tiefe der Grenzen der zu bearbeitenden Schichten, d. h. der zu perforierenden Tiefenabschnitte im Verhältnis zu der nächsten Muffe festgelegt werden.
Beim Erschliessen der Schichten wird das Perforiergerät auf Grund der Indikation des mit dem Perforiergerät zusammengebauten Muffenlokators bei- der indizierten Muffe zum Stehen gebracht, und das Perforiergerät muss dann bloss um einige Meter gesenkt oder gehoben werden, je nachdem, wo die Grenzen des zu erschliessenden Abschnittes im Verhältnis zu der indizierten Muffe liegen. Diese Länge kann am Karottagekabel mittels Stahlmessband mit Zentimetergenauigkeit gemessen werden, was in der Praxis vollkommen befriedigt. Durch Anwendung dieser Technik können die Ungenauigkeiten der Tiefenmessung beseitigt und somit auch sehr dünne, Öl und Gas speichernde Schichten ausgenutzt werden.
Die bisher verwendeten Muffensonden arbeiten auf Grund verschiedener Prinzipien, z. B. elektroma- gnetisch, mechanisch, mit Ultraschall usw. Der Ultraschall-Karottage-Lokator arbeitet wegen der Temperaturabhängigkeit der in dem Lochgerät eingebauten elektrischen Stromkreise im allgemeinen nicht zu- verlässig.
Der mechanische Karottage-Lokator beansprucht eine präzise feinmechanische Ausarbeitung. Er hat den weiteren Nachteil, dass er nicht nur an den Muffen, sondern auch an allen bedeutenderen Unebenheiten des Futterrohres eine Indikation abgibt.
Der durch die deutsche Patentschrift Ni., 1015398 geschützte, nach elektromagnetischem Prinzip ar- beitende Muffenlokator verwendet zwei in der Sonde angeordnete Selbstinduktionsspulen, bei welchen die Wechselstromimpedanz (Selbstinduktivität) der einen Spule sich verändert, wenn die Spule sich gegenüber einer Muffe befindet, und diese Impedanzänderung wird in einer Wechselstrom-Wheatstone-Brücke gemessen. Der unten in der Sonde gleichgerichtete Signalstrom wird durch dieselbe Kabelader zur Registriervorrichtung über Tage gebracht, über welche der die Brücke speisende Wechselstrom von etwa 400 Hzin die Sonde heruntergeführt wird. Die Durchführung der Muffenindikation gleichzeitig mit der radioaktiven
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Bei der Vorrichtung nach der USA-Patentschrift Nr. 2, 768. 684 erfolgt die Muffenindikation dadurch, dass eine mit der Futterrohrachse parallel liegende, wechselstromerregte Induktionsspule mit einem Zweig einer am Tage untergebrachten Wechselstrombrücke transformatorisch gekoppelt ist. Durch die in der Nähe der Muffe auftretende Impedanzänderung der Messspule wird das Gleichgewicht der Brücke gestört und die Muffe wird dadurch anzeigbar.
Der technische Nachteil besteht hier darin, dass die Schwingungen der Messsonde und die Impedanz- änderungen der Messspule bzw. des Kabels falsche Anzeigen ergeben.
Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der vorerwähnten Nachteile. Die neue Einrichtung, welche mit einer Messsonde zur Feststellung der Lage der Rohrmuffen auf Grund des magnetischen Widerstandes versehen ist, welche Messsonde zwei zur Muffenlokation dienende Anzeigespulen und gegebenenfalls zwei Messspulen aufweist, die von einem über Tag befindlichen Generator mit Wechselstrom konstanter Stärke über eine Kabelader gespeist werden, wobei beide Arten von Spulen etwa im Abstand einer Muffenlänge voneinander entfernt angeordnet sind und die Erde für sie als Rückleitung dient und die Anzeigespannung nach erfolgter Gleichrichtung über Tag der dort angeordneten Registriereinrichtung zugeführt wird ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, wenn nur Anzeigespulen verwendet werden, diese auf einem Dauermagnetkern vorgesehen sind, während in dem Fall,
wenn ausser den Anzeigespulen auch Messspulen verwendet werden, diese auf einem senkrecht zur Bohrlochachse liegenden gemeinsamen Eisen- oder Luftkern vorgesehen sind, wobei in beiden Fällen beide Anzeigespulen gegeneinander in Reihe geschaltet und im zweiten Fall beide Messspulen gleichsinnig in Reihe geschaltet sind.
