DE2520679A1

DE2520679A1 - Verfahren und vorrichtung zur untersuchung von bohrlochverrohrungen

Info

Publication number: DE2520679A1
Application number: DE19752520679
Authority: DE
Inventors: Jun Wade M Johnson
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1974-05-14
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1975-11-27
Also published as: AU501453B2; EG11770A; OA04996A; NO751558L; NO142795C; FR2271381A1; AR215418A1; CA1029810A; GB1513965A; AU8100875A; NO142795B; US3940689A; IT1038154B; FR2271381B1; DE2520679C2

Description

zum Patentgesuch

der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint Dominique, Paris/Frankreich

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von BohrlochVerrohrungen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Bohrlochverrohrungen und für die Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtungen.

Es hat in der Vergangenheit natürlich zahlreiche Vorschläge gegeben, um Vorrichtungen auszubilden, die in situ Inspektionen oder Untersuchungen von Ölfeldbohrlochverrohrungen vornehmen können, wie etwa die Verrohrung, mit der die Wandungen von Bohrlöchern ausgekleidet sind, um zuverlässig Anomalien oder Defekte lokalisieren zu können, die im Laufe der Zeit potentiell zu einem unerwarteten Versagen der Verrohrung führen können. Der Fachmann weiß, daß,wenn Defekte, wie Risse, innere Sprünge, Dickenverminderungen, ungewünschte Löcher und dergl. vorher zuverlässig lokalisiert werden könnten, entsprechende Behebungsmaßnahmen eingeleitet werden könnten,

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um diese potentiellen Probleme zu korrigieren, bevor ernsthafte oder sogar gefährliche Situationen sich entwickeln können.

Im allgemeinen hat die Erfahrung bisher gezeigt, daß die erfolgreichsten Defektlokalisiergeräte eine oder mehrere elektromagnetische Techniken verwenden, wie die Messung von magnetischen Streuflüssen, Wirbelströmen oder Änderungen eines örtlich induzierten elektromagnetischen Feldes, die Anomalien in der anliegenden Verrohrung oder Bohrlochauskleidung zugeordnet werden können. Typischerweise ist jede dieser anerkannten Techniken besonders geeignet für die Bestimmung des Ortes oder der Natur bestimmter Typen von Defekten, ist jedoch zumindest weniger befriedigend bei der Erfassung anderer Typen gewöhnlich auftretender Defekte, üfeispielsweise erfaßt ein im Bohrloch angeordnetes, auf dem Streufluß beruhendes Untersuchungsgerät gewöhlich Anomalien, die sich in irgendeine : seitlichen Position längs der Dicke einer Rohrwandung befinden. Im Gegensatz dazu ist, weil ein Wirbelstromgerät im allgemeinen beschränkt ist auf die Lokalisierung von Defekten an oder nahe der unmittelbar anschließenden Oberfläche, diese Technik geeignet für die Prüfung nur der Innenwandungsfläche einer Bohrlochauskleidung. Keine dieser Techniken wird jedoch deutlich eine weitverbreitete Verringerung in der Wandungsdicke erfassen. Auf der anderen Seite liefern typische Induktionstyp-Dickenmeßgeräte Messungen, die ausschließlich Anzeigen bezüglich der gesamten oder durchschnittlichen Wandungsdicke im gesamten Umfang einer inkrementellen Länge der Auskleidung liefern, ohne Referenz, weder bezüglich der spezifischen winkelmäßigen Position einer erfaßten dünnen Stelle, noch bezüglich der Frage, ob eine erfaßte Herabsetzung der normalen Dicke sich auf der Außen- oder der Innenseite des Rohres befindet.

Da die oben erwähnten, auf Streufluß beruhenden Tests besonders wertvoll sind bei der Lokalisierung von Defekten in jeder Tiefe einer Verrohrungswandung, ist es im allgemieinen

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bevorzugt, daß eine sorgfältige Verrohrungsinspektion einen Leckflußtest umfaßt. Nichts destoweniger besteht ein typisches Problem, auf das man häufig bei den bekannten Leckflußinspektionsgeräten trifft, nämlich daß signifikante Ablagerungen von Niederschlägen und Rost auf den Innenwandungen eines Stranges von Bohrlochauskleidungsrohren gewöhnlich die Empfindlichkeit des Inspektionsgerätes ernsthaft beeinträchtigen. In ähnlicher Weise haben sich diese bekannten Leckflußgeräte als in unerwünschter Weise beeinflußbar gezeigt durch Änderungen des Radialabstandes oder des ringförmigen Zwischenraumes zwischen der Innenwandung der Bohiochauskleidung und dem Grundkörper des Inspektionsgerätes. Änderungen wie diese sind natürlich ganz üblich, weil sich das Inspektionsgerät von einer Stoßstelle der Verrohrung mit einem gegebenen Gewicht oder einer Nennwanddicke zum einer anderen Stoßstelle bewegt mit einem dünneren oder dickeren Nenngewicht oder einer Wanddicke. Da Verrohrungsstoßstellen einer gegebenen Rohrgröße typischerweise einen gleichförmigen Außendurchmesser besitzen, muß sich natürlich der Innendurchmesser vergrößern oder verringern, wj^ie es erforderlich ist, um eine Wanddicke gewünschter Dimension zu erhalten. Darüber hinaus werden Abmessungsänderungen in etwas geringerem Maße selbst bei Verrohrungsstoßstellen beobachtet, bei denen nominell das gleiche Gewicht vorliegt, da ein mäßiger Bereich von Wanddicken und Exzentrizitäten in den Herstellungsspezifikationen für Verrohrungen zulässig ist. In jedem Falle erkennt man, daß die Leistung irgendeines Leckflußinspektionsgerätes direkt abhängt von der Fähigkeit des Gerätes, einen Magnetfluß vorhersagbaren und gleichförmigen Charakters in eine Verrohrungswandung zu induzieren. Dies wäre darüber hinaus besonders wünschenswert bei einem kombinierten Gerät einschließlich einer Wirbelstromerfassungseinheit und vielleicht außerdem einer Induktionstyp-Dickenmeßeinheit.

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Es hat sich nämlich bei den bisher verwendeten Magnetisiereinheiten, die zum Aufbau eines so großen magnetischen Flusses verwendet wurden, daß die anstoßenden Abschnitte einer Bohrlochauskleidung, die zu untersuchen ist, zumindest im wesentlichen gesättigt wurden, wobei typischerweise massive Magnetisiereinheiten verwendet wurden, die Kerne minimaler Reluktanz und damit notwendigerweise geringer Länge verwendet wurden mit Polstücken und Kernen größstmöglichen Durchmessers gezeigt, daß die Leckflußmessungen in unerwünschter Weise beeinflußt wurden durch Ablagerungen und Rost auf den Innenwandungen eines Auskleidiungsstranges wie selbst auch durch minimale Änderungen der Innendurchmesser von unterschiedlichen Auskleidungsstoßstellen in einem gegebenen Rohrstrang, während der hochintensive Magentfluß, entwickelt durch die Magnetisiereinheit zugleich nachteilig die Messungen beeinflußt oder vollständig überdeckt, die durch Wirbelströme oder andere mögliche Inspektionseinheiten geliefert würden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Untersuchung von Bohrlochverrohrungen zu schaffen, bei dem eine einen Magnetfluß induzierende Kraft längs aufeinanderfolgender Abschnitte der BohrlochVerrohrung, welche typische ferromagnetische Eigenschaften besitzt, zur Einwirkung gebracht werden und Messungen in Intervallen längs jedes solchen Abschnitts durchgeführt werden, bei welchem Verfahren zuverlässig metallische Defekte lokalisiert werden sollen, die sich in der Wandung eines Verrohrungsabschnittes besfinden, wie etwa eines Stranges der Bohrlochauskleidung.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Vorrichtungsansprüchen definiert. Weitere bevorzugte Merkmale sowohl des Verfahrens wie auch der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine etwas schematisierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verrohrungsinspektionsgeräts gemäß der Erfindung, und zwar in dem Zustand, wie sich das Gerät in einem typischen verrohrten Bohrloch befindet,

Fig. 2 zeigt verschiedene Einzelheiten des Aufbaus eines Teils des Gerätsnach Fig. 1, und

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Schaltkreise, die dem Gerät nach Fig. 1 zugeordnet sind.

