DE3515983A1

DE3515983A1 - SYSTEM FOR DETERMINING THE FREE POINT OF A DRILLING PIPE FIXED IN A HOLE HOLE

Info

Publication number: DE3515983A1
Application number: DE19853515983
Authority: DE
Inventors: Stanley G. Houston Tex. Stroud
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: Western Atlas International Inc
Priority date: 1984-05-04
Filing date: 1985-05-03
Publication date: 1985-11-07
Also published as: CA1230377A; FR2563862B1; NO851561L; FR2563862A1; MX161997A; JPS6157795A; GB2158245A; GB2158245B; GB8507186D0; JPH0466995B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Punktes, an welchem ein Bohrgestänge in einem Bohrloch festsitzt, insbesondere ein System zur magnetischen Bestimmung des freien Punktes des Bohrgestänges, ohne daß dazu eine Vorrichtung an der Wandung des Bohrgestänges befestigt werden muß.The invention relates to a method and a device for determining the point at which a drill pipe stuck in a borehole, in particular a system for magnetic determination of the free point of the drill string without a device having to be attached to the wall of the drill string.

Beim Bohren von Öl- und Gasquellen durch Erdformationen geschieht es häufig, daß das Bohrgestänge im Bohrloch stecken bleibt. Dies kann durch einen Einbruch oder eine Einsturz der das Bohrloch umgebenden unterirdischen Formationen verursacht werden. Ferner kann dieser Fall als Folge von Flüssigkeitsabsorbtion und Anschwellen von bestimmten Erdformationen im Bohrlochbereich auftreten, was die Beweglichkeit des Bohrgestänges im Bohrloch einschränkt; es sind noch viele andere Gründe für das Steckenbleiben möglich. Wenn ein derartiger Fall auftritt, sitzt das Bohrgestänge fest und der Bohrvorgang wird eingestellt. Eine Weiterführung des Bohrvorganges vor Entfernung des festsitzenden Bohrgestänges ist nicht möglich.When drilling oil and gas wells through earth formations it often happens that the drill pipe gets stuck in the borehole. This can be due to a break-in or causing collapse of the subterranean formations surrounding the borehole. Furthermore, this Fall as a result of fluid absorption and swelling of certain earth formations in the borehole area occur, which limits the mobility of the drill string in the borehole; there are many other reasons as well for getting stuck possible. If such a case occurs, the drill string is stuck and the The drilling process is stopped. Continuing the drilling process before removing the stuck drill pipe can not.

Der erste Schritt zum Lösen eines in einem Bohrloch verklemmten Bohrgestänges besteht darin, die Stelle entlang der Bohrlochachse zu lokalisieren, an welcher das Gestänge festsitzt, oftmals mehrere 1000 m unter der Erdoberfläche. Zahlreiche Verfahrensweisen wurden im Lauf der Jahre entwickelt, um die freiliegende Stelle des Gestänges zu lokalisieren, so daß der über dem festverklemmten Bereich liegende Gestängeabschnitt entfernt werden kann. Die am häufigsten angewandte Verfahrensweise im Stand der Technik verwendet das Hinablassen eines Gerätes durch die zentrale Durch-The first step in loosening a drill string that is jammed in a borehole is to locate the to localize along the borehole axis to which the rod is stuck, often several 1000 m below the surface of the earth. Numerous procedures have been developed over the years to repair the exposed site of the linkage so that the linkage section lying over the jammed area can be removed. The most common practice in the prior art uses this Lowering a device through the central passage

trittsöffnung des Bohrgestänges in das Bohrloch sowie die Befestigung eines Paares von relativ zueinander beweglich angeordneten Sensoren an der Innenseite der Gestängewandung. Das Bohrgestänge wird dann entweder in Längsrichtung gedehnt oder durch Torsion verspannt, so daß eine Relativbewegung zwischen den beiden befestigten Sensoren anzeigt, daß die Sensoren an einer Gestängewandungsstelle über dem festliegenden Punkt im Bohrloch befestigt sind. Dabei ist von Bedeutung, daß Verspannungen im Bohrgestänge, die von der Erdoberfläche ausgelöst werden, sich nur in dem Gestängeabschnitt oberhalb des festliegenden Punktes auswirken. Sobald das Sensorpaar an den Gestangewandungen unterhalb des festliegenden Punktes befestigt wird und das Bohrgestänge in der beschriebenen Weise verspannt wird, tritt die Relativbewegung zwischen den beiden Sensoren nicht mehr auf. Demzufolge ist es möglich, durch eine Vielzahl von Einzelmessungen unter Bewegung der Sensoren entlang der Innenseite des Bohrgestänges den festliegenden Punkt zu ermitteln. Systeme dieser Art arbeiten jedoch relativ langsam, da das oftmalige Befestigen und Wiederloslösen der Sensoren zeitaufwendig ist und Zeitaufwand beim Betreiben einer Ölbohranlage teuer ist. Darüber hinaus benötigt diese Art von mit dem Gestänge in Kontakt zu bringenden Detektoren komplizierte mechanische oder magnetische Vorrichtungen zur Befestigung der Sensoren an den Gestängewandungen.opening of the drill pipe into the borehole as well the attachment of a pair of relatively movably arranged sensors on the inside of the Rod cover. The drill pipe is then either stretched in the longitudinal direction or braced by torsion, see above that a relative movement between the two attached sensors indicates that the sensors are at a linkage location are fixed above the fixed point in the borehole. It is important that Tensions in the drill pipe, which are triggered by the surface of the earth, can only be found in the pipe section above the fixed point. As soon as the pair of sensors on the rod walls below of the fixed point is attached and the drill pipe is braced in the manner described, the relative movement between the two sensors no longer occurs. As a result, it is possible to use a Large number of individual measurements with movement of the sensors along the inside of the drill pipe the fixed ones Determine point. Systems of this type, however, work relatively slowly because of the frequent fastening and releasing the sensors is time-consuming and time-consuming to operate an oil drilling rig is. In addition, this type of linkage-contact detectors requires complicated ones mechanical or magnetic devices for attaching the sensors to the rod walls.

Bei ferromagnetischen Rohren ist es als charakteristisch bekannt, daß sich die magnetische Permeabilitat des Materials als Funktion von Spannungen im Material ändert. Ein anderes bekanntes System zur Ermittlung einer festgeklemmten Stelle nutzt dieses Prinzip anstelle der mechanischen Verlängerung des Bohrgestänges. Die Anwendung dieser Technik erlaubt die Kon-With ferromagnetic pipes it is known to be characteristic that the magnetic permeability of the material changes as a function of stresses in the material. Another known system of investigation a clamped point uses this principle instead of the mechanical extension of the drill pipe. The application of this technique allows the con-

struktion und den Gebrauch eines nicht kontaktierenden Detektors zum Ermitteln einer verklemmten Stelle, der nicht an die Seitenwandungen des Rohres angeordnet werden muß. In der US-PS 2686039 (Bender) ist ein Hochfrequenzoszillator 10 gezeigt, der auf eine Frequenz im Bereich von 20 - 60 kHz durch eine Spule 12 abgestimmt ist und in die axiale Durchgangsöffnung eines festliegenden Bohrgestänges hinabgelassen wird. Die Spule ist induktiv an die Wandung des stählernen Bohrgestänges angekoppelt, die die Spule induktiv belastet und demnach ein Bestandteil des abgestimmten Schwingkreises des Oszillators 10 ist. Die magnetische Permeabilität des Gestänges bestimmt damit den Grad der induktiven Belastung der Spule 12 und damit die Induktanz des Schwingkreises und die Frequenz des Oszillators.Structure and use of a non-contacting detector to detect a deadlock, the does not have to be arranged on the side walls of the pipe. In US-PS 2686039 (Bender) is a high frequency oscillator 10, which is tuned to a frequency in the range of 20-60 kHz by a coil 12 is and in the axial through hole of a fixed Drill pipe is lowered. The coil is inductive to the wall of the steel drill pipe coupled, which loads the coil inductively and therefore part of the tuned resonant circuit of the oscillator 10 is. The magnetic permeability of the rod determines the degree of inductive Load on coil 12 and thus the inductance of the resonant circuit and the frequency of the oscillator.

Wenn die Spule die festliegende Stelle eines unter Spannung stehenden Bohrgestänges passiert, ändert der Oszillator seine Frequenz infolge der Tatsache, daß sich die magnetische Permeabilität des spannungsfreien Gestänges unter der festliegenden Stelle von der Permeabilität des unter Spannung stehenden Gestänges oberhalb der festliegenden Stelle unterscheidet. Wenn auch das "Bender-System" zur Erfassung der festliegenden Stelle ohne körperliche Befestigung von Sensoren an den Gestängewandungen geeignet ist, so weist das System doch eine Anzahl von erheblichen Nachteilen auf. Am nachteiligsten erscheint, daß die induktive Ankopplung des Gestänges an einen Oszillatorschwingkreis relativ hohe Frequenzen erfordert. Die Eindringtiefe von elektromagnetischen Wellen hoher Frequenz ist durch den Skin-Effekt begrenzt und demzufolge ist auch die Gesamtgenauigkeit und Zuverlässigkeit des gesamten Verfahrens eingeschränkt. Die Empfindlichkeit des "Bender-Systems" ist außerdem durch die AussagekraftWhen the coil passes the fixed point of a live drill string, the changes Oscillator its frequency due to the fact that the magnetic permeability of the stress-free Linkage below the fixed point on the permeability of the tensioned linkage above the fixed point differs. Even if the "Bender system" is used to record the fixed Place without physical attachment of sensors to the rod walls is suitable, so the system however, have a number of significant disadvantages. The most disadvantageous appears that the inductive coupling the linkage to an oscillator circuit requires relatively high frequencies. The depth of penetration of electromagnetic High frequency waves are limited by the skin effect, and consequently so is the overall accuracy and reliability of the entire process is limited. The sensitivity of the "Bender-Systems" is also by the expressiveness

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eines einzelnen Meßvorganges zur Ermittlung der festgeklemmten Stelle begrenzt, der es nicht erlaubt, eine ausreichende Toleranz der magnetischen Permeabilitätsabweichungen zwischen unterschiedlichen Gestängematerialien und -größen zu berücksichtigen.a single measuring process to determine the stuck point limited, which does not allow a sufficient tolerance of the magnetic permeability deviations between different rod materials and sizes to be taken into account.

