DE2950293A1

DE2950293A1 - Verfahren und anordnung zur rohrdickenbestimmung

Info

Publication number: DE2950293A1
Application number: DE19792950293
Authority: DE
Inventors: Glenn S Smith
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1980-06-26
Also published as: US4292588A; AU5350479A; IT7928144A0; NO154359C; FR2450441B1; NO154359B; NO793783L; IE49312B1; NL7908614A; ES8102348A1; GB2037439B; NL184809C; OA06417A; IT1125935B; NL184809B; FR2450441A1; IN152777B; TR21008A; MY8500177A; ES486857A0

Description

Beschreibung
zum Patengesuch

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

betreffend:
"\ferfahren und Anordnung zur Rohrdickenbestimnung"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur RohrdickenbestinnTung und auf eine Anordnung zu seiner Durchführung, insbesondere auf die elektromagnetische Rohrdickenbestimmung unter Ausnutzung von Wirbelströmen bei der Untersuchung von Bohrlochauskleidungen .

Sonden für die elektromagnetische Bestimmung von Bohrlochauskleidungen sind bekannt. Diese Sonden baniien üblicherweise auf dem Prinzip der Wirbelströme oder des Leckflusses.

Wirbelstramdickenmeßsonden, hier im folgenden mit "ETT" ("eddy current electromagnetic thickness tool") abgekürzt, verwenden für die Messung von Auskleidungsdicken eine Sendespule im Abstand von einer Empfangsspule für eine Messung innerhalb der Auskleidung in den Fällen, wo es unnötig ist, Zugang zur Außenseite der Auskleidung zu erhalten, beispielsweise bei der Auskleidung eines öl- oder Gasbohrloches. Die Sendespule wird mit einer bestimmten Frequenz erregt und befindet sich in einem derartigen dastand von der Empfängerspule, daß der erzeugte Fluß von der Empfängerspule erfaßt wird, nachdem er zweimal die Bohrlochauskleidung passiert hat.

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Beim Durchtritt des Magnetflusses durch die Bohrlochauskleidung werden in dieser ringfönnige Wirbelströme erzeugt. Die ringförmigen Wirbelströme bewirken, daß die Phase des ausgesandten Flusses um 1 Radian verändert wird immer dann, wenn der Fluß eine sogenannte Skintiefe durchläuft. Durch Messung der Größe der Phasenänderung zwischen dem ausgesandten und dem empfangenen Signal kann näherungsweise die Dicke der Auskleidungsschicht bestiitnrt werden als eine Funktion der Leitfähigkeit und Permeabilität der Auskleidung und der Frequenz des Signals, mit dem die Sendespule angesteuert wird. Typischerweise jedoch werden Aufzeichnungen in Funktion der Bohrlochtiefe vorgenommen (sogenannte "Logs") bezüglich der Phasenänderungsmeßwerte und verglichen mit einem Basis- oder Bezugslog, das vorher für die Auskleidung bestimmt wurde. Ein Vergleich des Basislogs mit den während der Messungen an zu untersuchenden Auskleidungen gewonnenen Logs erlaubt eine generelle Bestimmung der Auskleidungsdickenänderung.

Wie oben angedeutet, ist eine der primären Anwendungen für ΕΊΤ-Sonden die Bestimmung der Wanddicke von Rahrauskleidungen. Mit zunehmendem Wert des Erdöls sind genauere und präzisere Bestimmungen der Wanddicken von ölbohrlochauskleidungen erforderlich. Beispielsweise ist es sehr wichtig, in der Lage zu sein, durch Brechungen oder andere ^Vollkommenheiten festzustellen, durch welche die Wanddicke auf einen so gefährlich dünnen Wert herabgesetzt wird, daß entweder konfcaninierende Substanzen in die Auskleidung hinein oder öl aus der Auskleidung heraus gelangen könnten. Insbesondere der letztere Aspekt ist wichtig, sowohl vom ökologischen als auch ökonomischen Standpunkt, damit nicht die umgebenden Erdformationen verunreinigt werden. Beispielsweise könnte ein ölleckstrom in Frischwasserbehältertv insbesondere in Wüstengegenden katastrophale Folgen haben.

Es ist bekannt, daß die von bisher üblichen ETT-Sonden vorgenommenen Msssungen empfindlich gegenüber magnetischen Anomalien in dem zu untersuchenden Auskleidungsteil sind. Bisher übliche ΕΊΤ-Sonden sprechen außerdem auf Leitfähigkeitsanomalien der Auskleidung an, doch sind Fluktuationen der Permeabilität von viel größe-

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rem Einfluß auf die Wanddickenmessung als Fluktuationen der Leitfähigkeit. PentBabilitätsänderungen treten nämlich mit viel größerer Wahrscheinlichkeit und in einem viel größeren Wertebereich auf als Änderungen der Leitfähigkeit. Wenn demgemäß eine ΕΤΓ-Sonde eine vernünftig genaue Bestimmung der Dicke ermöglichen soll, muß sie mindestens den jeweiligen Permeabilitätswert der zu untersuchenden Auskleidung in Rechnung stellen.

Bisherige Vorschläge für die Berücksichtigung der Permeabilität bei der Bestürmung von Auskleidungsdicken scheinen entweder ökonomisch unattraktiv oder technisch unbefriedigend. Beispielsweise wurden ΕΊΤ-Sonden vorgeschlagen für die Messung von Auskleidungsdicken in der Benutzung von Spulen, die Fluß mit drei unterschiedlichen Frequenzen erzeugen. Es wurde dabei vorgeschlagen, daß die gewonnenen Daten verglichen oder in anderer Weise weiterverarbeitet werden, um eine genauere Bestürmung der Auskleidungsdicke zu erzielen. Die ^rwendung von Digitalrechnern mit vorgegebenen Formeln und iterativen Berechnungsmethoden für die Analyse der mit drei unterschiedlichenen Frequenzen gewonnenen Daten wurde vorgeschlagen.

Ein weiterer bekanntgewordener Vorschlag bezieht sich auf die Erfassung eines Permeabilitätssignals gleichzeitig mit einem Dickensignal, um die Permeabilitätseinflüsse auf das Dickensignal zu berücksichtigen. Dies führte jedoch nicht zu einer kommerziell befriedigenden Lösung hinsichtlich der Notwendigkeit für ein genaueres ETIMfeßgerät zur Bestimmung der Dicke ferromagnetischer Auskleidungen.

Ein wichtiger Nachteil der bekannten ΕΤΓ-Sonden liegt in der Tatsache, daß die Phasenverschiebungsmessungen zwar proportional der Auskleidungsdicke sind, jedoch auch abhängig von der Auskleidungspermeabilität. Wie oben angegeben, muß ein Basislog für eine bestimmte Auskleidung gewonnen werden und ein ETT-Iog für eine zu untersuchende Auskleidung muß mit dem Basislog verglichen werden, um eine Angabe bezüglich einer Änderung der Auskleidungsdicke zu erzielten. Diese Vorgehensweise ist nicht nur umständlich, sondern liefert auch nur Werte, die allenfalls näherungsweise repräsentativ für die Wanddicke sind.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und zu seiner Durchfthrung geeignete Anordnungen zu schaffen, mit dem die oben angegebenen Nachteile vermieden werden, d.h. mit dem gegenüber dem Stand der Technik genauere ffeßwerte der Auskleidungsdicke gewonnen werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe und Weiterbildungen der Lösung ergeben sich aus den Patentansprüchen.

Insbescndere nennt Anspruch 1 die zur Lösung der Aufgabe notwendigen und bereits hinreichenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, während der Patentanspruch 7 analog dazu die Minimumerfordemisse der entsprechenden Sende definiert.

Anhand der beigefügten Zeichnungen, welche sich auf bevorzugte Ausführungsbespiele beziehen, soll die Erfindung nachstehend im einzelnen erläutert werden.

Fig. 1a zeigt schematisch eine elektromagnetische Dickenmeßscnde gemäß der Erfindung,

Fig. 1b zeigt die elektrischen Schaltkreise der im Bohrloch befindlichen Sende,

Fig. 2a und 2b zeigen Telemetriesignale, die zu den Oberflächenschaltkreisen übertragen werden,

Fig. 3 zeigt schematisch die Cberflächenschaltkreise und die SignalVerarbeitungsschaltung,

Fig. 4 ist ein Diagramm der Permeabilitätsempfangsspannung in Funkticn der Permeabilität und des Innendurchmessers, und

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Cberflächen-Phasen verschiebungs-Verarbeitungsschaltkreises.

