DE2520679C2

DE2520679C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrlochverrohrungen

Info

Publication number: DE2520679C2
Application number: DE2520679A
Authority: DE
Inventors: Wade M. Houston Tex. Johnson jr.
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: 1985-08-08
Also published as: FR2271381B1; OA04996A; GB1513965A; EG11770A; NO142795B; AR215418A1; AU8100875A; FR2271381A1; NO751558L; NO142795C; CA1029810A; AU501453B2; US3940689A; DE2520679A1; IT1038154B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Bohrlochverrohrungen und eine für die Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 6.

Es hat in tier 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 Wandung 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, 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. Beispielsweise erfaßt ein im Bohrloch angeordnetes, auf dem Streufluß beruhendes Untersuchungsgerät gewöhnlich Anomalien, die sich in irgendeiner 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 Innenwandungsflächc einer

M 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 aufeinanderfolgenden 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 allgemeinen bevorzugt, daß eine sorgfältige Verrohrungsinspektion einen Leckflußtest umfaßt Nichtsdestoweniger besteht ein typisches Problem, auf das man häufig bei den bekannten Leckflußinspektionsgeräten trifft nämlich daß signifikante Ablagerungen von Niederschlagen 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 Bohrlochauskleidung und dem Grundkörper des Inspektionsgerätes. Änderungen wie diese sind natürlich gar,?, üblich, weil sich das Inspektionsgerät von einer Stoßstelle der Verrohrung mit einem gegebenen Gewicht oder einer Nennwanddicke zu einer anderen Stoßstelle bewegt mit einem dünneren oder dickeren Nenngewicht cder einer Wanddicke. Da Verrohrungsstoßstellen einer gegebenen Rohrgröße »ypischerweise einen gleichförmigen Außendurchmesser besitzen, muß sich natürlich der Innendurchmesser vergrößern oder verringern, wie es erforderlich ist, um eine Wanddicke gewünschter Dimension zu erhalten. Darüber hinaus werden Abmessungsänderungen in etwas geringerem Maße selbst bei Verrohrungsstellen 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 Charakter? in eine Verrohrungswandung zu induzieren. Dies wäre darüber hinaus besonders wünschenswert bei einem kombinierten Gerät einschließlich einer Wirbelstromerfassungseinheit und vielleicht außerdem einer Induktionstyp-Dickenmeßeinheit.

Ein Verfahren, das die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist, ist aus der DE-OS 19 48 134 bekannt; diese Druckschrift offenbart auch eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 genannten Merkmalen. Bei diesem Stand der Technik verwendet man Magnetfelderzeuger mit Kernen und Polschuhen in einer Bauweise und aus einem Material, daß deren Reluktanz minimal ist. Wie weiter unten noch im einzelnen zu erläutern, hat dies jedoch die Folge, daß die Leckflußmessungen verfälscht werden können durch Ablagerungen z. B. von Rost auf den Innenwandungen der Verrohrung, durch auch nur geringfügige Änderungen der Verrohrungsdurchmesser, etwa an Stoßstellen, und daß darüber hinaus Wirbelstrommessungen durch die bis zur Sättigung reichende Magnetisierung der Verrohrung verfälscht oder sogar überdeckt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgleiches Verfahren sowie eine gattungsgleiche Vorrichtung zu schaffen, die eine durch die genannten Effekte weniger beeinflußte Untersuchung des Verrohrungsstranges ermöglicht

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6 genannten Merkmale gelöst Da die physikalischen Zusammenhänge etwas komplex sind, wird die Wirkungsweise im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel erläutert

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß aus der US-PS 35 97 678 ein Rohruntersuchungsgerät bekannt ist bei dem der Prüfling mit einem unter dem Sättigungspegel liegenden Magnetfluß durchflutet wird. Die Magnetisierungsanordnung verwendet jedoch gleichwohl einen hochpermeablen Kern aus ferromagnetischem Material mit entsprechend niedriger Reluktanz.

Die Unteransprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung zu seiner Durchführung.

