<Desc/Clms Page number 1>
Magnetsystem für permanentmagnetische Fänger für Erdöl-, Erdgas-und sonstige geologische Bohrungen
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Schutz des Permanentmagneten dienen soll und zur Verteilung der Spülflüssigkeit entsprechende Durchbohrungen besitzt.
Nach dem Aufmagnetisieren des Magnetfängers ist daher das magnetische Feld des Fängers im wesentlichen auf den Raum zwischen dem Stahlmantelrohr und dem zentralen Permanentmagneten einschliesslich der Polschuhplatte konzentriert. Dieser Zwischenraum wird im allgemeinen mit unmagnetischem Material, z. B. mit einer unmagnetischen Legierung, ausgefüllt. Die geschilderte Bauarthat zunächst den Nachteil, dass ein erheblicher Teil des im Permanentmagneten erzeugten magnetischen Flusses in Form von Streufluss zwischen dem Stahlmantelrohr und dem Permanentmagneten mit dessen Polplatte für den eigentlichen Verwendungszweck verlorengeht und demzufolge am unteren Ende des Magnetfängers für die Fangwirkung nicht mehr zur Verfügung steht.
Diese Bauart hat weiter den Nachteil, dass die Fangwirkung an der Endfläche des Fängers nur in der unmittelbaren Nähe des Spaltes zwischen Stahlmantelrohr und Polschuhplatte merklich ist.
Wenn daher bei Betätigung eines derartigen Magnetfängers ein grösserer Stahlteil, z. B. ein abge- brochener Bohrmeissel, zwischen Polschuhplatte und Rückschlussmantelrohr eingefangen ist, also hier unmittelbar anliegt, so geht der grösste Teil des restlichen, für die Fangwirkung noch zur Verfügung ste- henden magnetischen Flusses des Permanentmagneten (Nutzfluss) über den eingefangenen Teil in das Mantelrohr über. Damit ist der magnetische Nutzfluss in den Bereichen der Stirnfläche des Fängers so geschwächt, dass weitere Stahlteile vom Grunde des Bohrloches nicht mehr eingefangen werden können.
Es kommt noch hinzu, dass selbst kleine Stahlteile an dem eingefangenen Bohrmeissel nicht mehr haften.
Esistsomit Mär ersichtlich, dass beim Einsatz von Magnetfängern mit einer dem Stande der Tech- nik entsprechenden Bauart ein vollständiges Entfernen sämtlicher auf dem Grunde des Bohrloches befind- lichen Stahlteile bei einmaligem Einfahren nicht gelingen kann. Die oben beschriebene Konstruktion des dem Stande der Technik entsprechenden Fängers ist demzufolge durch nachstehende Merkmale ge- kennzeichnet :
Die neutrale Zone des Fängersystems befindet sich praktisch in der zur Längsachse des Fängers senkrechten Mittelebene des Permanentmagnetmateriales. Die Orte höchsten bzw. niedrigsten magneti- schen Potentials sind die geschliffenen Endflächen des Permanentmagneten.
Die Linien der magneti- schen Induktion verlaufen daher im Permanentmagneten einsinnig - je nach Richtung der Aufmagneti- sierung von unten nach oben oder umgekehrt-und schliessen sich über die Eisenteile der Polplatte, des
Mantelrohres und der Grundplatte sowie über den Luftspalt zwischen Polplatte bzw. Permanentmagnet und Mantelrohr.
Als Nutzfluss bei Fangarbeiten steht der Teil des magnetischen Flusses zur Verfügung, der aus der Stirnfläche der Polplatte durch den Fangraum in das Mantelrohr tritt, während der aus den Mantelflächen der Polplatte und des Magnetmateriales austretende Fluss als Streufluss verlorengeht.
Da der magnetische Widerstand der Streupfade wesentlich kleiner als der Widerstand des Nutzpfades ist, ergibt sich ein im Vergleich zum Gesamtfluss im Permanentmagneten verhältnismässig grosser Streufluss, zumal alle Eisenteile des Fängersystems Orte hohen Betrages des magnetischen Potentials dartel- len. Zweck der Erfindung ist nun, die geschilderten Nachteile beim Einsatz permanentmagnetischer Fänger zu vermeiden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das eingesetzte Magnetmaterial optimal für den Fangprozess auszunutzen, um die maximal mögliche Zugkraft und Fangwirkung des Fängers zu gewährleisten.