Das Gerät 1o gemäß Fig. 1, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, wurde etwas schematisiert während des Durchgangs in einem typischen Inspektionsarbeitsgang in einem Abschnitt einer Bohrlochverrohrung dargestellt, wie etwa einem Strang von Bohrlochauskleidungsrohren 11, wie sie üblicherweise für die Auskleidung der Wandung eines Bohrlochs 12 verwendet werden. Wie dargestellt, hängt das Gerät 1o an einem typischen Mehrleiterkabel 13, das in ebenfalls üblicher Weise auf einer (nicht dargestellten) Winde aufgespult ist, die sich an der Erdoberfläche befindet und zum Auf- bzw. Abwickeln des Kabels dient, wie dies erforderlich ist, um das Gerät selektiv durch die Auskleidung 11 zu bewegen. Die verschiedenen Leitungen 14 bis 19 im Kabel 13 sind mit üblichen Oberflächenschaltkreisen 2o verbunden für die Aufzeichnung verschiedener Ausgangssignale des Inspektionsgerätes 1o auf einem Lichtstrahl- oder Elektronenstrahloszillographen 21, wie auch für die Einspeisung von

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Leistung von einer Stromversorgung 22 zu elektronischen Schaltkreisen 23 bzw. 24 im Gerät selbst.

In typischer Weise ist ein Meßrad 25 vorgesehen, daß durch die Bewegung des Kabels 13 auf die bzw. von der Winde angetrieben wird, und dieses Meßrad ist in Wirkverbindung über einen Impulsgenerator oder über geeignete mechanische Gestänge 26 mit dem Aufzeichnungsgerät 2Ί, damit dort Aufzeichnungen erhalten werden in Funktion der Tiefe des Gerätes 1oim Bohrloch 12. Da es üblicherweise bevorzugt wird, daß die verschiedenen Aufzeichnungen von dem Aufzeichnungsgerät 21 alle auf eine gemeinsame Tiefenskala bezogen werden, umfassen die Schaltkreise 2o auch sogenannte "Tiefenspeicher" 27, die dirch das Meßrad 25 angesteuert werden zur momentanen Speicherung eines Satzes von Datensignalen von dem Gerät 1o zur gleichzeitigen Präsentation an dem Aufzeichnungsgerät mit einem oder mehreren anderen Sätzen von Datensignalen von dem Gerät. Geeignete Speicherschaltkreise sind in der US-PS 3 166 7o9 und der US-PS 3 4o5 349 erläutert, so daß eine detaillierte Beschreibung hier nicht erforderlich ist.

Wie dargestellt, umfaßt das Gerät 1o einen langgestreckten Grundkörper 2 8 mit einer oder mehreren bekannten Gerätezentriervorrichtungen 29 bzw. 3o, die in Wirkverbindung an oberen bzw. unteren Abschnitten des Grundkörpers montiert sind und das Gerät im wesentlichen koaxial innerhalb der Bohrlochauskleidung 11 halten. Im allgemeinen besteht das dargestellte Gerät in einer bevorzugten Ausfuhrungsform aus einer Fehlererfassmtpeinheit 31 mit einer Mehrzahl von Auskleidungsabtastschuhen 32 und 33, die rings um eine Auskleidungsmagnetisiervorrichtung 34 angeordnet sind und in Wirkverbindung stehen mit elektronischen Schaltkreisen 23, die sich im oberen Abschnitt des Grundkörpers 28 befinden. Die bevorzugte Ausführurigsform des Inspektionsgerätes 1o umfaßt ferner eine

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Induktionsdickenmeßeinheit 35, die an dem Grundkörper 2 8 hängt und in Wirkverbindung steht mit den elektronischen Schaltkreisen 24, die sich im unteren Abschnitt des Grundkörpers befinden.

Demgemäß wird, wie nachfolgend noch näher erläutert, das Gerät 1o durch die Auskleidung 11 bewegt, und es werden verschiedene für den Auskleidungszustand repräsentative Signale von der Fehlererfassungseinheit 31 bzw. der Dickenmeßeinheit 35 erzeugt, die nacheinander dem Oberflächenaufzeichnungsgerät 21 zugeführt werden als Funktion der aufeinanderfolgenden Tiefenstellungen des Geräts. Wie obenerwähnt, ist es bevorzugt, daß die Oberflächenschaltkreise 2o einen Tiefenspeicher 27 umfassen, so daß die jeweils von der Fehlererfassungseinheit 31 und der Dickenmeßeinheit 35 erzeugten, für den Auskleidungszustand repräsentativen Signale bei dem Aufzeichnungsgerät auf eine gemeinsame Tiefenskale bezogen ankommen für die Erleichterung der nachfolgenden Deutung der gewonnenen Aufzeichnung.

Es ist natürlich bekannt, daß dann, wenn eine inkrementelle Länge einer ferromagnetisehen oder paramagnetischen Verrohrung, wie der Bohrlochauskleidung 11, einem in Längsrichtung orientierten Magnetgleichfeld ausgesetzt wird, in der Bohrlochauskleidung im allgemeinen in Längsrichtung verlaufende magnetische Flußlinien aufgebaut werden. Solange der magnetisierte Abschnitt der Auskleidungswandung magnetisch homogen ist, bleiben diese in Längsrichtung orientierten Flußlinien im wesentlichen innerhalb der Wandung der Auskleidung 11 und weisen eine relativ gleichförmige Dichte auf. Wenn sich andererseits eine magnetisch sich auswirkende Anomalie oder ein Defekt, wie ein Riß, eine Aushöhlung, eine Öffnung oder dergl. sich in dem magnetisierten Abschnitt der Auskleidung befindet, werden die Flußlinien entsprechend um diesen Defekt herum gestört, so daß sich ein erfaßbares sogenanntes Leckfluß-

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muster oder eine Anomalie auf der Auskleidungswandung unmittelbar nahe dem Defekt ergibt. Demgemäß wird die Bewegung einer ertsprechenden Erfassungsspule längs der Wandung eines magnetisierten Abstands der Auskleidung 11 wirksam werden für die Induktion eines repräsentativen Spannungssignals in der Spule, wenn sich diese durch eines dieser Leckflußmuster bewegt. Es versteht sich natürlich, daß für eine gegebene Situation die Höhe dieser Ausgangssingale in direkter Beziehung steht zur Größe der die magnetischen Eigenschaften beeinflussenden Verrohrungsanolamie. Demgemäß sind die verschiedenen mit der Wandung im Eingriff stehenden Inspektionsschuhe 32 und 33 der Fehlererfassungseinheit 31 jeweils in Umfangsrichtung im Abstand um den Grundkörper 28 herum angeordnet für die Erfassung von Fehlern oder Defektenrings um den gesamten Umfang der Auskleidung 11. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird diese vollständige Umfangsüberdeckung am besten erreicht durch Unterteilung der verschiedenen Inspektionsschuhe und symmetrische Anordnung von Hälften dieser Schuhe, wie bei 32, in gleichartigen Intervallen rings um einen Abschnitt des Grundkörpers 28 und durch symmetrische Anordnung der verbleibenden Schuhe, wie bei 33, in gleichen Intervallen rings um den unteren Abschnitt des Grundkörpers. Durch winkelmäßige Versetzung der unteren Schuhe 33 relativ zu den oberen Schuhen 32 untersucht jeder der unteren Schuhe jeweils einen schmalen Längsstreifen der Auskleidung 11, der zwischen zwei benachbarten Streifen der Auskleidung liegt und diese teilweise überdeckt, die von zwei unmittelbar darüber liegenden Inspektionsschuhen untersucht werden. Mit anderen Worten, untersuchen bei der Bewegung der Gerätes 1o durch die Auskleidung 11 die oberen Inspektionsschuhe 32 kontinuierlich eine Anzahl vonⁿUmfangsrichtungen im Abstand liegenden Bändern oder Längsstreifen längs der Auskleidungswandung mit dazwischenliegenden Lücken, während die unteren Schuhe 33 kontinuierlich diese Lücken untersuchen, um

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eine vollständige Prüfung der Auskleidungswandung sicherzustellen.

Der Fachmann erkennt natürlich, daß es eine Anzahl von befriedigenden mechanischen Anordnungen gilt, die geeignet sind, um die Inspektionsschuhe 32 und 33 in Wirkungseingriff mit der Innenwandung der Auskleidung 11 zu erhalten. Beispielsweise können die verschiedenen Inspektionsschuhe 32 und 33 auf dem Gerätegrundkörper 28 unter Benutzung der Lehre der US-PS 2 736 967 gehalten werden. Wie in Fig. 2 jedoch dargestellt, ist bei der bevorzugten Äsführungsforni der Vorrichtung nach der Erfindung jeweils das obere und untere Ende der Inspektionsschuhe 32 gelenkig verbunden mit den äußeren Enden starrer Arme 36 bzw. 37, die ihrerseits mit ihren inneren Enden gelaikig angekoppelt sind an im Längsabstand liegende Kragen 38 bzw. 39, welche gleitbeweglich auf dem Gerätegrundkörper 2 8 angeordnet sind. Federn 4o sind eingespannt angeordnet, um normalerweise die Außenseiten der verschiedenen Inspektionsschuhe 32 in Gleiteingriff mit der Wandung der Auskleidung 11 zu drücken. Insoweit, als die besonderen Einzelheiten der Montage der Inspektionsschuhe 32 und 33 an dem Gerät 1o nicht für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, wird angenommen, daß diese mechanischen Details durch Fig. 2 hinreichend erkennbar sind.