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

F i g. 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

F i g. 2 zeigt verschiedene Einzelheiten des Aufbaus eines Teils des Geräts nach F i g. 1, und

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

Das Gerät 10 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 10 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 20 verbunden für die Aufzeichnung verschiedener Ausgangssignale des lnspektionsgerätes 10 auf einem Lichtstrahl- oder Elektronenstrahloszillographen 21, wie auch für die Einspeisung von Leistung von einer Stromversorgung 22 zu elektronischen Schaltkreisen 23 bzw. 24 im Gerät selbst.
In typischer Weise ist ein Meßrad 25 vorgesehen, das 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 21, damit dort Aufzeichnungen erhalten werden in Funktion der Tiefe des Gerätes 10 im 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 20 auch sogenannte »Tiefenspeicher« 27, die durch das Meßrad 25 angesteuert werden zur momentanen Speicherung eines Satzes von Datensignalen von dem Gerät 10 zur gleichzeitigen Präsentation an dem Aufzeichnungsgerät

mit einem oder mehreren anderen Sätzen von Datensignalen von dem Gerät. Geeignete Speicherschaltkreise sind in der US-PS 31 66 709 und der US-PS 34 05 349 erläutert, so daß eine detaillierte Beschreibung hier nicht erforderlich ist.

Wie dargestellt, umfaßt das Gerät 10 einen langgestreckten Grundkörper 28 mit einer oder mehreren be kannten Gerätezentriervorrichtungen 29 bzw. 30, 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 Ausführungsform aus einer Fehlererfassungseinheit 31 mit einer Mehrzahl von Auskleidungsabtastschuhen 32 und 33, die rings um eine Auskleidungsmagnctisicrvorrichiung 34 angeordnet sind und in Wirkverbindung stehen mit elektronischen Schaltkreisen 23, die sich im oberen Abschnitt des Grundkörpers 28 befinden. Die bevorzugte Ausführungsform des Inspektionsgerätes 10 umfaßt ferner eine Induktionsdickenmeßeinheit 35, die an dem Grundkörper 28 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 10 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 oben erwähnt, ist es bevorzugt, daß die Oberflächenschaltkreise 20 einen Tiefenspeicher 27 umfassen, so daß die jeweiis von der Fehlererfassungseinheit 31 und der Dickenmeßeinheit 35 erzeugten, für den Auskleidungszustand repräsentativen Signale bei dem Aufzeichnungsgerät 21 auf eine gemeinsame Tiefenskale bezogen ankommen für die Erleichterung der nachfolgenden Deutung der gewonnenen Aufzeichnung.

Es ist natürlich bekannt, daß dann, wenn eine aufeinanderfolgende Länge einer ferromagnetischen 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 magnetisieren Abschnitt der Auskleidung 11 befindet, werden die Flußlinien entsprechend um diesen Defekt herum gestört, so daß sich ein erfaßbares sogenanntes Leckflußmuster oder eine Anomalie auf der Auskleidungswandung unmittelbar nahe dem Defekt ergibt. Demgemäß wird die Bewegung einer entsprechenden Erfassungsspule längs der Wandung eines magnetisieren 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 Ausgangssignale in direkter Beziehung steht zur Größe der die magnetischen Eigenschaften beeinflussenden Verrohrungsanomalie. 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 Defekten rings um den gesamten Umfang der Auskleidung 11. Wie in Fig. I 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 liüteren 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, es untersuchen bei der Bewegung des Gerätes 10 durch die Auskleidung 11 die oberen Inspektionsschuhe 32 kontinuierlich eine Anzahl von in Umfangsrichtungen im Abstand liegenden Bändern oder Längsstreifen längs der Auskleidungswandung mit dazwischenliegenden Lücken, während die unteren Schuhe 33 kontinuierlich diese Lücken untersuchen, um eine vollständige Prüfung der Auskleidungswandung sicherzustellen.

Der Fachmann erkennt natürlich, daß es eine Anzahl von befriedigenden mechanischen Anordnungen gibt, die geeignet sind, um die Inspektionsschuhe 32 und 33 in Wirkungseingriff mit der innenwandung der Auskleidung 11 zu halten. Beispielsweise können die verschiedenen Inspektionsschuhe 32 und 33 auf dem Gerätegrundkörper 28 unter Benutzung der Lehre der US-PS 27 36 967 gehalten werden. Wie in F i g. 2 jedoch dargestellt, ist bei der bevorzugten Ausführungsform 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 gelenkig angekoppelt sind an im Längsabstand liegende Kragen 38 bzw. 39, welche gleitbeweglich auf dem Gerätegrundkörper 28 angeordnet sind. Federn 40 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 10 nicht für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, wird angenommen, daß diese mechanischen Details durch F i g. 2 hinreichend erkennbar sind.
Wie oben erwähnt, ist die Magnetisiervorrichtung 34 des Gerätes 10 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 Einbo griff stehen. Demgemäß umfaßt gemäß der Lehre der Erfindung die Magnetisiervorrichtung 34 einen langgestreckten paramagnetischen oder ferromagnetischen Kern 41, der aus Zweckmäßigkeitsgründen zugleich als Zwischenabschniit des Grundkörpers 28 ausgebildet ist In der bevorzugten Ausführungsform des Gerätes 10 ist eine Magnetisierspule 42 schraubenlinienförmig um den Kern 41 gewickelt und an die Kabelleitung 19 angekoppelt, die zu der Oberflächenstromversorgung 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 Flußkonplung an entgegengesetzten Enden des Magnetiervorrichtungskerns41 angekoppelt.