Eine elektromagnetische Dickenmeßanordnung 1o, nachfolgend einfach als ETT bezeichnet, ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Anordnung 1o bestürmt die Wanddicke von ferromagnetischen öl- und Gasbohrlochauskleidungen in einer Weise, bei der die Einflüsse der Auskleidungspermeabilität bei einer Wirbelstromdickenmessung ver-

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irieden sind. Als weiteres Merkmal mißt die Anordnung 1o bei der Bestürmung der Permeabilität zwecks Weiterverwendung bei der Kompensaticn der Dickenmessung auch den Innendurchmesser der Auskleidung, damit der erfaßte Permeabilitätswert seinerseits hinsichtlich der Effekte des Auskleidungsinnendurchmessers kompensiert wird. Der Innendurchmesser der Auskleidung ist auch als unabhängiger Mäßwert vcn Bedeutung.

Die Anordnung 1o umfaßt eine in das Bohrloch abgesenkte Sende 12, eine die elektronischen Schaltkreise enthaltende Hülse 13, ebenfalls im Bohrloch, sowie eine Cberflächenanordnung 14. Die Sonde 12 ist so ausgebildet, daß sie in ein Bohrloch 16 mittels eines armierten Kabels 18 herabgelassen und bewegt werden kann. Das Bohrloch 16 weist eine Auskleidung 2o mit einer Dicke auf, die zu bestimmen die Anordnung 1o ausgelegt ist, und zwar als Funktion der Bohrlochtiefe beim Absenken oder Herausziehen der Sonde innerhalb der Auskleidung 2o. Das Kabel 18 kann einen einzigen Leiter umfassen (ein sogenanntes Mxickabel) oder ein Mehrleiterkabel sein (beispielsweis ein Heptakabel mit sieben Leitern). Für die Massing der Auskleidungsdicke gemäß der Erfindung ist das Monokabel bevorzugt.

Die Cberflächenanordnung 14 kcmnuniziert mit der Sonde 12 über das Kabel 18 zwecks Steuerung der Position der Sonde 12 innerhalb der Auskleidung 2o und für Empfang, Verarbeitung, Anzeige und Aufzeichnung vcn Signalen, die von der im Bohrloch befindlichen Sonde 12 übertragen werden.

Ein die Kabelbewegung abtastender mechanischer Wandler 22 mit zugeordnetem Getriebe 23 liefert Positionssignale zur Angabe der Tiefe der Sonde 12 Im Bohrloch 16. Typischerweise hat der Wandler 22 die Form eines geeichten Druckrades, das an das Kabel 18 angepreßt wird und elektrische Impulse erzeugt, wenn das Bad sich dreht infolge Bewegung der Sonde 12 innerhalb der Auskleidung.

Der im Bohrloch befindliche Teil der Anordnung umfaßt die Sonde 12, einen elektronischen Schaltkreisabschnitt 13, ein Paar vcn Zentriervcrrichtungen 27a, 27b, ein Spitzen- oder Nasenstück 28 und einen Kabelkopfadapter 3o. Die im Bohrloch befindliche Sende ist

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mit dem Kabel 18 über den Kabelkopf adapter 3o verbinden.

Die Sonde 12 enthält Sätze von Sende- und Empfangsspulen 32, 34, 36, die als Dickenspule 32, Permeabilitätsspule 34 und Kaliberspule 36 bezeichnet werden sollen. Die Dickenspulen 32 werden verwendet, im elektromagnetische Messingen der Auskleidung durchzuführen durch Massung von Amplitude ind Phase der zeitlichen Änderung von Fluß, der die Auskleidungswanding passiert, in Funktion der Tiefe der Sende 12 innerhalb der Auskleidung. Diese Msssungen sind jeweils proportional, in einer unterschiedlichen funktionalen Abhängigkeit, der Auskleidingsdicke, jedoch unkcttpensiert bezüglich der Auskleidingspermeabilität. Die Permeabilitätsspulen 34 führen elektromagnetische Messungen als Funktion der Tiefe der Sonde 12 innerhalb der Auskleidung aus, welche Meßwerte proportional der Auskleidungsperneabilität sind, jedoch unkondensiert bezüglich des Auskleidungsinnendurchmessers. DLe Kaliberspulen 36 führen elektromagnetische Massungen in Funktion der Sondentiefe in der Auskleidung aus und liefern Meßwerte proportional dem Auskleidungsinnendurchmesser.

Der Schaltkreisabschnitt 13 in Fig. 1b enthält einen Spulenerregerkreis 37, einen Verarbeitungsschaltkreis 38 und einen Telemetriekreis 39. Der Spulenerregerkreis 37 erregt selektiv die Senderspulen 32a, 34a und 36a zur Erzeugung von Fluß in noch zu erläuternder Weise. DLe Empfangsspulen 32b, 34b und 36b erfassen zeitliche Änderungen des Flusses von den entsprechenden Senderspulen und induzieren Spulensignale repräsentativ für den Wert des erfaßten Flusses. Der Verarbeitungskreis 38 spricht auf die Spulensicnale von den entsprechenden Empfangsspulen 32b, 34b, 36b en und verarbeitet diese, um drei Signale zu erzeugen: ein Signal proportional der Auskleidungsdicke, unkorrigiert bezüglich der Auskleidungspermeabilität, ein Sicpal proportional der AuskleidungspenneabiIitat, unkorrigiert bezüglich des Auskleidungsimendurchrnessers, und ein Signal proportional dem Innendurchmesser der Auskleidung. Der Telemetriekreis 39 überträgt die verarbeiteben Sigiale über das Kabel 18 zur Cberflächenanonning 14 (siehe Fig. 1a), wo sie weiterver-

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arbeitet werden entsprechend der Erfindung.

Im einzelnen erfaßt nach Erregung durch den SpulenerreoRr-

kreis 37 die Dickenenpfangsspule 32b die Dickenempfangsspulensi. .u ,

die primär proportional der Auskleidungsdicke ist, jedoch auch bee¹*' flußt wird van der Auskleidungspermeabilität. Die Perneabil' itsempfangs spule 34t) erfaßt eine Spannung, die primär proportional der Auskleidungspermeabilität ist, jedoch außerdem beeinflußt wird von Wert des Innendurchmessers der Aaskleidung. Die Kaliberempfangsspule 36b erfaßt eine Spannung prcporticnal dem Innendurchinesser der Auskleidung.

Der \ferarbeitungskreis 38 spricht an auf die Spannung am Ausgang der Empfangsspule 32b zum Erzeugen eines unkorrigierten Dicken-(Phasen-)Signals sowie eines unkorrigierten Dicken-(Anplituden-)Signals. Im Ansprechen auf das Permabilitätsspulensignal erzeugt der Verarbeitungskreis 38 ein unkorrigiertes Permeabilitätssignal. Im AispiEchen auf das Kaliberspulensignal erzeugt der Verarbeitungsschaltkreis 38 ein Signal proportional dem Innendurchinesser der zu untersuchenden Auskleidung.

Die von der Dickenempfangsspule 32b empfangene Spannung ändert ihre Anplitude und Phase bezüglich derjenigen des ausgesandten Signals der Dickensenderspule 32a durch die Wirkung von Wirbelstromen, die ringsum die Auskleidung durchlaufen in Abhängigkeit von dem Magnetfluß, der von der Spule 32a erzeugt wird. Der mathematische Ausdruck für die Empfangsspannung der Enpfangsspule 32b ist gegeben durch:

_{v = te} -2x y-nrp f <r -_e-j (2x yrru f C + ο (υ

Der Ausdruck Ae~^2X ~S^V^Sy _f nämlich die Amplitude der enpfangenen Spannung, verringert sich in Funkticn der Auskleidungssdicfce und der Skintiefe i . Der Ausdruck e~^{j (2X}^^1r'^JfOr+C)' also die Phase der ^ empfangenen Spannung bezüglich

des Sendesignals, ändert sich in Funktion der Dicke X und der Skintiefe b .