Wie oben erwähnt, ist die Magnetisiervorrichtung 34 des Gerätes 1o so ausgebildet, daß sich ein in Längsrichtung erstreckendes magnetisches Gleichfeld in jenem Abschnitt der Auskleidung 11 ergibt, mit dem die verschiedenen Inspektionsschuhe 32 und 33 dann im Eingriff stehen. Demgemäß umfaßt gemäß der Lehre der Erfindung die Magnetisiervorrichtung 34 einen Inanggestreckten paramagnetischen oder ferromagnetischen Kern 41, der aus Zweckmäßigkeitsgründen zugleich als Zwxschenabschnitt des Grundkopers 28 ausgebildet ist. In der bevorzugten Ausführungsform des Gerätes 1o ist eine Magnetisierspule 42 schraubenlinienförmig um den Kern 41 gewickelt und

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an die Kabelleitung 19 angekoppelt, die zu der Oberflächen-, stromversorgung 22 führt. Um die Spule 42 von allen elektrisch leitenden Fluiden in dem Bohrloch 12 zu isolieren, ist sie vorzugsweise in einen entsprechenden Elastomer oder ein Kunststoffisoliermaterial 43 eingehüllt oder eingebettet. Die gesamte Spule 42 ist ferner vorzugsweise mit einer dünnen Hülse 44 aus nichtmagnetischem Material abgedeckt, die entsprechend bemessen ist, um gleitbeweglich die verschiedenen Gleitkragen 38 und 39 zu tragen, an welchen die Inspektionsschuhe 32 angekoppelt sind. Um maximale Wirksamkeit der Fehlererfassungseinheit 31 sicherzustellen, sind die oberen und unteren Inspektionsschuhe 32 bzw. 33 rings um den mittleren Abschnitt der Magnetisierspule 42 montiert, und einen vergrößerten Durchmesser aufweisende obere und untere Polstücke 45 und 46 aus einem ferromagnetischen oder paramagnetischen Material sind in Flußkopplung an entgegengesetzten Enden des Magnetiervorrichtungskerns 41 angekoppelt.

Man erkennt deshalb, daß die Magnetisiervorrichtung ein in Längsrichtung langgestrecktes toroidförmiges Magnetfeld aufbaut, das generell in einer Strecke verläuft, die sich längs der Achse des Zentralmagnetisiervorrichtungskerns 41 erstreckt, zwischen den ümfangsflächen der oberen und unteren Polstücke 45 und 46 einerseits und den jeweils benachbarten Flächen der Bohrlochauskleidungswandung durchtritt und sich dann durch den gesamten Umfang des Längenabschnitts der Auskleidung 11 erstreckt, der zwischen diesen im Abstand liegenden Wandungsoberflächenteilen liegt. Die Inspektionsschuhe 32 und 33 sind natürlich immer in Koriakt mit dem mittleren Teil des Längenabschnitts von Auskleidung 11, der dann magnetisiert ist. Demgemäß erkennt man, daß für eine gegebene Anzahl von Windungen der Magnetisierspule 42 und für einen gegebenen angelegten Gleichstrom die sich ergebende Flußintensität eine Funktion der gesamten sich aus verschiedenen Teilen zusammensetzenden magnetischen Reluktanz ist, die sich dann in dem oben beschriebnen Pfad des toroidförmigen Magnetfeldes befindet.

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Demgemäß ist die Intensität oder Flußdichte des Magnetfeldes, dasdurch die Magnetisiervorrichtung 34 aufgebaut wird, bestimmt durch die Summe der Reluktanzen des inkrementellen Längenabschnitts von Auskleidung 11, der dann untersucht wird, der magnetischen Reluktanzen der Ringspalte zwischen der Auskleidungswandung und ofen oberen und unteren Polschuhen, und der gesamten magnetischen Reluktanz des Kernes 41 und der Polstücke 45 und 46.

Bisher wurde bei bekannten Leckflußfehler-Erfassungsgeräten ähnlicher Bauart angenommen, daß es wirksamer sei, eine magnetische Sättigung der anstoßenden Auskleidungswandungen anzustreben, und um dies zu erreichen, war es infolgedessen notwendig, die magnetische Reluktanz des Kernes soweit als möglich zu verringern. Gemäß den Prinzipien der vorliengenden Erfindung jedoch hat es sich gaseigt, daß überlegene Betriebsergebnisse erreicht werden können durch absichtliche Ausbildung der Magnetisiervorrichtung 34 derart, daß die magnetische Reluktanz des Kernes 41 und der Polstücke 45 und 46 merkbar groß ist relativ zur Summe der kombinierten maifgetischen Reluktanzen der Ringspalte zwischen den Außenflächen der beiden Polstücke und dem Längenabschnitt der Auskleidung 11, der dann magnetisiert wird. Dies wird demgemäß zu einer durchschnittlichen Flußdichte, hervorgerufen durch die Magnetisiervorrichtung 34 führen, die relativ konstant ist in aufeinanderfolgenden Längenabschnitten der Auskleidung, selbst dort, wo kleine Änderungen, entweder in der k magnetischen Reluktanz des Längenabschnitts von Auskleidung 11, der untersucht wird, oder der Dicke der Ringspalte zwischen den Auskleidungswandungen und den oberen und unteren Polschuhen 45 und 46 vorliegen. Im Ergebnis undim scharfen Gegensatz zur Betriebscharakteristik der bekannten Geräte dieser Bauart ist die erfindungsgemäße Fehlererfassungseinheit 31 in der Lage, eine zuverlässigere Leckflußinspektion der Bohrlochrohrstränge zu gewährleisten, etwa einer Auskleidung 11, ohne merkbar beeinflußt zu werden

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entweder durch kleinere Änderungen im Innendurchmesser des
Rohrstranges oder durch Änderungen im Zustand der Wandungsoberfläche.

Man erkennt natürlich, daß die absichtliche und erhebliche Vergrößerung der magnetischen Reluktanz der Konbaugruppe 41 der Magnetisiervorrichtung 34 auf verschiedene Art und Weise erreichbar ist. Zunächst und vielleicht als am wichtigsten hat sich gezeigt, daß eine erhebliche Vergrößerung
der inneren magnetischen Reluktanz der Magnetisiervorrichtung 34 dadurch erreicht werden kann, daß der Kern 41 einen minimalen Durchmesser besitzt, derart, daß die Querschnittsmetallfläche des Kernes nicht mehr als ebenso groß oder sogar erheblich kleiner ist als die Querschnittsmetallfläche der Auskleidung 11. Darüber hinaus kann die Gesamtreluktanu des Kernes 41 ferner erheblich vergrößert werden Bäativ zu der kombinierten magnetischen Reluktanz des gesamten toroidförmigen Pfades des aufgebauten Magnetieldes dadurch, daß man den Kern erheblich länger macht als die üblicherweise hierfür benutzten
Kerne bei bekannten Geräten. Eine weitere Vergrößerung der
Reluktanz des Kernes 41 läßt sich erreichen durch Ausbildung des Kernes aus einem Metall mit relativ niedriger magnetischer Permeabilität anstatt aus hochpermeablem Metall, wie dies bisher für vorteilhaft, falls nicht unabdingbar gehalten wurde.

ES hat sich auch als hilfreich erwiesen, die VHtikale Höhe der oberen und unteren Polstücke 45 und 46 etwas größer zu machen als bisherüblichwar bei vergleichbaren Leckflußinspektionsgeräten. Diese vergrößerte Höhe hat den doppelten Vorteil, daß zum ersten nochmals die magnetische Reluktanz der gesamten Kernbaugruppe 41 der Magnetisiervorrichtung 34 vergrößert wird, wie auch zweitens zugleich die magnetische Reluktanz über den Ringspalt zwischen den Flächen der Pdstücke 45 und 46 und der Innenwandungsfläche der Auskleidung 11
verringert wird.