Man erkennt deshalb, daß die Magnetisiervorrichtung 34 ein in Längsrichtung langgestrecktes toroidförmiges Magnetfeld aufbaut, das generell in einer Strecke verläuft, die sich längs der Achse des Zentralmagnetisiervorrichtungskerns 41 erstreckt, zwischen den Umfangsflächen 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 Kontakt mit dem mittleren Teil des Längenabschnitts von Auskleidung ti, 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 beschriebenen Pfad des toroidförmigen Magnetfeldes befindet.

Demgemäß ist die Intensität oder Flußdichte des Magnetfeldes, das durch die Magnetisiervorrichtung 34 aufgebaut wird, bestimmt durch die Summe der Reluktanzen des aufeinanderfolgenden Längenabschnitts von Auskleidung 11, der dann untersucht wird, der magnetischen Reluktanzen der Ringspalte zwischen der Auskleidungswandung und den 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, was es infolgedessen notwendig, die magnetische Reluktanz des Kernes soweit als möglich zu verringern. Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung jedoch hat es sich gezeigt, 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 magnetischen 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 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 und im scharfen Gegensatz zur Betriebscharakteristik der bekannten Geräte dieser Bauart ist die Fehlererfassungseinheit 31 bei der Erfindung in der Lage, eine zuverlässigere Leckflußinspektion der Bohrlochrohrstränge zu gewährleisten, etwa einer Auskleidung 11, ohne merkbar beeinflußt zu werden 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 Kernbaugruppe 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 Gesamtreluktanz des Kernes 41 ferner erheblich vergrößert werden relativ zu der kombinierten magnetischen Reluktanz des gesamten toroidförmigen Pfades des aufgebauten Magnetfeldes 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 vertikale Höhe der oberen und unteren Polstücke 45 und 46 etwas größer zu machen als bisher üblich war bei vergleichbaren Leckflußinspektionsgeräten. Diese vergrößerte Höhe hat den doppelten Vorteil, daß zum ersten nochmals die magnetische Reluktanz der gesamten Kernbaugruppe 41 der Magnetisiervorrichtung 34 vcrgrößen wird, wie auch zweitens zugleich die magnetische Reluktanz über den Ringspalt zwischen den Flächen der Polstücke 45 und 46 und der Innenwandungsfläche der Auskleidung 11 verringert wird.

Die Anwendung 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 10 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:

Nl Φ

worin

(D

10

N die Anzahl der Windungen der Magnetisierspule 42 angibt,

/ der Strom in der Spule 42 ist,

Φ der Magnetfluß im Magnetkreis ist, Lc die gesamte Länge des Kerns 41 und der Polstücke

45 und 46 angibt,
Ac die über den Querschnitt gemessene Metallfläche

des Kerns 41 bedeutet,
Ur die relative maenetische Permeabilität des Kernes 41 ist.

tg die Dicke der Ringspalte oder der Abstand zwischen jedem der Polstücke 45 und 46 und der Innenwand des Gehäuses 11 ist,
Ag die Fläche der Polstücke 45 und 46 bedeutet (d. h.

Höhe χ Umfang),

μ_ΐ die relative magnetische Permeabilität von Bohrlochfluiden in den Ringräumen ist (üblicherweise=!),
Lp die Länge des Abschnitts von Auskleidung 11, der untersucht wird, ist (L₀ = L_p),

Ap der Metallquerschnitt der Auskleidung 11 ist, und μ_ρ die relative magnetische Permeabilität der Auskleidung 1 i bedeutet.

35

Demgemäß wird im Gegensatz zu der üblichen, bisher bekannten Praxis, die in der US-PS 35 43 144 beschrieben ist, wo magnetische Sättigung der Auskleidung angestrebt wird und der erste Term in der obigen Gleichung typischerweise so klein wie möglich gemacht wird, vorliegend gerade vorgesehen, diesen ersten Term so groß wie praktisch möglich zu machen im Verhältnis zu den beiden anderen Termen in der Gleichung. Wie oben erörtert, ist es wichtig, Z^- relativ groß zu halten, aber ebenso auch A_c und μ_χ klein zu machen im Verhältnis zu Ap bzw./Zp.