Erfindungsgemäss wird bei einem Magnetsystem für permanentmagnetische Fänger für Erdöl-, Erdgas-und sonstige geologische Bohrungen in Hufeisenform mit Polschenkeln des permanentmagnetischen Materiales in Form von geraden Kreiszylindem mit Höchstwerten des magnetischen Potentiales entgegengesetzten Vorzeichens in der Nähe des Fangraumes, wobei zwischen den Polschenkeln eine Schicht aus unmagnetischem Material vorgesehen ist, vorgeschlagen, dass die Schicht in ihrer Dicke zum Fangraum hin monoton anwächst und die Endfläche der Polschenkel zur Konzentration des magnetischen Flusses im Fangraum gegen die Mittelachse des Fängers nach innen geneigt ist.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die konstruktive Ausbildung des Fängers der Zyklus der Induktionslinien über den Fangraum geschlossen wird. Diese Induktionslinien stellen den Nutzfluss gemäss der Erfindung dar. Ausser diesem Nutzfluss ist naturgemäss auch Streufluss vorhanden, der einmal im Raum zwischen den Schenkeln des permanentmagnetischen Materiales existiert und ferner im Bereiche der Aussenflächen vom oberen Teil der permanentmagnetischen Schenkel zu deren unterem Teil verläuft.
Da hier jedoch die integralen Potentialunterschiede im Bereich der Quellen und Senken des
<Desc/Clms Page number 3>
Streuflusses wesentlich geringer und die magnetischen Widerstände der Streupfade merklich grösser als bei dem Fänger gemäss dem Stand der Technik sind, steht für den Nutzfluss im Fangraum ein wesentlich grösserer Anteil des Gesamtflusses zur Verfügung.
Die durch die sich verjüngende unmagnetische Schicht zwischen den Polschenkeln erreichten Vor- ! teile betreffen somit vor allem die Verringerung des inneren Streuflusses zwischen den Polschenkeln.
Durch die Beeinflussung der Wirkung der Kraftlinien ist nunmehr die magnetische Belastung in jedem
Bereich der Polschenkel ungefähr gleich gross. Wesentlich für die Fangwirkung ist dabei die vorteilhafte
Gestaltung der Stirnseite des Fängermagneten, womit eine weitaus höhere Intensität des von den un- gleichnamigen Polen ausgehenden Magnetfeldes in den darunterliegenden Raum erreicht wird.
Es sei vermerkt, dass hohlkegelförmig ausgebildete Fangräume an sich bekannt sind. Sie dienen je- doch einzig dazu, die eingefangenen Teile räumlich unterzubringen. Demgegenüber wird bei der erfin- dungsgemässen Ausführung durch die hohlkörperförmige Gestaltung der Stirnflächen des Magneten ei- ne Zentrierung der eingefangenen Bruchstücke in der Mitte der Fängerfläche erreicht, um die Teile In den Bereich des grössten magnetischen Kraftlinienflusses zu führen und zu halten.
Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher er- läutert. Es zeigen darin : Fig. l einen Längsschnitt durch den Fänger mit kegelstumpfartig ausgebil- detem Fangraum und eine Draufsicht auf den Fänger und Fig. 2 ein etwas abgeändertes Ausführungsbei- spiel im Längsschnitt.
Es bedeuten darin : -1-- die Endflächen, die den Fangraum -2-- bilden. --3- stellt die beiden sich gegenüberliegenden Schenkel des Fängermagneten dar, die die beiden ungleichnamigen Pole bil- den, die auf eine zylindrische Weicheisenplatte --4-- montiert sind. Der Zwischenraum zwischen den beiden Schenkeln-3-- ist mit einem unmagnetischen Material --6-- ausgefüllt. Die Weicheisenplat- te --4- und das unmagnetische Material -6- sind in der Mitte zum Durchfluss der SpU1flüssigkeitzy- lindrisch durchbohrt.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende : Die neutrale Zone des Magnetsystems befindet sich nicht mehr wie beim Fänger gemäss dem Stand der Technik in der Mittelebene des Magnetmateriales, sondern in der Weicheisengrundplatte. Demzufolge sind die Orte der höchsten Beträge des magnetischen
Potentiales die Endflächen --1-- des permanentmagnetischen Materialses --3-- am Fangraum --2--,
Dies hat zunächst zur Folge, dass die Linien der magnetischen Induktion bei den Fängern in den beiden Schenkeln -3-- aus permanentmagnetischem Material in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Sie schliessen sich an der dem Fangraum-2-abgewendeten Seite des Fängers in der Weicheisenplatte - -4--.
Die Ausbildung des Fangraumes --2-- entsprechend der Fig. 2 empfiehlt sich aus technologischen
Gründen. Für spezielle Zwecke können auch andere Hohlkörperformen zweckmässig eingesetzt werden.