Gewisse andere Geräte nach dem Stand der Technik verwendeten bereits Mittel zum Vermessen der Permeabilität von Gestängen oder Rohren, jedoch werden diese Mittel im allgemeinen bei Durchmesser-Vermessungsgeräten zur Ermittlung der Dicke und des inneren Durchmessers von spannungsfreien Rohren genutzt. Beispielsweise nutzen die englische Patentanmeldung Nr. 2037439 (Schlumberger Ltd.) und die US-PS 2992390 (DeWitte) verschiedene Gesichtspunkte der magnetischen Permeabilität für Rohr-Vermessungen. Certain other prior art devices have already employed means for measuring permeability of rods or pipes, however, these means are generally used in diameter measuring devices Used to determine the thickness and inner diameter of stress-free pipes. Use for example English Patent Application No. 2037439 (Schlumberger Ltd.) and U.S. Patent 2992390 (DeWitte) are various Magnetic Permeability Considerations for Pipe Surveying.

In der vorstehend bezeichneten englischen Patentanmeldung ist ein Gerät zur Messung der Wanddicke eines Bohrlochfutterrohres mittels des magnetischen Flusses beschrieben. Es werden drei Paare von Transmitter- und Empfängerspulen verwendet, ein Paar zur Messung des Innendurchmessers, eines zur Messung der Futterrohrdicke und eines zur Messung der Permeabilität der Futterrohrwandung. Veränderungen in einem jeden dieser Parameter beeinflussen die anderen, so daß die gleichzeitige Messung von allen drei Parametern dazu genutzt werden kann, gegenseitige Korrekturen durchzuführen und eine hochgenaue Dickemessung herbeizuführen. Wenn auch die genannte englische Anmeldung ein Verfahren mit zwei Spulen und zwei Meßreihen für die Bestimmung der magnetischen Permeabilität zeigt, so ist das Meßverfahren doch nur in Verbindung mit einem Gerät zur Durchmessererfassung offenbart, keiner dieser Vorschläge hat zuIn the English patent application referred to above, a device for measuring the wall thickness is a Well casing by means of the magnetic flux described. Three pairs of transmitter and receiver coils are used, one pair to measure the Inside diameter, one to measure the casing thickness and one to measure the permeability of the casing wall. Changes in any of these parameters affect the other, making the simultaneous Measurement of all three parameters can be used to make mutual corrections and bring about a high-precision thickness measurement. Even if the aforementioned English application is a process with two Coils and two series of measurements for the determination of the magnetic permeability shows, so is the measurement method but only disclosed in connection with a device for diameter detection, none of these proposals has to

einem kommerziell zufriedenstellenden Detektor zur Ermittlung von festgeklemmten Bohrgestängestellen geführt. led to a commercially satisfactory detector for detecting jammed drill string locations.

Wenn auch der Stand der Technik sowohl Verfahren als auch Geräte zur Vermessung der Permeabilität von Bohrgestängen in Bohrlöchern reichhaltig zeigt, so blieb doch das Problem der genauen Lokalisierung eines festgeklemmten Bohrgestänges in einem Bohrloch weiter bestehen. Das System der vorliegenden Erfindung hat die Nachteile des Standes der Technik überwunden und stellt ein höchst zufriedenstellendes Gerät in Form eines nicht festanzubringenden magnetischen Detektors zur Ermittlung von festgeklemmten Stellen eines Bohrgestänges vor, der eine relativ niedere Frequenz verwendet, um die Permeabilitätsänderungen zu erfassen, die in verspannten Bohrgestängen innerhalb eines Bohrloches vorkommen. Auf diese Weise ist ein effektives System und eine Methode zur Bestimmung der Stelle entlang eines Bohrloches geschaffen, an welcher ein Bohrgestängeabschnitt festsitzt.Even if the state of the art includes both methods and devices for measuring the permeability of Drill rods in boreholes shows abundantly, the problem of the exact localization of one remained clamped drill pipe continue to exist in a borehole. The system of the present invention has that Disadvantages of the prior art have been overcome and a most satisfactory device in the form of a Magnetic detector that cannot be fixed to detect jammed parts of a drill pipe who uses a relatively low frequency to detect changes in permeability, which occur in braced drill pipes within a borehole. This way is an effective one System and method for determining the location along a borehole at which a section of drill pipe stuck.

Die Erfindung umfaßt ein System zur Ermittlung der ■·*■ festgeklemmten Stelle eines Bohrgestänges innerhalb eines Bohrloches mit einem Paar von auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Spulen, die voneinander einen vorbestimmten Abstand einnehmen. Die Erregerspule wird mit einer relativ niederen vorausgewählten Frequenz betrieben, während die Spulen in das Bohrgestänge abgelassen werden, das sich in einem im wesentlichen spannungsfreien Zustand befindet. So wird eine (erste) Meßreihe der Ausgangssignale der Abtastspule aufgenommen. Danach werden die Seitenwandungen des Gestänges in einen Spannungszustand versetzt und der Vorgang unter Durchführung einer zweiten Meßreihe wiederholt. DieThe invention includes a system for determining the jammed location within a drill string a borehole with a pair of coils arranged on a common axis, one from the other take a predetermined distance. The excitation coil will operated at a relatively low preselected frequency while the coils are being lowered into the drill pipe which is in a substantially stress-free state. This is how a (first) Measurement series of the output signals of the scanning coil recorded. Then the side walls of the linkage are in shifted a state of tension and the process repeated while carrying out a second series of measurements. the

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beiden Messungen werden miteinander verglichen, um die Stelle der Rohrverklemmung innerhalb des Bohrloches durch eine Veränderung des durch die Spule erhaltenen Ausgangssignales anzuzeigen. Die Signal änderung ist eine Folge der magnetischen Permeabilitätsveränderung zwischen dem verspannten und dem spannungsfreien Zustand des Bohrgestänges über und unter der festgeklemmten Stelle.both measurements are compared with each other to determine the Place the pipe jamming within the borehole by changing what is obtained by the coil Output signal. The signal change is a consequence of the change in magnetic permeability between the tensioned and the tension-free state of the drill pipe above and below the clamped point.

Als weiteren Aspekt umfaßt die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der festgeklemmten Stelle eines in einem Bohrloch steckenden Bohrgestänges, wobei eine Meßvorrichtung durch die ferromagnetischen Gestängeabschnitte zur Ermittlung der in ihnen auftretenden Permeabilitätsänderungen hinabgelassen wird. Die Verbesserung umfaßt das Vorsehen einer mit einem Meßkabel versehenen Meßvorrichtung mit einem Paar von zueinander beabstandeten Spulen, das zur Einführung in das Bohrgestänge zur Abtastung der Gestängepermeabilität ausgebildet ist. Durch eine der beiden Spulen wird ein primärer magnetischer Fluß mit Wechselfrequenz erzeugt und in die Wandungen des Bohrgestänges induziert. Das sekundäre Flußsignal, das durch im Bohrgestänge induzierte Wirbelströme erzeugt wird, wird durch die Abtastspule der Vorrichtung als Hinweis auf die Permeabilität ermittelt. Die Vorrichtung wird entlang des Bohrgestänges innerhalb des Bohrloches bewegt, um eine erste Messung der Gestängepermeabilität durchzuführen, wobei sich das Gestänge in einem spannungsfreien Zustand befindet. Sodann wird die Vorrichtung abermals zur Ermittlung einer zweiten Gestängepermeabilitätsmessung entlang des Gestänges im Bohrloch bewegt, wobei sich das Gestänge allerdings in einem verspannten Zustand befindet. Die erste und die zweite Messung werden zur Lokalisierung einer Permeabilitätsverände-As a further aspect, the invention includes an improved method of determining the stuck location a drill pipe stuck in a borehole, with a measuring device passing through the ferromagnetic pipe sections to determine the permeability changes occurring in them is lowered. the Improvement includes the provision of a measuring device provided with a measuring cable having a pair of spaced-apart coils that are inserted into the drill pipe to sense the permeability of the pipe is trained. A primary magnetic flux with an alternating frequency is passed through one of the two coils generated and induced in the walls of the drill pipe. The secondary flow signal that comes through in the drill pipe Induced eddy currents generated is indicated by the sensing coil of the device as an indication of the Permeability determined. The device is moved along the drill string within the borehole to to perform a first measurement of the linkage permeability, with the linkage in a tension-free State. The device is then used again to determine a second rod permeability measurement moved along the rod in the borehole, but the rod is braced in one State. The first and second measurements are used to localize a change in permeability.