Diese Einrichtung hat gegenüber den Einrichtungen nach der deutschen Patentschrift Nr. 101539 8 und der USA-Patentschrift Nr. 2,768, 684 vorteilhafte technische Eigenschaften, indem sie für das mit der radioaktiven Profilierung gleichzeitig erfolgende Registrieren der Rohrmuffen die Verwendung eines Lokators ermöglicht, dessen Ausführungsform, Aufbau und Schaltungsanordnung sehr einfach sind.
Bei dem mit der radioaktiven Profilierung gleichzeitig erfolgenden Registrieren der Rohrmuffen ist es nämlich nicht notwendig, in der Tiefe der Rohrmuffen anzuhalten, da dies die Genauigkeit der Messungen nicht weiter erhöhen würde, so dass die Anwendung eines auch in fester Stellung indizierfähigen Wechselstrommesssystems im Lokator nicht nötig ist, sondern an Stelle dessen ein Gleichstrommesssystem von technisch einfacherer Ausführung und erhöhter Betriebssicherheit verwendet werden kann.
Die Einrichtung nach der Erfindung verwendet zum Indizieren der Perforierstelle einen mit Wechselstrom erregten Lokator mit Magnetfeld, mit welchem die Muffen auch in ruhender Lage der Sonde indiziert werden können, wodurch die erzielbare Höchstgenauigkeit der Messung gesichert wird. Gleichzeitig wird die Verwirklichung der Einrichtung mit einer solchen Messeinrichtung durchgeführt, welche zum Indizieren der Perforierstelle die Erscheinung der gegenseitigen Induktion verwertet, ohne Anwendung von Elektronenröhren, wodurch die Einrichtung bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebssicherheit vereinfacht wird, da sonst der beim Losschiessen der Perforierpistole entstehende mechanische Stossimpuls eine schädliche Wirkung auf die Lebensdauer der Elektronenröhre hat.
Die Zeichnungen stellen schematisch eine beispielsweise Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung dar. Es zeigen Fig. 1 zwei Messspulen, Fig. 2 je zwei Anzeige- und Messspulen, Fig. 3 die gemeinsame Betätigung des Anzeigekreises und des Perforierkreises.
Die die Muffen zusammen mit der radioaktiven Aufnahme registrierende Anzeigesonde umfasst zwei Dauerstabmagnete 1 und l' (Fig. 1), die senkrecht zur Sondenachse, mit den gleichen Polen in gleicher Richtung liegend, voneinander getrennt angeordnet sind. Der Abstand der beiden Magnete voneinander hat dieselbe Grössenordnung wie die Muffenlänge. Auf die Stabmagnet ist je eine Messspule 2 bzw. 2'gleichachsig in Gegenschaltung aufgewickelt. Der eine Pol 3 der auf diese Weise verbundenen Spulen ist geerdet, während der andere Pol 4 über eine Kabelader mit dem Registrierkreis am Tage verbunden ist. Dafür lässt sich, wie üblich, dieselbe Kabelader verwenden, über welche die radioaktiven Impulse auf die Erdoberfläche gelangen.
In diesem Fall sind die Messspulen der Muffenanzeigesonde an denSteuergitterkreis desAusgangsverstärkers der radioaktiven Zählerröhren angeschlossen und die elektrischen Signale, welche von der Muffenanzeigesonde herrühren, werden sowohl in der Sonde als auch im Mess- und Registriergerät am Tage durch passende Filterkreise von den radioaktiven Impulsen getrennt.