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DieAnwendung mindestens einer, wenn nicht aller, dieser verschiedenen Maßnahmen beim Aufbau der Kernbaugruppe 41 der Magnetisiervorrichtung 34 hat überlegene und unerwartete Ergebnisse gezeigt, verglichen mit ähnlichen Leckflußgeräten bekannter Bauart. Da die besonderen Abmessungen, die für ein gegebenes Inspektionsgerät unter Verwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung natürlich nur abhängen von dem bestimmten Bereich von Rohrgrößen, für die das Gerät bestimmt ist, wird es für sinnvoller gehalten, die Auslegungsparameter des Gerätes 1o in Termen bevorzugter Verhältnisse der magnetischen Reluktanz für die Kernbaugruppe 41 der Vorrichtung 34 zu der Reluktanz der kurzen ringförmigen Spalte rings um die Polstücke 45 und 46 und zu der bekannten Reluktanz der typischen ölfeldrohre, wie Auskleidung 11, anzugeben.

Wie oben erwähnt, handelt es sich bei der magnetischen Strecke oder der toroidförmigen Schleife, mit der die Magnetisiervorrichtung 34 verknüpft ist, um einen magnetischen Serienkreis, bestehend aus Kern 41, den Ringräumen, um die oberen und unteren Polstücke 45 und 46 und den Längenabschnitt der Auskleidung 11, der dann magnetisiert wird. Wenn man diese Schleife mathematisch beschreibt, kann man die folgende Gleichung verwenden:

xTx ^L 2t L

NI _ c g . ρ , ₁ν

"Ij) Au AUAu ^U;

^Ύ c^rc g"g ρ*ρ

N die Anzahl der Windungen der Magnetisierspule 42 angibt,

I der Strom in der Spule 42 ist,

(j) der Magnetfluß im Magnetkreis ist,

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L die gesamte Länge des Kerns 41 und der Polstücke 45 und 46 angibt,

A die über den Querschnitt gemessene Metallfläche des Kerns 41 bedeutet,

u die relative magnetische Permeabilität des Kernes 41 ist,

t die Dicke der Ringspalte oder der Abstanazwischen jedem der Polstücke 45 und 46 und der Innenwand des Gehäuses 11 ist,

A die Fläche der Polstücke 45 und 46 bedeutet (d.h.

Höhe χ Umfang),

u die relative magnetische Permeabilität von Bohr-■ g

lochfluiden in den Ringräumemn ist(üblicherweise

= D,

L die Länge des Abschnitts von Auskleidung 11,der untersucht wird, ist (L = L ) ,

A der Metallquerschnitt der Auskleidung 11 ist, und

ρ die relative magnetische Permeabilität der Auskleidung 11 bedeutet.

Demgemäß wird im Gegensatz zu der üblichen, bisher bekannten Praxis, die in der US-PS 3 543 144 beschrieben ist, wo magnetische Sättigung der Ausklediung angestrebt wird und der erste Term in der obigen Gleichung typischerweise so klein wie möglich gemacht wird, gemäß der vorliegenden Erfindung gerade vorgesehen, diesen ersten Term so groß wie praktisch möglich

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zu machen im Verhältnis zu den beiden anderen Termen in der Gleichung. Wie oben erörtert, ist es wichtig, L relativ groß zu halten, aber ebenso auch A und u klein zu machen im Ver-

cc

hältnis zu A bzw. μ .
P ^rP

Als ein typisches Beispiel für die Bedeutung dieser Beziehungen ist zu berücksichtigen, daß man, um den ersten Term aus Gleichung (1) größer als den dritten Term zu machen, den Durchmesser des Kernes 41 relativ klein wählen muß, derart, daß die Metallquerschnittsfläche des Kernres nicht größer ist und, wenn überhaupt möglich, viel kleiner ist als die Metallquerschnittsfläche der BohrlochVerrohrung, die inspiziert wird. In ähnlicher Weise sollte die relative magnetische Permeabilität des Kernes 41 so niedrig als praktisch möglich sein im Verhältnis zu dem vorgegebenen Wert für die Verrohrung und sollte, vom praktischen Standpunkt aus, nicht höher sein.

Wenn man einmal beispielshalber von einer typischen 5-Zoll-Verrohrung (12,5 cm) ausgeht mit einer durchschnittlichen Wandungsdicke von 1/4 Zoll (6,25 mm) und einer typischen magnetischen Permeabilität von 1oo, so beträgt der dritte Term in Gleichung (1) etwa o,oo255 L . Es kann demgeaß gezeigt wer-

den, daß, wenn man ein Metall mit einer relativen Permeabilität von 1oo für den Kern 41 verwendet, dieser Kern, wenn er massiv wäre, einen Durchmesser haben sollte, der nicht größer ist als etwas mehr als 2 Zoll (5cm), wenn die ersten und dritten Terme von Gleichung (1) gerade sein sollen. Infolgedessen ist es gemäß der Erfindung bevorzugt, den Kern 41 aus Metallen aufzubauen, wie verschiedenen harten Stählen mit rdativen magnetischen Permeabilitäten in der Größenordnung von nicht mehr als 4o oder 5o und den Außendurchmesser des Kernres auf einen Wert in der Größenordnung der Hälfte oder vorzugsweise noch wesentlich weniger des Innendurchmessers der zu untersuchenden Verrohrung zu bemessen (was äquivalent einer Kernquerschnittsgröße ist von weniger als einem Viertel der Polstück-

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querschnitte), so daß die Größe des ersten Terms in Gleichung (1) mindestens etwas größer, falls nicht erheblich größer ist als die Größe des dritten Terms in der Gleichung. Da Drähte durch den Grundkörper 2 8 zu der Dickenmeßeinheit 35 geführt werden müssen, ist es natürlich vorteilhaft, einen Axialdurchlaß durch den Kern 41 vorzusehen, mit dem seine Metallquerschnittsfläche weiter verringert wird. Als Beispiel könnte bei einem Gerät 1o für die Inspektion der vorerwähnten 5-Zoll-Auskleidung der Magnetisiervorrichtungskern 41 ohne weiteres so ausgelegt werden, daß der erste Term in der Gleichung in der Größenordnung von o,oo85 L liegt oder etwas mehr als dreimal so groß ist wie die Größe des dritten Terms.

Man erkennt natürlich, daß durch Vergrößerung des ersten Terms in Gleichung (1) gegenüber dem dritten Term der zweite Term beinahe bedeutungslos wird, relativ zum ersten Term. Beispielsweise ist es in dem oben erläuterten Beispiel sehr leüit, mit den gegenwärtig erhältlichen Metallen (fen ersten Term aus Gleichung (1) mindestens 4o- oder 5o-mal größer zu machen als den zweiten Term. Demgemäß und mit so großen relativen Unterschieden kann man ohne weiteres zeigen, daß größere Änderungen, wie etwa 1/8 Zoll (3,25 mm) oder selbst mehr in der Dicke der Ringspalte zwischen der Wandung der Auskleidung 11 und den Polstücken 45 und 46 die Gesamtreluktanz des Magnetkreises der Magnetisiervorrichtung 34 um nicht mehr als 1 oder 2% beeinflussen. Der Fachmann erkennt natürlich, daß ähnliche Leckflußinspektionsgeräte bekannter Bauart notwendigerweise wesentlich größere Änderungen der Gesamtreluktanz ihrer Magnetkreise in Rechnung zu stellen haben, wenn eine Änderung in den Ringspaltabmessungen um die Polstücke ihrer Magnet!siervorrichtungen herum auftreten, selbst wenn diese nur so klein sind wie etwa 1/16 Zoll (1,6 mm).

Die Bedeutung dieser sehr kleinen Änderungen in der Gesamtreluktanz des Magnetkreises von Magnetisiervorrichtung 34

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hervorgerufen durch erhebliche Änderungen in der Breite der Ringspalte zwischen Auskleidung 11 und Polstücken 45 und 46, wird noch deutlicher, wenn es erforderlich wird, ein Signal, hervorgerufen durch einen Auskleidungsdefekt, von einem Signal zu unterscheiden, hervorgerufen durch entweder eine harmlose Ablagerung auf der Auskleidungswandung oder oine normale Durchmesser änderung von einer Auskleidungsstoßstelle zur anderen. Zum Beispiel ergeben sich, wenn das afindungsgemäße Gerät 1o durch eine BohrlochVerrohrung, wie eine Bohrlochauskleidung 11, geführt wird, immer kleine Rauschanteile oder Änderungen im Ausgangssignal, die als "magnetisches Rauschen" charakterisiert werden können. Diese Rauschsignale werden natürlich hervorgerufen durch Effekte, wie Scharren der Inspektionsschuhe 32 und 33, wie auch durch minimale Änderungen der Ringspalte um die Polstücke 45 und 46 infolge der Rauheit der Verrohrung und Ablagerungen längs der Bohrlochverrohrung. Wie oben diskutiert, sind jedoch diese Rauschsignale sehr klein infolge der neuartigen Auslegung der Fehlererfassungseinheit 31. Wenn demgemäß eine Flußanomalie, hervorgerufen durch einen Verrohrungseffekt, von einem der Inspektionsschuhe 32 und 33 überlaufen wird, hat das resultierende Ausgangssignal eineja erheblichen größere Amplitude als der Hintergrundpegel des kontinuierlichen magnetischen Rauschsignals und ist deshalb ohne weiteres unterscheidbar auf der Aufzeichnung, die von dem Aufzeichnungsgerät 21 geliefert wird. Mit anderen Worten hat sich der verbesserte Signalrauschabstand der erfindungsgemäßen Fehlererfassungseinheit 31 als außergewöhnlich, vorteilhaft in den Felderprobungen erwiesen.