rung miteinander verglichen, die die festgeklemmte Stelle des Gestänges innerhalb des Bohrloches anzeigt. Als weiteren Aspekt umfaßt das vorerwähnte Verfahren zur Erstellung einer ersten Meßreihe einen Verfahrensschritt, bei dem die Tiefe der verklemmten Stelle innerhalb des Bohrloches geschätzt wird, ferner das ungefähre Gewicht des Bohrgestänges über dem verklemmten Punkt berechnet wird und eine nach oben gerichtete Kraft an das im Bohrloch befindliche Bohrgestänge angelegt wird, um vom Bohrgestänge im Bereich der festgeklemmten Stelle die Druckkräfte i. w. zu entfernen. Bei der Erzeugung der zweiten Meßreihe werden Druckkräfte auf das im Bohrloch befindliche Bohrgestänge ausgeübt, um die Verspannung des Bohrgestängeabschnittes im Bereich des verklemmten Punktes zu erhöhen. Auch kann eine Drehbelastung auf das im Bohrloch befindliche Bohrgestänge angelegt werden, um eine hohe Torsionsspannung auf den Gestängeabschnitt im Bereich des festgeklemmten Punktes auszuüben. Das Verfahren kann auch die gegenseitige Beabstandung der ersten und zweiten Spule innerhalb der Vorrichtung unter Einhaltung eines vorbestimmten Abstandes von etwa 15 cm und Betreiben der Erregerspule mit einer Frequenz im Bereich von 150 Hz umfassen.tion with each other, which indicates the jammed point of the rod within the borehole. As a further aspect, the aforementioned method for creating a first series of measurements comprises a method step in which the depth of the jammed point within the borehole is estimated, as well as the approximate Weight of the drill string above the jammed point is calculated and an upward one Force is applied to the drill pipe located in the borehole in order to be clamped by the drill pipe in the area of the Set the compressive forces i. w. to remove. When generating the second series of measurements, compressive forces are applied exerted on the drill pipe located in the borehole to the bracing of the drill pipe section in the area to increase the jammed point. A rotational load can also be exerted on that which is located in the borehole Drill rods are applied to a high torsional stress on the rod section in the area of the clamped Exercise point. The method can also include spacing the first and second Coil within the device while maintaining a predetermined distance of about 15 cm and operating the excitation coil with a frequency in the range of 150 Hz.

Die Erfindung ist anhand einiger vorteilhafter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen;The invention is based on a few advantageous exemplary embodiments explained in more detail in the drawing figures. These show;

Fig. 1 eine Seitenansicht - teilweise im Schnitt - einer ein Bohrloch bildenden Bohrturmanlage;Fig. 1 is a side view - partially in section - of a borehole forming Drilling rig;

Fig. 2 A - F aufeinanderfolgende, vergrößerte, teils als Seitenansicht, teils als Längsschnitt ausgeführte Ansichten einer Vorrichtung zur Ermittlung einer festliegenden Stel-Ie, wobei die Vorrichtung in ÜbereinstimFig. 2 A - F successive, enlarged, partly as a side view, partly as a longitudinal section, views of a device to determine a fixed position, wherein the device in accordance

mung mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;tion is formed in accordance with the principles of the present invention;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Systems nach der vorliegenden Erfindung;Figure 3 is a block diagram of the system of the present invention;

Fig. 4 eine Reihe graphischer Darstellungen vonFIG. 4 is a series of graphical representations of FIG

Empfangerspulen-Ausgangsspannungen als Funktion des Abstandes zwischen den Spulen innerhalb der Vorrichtung nach Fig. 2 und der Erregerfrequenz, sowieReceiver coil output voltages as Function of the distance between the coils within the device according to FIG. 2 and the excitation frequency, as well as

Fig. 5 A + B schematische Diagramme einer Ausführungsform eines Schaltkreises, der in Verbindung mit dem System nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.5 A + B are schematic diagrams of an embodiment of a circuit which, in connection used with the system of the present invention.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Bohrturm 11 darge-20·stellt, der am oberen Ende eines Bohrloches 12 angeordnet ist. Der Bohrturm 11 enthält Hebezeuge mit einem festen Block 13 (crown block ), der am oberen Ende des Bohrturmes befestigt ist, sowie mit einem verfahrbaren Block 14 (travelling block), der in das obere Ende eines Bohrgestänges 18 eingehängt ist. Das Bohrgestänge besteht aus einer Mehrzahl von in Reihe aneinander befestigten Abschnitten von Bohrgestängeabschnitten 15, die Ende an Ende in herkömmlicher Weise miteinander verschraubt sind. Ein Bohrmeißel 22 ist am unteren Ende des Bohrgestänges 18 mittels eines Meißelschaftes 19 angeordnet. Der Bohrmeißel 22 dient dazu, das BohrlochReferring to Fig. 1, a derrick 11 is shown, which is arranged at the upper end of a borehole 12. The derrick 11 includes hoists with a fixed block 13 (crown block), which is attached to the upper end of the derrick, as well as a movable one Block 14 (traveling block) which is suspended in the upper end of a drill string 18. The drill pipe consists of a plurality of sections of drill rod sections 15 fastened to one another in series, which are screwed together end to end in a conventional manner. A drill bit 22 is at the lower end of the drill rod 18 arranged by means of a chisel shaft 19. The drill bit 22 is used to drill the borehole

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

12 durch die Erdformationen 24 zu treiben. Bohrschlamm 26 wird von einer Speicher-Schlammgrube 27 in der Nähe der Bohrlochmündung 28 über eine axiale Durchlaßöffnung durch das Zentrum eines jeden der das Bohrgestänge 18 bildenden Bohrgestängeabschnitte 15 nach unten gepumpt, tritt durch Öffnungen im Bohrmeißel 22 aus und kehrt zur Erdoberfläche durch den das Bohrgestänge umgebenden Ringbereich 16 zurück. Nahe der Erdoberfläche ist eine metallische Verrohrung im Bohrloch 12 angeordnet, um die Unversehrtheit des oberen Abschnittes des Bohrloches 12 zu gewährleisten.12 through the earth formations 24. Drilling mud 26 is from a storage mud pit 27 near the borehole mouth 28 via an axial port pumped down through the center of each of the drill pipe sections 15 forming the drill pipe 18, exits through openings in drill bit 22 and returns to the surface of the earth through that surrounding the drill pipe Ring area 16 back. Metallic casing is placed in borehole 12 near the surface of the earth to to ensure the integrity of the upper portion of the borehole 12.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist weiter zu sehen, daß der Ringbereich 16 zwischen dem Bohrgestänge 18 und den Seitenwandungen 20 des Bohrloches 12 den Rückflußweg für den Bohrschlamm bildet. Der Schlamm wird aus der Bohrschlammgrube 27 nahe der Bohrlochmündung 28 durch eine Pumpanlage 30 umgepumpt. Der Schlamm geht durch eine Schlammversorgungsleitung 31, die an die längs durch das Bohrgestänge 18 verlaufende zentrale Durchlaßöffnung angekoppelt ist. Auf diese Weise wird Bohrschlamm durch das Bohrgestänge 18 nach unten gepreßt und tritt in das Bohrloch durch die Öffnungen im Bohrmeißel 22 aus, um den Bohrmeißel zu kühlen und zu schmieren und das beim Bohrvorgang anfallende Bohrklein zurück zur Oberfläche zu fördern. Eine Flüssigkeitsaustrittsleitung 32 ist an den Ringbereich 16 an der Bohrlochmündung angeschlossen, um den zurückkehrenden Schlammfluß vom Bohrloch 12 zur Schlammgrube 27 zu fördern.Referring to Fig. 1, it can also be seen that the ring portion 16 between the drill pipe 18 and the Sidewalls 20 of borehole 12 form the backflow path for the drilling mud. The mud will come out of the Drilling mud pit 27 near the borehole mouth 28 is pumped around by a pumping system 30. The mud goes through a mud supply line 31 connected to the central passage opening extending longitudinally through the drill pipe 18 is coupled. In this way, drilling mud is forced down through the drill pipe 18 and exits the borehole through the openings in the drill bit 22 to cool and close the drill bit lubricate and convey the cuttings produced during the drilling process back to the surface. A liquid discharge line 32 is connected to the annulus 16 at the borehole mouth to provide for the returning Promote mud flow from borehole 12 to mud pit 27.

Wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, kann ein Einbruch der Bohrlochseitenwandungen um das Bohrgestänge 18 herum auftreten, so daß der Bohrgestängeabschnitt 15 a im Bohrloch feststeckt, wie an der Stelle S gezeigtAs is also shown in Fig. 1, a collapse of the borehole side walls around the drill string 18 occur around so that the drill pipe section 15 a is stuck in the borehole, as shown at point S.