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 Kernes 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 100, so beträgt der dritte Term in Gleichung (1) etwa 0,00255 Lp. Es kann demgemäß gezeigt werden, daß, wenn man ein Metall mit einer relativen Permeabilität von 100 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 (5 cm), wenn die ersten und dritten Terme von Gleichung (1) gerade sein sollen. Infolgedessen ist es bei der Erfindung bevorzugt, den Kern 41 aus Metallen aufzubauen, wie versch-edenen harten Stählen mit realtiven magnetischen Permeabilitäten in der Größenordnung von nicht mehr als 40 oder 50, und den Außendurchmesser des Kernes auf einen Wert in der Größenordnung der Haltte oder vorzugsweise noch wesentlich weniger des Innendurchmessers der zu unersuchenden Verrohrung zu bemessen (was äquivalent einer Kernquerschnittsgröße ist von weniger als einem Viertel der Polstückquerschnitte), so daß die Größe des ersten Terms in Gleichung (1) mindestens etwas größer, faüs r^:'-' ·.-heblich größer ist als die Größe des dritten Terms in der Gleichung. Da Drähte durch den Grundkörper 28 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 10 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 0,0085 Lc liegt oder etwas mehr als dreimal so groß ist wie die Größe d·"· crittcn Terms.

Man erkennt natürlich, daß durch Vergrößerung des ersten Terms in Gleichung (1) gegenüber dem dritter Term der zweiten Term beinahe bedeutungslos wird, relativ zum ersten Term. Beispielsweise ist es in dem oben erläuterten Beispiel sehr leicht, mit den gegenwärtig erhältlichen Metallen den ersten Term aus Gleichung (1) mindestens 40- oder 50mal 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 mehrere 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 Ringspaltabmcssungen um die Polstücke ihrer Magnetisiervorrichtungen 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 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 eine normale Durchmesseränderung von einer Auskleidungsstoßstelle zur anderen. Zum Beispiel ergeben sich, wenn das Gerät 10 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 eine erheblich 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 Fehlererfaisungseinheit 31 als außergewöhnlich vorteilhaft in den Felderprobungen erwiesen.

Auf der anderen Seite hat es sich bei den bekannten Geräten (wie etwa im US-PS 35 43 144 offenbart), wo selbst eine geringfügige Änderung in den Ringspalten zwischen den Poistücken und der Verrohrungswandung die gesamte magnetische Reluktanz des Magnetkreises erheblich ändert, erwiesen, daß die Ausgangssignale solcher Geräte üblicherweise extrem verrauscht sind. Bei der Anwendung solcher bekannten Geräte hat es sich daher häufig erwiesen, daß es oft schwierig, wenn nicht unmöglich, ist, Leckflußsignale, hervorgerufen durch kleinere Rohrdefekte, von gewöhnlichem Rauschern hohe-· Amplitude oder Hintergrundsignale zu unterscheiden. Vergleichsweise sind bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Magnetisiervorrichtung 34 des Gerätes 10 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 beschichtete Rohre.

Die vorstehende Erörtung 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 F i g. 3 erkennbar.

In F i g. 3 ist demgemäß schematisch dargestellt, daß die Fehlererkennungseinheit 31 des Gerätes 10 vorzugsweise so aufgebaut ist, daß die verschiedenen Inspektionsschuhe, wie der Schuh 32, jeweils eine Wirbelstromschwingspule 47 tragen sowie zwei differentialgeschaltete Erfassungsspulen 48 und 49. Um Wirbelströme in den anstoßenden Wandungsflächen der Bohriochverrohrung, die untersucht wird, zu erzeugen, sind die verschiedenen Oszillatorspulen, wie die Spule 47, in jedem der verschiedenen Inspektionsschuhe, wie 32, jeweils angekoppelt an einen gemeinsamen Hubfrequenzoszillator 50 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 F i g. 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 ein 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 Leckfiußkanai 53 des Signalireinsehaltkreises 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 60 sowie einem Gleichrichter 61 ausgestattet für die 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 Ausgangsimpuise proportional der Schwere des Defektes sein, der bei der Wirbelstrominspektion ermittelt wird.