Ihe Anordnung gemäß der Erfindung verwendet die Enpfangsphasenmessung für die Bestimmung der Dicke der Auskleidung, die zu

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interSuchen ist. DLe Amplitude der Empfangsspannung wird verwendet, um !!!Sicherheiten in den Phasenverschiebungsmeßwerten Rechnung zu tragen, die resultieren, wenn eine 36o° überschreitende Phasenverschlebuag auftritt.

Nie eben angegeben, erhält man das uikarriglerte Dickensignal als Pnasenversdiiebung&0 zwischen der zeitlichen Rate der Flußandenng erfaßt durch die Empfangsspule 32b und dem Strcxn, der den FIuB in der Sendespule 32a erzeugt. Die Beziehung zwischen Δ φ und physikalischen Parametern der Auskleidung läßt sich ausdrücken zu:

2( V (2)

worin X die Auskleidungsdicke, f die Frequenz der Sendespule 32a, μ die magnetische Permeabilität der Auskleidung, die untersucht wird, und OTdie Auskleidungsleitfähigkeit ist. Der Ausdruck K ist ein Wert, der als eine Konstante in Terms von f und Cangesehen werden kann.

DLe Cberflächenanordnung 14 (FLg. 1a) stellt das inkorrigierte Pexmeabilitätssignal nach entsprechend dem Wert des Kalibersignals, um so ein korrigiertes p-Signal zuerzeugen. Die Cberflächenanordnung 14 erzeugt dann ein Signal proportional der mathematischen Quadratwurzel des korrigierten u-Signals und dividiert dasA^-Signal (das unkorrigierte Dickensignal) durch das K p-Signal, womit man ein korrektes Signal proportional zu X, also der Auskleidungsdicke, erhält. Die korrigierten Auskleidungsdickensignale werden dann aufgezeichnet in Funktion der Tiefe mittels einer Aufzeichnungsanordnung 1oo.

In der bevorzugten und dargestellten AusfUhrungsform der Erfindung sind die Spulen 32, 34, 36 koaxial längs der Achse der Sende 12 angeordnet, d.h. längs der Achse der zu untersuchenden AuSkIeIdUIg₁ wegen der Wirkung der Zentriervorrichtungen 27a, 27b. DLe Dickenspulen 32a, 32b sind am im Abstand liegenden Stellenlangs der Spulengehäuseachse in der Darstellung nach Fig. 1 angeordnet. Die Permeabilitätsspulen 34a, 34b sind an Im Abstand liegenden Stellen zwischen den Dickenspulen 32a, 32b angeordnet. Wie in Fig. 1a

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dargestellt, sind vorzugsweise die Kaliberspulen 36 beide auf der Seite der Permeabilitätsspulen 34 abgewandt dem Nasenabschnitt 28 angeordnet.

Die Dickensendespule 32a wird mit einer Frequenz von 35 Hz erregt und liegt von der Dickenempfangsspule 32b in einem solchen Abstand, daß der vcn der Spule 32a erzeugte Fluß durch die Auskleidung nahe der Spule 32a passiert und wieder in die Auskleidung eintritt nahe der Spule 32b. Für eine Sonde 12 von 8,75 cm Durchmesser (nachfolgend als "kleine Sonde" bezeichnet) und eine Sonde 12 von 13 cm Durchmesser (nachfolgend als "große Sonde" bezeichnet) beträgt der Abstand zwischen den Dickenspulen 32a, 32b 43,5 cm bzw. 5o,4 an. Senden dieser Durchmesser sind besonders für Auskleidungen bestimmt von 11,2 bis 17,5 an bzw. 17,5 bis 24 an.

Die Permeabilitätsspulen 34a, 34b werden angesteuert und habeneinen Abstand voneinander derart, daß der von der Spule 34b aufgefangene Fluß im wesentlichen innerhalb der Auskleidungswandung zwischen den Spulen 34a, 34b bleibt. Mit einer Sendespule 34a mit 21o Hz angesteuert ist ein Abstand von 2o an bevorzugt für die kleine Sonde und ein Abstand von knapp 3o an für die große Sonde.

Wie nachfolgend noch zu erläutern, ist die Frequenz von 21o Hz für die Permeabilitätsmessung bevorzugt. Die 21o-Hz-Frequenz liegt nämlich innerhalb eines allgemeinen Bereiches akzeptabler Frequenzen, welche die gewünschten Flußcharakteristiken hervorrufen und ist zugleich ein ganzzahliges Vielfaches der 35-Hz-Erzeuger-Frequenz für die Dickensendespule 32a. Die Wahl der Frequenz von 21o Hz vereinfacht die Auslegung der Spulenerregerkreise 37 gemäß Fig. 1b.

Die Kaliberspulen 36 werden mit einer Hochfrequenz angesteuert und im kurzen Abstand voneinander derart angeordnet, daß der von der Kaliberempfangsspule 36 aufgefangene Fluß primär einem Pfad vcn der Kalibersendespule 36a längs der inneren Skintiefe der Auskleidung folgt. Diese Hochfrquenzerregung und der kurze Abstand führen ai einer wirksamen Anordnung für die Messung der Iroiendurch-

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nesser der Auskleidung. Für eine 3o-flz-Erregerfrequenz der Kaliberspule 36a sind für die kleine Sonde ein Stostand von etwa 4 cm und für die große Sonde ein Abstand von etwa 12,5 an bevorzugt. Ein axialer Ferridkem, der die Kaliberspulen 36a, 36b miteinander verbindet, ist vorzugsweise vorgesehen, um die Reluktanz des Hochfrequeniflußkreises zu verringern.

Die Spulen 32, 34 und 36 haben konventionelle koaxiale Gestalt.

Der Spulenerregerkreis 37 aus Fig. 1b ist ähnlich für jede Spule mit der Ausnahme, daß jede Spule mit einer unterschiedlichen Frequenz angesteuert wird. Demgemäß wird nur der Erregerkreis für die Spule 32a beschrieben. Die entsprechenden Schaltungen für die Spulen 34a, 36a sind in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen, jedoch mit hinzugefügtem "a" markiert.

Der Erregerkreis 37 umfaßt einen Taktgeberkreis 4o, einen \ferstärkungsregelkreis 42 und einen Verstärker 44 für die Erregung der Dickensendespule 32a. Der Taktkreis 4o erzeugt 21o-Hz-und 3o-Hz-Signale unter \ferwendung konventi oneller Rechteoktwellenoszillatoren. Ein hochfrequenter stabiler Oszillator wird digital geteilt, bis zum Erreichen der 21o-Hz- bzw. 35-Hz-Signale.

Der Verstärker 44, der in Fig. 1b als PP markiert ist, ist vorzugsweise ein Gegentaktverstärker, der mit seiner Eingangsklenne an die Ausgangsklemme des Regelkreises 42 angeschlossen ist, und mit seinen Ausgangsklemmen an die Serienschaltung der Sendespule 32a und an den Widerstand 46 angeschlossen ist. Der Verstärkungsregelkreis 42 von konventioneller Auslegung koppelt das 35-Hz-Signal von dem Taktkreis 4o auf Verstärker 44 und hält den Strom in die Spule 32a konstant. Da die Anordnung gemäß der Erfindung verwendet wird, um Auskleidungen unterschiedlicher Innendurchmesser und Typen zu messen, haben Laständerungen der Sendespule 32a die Tendenz, Änderungen im Treiberstrom zur Sendespule 32a hervorzurufen. Der Verstärkungsregelkreis 42 kompensiert diese üBtähderungen. Der Widerstand 46 bewirkt Rückkopplung von der Sende-

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spule 32 a auf den Regelkreis 42, um den Erregerstrcm zur Sendespule konstant zu halten.

Die Regelkreise 42a für sie Sendespulen 34a bzw. 36a sind an den Taktkreis 4o angekoppelt sowie an einen 3o-KHz-Qszillator 48, so daß die Sendespulen 34a und 36a mit Signalen von 21o bzw. 3o-KHz-Frequenz unter konstanten Eingangstreiberbedingungen erregt werden kennen.