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ist. Die Erfindung dient dazu, diese Stelle S entlang des Bohrloches 12 und des Bohrgestänges 18 in einer gemessenen Entfernung von der Bohrlochmündung zu lokalisieren, so daß alle freien Bohrgestängeabschnitte 15 5 oberhalb der unbeweglich im Bohrloch 12 festsitzenden Gestängeverbindung 15 a entfernt werden können. Wenn das ganze Bohrgestänge über der Stelle S entfernt ist, kann eine Ausrüstung in das Bohrloch 12 verbracht werden, um den Abschnitt 15 a zu lösen und danach den Bohrvorgang wieder aufzunehmen.is. The invention serves to this point S along the borehole 12 and the drill string 18 in one measured distance from the borehole mouth, so that all free drill pipe sections 15 5 above the stuck immovable in the borehole 12 Linkage connection 15 a can be removed. When the entire drill pipe is removed above point S, equipment can be brought into the borehole 12 to solve the section 15 a and then the Resume drilling.

Es ist zu erläutern, daß das System gemäß der Erfindung eine mit einem Kabel versehenee Vorrichtung aufweist, die durch die in jedem der Abschnitte des Bohrgestänges vorhandene Zentralbohrung durch nicht näher dargestellte Mittel nach unten gelassen wird. Die notwendigen Kabelförderer, Führungsrollen u. dgl. sind in herkömmlicher Weise über dem Bohrloch an der Bohrlochmündung angeordnet, um die Vorrichtung zu betreiben, während •^J'ie Belastung auf den Bohrmeißel 22 und das Bohrgetänge 18 durch die Blöcke 13 und 14 kontrolliert wird.It is to be explained that the system according to the invention comprises a device provided with a cable which is lowered through the central bore present in each of the sections of the drill string by means not shown in detail. And the necessary cables conveyor guide rollers. Like. Are arranged in a conventional manner via the wellbore at the well mouth, in order to operate the device while • ^J 'ie load on the drill bit 22 and the Bohrgetänge 18 by blocks 13 and 14 is controlled.

Wie weiter in Fig. 1 zu sehen ist, wird ein entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruktiv ausgebildete Vorrichtung 10 in das Bohrloch 12 durch die zentrale Durchtrittsöffnung des Bohrgestänges 18 durch ein nicht dargestelltes Kabel hinabgelassen. Das Kabel ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und besteht aus einem bewehrten zweiadrigen Koaxkabel, das sowohl eine mechanische als auch elektrische Verbindung zwischen der Vorrichtung 10 und der Kabelsteuer- und Überwachungsanlage an der Oberfläche ermöglicht. Die Vorrichtung 10 läuft durch die Zentralöffnung im Bohrgestänge 18 von der Bohrlochmündung nach unten, um denAs can also be seen in FIG. 1, a structure according to the present invention is constructed Device 10 into the borehole 12 through the central passage opening of the drill string 18 lowered a cable, not shown. The cable is designed in a conventional manner and consists of an armored two-core coaxial cable that provides both a mechanical and an electrical connection between of the device 10 and the cable control and monitoring system on the surface. The device 10 runs through the central opening in the drill pipe 18 from the borehole mouth down to the

festliegenden Punkt S des Gestänges durch davon abhängige meßbare Veränderungen der physikalischen Charakteristika des Gestänges zu lokalisieren.fixed point S of the linkage by measurable changes in the physical characteristics dependent thereon to locate the linkage.

Es ist bekannt, daß sich die magnetische Permeabilität eines Materials ändert, wenn ein ferromagnetisches Teil wie ein Bohrgestänge gedehnt, komprimiert oder verdreht wird. Ferner ist es bekannt, daß in der Wandung des Bohrgestänges Wirbelströme erzeugt werden, wenn ein magnetisches Feld in die Gestängewandungen induziert wird. Die Anordnung und Stärke der Wirbelströme hängt von der Permeabilität des das Gestänge bildenden Materials ab. Der bevorzugte Weg zur Messung der permeabilitätsabhängigen Wirbelströme in einem Bohrgestänge besteht in der Verwendung einer Abtastspule zur Ermittlung der elektromagnetischen Felder, die durch derartige Wirbelströme im Gestängematerial erzeugt werden. Im allgemeinen werden die Meßparameter durch die klassische Wirbelstromgleichung definiert:It is known that the magnetic permeability of a material changes when a ferromagnetic part how a drill pipe is stretched, compressed or twisted. It is also known that in the wall of the Drill pipe eddy currents are generated when a magnetic field is induced in the pipe walls will. The arrangement and strength of the eddy currents depends on the permeability of the material forming the rod away. The preferred way to measure the permeability dependent eddy currents in a drill pipe consists in the use of a sensing coil to determine the electromagnetic fields generated by such Eddy currents are generated in the rod material. In general, the measurement parameters are determined by the classical Eddy current equation defined:

Die vorstehende Gleichung behandelt die magnetische Flußdichte B in einer Tiefe d innerhalb des Materials, wobei B = magnetische Flußdichte an der Oberfläche, d = Tiefe in cm, f = Frequenz in hz, μ = magnetische Permeabilität, f> = Widerstand in Microohm Zentimeter und t = Zeit in see darstellen. Die Amplitudenvariation der magnetischen Flußdichte über die Tiefe in das Material beträgt:The above equation deals with the magnetic flux density B at a depth d within the material, where B = magnetic flux density at the surface, d = depth in cm, f = frequency in hz, μ = magnetic permeability, f> = resistance in microohm centimeters and t = display time in sea. The amplitude variation of the magnetic flux density over the depth into the material is:

3 "3 "

Die Phasenverschiebung mit der Tiefe d ist durch die folgende Gleichung gegeben:The phase shift with depth d is given by the following equation:

0-0-

Der durch ein Eingangssignal in ein Bohrgestänge induzierte magnetische Fluß erzeugt demnach Wirbelströme, die ihrerseits ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Dieses durch Wirbelstromfluß im Gestänge erzeugte sekundäre magnetische Feld kann durch eine Abtastspule erfaßt werden. Wenn das Eingangssignal sowie alle anderen Variablen konstant gehalten werden, dann ändert sich das von der Abtastspule erhaltene Signal amplituden- und phasenmäßig als Funktion der magnetischen Permeabilität des Gestänges.The magnetic flux induced by an input signal in a drill pipe therefore generates eddy currents, which in turn generate an electromagnetic field. This secondary created by eddy current flow in the linkage magnetic field can be detected by a sensing coil. When the input signal as well as all the others Variables are kept constant, then the signal received from the sensing coil changes in amplitude and in phase as a function of the rod's magnetic permeability.

Un'ter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Schritten zur Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der kritischen Messungen innerhalb des Bohrloches. Ein Bohrführer, der mit einem festsitzenden Gestänge konfrontiert wird, verwendet das System 10 durch Abschätzen der Tiefe innerhalb des Bohrloches 12, in welcher der Gestängeabschnitt steckt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Bohrgestänge mittels des festen Blocks 13 und des verfahrbaren Blocks 14 mitWith further reference to FIG. 1, the method of the present invention comprises a plurality of Steps to improve the accuracy and reliability of critical measurements within the wellbore. A drill operator faced with a stuck rod uses the system 10 by estimating the depth within the borehole 12 in which the rod section is stuck. This can can be achieved in that the drill pipe by means of the fixed block 13 and the movable block 14 with

vorbestimmten Kraftaufwand nach oben gezogen wird. Beispielsweise erzeugt eine Zugkraft nach oben von 88.209 N (20.000 pounds) eine meßbare Verlängerung im Bohrgestänge 15. Ist der Verlängerungsgrad bekannt, unter dem sich ein Bohrgestänge eines bekannten Typs unter einer vorbestimmten Kraft verlängert, dann kann das Bohrpersonal den Abstand zwischen der Oberfläche und dem festgefahrenen Punkt S abschätzen, über dem sich das Bohrgestänge dehnt. Auf diese Weise kann die ungefähre Lage des festliegenden Punktes S des Bohrgestänges 15 mit einer Genauigkeit von ca. 100 m abgeschätzt werden. Das Bekanntsein der ungefähren Länge des Bohrgestänges zwischen der Bohrlochmündung und dem festliegenden Punkt S im Bohrloch erlaubt die Berechnung des Gestängegewichtes hinunter bis zur Tiefe des Punktes S sowie der notwendigen nach oben gerichteten Zugkraft, um die Gewichtsbelastung des Gestänges im Abschnitt 15 a am festgefahrenen Punkt im wesentlichen auszuschalten. Dieses Vorgehen führt zu einer im allgemeinen druckbelastungsfreien Bedingung innerhalb des Gestängeabschnittes 15 a im Bereich der festliegenden Stelle S.predetermined force is pulled up. For example, creates a pulling force upward from 88,209 N (20,000 pounds) a measurable elongation in the drill pipe 15. If the degree of elongation is known, under which a drill pipe of a known type extends under a predetermined force, then can the drilling staff estimate the distance between the surface and the stuck point S over which the drill pipe expands. In this way, the approximate location of the fixed point S of the drill pipe 15 can be estimated with an accuracy of approx. 100 m. Knowing the approximate length of the drill string between the borehole mouth and the fixed point S in the borehole allows the calculation of the rod weight down to the depth of point S and the necessary upward Tensile force to the weight load of the linkage in section 15 a at the stuck point essentially turn off. This procedure leads to a generally pressure-free condition within the Rod section 15 a in the area of the fixed point S.