Für die Anzeige der Muffen bei der Perforation verwendet man eine Anzeigesonde mit wechselstromerregtem magnetischem Feld, welche zwei Spulensysteme mit lamelliertem Weicheisenkern besitzt (Fig. 2). Die Spulensysteme sind senkrecht zur Sondenachse in einem Abstand gleich einer Muffenlänge angeordnet und jedes derselben enthält eine Anzeigespule 6 bzw. 6'und eine Messspule 5 bzw. 5'.
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Sowohl die mit Dauermagneten, als auch die mit Wechselfeld arbeitende Anzeigesonde liegt in einer Differentialschaltung. Wenn die beiden Spulen bzw. Spulenpaare sich in einem homogenen Rohrabschnitt befinden, stimmen die resultierenden magnetischen Widerstände ihrer Magnetkreise überein, so dass auch die Kraftflüsse und die in den Messspulen induzierten elektromoorischen Kräfte (nachfolgend kurz E. M. K. genannt) gleich sind und sich kompensieren.
Wenn sich das Spulensystem in einer bezüglich magnetischen Widerstandes inhomogenen Umgebung, z. B. in der Nähe einer Muffe oder einer Wandstärkenänderung befindet, so kommt im Messkreis eine resultierende E. M. K. zustande.
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konstanter Frequenz gespeist werden.
Da die Registrierung der Messanzeigen mit Spiegelgalvanometern üblicher Bauart erfolgt, muss die in den Messspulen erzeugte E. M. K. von wechselnder Richtung gleichgerichtet werden.
Bei Speisung mit rechteckförmigem Strom erfolgen die Umschaltung der Richtung des Erregerstromes und die Gleichrichtung im Messkreis durch einen mit einem Synchronmotor angetriebenen elektromecha- nischenSchalter, den sogenanntenDrehumschalter. Dieser besteht aus zwei, an einer gemeinsamen Achse angebrachten Schaltergruppen ; die eine Gruppe arbeitet im Erregerkreis und die andere im Messkreis. Bei Speisung aus einem Drehumschalter beträgt die Frequenz des Erregerstromes wie üblich rund 20 Hz.
Wenn die Muffenanzeigesonde mit sinusförmigem Speisestrom erregt wird, so wird die in den Messspulen entstehende sinusförmige induzierte E. M. K. durch einen Messverstärker verstärkt und dann nach Gleichrichtung dem Registrierkreis zugeführt. Die Speisestromquelle, die Verstärker-und Gleichrichterkreise sind im Gerät über Tage angeordnet.
Die Wechselstrom-Muffenanzeigesonde lässt sich leicht gemeinsam mit einem Perforator betätigen.
Die gemeinsame Betätigung desAnzeigestromkreises und des Perforierstromkreises kann unter Anwendung eines Dreiaderkabels erfolgen.
Die in Fig., 3 ersichtliche Ausführungsform der Vereinigung der beiden Stromkreise verwendet einen in dieMessspule 5, 5' derMuffenanzeigesonde 7 in Reihe eingeschalteten Trennkondensator 8, an dessen mit der Kabelader 9 verbundenen Pol der eine Pol des Glühzünders 10 des Perforators 11 angeschlossen ist, dessen anderer Pol geerdet wird. Vor der Perforation wird der Messkreis über Tage un- terbrochen und der Glühstrom für das Zündhütchen des Perforators über die genannte Kabelader 9 heruntergeleitet. Der Trennkondensator 8 dient zum Schutz der Messspule 5,5' vor der schädlichen Wirkung des Perforierstromes bei Masseschluss, dadurch, dass er diesen sehr starken Gleichstrom auf kapazitivem Weg abtrennt.
Die technischen Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden :
Die Ortsbestimmung der Rohrmuffe erfolgt durch Vergleichsmessung der magnetischen Widerstandsunterschiede. Dies ergibt ein optimales Verhältnis Signal zu Geräusch und eine hohe Messpr zision. Der Muffenlokator ist betriebssicher und funktionell stabil, da er keine in die Sonde eingebauten elektronischen Vorrichtungen aufweist.