Auf der anderen Seite hat es sich bei den bekannten Geräten (wie etwa im US-PS 3 543 144 offenbart), wo selbst eine geringfügige Änderung in den Ringspalten zwischen den Polstücken und der Verrohrungswandung die gesamte magnetische

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Reluktanz des Magnetkreises erheblich ändert, erwiesen, daß die Ausgangssignale solcher Geräte üblicherweise extrem verrauscht sind. Bei derAnwendung solcher bekannten Geräte hat es sich daher häufig erwiesen, daß es oft schwierig, wenn nicht unmöglich, ist, Leckflußsignale, hervorgerufen durch kleinere Rohrdefekte, von gewöhnlichem Rauschen hoher Amplitude oder Hintergrundsignale za unterscheiden. Vergleichsweise sind bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Magnetisiervorrichtung 34 des Gerätes 1o für alle praktischen Zwecke jegliche merkbaren Effekte beim Betrieb des Gerätes eliminiert, die sonst auftreten bei Bewegung des Gerätes entweder durch Aneinanderstoßen der Verrohrungsverbinder geringfügig unterschiedlichen Innendurchmessers oder durch besonders rauhe oder mit Ablagerungen b e s ch i chte te Rohre.

Die vorstehende Erörterung ist natürlich bisher vor allem auf die Auslegung der Magnetisiervorrichtung 34 eingegangen, mit deren Hilfe eine Leckflußuntersuchung durch die Fehlererkennungseinheit 31 durchzuführen ist. Wie weiter oben erwähnt jedoch, ist eine Wirbelstromuntersuchungseinheit mit der Fehlererfassungseinheit 31 kombiniert, um Verrohrungseffekte auf oder nahe der Innenfläche der Bohrlochauskleidung zu unterscheiden, von Defekten, die sich entweder auf der Außenseite der Verrohrung finden oder in irgendeiner Tiefe in der Wandung, wie am besten in Fig. 3 erkennbar.

In Fig. 3 ist demgemäß schematisch dargestellt, daß die Fehlererkennungseinheit 31 des Gerätes 1o vorzugsweise so aufgebaut ist, daß die verschiedenen Inspektionsschuhe, wie der Schuh 32, jeweils eine Wirbelstromschwingspule 47 tragen sowie zwei differentialgeschaltete Erfassungspulen 48 und 49. Um Wirbelströme in den anstossenden Wandungsflächen der Bohrlochverrohrung, die untersucht wird, zu erzeugen, sind die verschiedenen Oszillatorspulen, wie die Spule 47, in jedem der verschiedenen Inspektionsschuhe, wie 32, jeweils angekoppelt

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an einen gemeinsamen Hubfrequenzoszillator 5o in den im Bohrloch befindlichen Schaltkreisen 23. Andererseits sind die Erfassungsspulen 48 und 49 in jedem der verschiedenen Inspektionsschuhe, wie Schuh 32, jeweils angekoppelt an einen individuell zugeordneten Signaltrennschaltkreis, wie Schaltkreis 51, der ausgebildet ist für die Lieferung getrennter Ausgangssignale, die repräsentativ sind für die Wirbelstrommessungen bzw. die LEckflußmessungen, erzielt jeweils durch jeden einzelnen Inspektionsschuh.Da die Signaltrennschaltkreise, wie Schaltkreis 51, für jeden der verschiedenen Inspektionsschuhe, wie Schuh 32, vorzugsweise untereinander identisch sind, ist nur einer dieser verschiedenen Schaltkreise aus der im Bohrloch befindlichen Schaltkreisanordnung 23 in Fig. 3 dargestellt.

Wie hier gezeigt, werden die kombinierten Signale, die jeweils repräsentativ sind für die Wirbelstrommessungen bzw. die Leckflußmessungen an die Eingangsklemmen eines typischen Breitbandverstärkers 52 angelegt, der einen Teil des Signaltrennschaltkreises 51 bildet. Die Ausgangssignale vom Verstärker 52 werden dann in zwei Kanäle aufgeteilt, wie 53 und 54, und jeweils angekoppelt an eines typisches Tiefpaßfilter 55 und ein typisches Hochpaßfilter 56, die gemeinsam so ausgelegt sind, daß sie die Signale weiterverarbeiten, die jeweils repräsentativ sind für die typischen niederfrequenten Leckflußsignale und die typischen hochfrequenten Wirbelstromsignale. Der niederfrequente oder Leckflußkanal 53 des Signaltrennschaltkreises 51 umfaßt einen typischen Verstärker 57 und einen Gleichrichter 58 für die Lieferung eines ungefilterten Ausgangssignals mit Impulsen oder Spitzen einer ausgewählten Polarität, immer dann, wenn der Inspektionsschuh 32 einen Defekt der Verrohrung erfaßt. Die Amplitude der Ausgangsimpulse von dem Leckflußkanal 53 des Signaltrennschaltkreises 51 sind natürlich proportional zu der Schwere oder Ausdehnung des erfaßten Defektes. In ähnlicher Weise ist der Wirbelstromkanal 54 des Signaltrennschaltkreises 51 mit einem Verstärker 59 und einem Detektor 6o sowie einem Gleichrichter 61 ausgestattet für die

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Umwandlung der hochfrequenten Defektsignale in Impulse oder Spitzen einer ausgewählten Polarität immer dann, wenn der Inspektionsschuh 32 einen Defekt der Verrohrung erfaßt, der sich entweder auf oder sehr nahe der inneren Verrohrungswandung befindet. Wiederum wird die Amplitude dieser Ausgangsimpulse proportional der Schwere des Defektes sein, der bei der Wirbelstrominspektion ermittelt wird.

Es versteht sich'natürlich, daß der gesamte Zweck der erfindungsgemäßen Fehlererfassungseinheit 31 darin besteht, Verrohrungsdefekte von möglicherweise ernsthafter Natur zu lokalisieren. Deshalb ist es mehr oder weniger nur von akademischer Bedeutung, ob mehr als ein Defekt in einem gegebenen ümfangsabschnitt der Bohrlochverrohrung vorliegt, und die praktische Frage ist einfach, ob ein Defekt in einem gegebenen Längenabschnitt der Verrohrung vorliegt oder nicht und, falls dies der Fall ist, wie schwer der Defekt ist. Demgemäß sind in der Fehlererfassungseinheit 31 Schaltkreise 62 in den im Bohrloch befindlichen Schaltkreisen 23 vorgesehen für die Unterscheidung zwischen den verschiedenen Ausgangesignalovdie gleichzeitig von einem oder mehreren der Inspektionsschuhe, wie Schuh 32, geliefert werden und nur ein einziges Ausgangssignal liefern, das repräsentativ ist für den schwersten Defekt, der dann durch diese Inspektionsschuhe erfaßt wurde. In der bevorzugten Ausführungsform der im Bohrloch befindlichen Schaltkreisanordnung 23 gemäß der Erfindung, wie in Fig. 3 dargestellt, umfassen die Signalunterscheidungsschaltkreise 62 eine Anzahl von die Diodennetzwerken 63 bis 66, die als ODER-Gatter ausgebildet sind und dazu dienen, die Leckflußsignale wie auch die Wirbelstromsignale der oberen und unteren Inspektionsschuhe, wie 32 und 33, zu differenzieren. Demgemäß sind, wie dargestellt, die Wirbelstromausgangssignale von jedem der Signaltrennschaltkreise, wie Schaltkreis 51, zugeordnet jeweils einem der oberen Inspektionsschuhe, wie 32, jeweils angekoppelt an die vaschiedenen Eingänge der Maximum-Signalselektoren 66.