Wenn der Gestängeabschnitt 15 a im Bereich der festliegenden Stelle S in im wesentlichen belastungsfreiem Zustand gehalten wird, wird eine erste Messung der Permeabilität des Bohrgestänges durchgeführt. Diese Messung zeichnet die Permeabilität des Bohrgestänges entlang des ungefähren Bereiches auf, wo das Gestänge vermutlich festliegt. Danach übt der Bohrführer einen vorbestimmten Grad von Verspannung auf das Gestänge im festliegenden Bereich aus. Diese Verspannung im Bohrgestänge 18 im Bereich des Abschnittes 15 a kann entweder dadurch erzielt werden, daß eine hochgradige Zugspannung auf das Gestänge ausgeübt, das Gestänge durchIf the linkage section 15 a in the area of the fixed point S in substantially stress-free State is maintained, a first measurement of the permeability of the drill string is carried out. These Measurement records the permeability of the drill pipe along the approximate area where the pipe is located presumably fixed. The drill operator then applies a predetermined degree of tension to the rod in the fixed area. This tension in the drill rod 18 in the area of section 15 a can either be achieved in that a high degree of tension is exerted on the linkage, the linkage through

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Freiyeben der Gewichtsbelastung des Bohrgestänges unter Druck gesetzt oder das Bohrgestänge durch Verdrehung einer gewissen Torsion ausgesetzt wird. Sobald sich das Bohrgestänge 18 im Abschnitt 15 a sowie dem festliegenden Punkt S in einem mechanischen Spannungszustand befindet, wird eine zweite Bohrgestänge-Permeabilitätsmessung durch das System 10 durchgeführt. Die Spannungsmessung wird sodann mit der spannungsfreien Messung desselben Gestängebereiches verglichen. Der Vergleich zeigt deutlich die Bohrlochstelle, an welcher die Verspannung auf das Bohrgestänge plötzlich nachläßt, d. h. den Punkt unter der festliegenden Stelle S. Die Vorrichtung 10, die in Verbindung mit dem System der vorliegenden Erfindung angewandt wird, kann ferner im Bereich seines unteren Endes Mittel zur Befestigung einer Gestängeabsprengvorrichtung (string shot), einer chemischen Abtrennvorrichtung o. dgl. zur Lösung oder Abtrennung des Bohrgestänges unmittelbar über dem Abschnitt 15 a und dem festliegenden Punkt S aufweisen, so daß das Bohrgestänge im oberen Abschnitt des Bohrloches entfernt werden kann.Release the weight load on the drill pipe Pressure is applied or the drill pipe is subjected to a certain torsion by twisting. As soon as the Drill rod 18 in section 15 a and the fixed point S in a mechanical stress state a second drill pipe permeability measurement is made by the system 10. The voltage measurement is then compared with the tension-free measurement of the same linkage area. The comparison clearly shows the borehole point at which the tension on the drill pipe suddenly eases, d. H. the point under the fixed point S. The device 10, which is in connection with the system of the present invention is applied, means for fastening can also be provided in the region of its lower end a string shot device, a chemical separation device or the like for the solution or Have separation of the drill pipe immediately above section 15 a and the fixed point S, so that the drill string can be removed in the upper portion of the borehole.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 A - 2 E ist eine Reihe von Längsschnittansichten einer Vorrichtung 10 dargestellt, die in Übereinstimmung mit den Grundlagen der vorliegenden Erfindung konstruktiv ausgebildet ist. Zunächst wird auf die Fig. 2 C - 2 E Bezug genommen. Dort ist ein Abschnitt des Instrumentengehäuses der Vorrichtung 10 gezeigt, das aus einem äußeren zylindrischen Gehäuse oder einer Hülle 41 besteht, die aus nicht-magnetischem Material, wie einer korrosionsbeständigen Stahllegierung, besteht. Die äußeren Gehäusewandungen sind relativ dick ausgebildet, um die innenliegenden Spulen und elektronischen Baugruppen der Vorrichtung 10 zu schützen. Das Gehäuse 41 ist ferner so ausgebildet,Referring to FIGS. 2A-2E, there is shown a series of longitudinal sectional views of an apparatus 10, which is constructed in accordance with the principles of the present invention. First Reference is made to Figures 2C-2E. There is a portion of the instrument housing of the device 10, which consists of an outer cylindrical housing or shell 41 made of non-magnetic Material such as a corrosion-resistant steel alloy. The outer casing walls are made relatively thick around the internal coils and electronic assemblies of the device 10 to protect. The housing 41 is also designed so that

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daß es Schlagbelastungen aushält, die durch Sprengladungen erzeugt werden, die zum Lösen von Bohrgestängeverbindungen innerhalb des Bohrloches 12 verwendet werden, wenn der festliegende Punkt S lokalisiert wurde. Wie in Fig. 2 B gezeigt ist, ist das obere Ende des zylindrischen Gehäuses 41 mit einem zylindrisch ausgebildeten Schaft 42 mit einer darin eingeformten zentralen Ausnehmung 43 gekoppelt. Der zentrale Schaft 42 ist in eine Muffe 44 im oberen Ende des Gehäuses 41 eingeschraubt. Wie in Fig. 2 A zu sehen ist, enthält das obere Ende des Schaftes 42 eine mechanische und elektrische Verbindungsmuffe 45 zur Aufnahme und zum Anschluß des unteren Endes eines nicht dargestellten Koaxialkabels, das zum Herablassen der Vorrichtung 10 in die Zentralöffnung des Bohrgestänges und zur Verbindung zwischen der Vorrichtung und den notwendigen Energieversorgungs- und Steuerungsgeräten an der Oberfläche dient. Benachbart zu der Muffe 45 liegt ein oberer Federführungsabschnitt 46 mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten und darin eingeformten Führungsschlitzen 47, die ein Ende einer Zentralisierungsfeder 48 aufnehmen. Wie in Fig. 2 B zu sehen ist, ist das andere Ende der Zentralisierungsfeder 48 in einem unteren Führungsschlitz 49 einer unteren Ausbuchtung 51 befestigt. Vorzugsweise sind drei Zentralisierungsfedern 48 unter Einschluß von 120°-Winkeln um die Achse der Vorrichtung herum angeordnet. Eine Schraubenfederanordnung 52 stellt sicher, daß die drei Zentralisierungsfedern 48 die Längsachse der Vorrichtung 10 innerhalb der Zentralachse der Bohrgestängeöffnung zentrieren. that it can withstand the impact of explosive charges which are used for releasing drill pipe connections within the borehole 12 when the fixed point S has been located. As shown in Fig. 2B, the upper end of the cylindrical housing 41 is formed with a cylindrical shape Shank 42 coupled to a central recess 43 formed therein. The central shaft 42 is screwed into a sleeve 44 in the upper end of the housing 41. As can be seen in Fig. 2A, the upper end of the shaft 42 a mechanical and electrical connecting sleeve 45 for receiving and connecting of the lower end of a coaxial cable, not shown, which is used to lower the device 10 into the central opening of the drill string and for connection between the device and the necessary Energy supply and control devices on the surface are used. Adjacent to the sleeve 45 is a Upper spring guide section 46 with a plurality of guide slots distributed over the circumference and formed therein 47 which receive one end of a centralizing spring 48. As can be seen in Fig. 2B is the other end of the centralization spring 48 in a lower guide slot 49 of a lower bulge 51 attached. Preferably there are three centralizing springs 48 including 120 ° angles about the axis arranged around the device. A coil spring assembly 52 ensures that the three centralizing springs 48 center the longitudinal axis of the device 10 within the central axis of the drill pipe opening.

Unter Bezugnahme auf den in Fig. 2 A und 2 B gezeigten Abschnitt der Vorrichtung 10 nimmt die Zentralausnehmung 43 einen Koaxleiter 50 auf, der elektrisch von denReferring to the portion of the device 10 shown in FIGS. 2A and 2B, the central recess takes place 43 a coaxial conductor 50, which is electrically from the

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Seitenwandungen der zentralen Ausnehmung 43 isoliert ist und elektrischen Strom sowie Signale vom Zentralleiter des Koaxkabels zum Instrumentenabschnitt der Vorrichtung durch eine Verbindungsanordnung 53 weiterleitet. Der Koaxleiter 50 ist zwischen das Kabel und die elektronischen Bauteile innerhalb einer Kammer 54 (Fig. 2 D) geschaltet, wo Gleichstrom von der Oberfläche an die elektronischen Bauteile der Vorrichtung 10 abgegeben wird und wovon ein Wechselspannungs-Datensignal über das Kabel zurück hinauf zur Oberfläche geleitet wird.Side walls of the central recess 43 is insulated and electrical power and signals from the central conductor of the coaxial cable to the instrument section of the device through a connection arrangement 53. The coaxial conductor 50 is between the cable and the electronic components are connected within a chamber 54 (Fig. 2D) where direct current is drawn from the surface is output to the electronic components of the device 10 and of which an AC voltage data signal is conducted back up to the surface via the cable.