Der Verarbeitungskreis 38 enthält e5i Bandpaßtfilfcerverstärker 5o, einen Komparator 52 und einen logarifchmischen Verstärker 54. Der Filterverstärker 5o weist eine hohe Güte Q vcn etwa 2o auf, was zu einer Durchlaßbandbreite vcn etwa 1,5 Hz führt. Der Verstärker 5o ändert nicht die Phase der Dickenempfangsspannung der Spule 32a. Der Eingang des Filterverstärkers 5o ist angeschlossen an den Ausgang der Dickenempfangsspule 32b. Der Ausgang des Filterverstärkers 5o ist angeschlossen an verstärker 54 und Komparator 52.

Der Verstärker 54 ist ein logarthmischer Verstärker mit 8o db pro V und erzeugt ein Signal proportional dem Logarithmus der Amplitude des unkorrigierten Dickensignals. Dies Signal, das in den Cberflächenverarbeitungskreisen verwendet wird, um !!!Sicherheiten der Phasenmessung am Punkt 36o° zu eliminieren, wird übertragen auf den lelemetriekreis 39 übereine Leitung 56.

Der Kenparator 52 erzeugt ein Rechteckwellensignal auf Leitung 58 mit Null-Durchgängen entsprechenden den Null-Durchgängen der Spannung von der Dickenempfangsspule 32 über Verstärker 5o. Wie unten erläutert, werden die Null-Durchgänge der Rechteckwelle auf Leiting 58 verglichen mit Null-Durchgängen des Senderbezugssignals in den Cberflächenverarbeitungskreisen.

Der Telemetriekreis 39 enthält einen Schalter 6o mit Signaleingan gskleimen 6oa, 6ob, einer Ausgangsklemme 6oc und einer Ratensteuerkleime 6od. Der Schalter 6o ist vorzugsweise ein einpoliger Feldeffekt-Dcppeldurchlaßschalter kcnventicneller Auslegung. Die Ratensteuerklemme ist angeschlossen an Leitung 58 derart, daß das Signal auf Leitung 58 die Schaltrate des Schalters 6o steuert.

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Die Klemme 6ob ist verbinden mit Leitung 56, so daß die Amplitude des unkorrigierten Dickensignals eines der Signale wird, die alternierend durch den Schalter 60 laufen. Die Klemme 60a ist verbunden mit einer Bezugsspannung R von etwa 1 V.

Wie in Fig. 2a dargestellt, liefert der Schalter 60 ein moduliertes Signal auf Klemme 60c mit einer Amplitude, wenn die Kleime 6oaV angeschlossen ist, entsprechen der Bezugsspannung R und miteiner Amplitude des unkorrigierten Dickensignals auf Leitung 56, wenn der Schalter auf Kleime 60b liegt. Da der Schalter 60 von dem Signal auf Leitung 58 gesteuert wird, hat die Phase des modulierten Signals an Kleime 60c die gleiche Phase wie jenes auf Leitung 58, das außerdem gleichphasig ist mit der Spannung auf Spule 32b.

Der Telemetriekreis 39 enthält ferner einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCX)) 62, einen Treiberverstärker 64 und einen Transformator 66. Dar VCO 62 hat eine 13 KHz-MLttenfrequenz und das modulierte Signal an Kleime 60c des Schalters 60 steuert den VDO 62 derart, daß dieser ein frequenzmoduliertes (FM) kombiniertes Dickensignal an den Verstärker 64 liefert. Verstärker 64 überträgt das frequenzmodulierte Signal auf Transformator 66 zwecks übertragung zur Oberfläohenanordnung 14 über Kabel 18.

Der Verarbeitungskreis 38 enthält ferner einen Filterverstärker 7o und einen Spitzendetektor 72. Der Filtervertärk e r 7o ist ein Bandpaßfilterverstärker, zentriert bei 21o Hz und angeschlossen an die Permeabilitätsempfangsspule 34b. Der Ausgang des Filterverstärkers 7o ist angeschlossen an den Spitzendetektor 72. Der Spitzendetektor 72 hat eine konventionelle Abtast- und Halteschaltung mit einer 21o-Hz-Abtastrate. Diese Abtastrate wird gesteuert von dem Taktkreis 4o, wie durch die gestrichelte Linie 5oo in Fig. 1b angedeutet. Obwohl anderere Techniken, etwa Gleichrichtung und Filterung brauchbar Anwendung finden könnten, ist die Verwendung eines Spitzendetektors bevorzugt, weil er erhöhte Ansprechcharakteristiken aufweist.

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Der Spitzendetektor 72 erzeugt ein unkorrigiertes Permeabilitätssignal und ist mit seinem Ausgang über Leitung 88 an den Telemetriekreis 39 angeschlossen.

Dar Telemetriekreis 39 umfaßt ferner einen Schalter 8o mit Eingangsklemmen 8oa, 8cfo, einer Ausgangsklemme 8oc und einer Ratensteuerklemme 8cd in einer Kcnfiguraticn ähnlich dem Schalter 6o. Auch der Schalter 8od ist ein konventioneller FET-Schalter. Die Kleime 8oa ist angeschlossen an den Spitzendetektor 72 über Leitung 88 zum Enpfang des unkorrigierten Permeabilitätssignals.

Der Verarbeitungskreis 38 umfaßt femer einen Filterverstärker 82, einen Gleichrichter 84 und ein Filter 86. Der Filterverstärker 82 ist ein Bandpaß filter, zentriert um 3o KHz Frequenz und wird verwendet, um die Kalibersendespule 36a zu erregen. Der Filterverstärker 82 hat eine Güte Q vcn etwa 7, was zu einem Durchlaßband von etwa 4 KHz führt.

Der Ausgang des FilterveAärkers 82 ist verbunden mit dem

\
Gleichrichter 84, der seinerseits an das Filter 86 angeschlossen ist. (Der Ausgang von Filter 86, proportional dem Innendurchmesser der Auskleidung, liefert das Kalibersignal und ist angeschlossen über Leitung 87 an die Klemme 8cb des Schalters 8o.

Der Telemetriekreis 39 umfaßt einen zweiten spannungsgesteuerten Oszillator VOO 9o und einen Komparator 92. Die Ausgangsklemme des Kenparators 92 ist angeschlossen an die Ratensteuerkleime 8od des Schalters 8o, und die Eingangskleiimaides Komparators 92 sind parallel über den Rückkcpplungswiderstand 46 gelegt, der seinerseits über den Klemuen der Dickensendespule 32a liegt. Der Kenparator 92 liefert an Schalter 8o ein stabiles Bezugsssignal mit einer Frequenz von 35 Hz entsprechend genau den 35 Hz Signalfrequenz, mit denen die Dickensendespule 32a erregt wird.

Dar mit 35 Hz umgesteuerte Schalter 8o ist wischen die Klenmen 8ob und 8oa gelegt. Flg. 2b illustriert die resultierende Wellenform an Klemme 8oc des Schalters 8o . Wenn der Schalter

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die Klemme 8cb durchschaltet, liegt an der KleititE 8oc der Spennungspegel auf Leitung 87, also proportional dem Kalibersignal. Wenn der Schalter 80 zur Klemme 80a durchschaltet, liegt an Klemme 80c ein Spannungspegel von Leitung 88, proportional dem unkorrigierten Perneabili t ätssignal.

Fig. 2b zeigt die Wellenform an Klemme 80c. Die Frequenz der Rechteckwelle an Klemme 60c (Fig. 2a) beträgt 35 Hz, weist jedoch die Phase des empfangenen Signals der Dickenspule 32b auf. Die Frequenz der Rechteckwelle an Kleitms 80c (Fig. 2b) ist 35 Hz, hat jedoch die Phase des Sendesignals der Dickenspule 32a. Wie unten erläutert, erfassen die Oberflächenverarbeitungskreise die Differenz der Phase zwischen den beiden 35-Hz-Signalen zum Erzeugen eines Phasendifferenzsignals, proportional der unkorrigierten Auskleidungsdicke.