Es versteht sich natürlich, daß der gesamte Zweck der Fehlererfassungseinheit 31 darin besteht, Verrohrungsdefekte von möglicherweise ernsthafter Natur zu lokali- sieren. Deshalb ist es mehr oder weniger nur von akademischer Bedeutung, ob mehr als ein Defekt in einem gegebenen Umfangsabschnitt 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 Ausgangs-Signalen, die 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 F i g. 3 dargestellt, umfassen die Signalunterscheidungsschaltkreise 62 eine Anzahl von 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 verschiedenen Eingänge der Maximum-Signalselektoren 66.
Es wird also ein Wirbelstromausgangssignal von ir-

gendeinem 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 angelegt werden, 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 Schaltkreis 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 F i g. 1 ist zu erläutern, daß die Dickenmeßeinheit 35 aus einem Paar von Induktionsspulen 67 und 68 besteht, die koaxial um einen langgestreckten, nichtmagnetischen Dorn69gewikkelt 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 andere Typen von induktiven Dickenmeßgeräten natürlich auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Gerät 10 verwendet werden können, hat es sich gezeigt, daß eine Anordnung, wie sie in dem US-PS 25 73 799 beschrieben ist, vollkommen befriedigend ist, um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen.

Demgemäß umfaßt, wie schematisch in F i g. 3 angedeutet, die elektronische Schaltungsanordnung 24 für die bevorzugte Ausbildung der Dickenmeßeinheit 35 einen Oszillator 70, der an ein Ende der induktionsspule 68 angekoppelt ist für den Aufbau eines magnetischen Wechselfeldes in den benachbarten Verrohrungswandungen, welches Feld erfaßt wird durch die andere Spule 67. Wie in der oben erwähnten Patentschrift beschrieben, ist dank des Längsabstandes zwischen den Spulen die Phase des Ausgangssignales von der Detektorspule

67 iCuuiv zum Oszillatorsignal, das an die Erregerspule

68 angelegt wird, repräsentativ für das Volumen des Metalls, enthalten in dem Längenabschnitt der Auskleidung 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 Eingangs- 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 Phasenkomparator 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 Phasenkomparator s an das heiße Ende eines Widerstandes 74, das am anderen Ende der Erregerspule liegt. Der Ausgang des Phasenkomparator 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 Gerät 10, 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 durchgefühlt werden kann, während das Gerät 10 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 10 bei der Untersuchung mindestens eines oder mehrerer Intervalle des Ausklei- dungsstranges 11 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 na türlich auf einer gemeinsamen Tiefenskala wiedergege ben, dank dem Speicher 27. Vier dieser Aufzeichnungsspuren sind natürlich Wirbelstrom- bzw. Leckflußinspektionsmessungen, jeweils erzielt durch die oberen bzw. unteren Schuhe, wie 32 und 33, der Fehlererfas sungseinheit 31, während die fünfte Spur die durch schnittliche Wanddickenmessung wiedergibt, geliefert von der Dickenmeßeinheit 35.

Der Fachmann erkennt natürlich, daß zwar verschiedene Vorschläge bereits bekannt sind, verschiedene De- fektmessungen zu kombinieren, er weiß aber auch, daß bisher kein tai>ächlich brauchbares Defektionspektionsgerät vorhanden war, das in befriedigender Weise Wirbelstrom- und Leckflußmessungen kombinieren konnte für die Inspektion von Bohrlochverrohrungen, wie Auskleidungsstrang 11. Wie nachfolgend noch erläutert hat es sich jedoch gezeigt daß das Gerät 10 besonders erfolgreich ist für die Erzielung von Mehrfachdefektmessungen, wie Leckflußsignalen, Wirbelstromsignalen und mittleren Dickensignalen.

Um die wichtige Rolle zu verstehen, welche die Auslegung der Magnetisiervorrichtung 34 spielt, um zu ermöglichen, daß das Gerät 10 auch zuverlässige Dickenmessungen ermöglicht muß aus der obigen Erörterung in Erinnerung gerufen werden, daß die Magnetisiervor richtung so ausgebildet ist daß sie ein Magnetfeld rela tiv 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 70 die Phasenbeziehungsmessungen, vorgesehen durch die Dickenmeßeinheit 35, festgelegt werden durch die Dicke, den elektrischen Widerstand, und die magnetische Permeabilität des Längenabschnitts der Auskleidung 11, die dann untersucht wird. £s ist jedoch bekannt, daß die Permeabilität eines paramagnetischen oder ferromagnetischen Metalls wesentlich abhäng von der Intensität irgendeines Magnetfeldes, das in diesem Metall aufgebaut wird, wie auch von der vorhergehen den magnetischen »Vergangenheit« dieses Metalls. Än derungen entweder des gegenwärtigen magnetischen Zustandes oder der mittleren Dicke eines Längenabschnitts von Bohrlochverrohrung werden deshalb eine entsprechende Änderung in der Phasenbeziehung her-

bo vorrufen, gemessen durch die Dickenmeßeinheit 35.