Wie in Fig. 2 C und 2 D gezeigt ist, enthält das nicht-magnetische äußere Gehäuse 41 der Vorrichtung 10 eine Erregerspule 61, die aus einer Mehrzahl von um einen Spulenkern 62 aus magnetischem Material herumgelegten Spulenwindungen besteht. Eine Abtastspule 63 ist mit festgelegtem Abstand "d" von der Erregerspule 61 angeordnet und besteht ebenfalls aus einer Mehrzahl von Spv.lenwicklungen, die um den Umfang eines SpulenkernsAs shown in FIGS. 2 C and 2 D, the non-magnetic outer housing 41 contains the device 10 an exciting coil 61 composed of a plurality of wound around a core 62 made of magnetic material Coil turns. A sensing coil 63 is a fixed distance "d" from the excitation coil 61 arranged and also consists of a plurality of Spv.lenwicklungen around the circumference of a coil core

64 aus Isoliermaterial gewickelt sind. Die beiden Spulen 61 und 63 sind voneinander unter Einhaltung des festgelegten Abstandes durch einen Spulenabstandshalter64 are wound from insulating material. The two coils 61 and 63 are mutually in compliance with the specified distance by a coil spacer

65 gehalten, der zwischen den sich gegenüberliegenden Flanschenden der jeweiligen Spulenkerne 62 und 64 befestigt ist. Die elektronischen Baugruppen, die innerhalb der Kammer 54 angeordnet sind, weisen weiter unten näher beschriebene Schaltkreise zur Erzeugung des Erregersignals und Messung eines abgetasteten Signals in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung auf.65 held, which is fixed between the opposite flange ends of the respective coil cores 62 and 64 is. The electronic assemblies, which are arranged within the chamber 54, point further below Circuits described in more detail for generating the excitation signal and measuring a sampled signal in In accordance with the teachings of the present invention.

Das Unterteil 71 der in Fig. 2 E gezeigten Vorrichtung weist Mittel 72 zur Befestigung einer Sprengladung oder einer chemischen Abtrennvorrichtung auf, die für dieThe lower part 71 of the device shown in Fig. 2 E has means 72 for fastening an explosive charge or a chemical separation device that is used for the

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speziellen Bedingungen im Bohrloch benötigt werden. Zusätzlich ist das Unterteil 71 mit einem Verbinder 73 versehen, um ein Signal vom zur Oberfläche führenden Kabel zur Zündung der Sprengladung oder Aktivierung der chemischen Schneidvorrichtung einzukoppeln. Dies ist notwendig, um den ermittelten Bohrgestängeabschnitt 15 a in der Nähe der festliegenden Bereiche vom Rest des über ihm liegenden Bohrgestänges abzutrennen, so daß das Bohrgestänge entfernt werden kann. So kann der festliegende Abschnitt des Gestänges auf geeignete Weise zur Entfernung oder Umgehung in Übereinstimmung mit bekannten Verfahrensweisen behandelt werden.special conditions in the borehole are required. In addition, the lower part 71 is provided with a connector 73 provided to a signal from the cable leading to the surface to ignite the explosive charge or activate the chemical cutting device to be coupled. This is necessary in order to determine the drill rod section 15 a near the fixed areas from the rest of the cut off drill pipe lying above it so that the drill pipe can be removed. So can he fixed portion of the linkage in a suitable manner for removal or bypassing in accordance can be treated using known procedures.

Unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm gemäß Fig. 3 wird die Arbeitsweise des Gesamtsystems dargestellt.Referring to the block diagram of FIG. 3, the operation of the overall system is illustrated.

Wie im einzelnen gezeigt wird, wird die Erregerspule 61 durch einen Oszillator 81 über einen Treiberverstärker 82 zur Erzeugung einer AC-Änderung im magnetischen Fluß betrieben. Diese Flußänderung dient zur Erzeugung von Wirbelströmen in der Wandung des schematisch dargestellten Bohrgestänges 15. Die Abtastspule 63 erfährt eine Spannungsinduktion durch den magnetischen Fluß in der Gestängewandung, welchem sie aufgrund der fließenden Wirbelströme ausgesetzt ist. Das Ausgangssignal der Abtastspule 63 ist über einen Empfangssignalverstärker 83 mit einem Spitzenspannungsdetektor 84 verbunden, der die Spitze-Spitze-Spannung V des Ausgangssignals des Verstärkers 83 mißt. Der Ausgang des Spitzenspannungsdetektors 84 ist mit einem Spannungs-Frequenzkonverter 85 verbunden, der eine Reihe von Ausgangsimpulsen erzeugt. Die Impulsfrequenz eines im Spannungs-Frequenzkonverter 85 enthaltenen spannungsgesteuerten Oszillators wird durch den Signalwert des Spitzenspannungsdetektors 84 gesteuert. Das Ausgangssignal des Konverters 85 wird über das Koaxkabel 86 zur Erdoberfläche zurück-As shown in detail, the exciting coil 61 is driven by an oscillator 81 via a driving amplifier 82 operated to produce an AC change in magnetic flux. This change in flux is used to generate Eddy currents in the wall of the schematically illustrated drill rod 15. The sensing coil 63 experiences a tension induction by the magnetic flux in the rod wall, which it due to the flowing Exposed to eddy currents. The output signal of the scanning coil 63 is via a reception signal amplifier 83 connected to a peak voltage detector 84, the peak-to-peak voltage V of the output signal of the Amplifier 83 measures. The output of the peak voltage detector 84 is a voltage to frequency converter 85 which produces a series of output pulses. The pulse frequency of a voltage-frequency converter 85 contained voltage controlled oscillator is determined by the signal value of the peak voltage detector 84 controlled. The output signal of the converter 85 is returned to the earth's surface via the coaxial cable 86.

geleitet, wo es einem Frequenzzähler 87 zugeführt wird. Durch diesen Frequenzzähler 87 wird ein die im Bohrloch erzeugte Frequenz anzeigendes Signal erzeugt und als Funktion der Position der Vorrichtung durch einen Rekorder 88 aufgezeichnet. Eine Gleichsspannungsquelle 89 führt über das Koaxkabel 86 eine Gleichspannung nach unten, um die elektronischen Baugruppen mit Energie zu versorgen, die Erregerspule 61 zu betreiben und das Signal der Abtastspule 63 zu erhalten. Der Rekorder 88 kann ein herkömmlicher "strip charf'-Rekorder sein, der zur Aufzeichnung von Meßkurven der magnetischen Permeabilität des Bohrgestänges als Funktion der Lage der Vorrichtung 10 entlang der Bohrlochachse ausgebildet ist. Demgemäß erhält man mechanisch aufgezeichnete Kurvenverläufe zu Vergleichszwecken. Alternativ kann der Rekorder 88 auch Datenspeicherungs- und Datenverarbeitungselemente aufweisen, die nacheinander durchgeführte Messungen aufzeichnen, analysieren und vergleichen, um auf direkte Weise die zwischen den Meßreihen ermittelten Unterschiede als Ergebnis auszugeben.where it is fed to a frequency counter 87. This frequency counter 87 is used in the borehole generated frequency indicating signal and generated as a function of the position of the device by a recorder 88 recorded. A DC voltage source 89 leads a direct voltage down via the coaxial cable 86 in order to supply the electronic assemblies with energy supply to operate the excitation coil 61 and receive the signal of the sensing coil 63. The recorder 88 can be a conventional "strip charf" recorder, the for recording measurement curves of the magnetic permeability of the drill pipe as a function of the position of the Device 10 is formed along the borehole axis. Accordingly, mechanically recorded ones are obtained Curves for comparison purposes. Alternatively, the recorder 88 can also have data storage and data processing elements that record, analyze and compare successive measurements, in order to directly output the differences determined between the series of measurements as a result.

Beim Verfahren und bei der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hat es sich gezeigt, daß es einige signifikante Parameter gibt, die für einen erfolgreichen Betrieb des Systemes erfüllt sein müssen. Beispielsweise ist die Erregerfrequenz der Erregerspule 61 für eine optimale Empfindlichkeit und eine genaue Messung der magnetischen Permeabilität im Bohrloch von Bedeutung. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß der Abstand d zwischen der Erreger- und der Abtastspule 61 und 63 besonders bedeutsam ist und auch zu der Erregerfrequenz in Beziehung steht, bei welcher eine maximale Empfindlichkeit auf Permeabilitätsänderungen in einem Bohrgestänge aus Stahl erhalten wird.In the method and apparatus of the present invention it has been found that there are some there are significant parameters that must be met for the system to operate successfully. For example is the excitation frequency of the excitation coil 61 for optimal sensitivity and accurate measurement the magnetic permeability in the borehole is important. It has also been found that the Distance d between the excitation and sensing coils 61 and 63 is particularly significant and also to the excitation frequency at which maximum sensitivity to changes in permeability is obtained in a drill pipe made of steel.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 4 werden drei übereinandergezeichnete Verläufe der Ausgangsspannung bei konstanter Erregerleistung als Funktion der Erregerfrequenz für drei unterschiedliche Abstände zwischen der Erreger- und Abtast spule 61 und 63 gezeigt. Die untere Kurve 91 zeigt normalerweise erhaltene Spannungswerte für einen Abstand d von ungefähr 13 cm zwischen den sich gegenüberliegenden Enden der Erregerspule 61 und der Abtastspule 63. Die größte Empfindlichkeit für diesen Abstand tritt bei einer Frequenz im Bereich von 130 Hz auf. Auf ähnliche Weise zeigt die Kurve 92 einen Abtastspulenspannungsverlauf für einen Abstand von ungefähr 18 cm zwischen den beiden Spulen mit einer ähnlichen Maximalempfindlichkeit, die im Bereich von 130 - 150 Hz auftritt. Die obere Kurve 93 zeigt, daß eine größte Empfängerspannungsempfindlichkeit unter Einhaltung eines Abstandes von ungefähr 15 cm zwischen der Erreger- und Abtastspule bei einer Frequenz im Bereich von ungefähr 130 Hz erreicht werden kann. Demzufolge wird ersichtlich, daß eine Erregerfrequenz im Bereich von 130 Hz und ein Abstand von ungefähr 15 cm zwischen der Erreger- und der Abtastspule im Hinblick auf das Erreichen einer Maximalempfindlichkeit zur Ermittlung von magnetischen Permeabilitätsänderungen eines ferromagnetischen Bohrgestänges als Funktion darin vorkommender Spannungen zu optimalen Ergebnissen führen.With reference to FIG. 4, three curves of the output voltage are drawn over one another at constant Excitation power as a function of the excitation frequency for three different distances between the excitation and scanning coil 61 and 63 shown. The lower curve 91 shows normally obtained stress values for one Distance d of approximately 13 cm between the opposite ends of the excitation coil 61 and the sensing coil 63. The greatest sensitivity to this distance occurs at a frequency in the region of 130 Hz. on Similarly, curve 92 shows a sensing coil voltage waveform for a distance of approximately 18 cm between the two coils with a similar maximum sensitivity, which occurs in the range of 130 - 150 Hz. The upper curve 93 shows that a largest Receiver voltage sensitivity in compliance a distance of approximately 15 cm between the excitation and sensing coils at a frequency in the range of approximately 130 Hz can be achieved. As a result, it can be seen that an excitation frequency in the range of 130 Hz and a distance of approximately 15 cm between the excitation and sensing coils in view of achieving a maximum sensitivity for the determination of magnetic permeability changes of a ferromagnetic Drill rods as a function of the stresses occurring therein lead to optimal results.