Der VGO 9o ist angeschlossen an die Spannungssignalskleime 80c zum Wandeln des modulierten KaliberspannungssignaLs und des unkorrigierten Permeabilitätssignals in modulierte Frequenzsignale. Dar VOO 9o besitzt eine MLttenfrequenz von 7 kHZ, so daß die gewandelten Kaliberfrequenzsignale und gewandelte unkorrigierten Permeabilitätsfrequenzsignale um eine Frequenz von 7 kHz zentriert liegen. Das modulierte Signal von verstärkt von Verstärker 64 und auf das Kabel 18 über Transformator 66 zusammen mit dem Ausgang von VCO 9o gegeben.

Die Ctierflächenverarbeitungsanordnung gemäß Fig. 3 umfaßt einen Demodulatorkreis 94, einen Dickensignalverarbeitungskreis 96, einen Permeabilitätssignalsverarbeitungskreis 98 und eine Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung I00. Der Demodulatorkreis 94 ist an das Kabel 18 angekoppelt für die Demodulation , auf ein Paar von Leitungen 1o2, 1o4 der modulierten Signale, die von dem im Bohrloch befindlichen Schalter 80 bzw. 60 angeliefert werden, welche oben erläutert wurden und in Fig. 2a bzw. 2b dargestellt sind. Genauer gesagt, gewinnt der Demodulatorkreis 94 das Signal von Klertne 80c (Fig. 1b), wie in Fig. 2b dargestellt, zurück und reproduziert es

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auf Leituig 1o2. Ferner gewinnt der Denodulatorkreis 94 auf Leitung 1o4 das Signal zurück und reproduziert es, das auf Kleime 6oc (Fig. 1b) erscheint ind in Fig. 2a illustriert ist.

Der Demodulatorkreis 94 umfaßt ein Paar von Demodulatoren 1o6, 1o8. Die Demodulatoren 1o6, 1o8 sind untereinander ähnlich mit der Ausnahme, daß sie auf eine Mittenfrequenz von 7 kHz bzw. 13 kHz abgestimmt sind. Es braucht deshalb nur einer der Demodulatoren 1o6, 1o8 ausführlicher beschrieben zu \erden;unter Berücksichtigung des Frequenzunterschiedes trifft dessen Beschreibung auf beide zu.

Der Demodulator 1o8 umfaßt ein Bandpaßfilter 11o, zentriert auf die 13-kHz-Frequenz.Ein Verstärkungsregelkreis 112 ist an den Ausgang des Bandpaßfilters 11o angeschlossen. Da das Kabel 18 typischerweise eine Länge in der Größenordnung von 1o ooo m oder mehr haben kann, kann eine erhebliche Signaldänpfung vorliegen. Der Regelkreis 112 kompensiert das Signal bezüglich seiner Dämpfung.

Ein Phasenverriegelungsschleifenkreis 114 ist an den Ausgang des Verstärkungsregelkreises 112 angeschlossen. Der Phasenverriegelungskreis 114 ist auf eine 13-kHz-Frequenz zentriert zum Erzeugen eines Signals, das phasenverriegelt bezüglich des 13-kHz-Signals auf Kabel 18 ist. Der Phasen Verriegelungskreis wandelt das frequenzmodulierte Signal in ein Spannungssignal um und repliziert dabei die entsprechende Rechteckwelle, die verwendet worden war, um die 7 kHz bzw. 13 kHz VDOs 62 bzw. 9o gemäß Fig. 2b zu modulieren. Ein Tiefpaßfilter 116, angeschlossen an den Ausgang des Phasen Verriegelungskreises 114, wirkt sowohl als Filter als auch als Inverter. Das Tiefpaßfilter 116 hat eine ebene Grenzfrequenz von etwa 1 kHz. Die Rechteckwelle an Klemme 6ob wird abgebildet, jedoch invertiert auf Leitung 1o4.

Der Demodulator 1o6 arbeitet ähnlich dem Demodulator 1o8, um eine invertierte Abbildung des Signals von Klemme 8oc gemäß Fig. 2b auf Leitung 1o2 zu liefern.

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Dar PermeabiUtätssignalverarbeitungskreis 98 umfaßt einen Spitzendetektor 12o, einen Abtast- und Haltekreis 122 und einen Speicher 126. Der Spitzendetektor 12o ist an Leitung 1o2 gelegt zum Erfassen des positiven Pegels der iivertierten Wellenform aus Fig. 2b. Der Abtast- und Haltekreis 122 erzeugt ein Signal proportional der Amplitude des 3o-kHz-Signals, also des Kalibersignals. Das Kalibersignal wird dem Speicherkreis 126 zwecks Speicherung zugeführt.

Der SpeicherJfleis 126 speichert eine Sequenz von Kalibersignalen und, wie noch im einzelnen zu erläutern, liefert ein Kalibersignal in Abhängigkeit von der Tiefe mit dem Permeabilitätssignalausgang des Systems. Alle Signale sind zueinander versetzt, wenn sie tatsächlich gemessen werden, entsprechend einem Abstand von einem Auskleidungsbezugspunkt. Vorzugsweise liegt dieser gemeinsame Bezugspunkt im Zentrum des Abstandes zwischen den Permeabilitätsspulen 34.

In der Praxis stellt der Speicher 126 ein Schieberegister dar, das sequentiell Werte des Kalibersignals speichert. Diese Werte werden aus dem Speicher 126 ausgelesen entsprechend dem Auftreten vcn Impulsen aus dem Getriebe 23. Diese Impulse werden erzeugt von dem Kabel mittels des Wandlers 22 über Getriebe 23 und gelangen auf Leitung 127 entsprechend der Distanz, die von der Sonde 12 durchlaufen wird.

Der Permeabilitätsverarbeitungskreis 98 umfaßt femer einen Spitzendetektor 13o, einen Abtast- und Haltekreis 132, einen Ptnkticns formerkreis 136, einen Vorspannungskreis 138 und einen Digital-Analog-Wandler 14o. Der Spitzendetektor 13o ist an Leitung 1o2 angeschlossen zum Erfassen des negativen Pegels der invertierten Wellenform bezüglich der in Fig. 2b dargestellten Wellenform. Da eine Signalinversicn im Filter 116 erfolgte, lieferte die Erfassung der negativen Amplitude das unkorrigierte Permeabilitätssignal. Dar Abtast- und Haltekreis 132 ist angeschlossen an den Ausgang des Spitzendetektors 13o und liefert ein Gleichspannungs-

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signal proportional der Amplitude des unkorrigierten Permeabilitätssignals. Das Signal von Abtast- und Haltekreis 132 wird angelegt an den \förspannungskreis 138, un diesen zu eichen, entsprechend den Daten, die im Funkticnsformerkreis 136 gespeichert sind. Der Vorspann txigskreis 138 wird im einzelnen noch erläutert.

In dem Funkticnsformerkreis 136 sind Daten gespeichert, welche die rel a ti ve Permeabilität einer Auskleidung in Funktion der Zeitrate der Flußänderung charakterisieren, wie er durch die Permeabilitätsempfangsspule 34b erfaßt wird (entsprechend der Amplitude des tnkorrigierten Permeabilitätssignals) und in Funktion des erfaßten Innendurchmesserwertes der Auskleidung (wie angegeben durch den Wert des justierten Kalibersignals). Die Werten werden, wie grafisch in Fig. 4 dargestellt ist, als Empfangsspannung der Permeabilitätsspulen gespeichert in Funktion der relativen Permeabilität der Auskleidung und verschiedener erfaßter Innendurchmesserwerte für eine gegebene Auskleidung.

Der Funkticnsformerkreis 136 wird aus mehreren FET-Wert-Speichern (IGfB)₁ welchen jeweils Kurven der relativen Permeabilität gemäß Fig. 4 in Tabellenform gespeichert zugeordnet sind entsprechend einer Auskleidung mit einem Nominalwert. Die Auswahl der einzelnen IOC erfolgt über einen Eingang auf Leitung 137 von einem Speicherpult (nicht dargestellt). Nach Auswahl des entsprechenden ROM jnd dem Ansprechen auf das Kalibersignal von dem Speicher 126 sowie auf das unkorrigierte Permeabilitätssignal vom Abtast- und Haltedetektor 132 erzeugt der Funkticnsformerkreis 136 ein digital kodiertes Signal, das repräsentativ ist für den Permeabilitätswert der Auskleidung, die gerade untersucht wird, jedoch korrigiert bezüglich des Einflusses der Auskleidungsinnendurchmesser. Der Digital-Analog-Wandler 14o wandelt den digitalen Ausgang von Funktionsformerkreis 136 in einen Analogwert. Dieses Analogsignal wird nachfolgend als das korrigierte Permeabilitätssignal bezeichnet und ist ein Ausgaig aus Leitung 142 und wird außerdem dem Dickensignalverarbeitungsschaltkreis 96 über Leiting 2co zugeführt.