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Es wird also ein Wirbelstromausgangssignal von irgendeinem der verschiedenen oberen Inspektionsschuhe, wie 32, auf den Kabelleiter 17 durch den Signaltrennschaltkreis 51 und den Maximum-Signalselektor 66 gegeben. Wenn demgemäß zwei oder mehr Wirbelstromsignale vorliegen sollten, die gleichzeitig an den Signalselektorschaltkreis 66 angäegt warden, wird nur das größte dieser verschiedenen Eingangssignale von den oberen Schuhen, wie 32, in irgendeinem Zeitpunkt auf den Kabelleiter 17 gegeben. Die anderen Signalselektorschaltkreise sind ähnlich ausgebildet, wobei der Schaltkreis 63 vorzugsweise an den Leiter 14 angekoppelt ist für den Durchlaß nur des größten Leckflußsignals von den verschiedenen unteren Inspektionsschuhen, wie bei 33, und der Schaltkries 64 ist so ausgebildet, daß er zwischen dem größten Wirbelstromsignal und den unteren Schuhen differenziert. Der Signalselektorschaltkreis 65 unterscheidet in ähnlicher Weise zwischen den größten Leckflußsignalen von den oberen Inspektionsschuhen, wie 32.

Unter Bezugnahme wiederum auf Fig. 1 ist zu erläutern, daß die Dickenmeßeinheit 35 aus einem Paar von Induktionsspulen 67 und 68 besteht, die koaxial um einen langgestreckten, nichtmagnetischen Dorn 69 gewickelt sind, der hängend an den Grundkörper 28 angekoppelt ist und die voneinander einen Abstand haben, der größer als der Durchmesser der Verrohrung 11 ist. Obwohl anderer Typen von induktiven Dickenmeßgeräten natürlich auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Gerät 1o verwendet werden können, hat es sich gezeigt, daß es sich gezeigt, daß eine Anordnung, wie sie in dem US-PS 2 573 799 beschrieben ist, vollkommen befriedigend ist, um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen.

Demgemäß umfaßt, wie schematisch in Fig. 3 angedeutet, die elektronische Schaltungsanordnung 24 für die bevorzugte Ausbildung der Dickenmeßeinheit 35 einen Oszillator 7o, der an ein Ende der Induktionsspule 68 angekoppelt ist für dnen Aufbau eines magnetischen Wechselfeldes in den benachbarten Verrohrungswandungen, welches Feld erfaßt wird durch die andere Spule 67. Wie in der oben erwähnten Patentschrift be-

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schrieben, ist dank des Längsabstandes zwischen den Spulen die Phase des Ausgangssignales von der Detektorspule 67 relativ zum Oszillatorsignal, das an die Erregerspule 68 angelegt wird, repräsentativ für das Volumen des Metalls, enthalten

in dem Längenabschnitt der Ausklediung 11, der dann zwischen den beiden Spulen liegt. Da der Längsabstand zwischen den Spulen 67 und 68 fest liegt, bedeutet dies deshalb, daß die Phasenbeziehung zwischen Einqc^ :- und Ausgangssignalen eine Funktion der durchschnittlichen gesamten Wandungsdicke dieses Längenabschnitts der Verrohrung 11 ist. Für die Bestimmung dieser Phasenbeziehung ist das Ausgangssignal von der Detektorspule 67 über einen Verstärker 71 an einen Eingang eines typischen Phasenkomparators 72 angekoppelt. Um ein Bezugssignal für den Komparator 72 zu erhalten, wird die Phase des Stromes in der Erregerspule 68, wie bei 73 angedeutet, erfaßt durch Ankopplung des anderen Eingangs des Phasenkomparators an das heiße Ende eines Widerstandes 74, das am anderen Ende der Erregerspule liegt. Der Ausgang des Phasenkomparators 72 seinerseits ist an den Kabelleiter 18 angekoppelt über einen Verstärker 75, der in dem im Bohrloch befindlichen Schaltkreis 24 enthalten ist.

Man erkennt demgemäß, daß mit dem erfindungsgemäßen Gerät 1o, aufgebaut wie in den verschiedenen Zeichnungen dargestellt, eine gründliche Inspektion'durchgeführt wird, wenn das Gerät durch einen Bohrlochverrohrungsstrang bewegt wird, wie die Auskleidung 11. Obwohl diese Inspektion natürlich durchgeführt werden kann, während das Gerät 1o durch die Auskleidung 11 abgesenkt wird, ist es bevorzugt, daß die Messung erfolgt, wenn das Gerät in dem Bohrloch 12 gehoben wird, derart, daß das Kabel 13 gleichförmig belastet ist, um gleichmäßigere Tiefenmessungen für das Aufzeichnungsgerät 21 vorliegen zu haben.

Im Betrieb des Gerätes 1o bei der Untersuchung mindestens eines oder mehrerer Intervalle des Auskleidungsstranges

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werden natürlich von dem Aufzeichnungsgerät 21 gleichzeitig fünf getrennte Aufzeichnungsspuren erzeugt, die individuell wie auch kollektiv repräsentativ sind für den gegenwärtigen Zustand der Auskleidung. Diese Aufzeichnungsspuren werden natürlich auf einer gemeinsamen Tiefenskala wiedergegeben, dank dem Speicher 27. Vier dieser Aufzeichnungsspuren sind natürlich Wirbelstrom- bzw. Leckflußinspk-ektionsmessungen, jeweils erzielt durch die oberen bzw. unteren Schuhe, wie 32 und 33, der Fehlererfassungseinheit 31, während die fünfte Spur die durchschnittliche Wanddickenmessung wiedergibt, geliefert von der Dickenmeßeinheit 35.

Der Fachmann erkennt natürlich, daß zwar verschiedene Vorschläge bereits bekannt sind, verschiedene Defektmessungen zu kombinieren, er weiß aber auch, daß bisher kein tatsehächlich brauchbares Defektinspektionsgerät vorhanden war, das in befriedigender Weise Wirbelstrom-und Leckflußmessungen kombinieren konnte für die Inspektion von Bohrlochverrohrungen, wie Auskleidungsstrang 11. Wie nachfolgend noch eiäutert, hat es sich jedoch gezeigt, daß das erfindungsgemäße Gerät 1o besonders erfolgreich ist für die Erzielung von Mehrfachdefektmessungen, wie Leckflußsignalen, Wirbelstromsignalen und mittleren Dickensignalen.

Um die wichtige Rolle zu vastehen, welche die Auslegung der Magnetisiervorrichtung 34 spielt, um zu ermöglichen, daß das Gerät 1o auch zuverlässige Dickenmessungen ermöglicht, muß aus der obigen Erörterung in Erinnerung gerufen werden, daß die Magnetisiervorrichtung so ausgebildet ist, daß sie ein Magnetfeld relativ niedriger Größenordnung erzeugt wie auch von im wesentlichen konstanter Flußdichte. Die Bedeutung der niedrigen Intensität und konstanten Flußdichte dieses Magnetfeldes läßt sich am besten verstehen, wenn man berücksichtigt, daß für eine gegebene Frequenz des Oszillators 7o die Phasenbeziehungsmessungen, vorgesehen durch die Dickenmeßeinheit 35 festgelegt werden durch die Dicke den elektrischen Widerstandes",

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un die magnetische Permeabilität des Längenabschnitts der Auskleidung 11, die dann untersucht wird. Es ist jedoch bekannt, daß die Permeabilität eines paramagnetischen oder ferromagnetischen Metalls wesentlich abhängt von der Intensität irgendeines Magentfeldes, das in diesem Metall aufgebaut wird, wie auch von der vorhergehenden magnetischen "Vergangenheit" dieses Metalls. Änderungen entweder des gegenwärtigen magnetischen Zustandes oder der mittleren Dicke eines Längenabschnitts von Bohrlochverrohrung wird deshalb entsprechend eine Änderung in der Phasenbeziehung hervorrufen, gemessen durch die Dickenmeßeinheit 35.

Man erkennt demgemäß, daß da die Konstruktion der Magnetisiervorrichtung 34 eine relativ konstante Magnetflußdichte in der Auskleidung 11 induziert, wenn das Gerät 1o durchläuft, die Dickenmeßeinheit 35 für alle praktischen Gesichtspunkte nur auf Änderungen in der durchschnittlichen Wandungsdicke des Auskleidungsabschnitts ansprechen wird, der danach inspiziert wird. Es ist auch zu berücksichtigen, daß dank der relativ niedrigen Flußdichte, hervorgerufen durch die Magnetisiervorrichtung 34, wenig oder gar kein Restmagnetismus in der Bohrlochauskleidung 11 verbleibt, nachdem die Magnetisiervorrichtung wegbewegt worden ist. Wenn demgemäß die nachgeschleppte Dickenmeßvorrichtung 35 durch einen gegebenen Längenabschnitt des Auskleidungsstranges 11 läuft, bleiben die Phasendifferenzmessungen, bewirkt durch den Phasenkomparator 72, im wesentlichen oder gänzlich unbeeinflußt von irgendwelchen Permeabilitätsänderungen in der Auskleidung, die sonst hervorgerufen worden wären durch Restmagnetismus, der notwendigerweise erzeugt wird durch die hochsättigenden Magnetisiervorrichtunge, wie sie in den bisher üblichen Geräten vorgesehen waren.