Man erkennt demgemäß, daß, da die Konstruktion der Magnetisiervorrichtung 34 eine relativ konstante Magnetflußdichte in der Auskleidung 11 indudzierl, wenn das Gerät 10 sie durchläuft, die Dickenmeßeinheit

b5 35 für alle praktischen Zwecke nur auf Änderung in der durchschnittlichen Wandungsdicke des Auskleidungsabschnitts ansprechen wird, der inspiziert wird. Es ist auch zu berücksichtigen, daß dank der relativ niedrigen

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Flußdichte, hervorgerufen durch die Magnetisiervor- wenn nicht insgesamt wertlos gemacht wird durch das richtung 34, wenig oder gar kein Restmagnetismus in Vorhandensein eines äußeren Magnetfeldes, das entweder Bohrlochauskleidung 11 verbleibt, nachdem die Ma- der in seiner Größe sich stark ändert oder im wesentlignetisiervorrichtung wegbewegt worden ist Wenn chen magnetische Sättigung der anstoßenden Auskleidemgemäß die nachgeschleppte Dickenmeßvorrichtung 5 dungswandungen erstrebt

35 durch einen gegebenen Längenabschnitt des Ausklei- Wie oben jedoch erörtert ist festzuhalten, daß mit der dungsstranges 11 läuft bleiben die Phasendifferenzmes- Magnetisiervorrichtung 34 ein im wesentlichen konsungen, bewirkt durch den Phasenkomparator 72, im stantes und relativ schwaches Magnetfeld in dem Auswesentlichen oder gänzlich unbeeinflußt von irgendwel- kleidungsstrang 11 aufrechterhalten wird, wenn mit dem chen Permeabilitätsänderungen in der Auskleidung, die 10 Gerät 10 ein Inspektionsdurchgang durchgeführt wird, sonst hervorgerufen worden wären durch Restmagne- Aus diesem Grunde können beim Durchlauf der vertismus, der notwendigerweise erzeugt wird durch die schiedenen Inspektionsschuhe 32 und 33 längs der 'nhochsättigenden Magnetisiervorrichtungen, wie sie in nenwandung des Auskleidungsstranges 11 die oben beden bisher üblichen Geräten vorgesehen waren. schriebenen Leckflußmessungen und Wirbelstrommes-

Der Fachmann wird natürlich erkennen, daß der 15 sungen gleichzeitig vorgenommen werden, ohne unernachfolgende magnetische Zustand eines ferromagneti- wünschte Beeinträchtigung der letzteren Messungen sehen Materials, welches vorher stark magnetisiert wor- durch das schwache und außerdem konstante Magnetden war, vollständig unvorhersagbar wird. Wo im Er- feld, das von der Magnetisiervorrichtung 34 aufgebaut gebnis eine Serie von Dickenmessungen mit einem Ge- wird. In ähnlicher Weise wird zwar die Magnetisiervorrät durchgeführt wird, wie mit der Dickenmeßeinheit 35 20 richtung 34 progressiv ein Magnetfeld in den aufeinanin einer Auskleidung, wie der Auskleidung 11, mit einem derfolgenden Abschnitten des Gehäusestranges U inerheblichen Anteil von Restmagnetismus, würden die duzieren, die sukzessiv von der Fehlererfassungseinheit resultierenden Messungen sowohl durch die Metalldik- 31 überwacht werden, doch werden die Messungen ke, wie auch durch die gegenwärtige magnetische Per- durch die nachgeschleppte Dickenmeßeinheit 35 nur meabilität des Auskleidungsstranges beeinflußt werden. 25 wenig beeinträchtigt wenn überhaupt, dann durch ir· Wenn aber vernünftigerweise angenommen werden gendwelchen schwachen Restmagnetismus, der noch in kann, daß während eines bestimmten Dickenmeßdurch- der Auskleidungswandung vorhanden sein könnte, laufs der magnetische Zustand des Auskleidungsstran- wenn die Dickenmeßeinheit danach durch jene Abges, wie 11, relativ konstant ist, werden die resultieren- schnitte der Auskleidung läuft