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In der dargestellten bevorzugten Aus führungsform enthält jedes PDM des Funktionsformerkreises 136 mir eine einzige Kurve entsprechend der Abhängigkeit der relativen Permeabilität vcn der Spannung entsprechend einem einzigen erfaßten Innendurchnesserwert für eine bestimmte Auskleidungsgröße. Die gestriche lte Kurve aus Fig. 4 entspricht der gespeicherten Kurve in einem ROM für eine Auskleidung mit einem Außendurchmasser von 24 cm. Andere Kurven des Innendurchmesssers gemäß Fig. 4 werden in dem FunktionsformerkiB.s angenähert durch Addieren einer Spannung entsprechend der Abweichung des gemessenen Innendurchmessers von dem nominellen Innendurchmesser zu der unkorrigierten empfangenen Spannung. Der Vbrspannungskreis erzeugt einen Spannungswert gleich der unkorrigierten Permeabilitätsenpfangsspannung plus der Innendurchmesserabweichungsspannung. Der Ausgang des Vorspannungskreises wird an ROM-Funk tionsformer 137 angelegt, der ein Signal ausgibt, welches repräsentativ ist für die korrigierte Auskleidungspermeabilität.

Der Vorspannungsschaltkreis 138 ist an den Speicher 126 über Leitung 139 angeschlossen und an den Abtast- und Haltekreis 132 über Leitung 141. Der \forspannkreis 138 empfängt einen Eingang auf einer Leitung 143 von einem Bedienungspult (nicht dargeäellt), wodurch die Konstante eingegeben wird, mit der die Abweichung des gemessenen Innendurchmessers vom Nennwert multipliziert werden muß, um die Innendurchmesserabweichungsspannung zu ergeben.

Der Dickensignalverarbeitungskreis 96, der auf das unkorrigierte Dickensignal auf Leitung 1o4 anspricht, erzeugt ein justiertes, unkorrigiertes Dickensignal auf Leitung 152. Der Dikkensignalverarbeitungskreis 96 enthält einen Spitzendetektor 16o, einen Abtast- und Haltekreis 162 und einen Speicher 166. Der Spitzendetektor 16o erfaßt die negativen Pegel der Wellenform auf Leitung 1o4, welche dem invertierten ausgesandten Signal auf Leitung 6oc entspricht (Fig. 1b) und in Fig. 2a illustriert ist. Die Erfassung der negativen Spitzen liefert das unkorrigierte Dickenanplitudensignal. Der Äbtast- und Haltekreis 162 ist an den Ausgang des

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Spitzendetektors 16o angekoppelt und erzeugt ein Gleichspannungssignal entsprechend der Anplitude des unkorrigierten Dickensignals. Eine Serie dieser Amplituden ist in Speicher 166 gespeichert in Funktion der Position der Dickenspule 32 relativ zu der Auskleidung. Eine Positionsinformaticn wird in den Speicher 166 eingegeben über Leitung 168 vom Getriebe 23 (siehe Fig. 1a), wanit der Speicher 166 veranlaßt wird, unkorrigierte Dicken (Anplitudensignale) entsprechend dem Auskleidungsbezugspunkt zu speichern. Das unkorrigierte Dicken-(Amplituden-) Signal wird auf Leitung 169 ausgegeben und repräsentiert den Logarithmus der Amplitude, gemessen von der Dickenempfangs spule 32b (wegen der Wirkung des im Bohrloch befindlichen Verstärkers 54 gemäß Fig. 1a und eben angegebener Erläuterung). Der Logarithmus der Dickenempfangsspannung liefert ein Signal proportional der Auskleidungsdicke (siehe cbige Gleichung 1).

Der Dickensignalverarbeitungskreis 96 umfaßt ferner Schaltkreise für die Bestimmung der Phasendifferenz zwischen dem Signal auf Leitung 1o2 (das invertierte Signal entsprechend Fig. 2b) und dem Signal auf Leitung 1o4 (dem invertierten Signal gemäß Fig. 2a). Das Signal auf Leitung 1o2 ist das Phasenbezugssignal, weil es abgeleitet wird von dem Strom zur Dickensendespule 32a (Fig. 1a). Das Signal auf Leitung 1o4 ist phasenverschoben gegenüber dem Bezugssignal, weil es abgeleitet wird von der Spannung über der Dickenenpfaigsspule 32b (Fig. 1a).

Der Phasenkreis umfaßt ein Paar von Komparatoren 17o, 172, die angeschlossen sind an die Leitungen 1o2, 1o4, einen Phasenmeßkreis 174, einen Phasenspeicher 176, einen a*eifelauflösekreis 178 und einen Kompensationskreis 182.

Die Kenparatoren 17o und 172 dienen dazu, die auf Leitungen 1o2 und 1o4 auftretenden Rechteckwellen zu transformieren in entsprechende Logikpegel für den Phasenmeßkreis 174. Der Phasenmeßkreis 174 erfaßt die Phasendifferenz zwischen den Itechteckwellen auf Leitung 1o2, 1o4, speichert die Phasendifferenz,

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die erfaßt wird im Phasenspeicher 176 in Funktion des Ortes der Dickenenpfangsspule 32b relativ zu dem Anskleidungsbezugspunkt. Dieses Signal ist das unkorrigierte Dickensignal· Der Phasenspeicher 176 ist ähnlich aufgebaut und arbeitet auch ähnlich den Speichern 126, 166 und besitzt eine Eingangsleitung 179, auf der Inpulse vom Getriebe 23 (Flg. 1a) eingegeben werden als Angabe für die Sendentiefe relativ zu der Auskleidung. Der Phasenspeicher 176 gibt das unkorrigierte Dickensignal zusaimien mit dem korrigierten Permeabilitätssignal auf Leitung 142 und dem Kalibersignal auf Leitung 128 aus, so daß alle drei Signale bereits auf den Auskleiduigsbezugspunkt bezogen sind. Das unkorrigierte Dickensignal wird auf Leitung 177 ausgegeben und gelangt über Leitung 152 zum Aufzeichnungsgerät 1oo.

Beaufschlagt mit dem unkorrigierten Dickensignal auf Leitung 177, wird der Zweifelauflösungskreis 178 verwendet, um jegliche Unbestimmtheit auszuschließen, die bei der Phasenverschiebung des Flusses auftreten könnte, welche durch die Dickenempfangsspule 32b jenseits von 36o° erfaßt werden könnte. Das Signal auf Leitung 2o2, der Logarithmus der Amplitude der Empfangsspannung auf Spule 32b (Fig. 1b) ist proportional der Auskleidungsdicke und weist seinerseits von Natur keinen Zweifel auf relativ zu der zugeordneten Dicke. Die Signalleitung 2o2 ist korreliert mit dem Auskleidungsbezugspvnkt mittels Speicherkreis 166 (mit der Tiefeninformation von Leituig 166 (mit der Tiefeninformation von Leitung 168 über Getriebe 23) und wird an den Zweifelauflösungskreis angelegt.

Der Zweifelauflösungskreis 178 erfaßt die Höhe des Amplitudensignals von Leitung 169 zwecks Bestimmung, ob ein 36o repräsentierender Wert zu dem Signal auf Leitung 177 addiert werden sollte oder nicht. Nur wenn die Höhe des Amplitudensignals auf Leitung 169 kleiner ist als ein Schwellenwert entsprechend einer Amplitudendämpfung, die zu einer Phasenverschiebung größer als 26o° führen sollte, wird ein Spannungsäqi 36o° zum Signal auf Leitung 177 addiert.