Der gesamte Fänger ist von einem aus unmagnetischem Material gefertigten Mantelrohr umgeben, das wegen seiner unmassgeblichen Bedeutung in den Zeichnungen nicht mit ausgeführt ist. Ebenso ist es ratsam, zum Schutz des Fangraumes --2-- bzw. der Schenkelendflächen-l-ein Schutzblech aus mechanisch zähem und verschleissfestem Material, z. B. 1 mm dickes V2A-Blech, dessen Form der Hohlfläche-l-des Magnetsystems angepasst ist, anzuordnen. Zur Befestigung des Schutzbleches aus zähem und verschleissfestem Material wurde gemäss Fig. 2 an den Endflächen des Fangraumesein ebener, kreisringförmiger Bereich vorgesehen.
Die dem Fangraum --2-- zugewendete Endfläche --1-des Permanentmagneten --3-- wird nach aussen durch eine Kreisringfläche -7- begrenzt. Das Schutzblech --8-- aus zähem und verschleissfestem Material, das in seiner Form der Endfläche-1- angepasst ist, wird durch eine Hülse9-- aus unmagnetischem Material, z. B. unmagnetischem Stahl festgehalten. Für diese Befestigung ist die Hülse -9- mit einem hohlzylinderförmigen Bundring-10versehen.
Im folgenden werden die Ergebnisse einiger Versuche mit dem erfindungsgemässen Fänger aufgezeigt. Ermittelt wurde die magnetische Induktion, gemessen auf der Mittelachse des Fängers, in Abhängigkeit vom Abstand von der Endfläche des Fängers. Es ergaben sich folgende Werte :
1. Fänger herkömmlicher Bauart mit 235 mm Durchmesser :
EMI3.1
<tb>
<tb> Unmittelbar <SEP> am <SEP> Fänger <SEP> 760. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m2 <SEP>
<tb> Abstand <SEP> 50 <SEP> mm <SEP> 290. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m2 <SEP>
<tb> Abstand <SEP> 90 <SEP> mm <SEP> 120. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m2
<tb>
<Desc/Clms Page number 4>
2.
Fänger gemäss der Erfindung mit 180 mm Durchmesser :
EMI4.1
<tb>
<tb> Unmittelbar <SEP> am <SEP> Fänger <SEP> 1560. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m <SEP>
<tb> Abstand <SEP> 50 <SEP> mm <SEP> 540. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m <SEP>
<tb> Abstand <SEP> 90 <SEP> mm <SEP> 220. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m2 <SEP>
<tb>
3. Fänger gemäss der Erfindung mit 280 mm Durchmesser :
EMI4.2
<tb>
<tb> Unmittelbar <SEP> am <SEP> Fänger <SEP> 1430. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m2 <SEP>
<tb> Abstand <SEP> 50 <SEP> mm <SEP> 1125. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/m2 <SEP>
<tb> Abstand <SEP> 90 <SEP> mm <SEP> 770. <SEP> 10-4 <SEP> Vs/ur- <SEP>
<tb>
In einer weiteren Messreihe wurde die Verteilung der magnetischen Induktion in Ebenen senkrecht zur Mittelachse bestimmt. Dabei wurde festgestellt, dass die Induktion in einer derartigen Ebene praktisch bei sämtlichen Ausführungen jeweils konstant ist.
Die wesentliche Erhöhung der magnetischen Induktion trifft daher bei den erfindungsgemässen Ausführungen gegenüber den herkömmlichen nicht nur für die Mittelachse, sondern für den gesamten Fangraum zu.
Weiterhin muss noch erwähnt werden, dass es auch möglich ist, beim erfindungsgemässen Fänger bei grösseren Durchmessern mehr als zwei ungleichnamige Magnetpole anzuordnen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetsystem für permanentmagnetische Fänger für Erdöl-, Erdgas- und sonstige geologische Bohrungen in Hufeisenform mit Polschenkeln des permanentmagnetischen Materiales in Form von geraden Kreiszylinder mit Höchstwerten des magnetischen Potentiales entgegengesetzten Vorzeichens in der Nähe des Fangraumes, wobei zwischen den Polschenkeln eine Schicht aus unmagnetischem Material vorgesehen, ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) in ihrer Dicke zum Fangraum (2) hin monoton anwächst und die Endfläche (1) der Polschenkel (3) zur Konzentration des magnetischen Flusses im Fangraum (2) gegen die Mittelachse des Fängers nach innen geneigt ist.