den Dickenmessungen mindestens in vernünftigem Ma- 30 in Übereinstimmung mit dem Vorhergesagten repräße repräsentativ sein für Dickenänderungen längs des sentiert die kombinierte Aufzeichnung durch die Auf-Auskleidungsstranges. Andererseits kann eine nachfol- Zeichnungsapparatur 21 drei grundsätzliche Aufzeichgende Dickenmessung, die später in dem gleichen Aus- nungen, die repräsentativ sind für den gegenwärtigen kleidungsstrang vorgenommen würde, nicht mit Sicher- physikalischen Zustand des Auskleidungsstranges 11 in heit mit vorhergehenden Durchläufen korreliert wer- 35 jedem Tiefenintervall, das von dem Gerät 10 durchlauden, da es total unvorhersagbar ist, welchen Effekt der fen worden ist. Eine dieser Grundaufzeichnungen ist gegenwärtige magnetische Zustand des Auskleidungs- natürlich die Leckflußmessung, die repräsentativ ist für stranges auf die Genauigkeit der neuen Dickenmessun- das Vorhandensein und die relative Schwere des gen haben wird. Dies trifft zu unabhängig davon, ob der schlimmsten Defekts rings um den Umfang einer gege-Auskleidungsstrang, wie der Strang 11, wieder mit ei- 40 benen aufeinanderfolgenden Länge des Auskleidungsnem starken Magnetfeld magnetisiert wird oder nicht. stranges 11. Diese Leckflußmessungen werden natürlich Man erkennt demgemäß, daß zusätzlich zu den Vortei- relativ wenig aufschlußreich sein bezüglich der Frage, len einer konstanten Magnetflußdichte die Magnetisier- ob ein erfaßter Defekt sich außerhalb der Auskleidung vorrichtung 34 einso schwaches Magnetfeld in dem befindet, oder ein innerer Defekt innerhalb der Ausklei-Auskleidungsstrang 11 erzeugt, daß wenig oder gar kein 45 dungswandung ist oder sich an der Innenseite der Aus-Restmagnetismus in der Auskleidung verbleibt, der ent- kleidung befindet Da jedoch die Wirbelstromuntersuweder die gegenwärtigen Dickenmessungen beeinflus- chung für alle praktischen Zwecke nur wirksam ist für sen würde oder jene, die in dem gleichen Strang zu die Lokalisierung von Defekten, die sich entweder auf einem späteren Datum vorgenommen werden. der Innenseite der Auskleidung oder zumindest sehr

In ähnlicher Weise haben sich auch die gleichförmige so nahe derselben befinden, versteht es sich, daß das Flußdichte und die relativ niedrige Intensität der Ma- gleichzeitige Auftreten von Defektsignalen sowohl bei gnetfelder, die nacheinander in der Bohrlochausklei- der Leckflußaufzeichnungsspur wie auch bei der Wirdung ti durch die Magnetisiervorrichtung 34 induziert belstromaufzeichnungsspur üblicherweise anzeigen werden, als sehr bedeutsam erwiesen zum Ableiten ver- werden, daß der erfaßte Fehler sich auf oder sehr nahe läßlicher Wirbelstrommessungen in typischen Bohr- 55 der Innenoberfläche der Auskleidung befindet. Umgelochauskleidungssträngen. Naturgemäß ist natürlich kehrt versteht es sich, daß ein Defektsignal bei einer festzuhalten, daß die Verläßlichkeit und damit die Wirk- gegebenen Tiefe, das nur bei der Leckflußaufzeichsamkeit irgendwelcher Wirbelstrommessungen in di- nungsspur vorliegt, angibt, daß der erfaßte Defekt entrektem Zusammenhang steht mit der relativen magne- weder auf der Außenseite der Auskleidung 11 vorliegt tischen Permeabilität des paramagnetischen oder ferro- 60 oder in erheblicher Tiefe innerhalb der Wandung selbst, magnetischen Metalls, das untersucht wird. Darüber Es ki dabei natürlich festzuhalten, daß dank den verhinaus kann gezeigt werden, daß bei Erhöhung der rela- schiedenen Maximum-Signalselektorschaltkreisen 63 tiven magti tischen Permeabilität eines gegebenen ma- bis 66 das gleichzeitige Auftreten von Defekten bei gnetischen Materials die Tiefe der Prüfung oder die Leckfluß- und Wirbelstromaufzeichnungsspur im allge-Penetration proportional verringert wird. Es hat sich 65 meinen durch den gleichen Defekt hervorgerufen sein infolgedessen experimentell nachweisen lassen, daß die wird.