26o führen sollte, wird ein Spannungsäquivalent entsprechend

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it

Der Kompensationskreis 182 verarbeitet das unkorrigierte DickensignalA^ auf Leitung 18o mit dem korrigierten Permeabilitätssignal u auf Leitung 2oo und erzeugt ein Signal, das indikativ ist für die Auskleidungsdicke entsprechend der Beziehung:

χ=

2K (3)

worin X = Auskleidungsdicke und K = 2-ViTfO-. Der Schaltkreis 182 verwendet konmerziell erhältliche Dividierschaltkreise und Radizierkreise zum Erzeugen des Dickensignals als sein Ausgang auf Leitung 184.

Die Anzeige- und Aufzeichnungsvorrichtung 1 oo spricht an auf das Kalibersignal auf Leitung 128, auf das korrigierte Permeabilitätssignal auf Leitung 142, auf das Δ P-Signal (das unkorrigierte Dickensignal) auf Leitung 152 sowie auf das korrigierte Dickensignal auf Leitung 184 zwecks direkter Anzeige in Funktion von der Bohrlochtiefe. Direkte Anzeige des korrigierten Dickensignals auf Leitung 184 ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, das es ernöglcht, die Notwendigkeit für ein Basislinienlog zu elminieren·

Fig. 5 zeigt eine mehr ins einzelne gehende, jedoch noch immer schematische Darstellung des Phasenmeßkreises 174 und des Phasenspeichers 176. Der Phasenmeßkreis 174 umfaßt ein Paar von monostabilen Multivibratoren 19o, 192, einen R-S-Flippflopp 194, ein Gatter 196, einen Zähler 198, und einen OszüLator 2oo. Dar Flippflopp 194 ist an die Multivibratoren 19o, 192 über Leitungen 191 bzw. 193 angeschlossen. Das Gatter 196 ist an den Flippflopp 194 mittels Leitung 195 angeschlossen sowie an den Oszillator 2oo über Leitung 197. Der Zähler 198 ist an das Gatter 196 über Leitung 199 angeschlossen.

Im Betrieb erzeugen die monostabilen Multivibratoren 19o, 192 schmale Impulse auf den Leitungen 191 und 193, derart, daß der zeitliche Abstand zwischen dem Auftreten der Impulse indikativ ist für den Wert der Fluß-Phasenverschiebung, welcher zu bestimmen ist. Der Flippflopp 194 wird gesetzt durch die Impulse auf Leitung 191

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und rückgesetzt durch die Impulse auf Leitung 193. Demgemäß ist die Zeitdauer, während der der Flippflopp 194 im Setzzustand ist, direkt proporticnal der Phasenverschiebung zwischen den Signalen auf Leitung 171 und 173.

Das Gatter 196 ist an den Ausgang des Flippflopps 194 und des Oszillators 2co angekoppelt und erzeugt auf seiner Ausgangsleitung 199 eine Serie von Impulsen, deren Anzahl während des Setzzustands von Flippflopp 194 gezählt wird und welche Anzahl demgemäß ein ^feß ist für die Phasenverschiebung. Das Gatter 196, ein UND-Gatter, wird entsperrt für alternierende Zeitperioden eines 35-Hz-Signals im Ansprechen auf ein 17,5-Hz-Eingangssigial auf Leitung 2o2. Während der Zeit, während der das Gatter 196 entsperrt ist für den Durchlaß vcn Impulsen vom Oszillator 2oo, wird auch der Zähler 198 mittels des 17,5-Hz-Signals auf einer Leitung 2o5 entsperrt. Am Ende der Zeitperiode, während welcher der FliptfLopp 194 im Setzzustand ist, steht der Zähler auf einem Wert, der Indikativ ist für die Phasenverschiebung. Während der nächsten Zeitpericde des 35-Hz-Taktes wird das UND-Gatter 196 gesperrt und der Zähler 198 gibt seinen Wert in das Phasenverschiebungsspeicherwerk 176 ein.

Der Phasenspeicher 176 enthält ein Schieberegister 2o8 und einen Digital-Analog-Wandler 21o. Der Digital-Analog-Wandler 21o erzeugt die unkorrigierten Dickensignale auf Leitung 177. Während der Perbde, während welcher das UND-Gatter 196 gesperrt ist und der Zähler 198 Information in den Speicher 2o8 überträgt, wird der Speicher 2o8 entsperrt durch das 17,5-Hz-Signal auf einer Leitung 2o7. Demgemäß werden die Werte aus dem Zähler 198 im Speicher 2o8 gespeichert. Am Ende der Zeitperiode, während welcher das UND-Gatter 196 gesperrt ist und der Zähler 198 Werte ausgibt, wird der Zähler rückgesetzt und entsperrt für den nächsten Zählvorgang. Die digitalen Inhalte des Speichers 2o8 werden mittels des Digital-Analog-Wandlers 21o umgewandelt, um ein unkorrigiertes Dickensignal auf der Leitung 177 zu erzeugen.

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Durch Berücksichtigung von Änderungen der Permeabilität in der betrachteten Auskleidung und entsprechende Korrektur erhält man eine verbesserte Auflösung auf Genauigkeit mittels der neuen und verbesserten elektromagnetischen Dickenmeßanorchung, die eben beschrieben wurde. Da Änderungen der Permeabilität berücksichtigt werden, wird ein Signal erzeugt, das direkt indikativ ist für die Dicke der betrachteten Auskleidung, womit die Notwendigkeit eliminiert wird, Phasenverschiebungslogs zu vergleichen, was allenfalls und bestenfalls ungenaue Ergebnisse durch eine umständliche Prozedur erhoffen läßt.

Der Gegenstand der Erfindung wurde in der bevorzugten Ausführungsform genauer beschrieben, doch ist die Darstellung nur als Beispiel zu verstehen. Änderungen von Einzelheiten und Ausführungsformen liegen im Ermessen des Fachmannes. Obwohl die Erfindung spezifisch für die Dickenmessung von ferromagnetischen Auskleidungen in einem unterirdischen Bohrloch und seiner Auskleidung beschrieben wurde, könnte die Erfindung auch Anwendung finden für die Dickenmessung irgendwelcher Stahlrohre, bei denen Zugang zur Innenseite die einzige praktische Msflnöglichkeit darstellt. Beispielsweise könnte die Erfindung auch angewandt werden für die überprüfung von öl- oder Gaspipelines.

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■1*·

L e e r s e i t e

Claims

Societe de Prospection Electrique 2950293

Schlumberger, Paris

Patentansprüche

M.) Verfahren zur elektromagnetischen Bestiittnung der Dicke

einer ferromagnetischen Auskleidung inter Verwendung von Sätzen elektrisch erregter Spulen, die im Abstand längs der Auskleidungsachse angeordnet sind, bei welchem Verfahren die folgenden Schritte verwendet werden:

a) Erzeugen eines bezüglich des EinfLusses der Auskleidungspermeabilität unkorrigierten Dickensignals, das repräsentativ ist für die Dicke der Auskleidung an einem gegebenen Punkt,

b) Erzeugen eines Permeabilitätssignal, das repräsentativ ist für die Permeabilität der Auskleidung, gekennzeichnet durchdie weiteren Schritte:

c) Erzeugen eines Signals proportional der Quadratwurzel aus dem Permeabilitätssignal und

d) Erzeugen unter ^ferarbeitung des Quadratwurzelsignals und des unkorrigierten Dickensignals eines korrigierten Auskleidungsdickensignals, das bezüglich des Einflusses der Auskleidungspermeabilität korrigiert ist.
2. \ferfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

Schritt a) die Einzelschritte umfaßt:

1) Erregen einer Dickensendespule mit einem Niederfrequenzdickensignal , so daß ein Magnetflußmuster erzeugt wird, das sich bis auf die Auskleidungsaußenseite erstreckt und durch die Auskleidung wieder bis zu der Dickensendespule zurückreicht,

2) Messen eines Empfangssignals proportional der Zeitrate der Änderung des Flusses mittels einer Dickenertpfangsspule, die in Richtung der Achse von der Dickensendespule im Abstand angeordnet ist,

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ORIGINAL INSPECTED
3)Erzeugen eines unkorrigierten Dickensignals Δ φ proportional der Phasendifferenz wischen dem Empfangssignal und dem Erregungssignal, und daß der Schritt b) die Schritte anfaßt:

1) Erregen einer Permeabilitätsssendespule mit einem Peraeabilitätsmeßsignal mit einer Frequenz, die höher ist als die des Dickensicpals, so daß ein zweites Magnetflußmuster erzeugt wird, das primär durch die Auskleidung verläuft und bis zur Spule zurückkehrt,