Wie vorstehend bereits allgemein erwähnt, kann das im Schaltbild gemäß Fig. 3 dargestellte System nach der vorliegenden Erfindung, anstatt mit dem Spitzenspannungsdetektor 84 auch mit einem Phasendetektor am Ausgang des Verstärkers 83 versehen werden. Allerdings benötigt ein Phasendetektor eine Verbindung zum Ausgang des Verstärkers 82 als Referenzphase, um eine Phasenverschiebung des Signals an der Abtastspule 63 im Hin-As mentioned above in general, the system shown in the circuit diagram according to FIG present invention, instead of the peak voltage detector 84 also with a phase detector at the output of the amplifier 83 can be provided. However, a phase detector needs a connection to the output of the amplifier 82 as a reference phase in order to avoid a phase shift of the signal at the sensing coil 63 in the

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blick auf das Erregersignal an der Erregerspule 61 zu erfassen. Eine Phasenverschiebung kann zur Ermittlung einer magnetischen Permeabilitätsveränderung in einem unter Spannung stehenden Bohrgestänge im Bereich eines festgeklemmten Punktes herangezogen werden.view to detect the excitation signal at the excitation coil 61. A phase shift can be used to determine a magnetic permeability change in a stressed drill pipe in the area of a clamped point are used.

In Fig. 5 A und 5 B ist ein schematisches Netzwerk der in Fig. 3 gezeigten Schaltung dargestellt. Im einzelnen wird die Erregerspule 61 durch den Oszillatorschaltkreis 81 betrieben, der einen über einen Teilerzähler 102 angeschlossenen Kristalloszillator 101 aufweist. Der Kristalloszillator 101 arbeitet bei einer Frequenz im Bereich von 1 Mhz und wird durch den Zähler 102 in Ausgangsleitungen 103, 104 und 105 aufgeteilt, die zu einem Und/Oder-Auswahlgatter 106 führen. Das Und/Oder-Auswahlgatter 106 kann z. B. ein Gatter CD 4019B sein, das ein brauchbares Treibersignal für einen Brückentyp-Spulentreiberschaltkreis 107 liefert.In FIGS. 5A and 5B, a schematic network is shown in FIG shown in Fig. 3 circuit. In detail, the exciting coil 61 is made by the oscillator circuit 81 operated, which has a crystal oscillator 101 connected via a divider counter 102. The crystal oscillator 101 operates at a frequency in the range of 1 Mhz and is indicated by the counter 102 in Output lines 103, 104 and 105 split which lead to an and / or selection gate 106. The and / or selection gate 106 can e.g. B. be a gate CD 4019B which is a useful drive signal for a bridge type coil driver circuit 107 supplies.

Der Treiberschaltkreis 107 besteht aus vier Feldeffekt-Transistoren (fets) 108, 109, 110 und 111. Die "fets" 108 und 109 sind ebenso wie die "fets" 110 und 111 jeweils hintereinanderliegend geschaltet (Tandem-Schaltung). Das Gatter 106 arbeitet so, daß die "fets" 108 und 109 über einen vorausgewählten Zeitabschnitt eingeschaltet und dann über eine vorausgewählte Zeit ausgeschaltet sind, bevor die "fets" 110 und 111 durchgeschaltet werden. Auf diese Weise sind die empfindlichen Transistoren 108 - 110 vor eventueller Überladung und Beschädigung geschützt. Das Rechteckausgangssignal der "fets" wird durch die Induktionsspulen 112 und 113 in ein glattes sinusförmiges Erregersignal umgesetzt, die über Kondensatoren 114 und 115 betriebenThe driver circuit 107 consists of four field effect transistors (fets) 108, 109, 110 and 111. The "fets" 108 and 109 are just like the "fets" 110 and 111 connected one behind the other (tandem connection). The gate 106 works so that the "fets" 108 and 109 turned on for a preselected time period and then for a preselected time are switched off before the "fets" 110 and 111 are switched through. In this way the sensitive ones are Transistors 108-110 protected from possible overcharging and damage. The square wave output signal the "fets" is converted into a smooth sinusoidal excitation signal by induction coils 112 and 113 implemented, which operated through capacitors 114 and 115

6AD or:c;x 6AD or: c; x

werden. Die Erregerspule 61 wird demnach bei einer vorausgewählten AC-Frequenz durch ein sinusförmiges Signal erregt.will. The excitation coil 61 is accordingly sinusoidal at a preselected AC frequency Signal energized.

Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 5 A und 5 B ist die Abtastspule 63 mit dem Eingang des Verstärkers 83 und durch Kondensatoren 121 an eine erste Verstärkerstufe 122 angeschlossen. Deren Ausgang ist mit einer zweiten Verstärkerstufe 123 verbunden. Der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe 123 ist mit einem Paar von seriell miteinander verbundenen Verstärkern 124 und 125 verbunden, die miteinander einen Spitzenspannungsdetektor bilden. Der Ausgang dieses Detektors 84 ist über einen Kopplungswiderstand 126 an den Spannungs-Frequenzkonverter 85 angeschlossen. Dieser Spannungs-Frequenzkonverter 85 enthält einen Integrationsverstärker 127 und einen Vergleicherverstärker 128, die zur Steuerung der Betriebsfrequenz eines Impulsgenerators 131 über einen Schalter 132 verbunden sind. Der Ausgang des Spannungs-Frequenzkonverters 85 ist über einen als Operationsverstärker ausgebildeten Treiber 133 und einen Leitungstreiber 134, der eine Serie von Leitungsspannungsimpulsen auf das Kabel 9 überträgt, zur Übertragung an die Oberflächengeräte angeschlossen. Das Kabel trägt zwischen der Armierung 9 b und dem Zentralleiter 9 a auch eine Gleichspannung, die an eine einen ersten Spannungsregler 141 aufweisende Spannungsversorgung 89 angeschlossen ist, der die Eingangsspannung von 30 V auf 15 V absenkt. Ein zweiter Spannungsregler 142 ist an den Regler 141 angeschlossen, um eine niedrigere Versorgungsspannung von 7,5 V zu erzeugen, die zum Betrieb der Operationsverstärker der vorliegenden Schaltung geeignet ist.With continued reference to FIGS. 5A and 5B, the sensing coil 63 is connected to the input of the amplifier 83 and connected to a first amplifier stage 122 by capacitors 121. Their exit is with a second Amplifier stage 123 connected. The output of the second amplifier stage 123 is in series with a pair of interconnected amplifiers 124 and 125, which together form a peak voltage detector form. The output of this detector 84 is via a coupling resistor 126 to the voltage-frequency converter 85 connected. This voltage-frequency converter 85 includes an integration amplifier 127 and a comparator amplifier 128, which is used to control the operating frequency of a pulse generator 131 via a Switches 132 are connected. The output of the voltage-frequency converter 85 is via an operational amplifier formed driver 133 and a line driver 134, the a series of line voltage pulses on the cable 9, connected for transmission to the surface devices. The cable carries between the reinforcement 9 b and the central conductor 9 a also a DC voltage that is applied to a first Voltage regulator 141 having voltage supply 89 is connected, which has the input voltage of 30 V. drops to 15 V. A second voltage regulator 142 is connected to regulator 141 to a lower one Generate supply voltage of 7.5 V necessary to operate the operational amplifier of the present Circuit is suitable.