Wirksamkeit von Wirbelstrommessungen einer gegebe- Obwohl die relativen Amplituden der Defektsignale,

nen Auskleidungswandung im wesentlichen gestört, erzeugt durch die Leckfluß- und Wirbelstrommessun-

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gen, etwas repräsentativ sein werden für die Schwere eines erfaßten Fehlers, versteht es sich natürlich, daß diese Fehlersignale eigentlich nur von qualitativer Natur sind. Um deshalb eine mehr quantitative Messung der Schwere eines gegebenen Defekts zu erzielen, muß die Dickenmeßaufzeichnungsspur geprüft werden. Da demgemäß diese Messung indikativ ist für die gesamte durchschnittliche Wandungsdicke eines gegebenen Längenabschnitts der Auskleidung 11, liefert die Dikkenmessung eine allgemeine Angabe bezüglich der Schwere jedes erfaßten Auskleidungsdefekts. Es ist dabei festzuhalten, daß das Vorhandensein eines Defektsignals nur bei der Defektmeßaufzeichnung von oeispielsweise den oberen Schuhen, wie bei 32, typischerweise anzeigt, daß sich der ermittelte Fehler nicht zu weit in is 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 sehr umfangreichen lokalisierten Fehler anzeigen. Andererseits werden gleichzeitig auftretende Defektsignale 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 mit 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 Verrohrungs- wandungen, das 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 der Verrohrung wenig oder gar keinen Einfluß auf die Flußdichte des im wesentlichen konstanten Magnetfeldes. Da man deshalb ein im wesentlichen konstantes Magnetfeld in dem Rohrstrang aufbaut, bleibt die magne- tische Permeabilität der Verrohrung relativ konstant, und Wirbelstrommessungen und Dickenmessungen, die man gemeinsam mit den Leckflußmessungen vornimmt, sind deshalb erheblich genauer.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Untersuchung eines in einem Bohrloch angeordneten Verrohrungsstrangs mit typischen ferromagnetischen Eigenschaften, bei dem ein Magnetfluß längs des zu untersuchenden Abschnitts der Verrohrung in diese induziert, ein Magnetfeld aufgebaut, ein paramagnetischer oder ferromagnetischer Pfad längs des zu untersuchenden Rohrabschnitts ausgebildet und Leckfluß- sowie Wirbelstrominduktions-Messungen in Intervallen längs aufeinanderfolgender Rohrabschnitte durchgeführt werden, die nach über Tage hin übermittelt und dort ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein paramagnetischer oder ferromagnetischer Pfad von relativ hoher magnetischer Reluktanz bezüglich einer Kombination der Reluktanzen des untersuchten Verrohrungsabschnitts und des zwischen diesem Pfad und dem Verrohrungsabschnitt vorhandenen Luftspalts ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Phasendifferenzmessungen längs von Verrohrungsabschnitten in der Nachbarschaft jedes untersuchten Abschnitts durchgeführt werden, aus denen Verrohrungsdickenanzeigen abgeleitet werden, wobei die Magnetkraft hinreichend niedrig gehalten und Restmagnetismus in den gemessenen Verrohrungsabschnitten vermieden wird.

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

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

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit den Wirbelstrom- und Leckflußmessungen ein magnetisches Wechselfeld längs Verrohrungsteilen induziert wird, die an die untersuchten Verrohrungsabschnitte anschließen, und daß Anzeigen als Funktion der Tiefe von Leckfluß-, Wirbelstrominduktionsund Phasendifferenzmessungen für jeden Verrohrungsabschnitt vorgenommen und die Verrohrungsschäden durch Korrelation der Meßwerte analysiert werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, mit zwei Polstücken und einer Mehrzahl von an die Verrohrung anlegbaren, zwischen den Polstücken angeordneten Schuhen, die im Abstand voneinander längs eines langgestreckten, paramagnetischen oder ferromagnetischen Kerns für die gemeinsame Bewegung entlang der typischen ferromagnetischen Eigenschaften aufweisenden Verrohrung angeordnet sind, und mit Einrichtungen für die Erzeugung einer Magnetkraft längs des Kerns zur Induktion eines Magnetflusses in einem Pfad /wischen den Polstücken und dem zu untersuchenden Abschnitt der Verrohrung, wobei der Pfad durch einen Luftspalt vom Verrohrungsabschnitt getrennt ist und die Polschuhe mit Erregungs-, Erfassungs- und übertägigen Auswerteein-

richtungen gekoppelt sind für die Anzeige von Schäden an der Verrohrung im Ansprechen sowohl auf Leckfluß- wie auf Wirbelstrominduktions-Messungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) eine magnetische Reluktanz aufe'&t, die relativ hoch ist bezüglich einer Kombination der Reluktanzen des untersuchten Verrohrungsabschnitts und des zwischen diesem und dem para- oder ferromagnetischen Pfad bestehenden Luftspalts.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) eine relativ niedrige magnetische Permeabilität aufweist und Metallquerschnittsflächen, die kleiner sind als V₄ der Metallquerschnittsfläche der Polstücke.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) aus einem Material, wie hartem Stahl, feesteht mit einer relativen magnetischen Permeabilität in der Größenordnung von kleiner oder gleich etwa 50.