2) Messen eines Peimeabilitätssignals u proportional der zeitlichen Rate der Änderung des zweiten Flußmusters mittels einer Permeabilitätsempfangsspule, die in Achsrichtung im Abstand von der Penneabilitätssendespulß angeordnet ist, und

3) Erzeugen eines korrigierten Dickensignals proportional

3. \ferfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) die Schritte umfaßt:

1) Erzeugen eines Kalibersignals mit einem Wert, der repräsentativ ist für den Innendurchmesser der Auskleidung,

2) Erzeugen unter Verarbeitung des Kalibersignals und

des Permeabilitätsssignals eines korrigierten Permeabilitätssignals, das repräsentativ ist für die Permeabilität der Auskleidung, jedoch korrigiert bezüglich des Einflusses des Auskleidungsinnendurchmessers.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Kalibersignals die folgenden Schritte angewandt werden:

a) Erregen einer Kalibersendespule mit einer hohen Frequenz, so daß ein drittes ifegnetflußmuster erzeugt wird, das sich im wesentlichen durch die innere Skintiefe der Auskleidung erstreckt und zur Kalibersendespule zurückkehrt,

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b) Massen eines Kalibersignals proportional der zeitlichen Rate der Änderung des dritten Flußrrusters in einer Kaliberenpfangsspule, die in Achsrichtung im Abstand von der Kalibersendespule angeordnet ist, und daß das c) erzeugte korrigierte Dickensignal proporticnal ist zu Δ φ>/ ^y , worin u_c das korrigierte Permeabilitätssignal ist.
5. \ferfahren nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens des korrigierten Penneabilitätssignals die Schritte umfaßt:

a) Speichern eines Satzes von Werten, mittels denen die tatsächliche Permeabilität der Auskleidung in Funktion eines einzigen Innendurchmessers der Auskleidung und das vnkorrigierte Permeabilitätssignal zueinander in Beziehung gesetzt werden, und

b) Auswählen aus dem Wertesatz eines Signals, das repräsentativ ist für das korrigierte Penteäbilitätssignal entsprechend dem gemessenen und korrigierten Permeabilitätssignal.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Auswahl aus dem Wertesatz umfaßt:

a) Justieren des unkorrigierten Permsabilitätssignals in Abhängigkeit von Abweichungen des gemessenen Innendurchniessersignals von dem einen Innendurchmessersignal aus dem Wertesatz und

b) Adressieren des Wertesatzes mit dem justierten Permeabilitätssignal zum Erzeugen eines bezüglich Abweichungen des Innendurchmessers von dem in dem Wertesatz gespeicherten Innendurchmesser korrigierten Permeabilitätssignal.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit

a) einer ersten Einrichtung, die innerhalb der Ausklei dung positionierbar ist, zum Erzeugen eines bezüglich des Einflusses

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der Auskleidungspermeabilität inkorrigierten Dickensignals,

b) einer zweiten Einrichtung, die innerhalb der Auskleidung positicnierbar ist zum Erzeugen eines Permeabilität ssignals, das repräsentativ ist für die Permeabilität der Auskleidung, gekennzeichnet durch

c) eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die mit dem Permeäbilitätssignal und mit dem unkorrigierten Dickensignal beaufschlagbar ist zum Erzeugen des korrigierten Dickensignals, welche Signalverarbeitungsvorrichtung einen Schaltkreis enthält zum Erzeugen eines Signals proportional der Quadratwurzel aus dem Permeabilitätssignal.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung umfaßt:

a) eine dritte Einrichtung zum Erzeugen eines Kalibersicnals, das repräsentativ ist für den Innendurchmesser der Auskleidung und

b) eine Einrichtung für die Korrektur des Permeabilitätssignals, welche Einrichtung ansprechend ausgebildet ist auf das Kalibersignal und das Permeabilitätssignal zum Erzeugen eines bezüglich des Einflusses des Auskleidungsinnendurchniessers korrigierten Permeabilitätssignals.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Permeabilitätskorrektureinrichtung einen Speicher umfaßt mit darin gespeicherten Daten, mittels denen eine \ferknüpfung zwischen den Permeabilitätssignalen und den korrigierten Permeabilitätssignalen in Funktion mindestens eines bestimmten Auskleidungsinnendurchmessers herstellbar ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Speicher gespeicherten Daten die Permeabilität einer Auskleidung, korrigiert für einen einzigen vorgegebenen Innen-

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durchmesserwert, verknüft mit Permeabilitätssignalen, die unkorrigiert sind bezüglich aus Auskleidingsinnendurchmessers, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist für die \forspannung des unkorrigierten Permeabilitätssignals auf einen Viert, der tatsächlich dem vorgegebenen Innendurchmesserwert entspricht.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung unfaßt:

a) ein Paar von Dickenspulen, wobei die Sendespule mit relativ niedriger Frequenz erregbar ist zum Induzieren von Wirbelärömen in der Auskleidung, während die Empfangsdickenspule ansprechend ausgebildet ist auf eine Spannung, die mittels des Flusses von der Dickensendespule durch die Wirbelströme induziert werden, und daß

b) die zweite Einrichtung von Permeabilitätsspulen unfaßt, wobei die Permeabilitätssendespule mit relativ höherer Frequenz erregbar ist uid die Permeabilitätsempfangsspule ansprechend ausgebildet ist auf die Spannung, die induziert wird mittels des Flusses, erzeugt von der Permeabilitätssendespule nach Durchlauf der Auskleidungswanduig, wobei die Dickenspulen längs der Achse der Auskleidung im Abstand angeordnet sind und die Permeabilitätsspulen längs der Achse an koaxialen Stellen zwischen den Dickenspulen im Abstand voneinander angeordnet sind.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein Paar von Dickenspulen umfaßt, von denen eine mit relativ niedriger Frequenz erregbar ist, während die zweite Einrichtung ein Paar von Permeabilitätsspulen unfaßt, von denen eine mit relativ höherer Frequenz erregbar ist, inddaß der Satz von Dickenspulen im Abstand längs der Auskleidungsachse angeordnet ist und der Satz von Permeabilitätsspulen im Abstand längs der Achse an koaxialen Stellen zwischen den Dickenspulen angeordnet ist, während die dritte Einrichtung ein Paar von Kaliberspulen umfaßt, die längs der Achse an im abstand liegenden Stellen koaxial mit den Dickenspulen angeordnet sind.

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13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaliberspulen durch einen Ferridkem miteinander verbunden sind.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung einen Wandler umfaßt zum Erfassen der relativen Stellen des Satzes von Dickenspulen und des Satzes von Permeabilitätsspulen und zum Erzeugen eines Justiersignals, mittels dem die unkorrigierten Dickensignale und das Permeabilitätssigial bezüglich eines gemeinsamen Punktes auf der Auskleidung korreliert werden.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung umfaßt:

a) Erzeugungs- und Emfpangsschaltkreise zum Anlegen eines Niederfrequenzerregersigials an eine Dickensendsspule ind zum Empfang eines Empfangsspulensignals proportional der Zeitrate der Flußänderung, bewirkt durch die Dickensendespule, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Erzeugen des unkorrigierten Dickensignals proporticnal der Phasendifferenz zwischen dem niederfrequenten Erregersignal und dem Empfangsspulensignal.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sigialverarbeitungsvorrichtung ferner Schaltkreise umfaßt zum Erzeugen eines Sigials proportional derAmplitude des unkorrigierten Dickensignals, dividiert durch die Quadratwurzel aus dem Perneabilitätssignal.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das niederfrequente Erregersignal etwa 35 Hz hat und daß die Erreger frequenz, die an die Permeabilitätsspulen anlegbar ist, eine Frequenz ist, die ein ganzteiliges Vielfaches der Frequenz des Niederfrequenzerregersignals beträgt.

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18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des PentEabilitätsspulenerregersignals etwa 21o Hz beträgt.
19. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung zum Erzeugen einer Anzeige, die indikativ ist für den Wert des korrigierten DLckensignals.
20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigeeinrichtuig ein Aufzeichnungsgerät zugeordnet ist.

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