Der Fachmann wird natürlich erkennen, daß der nachfolgende magnetische Zustand eines ferromagnetischen Materials, welches vorher stark magnetisiert worden war, vollständig un-

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vorhersagbar wird. Wo im Ergebnis eine Serie von Dickenmessungen mit einem Gerät durchgeführt wird, wie mit der Dickenmeßeinheit 35 in einer Ausklediung, wie der Auskleidung 11, mit einem erheblichen Anteil von Restmagnetismus, würden die resultierenden Messungen sowohl durch die Metalldicke, wie auch durch die gegenwärtige magnetische Permeabilität des Auskleidungsstranges beeinflußt werden. Wenn aber vernünftigerweise angenommen werden kann, daß während eines bestimmten Dickenmeßdurchlaufs der magnetische Zustand des Auskleidungsstranges, wie 11, relativ konstant ist, werden die resultierenden Dickenmeßungen mindestens in vernünftigem Maße repräsentativ sein für Dickenänderungen längs des Auskleidungsstranges. Andererseits kann eine nachfolgende Dickenmessung, die später in dem gleichen Auskleidungsstrang vorgenommen würde, nicht mit Sicherheit mit vorhergehenden Durchläufen korreliert werden, da es total unvorhersagbar ist, welchen Effekt der ggegenwärtige magnetische Zustand des Auskleidungsstranges auf die Genauigkeit der neuen Dickenmessungen haben wird. Dies Mfft zu unabhängig davon, ob der Auskleidungsstrang, wie der Strang 11, wieder mit einem starken Magnetfeld magnetisiert wird oder nicht. Man erkennt demgemäß, daß zusätzlich zuden Vorteilen einer konstanten Magentflußdichte die Magnetisiervorrichtung

34 ein so s&waches Magentfeld in dem Auskleidungsstrang 11 erzeugt, daß wenig oder gar kein Restmagnetismus in der Auskleidung verbleibt, der entweder die gegenwärtigen Dickenmessungen beeinflussen würde oder jene, die in dem gleichen Strang zu einem späteren Datum vorgenommen werden.

In ähnlicher Weise haben sich auch die gleichförmige Flußdichte und die relativ niedrige Intensität der Magnetfelder, die nacheinander in der Bohrlochauskleidung 11 durch die Magnetisiervorrichtung 34 induziert werden, als sehr bedeutsam erwiesen aim Ableiten verläßlicher Wirbelstrommessungen in typisehen Bohrlochauskleidungsstrangen. Naturgemäß ist natürlich festzuhalten, daß die Verläßlichkeit und damit die Wirksamkeit irgendw&cher Wirbelstrommessungen in direktem Zusammenhang steht mit der relativen magnetischen Permeabilität des paramagnetischen

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oder ferromagnetischen Metalls, das untersucht wird. Darüber hinaus kann gezeigt werden, daß bei Erhöhung der relativen magnetischen Permeabilität eines gegebenen magnetischen Materials die Tiefe der Prüfung oder die Penetration proportional verringert wird. Es hat sich infolgedessen experimentell nachweisen lassen, daß die Wirksamkeit von Wirbelstromessungen einer gegebenen AuskMdungswandung im wesentlichen gestört, wenn nicht insgesamt wertlos gemach-c werden durch das Vorhandensein eines äußeren Magnetfeldes, das entweder in seiner Größe sich stark ändert oder im wesentlichen magnetische Sättigung der anstoßenden Auskleidungswandungen erstrebt.

Wie oben jedoch erörtert, ist festzuhalten, daß mit der Magnetisiervorrichtung 34 gemäß der Erfindung ein im wesentlichen konstantes und relativ schwaches Magnetfeld in dem Auskleidungsstrang 11 aufrechterhalten wird, wenn mit dem erfindungsgemäßen Gerät 1o ein Inspektionsdurchgang durchgeführt wird. Aus diesem Grunde können beim Durchlauf der verschiedenen Inspektionsschuhe 32 und 33 längs der Innenwandung des Auskleidungsstranges 11 die oben beschriebenen Leckflußmessungen und Wirbelstrommessungen gleichzeitig vorgenommen werden, ohne unerwünschte Beeinträchtigung der letzteren Messungen durch das schwache und außerdem konstante Magnetfeld, das von der Magnetr siervorrichtung 34 aufgebautwird. In ähnlicher Weise wird zwar die Magnetisiervorrichtung 34 progressiv ein Magnetfeld in den inkrementellen Abschnitten des Gehäusestranges 11 induzieren, die suszessiv von der Fehlererfassungseinheit 31 überwacht werden, doch werden die Messungen durch die nachgeschleppte Dickenmeßeinheit 35 nur wenig beeinträchtigt, wenn überhaupt, durch irgendwelchen schwachen Restmagnetismus, der noch in der Auskleidungswandung vorhanden sein könnte, wenn die Dickenmeßeinheit danach durch jene Abschnitte der Auskleidung läuft.

In Übereinstimmung mit dem Vorhergesagten repräsentiert die kombinierte Aufzeichnung durch die Aufzeichnungsapparatur

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drei grundsätzliche Aufzeichnungen, die repräsentativ sind für den gegenwärtigen physikalischen Zustand des Auskleidungsstranges 11 in jedem Tiefenintervall, ds von dem Gerät 1o durchlaufen worden ist. Eine dieser Grundaufzeichnungen ist natürlich die Leckflußmessung, die repräsentativ ist für das Vorhandensein und die relative Schwere des schlimmsten Defekts rings um den Umfang einer gegebenen inkrementellen Länge des Auskleidungsstranges 11. Diese Leckflußmessungen werden natürlich relativ wenig aufschlußreich sein bezüglich der Frage, ob ein erfaßter Defekt sich außerhalb der Auskleidung befindet, oder ein innerer Defekt ist innerhalb der Auskleidungswandung oder sich an der Innenseite der Auskleidung befindet. Da jedoch die Wirbelstromuntersuchung für alle praktischen Zwecke nur wirksam ist für die Lokalisierung von Defekten, die sich entweder auf der Innenseite der Auskleidung oder zumindest sehr nahe derselben befinden, versteht es sich, daß das gleichzeitige Auftreten von Defektsignalen sowohl bei der Leckflußaufzeichnungsspur wie auch bei der Wirbelstromaufzeichnungsspur üblicherweise anzeigen werden, daß der erfaßte Fehler sich auf oder sehr nahe der Innenoberfläche der Auskleidung befindet. Umgekehrt versteht es sich, daß ein Defektsignal bei einer gegebenen Tiefe, das nur bei der Leckflußaufzeichnungsspur vorliegt, angibt, daß der erfaßte Defekt entweder auf der Außenseite der Auskleidung 11 vorliegt oder in erheblicher Tiefe innerhalb der Wandung selbst vorliegt. Es ist dabei natürlich festzuhalten,daßdank den verschiedenen Maximum-Signalselektorschaltkreisen 63 bis 66 das gleichzeitige Auftreten von Defekten bei Leckfluß- und Wirbelstromaufzeichnungsspur im allgemeinen durch den gleichen Defekt hervorgerufen sein wird.