_BAD OBiGiNAL _BA D OBiGiNAL

Wie vorstehend bereits erläutert wurde, dient der Oszillator 81 dazu, die Erregerspule 61 durch den Brückentreiberschaltkreis 107 zu betreiben. Dies erzeugt eine AC-Änderung im magnetischen Fluß in der Erregerspule 61 bei einer Frequenz im Bereich von 128 130 Hz. Das in die Abtastspule 63 induzierte Signal wird durch den Verstärker 83 verstärkt und dann vom Spitzenspannungsdetektor 84 vermessen. Der Ausgang des Detektors 84 ist mit dem Spannungs-Frequenzkonverter 85 verbunden, der eine Reihe von Ausgangsimpulsen erzeugt, deren Frequenz ein Maß für die Eingangsspannung ist. Die Ausgangsimpulse werden duich den Leitungstreiber 134 und über das Kabel 9 nach oben zur Obrvri 1 äche zurückgeführt, wo sie vom Frequenzmesser empfangen und aufgezeichnet werden.As already explained above, the oscillator 81 is used to drive the excitation coil 61 through the Bridge driver circuit 107 to operate. This creates an AC change in magnetic flux in the Excitation coil 61 at a frequency in the range of 128 130 Hz. The signal induced in the sensing coil 63 is amplified by the amplifier 83 and then measured by the peak voltage detector 84. The outcome of the Detector 84 is connected to voltage to frequency converter 85, which generates a series of output pulses, whose frequency is a measure of the input voltage. The output pulses are duich the line driver 134 and returned via the cable 9 up to the Obrvri 1 surface, where they are received and recorded by the frequency meter.

Zur Zusammenfassung der Betriebsweise läßt sich sagen, daß über ein Kabel eine erste Messung der magnetischen Permeabilität der Stahlwandungen der Abschnitte des Bohrgestänge 15 in einem Bereich durchgeführt wird, in welchem das Gestänge verklemmt ist, wobei jegliche Verspannung im Bohrgestänge in vorbeschriebener Weise ausgeschaltet wurde. Danach wird das Bohrgestänge durch Angriff einer Kraft an der Oberfläche durch longitudinalen Zug, Druck oder Drehverspannung in einen Spannungszustand versetzt und nachfolgend eine zweite Messung im selben Gestängebereich durchgeführt. Ein Vergleich der beiden Messungen deckt eine deutliche Änderung des magnetischen Permeabilitätswertes an der festliegenden Stelle S infolge der Spannungsdifferenzen über und unter dem festliegenden Punkt auf. Diese durch Vergleich der beiden Messungen sichtbare Permeabilitätsänderung lokalisiert die Verbindung des Bohrgestänges 15 a, das im Bohrloch feststeckt. Eine am unteren Ende der Vorrichtung 10 vorgesehene SprengladungTo summarize the operating mode, it can be said that that a first measurement of the magnetic permeability of the steel walls of the sections of the Drill pipe 15 is carried out in an area in which the pipe is jammed, with any Stress in the drill pipe was switched off in the manner described above. After that the drill pipe is through Attack of a force on the surface through longitudinal tension, pressure or torsional tension in a state of tension offset and then a second measurement was carried out in the same boom area. A comparison of the two measurements reveals a significant change in the magnetic permeability value at the fixed Place S as a result of the voltage differences above and below the fixed point. This through Comparison of the two measurements visible change in permeability localized the connection of the drill pipe 15 a, which is stuck in the borehole. An explosive charge provided at the lower end of the device 10

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kann dann unmittelbar von der Oberfläche aus gezündet werden, wobei auf das Bohrgestänge ein Drehmoment ausgeübt wird und an jener Verbindung der obere Abschnitt des Bohrgestänges gelöst wird. Alternativ kann eine am unteren Ende der Vorrichtung angeordnete chemische Schneidvorrichtung zum Abtrennen des Bohrgestängeabschnittes aktiviert werden, so daß der obere Abschnitt des Gestänges aus dem Bohrloch entfernt werden kann.can then be ignited directly from the surface, applying torque to the drill string and at that connection the upper section of the drill string is released. Alternatively, an am Chemical cutting device arranged at the lower end of the device for severing the drill pipe section activated so that the top section of the string can be removed from the wellbore.

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Claims

PATENT Attorney NL Industries, Inc. 1230 Avenue of the Americas New York, New York 100 20, USA System for determining the free point of a drill pipe stuck in a borehole

1. System for determining the point "S" at which a ferromagnetic section of a " Drill rod (18) stuck in a borehole (12), by measuring the magnetic per- * Ä meability, characterized by:

Means for performing a magnetic permeability measurement of the rod (18), consisting of a first coil (excitation coil 61) for generating an alternating frequency-dependent magnetic flux in the rod (18) and a second coil (sensing coil 63) for sampling a flux signal from the rod (18 ) exist;
Means (blocks 13, 14) for tensioning and releasing the rod (18) in the jammed area;

Means for recording first and second Penneubilitütsmeßwerte the linkage (18), if the linkage (18) on the one hand in a tension-free and on the other hand in a tensioned Condition is as well

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Means for comparing the first and second measurements to determine the change in permeability to localize due to the mechanical tension change in said linkage (3 8) and thereby determining the point "S" of the jamming within the borehole (12).

2. System according to claim 1, characterized in that the first coil (excitation coil 61) of the second coil (sensing coil 63) occupies a distance of about 15 cm.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the alternating frequency (excitation frequency) is in the range of 130 Hz.

4. System according to claim 1, characterized in that the means for bracing and relaxing of the drill string at least one hoist block (13, 14) arranged above the borehole Include derrick (11).

5. Method of determining the location where a drill pipe is stuck within a borehole is, wherein ferromagnetic rod sections within a borehole for drilling are arranged and stuck in one place, characterized by the following process steps:

Providing a corded device that can be lowered into the im Downhole drill pipe is designed and suitable, the magnetic permeability to feel the linkage;

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Generation of an alternating frequency-dependent magnetic flux through the device and induction of said magnetic flux in the drill pipe;

Sampling of a magnetic flux signal resulting from eddy currents in the drill pipe by the sensing coil of said device as an indication of the permeability of the drill pipe ;

Movement of the device along the drill string in the borehole to carry out a first measurement of the magnetic permeability of the rod, whereby the rod is in a is in a voltage-free state;

Movement of the device along the drill string in the borehole to carry out a second measurement of the magnetic permeability of the rod, the rod being in a strained state is, and

Comparing the first and second permeability measurements with one another to determine the change in permeability to locate, which indicates the jammed point of the rod within the borehole.

6. The method according to claim 5, characterized in that when performing the first measurement the depth of the jammed location within the borehole is estimated, which is approximate Weight of the drill pipe above the jammed point is calculated and an upward one Tensile force is applied to the drill pipe in the borehole in order to apply all compressive forces of the drill pipe to the jammed point in the essential to cancel.

7. The method according to claim 6, characterized in that when performing the second measurement a compressive force is applied to the drill pipe located in the borehole, to the To increase the tension load on the drill pipe section at the jammed point and to facilitate the determination of stress concentrations over the jammed point.

8. The method according to claim 6, characterized in that when performing the second measurement the downhole drill pipe is rotationally loaded to act on the drill pipe section to exert a high torsional tension at the clamped point and the determination to relieve stress concentrations over the stressed point.

9. The method according to claim 5, characterized in that the step of providing the apparatus comprises providing first and second coils within a non-magnetic outer housing which are used for Generation and scanning of a magnetic flux within the drill pipe sections are suitable and further means are provided to a signal as a result of changes in flow within the drill string as an indication of its permeability.

10. The method according to claim 9, characterized in that the process step of providing a first and a second coil in the device, the spacing of the coils

from each other at a distance in the range of approx. 15 cm and excitation of the first coil with a frequency in the range of 130 Hz.

11. A measuring device (10) provided with a cable for detecting the point "S" at which a Drill rod (18) is stuck in a borehole (12), the device (10) for implementation first and second permeability measurements is provided and through the drill pipe (18) is moved down, characterized by:

a first excitation coil (61) arranged within the device (10) for generating an alternating current frequency-dependent magnetic flux that induces it in the side walls of the drill string (18) within the borehole (12) and for generating eddy currents suitable is;

a sensing coil (63) spaced from the excitation coil (61) for receiving a flux signal triggered by eddy currents flowing in the drill pipe (18) can be used is;

Means for generating a measurement signal as an indication of a feature of the eddy currents induced in the rod walls and the magnetic flux generated by these;
Means for comparing the first and the second measurement in order to localize the magnetic permeability changes in the walls of the rod and thereby determine the location of the rod jam.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the first (excitation coil 61) and the second coil (sensing coil 63) have a distance of about 15 cm from each other and the first coil (excitation coil 61) is operated at a frequency of approximately 130 Hz.

13. The apparatus according to claim 11, characterized in that the delivering the measurement signal Components (84) generate a signal for the size of the eddy currents in the rod walls generated, sampled magnetic flux is characteristic.

14. The device according to claim 11, characterized in that the delivering the measurement signal Components emit a signal that comes from the phase difference between the one in the boom walls sensed magnetic flux generated and the magnetic generated by the excitation coil Depends on the river.

15. The device according to claim 12, characterized in that it is used for separating rod sections (15) within the borehole (12) has devices that are close to the device (Coils 61, 63) are arranged around the drill pipe in close proximity to the jammed Separate place.