Obwohl die relativen Amplituden der Defektsignale,erzeugt durch die Leckfluß- und Wirbelstrommessungen etwas repräsentativ sein werden für die Schwere eines erfaßten Fehlers, versteht es sich natürlich, daß diese Fehlersignale eigentlich nur von qualitativer Natur sind. Um deshablb eine mehr quantitative Messung der Schwere eines gegebenen Defekts zu erzielen,

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muß die Dickenmeßaufzeichnungsspur geprüft werden. Da demgemäß diese Messung indikativ ist für die gesamte durchschnittliche Wandungsddicke eines gegebenen Längenabschnitts der Auskleidung 11, liefert die Dickenmessung eine allgemeine Angabe bezüglich der Schwere jedes erfi3ten Auskleidungsdefekts. Es ist dabei festzuhalten, daß das Vorhandensein eines Defektsingais nur bei der Defektmeßaufzeichnung von beispielsweise den oberen Schuhen, wie bei 32, typischerweise anzeigt, daß sich der ermittelte Fehler nicht zu weit in seitlicher oder Umfangsrichtung erstreckt, da die unteren Schuhe 33 ihn nicht erfaßten. Demgemäß wird eine merkbare Verringerung der durchschnittlichen Wandungsdicke in diesem Tiefenintervall im allgemeinen einen s&r umfangreichen lokalisierten Fehler anzeigen. Andererseits werden gleichzeitig auftretende Defektsingale unterschiedlicher Amplituden bei den Aufzeichnungsspuren von den oberen und unteren Schuhen 32 und 33 üblicherweise anzeigen, daß sich der erfaßte Fehler in ziemlichem Maße in Umfangsrichtung erstreckt. Umgekehrt werden gleichförmige Fehlersignale bei den Aufzeichnungsspuren von den oberen und unteren Schuhen 32 und 33 mit größter Wahrscheinlichkeit einen im wesentlichen gleichförmigen Umfangsdefekt anzeigen. Die Schwere oder Tiefe dieser verschiedenen Typen von Defekten können natürlich abgeschätzt werden aus der Dickenmessungsaufzeichnungsspur.

Zusammenfassend ist festzuhalten, daß gemäß der Erfindung eine neue und verbesserte Rohrinspektionsapparatur geschaffen worden ist, die besonders geeignet ist für die Lokalisierung von Defekten in BohrlochVerrohrungen, wie Auskleidungssträngen, mittels Leckflußmessungen. Durch Vorsehen einer Rohrmagnetisiervorrichtung mit einem Kern hoher Reluktanz wird ein Magnetfeld aufgebaut in den benachbarten Verrohrungswandungen, daß so schwach ist, daß magnetische Sättigung des benachbarten Metalls nicht einmal näherungsweise erreicht wird. Darüber hinaus haben dank dieses hochreluktanten Magnetisiervorrichtungskernes größere Änderungen sowohl des Innendurchmessers des Rohrstranges wie auch der Zustand der Innenfläche

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der Verrohrung wenig oder gar keinen Einfluß auf die Flußdifahte des im wesentlichen konstanten Magnetfeldes. Da man deshalb ein im wesentlichen konstantes Magnetfeld in dem Rohrstrang aufbaut, bleibt die magnetische Permeabilität der Verrohrung relativ konstant,und Wirbelstrommessungen und Dickenmessungen, die man gemeinsam mit den Leckflußmessungen vornimmt, sind deshalb erheblich genauer.

(Patentansprüche)

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Claims

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Patentansprüche

1. ) Verfahren zur Untersuchung von Bohrlöchern, bei dem exn Magnetfluß längs aufeinanderfolgender Abschnitte einer Bohrlochverrohrung mit typischen ferromagnetisehen Eigenschaften induziert wird und Messungen in Intervallen längs jedes solchen Abschnitts durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetkreis mit diesen aufeinanderfolgenden Verrohrungslängen derart aufgebaut wird, daß ein paramagnetischerv'Pfad von verhältnismäßig hoher magnetischer Reluktanz relativ zu dem des Verrohrungslängenabschnitts vorgesehen ist, und dadurch die Magnetkraft im wesentlichen gleichförmig gehalten wird, um die Messungen mit höherem Signal/Rausch-Verhälntis kompatibel zu machen, welche Messungen Leckflußmessungen und Wirbelstrominduktionsmessungen umfassen, von denen Anzeigen bezüglich Verrohrungsdefekten in der Verrohrungswandung und selektiv an oder nahe der Rohrbohrung ableitbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Phasendifferenzmessungen längs Verrohrungsabschnitten in der Nachbarschaft jedes solchen Abschnitts durchgeführt werden, um Verrohrungsdickenanzeigen abzuleiten, wobei die Magnetkraft hinreichend niedrig gehalten wird, um Restmagnetismus in den gemessenen Verrohrungsabschnitten zu vermeiden, welche einen merkbaren Einfluß auf solche Phasendifferenzmessungen hätten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigen gleichzeitig mit Bezug auf eine gemeinsame Tiefenskala aufgezeichnet werden.

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4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte nacheinander wiederholt werden für einen Vergleich der aufgezeichneten Anzeigen zwecks Ermittlung von änderungen im Zustand der Verrohrung .

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit zwei Polstücken und einer Mehrzahl von in Eingriff mit der Verrohrungswandung bringbaren Schuhen zwischen den Polstücken, welche im Abstand längs eines langgestreckten paramagnetischen Kerns für aie gemeinsame Bewegung durch die Verrohrung mit typischen ferromagnetischen Eigenschaften angeordnet sind, und mit Einrichtungen für die Erzeugung einer Magnetkraft längs des Kerns zwecks Induktion eines Magnetflusses in einem Pfad zwischen den Polstücken über einen entsprechenden Längenabschnitt der Verrohrung, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (45, 46) mit Erregungs- und Erfassungseinrichtungen gekoppelt sind für die Ableitung von Anzeigen für Verrohrungsdefekte im Ansprechen sowohl auf Leckfluß- wie auf Wirbelstrominduktionsmessungen, und daß der Kern eine magnetische Reluktanz aufweist, die verhältnismäßig hoch ist relativ zu der des Verrohrungslängenabschnitts, um so den Magnetkraft induzierenden Fluß im wesentlichen längs der Längenabschnitte der Verrohrung konstant zu halten auf einem Pegel, der kompatibel ist mit genauer Erfassung von Wirbelströmen durch die Erregungs- und Erfassungseinrichtungen .

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine relativ niedrige magnetische Permeabilität aufweist und Metallquerschnittsflächen, die kleiner sind als 1/4 der Metallquerschnittsfläche der Polstücke.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem Material, wie hartem Stahl,

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besteht mit einer relativen magnetischen Permeabilität in der Größenordnung von kleiner oder gleich etwa 5o.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch zwei im Abstand längs eines nichtmagnetischen Dorns, der an ein Ende des Kerns angekoppelt ist, angeordnete Spulen, mit denen Schaltkreise gekoppelt sind für die Ableitung von Verrohrungsdickenanzeigen für die Verrohrungslängenabschnitte, wobei die Magnetkraft erzeugenden Einrichtungen eine so niedrige Flußintensität in den Verrohrungslängenabschnitten erzeugen, daß ein die Dickenanzeigen merkbar beeinflussender Restmagnetismus vermieden wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüchr 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher für gleichzeitige Aufzeichnung aller Anzeigen auf einer gemeiisamen Tiefenskala vorgesehen ist.

1o. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit zwei Polstücken und einer Mehrzahl von in Eingriff mit der Verrohrung bringbaren Schuhen, die im Abstand zwischen den Polstücken angeordnet sind längs eines langgestreckten paramagnetischen^ Kerns und gemeinsam mit den Polstücken und dem Kern durch die Bohrlochverrohrung beweglich sind sowie mit Einrichtungen für die Erzeugung einer Magnetkraft längs eines Kerns zwecks Induktion eines Magnetflusses in einem Pfad zwischen den Polstücken längs eines entsprechenden Längenabschnitts derVerrohrung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuhe mit Erregungs- und Erfassungseinrichtungen gekoppelt sind für die Ableitung von Anzeigen bezüglich Verrohrungsdefekten als Funktion der Tiefe im Ansprechen auf sowohl Leckfluß-als auch Wirbelstrominduktionsmessungen, wobei ein Paar von Induktionsspulen längs eines nichtmagnetischen, an ein Ende des Kerns angekoppelten Dorns vorgesehen sind, und mit Schaltkreisen für die Ableitung von Verrohrungsdickenanzeigen gekoppelt sind, die ebenfalls in Funktion der Tiefe im An-

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sprechen auf Phasendifferenzen abgeleitet werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltkreise einschließlich Speicherschaltkreisen vorgesehen sind für die gleichzeitige Aufzeichnung der Anzeigen auf einer gemeinsamen Tiefenskala zwecks Korrelation der Messungen bezüglich entsprechender Verrohrungslängenabschnitte.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelstrom- und Leckflußmessungen längs aufeinanderfolgenden Verrohrungslängenabschnitten durchgeführt werden und gleichzeitig ein magnetisches Wechselfeld längs Verrohrungsteilen induziert wird, die an die aufeinanderfolgenden Verrohrungslängenabschnitte anschließen, und daß Anzeigen als Funktion der Tiefe von Leckfluß-, Wirbelstrominduktions- und Phasendifferenzmessungen für jeden Verrohrungslängenabschnitt vorgenommen werden, derart, daß Verrohrungsfehler durch Korrelation der Meßwerte analysierbar sind.

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